Введение к работе
Актуальность теуц. При освоении северных территорий в вечно-арзлых грунтах часто встречаются локальные слабые зони, представ-внные таликами, линэ.чми и пластами подземных льдов» криопэгнми. [рочностные и деформационные характеристики грунтов, образующих лабне зоны, резко отличаются в худшую сторону от соответствующих арактеристик окружающих вечномерзлнх грунтов. Наибольшие эатруд-іения при строительстве на подобных ослабленных основаниях возни-йот, если слабая зона является таликом или криопегом о действующи фильтрационным потоком подземных вод. Для.таких условий традиционные технические решения оснований - оттаивание и уплотнение рунтов слабой зоны, использование сваи-стойкл, прорезающей сла-1ый грунт, замена грунта слабого на привозной о более высокими прочностными и деформационными характеристиками, промораживание ісей области талого грунта - в большинство случаев являются дорс— 'остоящими и технически трудно выполнимыми, при этом могут нару-шть тепловой и водный режим на осваиваемой территории, что, как гравило, приводит к образованию наледей, бугров пучения, забола-шванию.
Одним из новых подходов к фундаментостроению на подобных ос-юваниях является использование в качестве несущей конструкции са-юго твердомерзлого грунта, путем создания из него плиты (свода), [ерекрывающей ослабленную область, и способной воспринять нагруз-л от здания или сооружения. Необходимая прочность такой плиты южет быть достигнута путем целенаправленного искусственного ох-іаадения или армирования отдельных объемов грунта. Предложенный :пособ позволяет возводить фундаменты в сложных мерзлотно-грунто-SHX условиях. при сохранении естественных путей движения подзем-шх вод, не нарушая экологического равновесия на площадко строи-
- 2 -тельства.
Актуальность диссертационной работы обусловлена перспективой использования ее результатов для освоения -обширных террито-рий северных районов нашей страны, таких как, севера Тюменской области, Читинской области, Ямала, Забайкалья, Чукотки, Якутска и др., где повсеместно встречаются неблагоприятные мерзлотне— грунтовые условия, упомянутые выше.
Использовать мерзлый грунт для создания несущих фундаментних конструкций предложено сравнительно недавно, и комплексных исследований по данной проблеме не проводилось. В связи с этим возникла необходимость всестороннего изучения реальности, надежности и эффективности применения плитных конструкций из мерзлого грунта, а также разработки и проверки методов их расчета.
Целью диссертационной работы является оценка напряженно-деформированного состояния мерзлой фундаментной грунтовой плиты над ослабленными зонами основания и выяснение возможности ее применения в качестве несущего фундаментного елемента.
Для достижения атой цеди автором рассмотрены следующие задачи, решения которых выносятся на защиту:
теоретические исследования (численные расчеты) напряженно-деформированного состояния фундаментной плитной конструкции иа мерзлого грунта;»
экспериментальные исследования на грунтовых моделях распределения вертикальных напряжений и перемещений в основании, а также горизонтальных деформаций мерзлого грунта плиты при приложении нагрузки к.ее поверхности;
разработка технических решений мерзлой плитной фундаментной конструкции и отдельных конструктивных узлов;
выбор способов упрочнения мерзлого грунта плиты в областях концентрации напряжений;
разработка аналитической методики расчета плитной конструкции, жестко защемленной с двух сторон, при действии на нее как равномерно распределенной, так и сосредоточенных нагрузок;
технико-экономическое обоснование применения таких конструкций.
Научная новизна работы заключается в следующем:
предложено использовать природный вечномерзлый или упрочненный (промораживанием или армированием) мерзлый грунт над ослабленными зонами в качестве плитной фундаментной конструкции;
выполнены теоретические и экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния оснований с несущими фундаментными плитными конструкциями, показавшие, что слой мерзлого грунта, перекрывающий слабую зону и воспринимающий нагрузку, можно- рассматривать и рассчитывать как несущий конструктивный элемент ;
предложен и подтвержден экспериментально способ упрочнения зон концентрации растягивающих напряжений в плите путем армирования мерзлого грунта, образующего плиту;
разработаны технические решения и способы устройства оснований при различных параметрах и расположении ослабленных зон на строительных площадках;
разработана инженерная методика расчета плитных конструкций из мерзлого грунта, перекрывающих ослабленную зону вечномер-злого основания.
На защиту рциосятсд:
результаты теоретических и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния плитных фундаментных конструкций из мерзлого грунта, изгибающихся под действием поверх-юсгной нагрузки;
технические решения рассматриваемых конструкций;
методика расчети плитних конструкций, кеетко защемленных по двум сторонам при действии на них равномерно-распределенной и сосредоточенных нагрузок;
способ подготовки датчиков сопротивления и мест измерения при тензометрировании мералого ірунта;
экономическая целесообразность использования плитних конструкций из мерзлого грунта для укрепления ослабленных вечиомер-8лых оснований.
Практическая ценность работы заклинается в следующем:
- предложена методика инженерного расчета, которая позволя
ет провести сопоставление вариантов и вибрать оптимальные пара
метры грунтовой фундаментной конструкции (толщину плиты, механи
ческие характеристики мералого грунта), обеспечивающие требуемую
несущую способность основания;
разработаны технические решения и способы устройства несущей плитной конструкции ив мерзлого грунта;
разработан способ тенаоыетрироваиия мерзлого грунта с помощью датчиков сопротивления;
доказана эффективность применения конструкций из упрочненного мерзлого грунта для укрепления ослабленных вечяоыерзлых оснований,
Аппб,а]іия работы. Результаты исследований докладывались на 3-ем научно-методическом семинаре И1К-92 во Всероссийском Iocy-дарствеином Научно-исследовательском институте гидротехники имени Б.Е.Веденеева (Санкт-Петербург, 1992\.
ПУ&ИКШИИ. По теме диссертации опубликовано пять печатных работ, в том число два изобретения.
Объем работы,. Двссартяпкя состоит из введения, шести глав, выводов и приложений. Список литературы состоит из 116 наименований. Общий объем работы составляет 193 страницы, в том числе
LOO страниц машинописного текста, 64 рисунка, 18 таблиц, 11 стра-ищ приложений.