Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ технологий устройства и деформаций оснований и фундаментов зданий на сезоннопромерзающих грунтах 12
1.1. Анализ причин аварий и деформаций зданий и сооружений на территории Республики Бурятия 12
1.2. Изучение существующего порядка классификации сезоннопромерзающих грунтов и особенности изучения их физических свойств 15
1.3. Анализ существующих методов исследования прочностных и деформативных характеристик сезоннопромерзающих грунтов в лабораторных условиях 22
1.4. Анализ существующих способов исследования прочностных и деформативных характеристик сезоннопромерзающих грунтов в полевых условиях 29
1.5. Анализ технологий устройства оснований и фундаментов зданий на площадках с сезоннопромерзающими грунтами 39
1.6. Изучение проблем, связанных с проектированием и возведением легких зданий на пучинистых грунтах
1.7. Выводы по главе 1 45
ГЛАВА 2. Исследование физико-механических свойств мерзлых грунтов при разработке технологий устройства фундаментов зданий на сезоннопромерзающих грунтах 48
2.1. Задачи исследований 48
2.2. Изучение влияния состава грунтов на их специфические свойства, проявляющиеся при промерзании 48
2.3. Исследование физических свойств сезоннопромерзающих грунтов оснований малоэтажных зданий .. 56
2.4. Исследование теплофизических свойств мерзлых грунтов оснований малоэтажных зданий 59
2.5. Механические свойства сезоннопромерзающих грунтов оснований зданий возводимых на экспериментальных площадках 68
2.6. Выводы по главе 2 72
ГЛАВА 3. Исследование процессов промерзания грунтов в основании фундаментов зданий на сезонопромерзающих грунтах 73
3 1. Изучение температурного режима грунтов в основании фундаментов зданий 73
3.2. Изучение глубины сезонного промерзания грунтов оснований фундаментов зданий 74
3.3. Исследование морозного пучения грунтов оснований фундаментов малоэтажных зданий 82
3.4. Оценка пучинистости грунтов экспериментальных площадок 86
3.5. Выводы по главе 3 97
ГЛАВА 4. Исследование эффективных технологий устройства оснований и фундаментов зданий на сезоннопромерзающих грунтах 99
4.1. Изучение особенностей проектирования оснований при строительстве малоэтажных зданий на сезоннопромерзающих грунтах 99
4.2. Изучение особенностей выбора глубины заложения фундаментов малоэтажных зданий на пучинистых грунтах 104
4.3. Общие требования к устройству фундаментов зданий на сезоннопромерзающих грунтах 108
4.4. Результаты исследований эффективных технологий защиты нормально заглубленных фундаменты зданий от морозного пучения грунтов оснований 110
4.4.1. Исследование эффективных технологий защиты грунтов основании в процессе строительства здании
4.4.2. Исследование эффективных технологий защиты фундаментов зданий от касательных сил морозного пучения 111
4.5. Проектирование и устройство мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных жилых зданий на сезоннопромерзающих грунтах 121
4.6. Расчет мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных зданий... 123
4.7. Расчет подъема и относительной деформации пучения основания под фундаментом 125
4.8. Результаты экспериментальных исследований защиты мелкозаглубленных фундаментов зданий от морозного пучения грунтов 132
4.9. Выводы по главе 4 137
ГЛАВА 5. Разработка технологии производства земляных работ при возведении малоэтажных зданий на сезоннопромерзающих грунтах 139
5.1. Задачи экспериментальных исследований 139
5.2. Основные требования к способам производства строительных работ при устройстве подземных частей зданий 139
5.3. Виды земляных сооружений при возведении малоэтажных зданий на пучинистых грунтах 140
5.4. Состав комплексного технологического процесса производства земляных работ 142
5.5. Средства механизации комплексного технологического процесса производства земляных работ 146
5.6. Выводы по главе 5 161
ГЛАВА 6. Предложения по технологии устройства оснований и фундаментов малоэтажных зданий на сезоннопромерзающих грунтах 162
6.1. Предложения по проведению исследований особенностей устройства фундаментов зданий на сезоннопромерзающих грунтах... 162
6.2. Основные требования по выбору технологии устройства фундаментов зданий вблизи существующих сооружений 166
6.3. Рекомендации по эффективному проведению геотехнического мониторинга при различных технологиях возведения зданий 169
6.4. Требования к производству земляных работ при устройстве оснований и фундаментов малоэтажных зданий на сезоннопромерзающих грунтах 171
6.5. Предложения по выбору и устройству оснований и фундаментов малоэтажных зданий пучинистых грунтах 177
6.6. Мероприятия для защиты от морозного пучения грунтов оснований малоэтажных зданий 182
6.7. Требования к конструкциям мелкозаглубленных фундаментов зданий возводимых на пучинистых грунтах 184
Основные выводы 190
Список использованной литературы 192
- Анализ существующих методов исследования прочностных и деформативных характеристик сезоннопромерзающих грунтов в лабораторных условиях
- Исследование физических свойств сезоннопромерзающих грунтов оснований малоэтажных зданий
- Исследование морозного пучения грунтов оснований фундаментов малоэтажных зданий
- Изучение особенностей выбора глубины заложения фундаментов малоэтажных зданий на пучинистых грунтах
Введение к работе
Актуальность. Как показывают проведенные в условиях Республики Бурятия исследования, проблема строительства на пучинистых при промерзании грунтах является весьма актуальной применительно к малоэтажному строительству. К числу таких сооружений относится большинство государственных и индивидуальных малоэтажных зданий.
К типичным пучинистым при промерзании грунтам относятся озерно-ледниковые отложения (супеси, суглинки, глины), мелкие и пылеватые пески, послеледниковые морские отложения (иольдиевые глины), супесчаные и суглинистые разновидности водонасыщенных со слабыми структурными связями моренных отложений и др.
При взаимодействии грунта, подверженного морозному пучению, с традиционными заглубленными фундаментами возникают значительные касательные и нормальные силы морозного пучения, способные неравномерно перемещать (выталкивать) фундаменты вместе с легким малоэтажным зданием вверх или оторвать верхнюю часть здания от нижней, если силы пучения больше передаваемых на фундаменты вертикальных нагрузок (легкие здания). Причем неравномерность деформации со временем часто становится больше. При промерзании грунтов происходит подъем (выпучивание) фундаментов и отдельных частей сооружения (особенно с различными температурными режимами в помещениях - отапливаемые и неотапливаемые), а при оттаивании - опускание (осадка-просадка).
Согласно существующей технологии для исключения действия нормальных сил морозного пучения, нормы проектирования требуют производить заложения фундаментов в пучинистых грунтах ниже расчетной глубины сезонного промерзания грунта. Но для малонагруженных зданий эта мера не обеспечивает устойчивость их в пучинистых грунтах, так как неравномерные деформации зданий могут происходить за счет воздействия касательных сил морозного пучения по боковой поверхности заглубленных стен и фундаментов.
Анализ аварий и деформаций зданий показал, что заложение фундаментов для малонагруженных сооружений и зданий ниже глубины промерзания (без принятия специальных мер) не является эффективным, а в ряде случаев даже недопустимым.
Целью диссертационной работы явилась разработка эффективных технологий устройства оснований и фундаментов малоэтажных зданий, возводимых на пучинистых при промерзании грунтах и способов их защиты от морозного пучения грунтов в зоне сезонного промерзания.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
- выполнен анализ причин аварий и деформаций зданий, расположенных на пучинистых при промерзании грунтах в условиях Республики Бурятия;
- изучены лабораторные и полевые способы исследования специфических свойств пучинистых при промерзании грунтов;
- изучены физико-механические свойства пучинистых при промерзании грунтов;
- исследованы технологии устройства оснований и фундаментов с учетом специфических свойств пучинистых при промерзании грунтов;
- изучены эффективные технологии защиты грунтов оснований в процессе строительства и эксплуатации малоэтажных зданий;
- разработаны технологии производства земляных работ при возведении малоэтажных зданий на больших слоях (более 3 м) сезоннопромерзающих грунтов;
- разработаны рекомендации по выбору эффективных технологических решений при проектировании и производстве строительных работ нулевого цикла на объектах малоэтажного строительства.
Научная новизна работы состоит в том, что:
- обоснованы и экспериментально установлены технологические регламенты, комплекты машин, механизмов и оборудования, обеспечивающие качественное выполнение земляных работ на объектах малоэтажного строительства, при больших толщах сезоннопромерзающих грунтов;
- разработана методика оценки и выбора рациональных технологических решений по возведению оснований и фундаментов малоэтажных зданий на пучинистых при промерзании грунтах толщиной более 3 м;
- разработаны технологические требования, определяющие качество устройства фундаментов малоэтажных зданий на пучинистых при промерзании грунтах;
Практическое значение работы заключается в следующем:
- разработаны эффективные способы выполнения земляных работ для больших толщ сезоннопромерзающих грунтов, при устройстве оснований и фундаментов малоэтажных зданий;
- предложена технология устройства защиты пучинистых грунтов оснований малоэтажных зданий от промерзания плитами пенополистирола URSA FOAM;
- разработаны нормативы проведения лабораторных и полевых исследований специфических свойств пучинистых при промерзании грунтов;
- изучены и предложены эффективные технологии земляных работ при устройстве оснований и фундаментов малоэтажных зданий на сезоннопромерзающих грунтах, миниэкскаваторов и миниэкскаваторов-погрузчиков;
- повышена достоверность прогноза неравномерных деформаций существующих малоэтажных зданий на пучинистых при промерзании грунтах;
На защиту выносятся следующие положения диссертации:
1. Результаты исследований основных причин потери эксплуатационной пригодности малоэтажных зданий на пучинистых при промерзании грунтах;
2. Методика оценки и выбора эффективных технологий устройства оснований и фундаментов малоэтажных зданий на пучинистых грунтах.
3. Результаты натурных исследований эффективных конструкций подземных частей малоэтажных зданий на пучинистых при промерзании грунтах;
4. Результаты исследований эффективных видов защиты грунтов оснований малоэтажных зданий от промерзания.
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на научных конференциях и семинарах в МГСУ, ГАСИС и НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, а также на заседаниях научно-технических советов строительных организаций Республики Бурятия.
Внедрение работы. Основные результаты научных исследований внедрены при разработке проектов и строительстве малоэтажных зданий.
Публикации. Основное содержание выполненных научных исследований опубликовано в 6 научных статьях.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов, списка использованной литературы, имеющей 114 наименования. Общий объем диссертации составляет 191 страница, в т.ч. 144 страницы машинописного текста, 45 рисунков и 17 таблиц.
Анализ существующих методов исследования прочностных и деформативных характеристик сезоннопромерзающих грунтов в лабораторных условиях
Испытания для определения характеристик деформируемости проводят при заданном всестороннем давлении на образец. Испытания проводят по следующим схемам: - неконсолидированно-недренированное испытание - для определения сопротивления недренированному сдвигу водонасыщенных глинистых, орга-но-минеральных и органических грунтов природной плотности; - консолидированно-недренированное испытание - для определения характеристик прочности глинистых, органо-минеральных и органических грунтов в нестабилизированном состоянии; - консолидированно-дренированное испытание - для определения характеристик прочности и деформируемости любых дисперсных грунтов в стабилизированном состоянии. Метод компрессионного сжатия применяют для определения следую щих характеристик деформируемости: коэффициента сжимаемости щ мо дуля деформации Е, структурной прочности на сжатие Р&. .коэффициентов фильтрационной и вторичной консолидации cv и а для песков мелких и пылеватых, глинистых грунтов с показателем текучести її 0,25, органо минеральных и органических грунтов, относительного суффозионного сжа тия є$ и начального давления суффозионного сжатия Ptf для засоленных (содержащих легко- и среднерастворимые соли) песков (кроме гравелистых), супесей и суглинков. ." " ."" Эти характеристики определяют по результатам испытаний образцов грунта в компрессионных приборах (одометрах) или компрессионно-фильтрационных приборах (для определения характеристик суффозионного сжатия), исключающих возможность бокового расширения образца грунта при его нагружении вертикальной нагрузкой.
Диапазон давлений, при которых проводят испытания, определяется в программе испытаний или принимается в пределах полуторного значения проектного давления на грунт. Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения с природной влажностью или водонасыщенные или образцы нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности.
В группу методов определения характеристик прочности и деформируемости мерзлых грунтов входят: метод испытания шариковым штампом, метод одноплоскостного среза по поверхности смерзания, метод одноосного сжатия, метод компрессионного сжатия.
Метод испытания шариковым штампом применяют для определения предельно длительного значения эквивалентного сцепления ceq мелких и пы-леватых песков и глинистых грунтов, кроме заторфованных засоленных и сыпучемерзлых разностей этих грунтов.
Предельно длительное значение эквивалентного сцепления определяют по глубине погружения шарикового штампа в образец грунта от заданной нагрузки при температуре испытаний не ниже минус 5 С.
Значение нагрузки определяют из условия, что давление в образце на первой ступени нагружения должно быть равным напряжению от собственного веса грунта на горизонте отбора образца, а на последней - расчетному сопротивлению грунта под подошвой фундамента R. задаваемому программой испытаний.
Для испытаний используют образцы мерзлого грунта ненарушенного сложения с природной влажностью и льдистостью. После выдерживания образца в рабочем кольце в течение 12 ч при температуре испытания проводят предварительное обжатие образца через плоский штамп давлением, равным напряжению от собственного веса грунта на горизонте отбора образца, в течение 15 с. После обжатия образец разгружают.
Метод одноплоскостного среза по поверхности смерзания применяют для определения следующих характеристик прочности: сопротивления срезу -мерзлого грунта, грунтового раствора и льда по поверхности их смерзания с материалом (фундамента или другим твердым материалом) & $ сопротивления срезу мерзлого грунта по поверхности смерзания с другим грунтом или грунтовым раствором R ; сопротивления срезу льда по поверхности смерзания с грунтом или грунтовым раствором Кь,\ Эти характеристики определяют по результатам испытаний образцов грунта в одноплоскостных срезных приборах с фиксированной плоскостью среза путем приложения к образцу грунта, смороженного с образцом материала фундамента, грунтовым раствором или льдом, касательной нагрузки при одновременном нагружении образца нагрузкой, нормальной к плоскости среза.
Предельно длительные значения сопротивления срезу мерзлого грунта по поверхности смерзания К/ ?чь или ДЇ определяют как наибольшие каса тельные напряжения, при которых произошла стабилизация деформации сре за образца при заданном нормальном напряжении. Предельно длительное значение сопротивления срезу мерзлого грунта по поверхности смерзания %. гйДд! определяют как наибольшее касательное напряжение, при котором произошла стабилизация деформации образца при заданном нормальном напряжении. При определении Raf.R&R-jhj вводят поправку на трение в срезном приборе по заранее построенной тарировочной кривой. Метод одноосного сжатия применяют для определения следующих характеристик прочности и деформируемости: предела прочности на одноосное сжатие Re-Як модуля линейной деформации Е, коэффициента поперечного расширения v, коэффициента нелинейной деформации А коэффициента вязкости сильнольдистых грунтов v для песков (кроме гравелистых и крупных) и глинистых грунтов, кроме заторфованных, засоленных и сыпучемерзлых разностей указанных грунтов. Эти характеристики определяют по результатам нагружения образцов грунта вертикальной нагрузкой в условиях свободного бокового расширения с доведением образца до хрупкого разрушения или достижения незатухающей ползучести.
Исследование физических свойств сезоннопромерзающих грунтов оснований малоэтажных зданий
Как показывают проведенные работы, в условиях Бурятии проблема строительства, пучинистых грунтах является весьма актуальной применительно к легким (малонагруженным) зданиям и сооружениям, к числу которых относится большинство государственных и индивидуальных малоэтажных зданий. При взаимодействии грунта, подверженного морозному пучению, с традиционными заглубленными фундаментами возникают значительные касательные и нормальные силы морозного пучения, способные неравномерно перемещать (выталкивать) фундаменты вместе с легким зданием вверх или оторвать верхнюю часть от нижней, если эти силы больше передаваемых на фундаменты вертикальных нагрузок (легкие здания). Причем неравномерность деформации со временем становится больше, а деформации зданий знакопеременными, так как при промерзании грунтов происходит подъем (выпучивание) отдельных частей сооружения (особенно с различными температурными режимами в помещениях - отапливаемые и неотапливаемые), а при оттаивании - опускание (осадка-просадка).
Если ремонт здания проводится без устранения причин, порождающих неравномерные деформации несущих конструкций, то он не решает проблему эксплуатации здания в дальнейшем. В соответствии с требованиями норм проектирования оснований и фундаментов (СНиП 2.02.01-83 - ) действующие на фундамент касательные и нормальные силы морозного пучения должны уравновешиваться передаваемой на фундамент нагрузкой. Для исключения действия нормальных сил морозного пучения нормы проектирования требуют производить заложения фундаментов в пучинистых грунтах ниже расчетной глубины сезонного промерзания грунта. Но для малонагруженных (легких) зданий эта мера еще далеко не обеспечивает устойчивость их в пучинистых грунтах, так как неравномерные деформации зданий могут происходить за счет воздействия касательных сил морозного пучения. При глубоком заложении (ниже глубины промерзания) традиционных малонагруженных фундаментов возникают большие неравномерные перемещения за счет накапливания остаточных деформаций, так как ежегодно при оттаивании грунта малонагруженный фундамент не дает осадку, равную величине выпучивания.
В результате повреждений подземных конструкций зданий, вызванных морозным пучением грунта, ежегодно наносится огромный ущерб народному хозяйству, исчисляемый миллиардами рублей. Следовательно, заложение фундаментов для малонагруженных сооружений и зданий ниже глубины промерзания (без принятия специальных мер) не является эффективным, а в ряде случаев даже недопустимым.
Уменьшение глубины заложения фундаментов (малозаглубленные) особенно актуально для малоэтажных (легких) зданий и сооружений, реко-мендуемое СНиП 2.02.01-83 , поскольку стоимость фундаментов таких зданий достигает до 45% от общих затрат на строительство. Для снижения стоимости строительства малоэтажных зданий в пучинистых грунтах и увеличения их эксплуатационной пригодности в ряде случаев целесообразно использовать малозаглубленные фундаменты. Применение их вместо традиционных заглубленных позволяет снизить стоимость фундаментов в 1,5-3 раза, повысить надежность легких зданий, сократить продолжительность строительства и одновременно резко повысить культуру производства работ, так как после устройства малозаглубленного или незаглубленного фундамента практически оказывается законченной и качественная подготовка для устройства конструкции чистого пола.
Устойчивость здания в пучинистых грунтах в значительной степени определяется инженерно-геологическими условиями (свойствами грунтов), типом и конструкцией фундамента, надземных конструкций (наружных и внутренних стен), гидрологическими и климатическими условиями площадки строительства, условиями эксплуатации. Одни из них незначительно меняются во времени, другие - сильно изменяются.
Учет закономерностей взаимодействия влияющих факторов на практике осложняется неопределенностью ряда исходных величин, входящих в расчет воздействия сил пучения. Так, погрешность вычислений только за счет неопределенности основных входных данных, незначительно меняющихся во времени параметров по данным А.Т. Беккера составляет до 30 %. Зависимость деформаций пучения грунта от факторов, меняющихся во времени (температура воздуха и грунта, влажность грунта, уровень подземных вод, глубина и скорость промерзания и др.) носит случайный вероятностный характер. Поэтому зависимость деформации конструкций и действующих на них сил морозного пучения во времени имеют скачкообразную форму. Пучение грунта по глубине и в плане происходит крайне неравномерно, изменяется из года в год, достигая значительных колебаний. Наибольшие подъемы грунта но глубине наблюдаются в случае, когда интенсивность пучения увеличивается с ростом глубины промерзания и при этом возникают наибольшие силы и деформации пучения-оттаивания фундаментов легких зданий. Поэтому выбор при расчете параметров морозного пучения, обеспечивающий максимальное пучение грунта, является наиболее целесообразным.
При проектировании малозаглубленных фундаментов для легких зданий необходимо предусмотреть мероприятия, направленные не на преодоление сил морозного пучения, а на снижение вызванных ими деформаций до предельно допустимых величин для конкретного здания или сооружения.
При решении вопросов, связанных с проектированием и строительством легких зданий и сооружений на малозаглубленных и незаглубленных фундаментах на пучинистых грунтах, возникает ряд сложных задач, которые являются объектом исследований.
Исследование морозного пучения грунтов оснований фундаментов малоэтажных зданий
При устройстве оснований и фундаментов зданий на сезоннопромер-зающих грунтах и применении для защиты грунтов оснований от промерзания важным является правильное и обоснованное определение теплофизических свойств грунтов. Эти свойства определяют особенности процесса теплообмена в грунтах. Результаты этих исследований необходимы также для прогноза глубины промерзания и оттаивания грунтов оснований зданий.
Была изучена теплопроводность мерзлых грунтов оснований фундаментов зданий на экспериментальных площадках. Различные материалы имеют различную теплопроводность. Количество тепловой энергии, передающейся через выделенный элемент какого-либо вещества, можно найти по формуле где А - коэффициент теплопроводности, или теплопроводность (по своей сути он аналогичен, например, коэффициенту фильтрации в законе Дарси); Проведенные исследования показали, что теплопроводность воды в 30 раз больше теплопроводности воздуха, а льда - в 4 раза больше по сравнению с таковым показателем для воды, поэтому увлажнение и промерзание приводят к повышению теплопроводности грунтов. Теплопроводность грунта - теплофизическая характеристика грунта, определяющая его способность проводить тепло и численно равная плотности теплового потока в нем при градиенте температур равном единице. Единица измерения - Вт/(м-С), [ккал/(м-ч-С)]. В лабораторных условиях, на образцах отобранных из грунтов экспе 60 риментальных площадок были исследованы связи между влажностью грунтов и коэффициентом теплопроводности. Методы измерения теплопроводности делятся на стационарные и нестационарные в зависимости от того, остается постоянным или изменяется во время эксперимента температурное поле внутри образца. Метод стационарного теплового режима - метод определения теплопроводности грунта по измеренному при испытании установившемуся (неизменному во времени) тепловому потоку через исследуемый образец при постоянных температурах и его противоположных поверхностях. Исследования проводились согласно ГОСТ 26263-84 «Грунты. Метод лабораторного определения теплопроводности мерзлых грунтов». Схема установки со стационарным тепловым режимом, рекомендованная ГОСТ 26263-84 для мерзлых грунтов, показана на рис. 2.5. Этот стандарт распространяется на песчаные, пылевато-глинистые, биогенные, а также крупнообломочные (только гравийные) грунты в мерзлом состоянии при температуре грунта до минус 20С и устанавливает метод лабораторного определения их теплопроводности при исследованиях грунтов для строительства. По этому стандарту допускается также определение теплопроводности талых грунтов в воздушно-сухом или полностью водонасы 61 щенном состоянии. Теплопроводность мерзлого грунта определяют методом стационарного теплового режима. Теплопроводность грунтов определяют на образцах ненарушенного сложения с природной влажностью и льдистостью при естественных или расчетных температурах, значения которых устанавливаются программой испытаний. Допускается проводить определение теплопроводности на искусственно приготовленных образцах. Результаты определения теплопроводности грунтов должны сопровождаться данными о месте отбора образца, наименовании грунта, типе его криогенной текстуры, льдистости, влажности, плотности, а также о температурных условиях опыта. При проведении исследований отбор, упаковка, транспортирование и хранение монолитов мерзлого грунта производились в соответствии с требованиями нормативных документов. Для определения теплопроводности из отобранных монолитов грунта вырезались цилиндрические образцы диаметром от 100 до 230 мм и высотой 30 мм в количестве не менее двух для каждой исследуемой разновидности грунта. Торцевые поверхности образцов были плоскими и параллельными между собой и имели ориентацию относительно дневной поверхности. Образцы сыпучемерзлых грунтов приготавливались в обоймах из органического стекла с металлическим дном. Все операции по подготовке образцов грунта к испытаниям выполнялись при отрицательной температуре с целью сохранения мерзлого состояния грунта и его природного сложения. Для определения теплопроводности грунтов применялись: измеритель теплового потока (тепломер), обеспечивающий погрешность измерения не более 1%; датчики температуры (например, термопары) - не менее 4 шт.; многопредельный потенциометр с пределами измерения 0,1 и 100 мВт; по 62 лый термостатируемыи диск диаметром 250 мм и высотой 100 мм из медного (латунного) листа толщиной 2-3 мм - 2 шт.; жидкостный ультратермостат УТ-15; прижимное устройство, обеспечивающее равномерное обжатие об разца до 0,05 МПа (0,5 кгс/см ); щеточный переключатель типа МГП; обоймы из органического стекла диаметром от 120 до 250 мм, высотой 30 мм при толщине стенок 10 мм - 1 шт. на образец; теплоизоляционный кожух (деревянный); сосуд Дыоара емкостью 1,0 - 2,0 л; резиновая прокладка толщиной не более 1 мм по размеру торцевой поверхности образца; листовой поролон. Подготовка к испытаниям проводилась в следующем порядке. Образец в обойме выдерживалась при отрицательной температуре, соответствующей температуре испытаний, не менее 6 ч для песчаных и гравийных и 12 ч для остальных грунтов. Образец грунта с термопарами (не менее двух с каждой стороны) был помещен на тепломер, уложенный на нижнюю термостатированную плиту. Термопары были расположены на расстоянии 10 и 40 мм от центра образца. Сверху на образец устанавливали верхнюю термостатированную плиту, и прижать с помощью прижимного устройства под давлением 0,02-0,05 МПа (0,2 - 0,5 кгс/см ). Образец полностью перекрывал рабочую часть тепломера. В тех случаях, если размеры образца меньше размера термостатированных плит, оставшаяся часть пространства заполнялась теплоизоляционным материалом (поролон). С обеих сторон образца необходимо было проложить резиновые прокладки или нанести консистентную смазку. Собранная установка закрывалась кожухом. Термопары и тепломер подключались через переключатель к потенциометру. Спай сравнения погружали в сосуд Дьюара с тающим льдом. Термостатируемые плиты подключали к ультратермостатам (термоэлектрическим батареям). Испытания были проведены в следующем порядке.
Температуру ультратермостатов устанавливали таким образом, чтобы средняя температура термостатируемых плит соответствовала температуре испытания образца грунта. Как требуют нормы, разница между температурами плит при испытании мерзлого грунта устанавливалась не меньше 1С. При испытании талого грунта разница температур плит находилась в пределах от 0,1 доЗС.
Измерения показаний тепломера начинали не менее чем через 2 ч после включения ультратермостатов и выполняли на протяжении испытания через каждые 20 мин.
Изучение особенностей выбора глубины заложения фундаментов малоэтажных зданий на пучинистых грунтах
Как показали исследования многие аварии и деформации малоэтажных зданий на площадках с большими значениями глубины промерзания грунтов оснований в Бурятии, во многих случаях ошибки были при проектировании оснований и в процессе производства строительно-монтажных работ.
Для обеспечения качества проектирования оснований, статическая схема сооружения, конструктивное и объемно-планировочное решение, плановая и высотная привязки должны приниматься с учетом результатов инженерных изысканий на площадке строительства и технически возможных решений фундаментов.
Проектирование оснований включает обоснованный расчетом выбор: - типа основания (естественное или искусственное); - типа, конструкции, материала и размеров фундаментов (мелкого или глубокого заложения; ленточные, столбчатые и т.п.); - мероприятий, применяемых при необходимости уменьшения влияния деформаций основания на эксплуатационную пригодность сооружений. Основания должны рассчитываться по двум группам предельных состояний: по первой - по несущей способности; по второй - по деформациям. В расчетах оснований следует учитывать совместное действие силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды (например, влияние поверхностных или подземных вод на физико-механические свойства грунтов). К первой группе предельных состояний оснований относятся: потеря устойчивости формы и положения; хрупкое, вязкое или иного характера разрушение; резонансные колебания; чрезмерные пластические деформации или деформации неустановившейся ползучести. Ко второй группе относятся состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию сооружения или снижающие его долговечность вследствие недопустимых перемещений (осадок, прогибов, углов поворота), колебаний, трещин и т.п. Сооружение и его основание должны рассматриваться в единстве, т.е. должно учитываться взаимодействие сооружения со сжимаемым основанием. Поскольку основание лишь косвенно влияет на условия эксплуатации сооружения, состояние основания можно считать предельным лишь в случае, если оно влечет за собой одно из предельных состояний сооружения. Целью расчета оснований по предельным состояниям является выбор технического решения фундаментов, обеспечивающего невозможность достижения основанием предельных состояний. При этом должны учитываться не только нагрузки от проектируемого сооружения, но также возможное изменение физико-механических свойств грунтов под влиянием поверхностных или подземных вод, климатических факторов, различного вида тепловых источников и т.д. При проектировании необходимо учитывать, что потеря несущей способности основания, как правило, приводит конструкции сооружения в предельное состояние первой группы. При этом предельные состояния основания и конструкций сооружения совпадают. Деформации же основания могут привести конструкции сооружения в предельные состояния как второй, так и первой группы, поэтому предельные деформации основания могут лимитироваться как прочностью, устойчивостью и трещиностойкостью конструкций, так и архитектурными, эксплуатационно-бытовыми и технологическими требованиями, предъявляемыми к сооружению или размещенному в нем оборудованию. Расчетная схема системы сооружение - основание или фундамент - основание должна выбираться с учетом наиболее существенных факторов, определяющих напряженное состояние и деформации основания и конструкций сооружения (статической схемы сооружения, особенностей его возведения, характера грунтовых напластований, свойств грунтов основания, возможности их применения в процессе строительства и эксплуатации сооружения и т.д.). Рекомендуется учитывать пространственную работу конструкций, геометрическую и физическую нелинейность, анизотропность, пластические и реологические свойства материала и грунтов. Расчетная схема системы сооружение - основание или фундамент - основание представляет собой совокупность упрощающих предложений относительно геометрической схемы конструкции, свойств материалов и грунтов, характера взаимодействия конструкции с основанием и схематизации возможных предельных состояний. Одно и то же сооружение может иметь разную расчетную схему в зависимости от вида предельного состояния, цели расчета, вида учитываемых воздействий и разработанности методов расчета. Для расчета деформаций оснований используется преимущественно расчетная схема основания в виде линейно-деформируемой среды: полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи или слоя конечной толщины. Развитие деформаций основания во времени (консолидационное уплотнение, ползучесть), а также анизотропию прочностных и деформационных характеристик следует, как правило, учитывать при расчете оснований, сложенных водонасыщенными пылевато-глинистыми грунтами и илами. Для расчета конструкций сооружений на сжимаемом основании помимо упомянутых схем могут применяться расчетные схемы, характеризуемые коэффициентом постели или коэффициентом жесткости, в качестве которых принимается отношение давления (нагрузки) на основание к его расчетной осадке. В зависимости от продолжительности действия нагрузки подразделяются на постоянные и временные. Постоянными считаются нагрузки, кото 102 рые при строительстве и эксплуатации сооружения действуют постоянно (собственный вес конструкций и грунтов, горное давление и т.п.)- Временными считаются нагрузки, которые в отдельные периоды строительства и эксплуатации могут отсутствовать. Временные нагрузки в свою очередь подразделяются на: - длительные (например, вес стационарного оборудования, нагрузки на перекрытиях в складских помещениях и т.п.); - кратковременные, которые могут действовать лишь в отдельные периоды времени (вес людей и ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта; снеговые, ветровые и гололедные нагрузки и т.п.); - особые, возникновение которых возможно лишь в исключительных случаях (сейсмические, аварийные и т.п.). В зависимости от состава различаются сочетания нагрузок: - основные, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок; - особые, состоящие из постоянных, длительных, возможных кратковременных и одной из особых нагрузок. Расчет оснований по деформациям должен производиться на основное сочетание нагрузок; по несущей способности - на основное сочетание, а при наличии особых нагрузок и воздействий - на основное и особое сочетание. Проведенные исследования показали эксплуатационную пригодность возводимых на площадках с большими значениями глубины промерзания грунтов в условиях Бурятии при малоэтажном строительстве можно обеспечить при правильном выполнении расчетов оснований, с учетом специфических особенностей грунтов оснований.
