Содержание к диссертации
Стр.
ВБВДЕНИЕ 5
1. ПОДГОТОВКА ОСНОВАНИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ В СЛОЖНЫХ
ГРШГОШХ УСЛОВИЯХ 12
Общие принципы подготовки оснований 12
Устройство грунтовых подушек 20
Учет физически нелинейных свойств и эффектов
работы грунта в подушках 26
1.4. Цели и задачи исследований 30
2. ИНЖЕНЕРНАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА ДЕФОРМАЦИЙ ГРУНТОВЫХ
МАССИВОВ И ЕЕ РЕАЛИЗАЦИЯ НА ЭВМ 32
2.Ї. Деформирование элементарного объема грунта при
сдвиге 32
2.2. Методика расчета деформаций грунтовых массивов
при неравномерном оседании ............ 46
Расчет компенсирующих подушек в лессовых просадочных грунтах 52
Выводы....... 62
3. "ЧИСЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ КОМПЕНСИРУЩИХ ПОДУШЖ. . 65
Объект, способ исследования и имитация процесса деформирования грунтовых подушек 65
Деформативность грунтовых массивов 72
Модель системы "здание - грунтовая подушка -просадочное основание". Цель и методика численного эксперимента 84
Влияние внешних воздействии на деформирование компенсирующих подушек в лессовых просадочных грунтах 87
Выводи 94
4. ЭКСПЕРЙМЖГАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ДЕФОРМИРОВАНИЮ
ГРУНТОШХ МАССИВОВ ОТ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ, ЗАМАЧИВАНИЯ. СРАВНЕНИЕ ДАННЫХ РАСЧЕТА ДЕФОРМАЦИЙ МАССИВОВ С ОПЫТНЫМИ 97
4.1. Знакопеременные вертикальные деформации грунтовых
массивов при сдвижениях нижележащего основания ... 98
Измерительная аппаратура и оборудование, методика моделирования 98
Деформативность моделей грунтовых массивов
при испытаниях на стенде сдвижений .... .104
4.2. Взаимодействие грунтовых подушек и просадочного
основания при неравномерном замачивании . . . . . .114
Стенд для моделирования просадочных процессов и деформаций грунтовых массивов 115
Работа системы "фундамент - грунтовая
подушка - просадочное основание" 121
4.3. Деформации преобразованных массивов в просадочном
грунте .125
Деформирование грунтовых массивов в натурных условиях после замачивания и глубинных взрывов .125
Сопоставление просадок лессовых грунтов оснований и данных прогноза по расчету
на ЭВМ 134
4.4. Внедрение компенсирующих подушек в практику
проектирования и строительства зданий на
лессовых просадочных грунтах 146
4.4.1. Особенности устройства компенсирующих
подушек .146
Рациональная область применения переуплотненных грунтовых подушек 149
Внедрение методики расчета компенсирующих подушек в практику проектирования.
Доклады, сообщения и публикации 155
4.5. Выводы 157
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 160
ЖЕЕРАШ>А 163
ПРИЛОЖЕНИЕ I 179
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 180
*
Введение к работе
Капитальное строительство в нашей стране является важнейшим рычагом в деле построения коммунистического общества. Темпы развития этой отрасли народного хозяйства в Советском Союзе с каждым годом возрастают, и запланированное существенное их увеличение, связанное с перестройкой промышленности, невозможно осуществить без повсеместного внедрения достижений научно-технического прогресса. В постановлениях ЦК КПСС и Совета Министров СССР, в решениях ХХЛІ съезда КПСС предусматривается широкое внедрение в народное хозяйство прогрессивных технических решений. Дальнейшее развитие строительства также становится невозможным без применения новых, современных методов расчета и проектирования оснований, фундаментов зданий и сооружений.
Расширение действующих промышленных предприятий, жилых массивов в городах, запрещение использования под застройку пахотных земель, освоение новых территориально-производственных комплексов приводят к строительству объектов на площадках со сложными инженерно-геологическими условиями. Такие условия возникают в первую очередь в районах, покрытых вечномерзлыми (II млн.км2 в СССР), лессовыми просадочными (15-17 % территории нашей страны), торфо-илистыми, набухающими, засоленными грунтами, а также на подрабатываемых территориях и участках земной поверхности, где появляются оползни и карстовые образования /16, 52, 126/.
В практике строительства в сложных инженерно-геологических условиях происходят многочисленные случаи появления существенных повреждений в конструкциях промышленных и гражданских объектов при неравномерных осадках грунтов. В таких случаях необходимо применять способы защиты зданий и сооружений от неравномерных де-
формаций, одним из которых является устройство надежных искусственных оснований.
Так, например, при подготовке оснований, сложенных лессовыми просадочными грунтами, с этой целью различными методами выполняется уплотнение или закрепление грунтов, используется прорезка просадочной толщи свайными фундаментами. На территории Украины, Молдавии и Северного Кавказа широко применяется также комплекс противопросадочных мероприятий. Метод заключается в устройстве под зданием грунтовой подушки в сочетании с водозащитными и конструктивными мероприятиями. Однако он не всегда обеспечивает надежную работу системы "здание - основание", так как в основании сооружений не ликвидируется потенциальная деформативность грунтов.
Решение вопроса обеспечения эксплуатационной надежности зданий и сооружений может быть получено при достаточно полной ликвидации просадочных свойств грунтов или при увеличении объема конструктивных мероприятий. Есть еще один из путей решения этой задачи, заключающийся в том, что в основании сооружений устраиваются компенсирующие грунтовые подуш-к и , более мощные по толщине, находящиеся в переуплотненном состоянии и способные при просадках и осадках нижних слоев грунта частично уменьшить неравномерные деформации основания /105/.
Таким образом, вопрос создания грунтовой подушки, способной компенсировать часть неравномерных осадок оснований, имеет важное значение и является актуальным. Это позволяет расширить область применения комплекса защитных мероприятий, сделать его более надежным и сохранить здание от разрушения при возможном случайном или организованном замачивании лессовых просадочных грунтов.
В настоящее время достаточно глубоко изучены особенности и закономерности развития просадочных процессов при замачивании
грунтов под действием собственного веса и нагрузок от веса здания, в том числе с устройством в основании преобразованных массивов. Однако вопросам совместной работы и взаимодействия искусственно переуплотненных и недоуплотненных замоченных просадочных слоев грунта в таких условиях уделялось относительно мало внимания.
Опыт строительства зданий и сооружений на просадочных грунтах, уплотненных предварительным замачиванием и энергией глубинных взрывов, свидетельствует о том, что осадки реальных оснований существенно отличаются от прогнозируемых. Для дальнейшего развития практики проектирования и строительства зданий на таких основаниях необходимо совершенствовать методику прогноза деформаций с учетом совместной работы переуплотненных и недоуплотненных слоев грунта.
Целями диссертации являются:
исследование работы и особенностей деформирования грунтовых подушек, находящихся в переуплотненном состоянии и способных компенсировать часть неравномерных деформаций нижележащего основания;
разработка инженерных методов расчета компенсирующих свойств переуплотненных грунтовых подушек; деформаций грунтовых массивов, сложенных переуплотненными и недоуплотненными слоями при замачивании, а также замачивании и нарушении структуры энергией глубинных взрывов.
Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что:
исследованы особенности деформирования переуплотненных слоев грунта при вынужденных воздействиях в виде неравномерных смещений нижележащей толщи;
разработана инженерная методика расчета параметров кошен-
сирувдих подушек в лессовых просадочннх грунтах;
предложен вариант методики расчета перемещений, в том числе после нарушения структуры просадочного грунта замачиванием и глубинными взрывами;
исследовано влияние физико-механических свойств грунтов, напряженного состояния и влажности на деформативные свойства массивов, сложенных из грунтов нарушенной структуры;
определена область рационального применения компенсирующих подушек на просадочннх грунтах.
Практическая ценность работы состоит в том, что результаты экспериментальных и теоретических исследований, сопоставление расчетных и опытных данных позволяют рекомендовать в практику проектирования и строительства инженерную методику определения параметров компенсирующих подушек, деформаций грунтовых массивов при неравномерных осадках замоченных лессовых грунтов. Инженерные методики реализованы в алгоритмах программ для расчетов на ЭВМ и применены в "Методических рекомендациях по расчету знакопеременных деформаций грунтов оснований сооружений" (НЙЙСК Госстроя СССР). Полученные результаты способствуют сокращению сроков разработки и внедрения новых проектных решений.
Применение методики расчета и устройство компенсирующей подушки в основании только одного жилого дома в г.Грозном позволили получить экономический эффект на сумму свыше 10 тыс.руб., а также сократить расход цемента и стали, необходимых для устройства в таких условиях глубоких свайных фундаментов.
Предложен способ подготовки оснований зданий в лессовых просадочннх грунтах П типа, включающий предварительное замачивание, нарушение структуры грунта энергией глубинных взрывов и последую-
щее устройство компенсирующей подушки (А.С. J I35I997). При использовании этого способа сокращаются общие затраты времени на подготовку основания, уменьшается расход воды для замачивания лессовых грунтов и обеспечивается возможность строительства зданий на частично консолидированных грунтах. На защиту выносятся:
инженерные методики расчета параметров компенсирующих подушек; деформаций грунтовых массивов от воздействий, возникающих при неравномерных смещениях основания;
результаты численно-экспериментальных исследований работы грунтовых подушек в лессовых просадочных грунтах при замачивании;
закономерности деформирования грунтовых массивов при неравномерных осадках нижележащих слоев грунта;
рекомендации по определению компенсирующих свойств грунтовых подушек.
Диссертационная работа состоит из четырех разделов, заключения и приложений.
Первый раздел посвящен анализу состояния вопроса, постановке целей и задач исследований. Здесь также кратко изложены физические основы работы компенсирующих подушек.
Принцип действия компенсирующих подушек в лессовых просадочных грунтах заключается в том, что при неравномерных осадках от замачивания нижележащих грунтов подушка испытывает разгрузку снизу, в результате чего, под действием собственного веса и веса сооружения, в теле подушки появляются многочисленные плоскости и зоны сдвига. В зонах сдвига происходит разрыхление переуплотненного грунта подушки вследствие действия эффекта дилатансии. Увеличение объема подушки в местах неравномерных деформаций приводит к компенсации части просадок и осадок нижележащей толщи грунтов.
Компенсирующие свойства грунтов подушки не проявляются при равномерных осадках.
Во втором разделе рассмотрены основные положения методик расчета компенсирующих свойств подушек в просадочных грунтах и деформаций грунтового массива при неравномерном оседании основания, а также их численная реализация в программах на ЭВМ.
Предложена расчетная модель грунтового массива. Моделью является неоднородный слой зернистой среды. Напряженное состояние массива из несвязного и малосвязного грунтов описывается в модели закономерностями статистической механики зернистых сред И.И.Кан-даурова. Для описания законов деформирования среды при пластической работе материала используется концепция критического состояния, учитывающая дилатансию грунтов.
В третьем разделе диссертации выполнен анализ процесса деформирования оснований. Рассмотрен характер изменения послойных перемещений в численных моделях грунтовых массивов. Представлены результаты по изучению влияния внешних силовых нагрузок и свойств просадочных грунтов на работу компенсирующих подушек.
В четвертом разделе проводится сопоставление результатов численных расчетов с экспериментальными данными исследований грунтовых массивов, преобразованных оснований на стендах для моделирования просадочных процессов и сдвижений. Кроме того, выполнена оценка достоверности расчетов по разработанным выше методикам в сравнении с замеренными деформациями натурных преобразованных массивов под зданиями, а также с просадками и осадками лессовых просадочных оснований, уплотненных замачиванием, в том числе с динамическими воздействиями взрывов.
В заключении изложены основные выводы по диссертации.
Исследования, выполненные автором в данной работе предусмот-
рены заданием 04.01.09.Т. "Разработать и внедрить методы подготовки оснований на лессовых просадочннх грунтах большой толщи" и программой 0.55.18, входящих в общесоюзную научно-техническую программу 0.40. "Индустриально-системные методы строительства на 1986-1990 гг.".
Диссертационная работа выполнялась в 1982-1987 гг. в лаборатории подготовки оснований зданий и сооружений НИИСК Госстроя СССР под руководством к.тін., ст.научн.сотрудника А.М.Рыжова.
