Разработка метода и средств использования данных динамического зондирования при проектировании усиления фундаментов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.02, кандидат технических наук Мухаметзянов, Фаниль Закуанович

• Мухаметзянов, Фаниль Закуанович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мухаметзянов, Фаниль Закуанович

Введение.

Глава 1. Обзор результатов исследований по разработке метода статического и динамического зондирования грунта.

1.1. Исторический обзор.

1.2. Конструкции устройств для динамического зондирования

1.2.1. Ручные забивные зонды.

1.2.2. Тяжелые установки для динамического зондирования.

1.2.3. Установки вибродинамического зондирования.

1.3. Статическое зондирование грунтов.

1.4. Результаты обзора литературных источников.

Глава 2. Теоретические предпосылки проведения экспериментальных работ.

2.1. Теоретические основы динамического метода зондирования.

2.2. Особенности погружения зондов и свай в глинистые грунты

2.3. Обоснование методики проведения экспериментальных работ.

2.4. Предпосылки по выбору параметров переносного устройства для динамического зондирования.

Глава 3. Результаты экспериментальных исследований в лабораторных и полевых условиях.

3.1. Оборудование и приборы для экспериментальных исследований.

3.2. Экспериментальные работы в полевых условиях.

3.3. Результаты полевых экспериментальных исследований.

Глава 4. Методика оценки основания по данным динамического зондирования и практическое применение.

4.1. Методика обработки данных зондирования.

4.2. Результаты практического применения предлагаемой методики и рекомендации по дальнейшему применению.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка метода и средств использования данных динамического зондирования при проектировании усиления фундаментов»

Актуальность темы. Экспресс-метод исследования грунтов динамическим зондированием успешно используется для проведения изысканий в случаях залегания в грунтовом массиве песчаных грунтов. Для этих грунтов получены эмпирические зависимости между данными динамических и лабораторных испытаний образцов грунта. Это дает возможность использовать результаты динамического зондирования при проектировании фундаментов на естественном основании. Так, нормативные документы по проведению инженерно-геологических изысканий содержат таблицы для перевода величин условного динамического сопротивления в характеристики песчаного грунта: угла внутреннего трения и модуля деформации. Однако при залегании глинистых грунтов, наиболее часто встречающихся при проектировании фундаментов на естественном основании, данные динамического зондирования пока не использовались.

Опыт проведения изысканий с использованием экспресс - метода динамического зондирования показывает, что он имеет важные достоинства: применение не сложного оборудования и быстрота выполнения испытаний. Это дает право утверждать, что представляет значительный интерес исследование возможности разработки метода, позволяющего применять данные динамического зондирования для проектирования фундаментов на естественном основании при залегании глинистых грунтов в условиях реконструкции зданий и аварийных ситуациях. Для этого может быть использован зарубежный опыт применения малогабаритных зондирующих установок, позволяющих вести зондирование в стесненных условиях и подвальных помещениях.

Целью диссертационной работы является разработка метода использования данных динамического зондирования при проектировании усиления фундаментов в условиях залегания глинистых грунтов.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и поставлены следующие задачи:

- провести анализ имеющихся данных по использованию динамического зондирования для определения механических характеристик грунтов;

- разработать теоретические предпосылки и методику проведения экспериментальных работ в полевых условиях;

- разработать оборудование и выполнить экспериментальные исследования в полевых условиях;

- предложить методику определения расчетных характеристик грунтов, используемых при проектировании усиления фундаментов;

- опробовать предложенную методику в производственных условиях.

Объектом исследования является процесс зондирования грунтов ударным методом для получения характеристик грунта, используемых при проектировании усиления фундаментов на естественном основании.

Предмет исследования - результаты динамического зондирования в полевых условиях и обоснование методики их использования для определения характеристик грунта, принимаемых при расчете усиления фундаментов, работающих в глинистых грунтах. Методика исследований:

- теоретические и экспериментальные в полевых условиях исследования процессов погружения зондов малого диаметра в грунт ударным методом с использованием зондирующей установки, разработанной автором;

- статистическая обработка результатов исследований и определение экспериментальной зависимости между параметрами зондирования и величинами расчетных характеристик грунта;

- разработка инженерной методики расчета грунтового основания при усилении фундаментов.

Теоретическими основами исследований стали труды следующих ученых в области разработки методов динамического и статического зондирования: Аронов А.Н., Бондарик Г.К., Дудлер И.В., Дуранте В.А.,

Франк К., Мейергоф Г.Г., Рубинштейн А.Я., Хейфели Р., Шуберт К.,

Трофименков Ю.Г., Амарян Д.С., Бахолдин Б.В., Гончаров Б.В., Ковалев Ю.И.,

Колесник Г.С., Кулачкин Б.И., Мариупольский Л.Г., Рыжков И.Б., Феронский

В.И., Хамов А.П., Швец В.Б.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- получены корреляционная связь и эмпирическая зависимость между числом ударов на перемещение зонда за залог и величиной сопротивления грунта конусу зонда при статическом зондировании;

- разработана методика расчета характеристик грунта, используемых при проектировании усиления фундаментов в глинистых грунтах по данным динамического зондирования, и программное обеспечение расчетов;

- получен результат исследования механизма взаимодействия зонда с грунтом при динамическом зондировании в переходной области глинистых грунтов мягкопластичной консистенции в текучепластичную.

На защиту выносятся следующие результаты научных исследований и разработок:

- анализ существующих методов определения механических характеристик грунта при использовании динамического зондирования в песчаных грунтах;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований особенностей процесса погружения зонда в глинистые грунты различной консистенции;

- результаты совместных исследований процессов динамического и статического зондирования в глинистых грунтах и эмпирическая зависимость между числом ударов в залоге и сопротивлением грунта под наконечником зонда;

- расчетные формулы и метод оценки расчетных характеристик глинистого грунта по данным динамического зондирования;

- программное обеспечение для практического использования предложенного метода при расчете грунтового основания при усилении фундаментов в случае залегания глинистых грунтов.

Практическое значение и реализация работы состоят в следующем:

- предложен инженерный метод определения расчетных характеристик грунта при усилении фундаментов в условиях глинистых грунтов;

- предложено и опробовано на практике оборудование для проведения динамического зондирования при обследовании грунтовых массивов в аварийных ситуациях и при проектировании надстроек зданий, в том числе в труднодоступных местах и подвальных помещениях;

- разработан и предложен пакет программ для практических расчетов.

Предложенный метод получил практическую проверку при обследовании грунтового массива под аварийным зданием на плитном фундаменте.

Апробация и публикации работы.

Диссертационная работа выполнялась в рамках «Плана научно-исследовательских работ на 2001- 2004 г. Министерства строительства РБ».

Основные результаты работы доложены на международных научно-технических конференциях. (Проблемы свайного фундаментостроения: Москва, 1998 г.; Современные проблемы фундаментостроения: Волгоград, 2001г.; Проблемы строительного комплекса России: Уфа, 2002-2004 г.; Актуальные проблемы проектирования и устройства оснований и фундаментов зданий и сооружений: Пенза, 2004 г.).

Основные положения диссертационной работы опубликованы в 8 статьях.

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа изложена на 99 стр., состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка использованной литературы, из 81 наименования, 2 приложений. В работе представлено 46 рисунков, 19 таблиц. Общий объем диссертации составляет 114 стр.

Заключение диссертации по теме «Основания и фундаменты, подземные сооружения», Мухаметзянов, Фаниль Закуанович

выводы

1. Результаты проведенных исследований показывают, что предложенный метод может быть использован при зондировании глинистых грунтов и дает возможность получать расчетные характеристики грунта, используемые при проектировании фундаментов на естественном основании в условиях реконструкции и усиления.

2. Получены научно значимые следующие результаты:

- эмпирические зависимости, связывающие характеристики динамического и статического сопротивлений грунта прониканию зонда;

- расчетные формулы для определения характеристик грунта, используемые при проектировании фундаментов на естественном основании, по данным динамического зондирования.

3. Результаты проведенных исследований позволяют сделать практический вывод, что для грунтов, в которых значение числа ударов на 10 см погружения зонда составляет N < 4 удара, проектирование и усиление фундаментов на естественном основании рекомендовано быть не может. Следует использовать другие методы фундирования.

4. Для практических расчетов предложены формулы и программное обеспечение для пересчета данных динамического зондирования в величины расчетных характеристик грунта, используемых при проектировании фундаментов на естественном основании.

Технико-экономические преимущества предложенного метода заключаются в том, что он может быть использован при обследовании грунтовых массивов под зданием, в стесненных условиях, включая подвальные помещения. Кроме того, при использовании экспресс-метода продолжительность изысканий сокращается в 2-3 раза при снижении стоимости в два раза. Например, на одной из площадок ОАО «ПОЛИЭФ» (г. Благовещенск Республики Башкортостан) использование рекомендаций и методики диссертации позволило провести обследование грунтового основания и фундаментов в короткие сроки и минимальными затратами на изыскания.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мухаметзянов, Фаниль Закуанович, 2005 год

1. Аронов A.M. О связи сопротивления динамическому зондированию и плотности грунта. Сб. Методы исследования механических свойств грунтов. Изд. ДИИТ. Днепропетровск, 1962.

2. Бабков В.Ф. Сопротивление грунтов деформированию с различными скоростями.

3. Беляев Н.М. Сопротивление материалов.: М. Наука, 1976.

4. Бондарик Г.К. Динамическое и статическое зондирование грунтов в инженерной геологии. М. Недра, 1964

5. Бондарик Г.К., Комаров И.С., Ферронский В.И. Полевые методы инженерно-геологических исследований. М. Недра, 1967

6. Бондарик Г.К. Опыт применения динамического зондирования при скоростных инженерно-геологических исследованиях. // Сб. Методы исследования механических свойств грунтов в условиях естественного залегания. Изд. ДИИТА. Днепропетровск. 1962.

7. Воробков JI.H. Некоторые результаты испытаний на динамическую пенетрацию пробоотборником. // Сб. «Методы исследования механических свойств грунтов». Изд. ДИИТА. Днепропетровск. 1962.

8. Гареева Н.Б. Об определении расчетного давления на грунт по данным зондирования // Вопросы фундаментостроения: Тр.НИИПромстроя.-Уфа. 1985,-С. 111-116.

9. Гареева Н.Б., Гончаров Б.В. Об использовании данных зондирования при проектировании фундаментов на естественном основании // Сб. научн. статей БашНИИстроя,- Уфа 2004.-С.-88-96.

10. Гареева Н.Б., Гончаров Б.В. Об определении расчетного давления при проектировании грунтового основания по данным статического зондирования. // Современные проблемы фундаментостроения: Тр.Межд.конф. Волгоград 2001.

11. Гареева Н.Б., Гончаров Б.В., Рыжков И.Б., Горбатова Н.Я. О расчете фундаментов по цифровым моделям инженерно-геологических разрезов

12. Исследование прогрессивных конструкций фундаментов. Тр. НИИпромстроя. Уфа. 1989.- С 105-111.

13. Гареева Н.Б., Рыжков И.Б. Об определении модуля деформации грунтов статическим зондированием // Свайные фундаменты: Тр. НИИПромстроя. Уфа, 1984.-С94-99.

14. Герсеванов Н.М. Определение сопротивления свай. М. Госстройиздат. 1933.

15. Гончаров Б.В., Еникеев А.Х. О выборе молота с учетом упругих свойств грунта и размеров свай // Основания, фундаменты и механика грунтов, 1965 № 6.-С -13-16.

16. ГОСТ 19912-201. Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием. М.МИТКС.2001.

17. Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. Ленинград. Строиздат. 1988.

18. Дудлер И.В., Хазанов Н.И. Опыт сопоставления результатов ударного зондирования с испытаниями нагрузками намывных песков. Сб. «Методы исследования механических свойств грунтов в условиях естественного залегания. Изд. ДИИТА. Днепропетровск. 1962.

19. Дуранте В.А. Исследование плотности сложения песков забивным зондом. Гидропроект. Инф. лист. 1954. № 9.

20. Дуранте В.А. Полевые исследования плотности и влажности грунтов. Сб. «Материалы к международному конгрессу по механике грунтов и фундаментостроению». Изд-во АН СССР, 1957.

21. Дуранте В.А. Полевые методы исследования прочности песков. Гидропроект. Инф. лист. 1956, № 7.

22. Зеленин А.Н. Резание грунтов М., издательство АН СССР, 1950.

23. Клейнин Н.П. Влияние скорости перемещения деформатора на сопротивление почвы деформированию. Вестник сельскохозяйственной науки, №5 1960г.

24. Клемяционок П.JI. Косвенные методы определения показателей свойств грунтов. JI. Стройиздат. 1987. С.-142.

25. Колесник Г.С., Рыжков И.Б. К вопросу о выборе конструкции зонда и режима зондирования грунтов. Сборник трудов БашНИИстроя, вып. VIII, Строительство предприятий нефтепереработки и нефтехимии, Стройиздат, 1968 с. 122-132.

26. Кулачкин Б.И., Радкевич А.И., Соколов А.Д. Проблемы и перспективы геотехники. М., 2003.

27. Мухаметзянов Ф.З., Коган Г.В. Совершенствование системы регистрации данных статического зондирования грунта // Труды IV Международной конференции по проблемам свайного фундаментостроения // Москва, 1998. Т.З С. 52-55.

28. Мухаметзянов Ф.З., Ковалев В.Ф. Определение состояния грунтового основания методом динамического зондирования //Сб. научн. статей БашНИИстроя.-Уфа, 2004.-С 116-124.

29. Осипов П.А. Основания и фундаменты. Сб. статей Транжелдориздат, М., 1955.

30. Попов Б.П. Определение несущей способности одиночных свай по результатам динамических испытаний. Стройвоенмориздат. 1949.

31. Разоренов В.Ф. Пенетрационные испытания грунтов. М., Стройиздат, 1980.

32. Ребрик Б.М., Вишневский В.Ф. Ударно-вибрационное зондирование грунтов. М., Стройиздат, 1968.

33. Рубинштейн А.Я. Об особенностях интерпретации результатов испытаний песков динамическим зондированием. Тр. ПНИИС 1972 т. XVII. С-29-43.

34. Рубинштейн А.Я., Кулачкин Б.И. Динамическое зондирование грунтов. М. Недра, 1984

35. Русанов Г.А. Определение сопротивления свай динамическим методом с учетом других деформаций. Тр. НИИМосстрой. М. 1958.

36. Санглера Г. Исследование грунтов методом зондирования. М., Стройиздат, 1971.

37. Солодухин М.А. Инженерно-геологические изыскания для промышленного и гражданского строительства. М. Недра. 1975. С.-189.

38. СНиП 3.02.01-87. Земляные сооружения, основания и фундаменты

39. СП 11-105-97. Свод правил по инженерным изысканиям для строительства. Часть I Общие правила производства работ. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Минстрой РФ. 1997. 50с.

40. Терцаги К., Пек 3. Механика грунтов в инженерной практике. М., Госиздат. 1958. С 607.

41. Тику нов П.Р. Определение сопротивления свай по данным забивки с учетом упругих перемещений грунта и сваи. Искусственные основания сооружений Сб.Тр.НИИОСП. Госстройиздат. М. 1959. С.-14-33.

42. Троицкая М.Н. Определение несущей способности и модуля деформации дорог. «Строительство дорог» 1945, № 12.

43. Трофименков Ю.Г. Некоторые современные вопросы механики грунтов по материалам V конгресса. Сборник материалов по проектированию и изысканиям ГПИ Фундаментпроект. ЦБТИ НИИОМТП. М., Стройиздат, 1962.

44. Трофименков Ю.Г., Воробков JI.H. Полевые методы исследования строительных свойств грунтов. М. Стройиздат 1981.-С.215.

45. Физдель И.А., Параубек Г.Э. Практика применения гидроуплотнения грунтов в строительстве. М., Госэнергоиздат, 1949.

46. Шашков С.А. Определение расчетных характеристик оснований зондированием. Сб. Методы исследования мех. свойств грунтов в условиях естественного залегания . ДИИТА. Днепропетровск. 1962.

47. Шашков С.А. Определение строительных свойств песчаных грунтов динамическим зондированием. Сб. Тр. НИИОСПа. Строит, грунтоведение. № 42. Промстроиздат. М., 1960.

48. Яковлев К.П. Математическая обработка результатов измерений. Гостехиздат. М.1953.-С.383.

49. Bartensen P. Short Desription of Field Testiry method roith con-shaped Sounding apparatus. Hroceeding I Jnt. Conf. of Soil mech. Cambridge (mass). 1936, vol. 1.

50. Buisman. Ground mechanica. Waltman. Delft. 1950.

51. Buisson M. Franzosische Apparate zur Messung des Eindringuviderstandes. Fm L. Jnst. Techn. Du Batiment et Travaux, Publ. Ofris, №8, 63-64.

52. Buisson M., Shapon M/ Relation entre les resistances statiques et dynamiques des pieux. Proc. III Internat. Conf. Soil. Mech. And Found. Engng, Zurich, 1953,vol,2.

53. Cummings A.E. Dinamic pile driving formulas. Jorhal of the Boston Socicty of civil engineers. Potterdan. 1940. V. 4.

54. Cummings A.E. Founations stresses inan elastic solid with a rigid underflying boundary. Civ. End. 1941 H 11 S 666-667.

55. Couard A. Determination oratique de la charge admissible sur les semelles de foundation. "Genie Civil", 1852, vol.129

56. Frank K. The bearing capucity of piles as derived from deep-soundings, loading test and formulas. Proc. II International Conf. Soil Mech and Foundation Engns. Pottertant 1948. V. 4.

57. Franx C. The bearing capacity of pile as derived from deep-soundings, loading fests and Formulae. Proc. II. Internat. Conf. Soil Mech. And Found. Engng, Rotterdam, 1948.

58. Gibbs H. Holts W. G. Research on determining the density of sands by spoon penetration testing . Proc. IV . Internat. Conf. Soil Mech. And Found. Engng, London, 1957, vol. 1.

59. Haefeli R. Neues Forschungsinstitut auf dem Weissfluhjoch der Schweiz. Schmee und Lawinenforschungskommission. "Schweiz. Bauzeitung", Zurich, 1942, Bd 119,N26.

60. Haefeli R., Fehlman H. Measurements jf soil compressibility in situ by ntans jf the model pile test. Proc. IV Internat. Conf. Boil Vech fnd Found Engng. London, 1957, Vol. 1.

61. Haifeili R., Amberi Y., Moos A. Leidite Rammsond für deotechnische Unteruchungen. Schweiz Bauzeitnng. Zurich/ 1951, № 36.

62. Hiley A. Pile driving calculation. Struct. Engineer.

63. Huizing F. Het bepalep van de poalut weerstang met net diep sonderapparat von het laboratorium voor grond meechanica. Techn. Gemeenbe". Amsterdam. 1936. Vol 5.

64. Kolbuszewski Y. Notes on deposition of sands. "Research". London. 1950. Vol. 3.

65. Kunzel E. Derprufstab Kunzel. "Bauwelt". Berlin. 1955. Bd. 46, №2.

66. Mauerhof G. Penetration tests and bearing capacity of coesionles soils. "Soil.Mech. and Foundat. Div. News letter". Amer. Soil. Mech. and Found. Engng. Zürich 1953.

67. Menard. Measures in sity des propetes physigues des solsannables des pont et chausseis.№ 3.1957.

68. Meyerhof G. Outside Europe. Yenerul repots proceedino of on penetraon rest. ESOPT Stockholm. June 5-7. 1974.

69. Paproth E. Der Prüstad KÜnzel ein Yerat für Baunnter suchungens "Bautechnic". Hft. 52/56/ Berlin 1943.

70. Peck R. Foundation exploration Denver colesium. "Proc. Amer. Soc. Civil end r." New York. 1953. Vol. 79. № 326.

71. Plantema J.Y. Construction and method of operationg of a new deep sounding apparatus. Proe. II Jnten. Couf. Soil Mech. and Found. Engug. Sondon. 1957. Vol.1.

72. Plantema J.Y. Construction fed method of operating of new deep soudingapparatus. Proc. II. Internat. Conf. Soil Mech. And Found. Engng, Rotterdam, 1948, vol. 1

73. Schubert K. Untersuchung des sandiegen Baugrunden Rammsonden. Bauplanung und Bautechnik. 10. Yg. VEB. Berlin. 1956. № 12.

74. Schubert K. Beitrad rur brauchbaren Bestimmung von Kenwerten für sandigen Baugrund durch Ranmsondirung. TH Dresden 1955.

75. Stump S. Aus der Praxis der Rammsondierung "Schweiz Bauzetung". Zurich, 1946, Bd. 128, №10.

76. Xuisinqa F. Internat. Conf. Soil Mech. And Found. Engng, Rotterdam, 1948. vol 2.