Анализ взаимодействия энергоэффективных конструкций фундаментов с грунтовым массивом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.02, кандидат технических наук Захаров, Александр Викторович

• Захаров, Александр Викторович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Захаров, Александр Викторович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Анализ применения и методов расчета энергоэффективных фундаментов

1.1. Общие сведения об энергоэффективных фундаментах

1.2. История формирования и развития термодинамики грунтов

1.3. Существующие методы расчета энергоэффективных фундаментов

1.3.1. Общие положения теории теплопроводности грунта

1.3.2. Аналитические и численные расчеты

1.4. Основные выводы по главе и постановка задачи исследования по работе в целом

ГЛАВА 2. Полевые экспериментальные исследования грунтового массива

2.1. Постановка задач

2.2. Анализ инженерно-геологических условий экспериментальной площадки

2.3. Определение теплофизических характеристик грунтов

2.4. Мониторинг распределения температурных полей в грунтовом массиве и температуры наружного воздуха

2.4.1. Планирование и оборудование для проведения мониторинга

2.4.2. Монтаж системы мониторинга

2.4.3. Результаты мониторинга распределения температурных полей в грунтовом массиве

2.4.4. Результаты мониторинга температуры наружного воздуха

2.5. Мониторинг изменения уровня грунтовых вод

2.6. Выводы по главе

ГЛАВА 3. Создание модели изменения температурных полей грунтового основания

3.1. Выбор программного комплекса и его описание

3.2. Создание численной модели изменения температурных полей грунтового основания

3.3. Оценка адекватности численной модели

3.4. Решение тестовых задач

3.5. Выводы по главе

ГЛАВА 4. Численное моделирование взаимодействия энергоэффективных фундаментов с окружающим грунтом

4.1. Инженерно-геологические условия г. Перми

4.2. Планирование численного эксперимента

4.3. Проведение численного эксперимента

4.4. Анализ результатов численного эксперимента

4.5. Сопоставление количества получаемой тепловой энергии для различных типов энергоэффективных фундаментов для г. Перми с опытом проектирования и строительства в зарубежных странах

4.6. Выводы по главе

ГЛАВА 5. Методика проектирования энергоэффективных фундаментов

5.1. Область применения полученных зависимостей для расчета энергоэффективных фундаментов

5.2. Укрупненный алгоритм проектирования энергоэффективных фундаментов

5.3. Примеры проектирования энергоэффективных фундаментов

5.3.1. Пример проектирования энергоэффективных фундаментов малоэтажного здания

5.3.2. Пример проектирование энергоэффективных фундаментов многоэтажного административного здания

5.4. Выводы по главе

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ №1 «Анализ архивных данных по инженерно-

геологическим изысканиям близлежащей территории»

ПРИЛОЖЕНИЕ №2 «Результаты расчета в программном комплексе

Оеовгиёю 2007»

ПРИЛОЖЕНИЕ №3 «Справка о внедрении результатов научно-исследовательской работы»

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Анализ взаимодействия энергоэффективных конструкций фундаментов с грунтовым массивом»

ВВЕДЕНИЕ

Одной из основных задач, стоящих в настоящее время перед специалистами геотехниками, является повышение экономичности применяемых фундаментов за счет разработки и внедрения в практику строительства высокоэффективных конструктивно-технологических решений.

Одним из путей повышения эффективности применения различных конструкций фундаментов, является стимулирование увеличения их энергоэффективности с учетом периода эксплуатации зданий и инженерных сооружений.

В настоящее время в зарубежной практике строительства нашли широкое применение энергоэффективные конструкции фундаментов (ЭЭФ) «двойного» назначения. Кроме выполнения основной функции - передачи полезной нагрузки на грунтовое основание, они позволяют использовать за счет развитой контактной поверхности фундаментов геотермальную энергию окружающего грунтового массива для отопления зданий в период их эксплуатации, тем самым повышают эффективность их использования.

Исследования взаимодействия энергоэффективных конструкций фундаментов с грунтовым массивом также соотносятся с целями государственной программы «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года», в части реализации энергосберегающих технологий и проектов.

В настоящее время ЭЭФ успешно применяют во многих странах, таких как: Канада, Австралия, США, большинство европейских стран, имеются примеры внедрения в станах с тропическим климатом. Однако в России их применение пока не нашло широкого внедрения в практику строительства. По нашему мнению, это связано с отсутствием достаточных для разработки методики проектирования ЭЭФ экспериментальных данных. В связи с этим, проблема изучения взаимодействия различных типов энергоэффективных

конструкций фундаментов с грунтовым массивом в региональных условиях Российской Федерации является актуальной.

Цель настоящей работы состоит в экспериментальном и теоретическом обосновании общих принципов методики конструирования энергоэффективных конструкций фундаментов (ЭЭФ) в геологических и климатических условиях г. Перми.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:

1. Провести мониторинг распределения температурных полей и изменения уровня грунтовых вод в грунтовом массиве во времени;

2. Определить основные физико-механические и теплофизические характеристики грунтов применительно к типам грунтовых оснований г. Перми;

3. Разработать численную модель взаимодействия конструкций энергоэффективных фундаментов с грунтовым массивом для определения их оптимальных параметров;

4. Разработать методику конструирования энергоэффективных конструкций фундаментов с учетом их параметров и характеристик грунтового основания.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- экспериментально определены геотермальные закономерности грунтовых оснований для инженерно-геологических и климатических условий г. Перми;

предложена модель, поставлены и решены задачи по распределению температурных полей в грунтовом основании конструкций энергоэффективных фундаментов (ЭЭФ) с применением математического аппарата метода конечных элементов;

- представлены результаты численного анализа процесса изменения температурных полей в грунтовом массиве с учетом влияния различных конструкций ЭЭФ;

- выполнено экспериментально-теоретическое обоснование и предложены общие принципы конструирования, позволяющие определить энергоэффективный тип конструкций фундаментов для инженерно-геологических условий г. Перми.

Достоверность и обоснованность. Результаты, основные выводы и рекомендации, приведенные в диссертационной работе, базируются на основных теоретических положениях механики и термодинамики грунтов, а также подтверждены необходимым объемом исследований, обеспечивающим возможность статистического анализа результатов. При проведении экспериментов использовалась регистрирующая аппаратура, прошедшая поверку в органах стандартизации. Достоверность результатов исследования обеспечивается значительным количеством численных экспериментов с помощью сертифицированных программ, используемых для решения задач в геотехнической практике.

Практическое значение работы состоит в разработке принципов проектирования энергоэффективных конструкций фундаментов в инженерно-геологических условиях г. Перми с целью повышении эффективности строительства и эксплуатации зданий.

Личный вклад автора в исследование проблемы. Постановка проблемы, формулирование целей и задач, поиск их решения путем экспериментальных исследований и проведения численного моделирования, разработка принципов конструирования и расчета, формулирование основных выводов осуществлены лично автором.

Реализация и внедрение результатов работы. Диссертационная работа является частью научных исследований, проводимых на кафедре «Строительное производство и геотехника» ПНИПУ в рамках программ «Национальный исследовательский университет» и инновационно-

образовательной программы «Образование» в 2006 - 2010 г.г. Полученные основные результаты работы использованы в Пермском национальном исследовательском политехническом университете при чтении лекций и ведении практических занятий для студентов строительного факультета специальностей «Промышленное и гражданское строительство» и «Городское строительство и хозяйство». Легли в основу изданных методических рекомендаций «Исследование вопроса применимости энергоэффективных фундаментов на урбанизированных территориях» для магистерских программ «Подземное и городское строительство» и «Техническая эксплуатация зданий».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях молодых ученых 2008-2011 гг. (ПГТУ, г. Пермь); международной конференции «Геотехнические проблемы XXI века в строительстве зданий и сооружений» (Пермь, 2007 г.); межрегиональной научно-практической конференции «Проблемы и задачи инженерно-строительных изысканий» (Пермь, 2008 г.); International Conference on Deep Foundations - CPRF and Energy Piles (Frankfurt on Main (Германия), 2009 г.); международной научно-практической конференции «Малоэтажное строительство в рамках национального проекта «Доступное и комфортное жилье - гражданам России» (Волгоград, 2009 г.); 2-й научно-технической конференции «Инженерные проблемы строительного материаловедения, геотехнического и дорожного строительства» (Волгоград, 2009 г.); международной научно-практической конференции, посвященной 50-летию строительного факультета ПГТУ (Пермь, 2009 г.); международной научно-технической конференции «Актуальные научно-технические проблемы современной геотехники» (Санкт-Петербург, 2009 г.); международной научно-технической конференции «Актуальные вопросы геотехники при решении сложных задач нового строительства и реконструкции» (Санкт-Петербург, 2010 г.); международной научной конференции

«Фундаменты глубокого заложения и проблемы освоения подземного пространства» (Пермь, 2011 г.).

Результаты исследований внедрены в практику строительства предприятиями НП «Западурал строй».

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 9 статьях, опубликованных в сборниках научных трудов и научных журналах, в том числе в 2 статьях опубликованных в изданиях из перечня ВАК РФ.

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты выполненных натурных исследований и мониторинга основных параметров грунтового массива.

2. Постановка и способы решения задач по распределению температурных полей в грунтовом основании энергоэффективных конструкций фундаментов.

3. Результаты и анализ численного моделирования работы энергоэффективных конструкций фундаментов с грунтовым массивом.

4. Общие принципы проектирования ЭЭФ с учетом инженерно-геологических условий строительства.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы и 3 приложений. Общий объем диссертации составляет 166 страниц, включает 67 рисунков, 48 таблиц, список литературы из 105 наименований, в том числе 24 на иностранном языке.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю зав. кафедрой «Строительное производство и геотехника» ПНИПУ, профессору, д.т.н. А.Б. Пономареву за ценные советы и замечания в ходе выполнения научно-исследовательской работы. Автор выражает благодарность декану строительного факультета ПНИПУ, доценту, к.т.н. В.А. Го-лубеву всем сотрудникам кафедры СПГ ПНИПУ за помощь и поддержку в период работы над диссертацией.

Заключение диссертации по теме «Основания и фундаменты, подземные сооружения», Захаров, Александр Викторович

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Экспериментально установлено, что для климатических и инженерно-геологических условий г.Перми температура грунтового массива, начиная с 6 м, не зависит от колебаний температур воздуха и составляет 13°С с уменьшением до 10°С к глубине 20 м. Это позволяет подтвердить обоснованность перспективного применения ЭЭФ.

2. Предложенная численная модель взаимодействия ЭЭФ с грунтовым массивом подтверждена результатами натурных исследований с достаточной для инженерной практики точностью.

3. На основе численного моделирования установлено, что плотность теплового потока, а следовательно и эффективность применения различных типов ЭЭФ, при равных инженерно-геологических условиях зависит от их глубины заложения и геометрических параметров фундаментов.

4. На примерах расчета и сравнения вариантов показано, что наиболее эффективной конструкцией ЭЭФ для инженерно-геологических и климатических условий г. Перми являются свайные фундаменты. Причем большая эффективность применения достигается при уменьшении радиуса и длины свай.

5. Предложенная методика конструирования позволяет запроектировать энергоэффективный вариант фундаментов с учетом инженерно-геологических условий. Практическое применение результатов исследований позволяет повысить эффективность использования применяемых конструкций фундаментов. Наибольший экономический эффект от применения ЭЭФ наблюдается для зданий с малым строительным объемом.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Захаров, Александр Викторович, 2011 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абуханов, А. 3. Механика грунтов : учеб. пособие / А. 3. Абуханов. -Ростов н/Д : Феникс, 2006. - 352 с.

2. Асатурян, В. И. Теория планирования эксперимента: учеб. пособие для вузов / В. И. Асатурян. - М.: Радио и связь, 1983. - 248 с.

3. Базаров, И. П. Термодинамика / И. П. Базаров. - М. : Высш. шк., 1983. -344 с.

4. Булатов, Н. К. Термодинамика необратимых физико-химических процессов / Н. К. Булатов, А. Б. Лундин. - М. : Химия, 1984 - 336 с.

5. Васильев, Г. П. Теплохладоснабжение зданий и сооружений с использованием низкопотенциальной тепловой энергии поверхностных слоев земли : монография / Г. П. Васильев. - М. : Изд. дом «Граница», 2006. - 176 с.

6. Веселов, В. В. Методика расчета теплоизолированных фундаментов на сезонно промерзающих грунтах : дис. канд. техн. наук : 05.23.02 / В. В. Веселов ; Урал. гос. техн. ун-т. - Екатеринбург : Изд-во УГТУ-УПИ, 2003. - 148 с.

7. Глобус, А. М. Физика неизотермического внутрипочвенного влагооб-мена / А. М. Глобус. - Л., 1983. - 278 с.

8. Глобус, А. М. Зависимость теплофизических свойств почв от давления влаги и толщины водной пленки / А. М. Глобус, А. В. Арефьев // Почвоведение. - 1971. -№ 11.-С. 100-104.

9. Глотов, Н. М. Основания и фундаменты : учебник / Н. М. Глотов, А. П. Рыженко, Г. С. Шпиро. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Стройиздат, 1987. -286 с.

10. Горев, В. В. Математическое моделирование при расчетах и исследованиях строительных конструкций : учеб. пособие / В. В. Горев, Н. Ю. Филиппов, В. В. Тезиков. - М. : Высш. шк., 2002. - 206 с.

11. ГОСТ 12071-2000. Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов. - Взамен ГОСТ 12071-84 ; введ. 2001-07-01. - М. : ГУП ЦПП, 2001.-III, 23 с.

12. ГОСТ 12248-96. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости. - Взамен ГОСТ 12248-78 ; введ. 199701-01. - М. : Изд-во стандартов, 1997. - III, 58 с.

13. ГОСТ 12536-79. Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава. - Взамен ГОСТ 12536-67 ; введ. 1980-07-01. - М. : Изд-во стандартов, 1980. - 17 с.

14. ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик. - Взамен ГОСТ 5180-75, 5181-78, 5182-78, 5183-77 ; введ. 1985-07-01. -М. : Изд-во стандартов, 1985. - 18 с.

15. ГОСТ 20522-96. Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний. - Взамен ГОСТ 20522-75 ; введ. 1997-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 1997. - IV, 24 с.

16. ГОСТ 23250-78. Материалы строительные. Метод определения удельной теплоемкости. - Введ. 1979-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 1979. - 9 с.

17. ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация. - Взамен ГОСТ 25100-82 ; введ. 1996-07-01. - М. : Изд-во стандартов, 1997. - III, 32 с.

18. ГОСТ 7076-99. Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме. - Взамен ГОСТ 7076-87 ; введ. 2000-04-01. - М. : ГУП ЦПП, 2000. - IV, 23 с.

19. Жуковский, В. С. Основы теории теплопередачи / В. С. Жуковский. -М. : Энергия, 1969- 224 с.

20. Заключение об инженерно-геологических изысканиях на объекте: «Спортивный комплекс по ул. Куйбышева, 109 (Строительный факультет ПГТУ) в Свердловском районе г. Перми». Дог. 158. ОАО «ВернекамТИСИз», 2003.

21. Захаров, А. В. Применение геотермальной энергии грунта для отопления зданий в климатических и инженерно-геологических условиях Пермского края / А. В. Захаров // Вестник гражданских инженеров. - 2010. - № 2 (23). -С. 85-89.

22. Захаров, А. В. Результаты мониторинга распределения температуры в грунтовом массиве / А. В. Захаров // Современные технологии в строительст-

ве. Теория и практика : материалы науч.-практ. конф. аспирантов, молодых ученых и студентов строит, фак. (г. Пермь, 20-21 мая. 2009 г.) / Федерал, агентство по образованию, Перм. гос. техн. ун-т. - Пермь, 2009. - С. 263-266.

23. Захаров, А. В. О возможности применения энергетических фундаментов в инженерно-геологических и климатических условиях г. Перми / А. В. Захаров, С. И. Шиян, М. А. Шубин // Инженерные проблемы строительного материаловедения, геотехнического и дорожного строительства : материалы II науч.-техн. конф., г. Волгоград, 24-25 окт. 2009 г. / М-во образования и науки РФ, Федерал, агентство по образованию, Волгоград, гос. архит.-строит. ун-т [и др.]. - Волгоград, 2009. - С. 61-65.

24. Захаров, А. В. Численное моделирование процесса отбора геотермальной низкопотенциальной энергии грунта / А. В. Захаров // Актуальные вопросы геотехники при решении сложных задач нового строительства и реконструкции : сб. тр. науч.-техн. конф., г. Санкт-Петербург, 10-12 нояб. 2011 г. / М-во образования и науки РФ, С.-Петерб. гос. архит.-строит. ун-т, Рос. акад. архитектуры и строит, наук [ и др.]. - СПб., 2010. - С. 222-227.

25. Захаров, А. В. Исследование низкопотенциальной энергии грунта / А. В. Захаров, А. Б. Пономарев // Строительство. Архитектура. Теория и практика : материалы науч.-практ. конф. строит, фак. ПГТУ, посвящ. 50-летию строит, фак., г. Пермь, 16-17 дек. 2009 г. / М-во образования и науки РФ, Перм. гос. техн. ун-т. - Пермь, 2010. - С. 92-96.

26. Захаров, А. В. Использование тепловой энергии Земли с применением энергетических фундаментов / А. В. Захаров, И. А. Бобров // Фундаменты глубокого заложения и проблемы освоения подземного пространства : материалы междунар. конф., г.Пермь, 18-19 окт. 2011 г. : III Акад.чтения им. проф. А. А. Бартоломея / Рос. акад. архит. и строит, наук [и др.]. - Пермь, 2011.-С. 373-378.

27. Инженерно-геологические изыскания : справ, пособие / Н. Ф. Арипов [и др.]. - М. : Недра, 1989. - 288 с.

28. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Ч. I. Общие правила производства работ : СП 11-105-97. - Введ. 1998-03-01. - М. : ПНИИИС Госстроя России, 1997.

29. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения : СНиП 11-02-96. - Взамен СНиП 1.02.07-87 ; введ. 1996-11-01. - М. : ГУП ЦПП, 1997.

30. Математические методы и планирование эксперимента в грунтоведении и инженерной геологии / Кнатько В. М., Руднева И. Е., Баринов Е. Н., Чижевский Ю. С. - JI. : Ленингр. ун-т, 1983. - 112 с.

31. Королев, В. А. Термодинамика грунтов : учеб. пособие / В. А. Королев. - М. : Изд-во МГУ, 1997. - 168 с.

32. Королёв, В. А. Принципы термодинамики в инженерной геологии / В. А. Королев // Материалы школы-семинара : основные проблемы геологии. -М., 1982. - С. 15-24. - Деп. в ВИНИТИ № 205-82.

33. Кротов, В. М. Исследование тепловых характеристик вертикальных грунтовых теплообменников систем теплоснабжения / В. М. Кротов // Известия высших учебных заведений. Строительство. - 2009. - № 8 608). - С. 6165.

34. Кротов, В. М. Совершенствование расчета вертикальных грунтовых теплообменников систем теплоснабжения / В. М. Кротов // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Сер. Строительство и архитектура. — 2009. - Вып. 15 (34). - С. 129-134.

35. Кротов, В. М. Моделирование инерционных процессов в системах теп-ло-холодоснабжения / В. М. Кротов, А. В. Гришкова // International Journal for Computation Civil and Structural Engineering. - 2008. - Vol. 4 (2). - P. 37-38.

36. Курнышев, В. И. Техническая термодинамика и теплопередача : учебник для вузов / В. И. Курнышев, В. И. Лебедев, В. А. Павленко. - М. : Строй-издат, 1986.-464 с.

37. Крутов, В. И. Техническая термодинамика: учебник для вузов / В. И. Крутов. - 2-е изд., перераб. и доп. -М. : Высш. шк., 1981. - 439 с.

38. Лысков, А. В. Тепломассообмен : справочник / А. В. Лысков. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Энергоиздат, 1978. - 480 с.

39. Лыков, А. В. Теория теплопроводности / А. В. Лыков. - М. : Высш. шк., 1967.-599 с.

40. Маслов, Н. Н. Основы инженерной геологии и механики грунтов : учебник для вузов / Н. Н. Маслов. - М. : Высш. шк., 1982. - 511 с.

41. Основания и фундаменты. Краткий курс : учебник для строит, вузов / под ред. Н. А. Цытовича. - М. : Высш. шк., 1970. - 384 с.

42. Налимов, В. В. Теория эксперимента / В. В. Налимов. - М. : Наука, 1971.-208 с.

43. Налимов, В. В. Логические основания планирования эксперимента / В. В. Налимов, Т. И. Голикова. -М. : Металлургия, 1976. - 128 с.

44. Невзоров, А. Л. Фундаменты на сезоннопромерзающих грунтах : учеб. пособие / А. Л. Невзоров. - М. : Изд-во АСВ, 2000. - 156 с.

45. Нерпин, С. В. Физика почвы / С. В. Нерпин, А. Ф. Чудновский. - М. : Наука, 1967.-584 с.

46. Планирование эксперимента: метод, указ. по курсам «Численные методы решения строительных задач с использованием ЭВМ», «УИРС» и для самостоятельной работы студентов специальности САД (29.10) / сост.: Т. Б. Пермякова, Н. Е. Рукавишникова, А. Б. Зырянов ; Перм. политехи, ин-т. -Пермь, 1990.-32 с.

47. Плескунин, В. И. Теоретические основы организации и анализа выборочных данных в эксперименте / В. И. Плескунин, Е. Д. Воронина ; под ред. засл. деят. науки и техники РСФСР, д-ра техн. наук проф. А. В. Башарина. -Л. : Изд-во Ленингр. ун-та, 1979. - 232 с.

48. Пономарев, А. Б. Использование геотермальной энергии для отопления и кондиционирования зданий / А. Б. Пономарев, А. В. Захаров // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Сер. Строительство и архитектура. - 2010. - Вып. 17 (36). - С. 119-122.

49. Пономарев, А. Б. К вопросу о постановке экспериментов использованию геотермальной энергии грунтов оснований / А. Б. Пономарев, А. В. Захаров // Актуальные научно-технические проблемы современной геотехники : межвуз. сб. тр. - СПб., 2009. - Т. 1. - С. 98-100.

50. Пономарев, А. Б. Использование геотермальной энергии для отопления и кондиционирования зданий / А. Б. Пономарев, А. В. Захаров // Малоэтажное строительство в рамках национального проекта «Доступное и комфорт-

ное жилье - гражданам России» : технологии и материалы, проблемы и перспективы развития в Волгоградской области : материалы междунар. науч.-практ. конф., 15-16 дек. 2009 г. / Администрация Волгоград, обл. [и др.]. -Волгоград, 2009. - С. 223-226.

51. Пономарев, А. Б. Об инженерно-геологических условиях строительства г. Перми / А. Б. Пономарев, С. В. Калошина // Проблемы механики грунтов и фундаментостроения в сложных грунтовых условиях : тр. междунар. науч.-техн. конф., посвягц. 50-летию БашНИИстроя : в 3 т. - Уфа, 2006. - Т. 2. - С. 119-124.

52. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83) / НИИОСП им. Герсеванова - М. : Стройиздат, 1986. - 415 с.

53. Проектирование фундаментов зданий и подземных сооружений : учеб. пособие / под ред. Б. И. Далматова. - 3-е изд. - М. : Изд-во АСВ, 2006. - 428 с.

54. Патент БШ №2135693, МКИ 6 Е02Э 27/01, 27/35. Теплоизолированный фундамент / В. В.Лушников, Ю. Р.Оржеховский. - Опубл. 27.08.1999, Бюл. №24.-12 с.

55. Патент 1Ш №2135693, МКИ6 Е02Б 27/01, 27/35. Теплоизолированный фундамент / В. В. Лушников, Ю. Р.Оржеховский, В. В. Веселов. - Опубл. 27.01.2004, Яи БИПМ № 3. - 8 с.

56. Рекомендации по применению методов математического планирования эксперимента в технологии бетона. - М. : НИИЖБ Госстроя СССР, 1982. -103 с.

57. Сборник трудов международной конференции (АБЗМОТ) «ТАОШОВЕТТАСЕ», 18-19 января 2007 г.

58. Сертификат соответствия № РОСС БШ.ГБ06.В01051.

59. СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений. - Взамен СНиП II-15-74, СН 475-75 ; введ. 1985-01-01. - М. : Гос. ком. СССР по делам стр-ва, 1984.- 125 с.

60. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. - Взамен СНиП II-17-77 ; введ. 1987-01-01.-М. : Госстрой, 1986.-44 с.

61. СНиП 2.02.04-88. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах.

- Взамен СНиП II-18-76 ; введ. 1990-01-01. - М. : Госстрой СССР, 1990. - 51 с.

62. СНиП 23-01-99*. Строительная климатология. - Взамен СНиП 2.01.0182 ; введ. 2000-01-01. -М.: Госстрой России, 2000. - 56 с.

63. СП 24.13330.2011. Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП2.02.03-85.-Введ. 2011-05-20. -М. : Минрегион России, 2011.

64. СП 22.13330.2011. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*. - Введ. 2011-05-20. - М. : Минрегион России, 2011.

65. Теория теплообмена / под ред. А. И. Леонтьева. - М. : Высш. шк., 1979.

- 495 с.

66. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент : справочник / под общ. ред. В. А. Григорьева, В. М. Зорина. - М. : Энергоиздат, 1982. -512 с.

67. Цирельман, Н. М. Теория и прикладные задачи тепломассопереноса : учеб. пособие. Ч. I / Н. М. Цирельман. - Уфа : Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т, 2002.- 108 с.

68. Цытович, Н. А. Механика грунтов (краткий курс): учебник для вузов / Н. А. Цытович. - 3-е изд., доп. - М. : Высш. шк., 1979. - 272 с.

69. Цытович, Н. А. Экспериментальные основы прикладной геомеханики в строительстве / Н. А. Цытович, 3. Г. Тер-Мартиросян. - М. : Высш. шк., 1981. -318с.

70. Цытович, Н. А. Механика мерзлых грунтов : учеб. пособие / Н. А. Цытович. - М.: Высш. шк., 1973. - 448 с.

71. Чеверев, В. Г. Природа криогенных свойств грунтов / В. Г. Чеверев. -М. : Науч. мир, 2004. - 234 с.

72. Черная, К. В. Использование конструкций фундаментов глубокого заложения при извлечении геотермальной энергии / К. В. Черная // Свгг геотехшки. - 2006. - № 1. - С. 27-31.

73. Чечеткин, А. В. Теплотехника : учебник для хим.-технол. спец. вузов / А. В. Чечеткин, Н. А. Занемонец. - М. : Высш. шк., 1986. - 344 с.

74. Шаповал, В. Г. Температурш поля в Грунтових основах теплових HacociB : монограф1я / В. Г. Шаповал, Б. В. Моркляник. - Дншропетровськ : Пороги, 2011.- 123 с.

75. Шаповал, В. Г. Тепловые насосы, энергоэффективные основания и фундаменты (часть 1) / В. Г. Шаповал, Б. В. Моркляник // Свгг геотехшки. -2009.-№ 1.-С. 27-29.

76. Шаповал, В. Г. Тепловые насосы, энергоэффективные основания и фундаменты (часть 2) / В. Г. Шаповал, Б. В. Моркляник // Свгг геотехшки. -2009. - № 2. - С. 28-29.

77. Шаповал, В. Г. Тепловые насосы, энергоэффективные основания и фундаменты (часть 3) / В. Г. Шаповал, Б. В. Моркляник // Свгг геотехшки. -2009.-№3.-С. 24-26.

78. Шаповал, В. Г. Тепловые насосы, энергоэффективные основания и фундаменты (часть 4) // В. Г. Шаповал, Б. В. Моркляник // Свгг геотехшки. -2009.-№4.-С. 32-33.

79. Шумихин, А. Г. Статистическая обработка результатов экспериментального исследования технологических процессов : рекомендации к выполнению учеб.-исслед. работ по курсам «Основы научных исследований в химической технологии», «Автоматизация технологических процессов отрасли» и «Автоматизация исследований в химической технологии» / А. Г. Шумихин. - Пермь : Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 1992. - 93 с.

80. Юдаев, Б. Н. Теплопередача / Б. Н. Юдаев. - М. : Высш. шк., 1981. -319 с.

81. Adam, D. Dynamische und thermomechanische Vorgänge im Boden // Theoretische und experimentelle Untersuchungen / D. Adam ; Habilitationsschrift, Institut für Grundbau und Bodenmechanik, Technische Universität. - Wien, 2002.

82. Asrar, G., Estimating thermal diffusivity near the soil surface using Laplace transform: Uniform initial conditions / G. Asrar, E. T. Kanemasu // Soil Sei. Soc. Am. J. - 1983. - № 47. - P. 397-401.

83. Brandl, H. Energy foundation and other thermo - active ground struetures / H. Brandl // Geotechnique. - 2006. - № 56. - P. 81-122.

84. Brandl, H. Energy piles and diaphragm walls for heat transfer form and into the ground / H. Brandl // Procssding of the 3-h international Geotechnical Seminar on Deep Foundations on Bored and Auger Piles. Ghent. Technical University. -Vienna, Austria, 1998. - P. 38-60.

85. Brandl, H. Geothermische Energienutzung mittels Pfählen, Schlitzwänden und Stützbauwerken. Fachseminar / Brandl, H., Adam D., Kopf F. // PfahlSymposium 1999, 25/26 Februar 1999 / Braunschweig, Mitteilungen des Institutes für Grundbau und Bodenmechanik, TU Braunschweig. - 1999. - Heft Nr. 60. - S. 329-356.

86. Brandl, H. Ground-Sourced Energy Wells for Heating and Cooling of Buildings / Brandl H., Adam D., Markiewicz R. // Acta Geotechnica Slovenica. - 2006. -Vol. 3,2006/1.-P. 5-27.

87. Johansen, O. Thermal Conductivity of Soils / O. Johansen. - Trondheim, Norway, 1977.

88. Johnston, G. H. Engineering Characteristics of Frozen and Thawing Soils. Permafrost Engineering Design and Construction / Johnston G. H., Ladanyi B., Morgenstern N. R. - 1981.

89. Katzenbach, R. Energiepfähle - Verbindung von Geotechnik und Geothermie / Katzenbach R., Knoblich K., Sanner B. // Tagungsbericht 3. Symposium Erdgekoppelte Wärmepumpen, Schloss Rauischholzhausen, Informations-Zentrum Wärmepumpen + Kältetechnik, Fachinformationszentrum Karlsruhe. - 1997.

90. Katzenbach, R. Innovationen bei der Nutzung geothermischer Energie durch erdberührte Bauwerke, wie z.B / Katzenbach R., Adam D., Waberseck T. //Pfahlgründung mittels Energiepfählen. Geothermie-Symposium Bremerhaven Erdwärme - Energieträger der Zukunft. - 2002.

91. Katzenbach, R. Actual trends in the cost-optimised foundation of high-rise buildings and renewable energies in severe soil conditions / Katzenbach R., Bachmann G., Clauss F. // International Scientific-Technical Conference «Problems of Soil Mechanics and Foundation Engineering in severe Soil Conditions» - Ufa, 2006.

92. Katzenbach, R. Geothermics as an Element of Developed and Sustainable Energy Supply to Prevent the World Climate Change / Katzenbach R., Waberseck

T. // Geotechnical Problems of the 21st Century in the Construction of Buildings and Foundations - Perm, 2007.

93. Kimball, B. A. Soil heat flux determination: A null-alignment method / Kimball B. A., Jackson R. D. // Agric. Meteorol. - 1975. - № 15. - P. 1-9.

94. Lam, H. N. Geothermal heat pump system for air conditioning in Hong Kong / Lam H. N., Wong H. M. // Proceedings World Geothermal Congress 24-29 April 2005 - Antalya, Turkey: - 2005. - Paper No. 1475. - P. 1-4.

95. Pikul, J. L. A field comparison of null-alignment and mechanistic soil heat flux / Pikul J. L., Allmaras R. R. // Soil Sci. Soc. Am. J. - 1984. - № 48. - P. 1207-1214.

96. Sanner, B. Shallow geothermal energy / B. Sanner // GHC Bulletin. - 2001. -P. 17-25.

97. Sanner, B. Larger geothermal heat pump plants in the central region of Germany / Sanner B., Mands E., Sauer M. K. // Geothermics. - 2003. - № 32. -P. 589-602.

98. Sikora, E. Thermal conductivity and diffusivity estimations of uncompacted and compacted soils using computing methods / Sikora E., Kossowski J. // Polish J. Soil Sci. - 1993. - № 26 (1). - P. 19-26.

99. Usowicz, B. Statistical - physical model of thermal conductivity in soil / Usowicz B. // Pol. J. Soil Sci. - 1992. - № XXV/1. - P. 25-34.

100. Usowicz, B. A method for the estimation of thermal properties of soil / Usowicz B. // Int. Agrophysics. - 1993. - № 7 (1). - P. 27-34.

101. Usowicz, B. Evaluation of methods for soil thermal conductivity calculations / Usowicz B. // Int. Agrophysics. - 1995. - № 9 (2). - P. 109-113.

102. Usowicz, B. Thermal Win beta (Soil thermal properties software package) / Usowicz B., Usowicz L. ; Institute of Agrophysics, Polish Academy of Sciences - Lublin.

103. de Vries, D. A. Thermal properties of soil. In / de Vries, D. A. // Physics of Plant Environment - North-Holland, Amsterdam, 1963. - P. 210-235.

104. URL: http://meteo.infospace.ru.

105. URL: http://thermo.karelia.ru.

ПРИЛОЖЕНИЕ №1 «Анализ архивных данных по инженерно-геологическим изысканиям

близлежащей территории»

Анализ проведен на основании «Заключения об инженерно-геологических изысканиях на объекте: «Спортивный комплекс по ул. Куйбышева, 109 (Строительный факультет ПГТУ) в Свердловском районе г. Перми» [20], выполненного трестом ОАО «ВернекамТИСИз» в 2003 году. Площадка строительства спортивного комплекса расположена на расстоянии « 500-600 м от выбранной нами экспериментальной площадки.

Согласно «Заключения...» [20] в геоморфологическом отношении характеризуемый участок расположен на надпойменной террасе р. Камы, осложненной долиной р. Данилихи и системой ее логов. Участок расположен в пределах северного отвершка одного из логов, осложняющий правый борт долины речки Данилихи, протекающей в 0,7 км западнее площадки. Поверхность ровная. Западнее наблюдается довольно крутой (20°) правобережный склон лога.

Экспериментальная площадка расположена восточнее относительно участка строительства спортивного комплекса, т.е. на расстоянии « 1,2-1,3 км от речки Данилиха.

На склонах лога, за пределами площадки, наблюдаются выходы подземных вод в виде родников, дающих начало ручью, протекающему по тальвегу лога. В неблагоприятные периоды разгружаются и поверхностные воды. Дно ручья илисто- глинистое, глубина 3-5 см.

В геологическом отношении площадка строительства спортивного комплекса на изученную глубину (14м) сложена четвертичными аллювиаль-но-делювиальными глинистыми грунтами с прослоями песка, в подошве с и галькой до 25-30%, перекрытыми мощной толщей насыпных грунтов.

Коренные породы при проведении изысканий в 2003 году не вскрыты. Однако, согласно, приведенным архивным данным в «Заключении...» [20] коренные породы в этом районе представлены аргиллитами и песчаниками.

Насыпные грунты представлены глинистыми и песчаными грунтами с примесью до 60-70% строительного и бытового мусора (куски бетона, об-

ломки кирпича, металлолом, древесина, арматура, битое стекло), гравия и гальки кварцево-кремнистого состава, щебня строительного.

На период изысканий (2003 год) подземные воды не встречены. Согласно приведенным архивным данным в «Заключении...» [20] при изысканиях в микрорайоне Чкалова в 1990-1991 годах были вскрыты грунтовые воды приуроченные к глинистым грунтам, слагающим верхнюю часть четвертичного разреза и гравийным грунтам, залегающим в основании четвертичного разреза.

Согласно гидрогеологическому районированию г. Перми по степени подтопляемости исследованная территория относится к потенциально подтопляемым территориям.

На основании проведенных изысканий в 2003 году, на участке строительства спортивного комплекса выделено 3 инженерно-геологические элемента (ИГЭ):

- ИГЭ-1 Насыпные грунты;

- ИГЭ-2 Глина легкая пылеватая, полутвердая, тугопластичная, реже мягкопластичная;

- ИГЭ-3 Суглинок тяжелый пылеватый, полутвердый и тугопластичный с линзами песка, пылеватого, плотного, насыщенного водой с включением гравия и гальки.

Насыпные грунты на исследованном участке в основном представлены суглинком (11 из 16 определений) и песком (3 из 16 определений). Для суглинка приводятся следующие осредненные данные:

Таблица 1

Физико-механические свойства ИГЭ-1

Характеристики Кол-во Интервал Среднее

грунтов определении значении значение

1 2 3 4

Природная 11 0.18-0.37 0.24

влажность, д.ед.

1 2 3 4

Влажность на границе текучести, д.ед. 11 0.24-0.40 0.30

Влажность на границе раскатывания, д.ед. 11 0.16-0.23 0.19

Число пластичности 11 0.07-0.16 11

Показатель текучести 1 3 5 1 1 <0 0.15 0.3-0.5 0.64-0.65 0.79 Твердые Полутвердые Тугопластичные Мягкопластичные Текучепластичные

Плотность грунта, т/м3 11 1.70-2.01 1.93

Плотность о частиц грунта, т/м 11 2.57-2.74 2.69

Плотность сухого грунта, т/м3 11 1.3-1.6 1.5

Пористость, % 11 38.8-50.8 41.9

Коэффициент пористости, д.ед. 11 0.66-1.04 0.71

Степень водонасыщения, д.ед. 11 0.74-0.90 0.86

Для ИГЭ-2 приведены следующие физико-механические и прочностные характеристики, полученные по результатам статистической обработки:

Таблица 2

Физико-механические свойства ИГЭ-2

Характеристики грунтов Нормативное значение Коэф. вариаций Расчетное значение

0.95 0.85

1 3 4 5 6

Природная влажность, д.ед. 0.26 0.12

Влажность на границе текучести, д.ед. 0.41 0.09

Влажность на границе раскатывания, д.ед. 0.21 0.07

о Плотность грунта, т/м 1.95 0.03 1.92 1.93

Плотность о частиц грунта, т/м 2.72 0.02

1 3 4 5 6

Коэффициент пористости, д.ед. 0.76 0.07

Модуль деформации, МПа 16

Угол внутреннего трения, градус 11 3 6

Удельное сцепление, МПа 0.035 0.08 0.021 0.026

Грунты ИГЭ-3 вскрыты на глубину 1,8 м. Ввиду незначительного количества отобранных образцов статистическая обработка результатов не произведена. В таблице 3 приводятся осредненные физические характеристики для ИГЭ-3.

Таблица 3

Физико-механические свойства ИГЭ-3

Характеристики грунтов Кол-во определений Интервал значений Среднее значение

1 2 3 4

Природная влажность, д.ед. 2 0,24-0,244 0.242

Влажность на границе текучести, д.ед. 4 0,18-0,35 0,28

Влажность на границе раскатывания, д.ед. 4 0,11-0,19 0,15

Число пластичности 4 0.07-0.16 0,13

Показатель текучести 2 0,31-0,37 Тугопластичные

Плотность грунта, т/м 2 1,98-2,02 2,00

Плотность частиц грунта, т/м3 2 2,72-2,75 2,74

Плотность сухого грунта, т/м3 11 1,6-1,8 1.7

Пористость, % 11 35,1-41,3

Коэффициент пористости, д.ед. 11 0,54-0,70 0,62

1 2 3 4

Степень водонасыщения, д.ед. 11 0,87-0,93 0,90

Физико-механические характеристики коренных пород при проведении изысканий не определялись.

ПРИЛОЖЕНИЕ №2 «Результаты расчета в программном комплексе Сео81ис1ю 2007»

-ю

-15

сЗ

I

Ю

ь. и

-2*

-30

-35

л н т и Т Н Т М Т < М М ТМ Т Т Т » МТ И м т м т т т т

— 1

ИГЭ 1

ИГЭ-2

ИГЭ 3

нгэ-»

Шо

Длина, м

Рис. 1. Расчетная схема модели для одиночной сваи для 1-го типа грунтовых условий г=0,6м, йМ12м

-10

-15

та I 5

Ю ^

с; и

-20

-30

-35

-40

Длина, м

Рис. 2. Распределение температурных полей для одиночной сваи на последний день работы (3-й годовой цикл) для 1 -го типа грунтовых условий г=0,6м, ¿/=12м

-10

-15

-

ИГЭ- 1

ИГЭ-5

ИГЭ-3

2 г-

я

-20

Ю >>

с; и

-25

-30

-35

I

_

ИГЭ-4

штшттштштгг^тттъ

Длина, м

н Ш1ШI Гпо

Рис. 3. Расчетная схема модели для одиночной сваи для 2-го типа грунтовых условий г=0,6м, с1= 12м

-10

-15

я

Ю

с; и

-25

-30

-35

-40

Длина, м

Рис. 4. Распределение температурных полей для одиночной сваи на последний день работы (3-й годовой цикл) для 2-го типа грунтовых условий г=0,6м, 4= 12м

■ 4

_I_

-ю

-15

-20

га

± -25 Ю

и -30

-35

-40

-45

-50

мтжиижтижтжтжпжт

ГТ

ПГЭ1

ИГЭ-1

йгэ-з

НГЭ--1

1

1

±±

_

1

ПТЩТГЩТТтШ ЩЛТГШТТШТТ дт ТЩТГЩ Т ТТЬ>

Длина, м

Рис. 5. Расчетная схема модели для заглубленного плитного фундамента

для 1-го типа грунтовых условий 6=15м. с1= 12м

-40

Ш^ШШшшшяШшШШШжттяшяшштш

_ . -.....

■еИИзШ

Ш1Ж;:

-45

-50

г лз& __[_

_

-

гмыв *ВЙВ»-П9Ч

.------....

ШШЩШШШ&ШЖЩ!

I I

_I_I_

20

25

40

45

50

Длина, м

Рис. 6. Распределение температурных полей для заглубленного плитного фундамента на последний день работы (7-й годовой цикл) для 1-го типа грунтовых условий ¿=15м, Ф= 12м

о г—

-5

ишттттшпттттттт

игэ 1

ИГЭ-5

и 4 ^ и 4 ^ и Но

Длина, м

Рис. 7. Расчетная схема модели для заглубленного плитного фундамента

для 2-го типа грунтовых условий 6=15м, с/=12м

Рис. 8. Распределение температурных полей для заглубленного плитного фундамента на последний день работы (7-й годовой цикл) для 2-го типа грунтовых условий 5м, ¿/=12м

тшжтиттттнтштт

-10

-15

-20

я

5 _25

г»»

Ю

Р»

Г.

и

-30

-35

-40

-4?

-50

ИГЭ-1

игэ 2

ИГЭ-3

ИГЭ-4

1

1

Длина, м

Рис. 9. Расчетная схема модели для фундамента «стена в грунте» для 1-го типа грунтовых условий с1= 12м

Рис. 10. Распределение температурных полей для фундамента «стена в грунте» на последний день работы (5-й годовой цикл) для 1-го типа грунтовых условий Ф* 12м

птттштттттттши

—: I I I I I I I I I I III III

-10

-15

-20

Я

~ -25 О

-30

1

ИГЭ-1

ИГЭ-5

4-

игэ-з

-40

-45

-50

ИГЭ-4

Длина, м

Рис. 11. Расчетная схема модели для фундамента «стена в грунте» для 2-го типа грунтовых условий с/=12м

Рис. 12. Распределение температурных полей для фундамента «стена в грунте» на последний день работы (5-й годовой цикл) для 2-го типа фунтовых условий бМ2м

ПРИЛОЖЕНИЕ №3 «Справка о внедрении результатов научно-исследовательской работы»

Некоммерческое партнёрство

Адрес: 614007, г. Пермь, ул. Н. Островского,59, офис 210,405, тел/факс [phone]

ИНН /КПП 5902194850/590401001, ОГРН 1045900092435,

Расчетный счёт 40703810800100010066 в Пермском филиале «ТКБ» (ЗАО) г. Пермь,

Корр.счбт 30101810700000000803, БИК 045773803

ОКПО 73899402, ОКАТО 57401000000, ОКОГУ 49014, ОКВЭД 74.11, ОКФС 16, ОКОПФ 96 Е-таН: [e-mail]

Настоящей справкой подтверждается, что результаты работы по анализу взаимодействия энергоэффективных конструкций фундаментов с грунтовым массивом, выполненные старшим преподавателем кафедры строительного производства и геотехники Пермского национального исследовательского политехнического университета Захаровым A.B. (научный руководитель д.т.н., проф. Пономарев А.Б.) в 2010-2011 г.г., внедрены в практику проектирования (строительства).

Разработанная методика позволила запроектировать

энергоэффективные конструкции фундаментов зданий. Использование членами КОП «Западуралстрой» рекомендаций диссертационной работы Захарова A.B. позволяет повысить эффективность применяемых конструкций фундаментов и энергоэффективность зданий в целом.

«ЗАПАДУРАЛСТРОЙ»

от 01.11.2011 №01-17/363.1

Ректору ГОУ ВПО ПНИПУ д.ф.- м.н. проф. А.А.Ташкинову

СПРАВКА О ВНЕДРЕНИИ

Результатов научно-исследовательских работ

Заместитель генерального директора

А.Ю.Черепанов