Несущая способность и деформации армированных грунтовых оснований: массивов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.02, кандидат технических наук Попов, Антон Олегович

• Попов, Антон Олегович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Попов, Антон Олегович

ВВЕДЕНИЕ.

I. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ И МЕТОДОВ УПРОЧНЕНИЯ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ.

1.1. Методы армирования грунтов вертикальными элементами.

1.2. Современные концепции армирования грунтов.

1.3. Методы расчета армированных грунтовых оснований.

1.4. Расчет армированных массивов методом конечных элементов.44 Выводы по главе 1.

И. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ АРМИРОВАННЫХ ВЕРТИКАЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ГРУНТОВЫХ ОСНОВАНИЙ.

2.1. Общие положения по моделированию.

2.2. Материалы, методика определения прочностных и деформативных характеристик материалов используемых при лабораторном моделировании.

2.3. Методика моделирования армированного грунтового массива в объемном лотке.

2.4. Несущая способность, осадки, напряжение в грунте, усилия и деформации армирующих элементов, характер развития уплотненной зоны армированного основания.

2.4.1. Несущая способность армированного основания.

2.4.2. Осадка армированного грунтового основания по результатам лабораторных испытаний.

2.4.3 Напряжения в грунте армированного основания по результатам лабораторных испытаний.

2.4.4. Усилия в армирующих элементах по результатам лабораторных испытаний.

2.4.5. Характер развития уплотненной зоны по результатам лабораторных испытаний.

2.4.6. Горизонтальные перемещения армирующих элементов по результатам лабораторных испытаний.

2.4.7. Деформации модели плитного фундамента по результатам лабораторных испытаний.

Выводы по главе 2.

III. ПОЛЕВЫЕ ИСПЫТАНИЯ АРМИРОВАННЫХ ВЕРТИКАЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ГРУНТОВЫХ ОСНОВАНИЙ.

3.1. Основные положения по выбору экспериментальных площадок.

3.2. Методика создания армированного грунтового основания для полевых испытаний.

3.3. Несущая способность, осадки, напряжения в грунте, усилия и деформации армирующих элементов.

Выводы по главе 3.

IV. НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ, ПРОЧНОСТЬ И ДЕФОРМАТИВНОСТЬ ОСНОВАНИЯ, АРМИРОВАННОГО ВЕРТИКАЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ.

4.1. Основные гипотезы.

4.1.1 Назначения основных параметров армирующих элементов, область применения метода.

4.1.2. Определение несущей способности армированного вертикальными элементами грунтового основания.

4.1.3 Определение несущей способности армированного вертикальными элементами грунтового основания при I < b/2 + 5d.

4.1.4 Определение несущей способности армированного вертикальными элементами грунтового основания при I > b/2 + Sd.

4.2. Инженерный метод определения осадок армированного вертикальными элементами грунтового основания.

4.3. Результаты сопоставления экспериментальных данных с расчетными значениями, по предлагаемым в настоящей работе методикам.

Выводы по главе 4.

V. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

5.1. Конструктивная схема армированного основания и инженерно-геологические условия строительной площадки на территории комплекса нефтеперерабатывающих заводов в г. Нижнекамск РТ.

5.1.1 Организация и результаты наблюдений за осадкой резервуара.

5.2. Результаты апробации предложенных методов расчета на примере резервуара для хранения нефтепродуктов в г. Нижнекамск РТ.

5.3. Конструктивная схема, инженерно-геологические условия опытных площадок, организация и результаты наблюдения за осадками штампов на армированном основании, испытанных А.Н. Сауриным.

5.4. Результаты апробации предложенных методов расчета на примере осадками штампов на армированном основании, испытанных

А.Н. Сауриным.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Несущая способность и деформации армированных грунтовых оснований: массивов»

Увеличивающаяся из года в год стоимость зданий и земельных участков в городах РФ диктует увеличение этажности проектируемых зданий и, как следствие, нагрузок, а также формирует тенденцию к освоению ранее неугодных для строительства участков. При этом передаваемые нагрузки (с учетом собственного веса грунта) на основание в отдельных случаях могут достигать до 1,0 МПа. Попытки решить задачи обеспечения несущей способности и ограничения осадок путем использования фундаментов традиционных конструкций, в том числе свайных и глубокого заложения, зачастую не приводят к желаемым результатам из-за того, что затраты на возведение фундаментов могут достигать до 35% от общей стоимости строительства. Поэтому в последние годы в мировой практике наметилась тенденция к поиску новых технологий строительства, направленных на снижение стоимости нулевого цикла. Основные усилия сосредоточены не на приспособлении традиционных типов фундаментов к условиям слабых грунтов, а на целенаправленном улучшении прочностных и деформационных свойств грунтов до начала строительства. Этот вопрос особенно остро встает, когда слабые грунты основания имеют значительную мощность по глубине.

Одним из путей решения этой проблемы является армирование грунтов в основаниях зданий и сооружений, как на стадии строительства, так и на стадии эксплуатации. Армированное грунтовое основание представляет собой комбинацию грунта и армирующих элементов. Применительно к строительству зданий и сооружений армирование оснований может быть выполнено в двух вариантах. В первом варианте армирующие элементы располагаются в вертикальном направлении с таким расчетом, чтобы ограничить деформации грунтов, как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении, при этом повысить устойчивость основания в целом. Во втором варианте армирующие элементы располагаются в горизонтальном направлении в пределах песчаной подушки, на которой возводится здание или сооружение.

Вертикально армированное основание представляет собой композитный массив, формируемый путем устройства в грунтовой среде вертикальных элементов. Условия деформирования армированного массива грунта отличаются как от оснований свайных фундаментов, так и от основания фундаментов мелкого заложения. Формирование вертикально армированного грунтового основания может быть выполнено как сваями заводского изготовления, так и устройством армирующих элементов в предварительно изготовленных скважинах.

Устройство вертикальных армирующих элементов в основаниях зданий и сооружений весьма перспективно, так как независимо от метода создания армирующих элементов процесс возведения зданий и сооружений оказывается непрерывным, а строительство в некоторых случаях может быть продолжено сразу же после окончания работ по изготовлению армирующих элементов, не дожидаясь, когда они наберут проектную прочность. В отличие от свайных фундаментов, где используются только высокомарочные растворы не ниже В 20, для устройства армированного основания могут использоваться составы менее высоких марок. Армированные основания оказываются эффективнее свайных фундаментов в случае, когда толща слабых грунтов имеет значительную мощность так, как отсутствует необходимость полностью прорезать толщу слабых грунтов. Снижение стоимости и сокращение сроков строительства связано с эффективным и качественным решением задач проектирования и расчетов.

Существующие аналитические методы расчета несущей способности и осадок армированных грунтовых оснований связаны с целым рядом допущений, которые в целом существенно влияют на точность расчета. При этом принимается, что армирующие элементы по отношению к окружающему грунту являются несжимаемыми (абсолютно жесткими), не изгибаемыми, пренебрегается собственным весом грунта и армирующих элементов, не учитывается обжатие буферного слоя. Также принимается, что армирующие элементы и грунтовый массив между армирующими элементами являются единым монолитом, а армирующие элементы включаются в работу непосредственно при приложении нагрузки. Эти допущения достаточно серьезно влияют на точность расчетов.

Действующие нормы СНиП 2.02.01-83* и СНиП 2.02.03-85 не позволяют рассчитывать грунтовые основания, армированные вертикальными элементами, с учетом их реального условия деформирования. В связи с этим возникает необходимость в проведении иследований и разработке усовершенствованных методов расчета оснований, армированных вертикальными элементами, как с учетом совместного деформирования фунтов и армирующих элементов, так и с учетом податливости в зоне контакта.

Таким образом, разработанная в настоящей диссертации проблема оценки напряженно - деформированного состояния армированного грунтового основания актуальна и связана с задачами строительства и реконструкции

Объектом исследования являются армированные вертикальными элементами грунтовые основания зданий и сооружений.

Предметом исследования является напряженно-деформированное состояние армированных вертикальными элементами грунтовых оснований зданий и сооружений.

Целью диссертационной работы является разработка усовершенствованных методов расчета несущей способности и осадок оснований, армированных вертикальными элементами, с учетом совместного деформирования армирующих элементов и грунтового массива.

Для реализации поставленной цели решались следующие задачи: 1. Проведение анализа современного состояния проблемы и особенностей устройства армированных массивов с целью преобразования строительных свойств грунтов, выявление достоинств и недостатков различных расчетных схем и методик. Сравнение полученных данных с результатами полевых и лабораторных испытаний.

2. Разработка методики устройства и исследования напряженно-деформированного состояния моделей армированных вертикальными элементами грунтовых оснований в лабораторных и полевых условиях.

3. Проведение экспериментальных исследований изменения деформаций и несущей способности армированных грунтовых оснований при различных жесткостях и шаге армирующих элементов.

4. Разработка эффективной расчетной модели и методики расчета несущей способности и осадок армированного грунтового основания, с учетом совместного деформирования грунтов и армирующих элементов.

Методы исследований. Разработанные методики расчета несущей способности и осадок армированных оснований основаны на положениях метода предельных состояний, теории предельного напряженного состояния грунтов, теории прочности Кулона-Мора и метода послойного суммирования деформаций оснований. Планирование, проведение и анализ экспериментальных исследований выполнен на основании общепринятых положений метода маломасштабного моделирования и теории расширенного подобия.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Разработана методика расчета несущей способности и осадок армированных грунтовых оснований, которая отличается от существующих тем, что учитывается совместное деформирование грунта и армирующих элементов.

2. Получены новые аналитические зависимости, характеризующие механическое состояние армированного грунтового основания с учетом совместного деформирования грунтового массива и армирующих элементов.

3. Установлены неизвестные ранее закономерности напряженно-деформированного состояния грунтовых массивов, армированных вертикальными элементами.

4. Получены новые экспериментальные данные о несущей способности и деформации оснований фундаментов, армированных вертикальными элементами, испытанных в лабораторных и полевых условиях, а также данные о развитии осадок армированного основания реального объекта.

На защиту выносятся:

- результаты экспериментальных исследований несущей способности и осадки армированных вертикальными элементами грунтовых оснований;

- закономерности развития напряженно-деформированного состояния грунтовых массивов, армированных вертикальными элементами;

- аналитические выражения механического состояния армированного грунтового основания с учетом реального деформирования грунтового массива и армирующих элементов;

- усовершенствованные методы расчета несущей способности и осадки армированных грунтовых оснований;

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, приложения и списка использованных источников.