Содержание к диссертации
Введение
1. Инженерно-геологические особенности лессовых грунтов Центрального Предкавказья 10
1.1 Распространение, условия залегания, строение и происхождение... 10
1.2. Структурно-вещественные особенности 24
1.3. Физические и физико-механические свойства 30
2. Современное состояние изучения работы сооружений на просадочных основаниях и свойств лессовых грунтов. Обзор опыта проектирования и натурное обследование ирригационных систем Центрального Предкавказья 36
2.1. Современное состояние изученности свойств лессовых грунтов и работы сооружений на просадочных основаниях 36
2.2. Учет совместной работы гидросооружений и их лессовых просадочных оснований 43
2.3. Результаты обследования гидротехнических сооружений ирригационных систем 46
3. Разработка методики определения горизонтального начального просадочного давления и горизонтальных размеров зоны деформаций в основаниях сооружений, сложенных лессовыми грунтами 62
3.1. Разработка методики определения горизонтального начального просадочного давления лессовых грунтов в лабораторных и полевых условиях 67
3.2. Результаты лабораторных и полевых испытаний грунтов при определении величин горизонтального начального просадочного давления 69
3.3. Разработка метода определения горизонтальных размеров зоны деформаций в основаниях сооружений 71
3.4. Натурные испытания и результаты измерений горизонтальных перемещений в основании штампа, определение границы развития деформаций 74
4. Разработка мероприятий по снижению неблагоприятного воздействия на гидротехнические сооружения неравномерных деформаций основания из просадочного лессового грунта 84
4.1. Развитие просадок и формирование зон деформаций в массиве лессового грунта при уплотнении под действием собственного веса 84
4.2. Определение размеров подушки и конструкция сооружения с фундаментом из грунтополимерной смеси 89
4.3. Результаты лабораторных исследований деформационных характеристик грунтополимерных смесей для фундаментов гидротехнических сооружений 94
4.4. Разработка конструктивной схемы и способа расчета гидротехнического сооружения с фундаментом из синтетических материалов с учетом развития просадочных и послепросадочных деформаций в основании 97
4.5. Исследование условий работы штампов и моделей гидротехнических сооружений с фундаментами из грунтопенополимерных смесей в натурных условиях 106
4.6. Разработка технологии использования грунтопенополимерных смесей в фундаментах гидротехнических сооружений 108
Заключение 112
- Результаты лабораторных и полевых испытаний грунтов при определении величин горизонтального начального просадочного давления
- Определение размеров подушки и конструкция сооружения с фундаментом из грунтополимерной смеси
- Разработка конструктивной схемы и способа расчета гидротехнического сооружения с фундаментом из синтетических материалов с учетом развития просадочных и послепросадочных деформаций в основании
- Разработка технологии использования грунтопенополимерных смесей в фундаментах гидротехнических сооружений
Введение к работе
Актуальность проблемы. Значительная часть территории Центрального Предкавказья имеет сложные инженерно-геологические условия. До 80 % площади занимают многообразные по своим свойствам лессовые просадочные грунты.
В регионе развито орошение, что предопределяет строительство разветвленной сети обводнительно-оросительных систем на просадочных лессовых грунтах. На территории Центрального Предкавказья построены и эксплуатируются крупнейшие в России обводнительно-оросительная система Большого Ставропольского канала, Правоегорлыкской ООС, Терско-Кумской ООС и т.д. Гидротехнические сооружения расположены в наиболее ответственных, ключевых пунктах оросительной системы. Неисправность и выход из строя гидротехнического сооружения приводит к длительному перерыву или прекращению функционирования системы в целом или ее части. Поэтому требуется более глубокое понимание деформационных процессов, которые происходят в толще просадочного основания при взаимодействии с ним сооружений.
В настоящее время из-за отсутствия специальных конструкций, приспособленных для работы в условиях интенсивного развития деформаций в основаниях, используются типовые конструкции. Это ведет к тому, что сооружения после непродолжительной эксплуатации приходят в аварийное состояние. При проектировании решение этой актуальной задачи затруднено из-за отсутствия соответствующих нормативных рекомендаций. В данных условиях обобщение и комплексный анализ свойств просадочных лессовых грунтов, опыта строительства гидротехнических сооружений на них, а также разработка конструкций, приспособленных к большим и неравномерным просадочным деформациям основания с учетом специфики структурно-вещественных особенностей лессовых грунтов региона, имеет огромное значение.
5 Цель работы. Совершенствование методов расчета и проектирования
конструкций гидротехнических сооружений и изучение их взаимодействия с
просадочным основанием с учетом инженерно-геологических особенностей
лессовых грунтов Центрального Предкавказья.
Основные задачи:
Изучить и обобщить имеющийся опыт строительства гидротехнических сооружений на просадочных грунтах.
Проанализировать условия работы гидротехнических сооружений на ирригационных каналах при развитии просадочных деформаций в основании.
Разработать метод определения горизонтальных размеров зоны деформаций в основании ленточного фундамента.
Разработать варианты конструкций гидротехнических сооружений в зависимости от просадочных характеристик лессовых грунтов Центрального Предкавказья.
Разработать методику районирования территории с учетом инженерно-геологических, характеристик лессовых грунтов для применения конструкций фундаментов гидротехнических сооружений.
Научная новизна.
Уточнены характеристики анизотропности лессовых грунтов, предложена методика определения горизонтального начального просадочного давления Pu>si и получены экспериментальные данные его величины.
Разработан и подтвержден экспериментально метод расчета горизонтальных размеров зоны деформаций в просадочных основаниях сооружений с использованием значения горизонтального начального просадочного давления PUjSi.
Научно обоснованы мероприятия, необходимые для оптимального функционирования комплекса «сетевое гидросооружение с фундаментной подушкой из грунтополимерной смеси - массив основания лессового просадочного грунта».
Проведено инженерно-геологическое районирование территории Центрального Предкавказья в зависимости от литолого-структурных характеристик лессового грунта для выбора конструкции фундамента гидротехнического сооружения.
Разработан новый способ устройства гидротехнических сооружений на просадочных лессовых грунтах с применением фундаментной подушки из грунтопенополимерной смеси. Разработаны методики расчета параметров фундаментной подушки (размер, форма, материал заполнителя) и оценки их взаимного влияния при развитии деформаций в лессовой толще.
Основные защищаемые положения:
Метод расчета горизонтальных размеров области деформаций просадочного основания фундаментов ирригационных сооружений с использованием значения горизонтального начального просадочного давления Pusi.
Новый способ устройства оснований сетевых гидротехнических сооружений на лессовых просадочных грунтах с применением фундаментной подушки из смеси грунта с пенополимером.
Методика расчета основных параметров фундаментной подушки с учетом развития просадочных деформаций в основании.
Районирование лессовых толщ Центрального Предкавказья по инженерно-геологическим факторам, включающим мощность просадочной толщи и величину просадки для применения разработанной конструкции гидротехнического сооружения с фундаментной подушкой.
7 Методика исследований.
Были изучены инженерно-геологические характеристики лессовых грунтов Центрального Предкавказья.
В процессе работы проводилось изучение современного опыта проектирования и строительства гидротехнических сооружений на просадочных грунтах; натурное обследование действующих гидротехнических сооружений ирригационных систем на просадочных грунтах; моделирование работы гидросооружений на просадочных грунтах путем проведения натурных испытаний фундаментов; лабораторные определения деформационных характеристик грунтов в горизонтальном направлении с учетом их анизотропности; обработка полученных данных с применением систем автоматического проектирования САПР AutoCAD; экспериментальное проектирование и исследование работы новых конструкций гидротехнических сооружений для строительства на просадочных основаниях; внедрение в практику гидротехнического строительства результатов исследований.
Практическая ценность и реализация результатов работы:
Впервые предложена для использования в оценке инженерно-геологических характеристик грунта величина горизонтального начального просадочного давления Pusi.
Разработана методика районирования территории, позволяющая учитывать мощность просадочной толщи, величину просадки и структурные особенности лессовых грунтов.
Впервые использована для определения горизонтальных размеров зоны деформаций инженерно-геологическая характеристика грунта - величина горизонтального начального просадочного давления Pu>si.
На основе разработанной методики районирования территории Центрального Предкавказья создана схематическая карта, позволяющая выбирать тип конструкции фундамента гидротехнического сооружения.
8 На основании методики расчета размеров и конфигурации подушки
фундамента гидротехнического сооружения разработан проект опытного
гидротехнического сооружения с подушкой из грунто-пенополимерной
смеси.
Построено опытное сооружение данной конструкции в восточной части Ставропольского края.
Апробирование работы. Результаты исследования отдельных вопросов и разделов работы докладывались: на третьей межрегиональной научной конференции «Студенческая наука - экономике России» (Ставрополь, 2002г.), на Всероссийской научно-практической конференции Тидроморфные почвы - генезис, мелиорация и использование" (Москва, МГУ, 2002г.), на второй Международной научной конференции «Эволюция и деградация почвенного покрова» (Ставрополь, 2002г.), на четвертой межрегиональной научной конференции «Студенческая наука - экономике России» (Ставрополь, 2003г.), VII Региональной научно-технической конференции "Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону" (Ставрополь, 2003 г.), на международной научно-практической конференции "Строительство-2004" (Ростов-на-Дону, 2004г.).
Результаты исследований были включены в инновационные проекты, которые представлялись автором на IV Московском международном салоне инноваций и инвестиций (Москва, 2004 г., проект был награжден бронзовой медалью), на 9 Международной выставке-конгрессе "Высокие технологии. Инновации. Инвестиции" (С-Петербург, 2004 г., диплом), Первой специализированной межрегиональной выставке "Высокие технологии XXI века" (Ростов-на-Дону, 2004 г., диплом), V Московском международном салоне инноваций и инвестиций (Москва, 2005 г., серебряная медаль).
Основные положения диссертационной работы также доложены и обсуждены на заседании кафедры "Городского хозяйства и экспертизы недвижимости" СевКавГТУ и ученого совета ПНИИИС.
По результатам исследований и разработанным методикам был
выполнен проект опытного гидротехнического сооружения. Выполненный расчет экономической эффективности показал снижение затрат при строительстве на 327 тыс. руб., сокращение сроков освоения орошаемых территорий на 8 мес.
Публикация. Основные положения диссертации изложены в 16 печатных работах.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений, изложенных на 129 страницах машинописного текста, содержит 27 рисунков, 7 таблиц и список литературы из 145 наименований.
Автор выражает благодарность и глубокую признательность научному руководителю, доктору геолого-минералогических наук, профессору Б.Ф.Галаю за помощь и поддержку, оказанную при выполнении работы.
Автор благодарит сотрудников кафедры городского строительства и экспертизы недвижимости СевКавГТУ за помощь в период подготовки диссертации.
Результаты лабораторных и полевых испытаний грунтов при определении величин горизонтального начального просадочного давления
Для определения горизонтального начального просадочного давления в полевых условиях была разработана и опробована методика штампового испытания. В центре котлована на глубине 1,5 м в горизонтальном положении был установлен гидравлический домкрат с круглым штампом площадью 300 см2. Стенки траншеи в месте установки штампа тщательно выравнивались для равномерной передачи давления на грунт. Штамп прислонялся к стенке траншеи и прижимался домкратом, который в свою очередь упирался в противоположную стенку траншеи. Далее траншея засыпалась песком для создания условий однородности массива основания и лучшего дренирования воды к штампу. Котлован заполнялся водой для равномерного замачивания основания. Замачивание велось в течение 2-х суток, после чего начиналось нагружение штампа. Нагрузка передавалась ступенями с интервалом 0,005 МПа. Каждую ступень нагрузки выдерживали до условной стабилизации осадки. Данные о горизонтальных деформациях заносились в журнал. По результатам испытания был построен график зависимости величины просадки от нагрузки. Величина горизонтального начального просадочного давления была принята численно равной условному пределу пропорциональности, который характеризует границу между процессом уплотнения водонасыщенного грунта и его просадкой. На графике область пропорционального увеличения деформаций при увеличении нагрузки с переходом в область просадочных деформаций выделяется достаточно четко.
В результате штамповых испытаний получены величины горизонтального начального просадочного давления PU;Si = 0,010-0,015 МПа. Результаты лабораторных испытаний образцов в компрессионных приборах показаны на рисунке 3.1. Величина горизонтального начального просадочного давления по лабораторным данным Pu si = 0,011-0,012 МПа. Рисунок 3.1. Результаты лабораторных компрессионных испытаний грунта в горизонтальном направлении. Многочисленные исследования по изучению взаимодействия фундаментов и просадочных оснований при замачивании грунтовых толщ позволили установить общие и частные случаи проявления просадок по глубине. В общем случае просадочную толщу основания можно разделить на три характерные зоны: деформируемую зону, пассивную зону и зону просадки грунта от собственного веса. В пределах первой, деформируемой зоны просадка происходит под совместным действием нагрузки от Нижняя граница этой зоны располагается на глубине, где вертикальные напряжения от нагрузки фундамента а и от собственного веса грунта azg равняются величине начального просадочного давления psi: psj = cjzp + azg. Ниже начинается пассивная зона, где совместное давление от фундамента и собственного веса грунта будет меньше начального просадочного давления: tfZp + crZg Psb следовательно деформации грунта при замачивании будут отсутствовать. Отсюда можно сделать вывод, что граница между деформируемой и пассивной зоной является границей зоны деформаций грунта в вертикальном направлении.
Таким же образом, используя величину горизонтального начального просадочного давления можно установить границу зоны деформаций грунта под фундаментом в горизонтальном направлении. Горизонтальные напряжения от фундамента сгхр изменяются волнообразно, увеличиваясь от центра фундамента к его краям, достигая своего максимума в определенной точке и затем снова уменьшаются до нуля по мере удаления от фундамента. То есть также можно выделить зону, где эти напряжения будут больше величины горизонтального начального просадочного давления: стхр pU;Si и зону, где напряжения будут меньше величины pUjSi: axp pu si. Очевидно, что граница между этими двумя зонами будет границей зоны развития деформаций в горизонтальном направлении. 3.3. Разработка метода определения горизонтальных размеров зоны деформаций в основаниях сооружений Для определения горизонтальных размеров зоны деформаций под фундаментом, необходимо знать величины горизонтального напряжения в любой точке грунтового массива. Многие гидромелиоративные сооружения, например вододелители, быстротоки, диафрагмы трубчатых сооружений, здания насосных станций, имеют линейно-вытянутые фундаменты. Такие фундаменты передают на грунт нагрузку, распределенную по полосе. Задачу нахождения напряжений в грунте называют плоской задачей. К данной задаче относится нахождение напряжений в грунтовом полупространстве и под рядом гидротехнических сооружений или под отдельными их частями. При этом закон распределения нагрузки по ширине полосы бывает различным, но для практических расчетов его можно свести к двум: равномерное распределение-и распределение по закону треугольника. Основой решения плоской задачи для различных случаев является задача нахождения напряжений от элементарных сосредоточенных сил, распределенных по бесконечной линии на ограничивающей полупространство плоскости - линейная нагрузка. Задача решена французским ученым Фламаном (1892 г). Значения горизонтального нормального напряжения стхр согласно этому решению, будут равны [131]:
7Г(Х +Z ) где: р - внешняя нагрузка, действующая на фундамент; х - расстояние от оси фундамента до точки, в которой действует горизонтальное напряжение стхр; z - глубина, на которой действует горизонтальное напряжение стхр. Расчетная схема для решения плоской задачи, когда нагрузка интенсивностью р = const по полосе распределена равномерно, показана на рис. 3.2. Формула для вычисления напряжений в любой точке М грунтового полупространства имеет вид: х =(P1- -sin2pi-(±p2) + isin(±2p2)); (3.4) л: 2 2 Здесь углы Pi и 02 выражены в радианах. Знак перед р2 принимают в зависимости от положения точки М. Если она находится за пределами горизонтальной проекции нагруженной полосы, то перед Рг ставят знак плюс, если же точка М находится в пределах проекции, то знак минус. Пользуясь формулой [3.4] можно в любой точке грунтового полупространства легко найти напряжения, возникающие от действия равномерно распределенной по полосе нагрузки интенсивностью р, и построить эпюры напряжений. Используя данную формулу, нами были вычислены множество значений величины горизонтального напряжения для каждого слоя грунта основания. Сравнив полученные данные с величиной горизонтального начального просадочного давления для конкретного слоя, была получена граница зоны горизонтальных деформаций для этого слоя. Зная положение границы для различных слоев, мы получили общее представление о горизонтальных размерах зоны деформации и о ее контуре.
Определение размеров подушки и конструкция сооружения с фундаментом из грунтополимерной смеси
Контактная поверхность основания с сооружением при развитии деформаций грунта в массиве зависит от деформаций грунта по глубине просадочной толщи, уплотнения грунта вблизи сооружения за счет перераспределения действующих нагрузок по площади опоры сооружения, расположения и конфигурации водоисточников, смещения частей сооружения и т.д. Для гидротехнических сооружений на каналах характерно расположение водоисточников с двух сторон от сооружения. При замачивании основания поверхность в краевых областях в зоне увлажнения опускается и поддерживающая способность в этих зонах уменьшается. Если жесткость основания в центральной части сооружения остается высокой, то происходит изменение конфигурации поверхности в области контакта основания и сооружения, что приводит к увеличению нагрузок на основание. Снижение контактных напряжений обеспечивается устройством в области контакта сооружения с менее деформируемыми участками основания полости с материалом, имеющим модуль деформации меньше модуля деформации грунта, т.к. при увеличении нагрузок в этой зоне происходит уплотнение материала, заполняющего полость, и как следствие перераспределение давления по площади основания. Эффективность регулирования равномерности распределения контактных напряжений при развитии деформаций грунта в массиве основания достигается тем, что данная полость выполняется в виде линзы с поверхностью обратной поверхности, формирующейся при развитии деформаций. Таким образом, мощность слоя материала, имеющего модуль деформации менее модуля деформации грунта любой области фундамента пропорциональна величине возможной осадки конструкции в данной области. Повышение контактных напряжений при развитии осадки сооружения, установленного на подушку из легкодеформируемого упругого материала, будет происходить пропорционально величине обжатия материала и обратно пропорционально мощности слоя материала, подвергаемого обжатию. В качестве материала, имеющего модуль деформации меньше модуля деформации грунта, используется смесь пенополимеров с грунтом в различных пропорциях и его слой, уложенный в фундаменте, способен компенсировать значительную часть развивающихся неравномерных деформаций основания.
Размеры и конфигурация зоны деформаций в основании изменяются во времени при развитии фронта увлажнения, поэтому размеры и конфигурация фундамента гидротехнического сооружения при развитии деформаций в основании должны соответствовать в каждый определенный момент условиям развития деформаций, чтобы эффективно трансформировать возникающие перемещения при их передаче на внешнюю часть конструкции. Размеры зоны деформаций в зависимости от продвижения фронта увлажнения и условий замачивания определяются по зависимостям формирования областей просадок [27, 28, 47, 49, 107]. Размеры и конфигурация фундамента должны соответствовать в каждом сечении возникающим деформациям, как в определенный момент развития деформаций в данной области, так и при развитии деформаций в других областях на протяжении всего срока их развития и косвенно влияющих на перемещения конструкции. Мощность подушки фундамента в зоне основания, где развитие деформаций не ожидается, должна обеспечивать поглощение возможных перемещений надфундаментной части сооружения. Это происходит при условии, когда материал подушки фундамента способен за счет упругих деформаций уплотняться и уменьшить свои размеры на величину перемещения внешней части конструкции сооружения (см. рис. 4.1). Мощность подушки фундамента определяется из условия полного поглощения деформаций по формуле: ТЧПМ (4.11) є ,-min где: Т - минимальная мощность подушки фундамента; Smax - максимальная величина перемещения внешней части конструкции сооружения; є - величина относительного уплотнения материала подушки фундамента при давлении, действующем в данной области. Для предварительных расчетов є берется давление, равное величине среднего давления по подошве данной части сооружения. Величина є определяется по графику зависимости уплотнения материала от нагрузки. Мощность подушки фундамента в зоне развития деформаций определяется с учетом их величины по формуле: gmaxo (4.12) sl,g X Є где: Тх - мощность подушки фундамента в сечении на расстоянии X от водоисточника; Ssi)g - величина просадки поверхности грунта в области зоны деформаций в поперечнике от водоисточника при положении подошвы уплотнившегося слоя на глубине h от поверхности. При условии, когда в процессе строительства выполнено предварительное обжатие материала подушки ее мощность определяется по зависимости: стах с Tx=i- L (4.13) где: є0 - величина относительного уплотнения материала подушки фундамента при предварительном обжатии; остальные обозначения соответствуют формуле 4.2. Мощность подушки в нижнем бьефе определяется с учетом изменения величины деформации под влиянием глубины выемки по формуле: ТХ1 = Еш _ Бх (4.14) Є Єо — Hsl-hB где: ТХ1 - мощность подушки фундамента в сечении на расстоянии X от водоисточника в нижнем бьефе; SLJ» - величина просадки грунта на уровне дна канала в нижнем бьефе; BHsl величина просадки грунта на уровне дна канала в нижнем бьефе BxJ в поперечнике от водоисточника при положении подошвы уплотнившегося слоя на глубине hXi от уровня дна канала в нижнем бьефе; Hsi-hx - величина относительного уплотнения материала подушки фундамента при обжатии за счет развития деформаций в верхнем бьефе до начала развития деформаций в области нижнего бьефа. По результатам определения мощности подушки фундамента проектируется её конфигурация в основании (рис. 4.2). При выполнении подушки из материала с неоднородными свойствами, ее конфигурация выбирается с учетом конкретных свойств материала в данной области фундамента.
Разработка конструктивной схемы и способа расчета гидротехнического сооружения с фундаментом из синтетических материалов с учетом развития просадочных и послепросадочных деформаций в основании
Контактная поверхность основания с сооружением при развитии деформаций грунта в массиве зависит от деформаций грунта по глубине просадочной толщи, уплотнения грунта вблизи сооружения за счет перераспределения действующих нагрузок по площади опоры сооружения, расположения и конфигурации водоисточников, смещения частей сооружения и т.д. Для гидротехнических сооружений на каналах характерно расположение водоисточников с двух сторон от сооружения. При замачивании основания поверхность в краевых областях в зоне увлажнения опускается и поддерживающая способность в этих зонах уменьшается. Если жесткость основания в центральной части сооружения остается высокой, то происходит изменение конфигурации поверхности в области контакта основания и сооружения, что приводит к увеличению нагрузок на основание. Снижение контактных напряжений обеспечивается устройством в области контакта сооружения с менее деформируемыми участками основания полости с материалом, имеющим модуль деформации меньше модуля деформации грунта, т.к. при увеличении нагрузок в этой зоне происходит уплотнение материала, Таким образом, мощность слоя материала, имеющего модуль деформации менее модуля деформации грунта любой области фундамента пропорциональна величине возможной осадки конструкции в данной области. Повышение контактных напряжений при развитии осадки сооружения, установленного на подушку из легкодеформируемого упругого материала, будет происходить пропорционально величине обжатия материала и обратно пропорционально мощности слоя материала, подвергаемого обжатию. В качестве материала, имеющего модуль деформации меньше модуля деформации грунта, используется смесь пенополимеров с грунтом в различных пропорциях и его слой, уложенный в фундаменте, способен компенсировать значительную часть развивающихся неравномерных деформаций основания.
Размеры и конфигурация зоны деформаций в основании изменяются во времени при развитии фронта увлажнения, поэтому размеры и конфигурация фундамента гидротехнического сооружения при развитии деформаций в основании должны соответствовать в каждый определенный момент условиям развития деформаций, чтобы эффективно трансформировать возникающие перемещения при их передаче на внешнюю часть конструкции. Размеры зоны деформаций в зависимости от продвижения фронта увлажнения и условий замачивания определяются по зависимостям формирования областей просадок [27, 28, 47, 49, 107]. Размеры и конфигурация фундамента должны соответствовать в каждом сечении возникающим деформациям, как в определенный момент развития деформаций в данной области, так и при развитии деформаций в других областях на протяжении всего срока их развития и косвенно влияющих на перемещения конструкции. Мощность подушки фундамента в зоне основания, где развитие деформаций не ожидается, должна обеспечивать поглощение возможных перемещений надфундаментной части сооружения. Это происходит при условии, когда материал подушки фундамента способен за счет упругих деформаций уплотняться и уменьшить свои размеры на величину перемещения внешней части конструкции сооружения (см. рис. 4.1). Мощность подушки фундамента определяется из условия полного поглощения деформаций по формуле: ТЧПМ (4.11) є ,-min где: Т - минимальная мощность подушки фундамента; Smax - максимальная величина перемещения внешней части конструкции сооружения; є - величина относительного уплотнения материала подушки фундамента при давлении, действующем в данной области. Для предварительных расчетов є берется давление, равное величине среднего давления по подошве данной части сооружения. Величина є определяется по графику зависимости уплотнения материала от нагрузки. Мощность подушки фундамента в зоне развития деформаций определяется с учетом их величины по формуле: gmaxo (4.12) sl,g X Є где: Тх - мощность подушки фундамента в сечении на расстоянии X от водоисточника; Ssi)g - величина просадки поверхности грунта в области зоны деформаций в поперечнике от водоисточника при положении подошвы уплотнившегося слоя на глубине h от поверхности. При условии, когда в процессе строительства выполнено предварительное обжатие материала подушки ее мощность определяется по зависимости: стах с Tx=i- L (4.13) где: є0 - величина относительного уплотнения материала подушки фундамента при предварительном обжатии; остальные обозначения соответствуют формуле 4.2. Мощность подушки в нижнем бьефе определяется с учетом изменения величины деформации под влиянием глубины выемки по формуле: ТХ1 = Еш _ Бх (4.14) Є Єо — Hsl-hB где: ТХ1 - мощность подушки фундамента в сечении на расстоянии X от водоисточника в нижнем бьефе; SLJ» - величина просадки грунта на уровне дна канала в нижнем бьефе; BHsl величина просадки грунта на уровне дна канала в нижнем бьефе BxJ в поперечнике от водоисточника при положении подошвы уплотнившегося слоя на глубине hXi от уровня дна канала в нижнем бьефе; Hsi-hx - величина относительного уплотнения материала подушки фундамента при обжатии за счет развития деформаций в верхнем бьефе до начала развития деформаций в области нижнего бьефа. По результатам определения мощности подушки фундамента проектируется её конфигурация в основании (рис. 4.2). При выполнении подушки из материала с неоднородными свойствами, ее конфигурация выбирается с учетом конкретных свойств материала в данной области фундамента.
Разработка технологии использования грунтопенополимерных смесей в фундаментах гидротехнических сооружений
Применение фундаментов сетевых гидротехнических сооружений, компенсирующих неравномерность развития деформаций в основании с синтетическим пенополимерным материалом позволит сократить сроки возведения фундамента, уменьшить его размеры и снизить объемы привозных материалов, т.к. возможно изготовление пенополимера непосредственно на строительной площадке из небольшого объема жидких компонентов. Пенополимер МФП-2 изготовляют смешиванием из компонентов. Компонент №1: смола карбамидоформальдегидная КФ-Ж ГОСТ 14231-78 (можно УКС ГОСТ 14231-78) с водой в соотношении 1:1 по объему. Компонент №2: агент вспенивания-отвердения АВО-2 состоящий из: 1) пенообразователя №1 или №2 (П01 или П02)- 1,51% ПОІ (П02) - водный раствор триэтаноламиновой соли сульфированных спиртом жирного ряда с концентрацией 35-40% ,рН - 6,0-7,0; 2) ортофосфорной кислоты 70%-ной- 2,67%; 3) воды-95,82%. Процентное отношение берется по объему. Подготовка компонента №1. В емкость объемом 1,5 м3 заливаются смола КФ-Ж (УКС) и вода в равном объеме, тщательно смешиваются мешалкой. Срок хранения до 2-х суток. Для получения компонента №2 во 2-ю емкость объемом 1,5 м заливается вода, ПОІ (П02) соответственно 95,82% и 1,51% по объему. После тщательного перемешивания состава доставляется ортофосфорная кислота - 2,67% по объему. Затем проверяют кратность пены, т.е. отношение объема пены к жидкости, которая должна быть не менее 20. Для этого при давлении 2-3 атм. открывают вентиль по подаче воздуха, вентиль на подачу компонента №2, в калибровочную емкость отбирают пробу пены. При появлении усадки пены свыше 10-15 мм и медленного отвердения регулируют дозировки, коагуляцию компонента №2. Устранив недостатки, вспенивание повторяют. Для получения пенополимера (МФП-2) используется передвижная заливочная установка (ПЗУ-135-50).
Технологический процесс изготовления наполнителя (пенополимера МФП-2) состоит из следующих операций: 1) подготовка компонентных смесей; 2) подготовка смесителя или смесительной установки; 3) вспенивание композиции для пенопласта; 4) отвердение композиции. Последние две операции осуществляются без вмешательства обслуживающего персонала. Дозировка исходных компонентов осуществляется с помощью одноплунжерных дозировочных насосов типа В Д. Вспенивание водного раствора АВО-2 производится сжатым воздухом в пенообразующем устройстве и смешивается с раствором смолы. Количество воздуха, направленного на вспенивание, контролируется ротаметром, а его давление регулируется регулятором давления. При работах на строительной площадке нанесение карбомидной пены во время дождя категорически запрещается. Заполнение котлована производится послойной заливкой пенополимера с чередованием слоев грунта. Слой пенополимера толщиной 5-15 см наносится набрызгом с последующим разравниванием вручную. После отвердения пенополимера насыпается слой грунта толщиной 20-30 см. по Доставки грунта и разравнивание его производится бульдозером с удельным давлением на грунт 28 кПа). По данной технологии была сделана фундаментная подушка опытного сооружения в зоне II очереди Терско-Кумской обводнительно-оросительной системы в юго-восточной части Центрального
Предкавказья. Основанием сооружения являются лессовые грунты II категории просадочности мощностью Hsi=20 м, и величиной ожидаемой просадки Ssi=l,l м. Результаты испытаний текущего года опытного гидротехнического сооружения с фундаментной подушкой из смеси грунта с пенополимером показали, что данная конструкция к настоящему времени восприняла неравномерные деформации основания величиной до 54 см (по данным устройств для измерения послойных деформаций грунта). На основе материалов диссертации были разработаны инновационные проекты, которые представлялись автором на различных инновационных выставках, ярмарках, форумах, конгрессах. На IV Московском международном салоне инноваций и инвестиций (Москва, ВВЦ, 2004 г.) проект "Конструкция и технология строительства гидротехнических сооружений для деформируемых просадочных оснований" был награжден бронзовой медалью, на 9 Международной выставке-конгрессе "Высокие технологии. Инновации. Инвестиции" (С-Петербург, 2004 г.) проект "Гидротехнические сооружения для ускоренного ирригационного освоения просадочных территорий" был отмечен дипломом, на Первой специализированной межрегиональной выставке "Высокие технологии XXI века" (Ростов-на-Дону, 2004 г.) проект "Антропогенное освоение просадочных территорий, методы расчета, контроль, конструкции сооружений" получил диплом, на V Московском международном салоне инноваций и инвестиций (Москва, ВВЦ, 2005 г.) проект "Технологическая схема контроля просадочных деформаций в основании" был удостоен серебряной медали (см. приложение 4).
Учредителями и организаторами Московского международного салона инноваций и инвестиций выступают Министерство образования и науки Российской Федерации, Федеральное агентство по образованию, Выставочный центр ФГУ НИИ РИНКЦЭ. Ежегодный Салон заслуженно пользуется авторитетом специалистов в области инновационно-технологической деятельности и является одним из наиболее престижных мероприятий в сфере научно-промышленных выставок. Конкурсная программа Салона традиционно включает в себя конкурс инновационных проектов, изобретений и разработок, по результатам проведения которого проекты отмечаются наградами. Выставка-конгресс "Высокие технологии. Инновации. Инвестиции", проводимая ежегодно в Санкт-Петербурге при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации и администрации г. Санкт-Петербурга, является важнейшим, мероприятием в России в области продвижения высоких технологий, инновационных и инвестиционных проектов в научно-технической сфере обеспечения эффективного взаимодействия научных организаций и предприятий с промышленностью и потенциальными инвесторами, играет важную роль в вопросах оказания содействия научным организациям в коммерциализации результатов фундаментальных и прикладных исследований, продвижения наукоемкой продукции на российские и зарубежные рынки, создания условий для реализации инновационных и инвестиционных проектов и разработок по приоритетным направлениям развития науки и техники.
