Введение к работе
Актуальность темы. Проблеме развития инженерно-геологических изысканий для строительства и реконструкции зданий и сооружений на территориях с неблагоприятными геологическими условиями уделяет внимание Правительство Москвы в указаниях Мосгорархитектуры (Рекомендации от 13.01.1999 г., №2), где в разделе "Особенности инженерных изысканий" подчеркивается, что строительство уникальных сооружений повышенного социального и экологического риска в сложных инженерно-геологических условиях Москвы требует увеличения объема инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий против рекомендуемых нормативными документами на 40-60%, в основном, за счет увеличения объема горных выработок и определения характеристик грунтов полевыми методами. Это обусловлено плотной застройкой, наличием тоннелей метрополитена, большим количеством подземных коммуникаций, асфальтовых и бетонных покрытий, реальным или прогнозируемым подтоплением территорий, повышением нагрузки на фундаменты зданий и сооружений из-за увеличения их этажности.
Широкое внедрение полевых методов испытаний грунтов в практику инженерных изысканий для строительства стави і новые задачи по совершенствованию методик, технологий и технических средств, необходимых и достаточных для проектирования и строительства, с учегом прогноза возможных изменений свойств грунтов в основаниях фундаментов (например, в результате подтопления, использования под фундаменты насыпных и намывных неслежавшихся грунтов и др.).
Особенно актуальным становится применение методов статического зондирования и винтовых штампов при испытании слабых, водонасыщенных, неустойчивых и техногенных грунтов на значительных глубинах, откуда затруднен или вовсе невозможен отбор образцов малонарушенной структуры для целей их исследования лабораторными методами. Более того, они позволяют не только ускорить процесс исследования фунтов, но и значительно дополнить и расширить данные об их свойствах.
Испытания грунтов жесткими круглыми штампами площадью /1=5000 см2 трудоемки, дороги и ограничены по глубине испытаний. Решить эту проблему можно путем совершенствования как методики, так и комплекса технических средств при определении деформационных свойств фунтов плоскими и винтовыми и штампами А =600 см2.
Цель исследований. Разработка методики исследований состава и свойств дисперсных грунтов полевыми методами, позволяющей установят» ссповкме закономерности
' ГОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ Т
при испытаниях грунтов, распространенных на территории г. Москвы, статическим зондированием (СЗ) и винтовыми штампами (ВШ), в том числе'
выявление особенностей свойств дисперсных фунтов в условиях мегаполиса, обусловленных повышением нагрузок на основания и фундаменты из-за значительного увеличения этажности зданий и сооружений и их заглубления;
исследование свойств дисперсных грунтов нечетвертичного возраста, в частности, меловых и юрских песчаных и глинистых отложений, которые все чаще являются основаниями зданий и сооружений;
разработка методики, позволяющей по результатам статистической обработки данных СЗ с использованием табличных и региональных данных, показателей - коэффициента пористости (е), среднего диаметра частиц фунта (rfjo), коэффициента неоднородности (Г„) и зависимости К/= 1,64-1,47lgdso выведение аналогичной эмпирической зависимости для оценки вида и разновидностей фунтов г. Москвы.
разработка метода и технических средств, обеспечивающих сохранность структуры фунта при завинчивании в него винтового штампа на заданную і дубину испытания, а также устранение причин, снижающих достоверность данных, получаемых при испытаниях фунтов;
- обоснование метода ускоренного испытания фунтов винтовыми штампами.
Задачи исследований:
- разработка методики и определения основных статистических зависимостей меж
ду показателями статического зондирования (qc, / и Щ с целью установления вида и
разновидностей и оценки параметров фанулометрического состава дисперсных фунюв
различного генезиса, распространенных на территории г. Москвы;
определение основных статистических зависимостей - показателя трения Rj от среднего диаметра частиц фунта (dSo); относительной плотности (lD= f(qj), показателя текучести (к-/(Чс)), модуля деформации (E-/(qJ) при статическом зондировании дисперсных фунтов различного генезиса, распространенных на территории г. Москвы;
установление мощности (толщины) плотной прослойки в слабых грунтах и слабой прослойки в плотных футах, используя коэффициент пористости е, при его совместном рассмотрении с такими показателями, как: показатель трения (Щ, %), сопротивление фунта пофужению конуса (qc, МПа) и трения (fs, кПа);
установление необходимой толщины лопасти винтового штампа (/, см) и оптимальных значений величин ща^а в^інтой^ лопасти (а, см) и пофужения её за один обо-
i-i'.- -
f* *
рот (Д/г, см) при завинчивании винтового штампа для создания статических нагрузок на
грунт более 0,4-0,5 МПа (4-5 кгс/см2), которые удовлетворяли бы требованию ГОСТ
ДА 20276-99 - 0,7 <—<7,0. а
обоснование и реализация обратной связи винтового штампа с дневной поверхностью с контролем и регулированием давления под штампом с целью исключения переуплотнения или разрыхления грунта при подходе к глубине испытания, а также повышение точности измерений нагрузок и осадок при испытании фунтов.
разработка метода и комплекса технических средств для ускоренного испытания фунтов, в том числе оборудования для анкерения, завинчивания на глубину испытания, монтажа и демонтажа, нагружения винтового штампа, поддержания заданного давления в гидросистеме (гидрокомпенсацию).
Научная новизна работы.
- разработана методика получения зависимостей для определения видов и разновид
ностей фунтов Московского региона, оценки их состава и свойств в соответствии с па
раметрами qc и/,, R/, е, d50, С,„ 1а 1,, E,„=f(q
по результатам статистической обработки данных СЗ установлены зависимости между параметрами qt »fs и показателями Rf, е, d;0., С,„ , //> 1L, составлены таблицы и построены графики для грунтов территории г. Москвы [15, 16];
впервые приводятся корреляционные зависимости между параметрами qc и /, и показателями Rf, е, dSo,. С„, , I», //, таблицы и фафики для нечетвертичных дисперсных фунтов территории г. Москвы, а именно для меловых песков и супесей, для юрских песчаных, супесчаных и пылевато-глинистых фунтов [15,16];
на основе аналитической обработки параллельных испытаний моренных глин и суглинков статическим зондированием и штампами была установлена корреляционная зависимость между сопротивлением пофужению конуса qL и модулем общей деформации: ,„ = 7+6,4 qc (При 1,5 МПа
-установлено, что увеличение влажности моренных суглинков заметно уменьшает модуль деформации и сопротивление зондированию. В этом случае результаты параллельных испытаний фунтов статическим зондированием и штампами, для Rf = 4-5-5 % лучше аппроксимируются уравнением: Е,„ ,„, = 3+6,8 qc (При 0,5 МПа
- предложено существенно расширить диапазон значений а и АЛ для целей использования винтового штампа при исследовании фунтов на больших глубинах путем изменения толщины его лопасти (() с сохранением предельных значений 0,7 <—<1,0 и
уточнением расчетной формулы для —, а именно:
^при,=1, 5<а = АИ<8см
— при 1< / 2,4, 8 < a = Ah<10 см а
- предложен метод контроля и регулирования скорости погружения винтовой лопа-
Д L
сти, обеспечивающий возможность сохранения значений параметра 0,7 <—<1,0
в пределах, соответствующих требованиям ГОСТ 20276-99;
разработан метод устранения напряжений под винтовым штампом перед началом испытаний от собственного веса колонны труб, их деформации, трения о грунт и др. с использованием обратной связи рабочего наконечника с дневной поверхностью [19,20];
разработаны методы (способы) ускоренного испытания фунтов винтовыми штампами и технические средства для их реализации [4,19,20].
Практическое значение исследований
Результаты исследований использованы для определения видов и разновидностей фунтов и параметров их свойств на объектах изысканий: в г. Москве при изысканиях под высотные сооружения - "Триумф-Палас" на Соколе, "Воробьевы Горы", "Алые Паруса", "Корона-2", "Корона-3", Комплекс "Федерация" в ММДЦ-СИТИ и т.д.
Разработаны и экспериментально проверены методика и метод, позволяющие по значениям параметров qc и fs, с визуальным контролем вида фунта и при совместном их рассмотрении с показателями Щ = f/qc * 100%, С„ = d60/di0, dso и е определять виды и разновидности фунтов, уточнять классификацию с последующим определением их физико-механических свойств, находить зависимости вида 1D =f(qj; h =f(qj, E„, =f(qj; Rf=f(dso) и др., атакже составлять таблицы и фафики [15, 16, 17].
Разработаны, изготовлены и применяются на протяжении многих лет при испытаниях фунтов в СССР, РФ и за рубежом различные конструкции винтовых штампов и наземного оборудования, защищенные рядом изобретений (авторских свидетельств и патентов РФ) [2, 3, 4, 6]. Эти разработки легли в основу создания винтовых штампов И-го поколения, позволяющих проводить измерения нафузок и осадок вблизи глубины испытаний фунтов, с обратной связью с дневной поверхностью, с использованием компьютерной технологии регистрации результатов [14, 19, 20, 21].
Разработанные методика, методы и комплексы технических средств (устройств) и необходимое вспомогательное оборудование (защищенные авторскими свидетельствами и Патентами РФ) позволяют проводить ускоренные испытания фунтов винтовым штампами [19, 20].
Апробация результатов исследований. В Международной академии менеджмента, маркетинга, инжиниринга (НОУ "МА ММИ") автором диссертации сделаны доклады по темам: "Инженерно-геологические изыскания в условиях мегаполиса на примере г. Москвы" (8-12.04.2004 г.); "Полевые и лабораторные методы исследования свойств фун-
тов" (4-6.10.2004 г.): "Оформление разрешительной документации на проведение инженерно-геологических и инженерно-экологических изысканий" (9-10.12.2004 г.), ' "Практическое значение экспериментальных исследований свойств дисперсных грунтов полевыми методами для строительства и реконструкции зданий и сооружений в условиях мегаполиса (на примере г. Москвы)" (24.02.05). С 1980 по 2005 г. получено 2 авторских свидетельства СССР, 5 Патентов РФ, 3 положительных решения по заявкам на Патенты РФ.
Публикации. Результаты проведенных исследований автора отражены в 21 печатной работе.
Основные положения, выносимые на защиту:
метод определения видов и разновидностей дисперсных грунтов различного генезиса и их физико-механических свойств по параметрам qc nfs;
получение зависимостей вида ID = f(qj; IL =f(qj; Rf=f(di0); Еш~ f(qj и др. для дисперсных грунтов г. Москвы;
обоснование требований к толщине винтовой лопасти t и расчетной формулы для
- при различных значениях t, а и ДА;
конструкции винтового штампа 11-го поколения с измерением нагрузок на штамп и осадок грунта вблизи глубины испытаний с обратной связью с дневной поверхностью;
оборудование для компьютерной регистрации информации;
метод ускоренного испытания грунтов;
вспомогательное оборудование, способствующее сокращению времени на проведение испытаний и повышению их качества.
Структура и объем работы. Работа объемом 197 стр., содержит 54 рисунка, 38 таблиц, и состоит из введения, 5-ти глав, выводов и списка литературы, который включает 290 наименований.
