Научная работа основания и фундаменты

Обновлено: 18.04.2024

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Ионова Марианна Николаевна

В статье рассматриваются главные особенности, физико-химические свойства оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах . На территории Якутии вечномерзлые грунты наиболее распространены, поэтому строительство домов в таких грунтах дает основные, новые задачи и правила для строителей. Какие мероприятия надо проводить для строительства в вечномерзлых грунтах , следуя по принципам ВМГ , чтобы здание могло твердо стоять на таких грунтах .

Текст научной работы на тему «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах»

Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах Ионова М. Н.

Ионова Марианна Николаевна / Ionova Мапаппа Nikolaevna - студент, Инженерно-технический институт Северо-Восточный федеральный университет им. М. К. Аммосова, г. Якутск

Аннотация: в статье рассматриваются главные особенности, физико-химические свойства оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах. На территории Якутии вечномерзлые грунты наиболее распространены, поэтому строительство домов в таких грунтах дает основные, новые задачи и правила для строителей. Какие мероприятия надо проводить для строительства в вечномерзлых грунтах, следуя по принципам ВМГ, чтобы здание могло твердо стоять на таких грунтах. Ключевые слова: ВМГ, грунты, мерзлые грунты, принципы ВМГ, строительство на ВМГ.

Грунты, находящиеся в мерзлом состоянии 3 и более лет, называются многолетнемерзлыми или вечномерзлыми грунтами. Мерзлые грунты - это грунты, имеющие отрицательную температуру и льдоцементированные связи между частицами. Вечномерзлые грунты - это структурно неустойчивые грунты. Территория Якутии лежит на вечномерзлых грунтах, на севере Якутии 500-600 м, а в городе Якутске мощность достигает 200-250 м.

В районах распространения вечномерзлых грунтов выделяют 2 зоны: 1 зона аккумуляции, в которой температура грунтов в течение года постоянно меняется. 2 зона нулевых годовых амплитуд, где в течение многих лет температура грунтов остается постоянной [1, с. 45].

Если у грунта низкая температура, то в грунте имеется большое количество солей. Температура влияет на несущую способность основания [3, с. 45].

Физико-механические свойства мерзлых грунтов. Мерзлый грунт состоит из четырех компонентов: твердые частицы, вода, газ и лед.

Физические свойства: кроме плотности частиц грунта, суммарной влажности и т. д. (для талых грунтов должна быть определена льдистость за счет льда цемента и за счет ледяных включений). Также необходимо определить относительное содержание водорастворимых солей и относительное содержание органических веществ [2, с. 56].

Механические свойства: деформационные, прочностные, фильтрационные свойства.

• сопротивление сдвигу мерзлого грунта;

• сопротивление сдвигу с поверхности смерзания с материалом фундамента;

• сопротивление сдвигу льда;

• сопротивление нормального давления;

Для оттаивающих грунтов необходимо знать коэффициент оттаивания, коэффициент сжимаемости, угол внутреннего трения оттаивающего грунта, сцепление оттаивающего грунта [3, с. 69].

Устройство и основания фундаментов в условиях ВМГ.

ВМГ используются в качестве основания по 2 принципам:

Принцип 1 - вечномерзлые грунты основания используются в мерзлом состоянии, сохраняя в процессе строительства и в течение всего периода эксплуатации сооружения.

| 15 | НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ № 7 (8). 2016

Принцип 2 - вечномерзлые грунты основания используются в оттаянном или оттаивающем состоянии.

При 1 принципе сохранение грунтов в мерзлом состоянии обеспечивается устройством различных охлаждающих мероприятий:

■ устройство проветриваемого (холодного) подполья;

■ устройство холодных первых этажей;

■ укладка в основании и сооружения охлаждающих труб, каналов или применение вентилируемых фундаментов;

■ установка сезонно действующих охлаждающих устройств (СОУ);

■ другие мероприятия по устранению или уменьшению теплового воздействия сооружения на мерзлые грунты основания.

Первое здание с вентилируемым подпольем было построено в 1933 году и здание было построено на столбчатых фундаментах и было предусмотрено вентилируемое подполье [2, с. 100].

При передаче больших нагрузок на пол здания используют систему охлаждающих труб или систему вентилируемых каналов или фундаментов. Обеспечивают работу естественным вентилированием или искусственным с помощью вентиляторов.

Естественное вентилирование может быть за счет перепада высоты у входа и у выхода.

Все должно быть рассчитано в зависимости от диаметра, длины труб, от поворотов и т. д.

При высокотемпературных грунтах широкое распространение получили СОУ. Они могут быть наклонными, горизонтальными и вертикальными. СОУ подразделяются на жидкостные и парожидкостные. СОУ могут быть эффективными при их применении в системе [1, с. 45].

При 2 принципе если при деформации, происходящей в результате оттаивания грунтов, не возникают дополнительные усилия в конструкциях зданий и сооружений, приводящие к их разрушению или большим деформациям, то здание и сооружение можно строить с допущением оттаивания ММГ.

Для уменьшения деформации необходимо предусмотреть предварительное оттаивание грунтов.

Для выбора метода устройства оснований рассчитывается максимальная глубина оттаивания грунтов или глубина оттаивания на срок эксплуатации здания.

Далее рассчитываются осадки. Эти деформации сопоставляются с предельными деформациями, и решается вопрос, какой из этих двух методов следует выбирать для строительства:

• допустить оттаивание до начала строительства;

• допустить оттаивание грунтов в период эксплуатации зданий и сооружений [1, с. 89].

1. ПахомовГ. Я. Основания и фундаменты. М.: Изд-во Эксмо, 2010. 250 с.

2. Федотов С. И., Коперин И. Ф., Андреев В. И. Строительство в вечномерзлых

Оглавление диссертации кандидат технических наук Скибин, Геннадий Михайлович

1. ОСНОВНЫЕ РАЗРАБОТКИ В ОБЛАСТИ РАСЧЕТА ОСНОВАНИЙ И КОНСТРУКЦИЙ ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ.

1.1 Классификация фундаментов под стены и особенности конструктивных решений ленточных фундаментов.

1.2 Теоретические исследования работы оснований и способы совершенствования расчета оснований ленточных фундаментов в практике проектирования.

1.3 Обзор экспериментальных исследований работы грунтовых оснований.

1.4 Постановка задач диссертационной работы.

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

НАПРЯЖЕННО - ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПЕСЧАНОГО ОСНОВАНИЯ МОДЕЛИ ЛЕНТОЧНОГО ФУНДАМЕНТА.

2.1 Автоматизированная система научных исследований для экспериментального моделирования работы основания. Анализ погрешностей измерений.

2.2 Методика экспериментального моделирования.

2.3 .Изучение напряженно-деформированног состояния основания по оси штампа.

2 .4 Развитие вертикальных и горизонтальных напряжений в основании в процессе нагружения.

2.5 Изучение особенностей формирования упругого ядра под моделью ленточного фундамента.

2.6 Сравнение результатов экспериментов с данными информационного моделирования работы упругопластического основания.

3 РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ПО НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ.

3.1 Основные положения и принципы подхода к теоретическому решению задачи о предельном состоянии основания жесткого ленточного фундамента.

3.2 Алгоритм расчета и анализ предельного состояния основания под шероховатым ленточным фундаментом.

3.3 Развитие теоретического решения об определении верхних оценок несущей способности оснований ленточных фундаментов.

3.4 Сравнение результатов компьютерного моделирования в ПК «ПРЕСС» с результатами теоретических решений и экспериментальными данными.

4 НОВЫЕ КОСТРУКЦИИ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ.

4.1 Конструктивные решения сборной подушки ленточного фундамента из балочных элементов.

4.2 Подходы к решению задачи об оптимальном фундаменте.

4.3 Методика многокритериальной оптимизации ленточных фундаментов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование взаимодействия грунтового основания и ленточных фундаментов и оптимизация проектных решений»

В общих затратах труда на возведение зданий и сооружений существенная доля приходится на устройство фундаментов, стоимость фундаментов составляет до 15 % общей стоимости строительства, на их устройство расходуется до 25% трудовых затрат и до 40% времени. Значительное место в фундаменто-строении, особенно при возведении гражданских зданий, занимают ленточные фундаменты под стены. В связи с этим вопросы внедрения новых конструкций, разработка эффективных методов по их расчету, экспериментальное и теоретическое изучение оснований ленточных фундаментов представляют большой интерес.

Определению несущей способности фундаментов посвящены работы многих авторов Л.Прандтль, М.И. Горбунов-Посадов, К. Терцаги, М.В. Малышев, В.Г. Березанцев и др. Существует ряд методик которые можно разделить на две группы: аналитические и численные. В последнее время в связи с появлением новых быстродействующих компьютеров развитие и совершенствование численных методов получило мощный толчок, поэтому актуальность аналитических решений и оценка достоверности результатов, полученных численными методами, неоспорима. С точки зрения оценки решений наибольший интерес представляют методы по определению верхней оценки несущей способности оснований, поскольку большинство из существующих аналитических решений по определению несущей способности оснований можно отнести к нижним оценкам, например известное точное решение Л. Прандля для оснований не обладающих собственным весом, нагруженных гладкими фундаментами, является нижней оценкой как для оснований обладающих собственным весом так и для оснований нагруженных шероховатыми фундаментами. На основе изложенного, разработка и внедрение аналитического метода определения верхней оценки несущей способности оснований ленточных фундаментов является актуальной задачей.

Целью диссертационной работы является развитие методов проектирования ленточных фундаментов зданий и сооружений на основе экспериментальных, теоретических исследований и компьютерной оптимизации

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи: 1. Экспериментальное изучение работы песчаного основания под жесткими шероховатыми ленточными штампами в условиях последовательного загружения, вплоть до предельного.

2 Теоретические исследования и развитие методик расчета несущей способности оснований ленточных фундаментов.

3. Реализация в компьютерном проектировании программных модулей для ПК "ПРЕСС" по определению несущей способности и верхней оценки несущей способности оснований ленточных фундаментов.

4. Разработка конструкции составной плиты сборного ленточного фундамента под стены зданий и рекомендаций по ее расчету.

5. Разработка модуля многокритериальной оптимизации параметров ленточных фундаментов для ПК "АПОФЕОС".

Научная новизна работы заключается в том, что :

- получена новая информация о напряженно-деформированном состоянии и процессах упруго-пластического деформирования песчаного основания ленточного фундамента в экспериментальных исследованиях на моделях;

- экспериментально подтверждены особенности упругопластического деформирования оснований ленточных фундаментов, которые имеют место в теоретическом решении упругопластической задачи полученном Ю.Н. Мурзенко с участием В.П. Дыбы;

- развито теоретическое решение задачи об определении верхних оценок несущей способности оснований ленточных фундаментов.

- исследовано напряженно-деформированное и предельное состояние основания ленточного штампа методом информационного моделирования на персональном компьютере и получены данные, используемые в анализе теоретических и экспериментальных данных для задач проектирования;

- разработаны программные модули для программного комплекса "ПРЕСС", позволяющие определять нижние и верхние оценки несущей способности оснований ленточных фундаментов;

- разработан программный модуль для программного комплекса "АПОФЕОС", позволяющий оптимизировать параметры ленточных фундаментов по многокритериальной методике;

- предложена и исследована новая конструкция сборного ленточного фундамента, подтвержденная патентом.

На защиту выносятся результаты экспериментальных исследований, метод определения верхней оценки несущей способности основания под ленточным фундаментом, методика многокритериальной оптимизации параметров ленточных фундаментов, предложения по конструированию и расчету сборного ленточного фундамента.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы, включающего 140 наименований и 3 приложений. Полный объем диссертации 173 страницы, включая 55 рисунков и 10 таблиц. Основной текст диссертации (без оглавления, списка литературы, приложений, рисунков и таблиц) содержит 108 страниц машинописного текста.

Оглавление диссертации кандидат технических наук Абелев, Константин Маркович

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ СТРОИТЕЛЬСТВА

СООРУЖЕНИЙ НА СЛАБЫХ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ГРУНТАХ.

1.1. Особые свойства слабых водонасыщенных пылевато-глинистых грунтов.

1.2. Анализ современных технологий устройства оснований и фундаментов на слабых водонасыщенных грунтах.

1.3. Современные технологии устройства песчаных подушек.

1.4. Современные технологии глубинного уплотнения слабых водонасыщенных грунтов.

1.5. Анализ исследований деформаций сооружений на слабых водонасыщенных грунтах в процессе строительства.

1.6. Анализ исследований деформаций зданий, пристраиваемых к существующим зданиям в процессе строительства.

1.7. Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ОСАДОК ФУНДАМЕНТОВ, РАСПОЛОЖЕННЫХ НА СЛАБЫХ ГРУНТАХ, В ПРОЦЕССЕ СТРОИТЕЛЬСТВА.

2.1. Современные технологии устройства оснований и фундаментов на слабых водонасыщенных грунтах.

2.2. Расчет осадок фундаментов зданий на слабых водонасыщенных грунтах в процессе строительства.

2.3. Определение конечной (стабилизированной) осадки основания из слабых водонасыщенных глинистых грунтов.

2.4. Аналитическое решение одномерной консолидации полностью водонасыщенного слабого глинистого грунта.

2.5. Консолидация во времени слоя слабого водонасыщенного грунта под постоянной нагрузкой.

2.6. Расчет консолидации слоя грунта при действии нагрузки, возрастающей во времени (в процессе строительства).

2.7. Расчет осадок сооружений возводимых на слабых водонасыщенных грунтах.

2.8. Сопоставление результатов расчета консолидации слоя слабых водонасыщенных глинистых грунтов с данными натурных наблюдений.

2.9. Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ УСТРОЙСТВА

ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ ПРИ ПРИСТРОЙКЕ НОВЫХ СООРУЖЕНИЙ К СУЩЕСТВУЮЩИМ ЗДАНИЯМ НА СЛАБЫХ ГРУНТАХ.

3.1. Анализ причин деформаций существующих зданий при пристройке к ним новых сооружений.

3.1.1. Деформации существующих зданий при строительстве вблизи них сооружений на фундаментах мелкого заложения.

3.1.2. Деформации существующих зданий при нарушении технологии устройства вблизи них шпунта и свай.

3.2. Современные технологии устройства оснований и фундаментов при пристройке новых зданий к существующим.

3.2.1. Анализ те) пологий устройства фундаментов при пристройке новых сооружений к существующим.

3.2.2. Особенности технологии устройства фундаментов вблизи существующих зданий и разработки проекта производства работ.

3.2.3. Разработка проекта производства работ при устройстве фундаментов мелкого заложения вблизи существующих зданий.

3.2.4. Применение разъединительного шпунта как средства защиты конструкций существующих зданий.

3.3. Натурные исследования влияния строящегося жилого здания на осадки близрасположенных зданий на слабых водонасыщенных грунтах.

3.4. Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРЕДЕЛОВ

ПРИМЕНИМОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ ПО УСТРОЙСТВУ ИСКУССТВЕННЫХ ОСНОВАНИЙ ЗДАНИЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ НА СЛАБЫХ

4.1. Задачи исследований.;.

4.2. Конструкция экспериментального стенда по изучению консолидации грунтов.

4.3. Методика и состав выполненных исследований на экспериментальном стенде.

4.4. Исследования кольматации песчаных дрен при уплотнении засоленных глинистых грунтов.

4.5. Лабораторные исследования проникновения глинистых частиц в песчаный слой на специальном лабораторном стенде.

4.6. Выводы по главе 4.

ГЛАВА 5. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ ПРИ УСТРОЙСТВЕ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ ЗДАНИЙ НА СЛАБЫХ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТАХ.

5.1. Устройство котлованов в слабых водонасыщенных глинистых грунтах.

5.2. Особенности разработки проектов производства работ при строительстве зданий на слабых водонасыщенных глинистых грунтах.

5.3. Контроль качества работ по устройству оснований и фундаментов на слабых водонасыщенных глинистых грунтах.

5.4. Особенности составления технологических карт по устройству фундаментов и искусственных оснований на слабых водонасыщенных глинистых грунтах.

5.5. Особенности производства работ по устройству железобетонных свай в слабых водонасыщенных глинистых грунтах.

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Особенности технологии устройства оснований и фундаментов гражданских зданий на слабых водонасыщенных глинистых грунтах»

В настоящее время началось массовое освоение территорий, сложенных слабыми водонасыщенными грунтами, для строительства новых гражданских и промышленных сооружений. При производстве строительных работ произошло много аварий и деформаций, нарушающих эксплуатационную пригодность сооружений. Действующие нормативные строительные нормы и правила по устройству оснований сооружений и по технологии производства работ не учитывают особенности свойств слабых водонасыщенных грунтов, используемых в качестве оснований сооружений.

К слабым водонасыщенным грунтам относятся грунты различного происхождения, которые в настоящее время являются сильносжимаемыми и водонасыщенными. В соответствии с решениями российских и международных конференций к группе слабых водонасыщенных грунтов относят грунты, сжимаемость которых характеризуется значением модуля общей деформации 5 МПа или меньше, а степень влажности равна или более 0,8, то есть у таких грунтов более 80% пор заполнены водой. По действующим нормам СНиП 2.02.01-83 такие грунты называются водонасыщенными.

К группе слабых грунтов относятся морские и пресноводные илы, водо-насыщенные лессовые грунты, ленточные глины, различные глинистые грунты текучей и текучепластичной консистенции и другие виды пылевато-глинистых грунтов.

За рубежом (Малайзия, Китай, Индонезия, Ирак, Аргентина и т.д.) имеются территории, где слабые водонасыщенные грунты (преимущественно морские илы) залегают на глубину до 60 м.

При строительстве сооружений на больших толщах слабых водонасы-щенных пылевато-глинистых грунтов необходимо решить ряд сложных задач.

Другой сложной проблемой является обеспечение устойчивости фундаментов на слабых грунтах. Это объясняется тем, что слабые водонасыщенные пылевато-глинистые грунты характеризуются малой прочностью. Для них характерны значения угла внутреннего трения от 3° до 14°, а сцепления - от 0,0 до 0,02 МПа. Только в течение длительного времени, в процессе уплотнения грунтов, уменьшается сжимаемость (увеличивается модуль деформации грунтов) и повышаются прочностные характеристики грунтов. Однако именно малой прочностью грунтов объясняются многочисленные аварии сооружений во время строительства на слабых грунтах.

Третьей проблемой, определяющей сложность строительства на больших толщах слабых грунтов, является положение, что процесс уплотнения слабых водонасыщенных пылевато-г .инистых грунтов протекает медленно, в течение длительного времени (несколько месяцев, а иногда несколько лет), и в этот период протекают неравномерные осадки стоящих или построенных сооружений.

Анализ деформаций промышленных и гражданских сооружений, построенных на слабых грунтах по различным технологиям (свайные фундаменты из железобетонных свай, песчаные подушки, песчаные сваи, известковые сваи, дренажные прорези и т.д.), показал, что в большинстве случаев рассчитанные по существующим методам осадки (по теории линейно-деформируемых тел) значительно отличаются от фактических осадок (наблюдаемых реальных сооружений). Кроме того, существующие технологии устройства основания и подземных сооружений нулевого цикла часто приводят к появлению деформаций в процессе строительства в недостроенных частях сооружений на слабых грунтах.

До настоящего времени не разработаны особенности технологии возведения фундаментов и подземных частей сооружений на слабых грунтах с учетом изменения характеристик грунтов основания в процессе строительства.

В связи с вышеизложенным цель данной диссертационной работы заключалась в том, чтобы разработать технологию устройства оснований и фундаментов на слабых водонасыщенных пылевато-глинистых грунтах с учетом изменения характеристик сжимаемости и прочности грунтов в процессе строительства сооружений.

Для достижения данной цели были дополнительно поставлены и решены следующие задачи:

1. Исследовать причины массовых деформаций и аварий фундаментов и построенных подвальных стен и конструкций первых этажей жилых зданий при строительстве на слабых водонасыщенных грунтах и разработать мероприятия, препятствующие развитию деформаций зданий и сооружений в процессе их монтажа и возведения на слабых грунтах.

2. На основе анализа исследований свойств слабых водонасыщенных глинистых грунтов установить особые свойства этих грунтов, которые необходимо учитывать при разработке проекта производства работ (ППР) и при выполнении работ нулевого цикла в процессе строительства зданий.

3. Разработать инженерные методы определения осадок фундаментов, расположенных на слабых грунтах, в процессе строительства здания, с учетом особых свойств слабых грунтов.

4. Провести сравнение осадок сооружений проведенных натурных наблюдений за развитием осадок зданий и сооружений, расположенных на слабых грунтах, в процессе строительства, с данными расчета по предложенным аналитическим формулам определения осадок для установления пределов применимости, разработанного аналитического решения.

5. Провести лабораторные исследования работы наиболее часто применяемых искусственных оснований (песчаных подушек, песчаных свай и песчаных дрен) и выявить причины снижения эффективности этих искусственных оснований во времени при их устройстве на слабых водонасыщенных глинистых и засоленных грунтах. Разработать технологию, обеспечивающую длительную нормальную эксплуатацию искусственных оснований в указанных выше сложных грунтовых условиях.

6. На основе анализа технологии строительного производства по устройству оснований и фундаментов новых зданий, при пристройке к существующим на слабых водонасыщенных глинистых грунтах, выяснить причины деформаций и аварий сооружений в процессе строительства и разработать технологию устройства фундаментов вблизи существующих зданий.

7. Разработать технологию производства работ по устройству котлованов в слабых грунтах, с учетом их специфических свойств, для разработки проекта производства работ при строительстве зданий на слабых водонасыщенных грунтах.

8. Разработать технологию производства работ нулевого цикла с учетом специфических особенностей свойств слабых водонасыщенных грунтов основания, методику проведения инженерно-геологических изысканий, проект производства работ, методику проведения мониторинга за строящимися зданиями и расположенными вблизи них сооружениями.

9. Выработать требования по особенностям производства работ при устройстве свайных фундаментов в слабых грунтах и по особенностям составления технологических карт по устройству оснований и фундаментов на слабых грунтах.

Научная новизна работы состоит в том, что на оснрве анализа аварий в процессе строительства сооружений, расположенных на слабых грунтах, установлены основные факторы, которые не учитывались при разработке ППР на устройство оснований и фундаментов. Предложен новый метод учета осадок фундаментов сооружений в процессе строительства с учетом специфических свойств слабых водонасыщенных глинистых грунтов основания. Установлено, что при устройстве песчаных подушек, свай, дрен происходят процессы кольматации песка в теле этих искусственных оснований, в результате чего снижается устойчивость фундаментов. Предложены новые технологии устройства песчаных свай, дрен и песчаных подушек, снижающих негативное влияние кольматации песка. Установлены особенности уплотнения засоленных слабых грунтов и предложены технологии производства работ по устройству оснований на засоленных грунтах с промывкой песчаных подушек водой и растворами кислот.

Практическая ценность данной работы заключается в том, что впервые разработаны новые положения по учету особых свойств слабых грунтов (высокая сжимаемость, малая прочность, длительность протекания осадок фундаментов строящихся зданий во времени, нелинейная зависимость между изменением давления на фундамент в процессе строительства здания и конечными деформациями и т.д.) при составлении проекта производства работ и технологических карт. Установлены новые требования к технологии производства работ по устройству котлованов на слабых воодонасыщенных грунтах, в том числе и с учетом возможного промерзания грунтов. Предложена новая схема производства работ при устройстве зданий в виде законченных жестких отдельных частей, которые могут консервироваться при перерывах в строительстве. Предложена методика организации контроля качества производства работ при устройстве оснований и фундаментов на слабых водона-сыщенных глинистых грунтах.

Предложена методика проведения исследований прочности слабых грунтов с учетом их уплотнения в процессе строительства. Результаты исследований позволяют предотвратить потерю устойчивости фундаментов подвальных стен в процессе строительства на слабых водонасыщенных глинистых грунтах при разработке проекта производства работ. Предложено учитывать при прогнозе осадок сооружения, что в процессе производства работ нижняя часть песчаной подушки кольматируется глинистыми частицами или солями, что приводит к изменению сжимаемости и прочности этой части песчаной подушки в процессе производства работ. Поэтому расчет песчаной подушки должен производиться не как однослойного основания с одинаковыми деформативными и прочностными свойствами по толщине, а как двухслойного основания, где нижний слой является слоем, в котором находится большое количество глинистых частей и солей. Предложены практические рекомендации по технологии устройства оснований и фундаментов для строящихся рядом с существующими сооружениями новых зданий на слабых водонасыщенных глинистых грунтах и методика организации мониторинга за вновь строящемся и ранее расположенными вблизи сооружениями.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на семинарах ЦМИПКС при МГСУ, на научно-технических конференциях в ГАСИС (2000-2001 гг.), на Международном семинаре по механике грунтов и проблемам свайного фундаментостроения (г.Одесса, 2001 г.) и на Международном семинаре "Геотехнические и эксплуатационные проблемы нефтегазовой отрасли" (г. Тюмень, 2002 г.). Отдельные разделы диссертации включены в учебные пособия для институтов повышения квалификации строителей.

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 14 печатных работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5-ти глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Диссертация выполнена на 200 стр., содержит 47 рисунков и 17 таблицы. Список литературы включает 123 наименований.

Данная книга представляет собой перевод учебника «Основания и фундаменты».
В книге освещаются методы классификации грунтов и скальных пород, а также основные вопросы проектирования и расчета оснований и фундаментов.
Книга предназначена для ознакомления инженеров-строителей и проектировщиков с состоянием фундаментостроения.

Предисловие редактора 4
Предисловие 10
Часть I. Свойства материалов оснований 12
Глава 1. Грунты и скальные породы 12
§ 1.1. Основные характеристики скалы и грунта 12
§ 1.2. Описание и полевое определение скальных пород 14
§ 1.3. Описание и полевое определение грунтов 20
§ 1.4. Индексационные свойства грунтов 24
§ 1.5. Свойства грунтовых частиц 25
§ 1.6. Соотношение между весом и объемом грунтового агрегата 29
§ 1.7. Структура и консистенция грунтового агрегата 37
§ 1.8. Системы классификации грунтов 45
§ 1.9. Порядок работы при классификации и описании материалов основания 57
Глава 2. Физические свойства грунтов и скальных пород 61
§ 2.1. Водопроницаемость грунта 61
§ 2.2. Водопроницаемость скальных пород 68
§ 2.3. Межчастичное и поровое давление 69
§ 2.4. Влажность грунта, дренаж и явления при замерзании 73
§ 2.5. Деформативные характеристики грунтов 78
§ 2.6. Деформативные характеристики песчаных грунтов 80
§ 2.7. Деформативные характеристики глинистых грунтов 81
§ 2.8. Методы исследования прочности грунта и скалы 94
§ 2.9. Сопротивление песка сдвигу 95
§ 2.10. Сопротивление сдвигу ила и илистого песка 98
§ 2.11. Сопротивление сдвигу глины 99
§ 2.12. Сопротивление сдвигу и прочность скалы при сжатии 101
Глава 3. Техника исследования грунтовой толщи 102
§ 3.1. Методы разведки грунтов 102
§ 3.2. Разведочное бурение 103
§ 3.3. Отбор образцов 107
§ 3.4. Прямые методы измерения консистенции и относительной плотности 112
§ 3.5. Прочие методы исследования грунта 115
§ 3.6. Запись результатов полевых исследований 118
Глава 4. Характер природных отложений 119
§ 4.1. Происхождение природных отложений 119
§ 4.2. Грунтовые отложения, образовавшиеся в период оледенения 121
§ 4.3. Речные отложения 127
§ 4.4. Эоловые отложения 131
§ 4.5. Береговые отложения 132
§ 4.6. Материковые скальные породы и элювиальные грунты 134
Глава 5. Объем исследований грунтов 138
§ 5.1. Составление программы исследований 139
Часть II. Типы фундаментов и методы их сооружения 143
Глава 6. Разработка котлована и крепление его откосов 143
§ 6.1. Введение 143
§ 6.2. Котлованы без крепления 144
§ 6.3. Крепление откосов неглубоких котлованов 145
§ 6.4. Крепление откосов глубоких котлованов 146
§ 6.5. Подвижки грунта, связанные с рытьем котлованов 148
Глава 7. Дренаж и стабилизация грунта 149
§ 7.1. Введение 149
§ 7.2. Дренажные канавы и зумпфы 150
§ 7.3. Иглофильтры 151
§ 7.4. Глубинные насосы 153
§ 7.5. Уплотнение грунту с помощью песчаных свай 153
§ 7.6. Различные способы осушения и укрепления грунтов 154
Глава 8. Раздельные и сплошные фундаменты 156
§ 8.1. Типы фундамента 156
§ 8.2. История развития фундаментостроения 156
§ 8.3. Общие положения 158
§ 8.4. Допускаемое давление на грунт 159
§ 8.5. Обычный метод определения размеров фундамента для обеспечения одинаковой осадки 160
§ 8.6. Определение размеров фундамента 161
§ 8.7. Групповые фундаменты 163
§ 8.8. Сплошной фундамент 164
§ 8.9. Полы, опирающиеся на грунт 165
§ 8.10. Дренаж и гидроизоляция 165
Глава 9. Свайные фундаменты 168
§ 9.1. Типы свай 169
§ 9.2. Забивка свай 173
§ 9.3. Работа свай на вертикальную нагрузку 176
§ 9.4. Свайные ростверки 178
Глава 10. Опоры 181
§ 10.1. Определения 181
§ 10.2. Способы сооружения опор 181
Глава 11. Мостовые опоры, подпорные стенки и устои 189
§ 11.1. Мостовые опоры 190
§ 11.2. Подпорные стенки 190
§ 11.3. Устои 193
Глава 12. Усиление и подводка фундаментов 194
§ 12.1. Временные усиления 194
§ 12.2. Подводка фундаментов 196
Часть III. Проектирование и расчет оснований и выбор типа фундамента 198
Глава 13. Факторы, определяющие выбор типа фундамента 198
§ 13.1. Основные стадии проектирования 198
§ 13.2. Несущая способность и осадка 200
Глава 14. Фундаменты на песке 202
§ 14.1. Основные характеристики песчаных отложений 203
§ 14.2. Фундаменты на песке 203
§ 14.2,а. Примеры расчета фундаментов на песчаном грунте 211
§ 14.3. Сплошные фундаменты на песчаном грунте 216
§ 14.3,а. Расчет сплошного фундамента на песке 217
§ 14.4. Свайные фундаменты в песчаных грунтах 219
§ 14.5. Опоры на песчаном основании 224
§ 14.6. Земляные работы в песчаных грунтах 225
§ 14.7. Влияние вибрации 227
Глава 15. Фундаменты на глинистых грунтах 228
§ 15.1. Основные характеристики глинистых грунтов 228
§ 15.2. Раздельные фундаменты на глине 229
§ 15.2,а. Пример расчета раздельных фундаментов на глине 233
§ 15.3. Сплошные фундаменты на глине 236
§ 15.4. Свайные фундаменты на глинах 236
§ 15.4,а. Пример расчета свайных фундаментов на глине 242
§ 15.5. Опоры в глинистом грунте 243
§ 15.6. Осадка фундаментов на глинах 244
§ 15.6,а. Пример расчета осадки сплошного фундамента на глине 253
§ 15.6,б. Пример расчета осадки свайного фундамента на глине 255
§ 15.7. Горизонтальные силы и деформации, возникающие под действием вертикальных нагрузок на глину 257
Глава 16. Основания на илистых и лессовых грунтах 260
§ 16.1. Основные характеристики илов и лессов 261
§ 16.2. Раздельные и сплошные фундаменты на илистом грунте 262
§ 16.3. Сваи в илистом грунте 263
§ 16.4. Опоры в илистом грунте 263
§ 16.5. Раздельные и сплошные фундаменты на лессах 264
§ 16.6. Сваи и опоры в лессах 265
Глава 17. Фундаменты на неоднородном грунте 266
§ 17.1. Введение 267
§ 17.2. Мягкие или рыхлые пласты на плотном грунте 268
§ 17.3. Плотный или жесткий грунт, подстилаемый мягким грунтом 268
§ 17.3а. Пример расчета фундамента на песке, подстилаемом слоем глины 270
§ 17.4. Перемежающиеся слои мягкого и жесткого грунтов 273
§ 17.5. Невыдержанные отложения 273
Глава 18. Деформации оснований, вызванные производством работ 275
§ 18.1. Осадки, происходящие вследствие выемки грунта 276
§ 18.2. Осадка, возникающая вследствие вибрации 278
§ 18.3. Осадка вследствие понижения уровня грунтовых вод 279
§ 18.4. Деформации грунта от забивки свай 280
§ 18.6. Значение полевых наблюдений для контроля над производством работ 281
§ 18.6. Влияние методов производства работ на проектирование 282
Часть IV. Расчет и конструирование фундаментов 283
Глава 19. Центрально нагруженные фундаменты под отдельные колонны и стены 283
§ 19.1. Основы расчета 283
§ 19.2. Критические сечения 284
§ 19.3. Размещение арматуры 286
§ 19.4. Высота фундамента 287
§ 19.5. Порядок расчета и использование кривых для определения минимальной высоты фундамента 287
§ 19.6. Фундаменты колонн 288
§ 19.7. Свайные фундаменты под отдельные колонны 289
Глава 20. Фундаменты, подвергающиеся действию моментов 291
§ 20.1. Введение 292
§ 20.2. Равнодействующая в пределах средней трети подошвы 293
§ 20.3. Равнодействующая за пределами средней трети 295
§ 20.4. Момент относительно обеих осей 296
§ 20.5. Фундаменты несимметричной формы 297
§ 20.6. Момент в свайных фундаментах 298
§ 20.7. Сваи, работающие на растяжение 301
§ 20.8. Пример расчета мостовой опоры 301
Глава 21. Групповые и сплошные фундаменты 305
§ 21.1. Назначение групповых фундаментов 306
§ 21.2. Спаренные фундаменты прямоугольной и трапецеидальной формы 306
§ 21.3. Консольные фундаменты 308
§ 21.4. Назначение расчетных нагрузок 308
§ 21.5. Расчет конструкции спаренных фундаментов 309
§ 21.6. Проектирование сплошных фундаментов 311
Глава 22. Подпорные стенки и устои мостов 314
§ 22.1. Введение 314
§ 22.2. Размеры консольной подпорной стенки 315
§ 22.3. Силы, действующие на 'подпорные стенки 316
§ 22.4. Последовательность проектирования консольной подпорной стенки 322
§ 22.5. Пример расчета консольной подпорной стенки 322
§ 22.6. Подпорные стенки на сваях 324
§ 22.7. Пример расчета фундамента с наклонными сваями 328
§ 22.8. Устои моста 330
Оглавление 336

Данная работа затрагивает одну из основных разновидностей строительства — реконструкцию. В частности, статья касается мероприятий по усилению фундаментов существующих зданий. В работе рассмотрены основные методы по усилению оснований и фундаментов зданий, изучены их организационно-технологические особенности, проанализированы достоинства и недостатки каждого из методов производства работ, а также выявлены основные сложности в организации рассмотренных методов.

Следует отметить степень важности поднимаемой темы в данный период. В рамках современного мегаполиса эта тема имеет особую актуальность. В быстроразвивающемся городе имеет место быть колоссальное количество факторов, влияющих на несущую способность грунтов оснований, а также являющихся причиной высокого износа фундаментов существующих зданий: строительство новых станций метрополитена, возведение зданий в условиях плотной городской застройки, увеличение эксплуатационных нагрузок на существующие здания, ошибки, допущенные на стадии проектирования и производства работ по возведению здания, изменение геологических условий грунтов основания. Эти факторы так или иначе приводят к необходимости своевременно выполнить работы по усилению фундаментов существующих зданий. Вследствие этого появляется необходимость выбора наиболее оптимального метода, требующего наименьших затрат материально-технических и финансовых ресурсов, обеспечивающего возможность проведения работ в условиях плотной городской застройки в эксплуатируемых зданиях, а также, несомненно, обеспечивающий фундаменты здания необходимыми прочностными характеристиками. Исходя из описанного выше, можно сделать вывод, что данная тема особо актуальна в рамках города с высокими темпами развития.

Манжетная цементация

Главной составляющей технологии манжетной цементации является манжетная колонна, погружаемая в предварительно пробуренную скважину. Эта колонна оборудована специальными клапанами, позволяющими производить цементацию грунтов позонно, с применением избыточного давления. Также существенным преимуществом является возможность использовать манжетную колонну для многократных повторов инъекции.

Традиционно манжетная колонна погружается в скважину, заполненную малопрочным цементно-бентонитовым или специализированным составом — обойменным раствором, который не позволяет инъецируемому раствору свободно распространяться вдоль скважины, а направляет его непосредственно в инъектируемый горизонт грунта.

В зависимости от консистенции, состава раствора и давления инъекции манжетная цементация может производиться в режиме пропитки, в режиме заполнения полостей, в режиме уплотнения грунта и в режиме гидроразрывов. Применение манжетной цементации возможно в песчаных, суглинистых, глинистых, насыпных грунтах, лёссах и других грунтах. Метод манжетной цементации позволяет исключить трудоемкие работы по устройству котлованов.

Недостатком данной технологии является невозможность проконтролировать полученный результат, а также выдавливание раствора на поверхность через соседние манжетные колонны или в цокольный этаж здания через каменную кладку фундамента, что является причиной загрязнения окружающей среды, а также является риском попадания цементного раствора в подземные коммуникации. При производстве работ данным методом необходимо предусмотреть мероприятия по предотвращению распространения вытекающего раствора на близлежащие территории.

Частичная иполная разгрузка фундаментов

Частичную разгрузку выполняют путем установки временных деревянных опор и деревянных и металлических подкосов. С этой целью в подвале или на первом этаже укладывают опорные подушки, на которые укладывают опорный брус с последующей установкой на него деревянных стойках. С помощью скоб на стойках закрепляют деревянные прогоны. После между стойками и нижним опорным брусом забивают клинья, таким образом стойки включаются в работу. Тем самым нагрузка от перекрытий частично перераспределяется на временные опоры, снимаясь со стен здания. Чтобы стойки максимально включались в работу, их необходимо устанавливать строго друг над другом на каждом этаже.

Полную разгрузку осуществляют путем заделывания поперечных металлических или железобетонных балок в каменную кладку стены. Для этого в нижней части стены вблизи верхнего обреза фундамента через 2–3 м пробивают сквозные отверстия, в которые заводят поперечные балки. Под каждой поперечной балкой устраивают две опорные подушки на уплотненном основании. Передача нагрузки на опорные подушки осуществляется через продольные балки с помощью клиньев или домкратов. При неудовлетворительном состоянии стены ее предварительно усиливают путем установки рандбалок, которые располагаются выше пробиваемых отверстий.

Достоинством метода частичной или полной разгрузки фундаментов является отсутствие необходимости в специализированных механизмах и относительная простота производства работ. Однако недостаток затронутого метода в том, что он не повышает несущую способность грунтов основания, а соответственно, не обеспечивает прочность здания при осадке грунтов. Недостатком данного метода также является затрудненность производства работ в стесненных условиях при малой высоте цокольного этажа, либо при наличии в нем различных коммуникаций.

Метод укрепления вдавливаемыми сваями

Укрепление фундамента данным методом производится путем вдавливания составных свай под основание фундамента с помощью домкрата. Так как работы проводятся частично в подвале здания, ввиду стесненности помещений используют многосекционные сваи. Применение вдавливаемых свай позволяет существенно упростить работу и ускорить процесс. Данный метод позволяет снизить вибрации, динамическое воздействие, шум при производстве работ, а также уменьшает трудозатраты. На сваи передается нагрузка от стены посредством анкеров, заведенных через отверстие в стене. При использовании свай вдавливания необходимы надежные упоры, в качестве которых может служить железобетонная балка. Наращивание сборных стыковых элементов производят до тех пор, пока острие не достигнет плотных грунтов, что обеспечит необходимую несущую способность системы в целом.

Недостатком технологических приемов усиления оснований фундаментов вдавливаемыми сваями является большой объем земляных работ. При этом вскрытие шурфом или траншеей перегруженного фундамента до его подошвы опасно. Кроме этого, вдавливание свай может привести к расструктуриванию (перемятию) слабого глинистого грунта.

Было проанализировано несколько основных методов усиления фундаментов существующих зданий и определены недостатки каждого из них. Производство данного вида работ существенно затрудняется стесненностью условий и опасностью дальнейшего разрушения здания во время производства работ. Соответственно, в дальнейшем необходимо разработать мероприятия, снижающие стесненность производства работ, и в то же время обеспечивающие надежность проводимых мероприятий.

Колесник Г. С., Каранаева Р. З. Усиление несущих конструкций жилого 5-этажного кирпичного дома, получившего значительные деформации на слабых просадочных грунтах / Г. С. Колесник, Р. З. Каранаева // Предотвращение аварий зданий и сооружений. — 2009–09–21.
Антонова Ю. В., Раенко А. В., Борчев К. С., Саралиндзе З. У., Соколов С. В., Гудовичев В. В. К вопросу оценки старых зданий при их реконструкции (на примере малоэтажной застройки 1930–50-х гг. г. Магнитогорска) / Ю. В. Антонова, А. В. Раенко, К. С. Борчев, З. У. Саралиндзе, С. В. Соколов, В. В. Гудовичев // Предотвращение аварий зданий и сооружений. — 2016–1-27.
Нагаева З. Реконструкция и реставрация объектов культурного наследия / З. Нагаева, В. Сидорова, В. Живица — М.: Бук, 2018. — 160 с.
Радионов Т. В. Стратегическая реконструкция объектов типовой застройки в крупных городах / Т. В. Радионов // Предотвращение аварий зданий и сооружений. — 2014–02–10.

Основные термины (генерируются автоматически): манжетная цементация, производство работ, работа, здание, недостаток, плотная городская застройка, свая, усиление фундаментов.

Читайте также:

Научная работа основания и фундаменты

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Ионова Марианна Николаевна

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Ионова Марианна Николаевна

Текст научной работы на тему «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах»

Оглавление диссертации кандидат технических наук Скибин, Геннадий Михайлович

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Основания и фундаменты, подземные сооружения», 05.23.02 шифр ВАК

Исследование, проектирование и оптимизация параметров фундаментов каркасных зданий 2004 год, кандидат технических наук Анищенко, Евгений Юрьевич

Оценки несущей способности системы "фундамент - грунтовое основание" и оптимизация проектных решений 1998 год, доктор технических наук Дыба, Владимир Петрович

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование взаимодействия грунтового основания и ленточных фундаментов и оптимизация проектных решений»

Оглавление диссертации кандидат технических наук Абелев, Константин Маркович

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Технология и организация строительства», 05.23.08 шифр ВАК

Сезоннопромерзающие грунты как основания сооружений 1998 год, доктор технических наук Карлов, Владислав Дмитриевич

Оглавление