Введение к работе
Актуальность темы исследования. Значительные территории Российской Федерации, и особенно Северо-Запада, характеризуются сложными инженерно-геологическими и специфическими климатическими условиями. Наличие в основании сооружений разнообразных слоев грунтов (до 10 и более) с резко меняющимися геотехническими свойствами и мощностью, а также наличие напорных подземных вод оказывает существенное влияние на качество и надежность, стоимость и трудоемкость устройства оснований и фундаментов зданий и сооружений.
Проведенные автором многолетние (более 30 лет) исследования позволили выявить многочисленные факты недостаточно полного учета особенностей инженерно-геологических и гидрогеологических условий Карелии при традиционных способах проектирования и устройства оснований и фундаментов. Это, в конечном счете, приводило к повышенным деформациям (отказам) оснований и фундаментов зданий и сооружений и к необходимости их устранения, требующего значительных материальных и трудовых затрат.
Однако в многочисленных публикациях, посвященных устройству оснований и фундаментов в сложных инженерно-геологических условиях, практически все внимание уделяется только их проектированию без достаточно детального учета геолопіческих и гидрогеологических условий и их влияния на сохранение оснований и фундаментов, т.е. на надежность этих конструкций. Еще меньше внимания уделяется устройству оснований и фундаментов вообще и в сложных инженерно-геологических условиях В частности.
Это и предопределило постановку зада'ш диссертационного исследования.
Целью диссертационной работы является исследование п обеспечение условий создания и функционирования эффективных по технико-экономическим показателям оснований и фундаментов мелкого заложения, а также их надежности в сложных инженерно-геологических условиях (на примере Карелии).
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие основные задачи:
обобщен и проанализирован опыт устройства оснований и фундаментов и их функционирование в сложных инженерно-геологических условиях;
выявлены основные факторы и установлено их влияние на качество и надежность оснований и фундаментов мелкого заложения;
исследовано уплотнение моренных грунтов основания способом трамбования и разработаны требования к режимам и средствам уплотнения;
выявлена динамика изменения качества основания (его надежности) в различных условиях функционирования;
произведена проверка работоспособности и эффективности предлагаемых рекомендаций, в том числе программного обеспечения в практике устройства оснований и фундаментов;
Выполненные исследования позволили решить ряд принципиально важных как в научно-методическом и теоретическом, так и в практическом отношении задач.
Методы исследований: многолетние комплексные натурные наблюдения, систематизация и анализ опыта проектирования и строительства в сложных инженерно-геологических условиях Карелии, причшшо-следственный анализ, классификация и формализация. Анализ статистических данных результатов с использованием программ на ЭВМ ("Кадастр Карелия", "FROST" и др.) и современных программных средств для моделирования (Microsoft Excel, Microsoft Word, Windows). Выбранные методы исследования обеспечили высокую точность в вычислениях, построении графиков и объективность выводов.
Научная новизна диссертационной работы заключается в исследовании и обеспечении условий создания и функционирования по технико-экономическим показателям оснований и фундаментов мелкого заложения в сложных инженерно-геологических условиях, при этом получены следующие научные результаты:
обобщен и проанализирован опыт устройства оснований и фундаментов в сложных инженерно-геологических условиях, позволившие сформулировать цель и задачи исследования;
выявлены основные факторы (геотехнические) и установлено их влияние на качество и надежность оснований и фундаментов мелкого заложения;
установлены закономерности уплотнения моренных грунтов при вытрамбовывании котлованов и на их основе определены требования к режимам и средствам уплотнения;
выявлена динамика изменения качества основания (ее надежность) в различных условиях функционирования;
подтверждена работоспособность и эффективность предлагаемых рекомендаций и разработок, в т.ч. программного обеспечения в практике устройства оснований и фундаментов.
Практическая значимость проведенного исследования состоит в следующем:
разработанные системы и методы позволяют сократить сроки строительства до 40%, снизить стоимость работ пулевого цикла до 30%, а также создать условия для повышения качества и надежности строительства с последующей эксплуатацией в условиях региона;
разработке комплексной системы обеспечения качества и надежности устройства эффективных по технико-экономическим показателям фундаментов мелкого заложения;
внедрении предложенных эффективных технологий устройства оснований и фундаментов мелкого заложения в практике проектирования и строительства на уровне нормативных документов;
использовании в учебном процессе полученных обобщенных материалов по эффективным конструкциям фундаментов и их оснований и технологии устройства в сложных инженерно-геологических условиях Северо-Запада.
Результаты работы используются при чтении спецкурсов лекций в Петрозаводском госуниверситете для студентов специальности 290300, на курсах повышения квалификации инженерно-технических работников при Карельском региональном институте управления, экономики и права при правительстве Республики Карелия и агропромышленном комплексе. Отдельные положения диссертационной работы вошли в справочники строителя и учебные пособия, допущенные Министерством высшего образования Российской Федерации и Госстроем Республики Карелия, для студентов строительных высших учебных заведений.
Основные результаты диссертационного исследования использованы при разработке ряда комплексных программ в Карелии: "Интенсификация - 90", "Свайные фундаменты" (1972 г.), "Фундаменты в вытрамбованных котлованах" (1984 г.), при подготовке ряда технических условий, предложений по новым и сложным вопросам проектирования и технологии устройства оснований и фундаментов зданий и сооружений и более 100 научно-технических заключений по вопросам изыскания, проектирования, строительства, консервации н реконструкции.
Результаты диссертационной работы по развитию комплексной системы обеспечения надезкности устройства оснований и фундаментов приняты в Государственном комитете Республики Карелия по строительству и архитектуре , в Комитете Республики Карелия по строительству, содержанию и эксплуатации автомобильных дорог, внедрены в ведущих проектных институтах ЗАО ПИ "Карелпроект", АЗОТ "Штрих", АО "Коммун-жилпроект", "Карелагропромпроект", "Инженерный центр" и др., в веду-
щих строительных организациях ЗАО "Карелстроймеханизация", АООТ "Карелстрой", АОЗТ СП-1, "Нордстрой", "Кондопожстрой", Государственный музей-заповедник «Кижи» и др.
Обоснованность и достоверность выводов подтверждаются комплексным характером исследований, значительным объемом экспериментального материала с использованием современных методов обработки полученных данных (85 объектов), сравнением с данными других авторов, сходимость теоретических и экспериментальных исследований (в пределах 10%), табл. 1.
Изложенное выше проиллюстрировано структурной схемой рис. 1. Личный вклад автора в исследование проблемы Диссертационная работа является результатом исследований автора (1970 - 2000 гг.), выполненных на кафедрах "Технология строительного производства" и "Строительные конструкции, основания и фундаменты" Петрозаводского государственного университета. Приведенные в работе научные результаты получены лично автором. Многолелше полевые и лабораторные исследования осуществлялись при непосредственном участии автора и под его научным руководством. Большая часть исследований сформировалась в процессе выполнения хоздоговорных и госбюджетных тем, а также запросов строительных, проектных, изыскательских организаций и фирм Карелии.
В проведении экспериментов в лабораторных и полевых условиях, обработке данных принимали участие под руководством автора А.К. Вихо-рев и СМ. Крьгшень (ныне кандидаты техн. наук), инженеры Е.И. Ратькова (Анушина), Ю.С. Кузнецов, С.А. Антонов, Ю.М. Левкин, Д.П. Косицин, студенты строительного факультета, строители, которым автор выражает признательность за помощь.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, опубликовывались и получили одобрение на 3-й Международной конференции "Развитие компьютерных методов в геотехническом и геоэкологическом строительстве" (Geoecology and Computers. А.А. Bal-cema I Rotterdam I Moscow, 2000), на научных конференциях в СПб ГАСУ (ЛИСИ) (1985, 1997, 1998), Петрозаводском государственном университете (1971, 1987, 1997, 1998), специализированных конференциях и семинарах всесоюзного (всероссийского) и регионального характера, в том числе в Санкт-Петербурге "Надежность и конкурентоспособность при строительстве и реконструкции зданий и сооружений" (1997), ЛДНТП (1982, 1984, 1997), Москве (1987), Владимире (1984), Уфе (1983), Пензе (1986), а также техническом институте Йоэнсу (Финляндия, 1992).
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 70 научных и методических работ [1 монография, 8 книг, 6 учебных пособий ( в т.ч. 3 рекомендованных к изданию Государственным комитетом Россий-
ской Федерации по высшему образованию и Госстроем Республики Карелия), 3 нормативных региональных документа Госстроя Республики Карелия, 26 методических рекомендаций и указаний] для производственников, студентов и дипломников специальности "Промышленное и гражданское строительство", курсы лекций для слушателей ФПК, проектных и строительных организаций, института Управления и переподготовки кадров Карелин.
На защиту выносятся:
нормативно-технологическая база, разработанная на основе мониторинга статистических данных и "Кадастр Карелия" (поправочные коэффициенты к условиям проектирования и устройства оснований и фундаментов в регионе);
классификация причин отказов сооружений, связанных с основаниями и фундаментами в сложных инженерно-геологических условиях;
методики оценки факторов, влияющих на качество и надежность оснований и фундаментов в сложных инженерно-геологических условиях;
уплотнение моренных грунтов при вытрамбовывании котлованов и технология устройства фундаментов в вытрамбованных котлованах;
результаты практического внедрения работоспособности и эффективности фундаментов мелкого заложения в условиях Каре-лші.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, библиографии и 3 приложений. Общий объем диссертации составляет 243 страницы, из них основного текста 210 стр., 43 рисунка и 25 таблиц, библиография 132 наименования.