Прогноз осадок свайных фундаментов

Обновлено: 16.04.2024

Оглавление диссертации доктор технических наук Бартоломей, Леонид Адольфович

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПО ВЗАИМОВЛИЯНИЮ ОСНОВАНИЯ, ФУНДАМЕНТА

И НАДЗЕМНЫХ КОНСТРУКЦИЙ.

1.1. Общие положения, развитие представлений о взаимодействии основания и фундамента.

1.2. Экспериментально-теоретические исследования взаимодействия основания и сооружения.

1.3. Выводы и задачи дальнейших исследований.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА НДС СИСТЕМЫ ОСНОВАНИЕ-СООРУЖЕНИЕ С УЧЕТОМ ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ В ПРОЦЕССЕ СТРОИТЕЛЬСТВА ЖЕСТКОСТИ СООРУЖЕНИЯ

И ИСТОРИИ НАГРУЖЕНИЯ ОСНОВАНИЯ.

2.1. Цель работы и пути решения поставленных задач.,

2.2. Использование метода конечных элементов для реализации поставленных задач.

2.3. Пластичность и вязкопластичность при использовании метода конечных элементов.

2.4. Метод прогнозирования НДС системы основание-сооружение с учетом изменяющейся в процессе строительства жесткости сооружения и истории нагружения основания.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ.

3.1. Цели и задачи исследований.

3.2. Методика проведения экспериментов и приборы.

3.3. Результаты экспериментальных исследований глинистых грунтов.

3.3.1. Исследования глинистых грунтов, слагающих склоны комплекса зданий и сооружений областного ГАИ в г. Перми.

3.3.2. Исследования глинистых грунтов, слагающих склоны Чусовских очистных сооружений в г. Перми.

3.4. Определение реологических параметров для вязко упругопластической модели грунта с упрочнением.

4. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НДС СИСТЕМЫ ОСНОВАНИЕ-СООРУЖЕНИЕ С УЧЕТОМ НЕЛИНЕЙНОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ОСНОВАНИЯ И

ИСТОРИИ ЕГО НАГРУЖЕНИЯ.

4.1. Прогноз осадок тяжелых сооружений с учетом предыстории нагружения массива грунта и его нелинейного деформирования.

4.2. Моделирование этапов возведения сооружения.

4.3. Прогнозирование НДС системы основание-сооружение с учетом технологии возведения сооружения и вязко упругопластических свойств основания.

5. ПРОГНОЗ ОСАДОК СООРУЖЕНИЙ С УЧЕТОМ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ ОСНОВАНИЯ, ФУНДАМЕНТА И НАДЗЕМНЫХ КОНСТРУКЦИЙ.

5.1. Расчет осадок свайных фундаментов с учетом формирования активной зоны околосвайного пространства.

5.2. Прогнозирование устойчивости столбчатого фундамента на основании, ослабленном карстовой полостью.

5.3. Оценка НДС массива слабых грунтов и выбор оптимального варианта фундамента строящегося терминала в морском порту г. Санкт-Петербурга.

5.4. Расчет деформаций строящегося и рядом существующего зданий с учетом предыстории нагружения и нелинейного деформирования ц основания во времени.

5.5. Прогнозирование устойчивости склонов с расположенными на них зданиями и сооружениями.

5.5.1. Прогнозирование устойчивости склона с расположенным на нем и проектируемыми 16-ти этажными зданиями.

5.5.2. Прогноз устойчивости склона с расположенным на нем комплексом зданий и сооружений ОблГАИ г. Перми.

5.5.3. Расчет устойчивости склона и основания 3-го блока

Чусовских очистных сооружений г. Перми.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прогноз осадок сооружений с учетом совместной работы основания, фундамента и надземных конструкций»

Актуальность темы исследования. Развитие строительной отрасли в наше время напрямую связано с внедрением новых технологий возведения сооружений и освоением новых методов прогноза напряженно-деформированного состояния основания. Наибольший эффект дает реализация в программных комплексах численных методов прогнозирования НДС оснований сооружений, в частности метода конечных элементов.

Исследования, проведенные учеными в области механики грунтов, оснований и фундаментов, показывают, что при деформировании грунтов 90-95% деформаций являются остаточными. Представлять грунтовую среду как упругую - значит идеализировать её. Доказано, что наиболее эффективно проектировать сооружения по предельно допустимым осадкам, с проверкой по необходимости несущей способности. Это связано с тем, что чаще всего аварийные ситуации возникают из-за неравномерных осадок в пределах сооружения. Проектирование сооружений по предельно допустимым осадкам позволяет наиболее эффективно использовать материалы, что немаловажно при их всё возрастающей стоимости. Однако такой подход требует использования в расчетах математических моделей грунта, учитывающих сложные зависимости между напряжениями и деформациями.

Прогнозирование изменения свойств грунтовой среды, в процессе строительства сооружения сложная, но вполне разрешимая задача. От того, насколько правильно учтено взаимовлияние континуума основание -сооружение в процессе строительства и эксплуатации, будет зависеть долговечность сооружения.

До настоящего времени не разработан метод прогноза осадок сооружений с учетом предыстории нагружения массива грунта, его нового объекта и Так, выемка грун последующее нелинейного деформирования во времени, а также совместной работы основания, фундамента и надземных конструкций с учетом наращивания жесткости здания в процессе его возведения. Такой метод необходим на стадии проектирования зданий и сооружений в сложных инженерно-геологических условиях (при неоднородном напластовании грунтов, пересеченном рельефе, на склонах местности), при тесной городской застройке.

До сих пор при строительстве новых жилых и промышленных зданий, находящихся рядом с уже существующими зданиями, возникают аварийные ситуации. Не удаётся полностью учесть все этапы возведения результаты этого влияния на находящиеся рядом здания, та из котлована в условиях тесной городской застройки, устройство фундаментов нарушают сложившееся напряженное состояние окружающего массива грунта. Это вызывает деформации основания и, как следствие, неравномерные осадки расположенных рядом зданий, напряжения в конструктивных элементах, трещины, изгибы, перекосы.

Поэтому разработка метода, позволяющего прогнозировать осадки сооружений с учетом истории нагружения основания, совместной работы основания, фундамента и надземных конструкций, наращивания жесткости сооружения в процессе возведения, взаимовлияние возводимого сооружения (здания) и существующих рядом инженерных объектов во времени в сложных инженерно-геологических условиях, в том числе на склонах местности, является решением актуальной проблемы, имеющей важное научное, практическое и народнохозяйственное значение.

Использование этого метода позволит снизить расход железобетона при устройстве плитных фундаментов под тяжелые сооружения, с учетом совместной работы системы основание-сооружение; проектировать свайные фундаменты по предельно допустимым осадкам, учитывая нелинейную деформируемость грунтов во времени, исключить аварийные ситуации на стадии проектирования.

Целью диссертационной работы является решение научно-технической проблемы, заключающейся в разработке метода, позволяющего учесть совместную работу основания, фундамента и надземных конструкций в процессе возведения и эксплуатации сооружения с учетом предыстории нагружения массива грунта и наращивания жесткости сооружения при строительстве, с последующим прогнозированием (на основе разработанного метода) напряженно-деформированного состояния основания, фундаментов и надземных конструкций как строящихся, так и существующих зданий и сооружений во времени в сложных инженерно-геологических условиях, в том числе на склонах местности.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:

1. Выполнить анализ современного состояния проблемы взаимовлияния основания, фундамента и надземных конструкций, наметить концепцию решения проблемы взаимовлияния в системе основание - сооружение.

2. Разработать метод, позволяющий прогнозировать осадки сооружений с учетом истории нагружения основания, совместной работы основания, фундамента и надземных конструкций, наращивания жесткости сооружения в процессе возведения, взаимовлияние возводимого сооружения и существующих рядом инженерных объектов во времени в сложных инженерно-геологических условиях, в том числе на склонах местности.

3. Реализовать разработанный метод в программном комплексе «PLAST», позволяющем выполнять численные расчеты, используя метод конечных элементов.

4. Выбрать вязко упругопластическую модель грунта с упрочнением, основанную на ассоциированном законе течения. Разработать методику лабораторных исследований для определения параметров модели. Провести комплексные исследования грунтов и определить реологические параметры по разработанной методике с последующей численной реализацией модели в программном комплексе «PLAST».

5. На основании разработанного метода рассчитать устойчивость и напряженно-деформированное состояние проектируемых, строящих и существующих отдельных зданий, сооружений и целых комплексов зданий, провести сравнение полученных результатов с натурными данными по взаимовлиянию в системе основание-сооружение с прогнозированием долговременной устойчивости, в сложных инженерно-геологических условиях, в том числе на склонах местности.

Научная новизна диссертационной работы заключается в разработанном методе, позволяющем прогнозировать осадки сооружений с учетом истории нагружения основания, совместной работы основания, фундамента и надземных конструкций, наращивания жесткости сооружения в процессе возведения, взаимовлияние возводимого сооружения (здания) и существующих рядом инженерных объектов во времени в сложных инженерно-геологических условиях, в том числе на склонах местности.

- Разработанный метод реализован в программном комплексе

PLAST» с использованием модели упругопластического или вязко упругопластического деформирования грунта с упрочнением при оценке устойчивости основания уникальных сооружений.

- Отработана методика, которая позволяет при минимальных затратах времени определить реологические параметры грунтов с достаточной для практики точностью; по данной методике проведены лабораторные исследования глинистых грунтов природного сложения и определены реологические параметры для вязко упругопластической модели грунта с упрочнением.

- Разработана методика, позволяющая численно моделировать влияние последовательности возведения здания на формирование напряженно-деформированного состояния в системе «основание-сооружение» и воздействие возводимого здания на существующие рядом здания и сооружения.

- Выполнены расчеты устойчивости существующих отдельных зданий, сооружений и целых комплексов зданий в сложных инженерно-геологических условиях, в том числе на склонах местности, с учетом поэтапного возведения зданий и истории нагружения склонов, проведено сравнение полученных результатов с натурными данными.

- Проведены расчеты напряженно-деформированного состояния (НДС) проектируемых зданий и сооружений как единой системы основание-сооружение, включая основания, фундаменты с последующим наращиванием жесткости надфундаментной части во времени. Выполненные расчеты позволили сделать прогнозы развития НДС континуумов основание-сооружение с рекомендациями по предотвращению недопустимых деформаций и возникновению аварийных ситуаций.

Достоверность результатов исследования подтверждается: достаточной для практики точностью соответствия численных тестовых расчетов с известными теоретическими решениями по отдельным вопросам данной проблемы; выполненные расчеты устойчивости зданий и сооружений в сложных инженерно-геологических условиях, в том числе на склонах местности совпадают с отдельными частными расчетными данными других авторов, решавших узкие проблемы; полученные расчетным путем данные имеют расхождение в 10-15% с результатами натурных наблюдений и натурных экспериментов других авторов.

Практическая значимость проведенного исследования состоит в следующем:

1. Разработанный метод, позволяющий прогнозировать все этапы возведения сооружения, включая выемку грунта из котлована, изменение напряженно-деформированного состояния в системе основание-сооружение в процессе возведения сооружения и наращивания его жесткости, взаимовлияние возводимого сооружения и существующих рядом инженерных объектов, реализован в программном комплексе «PLAST».

2. Выполняемые на основе разработанного метода численные расчеты позволяют прогнозировать на стадии проектирования устойчивость и надежность эксплуатации зданий и сооружений, избегая возникновения аварийных ситуаций.

3. Моделирование этапов возведения здания позволяет выбрать наиболее рациональную технологию строительства, оптимизировать конструкцию фундамента, исключить неоправданные запасы прочности и снизить расход материалов на 15-30%.

4. Использование концепции метода при разработке территориальных нормативных документов по расчету устойчивости загруженных склонов и откосов в сложных инженерно-геологических условиях.

5. Результаты диссертационных исследований включены в научные отчеты по госбюджетной тематике.

6. Использование результатов в учебном процессе, в курсах лекций, программного комплекса в курсовом и дипломном проектировании.

Личный вклад автора в исследование проблемы. Диссертационная работа является результатом исследований выполненных автором в 19882002 годах на кафедрах «Механики грунтов, оснований и фундаментов» Московского государственного строительного университета и «Оснований, фундаментов и мостов» Пермского государственного технического университета. Разработка метода прогноза осадок сооружений с учетом истории нагружения основания, совместной работы основания, фундамента и надземных конструкций с последующей численной реализацией метода в программном комплексе «PLAST» выполнены лично автором. Лабораторные исследования грунтов выполнены автором при участии инженера С.С. Екимовой, обработка результатов исследований, построение зависимостей, разработка методики определения реологических параметров выполнены лично автором. Все численные расчеты, приведенные в диссертационной работе, выполнены лично автором.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы по мере их получения докладывались и обсуждались на III, IV,VI, Международных конференциях по проблемам свайного фундаментостроения (Минск, 1992; Саратов, 1994; Уфа 1998); Российской конференции по механике грунтов и фундаментостроению (С.-Петербург, 1995); XIV Международном конгрессе по механике грунтов и фундаментостроению (Германия, Гамбург, 1997); II Международной конференции по охране окружающей среды (Австралия, Волонгонг, 1998); VII Международной конференции-выставке по свайным фундаментам и фундаментам глубокого заложения (Австрия, 1998); VIII Международный симпозиум по ландшафту (Уэльс, Кардиф, 2000); Международном семинаре по механике грунтов, фундаментостроению и транспортным сооружениям (Пермь, 2000); V,VI Международных научно-технических конференция (Уфа, 2001, 2002); VIII Всероссийском съезде по теоретической и прикладной механике (Пермь, 2001); Международной научно-технической конференции «Современные проблемы фундаментостроения» (Волгоград, 2001); Научном семинаре по механике грунтов и проблемам свайного фундаментостроения (Одесса, 2001); XI Международной конференции по вычислительной механике и современным прикладным программным системам (Москва, 2001); XII Дунайско-Европейской конференции «Инженерная геотехника» (Германия, Пассау, 2002); Международной научно-технической конференции «Архитектура и строительство» (Томск, 2002); Международной научной конференции «Городские агломерации на оползневых территориях» (Волгоград, 2003); XIII Европейской конференции по механике грунтов и геотехнике (Чехия, Прага 2003). Диссертационная работа и отдельные ее разделы обсуждались на семинаре кафедры «Механики грунтов, оснований и фундаментов» Московского государственного строительного университета, на заседаниях кафедры «Оснований, фундаментов и мостов» Пермского государственного технического университета, в ГУП «Пермводоканал», на Пермской областной экспертно-консультативной комиссии по основаниям, фундаментам и подземным сооружениям при администрации Пермской области.

Публикации. По теме диссертации автором опубликованы монография и более 40 научных работ (включая авторское свидетельство).

На защиту выносятся:

- метод, позволяющий прогнозировать осадки сооружений с учетом истории нагружения основания, совместной работы основания, фундамента и надземных конструкций, наращивания жесткости сооружения в процессе возведения, взаимовлияние возводимого сооружения (здания) и существующих рядом инженерных объектов во времени в сложных инженерно-геологических условиях, в том числе на склонах местности;

- методика ускоренных лабораторных исследований грунтов для определения параметров вязко упругопластической модели грунта Бингама-Грина с упрочнением;

- методика, позволяющая численно моделировать влияние последовательности возведения здания на формирование напряженно-деформированного состояния в системе «основание-сооружение» и воздействие возводимого здания на существующие рядом здания и сооружения;

- результаты расчетов устойчивости существующих зданий и сооружений в сложных инженерно-геологических условиях на склонах местности с учетом поэтапного возведения зданий и истории нагружения склонов;

- результаты расчетов напряженно-деформированного состояния (НДС) проектируемых зданий и сооружений как единой системы основание-сооружение, включая основания, фундаменты с последующим наращиванием надфундаментной части зданий во времени.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации составляет 260 страниц, из них основного текста 242

Свайный куст из двух свай. Нагрузка 634 кН (317 на каждую сваю).

Грунты - суглинки разной степени пластичности (сводная таблица ФМС во вложении). Мощности слоев там же.

Считаю осадку одиночной сваи по 7.4 СП 24.13330.2011. Расчет приложил.
Получаю цифру осадки в 250 мм. А дальше еще осадку второй сваи с учетом влияния первой надо прибавлять. Арифметика не хромает, перепроверяли вдвоем сегодня. Формулы вроде тоже правильно переписывал.

Не верю, что две 15-метровые сваи от такой нагрузки могут осесть на 250 мм. Через условный фундамент посчитал послойным суммированием - получил цифру около 38 мм. В "Запрос" скадовский вбил те же исходные, через которые считал, получаю 7 мм.

Прошу знатоков оценить полученные значения или поделиться каким-нибудь хитрым знанием о том, что я делаю неправильно. Формулы жутко эмпирические написаны в СП, поэтому физическую их суть проследить не могу.

А модуль деформации и модуль сдвига грунта это одно и тоже? Тут на форуме где то уже этот вопрос поднимался лет этак . цать назад.
Я бы в кг и см посчитал, как то ближе к телу)))).

SergeyKonstr, вот а слона-то я и не приметил)) Спасибо огромное.
ЗЫ: 4.4 мм

----- добавлено через ~2 мин. -----

Модуль деформации E, сдвига - G. Вещи разные, для данного расчета СП допускает G=0,4E. Правда не E (модуль деформации), а E0 (модуль общей деформации). Тут тоже есть небольшие сомнения, но раз геологи определяли E по компрессионным испытаниям, то есть мысль, что они как раз определяли модуль общей деформации (если я правильно помню механику грунтов).

Есть плюсы, да. Но всегда, когда делаю расчет впервые, сначала разок руками считаю, так легче все подводные камни прочувствовать. А дальше проще пользоваться уже готовыми программами (тот же Запрос), но точно знать, какие на самом деле исходные данные для расчета нужны.

4.4 - это осадка одной из двух свай от половины нагрузки. Хотя запрос тоже выдает 7.754мм. Порядок сошелся - я уже счастлив ^_^

GIP, по тем же формулам СП 24.

Суммарная получилась 6.45 мм.

ошибка в том, что при вычислении самой осадки по формуле 7,32 вы в знаменателе подставляете не G1, а G2.
прикладываю расчет

написано Esv=2450000 т/м .кв, а 24,5 МПа = 2450 т/кв.м
соответственно и относительная жесткость сваи в 1000 раз меньше

Подниму тему если никто не против чтобы новые не плодить.
Вот у Arikaikai получилось, что осадка по СП24.13330.2011 - порядка 12 мм, а по старому доброму методу послойного суммирования - 3,8 см. Это ж разница на 60+%.
Вот и у меня все время такая штука - считаю по СП - осадка порядка 3 см, считаю послойным суммированием по условному фундаменту - осадка 5-7 см.
Кто-нибудь может поделиться, почему так выходит, и каковы границы применимости той или иной методики? Где-то краем уха я слышал, что при глинистых грунтах с большими IL большее совпадение с реальностью дает метод послойного суммирования.
Между тем, в соответствии с действующим законодательством, осадку свайных кустов теперь считаем по СП 24.13330.2011 пп. 7.4.2-7.4.4. Надо думать это не так просто было принято.
Подскажите пожалуйста, куда копать и что читать на эту тему? Почему такая разница в результатах?

AVO, на самом деле нужно копать в сторону моделей грунта. А их далеко не две. И не двадцать, я подозреваю, а ближе к паре сотен. И все по-разному работают. И в СНиПе/СП суперпримитивные модели использованы, которые, как мне кажется, коррелируют с реальной жизнью только в горизонтально-сложенных равномерных грунтах без включений, линз, прослоек и с горизонтальной площадкой строительства прямоугольных в плане зданий со строго вертикальными наружными стенами.

Так-то оно так конечно.
Ну вот сейчас смотрю на куст из шести свай. Осадка по СП получилась 3 см, и такое значение осадки меня устраивает вполне. Но по старинке загнал в ФОК этот же куст, осадка - 6,5 см. Это уже на пределе, еще чуть-чуть - и относительная разность осадок с соседним малонагруженным фундаментом не выполнится. Надо бы увеличить площадь условного фундамента, чтобы выровнять осадку, а это - расширение ростверка, бОльшая арматура в нем.
По действующим нормам можно ничего не изменять, оставить как есть. Но как-то страшновато что-то мне.
Как бы Вы поступили на моем месте?

----- добавлено через ~2 мин. -----
А еще методика СП не учитывает наличие грунтовых вод. При послойном суммировании УГВ можно учесть, при расчете по СП - нет.

Приведены результаты комплексных экспериментально-теоретических исследований осадок и несущей способности свайных фундаментов, основные закономерности их взаимодействия с окружающим грунтом. Изложены методы определения напряжений в активной зоне, полных осадок и осадок во времени ленточных свайных фундаментов и кустов свай с учетом приложения нагрузки внутри массива и вида эпюр ее передачи по боковой поверхности и в плоскости острия свай, параметров фундамента, структурной прочности грунта, сжимаемости газосодержащей жидкости, реологических параметров грунта основания. Рассмотрены методика и опыт проектирования свайных фундаментов исходя из предельно допустимых осадок зданий. Для инженерно-технических и научных работников научно-исследовательских, проектных и строительных организаций.

Глава 1. Комплексные экспериментальные исследования взаимодействия свайных фундаментов с окружающим грунтом
1.1. Задачи экспериментов. Опытные площадки
1.2. Изменение порового давления и тиксотропного упрочнения в грунтах вокруг свай
1.3. Увеличение несущей способности свай и свайных фундаментов во времени при их работе в водонасыщенных глинистых грунтах
1.4. Изменение модуля деформации, объемной массы и сцепления грунта в уплотненной зоне свайных фундаментов
1.5. Распределение сил трения по боковой поверхности свай при их работе в составе различных свайных фундаментов
1.6. Распределение нагрузки между сваями фундаментов
1.7. Распределение нагрузки между острием и боковой поверхностью свай
1.8. Осадки и несущая способность центрально и внецентренно нагруженных свайных фундаментов
1.9. Распределение напряжений и деформаций грунта в активной зоне центрально и внецентренно нагруженных свайных фундаментов

Глава 2. Расчет осадок кустов свай
2.1. Исходные данные при решении задачи
2.2. Алгоритм определения осадок кустов свай
2.3. Порядок определения осадок кустов свай
2.4. Расчет осадок и крена внецентренно нагруженных свайных фундаментов

Глава 3. Расчет осадок ленточных свайных фундаментов
3.1. Исходные данные при решении задачи
3.2. Алгоритм для определения осадок ленточных свайных фундаментов
3.3. Определение коэффициентов an и bn, зависящих от вида эпюр передачи нагрузки по боковой поверхности свайного фундамента и в плоскости острия свай
3.4. Расчет осадок фундаментов
3.5. Определение осадок ленточных свайных фундаментов из пирамидальных свай
3.6. Примеры расчета осадок свайных фундаментов

Глава 4. Определение напряженного состояния активной зоны центрально и внецентренно нагруженных свайных фундаментов
4.1. Общие положения
4.2. Решение пространственной задачи для определения напряжений в активной зоне кустов свай
4.3. Определение напряжений в активной зоне внецентренно нагруженных свайных фундаментов
4.4. Решение плоской задачи для определения напряжений но оси свайных фундаментов
4.5. Результаты определения напряжений но оси ленточных свайных фундаментов и их анализ
4.6. Решение краевой задачи для определения напряжений во всей активной зоне свайных фундаментов
4.7. Сравнение экспериментальных и теоретических значений напряжений в активной зоне свайных фундаментов

Глава 5. Метод определения изменения несущей способности свайных фундаментов во времени при их работе в водонасыщенных глинистых грунтах
5.1. Решение осесимметричной задачи фильтрационной консолидации
5.2. Аналитический метод расчета зоны уплотнения грунтов вокруг свайных кустов
5.3. Расчет несущей способности свайных фундаментов во времени
5.4. Примеры расчета изменения несущей способности свайных фундаментов во времени
5.5. Сравнение экспериментальных и расчетных значений увеличения несущей способности свайных фундаментов во времени

Глава 6. Расчет осадок свай и свайных фундаментов во времени при их работе в водонасыщенных грунтах
6.1. Общие положения
6.2. Решение одномерной задачи теории фильтрационной консолидации для определения осадок кустов свай и свайных полей
6.3. Решение пространственной задачи теории фильтрационной консолидации для определения осадки кустов свай во времени
6.4. Решение плоской задачи теории фильтрационной консолидации грунтов для определения осадок ленточных свайных
фундаментов во времени

Глава 7. Прогноз осадок свай и свайных фундаментов с учетом реологических параметров основания
7.1. Математическая модель длительного взаимодействия системы "сооружение — свайный фундамент — основание”
7.2. Экспериментальные исследования длительных осадок свай и свайных фундаментов при испытаниях статическими нагрузками
7.3. Учет влияния скорости приложения нагрузки на развитие длительных осадок свайных фундаментов
7.4. Учет влияния кратковременных технологических нагрузок на осадки свайных фундаментов
7.5. Практический метод расчета длительных осадок свай и свайных фундаментов

Глава 8. Проектирование свайных фундаментов по предельно допустимым осадкам зданий и сооружений
8.1. Общие положения и состояние вопроса
8.2. Методика проектирования свайных фундаментов но предельным деформациям
8.3. Исследование несущей способности свай и свайных фундаментов при осадках, равных предельным значениям совместной деформации основания и сооружения
8.4. Расчет несущей способности свайных фундаментов
8.5. Примеры использования результатов исследования несущей способности свай и свайных фундаментов при осадках, равных предельным значениям средней осадки фундамента проектируемого здания или сооружения

Глава 9. Результаты наблюдений за осадками зданий и сравнения расчетных и фактических осадок свайных фундаментов
9.1. Общие положения
9.2. Результаты многолетних наблюдений за осадками жилых зданий
9.3. Результаты наблюдений за осадками промышленных зданий и сооружений
9.4. Анализ результатов наблюдений и сравнение расчетных и действительных осадок свайных фундаментов

Книга посвящена вопросам осадок ленточных свайных фундаментов с расположением свай в один, два и три ряда. Излагаются результаты специальных опытов по исследованию работы ленточных свайных фундаментов, приведены данные об изменении порового давления в глинистых грунтах вокруг свай, о распределении сил трения по боковой поверхности и сопротивлении острия при работе свай в составе фундаментов, о деформации грунта активной зоны. На основании аналитического решения излагаются методы расчета осадок ленточных свайных фундаментов и определения напряжений под этими фундаментами. Для практического пользования составлены с помощью ЭЦВМ таблицы и номограммы перемещений от единичных сил в зависимости от величины коэффициента бокового расширения грунта, глубины активной зоны и приведенной ширины фундамента. Дана методика прогноза осадок свай и свайных фундаментов во времени. Рассмотрены результаты многолетних наблюдений за действительными осадками зданий, возведенных на свайных фундаментах. Книга предназначена для инженернотехнических работников и проектировщиков.

Глава I. Экспериментальные исследования характера работы и осадок ленточных свайных фундаментов
Задачи экспериментов, опытные площадки
Исследование изменения порового давления и тиксотропного упрочнения в грунтах вокруг свай
Несущая способность и осадки ленточных свайных фундаментов
О работе боковой поверхности и о сопротивлении острия свай при их работе в составе ленточных свайных фундаментов
Деформация грунта и распределение напряжений в активной зоне

Глава II. Расчет осадок ленточных свайных фундаментов
Исходные данные при решении задачи
Алгоритм для определения осадок ленточных свайных фундаментов
Расчет осадок свайных фундаментов при расположении свай в один, два и три ряда
Об учете взаимовлияния свай при их работе в составе фундамента

Глава III. Определение напряжений в межсвайном пространстве и под сваями ленточных свайных фундаментов
Общие положения
Решение плоской задачи для определения напряжений в межсвайном пространстве и под сваями ленточных свайных фундаментов
Порядок определения напряжений в межсвайном пространстве и под сваями ленточных свайных фундаментов

Глава IV. Расчет осадок свай и свайных фундаментов во времени
Основные положения
Использование нелинейной теории наследственности для описания зависимости осадки свай во времени под действием постоянной нагрузки
Расчет осадок свай и свайных фундаментов во времени при переменных нагрузках

Глава V. Наблюдения за действительными осадками зданий, возведенных на ленточных свайных фундаментах
Общие положения
Методика наблюдений за осадками зданий
Результаты наблюдений за осадками зданий

Оглавление диссертации кандидат технических наук Глушков, Илья Вячеславович

Глава 1. Современные данные о взаимодействии фундаментов в вытрамбованных котлованах и свайных фундаментов с основанием.

1.1. Экспериментально-теоретические исследования взаимодействия фундаментов в вытрамбованных котлованах с основанием.

1.2. Особенности взаимодействия свайных фундаментов с основанием

1.3. Численные методы оценки напряжённо-деформированного состояния оснований фундаментов в вытрамбованных котлованах и свайных фундаментов.

1.4. Выводы по главе.

Глава 2. Исследование совместной работы модели комбинированного свайного фундамента и основания.

2.1. Задачи и методика проведения экспериментальных исследований

2.2. Определение осадок моделей фундамента и деформаций грунтового основания.

2.3. Исследование характера распределения напряжений в активной зоне комбинированного свайного фундамента с возрастанием нагрузки

2.4. Выводы по главе.

Глава 3. Полевые экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния оснований комбинированных фундаментов

3.1. Инженерно-геологические условия опытных площадок.

3.2. Цель экспериментальных работ и методика проведения исследований

3.3. Результаты экспериментальных исследований взаимодействия комбинированного свайного фундамента с грунтовым основанием 86 3.3.1. Осадки фундамента и деформации грунта в активной зоне при различной интенсивности нагрузки.

3.3.2. Распределение напряжений в основании.

3.4. Выводы по главе.

Глава 4. Исследование напряжённо-деформированного состояния активной зоны комбинированного свайного фундамента методом конечных элементов.

4.1. Основные положения принятой модели.'.

4.1.1. Упругие деформации.

4.1.2. Упругоидеальнопластическое поведение грунта.

4.1.3. Критерий текучести Кулона-Мора.

4.1.4. Типы конечных элементов.

4.2. Планирование численных экспериментов.

4.3. Численное исследование напряжённо-деформированного состояния упругоп л астических оснований.

4.3.1. Влияние прочностных характеристик грунта.

4.3.2. Влияние длины центральной сваи и глубины вытрамбовывания котлована.

4.3.3. Влияние слабого слоя.

4.3.4. Влияние различных факторов на характер формирования и развития зон предельного равновесия в активной зоне.

4.3.5. Изменение НДС оснований при различном виде центрального элемента в фундаменте (призматические сваи, сваи-оболочки, конусные сваи).

4.3.6. Исследование сопротивления комбинированного свайного фундамента горизонтальным нагрузкам.

4.4. Метод прогноза осадок комбинированного свайного фундамента на основе регрессионных зависимостей.

4.5. Оптимизация конструкций комбинированных свайных фундаментов в различных грунтовых условиях.

4.5.1. Постановка задачи.

4.5.2. Влияние глубины вытрамбовывания котлована и длины центральной сваи на экономичность решения.

4.5.3. Влияние интенсивности нагрузки, прочностных характеристик грунта на оптимальное решение.

4.6. Выводы по главе.

Глава 5. Рекомендации по проектированию комбинированных свайных фундаментов.

5.1. Определение несущей способности фундамента.

5.2. Инженерный метод расчета осадки фундамента.

5.3. Сравнение расчётных и экспериментальных значений осадок фундамента

5.4. Область рационального применения комбинированных свайных фундаментов по инженерно-геологическим условиям.

5.5. Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прогноз осадок комбинированных свайных фундаментов»

Актуальность темы. В настоящее время основными задачами капитального строительства являются повышение технико-экономической эффективности и качества строительного производства. При возведении каркасных зданий и сооружений различного назначения наиболее часто применяются фундаменты в виде кустов свай с монолитным ростверком и столбчатые фундаменты на естественном основании, которые отличаются высокой материалоёмкостью и трудоёмкостью их возведения. При этом затраты на устройство фундаментов составляют 15-20 % от общей стоимости строительства.

Совершенствование конструкций и методов возведения фундаментов имеет важное народно-хозяйственное значение для строительства. Одним из перспективных направлений исследований в области свайного фундаменто-строения является разработка новых эффективных конструкций комбинированных фундаментов, которые бы обеспечивали повышенную несущую способность грунтов основания; простую и надёжную конструкцию фундамента; снижение материалоёмкости, объёма опалубочных и земляных работ при устройстве фундаментов. Этим требованиям в наибольшей степени соответствуют фундаменты в вытрамбованных котлованах с центральной сваей, которые совмещают в себе все преимущества работы и фундаментов в вытрамбованных котлованах, и забивных свай.

Анализ литературных источников показал, что в отечественной и зарубежной практике методы определения несущей способности фундаментов в вытрамбованных котлованах и свайных фундаментов ещё недостаточно разработаны. А методы, рекомендуемые нормативными документами, дают результаты, которые в значительной степени расходятся с экспериментальными данными. Расчёты основания комбинированного свайного фундамента необходимо производить с учётом совместной работы его составляющих элементов.

Экспериментальные и теоретические исследования с целью разработки новых методов определения несущей способности и прогноза осадок комбинированных свайных фундаментов, выяснения закономерностей и особенностей совместной работы фундаментов и грунтов основания, несомненно, являются актуальными.

Объект исследования - комбинированный свайный фундамент (КСФ), состоящий из фундамента в вытрамбованном котловане и центральной сваи.

Предмет исследования - комплексное экспериментально-теоретическое исследование НДС основания КСФ.

Цель работы: разработка оптимальной конструкции КСФ, выяснение закономерностей и особенностей совместной работы фундамента и грунтового основания, разработка методов расчёта КСФ по предельным состояниям.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие основные задачи:

1. Провести исследование взаимодействия модели КСФ с основанием:

- определить осадки фундамента и деформации грунтового основания;

- исследовать характер распределения напряжений в сжимаемой толще с возрастанием нагрузки на фундамент.

2. Выполнить комплексные экспериментальные исследования НДС оснований КСФ в полевых условиях:

- определить осадки фундамента и деформации грунта в активной зоне при различной интенсивности нагрузки;

- установить закономерности распределения напряжений в основании и по боковой поверхности КСФ.

3. Провести численное исследование НДС активной зоны КСФ методом конечных элементов.

4. Внедрить результаты исследований в практику строительства.

Научная новизна работы состоит в разработке инженерного метода прогноза осадок КСФ, полученного на основании результатов экспериментально-теоретических исследований, получении экспериментальных зависимостей осадки КСФ от нагрузки, установлении закономерностей распределения напряжений и деформаций в активной зоне и по боковой поверхности КСФ в различных инженерно-геологических условиях.

Достоверность результатов работы обеспечивается проведением экспериментальных исследований с применением современного электронного оборудования и тензометрической аппаратуры, использованием общепринятых положений теории упругости и пластичности в области механики грунтов и фундаменте строения.

Практическая значимость и реализация работы: Практическая значимость состоит в разработке конструкции КСФ, инженерного метода расчёта несущей способности и прогноза осадок данного типа фундаментов.

Результаты исследований внедрены на следующих объектах:

- Завод по производству консервов детского питания мощностью 5,2 тыс. тонн/год в г. Йошкар-Ола. Использование комбинированных свайных фундаментов вместо фундаментов в виде кустов свай с монолитным ростверком и проведённые исследования позволили уменьшить объём земляных и опалубочных работ в 4,5 раза, снизить материалоёмкость на 40 %, сократить трудозатраты в 3,6 раза. Экономический эффект составил 180 тыс.руб. в базовых ценах 1991 г.

- Жилые дома с каркасом типа «Сарет» в г. Чебоксары и Новочебок-сарск. Предложенная конструкция комбинированного свайного фундамента и проведённые исследования позволили уменьшить объём земляных и опалубочных работ в 2 - 3 раза, снизить материалоёмкость на 30 %, уменьшить трудозатраты в 2,5 раза, сократить сроки устройства фундаментов в 1,8 раза. Экономический эффект составил 86 тыс.руб. в базовых ценах 1991 г.

- 5-этажный 66-квартирный жилой дом по ул. Яблоневая, 14 в г. Н. Новгород.

- 10-этажный жилой дом по пр. Капитана Рачкова в г. Кстово Нижегородской области.

- 5-этажный 75-квартирный жилой дом в г. Павлово Нижегородской области.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 52-м всемирном салоне инноваций, научных разработок и новых технологий «Брюссель-Эврика 2003», по итогам конкурса была присвоена серебряная медаль (Бельгия, Брюссель, 2003 г.); на Международной конференции по геотехнике, посвященной 300-летию Санкт-Петербурга «Реконструкция исторических городов и геотехническое строительство» (СПб., 2003 г.); на Международной научно-практической конференции по проблемам механики грунтов, фундаментостроению и транспортному строительству (Пермь, 2004 г.); на Российской научно-технической конференции по проблемам проектирования, строительства и эксплуатации фундаментов, мостов и автомобильных дорог. Механизации строительства. Охраны окружающей среды (Пермь, 2004 г.); на Международном научно-практическом семинаре «Актуальные проблемы проектирования и строительства в условиях городской застройки» (Пермь, 2005 г.), на 3-й всероссийской конференции «Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции» (Чебоксары, 2001 г.); на IV Международном форуме «Высокие технологии XX века» (М., ВК ЗАО «Экспо-центр» на Красной Пресне, 2003 г.); на внутривузовских научно-технических конференциях Пермского и Марийского государственных технических университетов (г. Пермь и Йошкар-Ола 2002-2003 гг.). Личный вклад автора состоит:

- в разработке оптимальной конструкции КСФ, защищенной свидетельством на полезную модель № 12148 Е 02 Э 27/01;

- в проведении экспериментальных исследований с моделями КСФ;

- в участии проведения натурных полевых экспериментальных исследований КСФ, обработке и анализе результатов;

- в выполнении численного моделирования совместной работы КСФ и грунтового основания;

- в проведении теоретических исследований и разработке методов расчёта КСФ по предельным состояниям.

Автор выражает глубокую признательность и благодарность за научные консультации, помощь и поддержку в проведении исследований доктору технических наук, профессору [A.A. Бартоломею), кандидату технических наук, доценту Б.С. Юшкову, а также сотрудникам кафедры оснований, фундаментов и мостов Пермского государственного технического университета.

На защиту выносятся: инженерные методы прогноза осадок и определения несущей способности КСФ, результаты экспериментально-теоретических исследований КСФ и грунтового основания.

Публикации. Основные положения и результаты диссертации опубликованы в 16 печатных работах, в том числе получено свидетельство на полезную модель.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Диссертационная работа содержит 202 страницы машинописного текста, 132 рисунка, 3 таблицы, список литературы из 185 наименований, в том числе 8 на иностранном языке.

Читайте также:

Прогноз осадок свайных фундаментов

Оглавление диссертации доктор технических наук Бартоломей, Леонид Адольфович

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

Основы расчета свайных фундаментов с учетом реологических свойств грунтов основания 2003 год, доктор технических наук Омельчак, Игорь Михайлович

Численное исследование напряженно-деформированного состояния системы "здание-фундамент-грунт" 2004 год, кандидат технических наук Чухлатый, Максим Сергеевич

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

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прогноз осадок сооружений с учетом совместной работы основания, фундамента и надземных конструкций»

Оглавление диссертации кандидат технических наук Глушков, Илья Вячеславович

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

Односвайные и вытрамбованные фундаменты и методы их расчета с использованием зондирования 2006 год, доктор технических наук Шеменков, Юрий Михайлович

Основы расчета свайных фундаментов с учетом реологических свойств грунтов основания 2003 год, доктор технических наук Омельчак, Игорь Михайлович

Повышение эффективности устройства свайных фундаментов в уплотняемых грунтах 2002 год, доктор технических наук Пономаренко, Юрий Евгеньевич

Особенности работы горизонтально нагруженных фундаментов в уплотненном основании 2008 год, кандидат технических наук Шеменков, Михаил Юрьевич

Взаимодействие плитно-ребристых фундаментов на свайных опорах с глинистым грунтом основания 2008 год, кандидат технических наук Ашихмин, Олег Викторович

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прогноз осадок комбинированных свайных фундаментов»