Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
реклама
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тюменский государственный архитектурно-строительный университет На правах рукописи КРАЕВ Андрей Николаевич ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПЕСЧАНОЙ АРМИРОВАННОЙ ПОДУШКИ В СЛАБЫХ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТАХ ПОД ЛЕНТОЧНЫМИ ФУНДАМЕНТАМИ 05.23.02 - Основания и фундаменты, подземные сооружения ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель: к.т.н., доцент Бай Владимир Фёдорович Тюмень 2014 2 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………….. 5 ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА……………………………..………... 13 1.1. Современные методы подготовки и устройства искусственных оснований………………………………………….…………………………. 13 1.2. Повышение устойчивости и несущей способности слабых глинистых оснований путем устройства песчаных подушек …………… 19 1.3. Способы повышения несущей способности и устойчивости слабых глинистых оснований путём армирования……………………………….. 26 1.4. Выводы и задачи дальнейших исследований………………………... 32 ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ СЛАБОГО ГЛИНИСТОГО ОСНОВАНИЯ, УСИЛЕННОГО ПЕСЧАНОЙ АРМИРОВАННОЙ ПОДУШКОЙ С КРИВОЛИНЕЙНОЙ ПОДОШВОЙ, В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ………………………………………….... 34 2.1. Задачи исследования…………………………………………………… 2.2. Исследование напряженно-деформированного 34 состояния глинистого основания, усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой…………………………………… 35 2.2.1. Контрольно-измерительная аппаратура……………………………. 40 2.2.2. Результаты экспериментальных исследований на грунтовых моделях………………………………………………………………………. 46 2.2.3. Выводы по результатам исследования слабого глинистого основания, усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой…………………………………………………. 50 2.3. Исследование деформируемости грунтового основания усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой……………………………………………………………………. 50 3 2.3.1. Результаты экспериментальных исследований деформируемости грунтового основания, усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой ……………………..…………… 2.3.2. Выводы по результатам исследования 53 деформируемости грунтового основания, усиленного песчаной армированной подушкой с криволинейной подошвой………………………..……………………….. 60 2.4. Выводы по главе 2…….………………………………………………. 60 ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СЛАБОГО ГЛИНИСТОГО ОСНОВАНИЯ, УСИЛЕННОГО ПЕСЧАНОЙ АРМИРОВАННОЙ ПО КОНТУРУ ПОДУШКОЙ С КРИВОЛИНЕЙНОЙ ПОДОШВОЙ, В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ………...………………………………………… 62 3.1. Инженерно-геологические условия площадки……………………... 62 3.2. Приборы и оборудование……………………………………………… 65 3.3. Методика проведения полевого эксперимента.…….……………….. 69 3.4. Результаты экспериментов……………………………………………. 76 3.5. Сопоставление экспериментальных данных с результатами численного моделирования напряженно-деформированного состояния слабого глинистого основания, усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой………………………… 83 3.6. Выводы по главе 3…………..…………………………………………. 95 ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЁТА ПЕСЧАНОЙ АРМИРОВАННОЙ ПО КОНТУРУ ПОДУШКИ С КРИВОЛИНЕЙНОЙ ПОДОШВОЙ, ВНЕДРЕННОЙ В СЛАБЫЙ ГЛИНИСТЫЙ ГРУНТ……. 97 4.1. Выбор расчётной модели…………….………………………………… 97 4.2. Имитационная вероятностная модель И.И. Кандаурова……………. 98 4.3. Экспериментальная методика расчёта коэффициента структуры зернистой среды………………….…………………………………………. 100 4.4. Апробация методики расчёта песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой…..………………………………... 108 4 4.5. Выводы по главе 4 ……………………………………………………... 110 ГЛАВА 5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ В ПРАКТИКЕ СТРОИТЕЛЬСТВА…………………... 111 5.1 Технико-экономический эффект от внедрения конструктивного решения в практику строительства на слабых глинистых грунтах...…… 111 5.2. Выводы по главе 5……………………………………………………… 117 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………... 118 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ …………………………………………………... 120 ПРИЛОЖЕНИЯ ……………………………………………………………... 131 5 ВВЕДЕНИЕ Актуальность задачи. При строительстве на слабых глинистых грунтах широкое распространение в настоящее время получили методы армирования грунтов геосинтетическими материалами. Основными задачами армирования являются: упрочнение и повышение устойчивости оснований; уменьшение деформаций грунтового основания; исключение выпора грунта из-под фундаментов. Несмотря на широкое применение армирующих материалов, вопросы устройства и проектирования армированных оснований являются актуальными по причине недостаточной изученности, значительной трудоёмкости и стоимости, а в некоторых случаях недостаточной надёжности. Кроме этого, проблемой развития армирования грунтовых оснований является отсутствие технических норм проектирования и опыта использования армирующих материалов. В связи с этим, исследование и разработка методов повышения несущей способности слабых глинистых оснований путём замещения слабого грунта более плотным армированным песчаным грунтом, является актуальной задачей. Одним из рациональных методов повышения несущей способности слабых глинистых оснований является устройство песчаной подушки с криволинейной подошвой, армированной по контуру геосинтетическим материалом. Эффективность способа состоит в уменьшении осадок сооружения за счёт замещения слабого грунта песком и контурного армирования тела песчаной подушки, а также увеличения стадии линейной работы основания, вследствие более равномерной передачи нагрузки на слабые грунты за счёт криволинейной формы опорной подошвы песчаной подушки и включения максимальных сдвиговых зон и областей развития пластических деформаций в тело песчаной армированной подушки. 6 Предлагаемый способ усиления рационален при строительстве малоэтажных зданий на ленточных фундаментах, в условиях распространения слабых глинистых грунтов. Достоинствами такого метода усиления являются: − вовлечение в работу массива грунта, находящегося под всей криволинейной поверхностью песчаной армированной по контуру подушки; − более равномерная передача напряжений от фундамента на слабое глинистое основание; − значительное уменьшение объёмов земляных работ; − снижение материалоёмкости за счет экономии бетона. Внедрение в практику строительства способа усиления основания в виде устройства песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой, позволит сократить материальные и трудовые затраты на производство работ, а также повысить надежность сооружений, возведенных на слабых грунтах. Объект исследования: песчаная подушка с криволинейной подошвой, армированная по контуру геосинтетическим материалом, помещенная в слабый глинистый грунт. Предмет исследования: напряженно-деформированное состояние песчаной подушки с криволинейной подошвой, армированной по контуру геосинтетическим материалом, и подстилающего слабого глинистого основания, нагруженного полосовой нагрузкой. Цель диссертационной работы: обоснование применения песчаной подушки с криволинейной подошвой, армированной по контуру геосинтетическим материалом, с целью повышения несущей способности и снижения деформативности слабого глинистого основания под ленточными фундаментами. Задачи исследований: 1) разработать способ повышения несущей способности и снижения деформируемости слабого глинистого основания путём замещения слабого грунта 7 в активной зоне песчаной подушкой с криволинейной подошвой, армированной по контуру геосинтетическим материалом; 2) выполнить экспериментальное обоснование улучшения строительных свойств слабого глинистого основания за счёт применения песчаной подушки с криволинейной подошвой, армированной по контуру геосинтетическим материалом, в лабораторных условиях при действии полосовой нагрузки; 3) выявить закономерности силового взаимодействия песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой и подстилающего слабого глинистого основания, при действии полосовой нагрузки, на основе экспериментов в полевых условиях; 4) разработать методику расчета напряженно-деформированного состояния песчаной подушки с криволинейной подошвой, армированной по контуру геосинтетическим материалом, и подстилающего слабого глинистого грунта, нагруженных полосовой нагрузкой. Научная новизна работы заключается в следующем: 1) предложен способ повышения несущей способности и снижения деформируемости слабого глинистого основания путём замещения в активной зоне слабого грунта песчаной подушкой с криволинейной подошвой, армированной по контуру геосинтетическим материалом; 2) экспериментально обоснована эффективность предложенного способа повышения несущей способности и снижения деформируемости слабого глинистого основания; 3) разработана методика расчета напряженно-деформированного состояния песчаной подушки с криволинейной подошвой, армированной по контуру геосинтетическим материалом, и подстилающего слабого основания. Теоретическая и практическая значимость работы заключается: − в подушки исследовании с напряженно-деформированного криволинейной подошвой, состояния армированной по песчаной контуру геосинтетическим материалом, и подстилающего слабого глинистого основания; 8 − в разработке методики расчёта напряженно-деформированного состояния песчаной подушки с криволинейной подошвой, армированной по контуру геосинтетическим материалом, и подстилающего слабого основания; − в получении экономического эффекта при использовании полученных результатов в инженерной практике строительства ленточных фундаментов для малоэтажных зданий и сооружений на слабых глинистых грунтах. Результаты исследования реализованы: − в Тюменском государственном архитектурно-строительном университете (ТюмГАСУ) при выполнении дипломных проектов по специальности 270102 – «Промышленное и гражданское строительство»; − в проектом решении при строительстве объекта «Индивидуальный двухэтажный жилой дом в г. Ишим, Тюменской области»; − в региональном конкурсе студенческих научных работ (г. Тюмень, 2009г.); Методология и методы исследования: 1) анализ существующих методов усиления слабого глинистого основания на основе отечественного и зарубежного опыта инженеров-геотехников; 2) экспериментальные лабораторные исследования слабого основания, усиленного песчаной подушкой с криволинейной подошвой, армированной по контуру геосинтетическим материалом, нагруженного полосовой нагрузкой; 3) экспериментальные полевые исследования слабого глинистого основания, усиленного песчаной подушкой с криволинейной подошвой, армированной по контуру геосинтетическим материалом, на крупномасштабных моделях фундаментов; 4) аналитические и численные исследования напряженно- деформированного состояния основания, усиленного песчаной подушкой с криволинейной подошвой, армированной по контуру геосинтетическим материалом; 5) сравнение моделирования. полученных результатов с результатами численного 9 Положения, выносимые на защиту: − способ повышения несущей способности и снижения деформируемости слабого глинистого основания при действии нагрузки от ленточного фундамента; − закономерности криволинейной силового подошвой, взаимодействия армированной по песчаной контуру подушки с геосинтетическим материалом, с подстилающими слабыми глинистыми грунтами при действии полосовой нагрузки; − методика расчёта напряженно-деформированного состояния песчаной подушки с криволинейной подошвой, армированной по контуру геосинтетическим материалом, и подстилающего слабого глинистого грунта. Степень достоверности и апробации результатов. Достоверность результатов обеспечивается: − выполнением экспериментальных исследований с помощью известных апробированных и оттарированных контрольно-измерительных комплексов, первичных преобразователей и поверенных приборов; − сравнением полученных в работе результатов с данными других исследований; − сопоставлением результатов численных и аналитических решений в программных комплексах Plaxis и FEM models с данными натурных и модельных экспериментов. Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и обсуждены: на региональном конкурсе студенческих научных работ ТюмГНГУ (г. Тюмень, 2009г); на X, XI, XII научной конференции молодых ученых, аспирантов и соискателей ТюмГАСУ (г. Тюмень, 2010, 2011, 2012гг); на Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири» (г. Тюмень, 2010, 2011, 2012гг); на кафедре геотехники СПбГАСУ (г. СанктПетербург, 2013г); на заседании научно-технического совета ООО «ПИ Геореконструкция» (г. Санкт-Петербург, 2013г); на международной научнотехнической конференции СПбГАСУ «Современные геотехнологии в 10 строительстве и их научно-техническое сопровождение» (г. Санкт-Петербург, 2014г); на международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири» (г. Тюмень, 2014г). Личный вклад автора состоит: − в подготовке экспериментальной базы для проведения исследований; − в проведении и получении результатов лабораторных экспериментальных исследований, их анализе и обработке; − в проведении и получении результатов натурных экспериментальных исследований, их анализе и обработке; − в разработке метода расчета песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой; − в выполнении численного моделирования работы ленточных фундаментов на усиленном основании. Публикации. Основные результаты работы изложены в 9 научных статьях, 3 из которых в изданиях перечня ВАК. По результатам работы получен 1 патент на изобретение. Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа содержит 140 страниц машинописного текста, 67 рисунков, 9 таблиц, список литературы из 121 наименования. В первой главе изложены современные способы подготовки и устройства искусственных оснований; рассмотрена история развития способов повышения несущей способности основания в виде песчаных подушек; рассмотрены достоинства и основные недостатки песчаных подушек; рассмотрен исторический опыт развития армирования в геотехнике; обозначены проблемы развития и применения армированных оснований в современных условиях. Во второй главе изложена методика проведения лабораторных экспериментов на маломасштабных моделях основания, усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой; описана 11 применяемая в экспериментах регистрирующая и измерительная аппаратура; изложена технология изготовления измерительной аппаратуры; приведены результаты лабораторных исследований. В третьей главе приведена методика проведения эксперимента по исследованию слабого глинистого основания, усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой, под ленточным фундаментом в полевых условиях; показаны инженерно-геологические условия экспериментальной площадки; приведено используемое в полевом эксперименте контрольно-измерительное оборудование; отражены результаты полевых экспериментальных исследований; исследовано напряженно-деформированное состояние песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой и подстилающего слабого глинистого грунта. В четвертой главе приведена методика расчета напряженно- деформированного состояния песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой, экспериментальным путём помещённой определён в слабый коэффициент глинистый грунт; распределительной способности структуры среды; выполнено сопоставление результатов расчёта усиленного основания с данными мониторинга жилого здания, устроенного на основании, усиленном песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой. В пятой главе произведена экономическая оценка эффективности внедрения предлагаемого способа укрепления основания в практику строительства; выполнено экономическое сравнение предлагаемого способа укрепления основания со стандартными решениями усиления; приведено экономическое сравнение различных вариантов конструктивных решений фундаментов в условиях распространения слабых глинистых грунтов. В заключении изложены основные выводы, полученные в ходе исследований. В приложениях приведен патент РФ на изобретение; акт о внедрении способа повышения несущей способности слабого глинистого основания под 12 малоэтажное индивидуальное жилое здание; свидетельство о поверке используемого оборудования. Весь объем диссертационной работы выполнен в Тюменском государственном архитектурно-строительном университете под руководством кандидата технических наук, доцента В.Ф. Бая. 13 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ В главе рассматриваются методы повышения несущей способности водонасыщенного глинистого основания путем армирования, устройства песчаных подушек и улучшения физико-механических характеристик грунта. 1.1. Современные методы подготовки и устройства искусственных оснований В настоящее время строительство зданий и сооружений на структурнонеустойчивых грунтах осуществляется по двум направлениям: 1. Применение мероприятий, повышающих несущую способность и уменьшающих возможные деформации основания (методы искусственного уплотнения, закрепления и т.д.). 2. Применение конструктивных мероприятий, обеспечивающих зданию или сооружению восприятие ожидаемых по расчёту деформаций основания и требуемую несущую способность грунтов (замена структурно-неустойчивых грунтов уплотнёнными подушками из песчаного и связного грунтов, повышение устойчивости основания устройством боковой пригрузки, ограничение горизонтальных перемещений грунтов основания путём устройства жестких обойм, армирование основания и т.д.). В данное время выделено три метода устройства искусственно улучшенного основания: конструктивный метод, метод механического уплотнения, метод закрепления. 1) Метод механического уплотнения. Все основные способы уплотнения грунтов подразделяются на: - поверхностные, когда уплотнение производится в пределах сжимаемой толщи основания; - глубинные, когда уплотнение выполняется по всей или определённой глубине основания. При поверхностном уплотнении максимальная степень плотности достигается на поверхности приложения уплотняющего воздействия, а по глубине в стороны – снижается. За уплотнённую зону принимают толщу грунта, в пределах которой плотность сухого грунта не ниже заданного или допустимого её минимального значения. 14 В практике строительства широкое применение получили следующие методы поверхностного уплотнения грунтов: - метод уплотнения тяжёлыми трамбовками применяется для пылеватоглинистых и песчаных грунтов, характеризующихся степенью влажности Sr < 0,7 . Уплотнение осуществляется свободным сбрасыванием с помощью крана-экскаватора с высоты 4-10м трамбовок диаметром 1,4-3,5м и весом 40-200кН. В результате трамбования в массе грунта образуется зона толщиной от 1,5 до 6м; - укатка с помощью различных машин и механизмов применяется для всех видов насыпных, песчаных, глинистых, крупнообломочных грунтов на свободных участках и при большом фронте работ. Этот способ используют для послойного уплотнения при возведении грунтовых, песчаных, шлаковых и других подушек, земляных сооружений, подсыпок и т.д. Эффективность уплотнения грунтов укаткой определяют в основном их влажностью и типами применяемых механизмов. Наибольшая эффективность уплотнения достигается в крупнообломочных грунтах; - вытрамбовывание котлованов применяется в просадочных лёссовых грунтах I типа, в глинистых, в том числе водонасыщенных, в маловлажных пылеватых и мелких песчаных грунтах. Сущность устройства заключается в том, что трамбовка весом 15-100кН, имеющая форму будущего фундамента, сбрасывается в одно и то же место с высоты 4-8м. Вокруг вытрамбованного котлована образуется уплотненная зона, в пределах которой повышаются физико-механические характеристики грунта. За уплотнённую зону принимается массив грунта, в пределах которого плотность сухого грунта составляет 1,55 т/м3; - уплотнение грунтов глубинными взрывами применяется в просадочных лёссовых грунтах с I типом грунтовых условий по просадочности, рыхлых несвязных грунтах любой крупности и глинистых грунтах. Способ заключается в одновременном взрывании в водной среде установленных по определённой сетке на некоторой глубине от поверхности котлована зарядов взрывчатого вещества, под воздействием которых происходит разрушение существующей структуры грунта и его дополнительное уплотнение. Глубина уплотнения взрывами в зависимости от грунтовых условий, величины заряда обычно составляет 1,0-4,0м; При глубинном уплотнении грунтов используются следующие способы: - способ глубинного уплотнения грунтовыми сваями применяют в насыпных глинистых грунтах, а также при необходимости устранения просадочных свойств грунтов на глубину 24-28м, создания в основании зданий и сооружений сплошного 15 маловодопроницаемого экрана и устройства притивофильтрационных завес из уплотнённого грунта [79]. Грунтовые сваи устраиваются при влажности грунтов близкой к оптимальной, отсутствии песков, линз переувлажнённого грунта и верховодки. Сущность способа заключается в том, что специальным снарядом весом 25-55кН, сбрасываемым в одно и тоже место с высоты 4-10м, в массиве грунта пробивается скважина диаметром 0,3-0,9м. Затем пробитая полость скважины заполняется местным грунтом с послойным его уплотнением; - устройство песчаных свай применяется для глубинного уплотнения сильносжимаемых глинистых грунтов, заторфованных грунтов с прослойками супесей, суглинков, глин и илов. Технология устройства песчаных свай включает погружение в слабый грунт инвентарной металлической трубы диаметром 0,325-0,5м, снабжённой раскрывающимся наконечником с помощью вибропогружателей. В процессе погружения трубы грунт вокруг образовавшейся полости уплотняется, затем в трубу порциями засыпается крупный или среднезернистый песок и труба постепенно извлекается [35, 82]. При формировании зоны уплотнения в массиве грунта вокруг свай повышается давление в поровой воде, что значительно ускоряет процесс фильтрации воды к свае и способствует уплотнению грунтов вокруг них; - устройство известковых свай применяется для глубинного уплотнения слабых водонасыщенных пылевато-глинистых и заторфованных грунтов большой мощности (до 10м и более). Сущность заключается в том, что при устройстве известковых свай происходит взаимодействие негашеной комовой извести с окружающем его водонасыщенным грунтом, что способствует улучшению прочностных и деформационных характеристик грунтов. Технология устройства известковых свай аналогична песчаным сваям; - уплотнение глубинными вибраторами применяется в рыхлых песках на глубину более 1,5м в условиях естественного залегания, а также при укладке грунта в насыпи. Уплотнение грунтов производится с применением различного типа виброустановок. Уплотнение песчаных грунтов производится с одновременной подачей воды в уплотняемое основание; - уплотнение грунтов предварительным замачиванием рекомендуется применять для упрочнения просадочных грунтов II типа по проявлению просадочных свойств с ожидаемой просадкой грунта от собственного веса более 30см. Сущность метода заключается в том, что при повышении степени влажности просадочных грунтов до Sr > 0,8 происходит коренное нарушение или существенное ослабление 16 их структурных связей, сопровождаемое последующим уплотнением просадочной толщи под действием собственного веса грунтов. Следует отметить, что верхние слои грунта остаются в недоуплотнённом состоянии, в связи с чем возникает необходимость комбинирования данного способа с уплотнением тяжёлыми трамбовками; - уплотнение весом фильтрующей пригрузки применяется при слабых и сильносжимаемых водонасыщенных грунтах. Сущность метода заключается в загрузке слабого грунта с устройством пригрузочной насыпи для отвода отжимаемой воды. Данное уплотнение грунтов может быть использовано при подготовке оснований (улучшения строительных свойств слабых грунтов) зданий и сооружений различного назначения, инженерной подготовке территории с целью обеспечения надежной эксплуатации инженерных коммуникаций и дорожных покрытий, а также для уменьшения воздействия сил отрицательного (негативного) трения на свайные фундаменты и другие заглубленные в грунт сооружения. 2) Метод закрепления грунтов. При использовании методов закрепления повышение прочности и уменьшение сжимаемости грунтов происходит не за счет разрушения их структуры (повышения плотности), а за счет увеличения сцепления между частицами. Производственный опыт показывает, что в настоящее время в практике строительства нашли применение следующие методы и способы закрепления грунтов: - закрепление грунтов термической обработкой широко применяют для упрочнения маловлажных пылевато-глинистых грунтов, имеющих высокую проницаемость, и в основном используют для закрепления просадочных грунтов. Сущность метода закрепления термической обработкой заключается в увеличении прочности структурных связей в грунте под влиянием высокой температуры (температура продуктов горения при обжиге грунтов должна быть в пределах t = 800900°С, так как при температуре t > 900°С происходит плавление грунта и исключается возможность проникания воздуха в массив грунта). При этом термическая обработка грунта производится через пробуренные в толще грунтов скважины диаметром 0,10,2м (чем больше диаметр скважины, тем больше поверхность соприкасаемого грунта и тем лучше проникают продукты горения в закрепляемый массив) на глубину до 20м. Термическая обработка производится до подстилающего слоя непросадочного грунта, т.е. в пределах всей просадочной толщи; - закрепление грунтов силикатизацией и смолизацией применяется для закрепления сухих и водонасыщенных песков, просадочных макропористых грунтов 17 и некоторых видов насыпных грунтов. Сущность метода заключается в том, что в массив закрепляемого грунта через специальные перфорированные трубы (инъекторы) нагнетается раствор силиката натрия (жидкого стекла) и некоторых других химических реагентов, в результате чего образовывается гель кремниевой кислоты, который цементирует частицы грунтов и значительно повышает их прочность. 3) Конструктивные методы. К конструктивным мероприятия относятся следующие способы усиления слабого основания: - шпунтовые ограждения применяются для крепления стен котлована и в отдельных случаях для укрепления слабого основания. Данный способ повышения несущей способности и устойчивости основания используется при возведении сооружения на слабых, сильносжимаемых грунтах. Шпунтовая стенка образует замкнутую область основания вокруг фундамента, под подошвой которого возникает зона сжатого грунта без возможности бокового расширения. В результате этого осадка сооружения уменьшается, а критическая нагрузка на фундамент увеличивается. Отсутствие возможности бокового расширения грунта приводит к увеличению нормального давления, для которого можно использовать теорию линейно-деформируемых тел, принимая глубину заложения фундамента равной глубине забивки шпунта; - устройство подушек из связных грунтов применяется в случаях, когда возникает необходимость устройства уплотненного слоя большей толщины, чем при уплотнении тяжелыми трамбовками, при отсутствии соответствующих машин и механизмов для уплотнения тяжелыми трамбовками, когда расстояние до существующих зданий и сооружений не позволяет использовать способ уплотнения грунтов тяжелыми трамбовками. Сущность способа заключается в том, что при устройстве уплотненной подушки грунт оптимальной влажности отсыпается слоями в ее тело и специальными грунтоуплотняющими механизмами и машинами уплотняется до достижения проектной плотности. Толщина отсыпаемых слоев назначается в зависимости от вида грунта и грунтоуплотняющего механизма; - устройство песчаных подушек применяется на неравномерно сжимаемых и слабых грунтах, имеются многочисленные примеры удачного их применения в насыпных и лессовых просадочных грунтах. Песчаные подушки применяются для повышения несущей способности и устойчивости основания, выравнивания осадок фундаментов, уменьшения глубины залегания фундаментов, повышения отметки 18 заложения фундаментов для исключения вредного влияния агрессивных грунтовых вод, уменьшения размеров подошвы фундамента. Технология устройства песчаных подушек аналогична методике укатки грунта с использованием различных грунтоуплотняющих механизмов. При устройстве уплотненной подушки песок с оптимальной влажностью отсыпается слоями и специальными механизмами и уплотняется машинами до достижения проектного значения коэффициента уплотнения. Достоинствами песчаных подушек являются надежность оснований, использование местных материалов, простота производства работ, возможность полной механизации и надежный контроль качества работ; - армирование грунтов широко используется при строительстве зданий и сооружений на структурно-неустойчивых грунтах, например, лессовых просадочных, слабых и сильносжимаемых водонасыщенных, рыхлых песчаных и насыпных грунтах. Армирование применяется для устранения просадочности лессовых грунтов, упрочнения и повышения устойчивости оснований, в том числе на оползнеопасных склонах, упрочнения и укрепления насыпей и откосов земляных сооружений, армирования обратных засыпок подпорных стен и повышения устойчивости подпорных стен, исключения выпора грунта из-под сооружений. Усиление и упрочнение основания осуществляется за счет введения в толщу грунта элементов повышенной прочности, которые хорошо работают на растяжение и имеют высокое сцепление и трение с окружающим грунтом. Все предложенные методы улучшения основания рекомендуется использовать на слабых сильносжимаемых, просадочных и макропористых грунтах. Однако каждые из них имеют свои недостатки, в частности при методах механического уплотнения довольно сложно обеспечить однородное уплотнение основания, как по его глубине, так и по ширине. Осложнён контроль за равномерностью уплотнения основания. Также данный метод характеризуется большими затратами на использование машин и механизмов. Из недостатков методов закрепления можно выделить: высокую стоимость выполняемых работ, вследствие необходимости применения дорогостоящего оборудования, сложность контроля процесса уплотнения грунтов, неоднородность уплотнения грунтового массива. К недостаткам конструктивных методов, а именно устройства песчаных подушек, относится значительное возрастание её стоимости, вследствие 19 значительного увеличения размеров подушки в стороны, при увеличении её толщины. В данной работе предлагается снизить материалоёмкость песчаной подушки, а следовательно и трудозатраты на её устройство, путём изменения её геометрических размеров, устройства криволинейной опорной поверхности и введения по контуру песчаной подушки армирующего элемента. В связи с разработкой комбинированного метода укрепления основания в виде устройства песчаной подушки и её армирования, рассмотрим данные методы более подробно. 1.2. Повышение устойчивости и несущей способности слабых глинистых оснований путем устройства песчаных подушек При залегании под подошвой фундаментов слабых грунтов, необходимые размеры подошвы фундамента могут получаться чрезмерно большими. В ряде случаев размеры фундамента можно значительно уменьшить, если искусственным путём повысить несущую способность основания. Одним из способов повышения устойчивости и несущей способности слабых оснований является устройство песчаных подушек. В практике строительства на слабых водонасыщенных грунтах применяются два типа песчаных подушек: - висячие, которые устраиваются путём частичной замены слабого слоя, а их основанием служит слабый слой грунта; - опёртые, которые прорезают всю толщу слабого слоя грунтов и опираются на плотные слои. Применение опёртых подушек становится экономически нецелесообразным, если мощность слабого слоя превышает ширину фундамента более чем в 1,5-2 раза, в данном случае используются преимущественно висячие песчаные подушки. Первые сведения о применении песчаных подушек в качестве усиления оснований, появляются в 1832г и позже. В 1839г был опубликован перевод статьи Моро [66], в которой описывается опыт устройства в 1829-30гг фундаментов на песчаной подушке в слабом грунте. Фундаменты устраивались следующим образом. Ниже предполагаемого расположения подошвы фундамента выкапывали котлован глубиной около 70см, который наполняли песком с утрамбовкой. На нем возвели фундаменты здания, 20 которое затем успешно эксплуатировалось. Опыт успешной эксплуатации зданий, возведённых на песчаных подушках, подтвердил целесообразность их применения при строительстве на слабых грунтах. В 1851 году А. Спиридонов проводит опыты над свойствами песка и обнаруживает свойство песчаной массы, которое говорит о распределении давления, действующего в точке на ее поверхности, на гораздо большее пространство ее основания [81]. В работе Спиридонова обращается внимание на качество устройства основании из песчаных подушек. Так же в работе говорится, что при слабых грунтах песочного основания толщиной в один метр бывает недостаточно. В последующие годы выявлена способность песка выравнивать неравномерно приложенные к нему давления (следовательно, выравнивать осадки и снижать неравномерность осадок). В.М. Карлович в 1869 году впервые дал теоретическое обоснование определения размеров песчаного слоя при использовании его как искусственного основания в слабых грунтах [36]. В дальнейшем выявляется, что для устройства подушек лучше использовать слежавшийся острозернистый и не слишком мелкий песок без примеси глины. Особое внимание обращается на качество устройства подушек из песка [72]. Значительная экономическая выгода при устройстве оснований на песчаных подушках по сравнению с другими способами, применяемыми в подобных случаях, заключается в легкости устройства песчаного основания. В 1930 году О. Франциус отмечал, что для более полного использования преимуществ данного метода рекомендуется песок укладывать слоями толщиной в 20см и уплотнять укаткой, трамбованием или поливкой извести [97]. Особенно целесообразным является применение песчаных оснований на торфяных, слабых глинистых, а также на насыпных грунтах. А.В. Кузнецов в 1940г выявил, что благодаря удобоподвижности частиц песка подушки легко приспосабливаются к неравномерным осадкам основания и в значительной степени сглаживают их. Поэтому подушки могут применятся при весьма неоднородных напластованиях грунтов [52]. В практике строительства принято устраивать подушки из крупнозернистого песка, гравия и песчано-гравийной смеси. Применение песков с примесями пылеватых и глинистых частиц, а также отходов камнедробильного производства из растворимых и быстро выветривающихся пород не допускается. 21 При укладке песок отсыпается слоями по 20-30см или разравнивается из куч бульдозером такими же слоями с уплотнением. Особое внимание следует обращать на уплотнение песка в углах котлованов или траншей. Послойное уплотнение подушек может производиться трамбовками любого типа, площадочными вибраторами, укаткой. Допускается уплотнение подушек движением гусеничных машин. Если в основании залегают природные грунты с неустойчивой структурой (ленточной глины, пылеватые супеси) при низком уровне грунтовых вод поливка песка в подушке не допускается. Подушка при таких условиях устраивается из заранее увлажненного песка, гравия или песчано-гравийной смеси. При уплотнении вибраторами песок также должен быть увлажнен. Песчаные подушки должны устраиваться, как привило, в теплое время года. В зимних условиях подушки можно устраивать только при соответствующем техникоэкономическом обосновании по согласованию с проектной организацией, разработавшей проект фундаментов[85]. Подушки, устраиваемые в зимнее время, должны выполняться из крупнозернистого песка или гравия. Категорически не допускается попадание в подушку смерзшихся комьев песка, льда и снега. Контроль за уплотнением подушек осуществляется лабораторией. Пробы песка отбираются из подушек через каждые 0,5м по глубине под углами зданий и через 812м вдоль осей стен или рядов колонн. Уплотнение продолжается до достижения заданной плотности песка. Первый систематический курс, изданный в 1869г, по научному обоснованию теории использования песчаных подушек в слабых грунтах был составлен проф. В.М. Карловичем [40]. В нём объяснялась целесообразность использования песка для замены слабого грунта, вследствие способности песка передавать давления на большую площадь основания, распределять давление более равномерно, а также в виду простоты и доступности устройства основания. Основным вопросом при проектировании песчаной подушки является определение её геометрических размеров. В 1851г по проведённым опытам С. Спиридонова бала выявлена способность песка перераспределять давления на большую площадь основания. Было доказано, что давление песка простирается в стороны под углом около 45°. Исходя из этого и определяется ширина песчаной подушки по низу [81]. 22 Для того, чтобы грунт выдержал давление сооружения, величина этого давления не должна превышать сопротивление грунта по площади в уровне подошвы подушки. Последующие расчеты размеров песчаных подушек также основывались на углах передачи давлений в слое песка, но различные авторы принимали их значения разными [28, 37, 57, 97]. В соответствии с этим определялась ширина подушки по нижней части и её толщина. По результатам работ Е. Тошкова [118], посвященных расчёту песчаных подушек для массивных (жестких) фундаментов на сильносжимаемых грунтах, делается вывод, что применение песчаной подушки толщиной более 0,2 ширины фундамента устраняет пластические области по краям фундамента и перемещает их к средине. При построении эпюры распределения напряжений по подошве песчаной подушки используется приближенная формула, причём принимается, что напряжения у краев ее равны 0. Также пренебрегают различной сжимаемостью подушки и основания. В результате, анализируя условия возникновения предельного состояния в различных точках, выводятся приближенные формулы, определяющие толщину песчаных подушек для круглых, квадратных и ленточных фундаментов. В работе K. Szechy определение размеров песчаной подушки заключается в выполнении условия, что средние давления по подошве фундамента и подошве песчаной подушки были бы близки или равнялись своим предельным значениям [117]. Все описанные выше авторы при определении ширины песаной подушки по низу, исходят из угла распределения давлений, который в большинстве случаев принимается равным 45°. Данный вид назначения ширины песчаной подушки не учитывает свойства окружающего грунта, а также конструкцию и размеры фундамента. В работе Ю.М. Абелева и В.И. Крутова [4] отмечается, что в силу недостатков методик расчёта песчаных подушек, происходит либо перерасход материалов, либо недопустимые осадки фундаментов в результате расползания подушек в стороны. Наиболее близким к исследуемому в данной работе способу усиления основания, является способ замены изобарных зон местных перенапряжений (рисунок 1.1), опубликованный в 1934г И.М. Литвиновым [55]. 23 Рисунок 1.1. Замена изобарных зон местных перенапряжений. В данном методе автор исходя из фактического распределения напряжений по подошве фундамента по колоколообразным кривым (вместо принятого в практике прямоугольного закона) и пользуясь изобарными зонами, предлагает заменять перенапряженные зоны более плотным малосжимаемым грунтом (песок, гравий). Отмечая, что за пределами вертикали, проходящей через грань фундамента, проходят изобары примерно с 50% значением приложенной нагрузки, предложено в пределах контура, ограниченного выбранной изобарой, заменять слабый грунт (рисунок 1.1). В этом случае обеспечивается более плавный переход от материала фундамента к материалу грунта за счет вовлечения в работу масс грунта по всему периметру подушки. Дальнейшее изучение данного метода показало, что устройство песчаных подушек только в пределах зоны распространения максимальных сжимающих напряжений не может быть распространено на слабые, сильно сжимаемые грунты. Так как при устройстве подушек в данных грунтах их ширину следует принимать исходя из условия ограничения бокового расширения грунта, что в свою очередь подтверждает эффективность предлагаемого решения в виде внедрения армирующего элемента по контуру песчаной подушки, с целью ограничения её поперечных деформаций. 24 В 1946г Б.И. Далматовым были проведены исследования, в результате которых было установлено, что при недостаточных размерах песчаной подушки увеличиваются осадки фундамента и подушка «раздавливается». Поэтому ее следует делать таких размеров, чтобы она была устойчивой [24]. В данной работе Б.И. Далматов предложил приближенный метод определения необходимой ширины песчаных подушек в условиях плоской задачи, исходя из условия полного исключения бокового расширения подушки . В основу расчета был положен принцип работы подушек, как элементов, распределяющих давление на большую площадь основания. Устойчивость песчаной подушки рассматривается исходя из условия предельного равновесия ее при сдвиге по некоторой плоскости под влиянием нагрузок от фундамента. Данному сдвигу препятствует боковое сопротивление грунта по внешней грани подушки. Ширина подушки будет достаточна, если боковое давление от призмы обрушения уравновешивается реакцией снаружи, которая принимается распределенной по гидростатическому закону. В 1965г Я.Д. Гильман несущую способность песчаной подушки определяет по теории линейно-деформируемой среды при условии, что зоны местного нарушения прочности грунта распространяются под краями фундамента глубину не более 1/4 его ширины. Подушка рассматривается, как обычный слой песчаного грунта, и размеры фундамента определяются с учетом его несущей способности [19]. Высота песчаной подушки определяется из условия, чтобы полное давление на уровне низа подушки, равное сумме природного и дополнительного давлений, не превосходило начального давления просадочности. Ширина песчаной подушки определяется из условия, чтобы сопротивление окружающего слабого грунта было больше или равно горизонтальным давлениям, развивающимся в подушке от нагрузок на фундамент. Принятые размеры подушки проверяются аналитическим путем по условию устойчивости. Это условие заключается в том, что при данных размерах подушки определяют максимально допустимое давление фундамента на подушку, при котором не произойдет потери устойчивости. Устойчивость подушки проверяется по методике проф. Б.И.Далматова. В работе В.В.Николаева (1960г) метод Б.И.Далматова распространен на грунты, обладающие внутренним трением [70]. 25 Высота подушки определяется из условия, чтобы давление, передаваемое подушкой на слабый грунт, не превосходило нормативного давления на этот грунт, определенного с учетом глубины его залегания. Ширина подушки принимается равной 1,6-1,7 ширины фундамента и производится проверка устойчивости подушки с соблюдением условия, чтобы пассивное давление со стороны слабого грунта было больше активного давления песка подушки в 1,2-1,5 раза. Однако, такой прием назначения необходимой ширины подушки вызывает возражение при ширине фундамента более трёх метров, а также для сплошных плит такое назначение не обосновано. В работе С.И. Глезера и С.Ш. Школьника [20] сделана попытка развития метода Б.И. Далматова на случай, когда угол наклона поверхности сдвига меньше угла внутреннего трения материала подушки. Расчетная схема полностью соответствует методу проф. Б.И. Далматова. Из условия предельного равновесия сдвигающейся призмы получено уравнение, которое приводится к квадратному. Решая его, определяют величину уширения подушки. Одним из недостатков данного решения является его громоздкость и трудоёмкость. В 1962г в работе Ю.М. Абелева и В.И. Крутова [4] приводится способ приближенного определения необходимой ширины песчаной подушки, основанный на принципе работы ее как верхнего слоя двухслойного основания. Здесь необходимо отметить, что способ применим для достаточно хороших грунтов, окружающих подушку. Ширина подушки назначается из расчета, чтобы горизонтальные напряжения от вертикальных нагрузок на cлaбый грунт не превосходили бы предельно допустимых для них величин. Величина в каждом отдельном случае должна определяться исходя из основных физико-механических характеристик. Для практических целей эта величина может быть определена в зависимости от нормативного давления на уплотненный грунт. Назначение необходимой ширины подушки для отдельно стоящих фундаментов, также как и для ленточных рекомендуется производить с некоторым запасом. В 1970г Н.Н. Морарескул и А.Ф. Чичкин провели испытания песчаных подушек в полевых условиях, исследования проводились на территории Тюменской области в торфяных грунтах. В работах [62, 103] отмечается, что под действием нагрузки на фундамент возникают горизонтальные напряжения, передающиеся на окружающий слабый грунт. Деформации песчаной подушки происходят в основном в результате отжатия песка в стороны, сдвигающие напряжения воспринимаются подушкой, в 26 результате чего при узкой подушке происходит её «раздавливание». Было также отмечено, что сопротивление песчаной подушки увеличивается с увеличением относительной ширины. 1.3. Способы повышения несущей способности и устойчивости слабых глинистых оснований путём армирования Армирование оснований – это мероприятия и технологии, предназначенные для усиления и упрочнения грунтовых массивов с помощью включения в их состав специальных элементов, находящихся в тесном взаимодействии с грунтом, но не связанных с фундаментом конструктивно [63]. Армирование грунтов широко используется при строительстве зданий и сооружений на структурно-неустойчивых грунтах, таких как: лёссовые, сильносжимаемые, слабые глинистые грунты и др. В грунтовых массивах конструктивное расположение армирующих элементов может быть вертикальным, горизонтальным, наклонным в одном направлении, наклонном в двух и более направлениях, сплошным, прерывистым и в виде различного ряда ячеистых структур. В зависимости от физико-механических характеристик грунтов и задач, которые решаются при армировании, выбирается характер расположения армирующих элементов, а также технология их выполнения. Армирование грунтового глинистого основания можно осуществлять в двух основных направлениях: - использование армирующих элементов, имеющих высокую жесткость и воспринимающих часть или всю нагрузку непосредственно на себя: сваи, микросваи; стальная арматура, расположенная в толще грунта; стальная сетка; распорные стенки; геосетки с наполнителями; - использование армирующих элементов, не имеющих собственных высоких прочностных характеристик, но увеличивающих размеры активной зоны и изменяющих напряженно-деформированное состояние основания: нетканый синтетический материал (геотекстиль), солома, базальтовое волокно. Ограничивающими факторами использования армирующих материалов в строительстве являются отсутствие опыта использования данных материалов, а также сложность учитывания работы армирующего материала в расчётной модели основания. 27 Впервые работу армированного грунта описал Видаль в 1963г. В работе говорится, что введенная в грунтовый элемент арматура в виде горизонтальных слоев, при условии, что между арматурой и грунтом существует сцепление или трение, приведет к возникновению связей, ограничивающих действие боковых деформаций. Такое анизотропное ограничение нормальных деформаций называют эффектом армирования. Уменьшение вертикальных напряжений приводит к возрастанию боковых напряжений и увеличению горизонтальных деформаций в грунте. В 1979г А.С. Полуновский отмечает, что при воздействии сооружения на слабое основание в грунте возникают площадки нулевого растяжения. При их соединении образуется траектория нулевого растяжения, представляющая собой плоскость скольжения или разрушения. Данная траектория показывает возможный вид поля деформации при постоянном горизонтальном направлении главной скорости деформации растяжения. Эффективной считается арматура, расположенная в пределах сектора растяжения. Такое правило принимается в практике при проектировании армированного основания [75]. Разрушение или ослабление слабого основания возникает при размещении армирующего элемента в направлении деформаций сжатия или вдоль потенциальной плоскости разрушения. Арматура, расположенная в секторе сжатия, должна быть способна воспринимать сжимающие напряжения. В работе К. Д. Джоунса 1989г приводятся различные виды армирования грунтового основания. В данной работе автор также отмечает об отсутствии практических наблюдений за армированными грунтовыми основаниями [30]. В результате экспериментов, проведенных Смитом (1977г) и Джуеллем (1980г), установлено, что увеличение прочности армированного грунта не всегда прямо пропорционально числу армирующих элементов в грунте. Сокращение расстояния между армирующими элементами до некоторого предела вызывает падение приращения прочности на сдвиг армированного грунта, обеспечиваемый каждым армирующим элементом. Для расчета основания, укреплённого геосетками, предложена гипотеза устойчивого равновесия армируемого грунта: если максимальные деформации в армируемом грунте в любой точке оказываются меньше требуемых деформаций для мобилизации грунта, в армированном основании существует устойчивое равновесие. Эту гипотезу используют, допуская, что деформация растяжения армирующего элемента такая же, как и у грунта (при отсутствии скольжения), для установления 28 величины допустимой деформации растяжения в грунте. Данное ограничение даёт возможность определения максимального усилия в арматуре. В случае, когда сила выдергивания арматуры больше максимальных усилий в арматуре, существует условие равновесия. Но если сила выдергивания меньше, чем усилие, возникающее в арматуре, то продольная жесткость не будет определять прочность на сдвиг при разрушении арматуры, а предельная сила не может быть использована для какой-либо оценки устойчивости [30]. Усилие в арматуре не будет возникать до тех пор, пока в грунте не возникнут максимальные значения касательных напряжений, т.е. пока не нарушится прочность на сдвиг исследуемого основания. Несмотря на то, что грунт может потерять несущую способность, в арматуре будет возникать нарастание усилий, и несущая способность армированного грунта не будет преодолена. В работе Г.Ф. Новожилова [68] армирование насыпи мостов представлено системой вертикальных и горизонтальных стержней, образующих пространственный каркас с заключенным в него грунтом. Х.Ф. Ахмед рассматривает метод армирования базальтовыми волокнами глинистого основания [98]. Автор исследует массив грунта с многослойным расположением армирующих элементов. На основе проведенных модельных, численных и полунатурных исследований выявлены следующие закономерности: максимальный эффект одноярусного армирования зависит от ширины, длины, глубины расположения армированного слоя и размера в плане столбчатого фундамента. Автор выявляет наиболее эффективный двухслойный вариант армирования. В 1991г Х.А. Турсунов выполнил экспериментальные и теоретические исследования напряженно-деформированного состояния лессовых просадочных грунтов с использованием горизонтального и вертикального армирования [91]. В качестве армирующего элемента в горизонтальном направлении использовались стальные сетки, стальная проволока, нетканый материал, солома и стальные полоски. Вертикальное армирование было осуществлено микросваями, размером 15х15х300мм с уклоном острия 45 . Лабораторные и натурные исследования показали, что просадочность грунтов уменьшается при любом типе армирования. Эффект горизонтального армирования приводит к увеличению боковых размеров деформирования толщи и уменьшению глубины активно сжимаемой толщи. В работе О.А. Ещенко [32] уделяется большое внимание методам расчета и технологии возведения насыпей, армированных геосетками. В работе автора показана 29 эффективность использования различных схем армирования насыпей и предложена методика оценки их устойчивости. Экспериментальными исследованиями напряженно-деформированного состояния основания, армированного геотекстильными прослойками, занимался В.И. Клевеко [41]. В качестве армируемого материала используется нетканый синтетический материал и стеклоткань. Рассмотрено одно- и двухслойное армирование основания. Автор отмечает, что наибольший эффект армирования достигается в грунтах с тугопластичной и мягкопластичной консистенцией. По результатам исследований В.И. Клевеко выявлено, что происходит перераспределение напряженно-деформированного состояния активно сжимаемой толщи. При армировании осадки снижаются до 60%, а стоимость возведения фундаментов до 25%, по сравнению с традиционными конструкциями. Вопросами строительства на слабых грунтах, а также их армированием занимались следующие ученые: Л.М. Тимофеев, Ю.В. Феофилов, А.П. Аксёнов, В.Д. Казарновский, А.Г. Полуновский, Ф.Ф. Зехниев, М.Ю. Абелев, С.А. Роза, А.В. Набоков, В.В. Воронцов, В.Ф. Бай, Ал. Н. Краев, А.Б. Пономарёв, В.Г. Офрихтер, Р.А. Усманов и др. [1, 2, 6, 7, 12, 29, 31, 34, 38, 39, 40, 47, 48, 50, 51, 56, 59, 60, 61, 67, 75, 76, 77, 80, 88, 89, 92, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 119, 120, 121]. Экспериментально-теоретические исследования усиления водонасыщенных глинистых грунтов армирующими конструкциями в виде ячеистых структур отражены в работах А.П. Кремнёва [49], П.А. Коновалова [44, 45, 46] и др. Ячеистая структура армирующего элемента с грунтом в ячейках повышает несущую способность слабого основания. Грунт находится в ограниченных условиях деформации, что приводит к повышению несущей способности и более низкой деформативности. В ходе экспериментальных работ установлено, что осадка здания на армированном грунте в 1,5 – 3 раза меньше, чем у неармированного грунта. Условие деформирования грунта в ячейках позволяют исключить развитие областей предельного состояния и образования зон сдвига. Деформация грунта в ячейках происходит только за счет его уплотнения. Разработкой рациональных конструкций и методов расчета армированных оснований и откосов занимался О. Бизиман [10]. В результате исследований предложена методика расчета устойчивости армированных откосов и оснований с учетом анизотропии грунта. На основании экспериментальных и натурных данных автором были предложены схемы армирования как в горизонтальном направлении, 30 так и в вертикальном. Эффективное горизонтальное армирование достигается при подборе требуемой длины армирующего элемента. Длинна армирующего элемента должна достигать от двух до четырёх ширин фундамента [10]. В работах Воронцова В.В. и Ал.Н. Краева [12, 48, 71, 72] говорится, что внедрение арматуры в пределах сектора растягивающих зон нарушает однородный характер деформации, существующий в грунтовом массиве без армирования, препятствуя образованию в грунте непрерывных поверхностей скольжения и повышая жесткость и прочность на сдвиг слабого основания. На первых стадиях нагружения слабого основания армирование не оказывает влияния, эффект армирования возникает при наличии деформации в арматуре. Нагрузка от сооружения вызывает деформацию основания, в нем мобилизируется сопротивление сдвигающим усилиям. В результате деформации грунта деформируется арматура, что приводит к дальнейшему возрастанию прочности армированного грунта. Рост прочности происходит до тех пор, пока не возникнет предельное состояние, и при дальнейшем сдвиге сопротивление грунта сдвигу сохраняется постоянным. Осадка фундамента с образованием зон выпирания под её краями связана с развитием зон пластических деформаций грунта основания. Такое перераспределение реактивного давления возникает при небольшой нагрузке под жесткими фундаментами [96]. Грунты основания в зонах с пластическими деформациями обладают большой податливостью за счет деформации этих зон в сторону от фундамента и вверх. Возрастание нагрузки приводит к увеличению этих зон и уплотнению в направлении этих деформаций. В этом случае осадка выпирания определяется путем решения смешанной задачи теории упругости и теории пластичности. Изучением работы песчаных подушек, армированных геотекстилем в контактном слое грунта, занимался А.А. Тажигулов [87]. В работе рассматривается армирование грунта, находящегося в зоне контакта с фундаментом. В результате проведённых экспериментов выявляется способность армирующего элемента включать в работу дополнительный грунт в горизонтальном направлении, что приводит к уменьшению осадок и увеличению несущей способности основания. Экспериментальные исследования армированных оснований приведены в работе В.М. Антонова [5]. В данной работе автором рассматривались различные варианты армирования грунтового основания (вертикальное, наклонное, горизонтальное). В результате проведённых экспериментом было установлено: 31 - армирование оснований фундаментов позволяет повысить прочностные и деформационные свойства грунта, передать растягивающие напряжения на арматуру за счёт сил трения по контактной поверхности; - создание под подошвой фундамента более жёсткой области, чем окружающий массив, при площади армирования большей или равной площади фундамента приводит к увеличению прочности основания, трансформации контактных напряжений; - значения несущей способности основания могут быть увеличены за счёт создания более жёсткого массива в 2-3 раза (в зависимости от схемы армирования и вида армирующих элементов), соответственно, снижаются значения деформаций. В работе В.Г. Офрихтера, А.Б. Пономарева, В.И. Клевенко, К.В. Решетникова отмечается, что армированные фундаментные подушки, как правило, применяются в случае необходимости замены грунта. Заменяемый насыпной грунт укладывается послойно, а арматура устанавливается в горизонтальном направлении в соответствии с рисунком 1.2 [74]. Рисунок 1.2. Армированная песчаная подушка с фундаментом и грунтом засыпки. В работе [74] отмечается, что количество армирующих слоев, располагаемых в песчаной подушке, определяется статическими требованиями. Тем не менее, необходимо предусматривать не менее двух армирующих слоев. При использовании геосинтетических материалов с различной расчетной прочностью в продольном и поперечном направлениям распределение расчетной прочности арматуры выполняется согласно статическим требованиям. Авторы отмечают, что вертикальные интервалы между отдельными слоями арматуры должны быть равны. Кроме того, необходимо устанавливать следующие предельные значения величины интервала: от 0,15м до 0,4м. Длина всех слоев 32 арматуры, уложенных в одном направлении, в рассматриваемых вариантах армирования берётся постоянной по всей высоте песчаной подушки. Современное состояние методов армирования грунтовых оснований рассмотрено и обобщено в учебном пособии 2012г [63] под редакцией коллектива авторов Р.А. Мангушева, Р.А. Усманова, С.В. Ланько, В.В. Конюшкова. В данной работе отмечается, что, несмотря на большую актуальность вопросов устройства и проектирования армированных оснований, имеется очень мало исследований по разработке эффективной технологии армирования оснований в сложных грунтовых условиях. Известные способы армирования обладают значительной трудоемкостью и стоимостью, а надежность их в некоторых условиях не удовлетворяет необходимым требованиям. Все вышеизложенное указывает на необходимость дополнительных исследований по выявлению эффективных видов армирующих материалов, разработке технологий и способов армирования оснований в различных грунтовых условиях. В этом направлении большой интерес представляет использование в качестве армирующих элементов высокопрочных геосинтетических материалов. 1.4. Выводы и задачи дальнейших исследований На основании проведенного анализа существующих методов повышения несущей способности водонасыщенного основания и инженерно-геологических условий рассматриваемого региона предложен новый способ повышения несущей способности водонасыщенного основания. Согласно предложенному способу, в слабом глинистом основании устраивается песчаная подушка с криволинейным очертанием подошвы, армированная по периметру геосинтетическим материалом [73]. Предположено, что в предлагаемой конструкции опорная криволинейная часть подушки позволит более равномерно распределить напряжения на слабый грунт основания, а армирующий элемент, работая на растяжение, будет препятствовать боковой деформации песка, развитию пластических деформаций по краям фундамента и деформациям сдвига, что позволит значительно уменьшить размеры песчаной подушки, устраивая её лишь в зоне максимальных перенапряжений. Таким образом, целью исследований является обоснование применения песчаной подушки с криволинейной подошвой, армированной по контуру геосинтетическим материалом, с целью повышения несущей способности и снижения деформативности слабого глинистого основания под ленточными фундаментами. 33 Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: - разработать способ повышения несущей способности и снижения деформируемости слабого глинистого основания путём замещения слабого грунта в активной зоне песчаной подушкой с криволинейной подошвой, армированной по контуру геосинтетическим материалом; - экспериментально обосновать эффективность исследуемого способа усиления; - экспериментально выявить закономерности взаимодействия песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой в полевых условиях; - на основе экспериментальных исследований разработать методику расчёта НДС песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой и подстилающего слабого глинистого грунта, нагруженных полосовой нагрузкой. 34 2. ИССЛЕДОВАНИЕ СЛАБОГО ГЛИНИСТОГО ОСНОВАНИЯ, УСИЛЕННОГО ПЕСЧАНОЙ АРМИРОВАННОЙ ПОДУШКОЙ С КРИВОЛИНЕЙНОЙ ПОДОШВОЙ, В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ Целью данной главы является: Выявление закономерности влияния криволинейной формы загружения на напряженно-деформированное состояние грунтового основания. Обоснование эффективности использования геосинтетических материалов (геосеток) в качестве армирующего элемента грунтового основания при криволинейном очертании подошвы нагружения. 2.1. Задачи экспериментов Для определения основных закономерностей и эффективности использования песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой в качестве способа повышения несущей способности слабого глинистого основания, проведены экспериментальные исследования в лабораторных условиях. Выполнение лабораторных исследований объясняется возможностью многократного повторения экспериментов с соблюдением исходных параметров [3]. Применение модельных испытаний возможно при использовании метода расширенного подобия, в котором выдерживаются геометрические, механические и силовые аналогии с реальным объектом. С целью изучения влияния криволинейной формы нагружения на напряженнодеформированное состояние глинистого основания в межкафедральной экспериментальной лаборатории ФГБОУ ВПО ТюмГАСУ были проведены экспериментальные исследования. Программой экспериментов предусматривалось: Изучение напряженно-деформированного состояния слабого глинистого основания, усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой. Изучение эффективности использования геосинтетического материала при контурном армировании песчаной подушки с криволинейной опорной частью. С целью изучения деформируемости грунтового основания, усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой, были 35 проведены исследования в экспериментальной лаборатории «Механики грунтов, оснований и фундаментов» ФГБОУ ВПО ТюмГАСУ. Программой экспериментов предусматривалось: Изучение деформируемости глинистого основания, усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой. Определение полей перемещений (полных, вертикальных и горизонтальных) в грунтовом основании. 2.2. Исследование напряженно-деформированного состояния глинистого основания, усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой Для изучения характера деформирования основания и развития напряжений в грунтовом массиве были проведены экспериментальные исследования нескольких вариантов грунтового основания (рисунок 2.1). а) б) в) г) Рисунок 2.1. Исследуемые варианты грунтового основания: а) слабое глинистое основание; б) глинистое основание, усиленное песчаной подушкой; в) глинистое основание, усиленное песчаной подушкой с криволинейной подошвой; г) глинистое основание, усиленное песчаной армированной подушкой с криволинейной подошвой; 1 – жесткий плоский штамп; 2 – слабое глинистое основание; 3 – песок средней крупности; 4 – геосетка. Для проведения исследований была использована экспериментальная установка, представляющая собой грунтовый лоток с размерами 1500х2500х1200мм. (рисунок 2.2), с жесткими стенками и дном. Для устранения сил трения грунта о стенки лотка на внутреннюю стенку с помощью технического вазелина внахлест наклеивалось два слоя полиэтиленовой пленки. 36 Рисунок 2.2. Схема загружения: 1- водонасыщенный суглинок; 2- лоток; 3- стойка; 4- рычаг; 5- загружающая площадка; 6- разновес; 7- загружающий шток; 8- неподвижный штатив; 9- измеритель перемещений; 10- штамп; 11- песчаная армированная подушка с криволинейной подошвой. Модуль деформации, МПа 3,1 0,018 Удельное сцепление, МПа 18 0,95 0,79 26,9 Плотность сухого грунта, кН/м3 Плотность частиц грунта, кН/м3 Коэффициент пористости, д.ед. Коэффициент водонасыщения, д.ед. Угол внутреннего трения, град. Показатель текучести, д.ед. 0,9 15,6 Число пластичности, % 13,2 17,6 Предел раскатывания, % Предел текучести, % Пластичность 30,4 29,5 Естественная влажность, % 3 18,6 Удельный вес грунта, кН/м Грунтовое основание в лотке устраивалось путем послойной (h=200мм) укладки суглинка нарушенной структуры с затворением водой и консолидацией каждого слоя. Высота исследуемого основания была принята Н=1000мм. Физико-механические характеристики грунта определялись в соответствии с [21, 23] и приведены в таблице 2.1. Таблица 2.1 Физико-механические характеристики грунта 37 В качестве армирующего элемента использовался геосинтетический материал (геосетка), изготавливаемый из стекловолокна, пропитанного полимерным составом. Технические характеристики геосетки приведены в таблице 2.2. Таблица 2.2 Технические характеристики геосетки Марка геосетки ССП 30/302,5(150) Прочность на разрыв, кН/м Вдоль Поперек (уток) (основа) 30 30 Размер ячейки, мм 2,5 Ширина рулона, см 150 Длина рулона, м 100 Нагрузка на грунтовое основание передавалась ступенями при помощи консольно-рычажной системы через плоский штамп. Одновременно с послойной загрузкой грунта производилась установка датчиков (мессдоз) для измерения общих и поровых давлений. Общие давления измерялись по вертикальным и радиальным направлениям, поровое давление измерялось только по вертикали. Для предотвращения натяжения, обрывов и снижения влияния проводов датчиков (мессдоз) на характеристики грунта, их укладка производилась «змейкой». Величина осадки штампов определялась измерителями перемещений индикаторного типа с точностью 0,01мм. Для качественной оценки эффективности исследуемого объекта было выполнено сопоставление экспериментальных данных различных вариантов укрепления слабого глинистого основания. Выполнение исследований в одинаковых условиях дает равнозначное значение влияния случайных факторов на всю серию экспериментов, что позволяет сделать качественную оценку полученных данных. Экспериментальная часть в лабораторных условиях делилась на 2 серии. В эксперименте одновременно проводилось загружение двух моделей грунта. В первой серии экспериментов были проведены исследования на слабом глинистом основании (без усиления) и на аналогичном основании, усиленном песчаной подушкой с плоской опорной подошвой (без армирования). В каждой серии проводилось не менее трёх повторений эксперимента. Размеры штампа в плане составляли 200х500мм. Песчаная подушка устраивалась путем частичного извлечения слабого грунта с послойным (50мм) заполнением выемки песком средней крупности и его уплотнением. Песчаная подушка устраивалась под всей подошвой штампа. Поперечные размеры песчаной подушки представлены на рисунке 2.1. 38 Во второй серии экспериментов были проведены исследования на слабом глинистом основании, усиленном песчаной подушкой с криволинейной опорной подошвой (без армирования) и на аналогичном основании, усиленном песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной опорной подошвой. Устройство песчаной армированной по контуру подушки выполнялось путём извлечения слабого грунта с формированием криволинейной поверхности, установки по контуру выемки геосинтетического материала и послойного её заполнения песчаным грунтом с уплотнением. Последовательность укрепления слабого глинистого основания песчаной армированной подушкой с криволинейной подошвой показана на рисунке 2.3. а) б) в) г) Рисунок 2.3. Последовательность укрепления слабого глинистого основания песчаной армированной подушкой с криволинейной подошвой: а) устройство выемки; б) установка армирующего элемента; в) послойное заполнение песчаным грунтом; г) общий вид слабого глинистого основания, усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой. Нагрузка на глинистое основание передавалась ступенями при помощи консольно-рычажной системы. Каждую ступень выдерживали до условной стабилизации деформаций грунта. За критерий условной стабилизации деформации принимали скорость осадки штампа, не превышающую 0,1мм за последние 2 часа наблюдений. 39 Нагрузка на штамп увеличивалась до значений, при которых происходило непрерывное возрастание осадки штампа без увеличения внешней нагрузки. На рисунке 2.4 показан общий вид экспериментальной установки и проведения испытаний. а) б) Рисунок 2.4. Общий вид: а – экспериментальная установка; б – проведение эксперимента. При заполнении выемки песчаным грунтом определялись его физикомеханические характеристики в соответствии с [21], [23], которые приведены в таблице 2.3. Таблица 2.3 Удельный вес грунта, кН/м3 Плотность сухого грунта, кН/м3 Плотность частиц грунта, кН/м3 Коэффициент пористости, д.ед. Угол внутреннего трения, град. Удельное сцепление, МПа Модуль деформации, МПа 19,3 16,2 26,7 0,68 31 0,003 11,3 Физико-механические характеристики грунта 40 Для изучения напряженно-деформированного состояния глинистого основания, усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой, выполнялась установка датчиков общего и порового давления (мессдоз). Схема расположение датчиков общего и порового давления приведены на рисунке 2.5. Рисунок 2.5. Схема расположения датчиков в грунтовом массиве: 1 – штамп; 2 – датчики общего и порового давлений; 3 – глинистое основание; 4 – песчаный грунт; 5 – геосинтетический материал (геосетка). 2.2.1. Контрольно-измерительная аппаратура Фиксация осадки штампа осуществлялась при помощи измерителей перемещений с точностью измерения 0,01мм. Измеритель перемещений представляет собой индикатор часового типа, конструкция которого дополнительно оснащена барабаном для увеличения свободного хода. Соединение датчика перемещений и штампа производилось при помощи стальной струны диаметром 0,3мм. Струна с одной стороны жестко крепилась к конструкции штампа, с другой стороны наматывалась несколькими витками на барабан датчика с закреплением на конце нити отвеса. Индикаторы устанавливались на неподвижной реперной системе, которая крепилась к стенкам лотка. Измерение общих напряжений и поровых давлений осуществлялось тензометрическими мессдозами мембранного типа. Изготовление мессдоз выполнялось по методике, предложенной А.В. Голли [14, 15]. Корпуса мессдоз вытачивались из берилловой бронзы БрБ-2, диаметром 30мм, толщиной мембраны 0,2мм (рисунок 2.6). Точность измерения при данной толщине мембраны составляет 0,001МПа. 41 Мессдозы состояли из двух мембран, соединяющихся посредством «пазгребень», с промазкой места стыковки тонким слоем универсального эпоксидного клея по ТУ 2252-003-62517430-01. Данный вид соединения позволил добиться высокой герметичности мессдозы. В качестве тензодатчиков применялись фольговые тензорезисторы типа 2ФКПА с базой 5 мм. Технология наклейки тензодатчиков на рабочую поверхность мессдозы включала в себя следующие операции: - проверка сопротивления тензорезистора; - зачистка поверхности мессдозы под наклейку тензорезистора бумагой шлифовальной зернистостью 5-25; - промывка поверхности мессдозы под наклейку сначала ацетоном, а затем спиртом; - просушка промытых поверхностей на воздухе в течение 10-15мин; - нанесение на подготовленную поверхность тонкого слоя клея БФ-2, который в течение двух часов полимеризуется на воздухе; - нагревание мессдозы в электрошкафе до t˚=120˚C и выдержкой при ней в течение 2 часов. Скорость поднятия температуры составляла 2 градуса в минуту. Охлаждение в электрошкафе до t˚=60˚C, затем на воздухе до t˚=20˚C; - нанесение второго слоя клея БФ-2 на мессдозу и слоя клея БФ-2 на тыльную сторону тензорезистора; приклеивание тензорезистора тыльной стороной на поверхность мессдозы; прижатие через целлофан с помощью струбцины со средним давлением 500кПа; - помещение мессдозы в электрошкаф. Нагревание до t˚=70˚C, с выдержкой 1 час, затем до t˚=140˚C, с выдержкой 2 часа, затем до t˚=180˚C, с выдержкой 3 часа. Охлаждение в электрошкафе до t˚=20˚C, затем освобождение от струбцины и прокладки; - нагревание мессдозы в электрошкафе для окончательной полимеризации до t˚=180˚C и выдержкой при ней 4 часа. Охлаждение в электрошкафе до t˚=20˚C; - проверка изменения сопротивления тензорезистора. Общий вид мессдозы представлен на рисунке 2.7 а. Все используемые мессдозы подвергались тарировке в специальном тарировочном баке (барокамере). Тарировка мессдоз выполнялась воздухом, что позволяло одновременно проверить герметичность корпуса датчика. До начала тарировки производилась «тренировка» мессдоз, суть которой состоит в многократном повторении циклов нагружения и разгрузки. Для снижения неупругой 42 деформации корпуса мессдозы, выполнялось не менее 50 циклов «нагрузка– разгрузка» до полного совпадения нулевых и максимальных отсчетов по регистрирующей аппаратуре. Мессдозы, не дающие абсолютного совпадения отсчетов в нуле после разгрузки, выбраковывались. Одна мессдоза из партии 10шт погружалась в солевой раствор и выдерживалась в нем при давлении в 0,2МПа в течение 4 суток, после чего проверялась ее работоспособность. При тарировке мессдоз давление в тарировочном баке повышалось ступенчато, число ступеней распределялось с равномерным приращением давления и принималось не менее 10. При достижении номинального значения давление в тарировочном баке ступенчато уменьшалось до нуля (обратный ход). Тарировка партии мессдоз повторялась не менее трёх раз. Аппаратура для тарировки датчиков показана на рисунке 2.9. По полученным значениям с регистрирующего прибора строились тарировочные графики мессдоз. По полученному графику тарировки определялась линейность работы мессдозы, точность измерения показаний и наличие гистерезиса. Для регистрации показаний мессдоз использовался автоматический электронный измеритель деформаций ИТЦ-01 (рисунок 2.8) ИТЦ-01 является прибором для измерения деформаций при статическом нагружении. Данный прибор имеет паспорт УРКТ .161423.002 ПС и проходит тарировку 1 раз в год в региональной метрологической службе. Работа прибора ИТЦ-01 заключается в измерении электрического сигнала тензорезисторных датчиков и представлении результата в цифровом виде. Функция преобразования прибора имеет вид: 1 ∆R Ni = ⋅ + N0 , A R где N i – текущее значение результата наблюдений, мкОм/Ом; A = 1 – при двух активных тензорезисторах; A = 2 – при одном активном тензорезисторе; R – номинальное сопротивление тензорезисторов; ∆R – приращение сопротивления тензорезисторов; N 0 – начальные показания цифрового индикатора. Использование прибора допускается при температурах от + 10°C до + 35°C и относительной влажности воздуха до 80%. Относительная погрешность измерения прибора не превышает 1%. Прибор одновременно позволяет опрашивать до 10 датчиков с одной платы. Заводом изготовителем гарантируется нормальная работа 43 прибора на срок не менее 15 лет, согласно техническим условиям ТУ 9667 − 107 − 02069036 − 99 . Измерение порового давления осуществлялось мессдозой мембранного типа, оснащенной пористой пластиной (рисунок 2.7 б), которая наклеивалась на активную часть мембраны. а) б) Рисунок 2.6. Эскиз конструкций тензорезисторных мессдоз мембранного типа: а) грунтовая мессдоза; б) мессдоза для измерения поровых давлений; 1 – корпус; 2 – мембрана; 3 – тензорезисторный датчик; 4 – крышка с отверстиями. 44 а) б) Рисунок 2.7. Общий вид мессдозы: а) грунтовая мессдоза; б) мессдоза для измерения поровых давлений. 45 а) б) Рисунок 2.8. Регистрирующая аппаратура: а) ИТЦ - 01; б) десятиканальные платы. Рисунок 2.9. Тарировочное оборудование. 46 2.2.2. Результаты экспериментальных исследований на грунтовых моделях По результатам первой серии лабораторных исследований модели грунта усиленного песчаной подушкой с плоской опорной подошвой и естественного основания, построены графики «осадка-давление», представленные на рисунке 2.10. 2 1 Рисунок 2.10. Экспериментальные графики «осадка – давление»: 1 – естественное основание; 2 – основание, усиленное песчаной подушкой с плоской опорной подошвой. Проведенные исследования слабого глинистого грунта усиленного песчаной подушкой с плоской опорной подошвой и естественного основания показывают, что при устройстве песчаной подушки с плоской опорной подошвой, происходит уменьшение осадки модели фундамента на 10% при среднем давлении под подошвой штампа Р=75кПа. Следовательно, можно сделать вывод, что устройство песчаной подушки только в пределах зоны распространения максимальных сжимающих напряжений без дополнительных инженерных мероприятий (армирования песчаной подушки) не позволяет получить значительного эффекта. Это объясняется тем, что при больших нагрузках на модель фундамента, подушка «раздавливается», что сопровождается значительными поперечными деформациями тела подушки и выдавливанием песчаного грунта из под подошвы фундамента. По результатам второй серии экспериментов на слабом глинистом основании, усиленном песчаной подушкой с криволинейной опорной подошвой (без армирования) и на слабом глинистом основании, усиленном песчаной армированной 47 по контуру подушкой с криволинейной подошвой, построены графики «осадкадавление», представленные на рисунке 2.11. 2 1 Рисунок 2.11. Экспериментальные графики «осадка-давление»: 1 – основание, усиленное песчаной подушкой с криволинейной подошвой (без армирования); 2 – основание, усиленное песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой. Анализ приведенных графиков показал, что на первых ступенях приложения нагрузки наблюдается одинаковый рост значений осадок обоих моделей фундаментов. При среднем давлении под подошвой штампа Р=45кПа наблюдается увеличение разности осадок между сопоставляемыми экспериментами, что говорит о постепенном включении в работу геосинтетического армирующего элемента. При росте нагрузки разность осадок увеличивается, вплоть до потери несущей способности основания. Снижение осадки штампа, расположенного на слабом глинистом основании, усиленном песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой, обусловлено следующими явлениями: - контурное армирование песчаной подушки снижает её поперечные деформации и, соответственно, уменьшает осадку фундамента за счёт снижения вертикальных деформаций песчаного грунта; - вовлечение в работу большего объёма грунта, расположенного по периметру криволинейной подошвы песчаной армированной по контуру подушки. На рисунке 2.12 приведены экспериментальные эпюры напряжений в слабом глинистом основании, усиленном песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой при среднем давлении Р=90кПа. 48 а) б) Рисунок 2.12. Эпюры нормальных общих давлений: а) радиальные нормальные напряжения; б) вертикальные нормальные напряжения. Характер эпюр нормальных давлений говорит о более равномерном распределении нормальных напряжений в слабом глинистом основании. Выравнивание напряжений в глинистом основании, загруженном песчаной армированной по контуру подушкой, происходит в результате перераспределения напряжений от края фундамента к его центру, за счет криволинейной опорной поверхности подушки. На основании полученных экспериментальных данных второй серии исследований сделаны следующие выводы: - осадка штампа при давлении Р=75кПа на основании, усиленном песчаной подушкой с криволинейной подушкой (без армирования) составила S=0,028м, на основании, усиленном песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой – S=0,021м; - потеря несущей способности фундамента на песчаной подушке (без армирования) произошла при давлении Р=75кПа, на песчаной армированной по контуру подушке при Р=95кПа; - криволинейное очертание подошвы фундамента обеспечивает более равномерное распределение напряжений в основании, что приводит к снижению деформируемости и увеличению несущей способности основания. По результатам проведенных экспериментальных лабораторных исследований вариантного сравнения усиления слабого глинистого основания построен общий график «осадка-давление» (рисунок 2.13). 49 1 3 4 2 Рисунок 2.13. Экспериментальные графики «осадка-давление»: 1 – основание, усиленное песчаной армированной подушкой с криволинейной подошвой; 2 – основание, усиленное песчаной подушкой с плоской опорной подошвой; 3 – основание, усиленное песчаной подушкой с криволинейной подошвой (без армирования); 4 – естественное основание. Из анализа вариантного сравнения можно сделать следующие выводы: - разность осадок плоского штампа при давлении Р=75кПа на основании без усиления и на основании усиленном песчаной подушкой с плоской опорной подошвой составляет 10%; - разность осадок при давлении Р=75кПа плоского штампа на основании без усиления и на основании, усиленном песчаной подушкой с криволинейной подошвой (без армирования), составляет 9%; - разница осадок штампа при давлении Р=75кПа на основании, усиленном песчаной подушкой с плоской подошвой и криволинейной (без армирования), составляет 3-5%, при увеличении нагрузки осадка обоих штампов выравнивается, что свидетельствует о том, что при малых поперечных размерах песчаной подушки, без дополнительных инженерных мероприятий, происходит её «раздавливание», сопровождающееся большими поперечными деформациями песчаного грунта; - разность осадок плоского штампа на естественном основании и на основании, усиленном песчаной армированной подушкой с криволинейной подошвой, при давлении Р=75кПа составляет 35% и с увеличением нагрузки продолжает возрастать вплоть до потери несущей способности основания. Разность осадок штампа на армированной подушке с криволинейной подошвой и на аналогичной подушке без армирования при давлении Р=75кПа составляет 25% и с увеличением нагрузки продолжает возрастать, что говорит о включении в работу армирующего элемента, стесняющего её поперечные деформации. 50 2.2.3. Выводы по результатам исследования слабого глинистого основания, усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой Комплексные экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния массива грунта, усиленного песчаной армированной подушкой с криволинейной подошвой, выявили следующие особенности работы основания: 1. Криволинейное очертание опорной подошвы песчаной подушки обеспечивает более равномерное распределение напряжений в основании, что приводит к уменьшению осадки и, соответственно, увеличению несущей способности основания. 2. Применение песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой позволило снизить осадку на 35% по сравнению с естественным основанием и на 25% с основанием усиленным песчаной подушкой без армирования. 3. Внедрение армирующего элемента по контуру песчаной подушки стесняет её поперечные деформации и, соответственно, уменьшает осадку за счёт снижения деформации сжатия песчаного грунта. 4. Для увеличения эффекта применяемого способа усиления основания в виде песчаной подушки с криволинейной подошвой, армированной по контуру геосинтетическим материалом, предложено исключить зоны раннего развития пластических деформаций, формирующиеся по краям штампа в слабом глинистом основании, путём увеличения размера песчаной подушки у подошвы штампа. 2.3. Исследование деформируемости грунтового основания усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой Для изучения деформируемости основания использовался метод «фотофиксации». Методика его проведения подробно описана О. В. Ашихминым [6]. Суть его заключается в формировании на боковой поверхности грунта сетки из марок, расположенных за прозрачной стенкой. Далее фиксируется начальное положение марок при помощи фотосъёмки и затем на каждой ступени нагружения производится фотофиксация. После проведения эксперимента фотографии попарно обрабатываются в программах по обработке цифровых изображений, в результате чего получаются значения перемещений частиц грунта. 51 Точность измерения деформаций при помощи цифровых изображений зависит от разрешения фотоснимка. При увеличении разрешения в два раза, точность определения деформаций также увеличивается в два раза. Экспериментальная установка представляла собой грунтовый лоток в виде отсеченного диаметральной плоскостью половину цилиндра. Диаметральная стенка лотка выполнена из прозрачного оргстекла, что позволяет осуществлять визуальный и инструментальный контроль за деформациями основания. Высота лотка 800мм, диаметр 980мм (рисунок 2.14). Технология внедрения марок в грунтовое основание и цифрового слежения были приняты согласно работе О. В. Ашихмина [6]. Для снижения влияния стенок лотка, на внутреннюю стенку с помощью технического вазелина внахлест наклеивалось два слоя полиэтиленовой пленки. Загружение штампов выполнялось ступенчато, статической нагрузкой при помощи консольно-рычажной системы. Каждую ступень выдерживали до условной стабилизации деформации грунта. За критерий условной стабилизации деформации принимали скорость осадки штампа, не превышающую 0,1мм за последние 2 часа. Осадка штампов измерялась при помощи двух прогибомеров 6ПАО, установленных на реперной системе. Размеры моделей фундаментов в плане представляли прямоугольник с шириной 100мм и длиной 250мм, что было обусловлено размерами испытательного лотка. 4,3-5,7 15-16 0,63-0,69 1,76-1,84 0,8-0,89 0,9-0,96 Удельное сцепление c, МПа Угол внутреннего трения φ, град. Влажность естественная w, д.ед Степень влажности S r , д. ед. Коэффициент пористости e, д.ед. Плотность грунта ρ, г/см3 Показатель текучести I l , д.ед. Число пластичности I p , % Модуль деформации E,МПа В качестве грунтового основания использовался суглинок нарушенной структуры, который послойно (h=200мм) укладывался в лоток. При заполнении лотка отбирались пробы грунта для определения его физико-механических характеристик. Физико-механические характеристики грунта приведены в таблице 2.4. Таблица 2.4 Физико-механические характеристики грунта 0,2915,2-19 0,017-0,02 0,3 52 а) б) Рисунок 2.14. Экспериментальная установка: а) общий вид; б) вид сверху. Исследования проводились на моделях грунта без усиления основания и с усилением песчаной армированной подушкой с криволинейной подошвой. Форма песчаной подушки формировалась в виде отсеченного эллипса, глубиной равной ширине штампа (100мм). Ширина песчаной подушки формировалась из условия заведения за грань штампа не менее половины его ширины (70мм). Общий вид моделей представлен на рисунке 2.15. Рисунок 2.15. Испытываемые модели: а – штамп на основании, усиленном песчаной армированной подушкой с криволинейной подошвой; б – штамп на неподкреплённом основании. Каждый эксперимент повторялся не менее трёх раз. При доверительной вероятности р=0,9 случайные погрешности измерений не превышали: при измерениях осадок – 7%; при измерениях перемещений – 9%. 53 2.3.1. Результаты экспериментальных исследований деформируемости грунтового основания, усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой В результате проведенных экспериментов были построены графики зависимости «осадка-давление» (рисунок 2.16). 1 2 Рисунок 2.16. Экспериментальные графики «осадка-давление»: 1 – основание, усиленное песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой; 2 – естественное основание. Из анализа графиков видно, что осадка штампа на естественном основании нарастает гораздо быстрее осадки штампа на основании, усиленном песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой. Разница осадок штампов на первых ступенях составляет 10%. При давлении равном 50 кПа наблюдается заметное увеличение разности осадок между штампами, что свидетельствует о включении в работу армирующего элемента. Разница в осадках растёт до окончания эксперимента. График осадки штампа на естественном основании имеет явно выраженный «срыв» при давлении, превышающем 150кПа. На графике осадки штампа на основании, усиленном песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой, при давлении, равном 200кПа, срыва не наблюдается. Общий вид основания, усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой, после испытания представлен на рисунке 2.17. 54 Рисунок 2.17. Общий вид основания, усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой (после испытания). Для определения перемещений грунта в основании вводилась прямоугольная система координат ХOZ, где: ось Z – проходит через центр штампа и направлена вертикально вниз, ось Х – проходит через центральную точку подошвы штампа и направлена по горизонтали вправо; точка 0 является центром координатных осей. При проведении эксперимента предусматривалось определение вертикальных w( z ) , горизонтальных v( x) и полных перемещений ∆( z , x)= w( z ) 2 + v( x) 2 грунта. Перемещения грунта находились как разница между изменившимся геометрическим положением марок в плоскости ХOZ и их начальным расположением. Данным методом были построены изолинии всех трех искомых перемещений для обоих вариантов грунтового основания, для ступеней при Р=50кПа (рисунок 2.18), Р=100кПа (рисунок 2.19) и Р=150кПа (рисунок 2.20). Изолинии создавались при помощи геоинформационной системы Golden Software Surfer 8. Данная программа используется для построения графических изображений функций двух переменных. Достоинством данной программы являются заложенные в неё алгоритмы интерполяции, которые позволяют с высочайшим качеством создавать цифровые модели поверхности по неравномерно распределённым в пространстве данным. 55 Используемый для построения метод «Криге» включает возможность применения различных моделей вариограмм, использования разновидности алгоритма со сносом, а также учета анизотропии. Данный метод пытается выразить тренды, которые предполагаются в данных. Например, точки высокого уровня предпочтительнее соединять вдоль гребня, а не изолировать с помощью замкнутых горизонталей вокруг экстремальных точек. При Р=50кПа (рисунок 2.18) вертикальные перемещения у обоих штампов практически одинаковые и распространяются на глубину 1,5b (b-ширина штампа), однако у штампа на усиленном основании, за счет криволинейного очертания подошвы песчаной армированной подушки, наблюдается включение в работу грунта по всему периметру криволинейной подошвы. Области горизонтальных деформаций распространяются на глубину 0,8b. Максимальные значения горизонтальных перемещений для неподкреплённого основания зафиксированы на глубине 0,3b под краем штампа и равны 0,6мм. Распространение зон горизонтальных перемещений для неподкреплённого основания происходит от края штампа и вертикально по глубине. Для усиленного основания максимальные значения горизонтальных перемещений равны 0,3мм. Распространение зон горизонтальных перемещений усиленного основания имеет радиальный характер с центром в начале координат (рисунок 2.18 б). Площадь зон горизонтальных перемещений для неподкреплённого основания превосходит площадь зон усиленного основания в 1,8 раз. При Р=100кПа (рисунок 2.19) наблюдается увеличение вертикальных перемещений частиц грунта у обоих вариантов основания, однако на усиленном основании с возрастанием давления происходит перераспределение деформаций по контуру песчаной подушки, тем самым включая в работу не только грунт расположенный непосредственно под подошвой штампа, но и глинистый грунт расположенный по всей криволинейной поверхности подушки. Максимальные значения горизонтальных перемещений у обоих штампов формируются на глубине 0,4-0,5b, у штампа на неподкреплённом основании под краем штампа, у штампа на усиленном основании зоны располагаются радиально, со смещением к краю штампа (рис.2.19 б). По абсолютным значениям максимальные значения различаются в 2 раза. Следует отметить, что максимальные горизонтальные перемещения происходят в теле песчаной армированной подушки. Данный факт 56 позволяет за счет контурного армирования геосинтетическим материалом добиться снижения поперечных деформаций песчаной подушки. При увеличении давления до Р=150кПа (рисунок 2.20), зона распространения вертикальных перемещений на усиленном основании принимает «луковидное» очертание, с включением в работу окружающего грунта по всей кривизне подушки. Максимальные значения горизонтальных перемещений у штампа на неподкреплённом основании формируются на глубине 0,6b, у штампа на усиленном основании на 0,4b. У штампа на усиленном основании максимальные горизонтальные перемещения находятся в теле песчаной армированной подушки, что приводит к уменьшению их абсолютных значений. Глубина распространения зон горизонтальных деформаций грунта для штампа на неподкреплённом основании составляет 2,8b, для усиленного основания – 1,7b. Следует отметить, что для обоих штампов в зоне глубиной 1,5b происходит до 60% от общей осадки штампов. 57 а) 4 -50 1 3.5 3 2 -50 0 4 3.5 3 0 1 -100 2 -100 -150 -150 -200 -200 -250 -250 -300 -300 -350 -350 -400 -400 -450 -450 -500 мм -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 -500 300 б) 0 0.3 -50 0.3 -50 0.6 0 -100 -100 -150 -150 -200 -200 -250 -250 -300 -300 -350 -350 -400 -400 -450 -450 -500 мм-300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 300 -500 в) 4 -50 1 3.5 3 2 -50 0 4 3.5 3 0 1 -100 2 -100 -150 -150 -200 -200 -250 -250 -300 -300 -350 -350 -400 -400 -450 -450 -500 мм -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 300 -500 Рисунок 2.18. Изолинии перемещений в основании штампов при Р = 50кПа: а) вертикальные, б) горизонтальные, в) полные. (слева – неподкреплённое основание; справа – усиленное основание) 58 а) 0 0 18 12 -100 4 8 8 -150 6 3 -150 11 10 9 10 -100 -50 12 2 1 14 6 -50 13 6 -200 3 4 -200 -250 -250 2 -300 -300 2 -350 -350 1 -400 -400 1 -450 -450 -500 мм-300 -250 -200 -150 -100 -50 0 100 50 200 150 250 300 -500 б) 0 0 -50 -100 2 3 -150 1 2 1.5 4 -50 1 -100 0.5 -150 -200 -200 -250 -250 -300 -300 -350 -350 -400 -400 -450 -450 -500 мм-300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 300 -500 в) 0 0 18 10 8 8 -100 -150 6 3 -150 -50 11 10 9 2 12 -100 12 4 1 14 6 -50 13 6 -200 3 4 -200 -250 -250 2 -300 -300 2 -350 -350 -400 1 -400 1 -450 -450 -500 мм-300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 300 -500 Рисунок 2.19. Изолинии перемещений в основании штампов при Р = 100кПа: а) вертикальные, б) горизонтальные, в) полные. (слева – неподкреплённое основание; справа – усиленное основание) 59 а) 0 0 20 14 16 10 -100 12 12 -100 8 6 -150 -50 10 24 16 14 -50 8 6 -200 4 -200 -150 -250 -250 -300 -300 4 2 -350 -350 -400 3 -400 -450 -450 -500 мм-300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 300 -500 б) 0 3 0 3.5 2.5 5 6 -50 -100 3 -150 -50 2 4 -100 1.5 -150 1 2 -200 -200 -250 -250 1 -300 -300 -350 -350 -400 -400 -450 -450 -500 мм-300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 300 -500 в) 0 0 20 14 16 10 -50 -100 12 12 8 -150 6 -200 4 -200 -100 8 6 -150 -50 10 24 16 14 -250 -250 -300 -300 4 2 -350 -350 -400 3 -400 -450 -450 -500 мм-300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 300 -500 Рисунок 2.20. Изолинии перемещений в основании штампов при Р = 150кПа: а) вертикальные, б) горизонтальные, в) полные. (слева – неподкреплённое основание; справа – усиленное основание) 60 2.3.2. Выводы по результатам исследования деформируемости грунтового основания, усиленного песчаной армированной подушкой с криволинейной подошвой По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы: 1. Криволинейная опорная поверхность песчаной подушки позволила увеличить диапазон линейной работы основания штампа, за счёт включения в работу грунта расположенного по всей криволинейной поверхности. 2. Усиление основания песчаной армированной подушкой с криволинейной подошвой позволило уменьшить осадку штампа при Р = 150кПа на 40%. 3. Контурное армирование песчаной подушки ограничивает её поперечные деформации, что позволяет предотвратить «раздавливание» подушки при нагрузках, близких к предельным. 4. Основные деформации грунтового основания (порядка 60%) происходят в зоне глубиной 1,5b. Заменяя слабый грунт в зоне максимальных деформаций на более прочный (песчаный) и выполняя контурное армирование тела песчаной подушки, происходит существенное увеличение несущей способности основания и снижение осадки. 2.4. Выводы по главе 2 По результатам проведенных исследований в лабораторных условиях можно сделать следующие выводы: 1. Криволинейная форма опорной поверхности песчаной армированной подушки оказывает значительное влияние на напряженно-деформированное состояние глинистого основания. 2. Выпуклая по отношению к грунту поверхность песчаной армированной подушки приводит к более равномерному распределению напряжений в слабом глинистом основании. 3. Внедрение армирующего элемента по наружному периметру песчаной подушки стесняет её поперечные деформации и, соответственно, уменьшает осадку за счёт снижения деформации сжатия песчаного грунта. 4. Применение песчаной армированной подушки с криволинейной подошвой в качестве усиления глинистого основания приводит к увеличению диапазона линейной работы основания и к увеличению его несущей способности. 61 5. Применение песчаной армированной подушки с криволинейной подошвой позволило снизить осадку штампа на 40% по сравнению с естественным основанием. Проведенные исследования в лабораторных условиях выявили эффективность использования песчаных армированных подушек в слабых глинистых грунтах. Результаты исследований легли в основу постановки натурного эксперимента. 62 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СЛАБОГО ГЛИНИСТОГО ОСНОВАНИЯ, УСИЛЕННОГО ПЕСЧАНОЙ АРМИРОВАННОЙ ПО КОНТУРУ ПОДУШКОЙ С КРИВОЛИНЕЙНОЙ ПОДОШВОЙ, В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ Целью данных исследований является: Проверка результатов модельных экспериментов и количественная оценка напряженно-деформированного состояния усиленного основания. Обоснование эффективности использования песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой в качестве усиления слабого глинистого основания. 3.1. Инженерно-геологические условия площадки С целью исследования работы глинистого основания, усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой, были проведены экспериментальные исследования в полевых условиях Тюменской области. Полевые испытания проводились на строительной площадке, находящейся по адресу: ул. Елецкая 13/1, Центральный административно-территориальный округ г. Тюмени. В геоморфологическом отношении площадка расположена на надпойменной террасе р. Тура. Рельеф участка изысканий относительно ровный, абсолютные отметки поверхности 76,42-77,00м. Гидрогеологические условия площадки характеризуются наличием горизонта подземных вод, зафиксированных в период проведения работ на отметке 1,5-1,85м от поверхности земли, что соответствует абсолютным отметкам 74,92-75,15м. Инженерно-геологический разрез представлен на рисунке 3.1. 63 Рисунок 3.1. Инженерно-геологический разрез. В соответствии с ГОСТ 20522-96 и ГОСТ 25100-95 грунты экспериментальной площадки выделены в 5 ИГЭ (инженерно-геологических элемента): - ИГЭ-1: суглинок коричневый полутвёрдый; - ИГЭ-1а: суглинок мягкопластичный с тонкими прослоями песка; - ИГЭ-2: суглинок тугопластичный с прослоями (до переслаивания) песка, насыщенного водой; - ИГЭ-3: суглинок мягкопластичный с линзами глины и прослоями песка, насыщенного водой; - ИГЭ-3а: суглинок серый полутвердый. 64 Физико-механические свойства грунтов площадки определены по [21, 22, 23] и приведены в таблице 3.1. Общий вид площадки полевых испытаний представлен на рисунке 3.2. Таблица 3.1 Физико-механические свойства грунтов Вид грунта ИГЭ- 1 ИГЭ- 1а ИГЭ-2 ИГЭ-3 ИГЭ-3а Глубина, м 0-1,1 1,1-4,5 4,5-7,3 7,3-17,3 17,3-20,3 W, % 22 28 20 35 37 Ip, % 13 8 7 13 15 I l , д.ед. 0,24 0,58 0,46 0,56 0,16 , кН м 3 18,1 19,2 20,0 18,7 18,5 е , д.ед. 0,78 0,68 0,58 0,89 0,89 S r , д.ед. 0,7 0,88 0,89 0,98 0,94 , град. 17 16 23 21 19 с , кПа 17 12 7 9 33 Е , МПа 3,83 4,89 6,15 3,64 4,4 Рисунок 3.2. Общий вид строительной площадки с разработанным котлованом. 65 В качестве тела песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой использовался песок средней крупности с физикомеханическими характеристиками, определёнными в соответствии с [21, 23] и приведенными в таблице 3.2. Таблица 3.2 18,8 17,5 26,4 0,58 31 0,002 деформации, МПа Модуль сцепление, МПа Удельное трения, град. Угол внутреннего пористости, д.ед. Коэффициент грунта, кН/м3 Плотность частиц грунта, кН/м3 Плотность сухого грунта, кН/м3 Удельный вес Физико-механические характеристики грунта 11,6 3.2. Приборы и оборудование Напряжения и перемещения в полевых условиях измерялись современным оборудованием, разработанным и апробированным во многих научных работах. Для измерения напряжений и поровых давлений в грунтовом основании использовались тензорезисторные мессдозы мембранного типа. Для измерения общих напряжений в теле песчаной армированной по контуру подушки использовались мессдозы мембранного типа (рисунок 3.3), мессдозы внедряемые в глинистое основание устанавливались в металлические ножи (рисунок 3.4), которые обеспечивали внедрение датчика в ствол скважины при помощи внедряющего устройства (рисунок 3.5). Технология изготовления мессдоз, применяемых в полевых испытаниях, соответствовала методики А. В. Голли, Б. И. Далматова и других авторов [15, 26], которая подробно описана в главе 2 (лабораторные испытания). 66 Рисунок 3.3. Общий вид мессдоз. Рисунок 3.4. Общий вид мессдозы, установленной в стальной нож. Рисунок 3.5. Общий вид внедряющей установки. 67 В качестве регистрирующей аппаратуры для тензорезисторных мессдоз являлся цифровой преобразователь Field Point (National Instruments) с оригинальным виртуальным прибором, разработанным в программной среде LabVIEW, установленной на ПК. Данная программа позволяет в реальном времени отслеживать значения показаний автоматического перевода поступающих для каждой изменений мессдозы путем сопротивления по индивидуальной тарировочной зависимости (рисунок 3.6). Рисунок 3.6. Общий вид цифрового преобразователя Field Point (National Instruments). Для измерения вертикальных перемещений грунтовых слоёв использовались глубинные винтовые марки. Винтовая марка представляла собой стержень диаметром 10мм и длиной 60мм, с наваренными лопастями диаметром 40мм, толщиной 3мм. Нижний конец марки заострялся, а верхний доводился до формы четырёхгранника. К верхней части марки крепилась струна – стальная проволока диаметром 0,3мм, которая продевалась в направляющую трубу. На нижнюю часть направляющей металлической трубы диаметром 19мм, наваривался торцевой ключ, соответствующий размерам четырёхгранника. При помощи направляющей трубы с торцевым ключом на конце выполнялось завинчивание марок на проектную отметку. Вертикальные перемещения марок фиксировались прогибомерами, изготовленными на базе индикатора часового типа ИЧ-1, с ценой деления 0,01мм. 68 Статическое нагружение опытного фундамента на экспериментальной площадке велось при помощи предварительно взвешенных фундаментных блоков ФБС 24.6.6 (рисунок 3.7), через четыре стальных двутавра 40Ш1. Двутавры укладывались на ленточный фундамент. Блоки укладывались рядами для обеспечения равномерной передачи нагрузки на фундамент. Для контроля передаваемой нагрузки выполнялось взвешивание каждого блока. а) б) Рисунок 3.7. Общий вид испытания основания, усиленного песчаной армированной подушкой с криволинейной подошвой, под статической вертикальной нагрузкой: а) первая ступень нагружения; б) шестая ступень нагружения. 69 3.3. Методика проведения полевого эксперимента Подготовка экспериментальной площадки заключалась в срезке растительного слоя и разработки котлована до проектной абсолютной отметки +75,500. Далее выполнялась планировка криволинейной поверхности траншеи под песчаную армированную подушку, с геодезическим контролем заданной кривизны. Размеры песчаной подушки приняты по кривой эллипса с размерами: глубиной 800мм, шириной 750мм (рисунок 3.8). На следующем этапе работ производилось бурение скважин для установки мессдоз. Так как программой экспериментов предусмотрены радиально расположенные мессдозы, бурение производилось ручным буром с постоянным контролем угла отклонения бура от горизонтали (рисунок 3.9). Для установки мессдоз бурились скважины диаметром 150мм и глубиной на 0,5м ниже проектной отметки наиболее удалённого от дневной поверхности датчика. Внедрение мессдоз в стенку скважины производилось при помощи внедряющего механизма показанного на рисунке 3.5. Мессдозы внедрялись по высоте скважины – снизу вверх. По окончании внедрения датчиков скважины засыпались вынутым грунтом с уплотнением. Стабильные показания данных мессдоз наступали через 2-3 недели после их установки. Рисунок 3.8. Криволинейная выемка грунта под песчаную армированную подушку. 70 Рисунок 3.9. Бурение радиальных скважин под установку мессдоз. Рисунок 3.10. Установка мессдоз. Рисунок 3.11. Общий вид внедрённых мессдоз в глинистое основание. 71 Схема расстановки мессдоз представлена на рисунке 3.12. Рисунок 3.12. Схема установки мессдоз в слабом глинистом основании, усиленном песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой: М 15 – мессдоза для измерения напряжений в грунте; М 15* – мессдоза для измерения порового давления в грунте. После внедрения глубинных мессдоз выполнялась укладка армирующего материала по контуру криволинейной поверхности (рисунок 3.14). В качестве армирующего материала применялся тканный геотекстиль ГЕОСПАН ТН 80. Технические характеристики армирующего материала приведены в таблице 3.3. Таблица 3.3 Технические характеристики армирующего материала Предел прочности Предел прочности Удлинение по по длине, кН/м по ширине, кН/м (длине, ширине) % 80 80 20 Удлинение при нагрузке 0,75Рmax , % 7 72 После укладки армирующего материала выполнялось внедрение глубинных марок, расположенных под криволинейной подошвой устраиваемой подушки. Погружение марок в основание осуществлялось путем вдавливания и завинчивая при помощи торцевого ключа. Перед внедрением марок в грунте пробивались лидерные скважины диаметром 19мм на глубину, не доходящую 0,5м до проектной отметки. Оставшиеся 0,5м марка завинчивалась в грунт. Схема расстановки грунтовых марок представлена на рисунке 3.13. Рисунок 3.13. Схема установки грунтовых марок в глинистом основании, усиленном песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой. Для исключения влияния направляющей трубы глубинной марки на армирующий элемент песчаной подушки, производился разрез армирующего элемента, для возможности его свободного перемещения при деформации подушки (рисунок 3.15). После установки глубинных марок выполнялась послойная (200мм) засыпка полости подушки песчаным грунтом с уплотнением ручными трамбовками. По мере заполнения песчаной подушки выполнялась установка грунтовых мессдоз, согласно программе эксперимента (рисунок 3.16). На каждом слое производился отбор проб песка для контроля его физикомеханических характеристик и степени уплотнения. 73 Рисунок 3.14. Установка армирующего элемента песчаной подушки. Рисунок 3.15. Общий вид внедрённых глубинных марок с направляющими, выведенными через тело песчаной подушки. Рисунок 3.16. Послойная отсыпка песчаной подушки с установкой грунтовых мессдоз. 74 После завершения отсыпки песчаного грунта края сетки заворачивались внахлест в верхней части песчаной подушки и фиксировались металлическими скобами. Общий вид слабого глинистого основания, усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой, представлен на рисунке 3.17. Рисунок 3.17. Слабое глинистое основание, усиленное песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой. По окончании устройства песчаной армированной подушки выполнялось внедрение оставшихся грунтовых марок. Для исключения влияния перемещений верхних слоёв грунта 0,5м на приподымалась на от фиксировались индикаторами показания грунтовой марки. Вертикальные часового типа. марки направляющая перемещения Расположение марок индикаторов выбиралось строго над соответствующей маркой для обеспечения вертикального расположения струны. Для натяжения струны, на её конце вывешивался противовес. Прогибомеры устанавливались на неподвижную реперную систему, представляющую собой пространственную треугольную ферму с поясами из трубы диаметром 25мм. Вертикальные перемещения опор реперной системы 75 отслеживались высокоточным нивелиром. Суммарная осадка опор за период проведения эксперимента не превышала 0,1мм. Конструкция обоих штампов представляла собой ленточный фундамент шириной 0,5м и длиной 5м. Фундамент выполнялся из монолитного железобетона класса В20. Арматурный каркас изготавливался из арматуры класса А-400. На месте бетонирования выставлялась опалубка, в которой устанавливались полые гильзы, через которые пропускались направляющие трубы грунтовых марок, что обеспечивало исключение влияния осадки штампа на показания глубинных марок, расположенных в основании непосредственно под штампом. Укладка бетона производилась механизированным способом с уплотнением вибраторами. После набора прочности бетонного фундамента выполнялась установка распределительных двутавров. Далее выполнялось подключение мессдоз к регистрирующей тензометрической аппаратуре и установка струны на прогибомеры, с выставлением их показаний в нулевое положение. Показания мессдоз и прогибомеров снимались перед загружением и после приложения каждой ступени нагрузки. Интервал снятия показаний с датчиков составлял – 15 минут в течение первого часа, 30 минут – в течение трёх последующих часов, и далее через каждые два часа до условной стабилизации. Осадка ленточного фундамента фиксировались прогибомерами посредством струн, закрепленных в четырёх точках фундамента. Статическое нагружение велось при помощи блоков ФБС 24.6.6, устанавливаемых на распределительную систему из металлических двутавров. Раскладка блоков велась с учетом равномерной передачи нагрузки на фундамент. Принятая величина ступеней нагружения обусловлена установкой на фундамент одного горизонтального ряда блоков. Первая ступень нагружения соответствовала среднему давлению под подошвой фундамента, равному 40кПа. Далее были приложены еще пять ступеней нагружения. Таким образом, после шестой ступени нагружения среднее давление под подошвой ленточного фундамента составило Р=240кПа. 76 Каждая ступень выдерживалась до условной стабилизации деформации грунта, при скорости осадки фундамента не превышающей 0,1мм за последние 2 часа измерений. Общий вид экспериментальной площадки с установленным контрольноизмерительным оборудованием и реперной системой представлен на рисунке 3.18. Предложенная методика проведения эксперимента позволила исследовать напряженно-деформированное состояние слабого глинистого грунта, усиленного песчаной армированной подушкой с криволинейной подошвой, под вертикальной статической нагрузкой. Рисунок 3.18. Общий вид экспериментальной площадки с установленным контрольноизмерительным оборудованием. 3.4. Результаты экспериментов В результате проведённых полевых экспериментов по изучению слабого глинистого основания, усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой, было исследовано напряженно-деформированное состояние песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой и подстилающего слабого глинистого грунта. 77 По результатам проведенных полевых исследований были построены графики «осадка-давление» (рисунок 3.19). 0 40 80 0 0.01 0.02 120 160 0.0058 200 240 Р, кПа 1 0.01 0.01 0.017 2 0.02 0.026 0.03 0.037 0.04 0.039 0.05 S, м Рисунок 3.19. Экспериментальные графики «осадка-давление»: 1 – фундамент на основании, усиленном песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой; 2 – фундамент на естественном основании. Из анализа графиков видно, что осадка штампа на естественном основании нарастает гораздо быстрее осадки штампа на основании, усиленном песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой. При среднем давлении под подошвой фундамента 160кПа штамп на естественном основании теряет несущую способность, осадка штампа на усиленном основании на данной ступени нагружения в 2 раза меньше осадки штампа на естественном основании. Увеличение несущей способности основания при осадке 0,038м составляет 50%. При дальнейшем увеличении нагрузки наблюдается линейная работа усиленного основания вплоть до окончания эксперимента. Для представления картины развития вертикальных перемещений в теле песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой и подстилающего слабого грунта на основании экспериментальных данных были построены изолинии распределения вертикальных перемещений при среднем давлении под штампом 80, 160, 240кПа (рисунок 3.20, 3.21, 3.22). 78 0 0 -0.2 -0 -0.2 .00 7 005 -0. -0.4 -0 -0.6 . 00 -0.4 -0.6 3 -0.8 -0.8 -1.0 -1.0 -1.2 -1.2 -1.4 -1.4 -1.6 -1.6 -1.8 -1.8 -2.0 -2.0 -2.2 м-1.0 -0.8 -0.6 -0.4 0 -0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 -2.2 1.0 м Рисунок 3.20. Изолинии вертикальных перемещений основания при рср = 80кПа (м). 0 0 -0.2 .02 -0 -0.2 0 - 0. -0.4 0 16 -0.4 -0 -0.6 -0.6 . 01 4 -0 .01 0 -0.8 -0 .0 -1.0 -0 -0.8 06 -1.0 . 00 3 -1.2 -1.2 -1.4 -1.4 -1.6 -1.6 -1.8 -1.8 -2.0 -2.0 -2.2 м-1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 -2.2 1.0 м Рисунок 3.21. Изолинии вертикальных перемещений основания при рср = 160кПа (м). 79 0 0 -0.4 -0 -0.6 -0.2 8 4 .03 .03 -0 - 0 3 026 0 -0. -0. -0.2 .02 -0.4 -0.6 2 -0 .01 6 -0.8 -0 -1.0 -0.8 . 01 2 -1.0 -0 -1.2 -0 -1.4 -1.6 . 00 -0 8 .00 6 -1.2 . 00 -1.4 4 -0 .0 -1.6 02 -1.8 -1.8 -2.0 -2.0 -2.2 м-1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 -2.2 1.0 м Рисунок 3.22. Изолинии вертикальных перемещений основания при рср = 240кПа (м). Анализ изолиний вертикальных перемещений в массиве грунта, усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой, показал, что на первых двух ступенях при среднем давлении под подошвой ленточного фундамента, равном 80кПа осадка штампа происходит за счёт деформаций тела песчаной подушки (рисунок 3.20). При увеличении давления до 160кПа вертикальные перемещения наблюдаются по всему сечению песчаной армированной подушки (рисунок 3.21), что говорит о включении в работу всего песчаного массива, находящегося в армированной обойме из геотекстиля. При увеличении давления до 240кПа, вертикальные перемещения перераспределяются на слабый глинистый грунт основания по всей криволинейной поверхности песчаной армированной подушки. Основные деформации грунтового основания, порядка 60%, происходят в теле песчаной армированной подушки, за счёт чего, выполняя контурное армирование данной зоны, снижается деформативность песчаной подушки и уменьшается осадка штампа. 80 Работа песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой при среднем давлении, превышающим 100-140кПа, сопоставима с работой фундамента с уширенной подошвой, так как уплотненный песок, находящийся в обжатом состоянии, работает за счёт армирующего элемента как единый жесткий массив. По результатам измерения общих вертикальных давлений построены изолинии распределения напряжений в песчаной армированной по контуру подушке с криволинейной подошвой и подстилающем слабом глинистом основании при среднем давлении под ленточным фундаментом 80, 160, 240кПа (рисунок 3.23, 3.24, 3.25). 50 50 0 -0.2 -0.2 -0.4 40 30 -0.4 10 10 20 20 40 30 -0.6 -0.6 -0.8 -0.8 -1.0 -1.0 -1.2 -1.2 -1.4 -1.4 -1.6 -1.6 -1.8 -1.8 -2.0 -2.0 -2.2 м-1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 -2.2 1.0 м Рисунок 3.23. Экспериментальные изолинии вертикальных нормальных напряжений при рср = 80кПа (кПа). На первых двух ступенях нагружения, при среднем давлении под подошвой фундамента 80кПа, по данным эксперимента армирующий элемент, расположенный по периметру песчаной подушки, не оказывает влияния на напряженно-деформированное состояние грунтового основания (рисунок 3.23). 81 0 110 110 -0.2 90 -0.4 -0.4 70 -0.6 30 30 50 50 70 -0.6 -0.2 90 -0.8 10 10 -0.8 -1.0 -1.0 -1.2 -1.2 -1.4 -1.4 -1.6 -1.6 -1.8 -1.8 -2.0 -2.0 -2.2 м-1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.2 0.6 0.4 0.8 -2.2 1.0 м Рисунок 3.24. Экспериментальные изолинии вертикальных нормальных напряжений при рср = 160кПа (кПа). 0 -0.4 20 90 20 -0.6 10 10 70 50 -0.6 -0.2 120 100 90 -0.4 15 0 70 50 150 120 100 -0.2 -0.8 30 30 -0.8 -1.0 -1.0 -1.2 -1.4 -1.4 20 20 -1.2 -1.6 -1.8 -1.8 10 10 -1.6 -2.0 -2.2 м-1.0 -2.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 -2.2 1.0 м Рисунок 3.25. Экспериментальные изолинии вертикальных нормальных напряжений при рср = 240кПа (кПа). 82 С увеличением нагрузки на ленточный фундамент возникают вертикальные и горизонтальные перемещения в теле песчаной армированной по контуру подушки, которые приводят к передаче горизонтальных давлений армирующий элемент, обеспечивающий работу песчаной подушки на в виде единого жесткого массива (рисунок 3.24). На последних ступенях нагружения наблюдается развитие вертикальных напряжений по всему массиву песчаной армированной подушки, что говорит о работе песчаной подушки, как единого массива с увеличенной площадью подошвы. За счёт криволинейной поверхности обеспечивается более равномерная передача нагрузки на слабое глинистое основание по всей криволинейной подошве (рисунок 3.25). По результатам полевых экспериментов получены численные данные напряженно-деформированного состояния слабого глинистого основания, усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой, на основании которых сделаны следующие выводы: - выявлены следующие особенности развития вертикальных перемещений основания, усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой: на первых ступенях приложения нагрузки наблюдается уплотнение песчаного массива подушки; увеличение нагрузки сопровождается ростом жесткости песчаного массива, который приводит к работе подушки как единого элемента фундамента с увеличенной опорной подошвой; - устройство песчаной армированной подушки с криволинейной подошвой в слабом глинистом основании позволяет изменить распределение вертикальных напряжений в основании при давлении под штампом, близком к расчётному сопротивлению грунта, и более равномерно передать напряжения на слабое глинистое основание; - устройство песчаной армированной подушки с криволинейной подошвой позволяет увеличить линейную стадию работы основания, за счёт снижения сдвиговых деформаций армирования элемента. песчаного массива, путём введения контурного 83 3.5. Сопоставление экспериментальных данных с результатами численного моделирования напряженно-деформированного состояния слабого глинистого основания, усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой Численное моделирование выполнялось при помощи метода конечных элементов, реализованного в программных комплексах Plaxis и Fem models с использованием упругопластической модели Мора-Кулона, которая предполагает упругое поведение среды при напряжениях ниже предела текучести, а при напряжениях выше предела текучести развивается равнообъёмное (с нулевой дилатансией) простое (без упрочнения и разупрочнения) пластическое течение грунта. Упругопластическая модель Мора-Кулона содержит пять входных параметров: E (модуль деформации) и ν (коэффициент Пуассона) – параметры упругости грунта; φ (угол внутреннего трения) и c (сцепление) – параметры пластичности грунта; ψ – угол дилатансии. На рисунке 3.26 представлена расчетная схема полевого эксперимента в программном комплексе Plaxis. A A 1 27 25 26 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 45678910 30 28 29 2 y 31 x 0 Рисунок 3.26. Расчётная схема. 32 3 84 Величина активной зоны основания при моделировании эксперимента принималась исходя из результатов полевых испытаний, а также с учётом «эквивалентной» ширины подошвы фундамента, которая увеличивается за счёт работы песчаной армированной подушки как единого жесткого массива с опорной криволинейной подошвой. Размеры модели были приняты: по глубине – 9b, по ширине – 6b, где b – ширина подошвы фундамента (0,5м). На рисунке 3.27 приведены точки пластики в результате воздействия фундамента под нагрузкой на основание, усиленное песчаной армированной подушкой с криволинейной подошвой. Область развития зон пластических перемещений формируется под краевой зоной фундамента, а при увеличении нагрузки формируется под центральной частью фундамента на глубине 0,6-0,8м. Область развития пластических перемещений находится в теле песчаной подушки, армированной по контуру геосинтетическим материалом, что позволяет ограничить горизонтальные деформации песчаной подушки, возможность её «раздавливания». Рисунок 3.27. Пластическая область в грунте Мора-Кулона. исключая 85 Так как в полевых условиях фундамент на основании, усиленном песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой, не был доведён до «срыва», предельная несущая способность основания определялась расчётным путем при численном моделировании основания. За предельную нагрузку была взята ступень нагружения, предшествующая ступени, при которой произошла потеря несущей способности основания. По результатам моделирования предельная нагрузка на основание равна Р=360кПа, осадка штампа при данной нагрузке составляет S=0,0826м. На рисунке 3.28 приведена диаграмма распределения вертикальных перемещений слоёв грунта. Изолинии вертикальных перемещений имеют сопоставимый с экспериментальными данными характер распределения, в виде луковидного очертания. При моделировании фундамента на основании, усиленном песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой, в ПК Plaxis максимальная вертикальная осадка штампа при давлении Р=240кПа составила S=0,0462м, по экспериментальным данным осадка при данной нагрузке составила S=0,039м. Разница осадок на последней ступени нагружения составляет 18%. Результаты моделирования напряженного состояния основания, усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой, в ПК Plaxis приведены на рисунках 3.28, 3.29. Результаты расчёта показали, что под краями штампа образуется область повышенных напряжений, которые развиваются к центру штампа и перераспределяются по телу песчаной армированной подушки с криволинейной подошвой. Вертикальные напряжения концентрируются под подошвой штампа в зоне глубиной 0,5-0,7b. Напряжения по оси симметрии штампа на глубине 0,8м составляют 80-90кПа. Расхождение экспериментальных данных с результатами моделирования напряженного состояния составляют 25-35%. 86 Рисунок 3.28. Диаграмма развития деформаций основания. Рисунок 3.29. Распределение вертикальных напряжений в массиве грунта. 87 Для обоснования криволинейной формы подошвы песчаной подушки было выполнено вариантное моделирование слабого глинистого основания, усиленного прямоугольной песчаной армированной по контуру подушкой с прямолинейной подошвой. Размеры песчаной подушки с прямолинейной подошвой принимались сопоставимыми исследуемой. Ширина подушки составляла 1,6м, глубина 0,8м. Параметры используемым моделирования при эксперимента моделировании песчаной соответствовали армированной значениям, подушки с криволинейной подошвой. Результаты приведены на рисунке 3.30. Рисунок 3.30. Диаграмма развития деформаций основания. Из диаграммы деформаций основания видно, что осадка фундамента на прямоугольной армированной песчаной подушке при нагрузке Р=240кПа составила S=0,0625м, осадка полученная при моделировании штампа на песчаной армированной подушке с криволинейной подошвой при данной нагрузке, составляет S=0,0463м. Разница осадок составляет 26%. Для оценки эффективности предложенного способа армирования в моделируемых объектах сопоставлялись максимальные продольные усилия в 88 армирующем элемента, элементе. максимальное При прямоугольном продольное усилие расположении равно армирующего 10,76кН/м.п., при расположении армирующего элемента по криволинейной подошве, продольное усилие в армирующем элементе составляет 15,01кН/м.п. Разница значений продольных усилий составляет 30%, что говорит о целесообразности применения криволинейной подошвы песчаной подушки и приводит к более эффективному использованию армирующего элемента, включая его в работу на ранних стадиях нагружения. Для сопоставления и оценки достоверности полученных результатов расчётов производилось моделирование грунтового основания, в программном комплексе FEM models, разработанного авторским коллективом: В.М. Улицким, К.Г. Шашкиным, П.С. Алексеевым, А.Г. Шашкиным, В.Н. Парамоновым, В.А. Васениным, для моделирования работы массива грунта при статических нагрузках. В программе реализуется апробированная в расчетной практике упругопластическая модель среды Рейсса-Прандтля с предельной поверхностью, описываемой уравнением Кулона-Мора, предполагающей упругое поведение среды ниже предела текучести и простое (без упрочнения и разупрочнения) пластическое течение при напряжениях на пределе текучести. На рисунке 3.31 представлена расчетная схема полевого эксперимента, реализованная в программе FEM models. Физико-механические характеристики моделируемого грунта принимались в соответствии с инженерно-геологическими изысканиями, проведенными на экспериментальной площадке. Характеристики армирующего элемента принимались в соответствии с техническим паспортом применяемого материала Геоспан ТН 80. Нагрузка на модель фундамента передавалась ступенями, величина ступени была равна 40кПа, что соответствует одной ступени загружения при проведении натурного эксперимента. Все расчёты и сопоставления выполнены для последней ступени нагружения натурного эксперимента при давлении под штампом Р=240кПа. Размеры модели были приняты аналогичными натурному эксперименту. 89 По результатам расчета в ПК FEM models построена область распределения пластических деформаций в основании, усиленном песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой (рисунок 3.32). Рисунок 3.31. Расчётная схема. Рисунок 3.32. Пластическая область в грунте Мора-Кулона. 90 Область пластических деформаций, полученная в программе FEM models, распределяется от краев штампа и сходится к центру, что сопостовимо с результатами расчета в ПК Plaxis. Область развития пластических деформаций находится в теле песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой, что позволяет снизить поперечные деформации песчаного массива и снизить вертикальные деформации массива. Распределение изолиний вертикальных деформаций, полученных в программном комплексе FEM Models, сопоставимы с результатами, полученными в ПК Plaxis, но имеют количественное расхождение на 10-20% (рисунок 3.33). Рисунок 3.33. Диаграмма развития деформаций основания (м). Результаты моделирования напряженного состояния основания, усиленного песчаной армированной подушкой с криволинейной подошвой, в программе FEM Models приведены на рисунке 3.34. На изолиниях вертикальных напряжений наблюдается смещение изолиний на границе поверхности «песчаная армированная подушка-грунт», указывающих на наличие сил трения по боковой поверхности. Вертикальные напряжения концентрируются под подошвой штампа в зоне глубиной до 0,8-1,1b. 91 Рисунок 3.34. Распределение вертикальных напряжений в массиве грунта (кПа). Изолинии вертикальных напряжений, полученных в программе FEM Models, образуют область, сопоставимую с результатами расчёта в программном комплексе Plaxis. Результаты сопоставления расчетных и экспериментальных значений осадки на каждой ступени приложения нагрузки приведены на рисунок 3.35. 0 0 0.01 0.02 40 80 120 0.0058 0.01 0.0067 0.009 0.011 0.015 3 0.03 0.04 160 200 240 280 Р, кПа 1 0.017 0.02 0.023 2 0.026 0.029 0.034 0.039 0.043 0.046 0.05 S, м Рисунок 3.35. Сравнение результатов расчета с данными экспериментальных исследований: 1 – экспериментальные данные; 2 – расчёт в программе FEM models; 3 – расчёт в программе Plaxis. 92 Анализ графиков показал, что прогноз осадок основания, усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой, выполненный методом конечных элементов в упругопластической модели МораКулона, имеет расхождение результатов расчёта с данными эксперимента до 3040%. Моделирование работы песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой в программных комплексах затруднено выбором расчетной области основания, так как введение армирующего элемента по внешнему периметру песчаной подушки приводит к изменению жесткости песчаного грунта. Расхождение результатов моделирования в программных комплексах с использованием идентичной модели грунта Мора-Кулона обусловлено несовпадением разбивки конечноэлементной сетки и выбором расчётной области. При численном моделировании полевого эксперимента было выполнено сопоставление экспериментальных данных с результатами численного моделирования распределения перемещений и вертикальных напряжений в теле песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой и подстилающем слабом глинистом грунте при среднем давлении под штампом 240кПа в программных комплексах Plaxis и FEM models (рисунок 3.36, 3.37). Сопоставление результатов численного моделирования основания, усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой, в ПК Plaxis с экспериментальными данными показали следующее: - характер вертикальных перемещений слоёв грунтового основания, полученный при моделировании в ПК Plaxis, сопостовим с результатами экспериментальных данных. Расхождение численных значений перемещений результатов моделирования с экспериментальными данными составляет от 15 до 35% (рисунок 3.36, а); - характер распределения вертикальных напряжений сопоставим с полученными результатами экспериментальных данных. Численные значения результатов моделирования и экспериментальных отличаются от 15 до 50% (рисунок 3.36, б). значений напряжений 93 а) б) Рисунок 3.36. Сопоставление экспериментального и расчётного (ПК Plaxis) НДС грунтового основания, усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой: а) изолинии вертикальных перемещений (м); б) изолинии вертикальных напряжений (кПа). 94 а) б) Рисунок 3.37. Сопоставление экспериментального и расчётного (FEM models) НДС грунтового основания, усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой: а) изолинии вертикальных перемещений (м); б) изолинии вертикальных напряжений (кПа). 95 Сопоставление результатов численного моделирования основания, усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой, в ПК FEM models с экспериментальными данными показали следующее: - характер вертикальных перемещений слоёв грунтового основания, полученный при моделировании в FEM models, сопостовим с результатами экспериментальных данных. Расхождение численных значений перемещений результатов моделирования с экспериментальными данными составляет от 10 до 15% (рисунок 3.37, а); - характер распределения вертикальных напряжений сопоставим с полученными результатами экспериментальных данных. Численные значения результатов моделирования и экспериментальных значений напряжений отличаются от 10 до 30% (рисунок 3.37, б). 3.6. Выводы по главе 3 Анализ экспериментальных результатов позволил сделать следующие выводы: 1. Устройство песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой в слабом глинистом основании позволяет изменить распределение вертикальных напряжений в основании при давлении под штампом, близком к расчётному сопротивлению грунта, и более равномерно передать напряжения на слабое глинистое основание. 2. Устройство песчаной армированной подушки с криволинейной подошвой позволяет увеличить линейную стадию работы основания (более 50%), за счёт снижения сдвиговых деформаций песчаного массива, путём введения контурного армирования элемента. 3. Применение песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой позволяет снизить осадку фундамента более чем на 50% по сравнению с фундаментом на естественным основании. 96 4. Криволинейная опорная поверхность песчаной подушки с установленным по контуру армирующим элементом позволяет включить в работу больший объём грунта, что приводит к более равномерному распределению напряжений в слабом глинистом основании. 5. Контурное армирование песчаной подушки позволяет снизить её поперечные деформации, что, соответственно, уменьшает вертикальную осадку штампа. 97 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЁТА ПЕСЧАНОЙ АРМИРОВАННОЙ ПО КОНТУРУ ПОДУШКИ С КРИВОЛИНЕЙНОЙ ПОДОШВОЙ, ВНЕДРЕННОЙ В СЛАБЫЙ ГЛИНИСТЫЙ ГРУНТ Выбор расчетной схемы армированного основания всегда связан с рядом допущений, которые уменьшают количество факторов, влияющих на исследуемый объект. При этом методика расчета армированного основания при ряде упрощений расчётной схемы, должна описывать работу объекта с требуемой точностью. Расчёт песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой, устроенной в слабом глинистом основании, необходимо выполнять по методике, позволяющей отразить особенности работы данного способа усиления. 4.1. Выбор расчётной модели Решением задач о напряженно-деформированного состоянии песчаных массивов занимались Ю.М. Абелев [4], В.И. Крутов [4], Я.Д. Гильман [19], Б.И. Далматов [25, 26, 27], И.И. Кандауров [53, 54] и др. При решении данного вида задач авторы преимущественно использовали декартовую систему координат. При отношении ширины штампа к длине равном 1/10 решение задачи ведется как для плоского случая. Наиболее распространённой теорией решения задачи распределения напряжений в песчаном основании является модель линейно-деформированной среды [8, 9, 11, 13, 16, 17, 18, 33, 42, 43, 69, 78, 83, 84, 86, 90, 93, 94, 95, 99, 100, 101, 102, 104, 105]. В её основе лежит закон Гука, согласно которому относительное сжатие или растяжение тела пропорционально сжимающему или растягивающему напряжению. Однако применение теории линейно- деформированной среды верно лишь до определённого значения напряжений, в результате чего появляется необходимость распределения напряжений в грунтовых массивах. в развитии других теорий 98 Одним из направлений изучения распределения напряжений в зернистых грунтах является модель дискретных сред. Отличием модели дискретной среды является рассмотрение отдельных элементов её структуры как механически взаимодействующих тел. Элементами структуры являются зерна сыпучего материала. Развитием теории механики зернистых сред занимались Е. Литвинишен [58], Р.А. Муллер [64], И.И. Кандауров[53, 54] и др. В частности И.И. Кандауров рассматривал распределение давления в зернистой среде как вероятностный процесс, реализуемый на ее структуре. Сущность такого подхода была сформулирована и опубликована в 1958г и представлена ниже. 4.2. Имитационная вероятностная модель И.И. Кандаурова Основные предпосылки построения дискретной теории распределения вертикальных напряжений в грунтовом полупространстве состоят в следующем: 1) грунт рассматривается как совокупность различных по форме и размеру зерен; 2) влияние совокупности (как статистической характеристики) различных по размеру зерен на распределение напряжении (усилий) в грунтовом массиве проявляется через средний (эффективный) размер зерен и среднеквадратичное отклонение размеров зерен от среднего (эффективного) размера; 3) передача усилий в грунте осуществляется через точки контактов от частицы к частице. Характер передачи усилий от частицы к частице при различных формах зерен является категорией статистической, и, следовательно, влияние его на распределение напряжений (усилий) сказывается через средние наиболее типичные условия контактов между частицами и отклонения от этих условий. При проявлении свойств статистической совокупности размеров зерен через средний (эффективный) размер их передача усилий в среднем осуществляется от каждой вышележащей частицы на две нижележащие частицы в плоской задаче и на четное нижележащие частицы в пространственной; 99 4) осуществляемая в среднем передача усилии от вышележащей частицы на две нижележащие в плоской задаче и на четыре в пространственной является неравномерной. Неравномерность эта носит случайный характер и определяется коэффициентом передачи усилий, который для всего массива является статистической категорией, в силу этого влияние совокупности его на распределение напряжений в массиве проявляется через среднее значение и среднеквадратичное отклонение частных значений его от среднего; 5) величина статистического характера ориентировки зерен при решении задачи о распределении вертикальных напряжений учитывается совокупностью коэффициента неравномерности передачи усилий; 6) величина напряжений (усилий) в каждой точке грунтового массива имеет статистическую природу и характеризуется некоторым средним значением, относительно которого с определенной вероятностью может уклоняться в ту или иную сторону. Среднюю величину напряжения, отнесенную к непрерывной среде, назовем средневзвешенным напряжением; 7) величина средневзвешенного вертикального напряжения непосредственно зависит от величины нагрузки, среднего размера зерен и средней величины коэффициента передачи усилий. В результате рассмотрения распределения давления в зернистой среде как вероятностного процесса И.И. Кандауровым в 1959г впервые были введены формулы (1) для средних значений напряжений для плоской деформирования (рисунок 4.1). Рисунок 4.1. Расчетная схема по определению напряжений И.И. Кандаурова. задачи 100 α 2 − x α 2 z , e σ = −F z 2π z (1) где F – линейная вертикальная нагрузка (кН/м); α – коэффициент структуры среды (1/м); z – координата по вертикальной оси (м); x – координата по горизонтальной оси (м). Коэффициент структуры α зависит от размеров частиц среды и коэффициента неравномерности передачи усилий между частицами: α= 4a ⋅ k 2 , b2 (2) где a, b – размеры блоков (частиц); k – коэффициент неравномерности передачи усилий между частицами. При равновероятностной передачи усилий от вышележащей частицы на нижележащие коэффициент передачи усилий k = 1 . При неравновероятном неравномерности передачи распределении усилий для каждой усилий частицы коэффициент будет носить вероятностный характер. Величина этого коэффициента в каждом конкретном случае будет определяться размером, формой и взаимным положением частиц, наличием и величиной сил трения между отдельными зёрнами грунта, составляющими основной скелет структуры тела. 4.3. Экспериментальная методика расчёта коэффициента структуры зернистой среды В данной работе предлагается экспериментальная методика определения коэффициента структуры α с учётом криволинейной опорной поверхности песчаной подушки и её контурного армирования геосинтетическим материалом. Для расчёта напряженно-деформированного состояния песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой мысленно 101 выделяется слой единичной длины в продольном направлении песчаной армированной подушки (рисунок 4.2). Рисунок 4.2. Схема выделения слоя единичной длины из тела песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой. В выделенный слой введена декартовая система координат XZ с началом в верхней части песчаной армированной подушки по оси симметрии (рисунок 4.3). Рисунок 4.3. Элемент единичной длины песчаной армированной подушки с криволинейной подошвой. 102 Данная расчётная схема имеет следующие обозначения: 1 – песчаный массив грунта с криволинейной подошвой; 2 – геосинтетический армирующий материал; 2b – ширина действия нагрузки; h1 – высота песчаной армированной подушки (по оси симметрии); q – равномерно-распределённая нагрузка. В соответствии с решением (1), представим расчётную схему песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой при действии линейной вертикальной нагрузки (рисунок 4.4). Рисунок 4.4. Расчётная схема песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой. Данная расчётная схема имеет следующие обозначения: bп – ширина песчаной подушки (поверху); h1 – высота песчаной армированной подушки (по оси симметрии); F – линейная вертикальная нагрузка; R – вертикальная составляющая реакции отпора грунта; S1 – вертикальная деформация песчаной армированной подушки в месте приложения нагрузки; S2 – вертикальная деформация слабого глинистого основания без учёта деформации песчаного массива. Применим решение (1), к случаю распределённой нагрузки шириной 2b . Для этого необходимо проинтегрировать решение (1) в пределах действия нагрузки: 103 α 2π z −∫b b −F α 2 − x e 2 z dx . (3) Так как интеграл от (3) является неберущимся в виде аналитической 2 функции, выполним аппроксимацию функции y = e x , заменяя её функцией y = eкx ( к –коэффициент аппроксимации функции). 2 Рассмотрим часть симметричной функции y = e x и подберём коэффициент аппроксимации κ из условия максимального расхождения между площадями фигур, ограниченными этими функциями 5-10%. 2 Для определения площади ограниченной функцией y = e x найдём пределы интегрирования из условия приближения функции к оси х в пределах 5%: 2 e x = 0,05 . (4) Решив уравнение (4) найдём пределы интегрирования, равные -1,73 до +1,73. Так как график функции является симметричным относительно оси z, далее будем рассматривать одну половину в пределах от 0 до 1,73. Приравняем интегральные выражения: x 2 dx = 1,73 eкx dx . e ∫ ∫ 1,73 0 (5) 0 Проинтегрировав численно левую часть равенства и решив аналитически интеграл правой части, получим равенство: e −1.73к − 1 . 0,873 = − к Откуда определим коэффициент аппроксимации (6) функции, равный к = 0,9061. После проведения аппроксимации функции получим общее решение: 104 0,9061α − x α 2 z . σ = −F e z 2π z (7) Проинтегрировав общее решение (7) в пределах от +b до −b , получим частное решение для равномерно распределённой нагрузки: α α − 0,9061( x − b ) − 0,9061( x ) 0,9061 ⋅ F ⋅ α α 2 z 2 z . σ = − −e e z z 2π z Для нахождения коэффициента структуры α зададимся (8) условием совпадения средних экспериментальных значений вертикальных напряжений в фиксированных по высоте плоскостях песчаной подушки с теоретическими значениями средних напряжений по общему решению (7): σ zтеор = σ zэкспер . (9) С целью получения среднего значения коэффициента структуры по глубине подушки проинтегрируем обе части выражения: х ∫σ теор z 0 х dx = ∫ σ zэкспер dx , (10) 0 где x – переменный предел интегрирования, равный при фиксированной глубине z горизонтальному размеру песчаной подушки. По полученным при проведении полевых испытаний экспериментальным результатам были построены эпюры распределения вертикальных напряжений в теле песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой и получены зависимости в виде функций: при z = 0,15м: σ zэкспер = −880 х 2 + 140 х + 160 ; при z = 0,35м: σ zэкспер = −320 х 2 − 60 х + 120 ; 105 при z = 0,55м: σ zэкспер = −336 х 2 + 8 х + 90 . В результате подстановки в формулу (10) σ zтеор и σ zэкспер получим: при z = 0,15м: 0,75 ∫ 0 0,9061α − x 0,75 α 2 z −F e dx =∫ (−880 x 2 + 140 x + 160)dx ; 2π z 0 при z = 0,35м: 0,9061α − x 0,7 α 2 z dx =∫ (−320 x 2 − 60 x + 120)dx ; ∫0 − F 2π z e 0 0,7 при z = 0,55м: 0,58 ∫ 0 0,9061α x − α 2 z dx = e −F 2π z 0,58 ∫ (−336 x 2 + 8 х + 90)dx . 0 Проинтегрировав численно правую часть равенства и решив аналитически интеграл левой части, найдём экспериментальный коэффициент структуры α , меняющийся по глубине песчаной подушки. Зависимость распределения коэффициента структуры среды представлен на рисунке 4.5. 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0 z, м 0.5 1 1.5 α = -1.955z + 3.083 2 2.5 3 α Рисунок 4.5. Зависимость распределения коэффициента структуры среды α по глубине песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой. 106 Общая осадка загруженного основания, усиленного песчаной армированной подушкой, будет состоять из осадки от деформации сжатия самой песчаной подушки ( S1 ) и осадки слабого глинистого основания ( S2 ): S= S1 + S2 . (11) Деформация песчаной армированной подушки ограниченной мощности от линейной нагрузки определяется выражением: h 1 1 ⋅ σ z dz , S= 1 E ∫0 (12) где E – приведённый модуль деформации песчаной армированной по контуру подушки; h1 – высота песчаной подушки по оси симметрии. Проинтегрировав выражение (12) при x = 0 , получим зависимость от вертикального перемещения (осадки) массива мощностью h1 по линии загружения: S1 = 2 F α ⋅ h1 ⋅ . E 2π (13) Деформацию глинистого основания предлагается определить методом послойного суммирования с шириной условного фундамента, равной ширине песчаной армированной подушки по верхней части, исходя из условия равенства средних значений вертикальных напряжений на границе «песчаная армированная подушка – слабый грунт» и условного фундамента (рисунок 4.6). Рисунок 4.6. Расчётная схема к определению осадки слабого основания. 107 Для этого прировняем средние значения напряжений под криволинейной подошвой песчаной армированной подушки к эквивалентным напряжениям условного фундамента: bусл /2 ∫ σ песч .под. z bусл /2 dx = − bусл /2 ∫ σ zэкв.ф.dx . (14) − bусл /2 По предложенной методике расчёта был выполнен прогноз осадки фундамента на слабом глинистом основании, усиленном песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой, и выполнено сопоставление результатов расчёта с экспериментальными значениями осадок, полученных при проведении полевых испытаний. Расчёт осадки выполнялся для 6 ступеней нагружения с шагом давления 40кПа, что полностью соответствует ступеням нагружения при проведении натурного эксперимента. Результаты расчёта приведены на графике «осадка-давление» (рисунок 4.7). 0 0 0.01 0.02 40 80 120 0.0058 0.006 160 200 0.017 1 240 Р, кПа 0.01 0.011 0.026 0.019 0.03 2 0.029 0.039 0.04 0.044 0.05 S, м Рисунок 4.7. Сопоставление результатов расчёта осадки фундамента на слабом глинистом основании, усиленном песчаной армированной по контуру подушкой, с криволинейной подошвой с экспериментальными данными полевого эксперимента; 1- эксперимент; 2 - теория. Анализируя полученные графики «осадка – давление» видно, что расхождение результатов аналитического расчёта с результатами натурного эксперимента не превышает 15%. Данный факт говорит о возможности 108 использования предложенной методики расчёта с применением коэффициента распределительной способности среды (α), определённого экспериментальным путём, для расчёта песчаных армированных по контуру подушек с криволинейной подошвой. 4.4. Апробация методики расчёта песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой По результатам экспериментальных и теоретических исследований основания, усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой, летом 2013г было выполнено внедрение полученных результатов при строительстве объекта: «Индивидуальный двухэтажный жилой дом в г. Ишим, Тюменской области». Индивидуальный жилой дом представлял собой кирпичное, двухэтажное здание с несущими продольными и поперечными стенами. Перекрытия выполнялись в виде железобетонных пустотных плит. Расчётная нагрузка на 1 погонный метр фундамента составляла 238кН/п.м. Инженерно – геологические условия площадки строительства были представлены мягкопластичными суглинками с модулем деформации Е=4,6мПа. При усилении слабого глинистого основания путём устройства песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой производилась установка по подошве подушки грунтовых мессдоз, для количественной оценки напряженного состояния. Расчёт основания, усиленного песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой, выполнялся экспериментально установленным по предложенной коэффициентом методике с распределительной способности структуры среды α. Нагрузка на песчаную армированную подушку передавалась через ленточный монолитный фундамент шириной 0,5м. В результате расчёта были приняты размеры песчаной армированной подушки: глубина – 0,6м(по оси симметрии фундамента), ширина – 1,2м. 109 При мониторинге жилого здания с сентября 2013г по июнь 2014г фиксировались вертикальные напряжения в теле песчаной армированной подушки, а также осадка фундамента. По результатам аналитического расчёта и данным мониторинга были составлены сравнительные графики распределения вертикальных напряжений по оси симметрии фундамента (рисунок 4.8). 2 1 Рисунок 4.8. Сопоставление результатов расчёта вертикальных напряжений в теле песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой с результатами мониторинга; 1- результат мониторинга; 2 – результат расчёта. Анализ графиков вертикальных напряжений позволяет сделать вывод о возможности использования представленной методики расчёта. Разница значений вертикальных напряжений, полученных при мониторинге здания, и значений, полученных расчётным путём, достигает 20%. Кроме этого, выполнено сопоставление осадки здания, полученной расчётным путём, равной 0,081м с фактической осадкой равной 0,063м. Разность осадок составляет 22%. 110 4.5. Выводы по главе 4 1. Разработана расчетная схема слабого основания, усиленного песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой, в условиях плоской деформации. 2. Разработана методика расчета НДС песчаной подушки с криволинейной подошвой, армированной по контуру геосинтетическим материалом, и подстилающего слабого глинистого грунта, нагруженных полосовой нагрузкой, позволяющая с погрешностью до 15% прогнозировать НДС основания. 111 5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ В ПРАКТИКЕ СТРОИТЕЛЬСТВА 5.1. Технико-экономический эффект от внедрения конструктивного решения в практику строительства на слабых глинистых грунтах Предложенное решение по повышению несущей способности и снижению деформируемости слабого водонасыщенного глинистого основания приводит к повышению надёжности грунтового основания и улучшению его физико-механических характеристик. Обоснование экономической эффективности предложенного способа усиления следует выполнять в сопоставлении различных вариантов конструктивных решений усиления оснований, а также рассмотрения различных типов фундаментов в однотипных инженерно-геологических условиях. Устройство ленточных фундаментов для малоэтажного строительства в условиях распространения слабых глинистых грунтов и сложных гидрогеологических условиях зачастую либо невозможно, либо требует значительного увеличения затрат на их возведение в связи с значительным увеличением размера подошвы фундамента, что приводит не только к увеличению расхода строительных материалов, но и к значительным трудозатратам на производство работ. Применение свайных фундаментов в малоэтажном строительстве приводит к удорожанию стоимости возведения фундаментов до 40%. Поэтому предложено осуществить оценку экономической эффективности предлагаемого варианта усиления грунтового основания. Экономическая эффективность нового способа укрепления слабых глинистых грунтов песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой оценивается рядом критериев, таких как стоимость строительных материалов, эксплуатационные затраты на возведение конструкции, затраты труда, продолжительность строительства и др. Все 112 показатели для сравнения сведены к приведённым затратам на один погонный метр ленточного фундамента. При оценке экономической эффективности предлагаемого способа усиления использовались одинаковые инженерно-геологические условия площадки. Для вариантного сравнения рассматривалось здание в виде двухэтажного индивидуального жилого дома в кирпичном исполнении с железобетонными плитами перекрытия. Для выявления эффективности применения песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой выполнено экономическое сравнение со стандартным решением усиления основания, в виде песчаной подушки. За критерии оценки вариантов усиления грунтового основания примем минимальный уровень затрат на стадии проектирования по трём основным статьям: - стоимость материалов; - стоимость эксплуатации машин и механизмов; - зарплата труда рабочих и машинистов. Для определения трудозатрат на устройство песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой использовались существующие нормы и расценки в ценах 2001г с учетом транспортных затрат. Расчёт производился по территориальным единичным расценкам (ТЕР–2001) Тюменской области. Устройство криволинейного очертания подошвы песчаной подушки учитывалось в трудозатратах рабочих путём повышения трудоёмкости. В расценках на устройство песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой учитывались следующие операции: - срезка растительного слоя; - разработка грунта; - ручная доработка котлована поверхности; - установка армирующего элемента; с формированием криволинейной 113 - послойная отсыпка песчаной подушки; - послойное уплотнение песчаной подушки. Результаты расчёта общей стоимости усиления слабого глинистого основания приведены в таблице 5.1. Таблица 5.1 Стоимость усиления основания на слабых глинистых грунтах Способ усиления основания Стандартная песчаная подушка Песчаная армированная по контуру подушка с криволинейной подошвой Основная Стоимость заработная Стоимость материала на 1 плата рабочих эксплуатации Итого, руб. п.м., руб. и машинистов, машин, руб. руб. 499,40 148,86 315,35 963,61 214,04 116,03 211,31 541,38 Результаты расчёта показали, что устройство песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой позволяет снизить стоимость материала на 57%. Так как криволинейная подошва котлована требует дополнительных трудозатрат на ручную доработку происходит увеличение основной заработной платы рабочих и машинистов. Однако в результате значительного сокращения объёмов работ, вследствие уменьшения размеров песчаной армированной подушки более чем в 2 раза, по сравнению со стандартной песчаной подушкой, зарплата рабочих и машинистов в предлагаемом варианте уменьшилась на 22%, что говорит о повышении эффективности использования рабочей силы. Стоимость эксплуатации машин и оборудования в предлагаемом варианте усиления основания уменьшилась на 33%. В конечном итоге расчёты показали, что устройство песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой приводит к снижению затрат до 50% по сравнению со стандартной песчаной подушкой. Следующим этапом оценки экономической эффективности использования песчаной армированной подушки с криволинейной подошвой 114 было рассмотрение нескольких вариантов конструктивных решений фундаментов. Рассматривались следующие типы конструктивных решений фундаментов: - ленточный фундамент на естественном основании; - ленточный фундамент на основании, усиленном песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой; - свайный фундамент с ленточным ростверком. Следует отметить, что при оценке экономической эффективности различных типов фундаментов не будет рассмотрен вариант строительства сооружения на площадках, инженерно-геологические условия которых не позволяют реализовать конструкцию стандартных фундаментов без дополнительных мероприятий по укреплению слабого основания. К таким территориям относятся заболоченные и заторфованные территории Западной Сибири. Применение песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой как способа усиления данных грунтов возможно. Устройство ленточного фундамента на естественном основании реализовалось за счёт увеличения площади подошвы фундамента. Устройство свайного фундамента реализовывалось сваями с размерами 0,3х0,3м, длиной 6м. Все сравнения производились при условии равной несущей способности конструкции фундаментов. В расценках на устройство песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой учитывались операции: - срезка растительного слоя; - разработка грунта; - ручная доработка траншеи с формированием криволинейной поверхности; - установка армирующего элемента; - послойная отсыпка песчаной подушки; - послойное уплотнение песчаной подушки; - устройство ленточных фундаментов. 115 В расценках на устройство ленточного фундамента на естественном основании учитывались следующие операции: - срезка растительного слоя; - разработка грунта; - ручная доработка котлована; - устройство песчаной подсыпки; - устройство ленточных фундаментов. В расценках на устройство свайного фундамента с ленточным ростверком учитывались следующие операции: - срезка растительного слоя; - разработка грунта; - погружение дизель-молотом копровой установки железобетонных свай длиной 6м; - срубка «голов» железобетонных свай; - устройство ленточных фундаментов. Результаты расчёта общей стоимости возведения фундаментов приведены в таблице 5.2. Таблица 5.2 Стоимость устройства фундаментов на слабых глинистых грунтах Тип фундамента Ленточный на естественном основании Ленточный на свайном основании (6м) Ленточный на укреплённом основании Основная Стоимость заработная Стоимость материала на 1 плата рабочих эксплуатации Итого, руб. п.м., руб. и машинистов, машин, руб. руб. 4658,23 313,47 354,22 5325,92 6013,22 450,12 1160,40 7623,74 2591,72 191,53 261,97 3045,22 Результаты расчёта показали, что стоимость материалов при усилении основания песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной 116 подошвой снижается от 1,8 раза (при ленточном фундаменте на естественном основании) до 2,3 раз (при свайном фундаменте с ленточным ростверком), в связи с уменьшением расхода бетона. Затраты на эксплуатацию машин и механизмов при усилении основания песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой составляют 261,97руб, что на 26% меньше затрат при устройстве ленточного фундамента на естественном основании и в 4,5 раза меньше затрат при устройстве свайного фундамента с ленточным ростверком. Фонд оплаты труда при возведении фундамента на основании, усиленном песчаной армированной по контуру подушкой с криволинейной подошвой, составляет 191,53руб. При строительстве ленточного фундамента на естественном основании фонд оплаты труда составляет 313,47руб, что на 38% больше аналогичного фундамента на усиленном основании. Затраты на оплату труда при возведении фундамента на свайном основании увеличиваются в 2,3 раза по сравнению с фундаментом на усиленном основании. Уменьшение фонда оплаты труда связано со значительным уменьшением объёма строительных работ. В результате расчета экономических показателей выявлено, что стоимость ленточного фундамента на естественном основании на 43% выше, чем при устройстве фундамента на основании, усиленном песчаной армированной подушкой с криволинейной подошвой. Устройство свайного фундамента с ленточным ростверком приводит к удорожанию стоимости фундамента в 2,5 раза. Экономия достигается за счет снижения затрат на строительные материалы. Из расчёта видно, что увеличение трудозатрат рабочих и стоимости эксплуатации машин не приводит к увеличению общей стоимости устройства фундамента. Экономический эффект достигается за счет снижения объёмов дорогостоящих строительных материалов. 117 5.2. Выводы по главе 5 В результате проведенного экономического анализа эффективности различных конструктивных решений фундаментов на искусственно улучшенном и естественном основании сделаны следующие выводы: - устройство армированной подушки с криволинейной подошвой позволяет сократить расходы на усиление основания до 40% по сравнению со стандартной песчаной подушкой; - внедрение полученных результатов диссертационной работы в практику строительства позволит сократить стоимость фундамента от 40 до 60% в зависимости от конструктивного решения по его устройству. 118 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1. Разработан способ повышения несущей способности и снижения деформируемости слабого глинистого грунта путём замещения его в активной зоне песчаной подушкой с криволинейной подошвой, армированной по контуру геосинтетическим материалом. 2. В результате экспериментальных исследований в лабораторных условиях выявлено, что замещение слабого глинистого грунта песчаной армированной по контуру подушкой, при действии полосовой нагрузки локализует зоны максимального развития касательных напряжений и сдвиговых деформаций в прочном песчаном грунте, что позволяет увеличить линейную зону работы основания и уменьшить его деформируемость. 3. В результате экспериментальных исследований в лабораторных и полевых условиях установлено, что контурное армирование песчаной подушки с криволинейным очертанием подошвы, близким по очертанию изолиниям главных сжимающих напряжений, значительно, более чем в 2,5 раза, снижает поперечные деформации песчаной подушки, что уменьшает вертикальные деформации песчаного грунта и приводит к снижению осадки фундамента до 50% и более, в зависимости от физико-механических характеристик материала подушки. 4. Выявлены основные закономерности силового взаимодействия песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой с подстилающими слабыми глинистыми грунтами при действии полосовой нагрузки. Так, полная осадка основания состоит из деформаций тела песчаной подушки (60-70%) и слабого подстилающего грунта (30-40%). 5. Разработана методика расчета НДС песчаной подушки с криволинейной подошвой, армированной по контуру геосинтетическим материалом, и подстилающего слабого глинистого грунта, нагруженных полосовой нагрузкой, позволяющая с точностью до 15% прогнозировать НДС основания. 6. Установлено, что использование программных продуктов FEM models и Plaxis позволяет с точностью до 20% и 35% соответственно описывать НДС 119 песчаной армированной по контуру подушки с криволинейной подошвой и подстилающего слабого глинистого основания. 120 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Абелев, М.Ю. Слабые водонасыщенные глинистые грунты как основания сооружений / М.Ю. Абелев. – М.: Стройиздат, 1973. – 228с. 2. Абелев, М.Ю. Строительство промышленных и гражданских сооружений на слабых водонасыщенных грунтах / М.Ю.Абелев. – М.: Стройиздат, 1983 – 248с. 3. Адлер, Ю. П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю. П. Адлер, Е. В. Маркова, Ю. В. Грановский // Изд-во «Наука», – М., 1976. – 278с. 4. Абелев, Ю.М., Крутов, Б.И. Возведение зданий и сооружений на насыпных грунтах / Ю.М. Абелев, Б.И. Крутов. – М.: Госстройиздат, 1962. - 148 с. 5. Антонов, В.М. Экспериментальные исследования армированных оснований / В.М. Антонов. – Тамбов: Изд-во ГОУ ВПО ТГТУ, 2011. – 80с. 6. Ашихмин, О.В. Взаимодействие плитно-ребристых фундаментов на свайных опорах с глинистым грунтом основания: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.23.02 / Ашихмин Олег Викторович. – Тюмень, 2008. – 23с. 7. Бай, В.Ф. Экспериментальное исследование деформированного состояния основания из водонасыщенного суглинка, армированного гибким элементом / В.Ф. Бай, А.В. Набоков, В.В. Воронцов, А.Н. Краев // Известия вузов. Нефть и газ. – Тюмень: 2008. №1. – С.102-104. 8. Березанцев, В.Г. Некоторые задачи теории предельного сопротивления грунтов нагрузке: автореф. дис. на соиск. уч. степ. д-ра техн. наук: (05.23.02) – Ленинград, 1949. – 20с. 9. Березанцев, В.Г. Осесимметричная задача теории предельного равновесия сыпучей среды / В.Г. Березанцев, – М.: Гостехтеориздат, 1952. – 328с. 10. Бизиман, О. Устройство сооружений из армированного грунта: Автореф. дис. канд. техн. наук: (05.23.02) – Москва, 1985. – 20с. 11. Бугров, А.К. Упруго-пластическая модель консолидирующегося водонасыщенного грунта / А.К. Бугров, А.И. Голубев // Тез. докл. науч.-техн. 121 конф. Системы автоматизированного проектирования фундаментов и оснований. − Челябинск, 1988. – 324с. 12. Воронцов, В.В. Вертикальное армирование деятельного слоя в основании дорожной конструкции: Автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук: (05.23.02) – Тюмень, 2006. – 18с. 13. Герсеванов, Н.М. Теоретические основы механики грунтов / Н.М. Герсеванов, Д.Е. Польшин – М.: Госстройиздат, 1948. – 356с. 14. Голли, А.В. Исследование сжимаемой толщи в связных грунтах под центрально загруженными штампами: дис. … канд. техн. наук: 05.23.02 / Голли Александр Валентинович. – Л., 1972. – 20с. 15. Голли, А.В. Методика измерения напряжений и деформаций в грунтах / А.В. Голли // Учебное пособие. – Л.: ЛИСИ, 1984. 53с. 16. Горбунов-Пасадов, М.И. Расчет конструкций на упругом основании / М.И. Горбунов-Пасадов, Т.А. Маликова. – М.: Стройиздат, 1973. – 452с. 17. Горбунов-Посадов М.И. Основания, фундаменты и подземные сооружения / М.И. Горбунов-Посадов, В.А. Ильичев, В.И. Крутов и др. // Под общ. ред. Е.А. Сорочана и Ю.Г. Трофименкова. − М.: Стройиздат, 1985. – 328с. 18. Горбунов-Посадов, М.И. Расчет конструкций на упругом основании / Т.А. Маликова, В.И. Соломин – М.: Стройиздат, 1984. 19. Гильман, Я.Д., Ананьев, В.П., Зурнаджи, В.А. Фундаменты на песчаных подушках в лёссовых просадочных грунтах. / Я.Д. Гильман, В.П. Ананьев, В.А. Зурнаджи // Информационный листок треста Оргтехстрой. – 1965. – №17. 20. Глазер, С.И., Школьник С.Ш. Расчёт песчаных подушек. / С.И. Глазер, С.Ш. Школьник // Рукопись. Одесса. – 1966. 21. ГОСТ 12248-96. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости. – М.: Изд-во стандартов, 1996. – 67с. 22. ГОСТ 20276-99. Грунты. Методы полевого определения характеристик деформируемости. – М., Госстрой СССР, 1985. – 50с. 122 23. ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик. – М.: Изд-во стандартов, 1986. – 24с. 24. Далматов, Б.И. К вопросу о расчёте песчаных подушек под фундаментами. / Б.И. Далматов // Основания, фундаменты и механика грунтов. – 1946. – №4. 25. Далматов, Б.И. Механика грунтов основания и фундаменты / Б.И. Далматов. – Л.: Стройиздат 1988. – 278с. 26. Далматов, Б.И. Определение осадок фундаментов с учетом изменения модуля деформации глинистого грунта в зависимости от напряженного состояния / Б.И. Далматов, В.М. Чикишев //Основания, фундаменты и механика грунтов. 1984. №1. 27. Далматов, Б.И. Проектирование фундаментов зданий и подземных сооружений: Учеб. пособие: / Под ред. Б.И. Далматова; 3-е изд. – М.: Изд-во АСВ; СПб.: СПбГАСУ, 2006. – 428с. 28. Дмоховский, В.К. Краткий курс оснований и фундаментов / В.К. Дмоховский. – М.: 1931. 29. Джекоби и Дэвис. Основания и фундаменты мостов и зданий / Джекоби и Девис. 1921. – 436с. 30. Джоунс, К.Д. Сооружения из армированного грунта / К.Д Джоунс // Под ред. д-ра техн. Наук В.Г.Мельника. – М.: Стройиздат, 1989. – 268с. 31. Евгеньев, И.Е. Земляное полотно автомобильных дорог на слабых грунтах / И.Е. Евгеньев, В.Д. Казарновский. – М.: Транспорт, 1976. – 271с. 32. Ещенко, О.А. Армогрунтовые насыпи и основания: Автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук: (05.23.02) – Санкт-Петербург, 1991. – 21с. 33. Жемочкин, Б.Н. Практические методы расчета балок и плит на упругом основании / Б.Н. Жемочкин, А.П. Синицын – М.: Госстройиздат, 1947. – 186с. 34. Зехниев, Ф.Ф. Стабилизация оснований с плоскими вертикальными песчаными дренами: Автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук: (05.23.02) – М., 1988. – 22с. 123 35. Инструкция по глубинному уплотнению макропористых грунтов грунтовыми сваями для основания зданий и сооружений (И 134-50) / Стройиздат. 36. Карлович, В.М. Основания и фундаменты / В.М. Карлович // Основания и фундаменты. – 1869. 37. Курдюмов, В.И. Краткий курс оснований и фундаментов / В.И. Курдюмов. – СПб.: 1902. 38. Казанский, Н.И. Опыт глубинного гидровиброуплотнения лессовидных грунтов / Н.И. Казанский // Строительная промышленность. – №7, 1952. – 188с. 39. Казарновский, В.Д. Учет остаточного порового давления при прогнозе конечной осадки насыпей на слабых грунтах / В.Д. Казарновский, А.И. Скляднев, Е.Ю. Штырхун // Вопросы проектирования и строительства автомобильных дорог. – М., 1993. – С. 133-136. 40. Крутов, В.И. Фундаменты мелкого заложения / В.И. Крутов, Е.А. Сорочан, В.А. Ковалев. – М.: АСВ, 2009. – 232с. 41. Клевеко, В.И. Оценка напряженно-деформированного состояния армированных оснований в пылевато-глинистых грунтах: Автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук: (05.23.02) – Уфа, 2002. – 17с. 42. Клейн, Г.К. Учет неоднородности, разрывности деформаций и другх механичесих свойств грунта при расчете сооружений на сплошном основании / Г.К. Клейн // Сб. трудов МИСИ, 1956. – С.46-51. 43. Клепиков, С.Н. Расчет конструкций на упругом основании основания сооружения / С.Н. Клепиков // «Будiвельник». – Киев, 1967. – 234с. 44. Коновалов, П.А. Намывные грунты как / П.А Коновалов, С.Я Кушнир. – М.: Недра, 1991.-256с. 45. Коновалов, П.А. Распределительные свойства грунтов основания / П.А. Коновалов // Основания, фундаменты и подземные сооружения. Сб. тр. НИИОСП. – М.: Стройиздат. - 1970. №59. – С.23-30. 46. Коновалов, П.А. Ускорение консолидации водонасыщенного слабого грунта с помощью плоских песчаных дрен / П.А. Коновалов, Ф.Ф. Зехниев // Сб. 124 научных трудов в 2 т. под общей редакцией Ильичева В.А. – М.: Стройиздат, 1987. – т. 1. – С. 274-276. 47. Краев, А.Н. Повышение несущей способности водонасыщенного глинистого основания за счёт внедрения песчаных армированных свай / А.Н. Краев // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. – Томск: 2008 №4 – С146 – 150. 48. Краев, А.Н. Экспериментальные армирующих элементов на исследования деформированное влияния состояние гибких основания из водонассыщеного суглинка / А.Н. Краев // Сборник Всероссийской научнопрактической конференции «Актуальные проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири». – Тюмень: 2007. – С.147-150. 49. Кремнёв, А.П. Исследование влияния армирования на деформируемость сильносжимаемых водонасыщенных грунтов: Автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук: (05.23.02) – М: 1993. – 25с. 50. Кристенсен, Р. Введение в механику композитов / Р. Кристенсен // Пер. с англ. Под ред. Ю.М. Тарнопольского. – М. Мир, 1982. – 196с. 51. Курдюмов, В.И. Краткий курс оснований и фундаментов / В.И. Курдюмов. 1889. – 156с. 52. Кузнецов, А.В. Архитектурные конструкции / А.В. Кузнецов. – М.: Издво академии архитектуры, 1944. – 722с. 53. Кандауров, И.И. Механика зернистых сред и её применение в строительстве / И.И. Кандауров. – Л.: Стройиздат, 1966. – 320с. 54. Кандауров, И.И. Механика зернистых сред и её применение в строительстве / И.И. Кандауров. – Л.: Стройиздат, 1988. – 280с. 55. Литвинов, И.М. Укрепление слабых оснований. / И.М. Литвинов. – Гос. НТИ Украины. – 1934. 56. Литвинов, Н.М. Опыт строительства южно-трубного металлургического завода на лессовидных грунтах / Н.М. Литвинов // Сборник «Строительство на лессовидных грунтах». – 1939. – 122с. 57. Лесненко, Г.В. Основания и фундаменты / Г.В. Лесненко. – М.: 1930. 125 58. Литвинишен, Е. Перемещения сыпучих сред как стохастический процесс / Е. Литвинишин //Бюллетень Польской академии наук. – 1955. – №4. 59. Макаров, В.В. О модуле деформации мелких песков //Основания, фундаменты и механика грунтов / Макаров В.В. – 1969. №2. 60. Матвеев, С.Н. Геосинтетика в дорожных конструкциях / С.Н. Матвеев // Автомобильные дороги. – 2004. – № 8 (873). – С.42-44. 61. Медведев, Г.Л. Труды по основаниям и фундаментам / Г.Л. Медведев. – 1950. – 221с. 62. Морарескул, Н.Н. Основания и фундаменты в торфяных грунтах / Н.Н. Морарескул. – Л.: Стройиздат, 1979. – 80с. 63. Мангушев, Р.А. Методы подготовки и устройства искусственных оснований / Р.А. Мангушев, Р.А. Усманов, С. В. Ланько, В.В. Конюшков. – М. – СПб. Изд-во АСВ, 2012. – 280с. 64. Муллер, Р.А. К статистической теории распределения напряжений в зернистом грунтовом основании / Р.А. Муллер //Основания, фундаменты и механика грунтов. – 1962. – №4. 65. Натансон, И.П. Краткий курс высшей математики / И.П. Натансон // Серия «Учебники для вузов. Специальная литература». – СПб.: Издательство «Лань», 1999. – 736с. 66. Моро, Н. Известие о новом способе закладывать фундаменты в слабых грунтах / Н. Моро // Инженерные записки. – 1839. – №12. 67. Никифоров, А.А. Методы усиления оснований и фундаментов, применяемые в инженерной реставрации / А.А. Никифоров // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. – 2003. – №2. – С. 181-188. 68. Новожилов, Г.Ф. Новые способы усиления береговых устоев мостов / Г.Ф. Новожилов // Строительные свойства слабых и мерзлых грунтов, используемых в качестве оснований сооружений: Межвузовский тематический сборник трудов. – Ленинград, Ленуприздата, 1991. – С. 4-12. межвузовская типография (3) СППО-2 126 69. Новожилов, В.В. Вопросы механики сплошной среды. Л.: Судостроение, 1989. – 400с. 70. Николаев, В.В. Расчёт песчаных подушек на слабых грунтах / В.В. Николаев // Вопросы исследования лёссовых грунтов, оснований и фундаментов. – 1966. 71. Пат. 2361979, МПК51 Е 02 D 27/08. Способ повышения несущей способности и устойчивости фундаментов на слабых водонасыщенных грунтах / А.Н. Краев [и др.]. – 2009. – Бюл. № 20. 72. Пат. 2363814, МПК51 Е 02 D 27/08. Способ повышения несущей способности фундаментов на слабых водонасыщенных грунтах / А.Н. Краев [и др.]. – 2009. – Бюл. № 22. 73. Пат. 2522268 РФ, МПК Е 02 D 27/00. Армированная песчаная подушка с криволинейной подошвой / А.Н. Краев [и др.]. – 2014. 74. Офрихтер, В.Г. Методы строительства армогрунтовых конструкций / В.Г. Офрихтер, А.Б. Пономарёв, В.И. Клевеко, К.В. Решетникова. – М.: Издательство АСВ, 2013. – 152с. 75. Полуновский, А.С. Применение нетканых синтетических материалов при строительстве автомобильных дорог на слабых грунтах / А.С. Полуновский. – М.: Оргтрансстрой, 1979 – С. 17-18. 76. Пономарёв, А.Б. О некоторых теоретических подходах к расчёту свай из щебня в георешетке / А.Б. Пономарёв, А. Пауль // Труды международной научно-практической конференции по проблемам механики грунтов: Сборник трудов. – Пермь, 2004. – С. 248-256. 77. Пособие по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах. – М. 2004. – 254с. 78. Пузыревский, Н.Н. Расчеты фундаментов / Н.Н. Пузыревский. ЛНИП, 1923. – 184с. 79 Резник, А.С. Уплотнение макропористых грунтов грунтовыми сваями с применением энергии взрыва / А.С. Резник // Сборник статей по строительству 3(6), Машстройиздат. – 1950. – 142с. 127 80. Роза, С.А. Механика грунтов / С.А. Роза. – М.: Высш. шк., 1962. – 229с. 81. Спиридонов, А. Сооружение зданий на искусственном основании из песка / А. Спиридонов // Инженерные записки. – 1851. – №11. 82. Светинский, Е.В. Глубинное уплотнение слабых грунтов песчаными сваями / Е.В. Светинский. – М.: Стройиздат, 1957 – 45с. (не надо) 83. Симвулиди, И.А. Расчет иненерных конструкций на упругом основании / И.А. Симвулиди. – М.: Высш школа, 1978. – 128с. 84. Синицын, А.П. Расчет балок и плит на упругом основании за пределом упругости / А.П. Синицын – М.: Стройиздат, 1964. – 328с. 85. СП 22.13330.2011 Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83* / Минрегион России. - М.: ОАО "ЦПП", 2011. 86. Снитко, Н.К. Теория расчета балок на упругом основании ВТА РККА / Н.К. Снитко, 1937. – 218с. 87. Тажигулов, А.А. Песчаные подушки с геотекстилем на слабых водонасыщенных глинистых грунтах: Автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук: (05.23.02) – М: 1993. – 20с. 88. Терцаги, К. Строительная механика грунта на основе его физических свойств: пер. с нем. / К., Терцаги, А.А. Черкасова, П.С. Рубана, П.П. Смиренкина // Под ред. Герсеванова Н.М. – М. – Л.: Госстройиздат, 1933. – 392с. 89. Терцаги, К. Теория механики грунтов: пер. с нем. / Утевского И.С. // Под общ. ред. Цытовича Н.А. – М.: Гос. изд-во лит-ры по строительству, архитектуре и строительным материалам, 1961. – 507с. 90. Тимошенко, С.П. Теория упругости / С.П. Тимошенко // Главная редакция технико-теоретической литературы. – Л, 1937. – 281с. 91. Турсунов, Х.А. Напряженно-деформированное состояние двухслойных лессовых оснований: Автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук: (05.23.02) – Пермь, 1991. – 17с. 92. Улицкий, В.М. Геотехническое сопровождение реконструкции городов (обследование, расчеты, ведение А.Г. Шашкин. – М.: АСВ, 1999. – 327с. работ, мониторинг) / В.М. Улицкий, 128 93. Ухов, С.Б. Механика грунтов, основания и фундаменты / С.Б. Ухов, В.В. Семенов, В.В. Знаменский, З.Г. Тер-Мартиросян, С.Н. Чернышев // Учеб. пособие для строит. спец. Вузов. Рец.: каф. Строительных конструкций и сооружений Российского ун-та дружбы народов д-р техн. наук, профессор Б.И. Дидух. – М.: Высш. шк., 2002. – 566с. 94. Фадеев, А.Б. Метод конечных элементов в геомеханике / А.Б. Фадеев // Изд-во «Недра». – М., 1987. . – 214с. 95. Филоненко-Бородович, М.М. Простейшая модель упругого основания, способная распределять нагрузку / М.М. Филоненко-Бородович // Сб. трудов МЭМИИТ, вып. 53, 1945. . – 114с. 96. Флорин, В.А. Теория уплотнения земляных масс / В.А. Флорин // Стройиздат, 1949. – 267с. 97. Франциус, О. Основания и фундаменты: / О. Франциус // Под ред. Дмоховского В. К. – Л.: Вестник Ленинградского Облисполкома, 1930. – 384с. 98. Хамдан Фуад Ахмед. Повышение несущей способности глинистых грунтов методом армирования базальтовым волокном: Автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук: (05.23.02) – Киев, 1990. – 21с. 99. Цытович, Н.А. Механика грунтов / Н.А. Цытович. – М.: Госстройиздат, 1963. – 636с. 100. Цытович, Н.А. Основания и фундаменты / Н.А. Цытович, В.Г. Березанцев, Б. И. Далматов, М. Ю. Абелев // Под редакцией чл.- коорр. АН СССР профессора Н.А. Цытовича – М.: Высш. школа, 1970. – 384с. 101. Цытович, Н.А. Основы прикладной геомеханики в строительстве: Учеб. пособие: / Н.А. Цытович, З.Г. Тер-Мартиросян // Рец.: каф. инженерной геологии геологического факультета МГУ (зав. каф. акад. Сергеев Е.М.), чл.-кор. АН СССР П.Н. Кропоткин. – М.: Высш. школа, 1981. – 317с. 102. Цытович, Н.А. Прогноз скорости осадок оснований сооружений / Н.А. Цытович, Ю.К. Зарецкий, М.В. Малышев, Мартиросян. – М.: Стройиздат, 1967. – 240с. М.Ю. Абелев, З.Г. Тер- 129 103. Чичкин, А.Ф. Песчаные подушки в торфяных грунтах: дис. … канд. техн. наук: / Чичкин Александр Федорович – Ленинград, 1970. – 191с. 104. Швец, В.Б. Расчет осадки фундаментов с учетом структурной прочности грунта / В.Б. Швец // Исследования работы оснований и фундаментов промышленных зданий и сооружений. Сб. тр. – Свердловск, 1969. – 124с. 105. Широков, В.Н. Определение структурной прочности в компрессионных испытаниях / В.Н. Широков // Инженерная геология. 1987. №6. С.45 – 52. 106. Alexiew, D. Geogitterbewehrte Damme auf pfahlahnlichen Elementen: Grundlagen und Projekte, Bautechnik 81, Hefl 9, Emst und Sohn, Berlin. – 2004. S. 710-716. 107. Alexiew, D. Piled Embankmenst in soft soil for railroads: Metods and significant case studies. Proc. Of the 6th International Conference on Ground Improvement Technikues, Coimbra, Portual. – 2005. S. 87-94. 108. Carpenter, I.C. Vertical Sand Drain for stabilization of Musk Peat Soil, Proceedings American Society of Civil Fngineers / I.C. Carpenter // November. v. 79, №351, 1953. 109. Claes Alén Random calculation models exemplified on slope stability analysis and ground-superstructure interaction. Department of Geotechnical Engineering Chalmers University of Technology S-412 96 Göteborg, Sweden. 110. Gudehus, G. A constitutive low of the rate-type for soil. Ihird / G. Gudehus, D. Kolymbas // Out Conf. on Numer. Meth. in Geomech. Achen, 1979. 111. Janbu, N., Interpretation procedures for obtaining soil deformation parameters / N. Janbu, K. Senneset. / Design parameters in geotechnical engineering. Brighton, 1979. 112. Kempfer, H. –G.; Wallis, P., 1997: Geokunststoffummantelte Sandsaulen – ein neues Grundungsverfahren im Verkehrswegebau. 5. Information- und Vortragsveranstaltung uber Geokunststoffe in der Geotechnik. Sonderheft Geotechnik 1997, S. 41-46. 130 113. Raithel, M. 1999: Zum Trag- und Verformungsverhalten von geokunststoffummantelten Sandsaulen. Schriftenrehe Geotechnik der Universitat Kassel, H. 6. 114. Rankama, K. Suomen geologia / K. Rankama. Helsinki, 1981. 115. Roscoe, K.H. On the generalized Stress-Strain Behaviour of «Wet» Clay / K.H. Roscoe, J.B. Burland //Cambridge Univ. press. Heyman, Leskie, Eds. - 1968. 116. Reithel, M. Grundlung einer Bahnstrecke af organischen Boden met Tragsaulen im Mixed-ln_ Place_verfahren (MIP) und einem geokunstoffbewehrten Tragsaulen / M. Reithel, W. Schwarz, M. Stadel, September, vol. 79, 2004. 117. Szechy, K. A. Talajcsere szukseges mereteinek elmeleti es gyakorlati meghatarozasa. Az epitoipari es kozlekedesi muszaki egyetem tudomanyos kozlemenyei. 1967, №3-4. 118. Tochkov, E. Determination de la hauteur des semelles de sable sur sols tenders. «Comptes rendus du 5 congres international de mecanique des sols et des travaux de fondations», Paris, 1961, vol. I. 119. Drucker, D.C. Soil mechanics and plastic analysis or limit desing / D.C. Drucker, W. Prager // Quarterly of Applied Mathematics. – 1952. Vol. 10. P. 157165. 120. Zaeske, D. Zur Wirkungsweise von unbewehrten und bewehrten mineralischen Tragschichten uber Pfahlartigen Grundungselementen. Schriftenreihe Geotechnik, Uni Kassel, Heft 10, Februar, 2001. 121. Vertical Sand – Drains Consolidation of Soff water bearing Sool, Engineering News – Record, March, №6, 1947. 131 ПРИЛОЖЕНИЯ 132 Приложение 1 Свидетельство о поверке прогибомера 6ПАО. 133 Свидетельство о поверке прогибомера 6ПАО. 134 Свидетельство о поверке прогибомера 6ПАО. 135 Свидетельство о поверке прогибомера 6ПАО. 136 Свидетельство о поверке прогибомера 6ПАО. 137 Приложение 2 138 139 Приложение 3 Тарировочные зависимости мессдоз в программе tarirovka, разработанной в программной среде LabVIEW, установленной на ПК. 140 Тарировочные зависимости мессдоз в программе tarirovka, разработанной в программной среде LabVIEW, установленной на ПК.
