автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Исследование работы фундаментов повышенной несущей способности на подрабатываемых территориях

а г ¡;.

I I

л п

и и

2 о !1ЮН 19:;?}

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СТРОИТЕЛЬНЫХ К.ОНСТРУКЦИЙ (НИИСК)

На правах рцкетт*.

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ФУНДАМЕНТОВ ПОВЫШЕННОЙ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ НА «ЮДРАБАТЫВАЕМЫК ТЕРРИТОРИЯХ

03.< 1гипвп?гпя и- фуидимртггм

Анторгфсрпм Янтгриагр«м '41 тнгктт" учгттой стгпчгт т!яп1ЪгЯп>п<т тю7пр>*гтп<.т гщтук

г-—.. .

Psöora шпшнена в Научно-нссяедоватедьском |щеплуге ордатедьиых конструкций (НИИСК).

Научный рукоьоантсяь -

доктор ТСШИ1ССКНХ неук, профессор

С.Н.Клепккнз

Нвучный консульт«17-

канлндат техннческях няук. старший научный сструлш«

А .А. II строк о»

Официальные оппоненты:

локюр тмннчсскж наук, профессор

H.n.fk'ftKC

канлндат пхнячкким наук, стерший научный согрулник

RС Метелю*

Вслушая органиляиня - ГИИ ДонсцккЯ СтроЛщкякт

¡Л

Защите coctomcft "¿t "•u^n'a, iw.r. в «s,ce4«c. h* мсиянйй aieunpaonpomimoiо cowni K.93?.W.©I по щчкуждгиюо CTtxneim кандалам теошчгскю »тук Ииучно - иестелонвтглъск.от-!* Ю'сппуг» егромтелысш кмструыотй no KvewtLiutasm ■ 05.73 l'í -«мнотнкя и фундвмшш по ■ вщчгсу: 2S2037; I ; К*», ул. Нив мл К-пгмсико. 5/2 (яктасмй эдл).

С /шсслртвцирй можно тткш'пьсп t гт.^гтуг»

Аетг^фсгйт рв'ккпии "2С" f^ixÄ. J—'

Учытуй гсхрстярь снетн(пн?нгк-'т!ик'1 ■> COK IP.

Кв1Ш»П»Т Tf *«»»Г!Г1'1:1Г* I19VK

/г

К? M Kiitiirpwhíí

ОГДАЯ ХАРАКТ ЕРИСТИКА РА!Ш1.

Актуальность теш. Экономическое и социальной развитие Украины во-многом рпредедяется темпами и качеством капитального строительства -и в первую очередь в прошолетю развитых' регионах. Характерной особенностью данных'регионов является то, что на их территории производится добыча полезных ископаемых- (Донецкая, Луганская, Днепропетровская области). Рост добычи приводит к расширению районов, подверженных влиянии подработки. ^Следовательно здания и сооружения эксплуатируемые в данных районах испытывают дополните л ыш-з воздействия от вынужденных деформаций зеиной поверхности.

За последнее десятилетие разработаны и внедрены в практику строительства эффективные типы фундаментов, отличающиеся высокой технологичностью, малой материалоемкостью, повышенной несущей способностью. К таким типам фундаментов относятся, различные модификации-фундаментов в вытрамбованных котлованах, фундаменты,из забивных блоков и различные виды свай, позволяющие.-создавать уширенную пяту в основании.

Применение данных видов фундаментных конструкций на пг. срабатываемых территориях сдерживается не достаточной изученность/) особенностей их работы в условиях, вынужденных деформаций основания, •возникающих при перемещении мульды движения. Такжз остается открытым вопрос об иаменении прочностных и де фо рыационних характеристик грунта основания при деформациях зешгай поверхности.

Использование в практике проектирования методов расчета не учитывающих специфику работы фундаментных конструкций на подрабатываемых территориях приводит к необоснованным, запасам прочности или, наоборот, к снижению надежности возводимых объектов.

Целью работы является разработка методов расчета иесуирй способности и деформативности бетонных фундаментов с уширенной пятой и уплотненной зоной в основалии с учетом воздействий деформаций земной поверхности и экспериментально проверить полученные результаты. Решение этой задачи осуществляется комплексно, на основе сопоставления экспериментальных и теоретических исследований. Работа по тема диссертации входила в состав исследований, проводившихся в .Донецком Промстройниипроекте в 1088. ..1991 годах по плану госзаказов Об-0331-ев/3-89 И Об-0331-ВЗ/4-90, п которых сскпкат<ш> принимал непосредственное участке.

В соответствии с целью диссертации были поставлены следующие задачи.- провести экспериментальные исследования изменения физике -механических характеристик основания, подверийнного горизонтальным деформациям в следствии ?юдрэботки;

- разработать методику определения коэффициентов лестюэсти подрабатываемого основания; .

- апробировать.яа- моделях и в натурных экспериментах техноло гии возведения акструзно-трамбовашшх фундаментов;

- разработать методику расчета фундаментов повышенной несуще* способности с учетом изменений физипо - механических характеристик грунта при подработке;

* установить степень достоверности полученных но данной методике результатов экспериментальными исследованиями иа мэдельньп фундаментах;

~ реализовать полученные методики кап дополнение к программ ному обеспечению, выполнягерму расчеты зданий с учетом дефорчаки онных воздействий от подработки;

- выполнить численные исследования работы системы "подражать; ваемое основание - фундамент повышенной несущей способности - кар касное верхнее строение";

- провести натурные экспериментальные исследования на фрагменте каркаса возведенного здания деформативности фундамента вытрамбованном котловане и зависимости усилий в каркасе от его го ризонтадьных перемещений;

- разработать'инженерную методику расчета фундаментов попь ш-энной несущей способности на подрабатываемом основании;

- использовать полученные результаты в пра>ггике проектироа-. ния и строительства

Автор защищает:

- методику определения коЕиЭДициентов жесткости подрабатывав мого основания;

методику расчета фундаментов повышенной несущей способно: ти, возводимых на подрабатываемых территориях;'

- результаты численных исследований железобетонной рами фундаментами повышенной несунрй способности на деформируемом оси вании.

Научная новизна диссертации представлена:

- новым видом фундаментов повышенной несущей'способности

Фуидамэнтнми;

- культа? да» неелгдования изменения коэффициентов жвсткости род|>а0ауиваг.мо1'о основания;

-> пионерной методикой определении коэффициентов жесткости подрабатываемого основания;

- результата)«! исследований работы фундаментов повышенной не-сущэй способности при горизонтальных деформациях основания;

- результатами численных исследований системы "подрабатываемое основание - фундаменты повышенной несущей способности - рамное верхнее строение"; ' .

- ин.тенерной методикой расчета фундаментов повышенной- несущей способности, при горизонтальных деформациях основания от ПОДраООТ-КН.

ддс^се^сстг^еа^ьтатоа подтверждена сопоставлением данных экспериментальных исследований, проведенных на модельных и натурных фундаментах, и численных исследований по методике изложиной в дфшой работе, .а так же по другим известным методикам.

.Практическая ценность работы:

- основываясь на результатах сопоставления расчетов с экспериментальными данными работы фундаментов повышенной несл^й способности можно рекомендовать разработанную иннэнернуп методику для применения в практике проектирования;

- применение преодоленной методики определения коэффициентов гкесткостк основания при воздействии горизонтальных деформаций рас. тзиэмия позволяет Солее точно прогнозировать осадки фундаментов и

дополнительные усилия в конструкциях подрабатываемых зданий и соо-РУЙЙНМЙ; „ " •

- разработана и опробована на ыелко^/аеттабных моделях и в на-турадьиуи величину в натурных условиях технология возведения зке-

. трузно-трамбованнцх фундаментов.

Апробация работы.

Результаты исследований, представленные в данной диссертационной работе,- докладывались на: ■

- Всесоввном. научно - техническом.семинаре "Проблемы строительства объектов угольной лрзилмеяиостя на йодрабатнвяямнх территориях" (Денвж, 1989 г.) ;-

- научно - технической ганФ^ррншги ищодыт спеииялкстсв *'Со-веряеистягваяие .поожггшос р^пяниг* лроммглеяямх зяаяий и ссору гечк?

ОГКОРР ИСЧО.'ЬЯпемЦЧ? - ¡Км:Т''*г>1П?Л" Г Дрчпро-

петровок, 1990 г.);

Результаты исследований использован*» при проектировании фундаментов в вытрамбованных котлована* поликлиники в Куйбышевском районе г. Донецка. Обицй экономический эффект от внедрения соста-' вил 163 тыс. рублей в ценах 1989 года.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано четыре работы. Проведенные в 1089. . . 1991 гг. ■ исследования отражены также е отчетах. Донецкого Промстройниипроекта.

Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников. Общий обгем 174 страниц, из них 101 страница основного текста, .59 рисунков, 122 наименования использованных источников.

СОДЕРЙЛНИЕ РАБОТЫ.

Ео вступительной части дано ..обоснование актуальности и практической ценности работы, сформулированы цели и задачи исследований.

В первом разделе выполнен коротгай обзор развития и применения фундаментов, технология возведения которых позволяет создавать уплотненные зоны грунта под подошвой и по боковым поверхностям, а также в процессе формирования создавать уширение частей тела Фундамента. Далее в тексте такие фундаменты будут именоваться фундаментами повышенной несущэй способности (ФПНС). Рассмотрены следую-, щие их разновидности: фундаменты в вытрамбованных котлованах, Фундаменты из аабивных блоков, сваи в пробитых скважинах, набивные и частотрамбованные сваи. Были показаны характерные конструктивные и технологические особенности каждого типа ФПШ. .

Далее в разделе описываются методы расчета фундаментов повышенной несущей способности по двум группам предельных состояний: -по несущей способности и по деформациям. Специфика этих расчетов заключается в том, что в процессе формирования уширенной пяты создается уплотненная зона грунта, которая во многом определяет прочностные и деформационные характеристики основания. При расчете ФТ1Ш учитываются сладукяше основные подоязния: /

в массиве грунта, окружают?!го фундамент, напряжения возни-

кают как по подошве, так и по боковой поверхности фундамента;

- в расчетах грунт рассматривается как упругая лииейно - деформируемая. среда;

- при .формировании тела фундамента (в том числе и ¡дарения) изменяются 'физико-механические- характеристики грунта в непосредственной близости от фундамента.

Наиболее полно методы расчета ФПШ освещены в работах Крутова R И. , Троппа а Б. , Ваг д ас аров а !й А. Разработанные ими методы расчета ФПШ' была положены в основу нормативных н рекомендательных документов.

Расчетная иесукэя способность ,'ФПНС на вертикальную нагрузку определяется как наименьшая величина из трех нижа приведенных: несущей способности втрамбованного в дно' котлована жесткого материаг ла (бетон, гравий, щебень), несущей способности уплотненного грунта в пределах уплотненной зоны (ниже подошвы фундамента), несущей опособности. подстилающего грунта, естественной плотности.

Практикой проектирования и наблюдениями при эксплуатации зданий и сооружений с фундаментами повышенной несущей способности установлено, что расчет фундаментов по деформациям являетja основополагающим для обеспечения прочности и зкспл>:дтацконной пригодности зданий. В работах Багдасарова Ю. А. предложено для определения перемещений фундаментов использовать теорию расчета с переменным коэффициентом постели по глубине.

Далее в разделе рассматривался 'вопрос о влиянии подземных горных выработок на напряженное состояние и фиэико - механические характеристики грунтов. Влияние деформаций земной поверхности на значения деформационных характеристик грунта исследовали Торбанов, Афанасьев, Бронштейн, Жусупбеков, Граски, Гусев, Kwlatek, Eudzyri-ski, Geddes, Wasilkowski и др. Ifo мнению авторов, харазсгеристикя грунтов изменяются при действии подработки в следствии изменения плотности в процессе растнмэння или сжатия массива основания под фундаментами зданий и сооружений. Это отражено в, теоретических п подтверждено натурными исследованиями. В данных работах сделан вывод, что на величины деформаций грунта наибольшее влияние оказывают горизонтальные деформации, а наибольшие изменения обусловлены .горизонтальными деформациями'растяяэния.

Дополнительные воздействия, передаваемые на систему "фундамент - верхнее строение", возникающие при прохождении мульды сдвижения, составляет значительную часть' от обедах нагрузок, действуй

- б -

дах на строительны1» конструкций.■ Характеристик грунта-в расчетах ярияямгшгся -неизменными. Такой подход приводит завышению величин усилий, возникахдцих в основании и строительных конструкциях.

Следовательно получение методики расчета ЙШО на подрабатываемом основании позволит шире внедрять аффективные виды фундаментов з условиях подработок. . ■ '

Второй- p?.'jдел .■носвяшрн экспериментальным исследованиям работь KIHO на деформируемом (подрабатываемом) основании.

Для проведения экспериментальных исследований использовался стенд позноляюикй имитировать горизонтальные деформации земной поверхности.' 13 качестве фундамента использовался прямоугольный абсолютно . ггсткий стамп.

В результате исследований изменения физико - механических характеристик подрабатываемого, основания бил выработан подход, базн-руюпдйся на предположении, что при деформациях растнлвння изменяется первоначальный обши грунта попавшего в зону влияния горны? работ, а об тем скелетл грунта остается постоянны«. Оснсвнваись нг этой предположили била получена формула для опроделения мйдулг деформации основания, испытнваю'хго горизонтальное ряетяи.чшс (статно):

Р и

Е .........—---------------------, а:

лодр Р л / Е0 + (1 + яя) (1 +■ е. )

где Eq - модуль деформации грунта до подработки; Р - средне! давление иа уровне подоввы фундамента; ву -.горизонталью» д°-фсрмгицш земной говерхности; п - коэффициент равный 0,0.

При подстановке значения юдулл деформации, полученного п; формуле (!), в Ф°рмулм Дм определения коэффициентов «?ст»аг.'ти, получим их »начеши. для случая растяжлнот (сжатия) основан»«» t:pi горизонтальных деформациях.

№?■;)'Кнциэнт жесткости основании при равномерном скит:

"z Еподр

Jf„ (1 - Л

С

КоэЭДащиднт жесткости основания при повороте (нг-разномерно

с.хтгии):

''v еполр . ' '

с « -------------С-

. 1ГП (5 - /-)

- 7 -

Кояффщиенг .жесткости вдюпялвд при сдп?гг«з:

(, ^ ^.J-jg,............IV

х Jp^ (1 ( м) (1 - 1>-Uy)

где ■ Гт - иловшь лодогавн фундачрчта; ""

пидоэви Фундамента/ Лашшо рпачения коэффициентов люсткости. яолрябатывпрмого ос-гегшия : используются для .определения перемещений • фунда»Ачггол. Ре~ гшй%н испытания- штампа на тодольном'■•основании.,, пспитивапвш до-rçwttUW растя аония,- приведен» на -рис;.1 й ?■•■■■.

Экеикрнч-:йтал!,!н/« исследования на, моделях рябин № в уело-тях деформаций земний поверхности'проводились для двух типов %иг. »юнтов:. фундаменты в' вьтраьйованных .котлованах и/экс.трузпо-трам- ; званные Фундаменты ( ЭТФ), ; •

Эвструзио- трамбованный'• Флэдашит ••• предложи яолаективеж авто-гв из Донецкого Щ'о.жтройниипроеста и представляет собой ' фун'дя->нт .формируемый' в грунте путем, погружения специального рабочего ■¡гача сваебойным оборудованием и вытеснением, его из грунта- бето-зм, подаваемым под-подоиву. Технология формирования ЭТО отрлЗзтМ- . цась на (мелкомасштабных модельных фуцдачентах и в натурных усло-их в рамках настоящей работы.

Данные, полученные.в.результате" экспериментальных иссдедова-1й модельных Ф1Ши,: сравнивались .с теоретичеошш прогнозами. Цо-î'îhhw • перемещений -,юд0.льных ШЮ определялись по ' следутшзим -зави.-

1МОСТЯМ: ■.'-

■- вертикальные перемешэнйя: ■■ N + Q. -

■ ? *= Г---------------— , Б)

; кР ?асхС05 а + cz Fy® - угловые перемещения:

м

„ - -------. ■■ (Q,

+ -I" ^ ï6 ■

где N -'вертикальная нагрузка; а - масса фундамента;- М. -зментпая нагрузка; . F0 : - плошэдь. боковой поверхности футдамента; т - площадь угаиреийя из втрамбованного жесткого материала; în, у -■ моменты Инерции подсети и боковой поверхности соответственно;

«1 - 8: -

0 5 ш 1 15 ао

13

" :—- 1

<ь) —-е-—

Рис. 1. Зксперименташше зависимости осадки фун-итампа от Действия вертикальной нагрузки и горн-еонтаяьного растяжения грунта.

это. со

Рис. ¡2. Экспериментальны« зависимости наклона втахша от действия момента и горизонтальны* деформаций растяжений основания. В^гачиы угла 'чтлонн на гр^Фикяд даны в рад х 10е

!„ - козффнтшент жэеткости грунта естественного ола.таппл при еда:;---•й; .С.п,Сп- - козф}*ше»т жесткости грунта по подо.-кре фун&к.яжта при '.звкодаркоы сжчтип и повороте с уметом ушгатпотюй зови; С - ш-¡ффициент «эспвзсти основании при повороте для неуп.яоти-зш.ого гру-•га; « - наклон боковых поверхностей фундамента; кр - коэфЗ-шдаент, гчитшаг?пцШ раз уплотнение грунта по боковой поверхности фунда?.^:. :а. Коэффициенты язсткости грунта по подокв<? <ШЮ опррдадяетея . г гчотом уплотненного СЛОЯ со ЗН-ЯЧОНИЧМ модуля до-^ормпции, онрадегу,-;мого по формуле:

Р /5 (1 + Ч)

■упл

р с (г + С)

где у11д определяется по

'41 упл формуле^

1

''с!

(?)

^пл

га г,

О г

+ V

(8)

где 3 - степень влазмюсти уплотненного грунта; V? - :$лакнссть грунта: у„ - плотность частиц грунта; у - удельный вес ездн; у,, -

Сз (»>. и

плотность сухого грунта; о - коэффициент пористости ноуи-гатненкаго грунта. Результаты экспериментальных исследований влияния горизонтальных деформаций растяжения грунта из деформативности основания ФПНС приведены на рис. 3 и 4.' Анализ З1:спериментаяышх данных и сопоставление их с теоретическими зависимостями позволил сделать вывод об удовлетворительном соответствии теоретических прогнозов и реальной работой ФГШС.. Горизонталый;© деформации 'рзстяявнкя модели основания вызывают приращение.вертикальных и углов!« перемекрний 1ШЗ, что можно классифицировать уменьшение коэффициента четкости оснойания.

Предлагаемый в данной главе подход к анализу работы фундаментов повышенной несущей способности позволяет с удовлетворительной точностью прогнозировать ожидаемые перемещения фундаментов при горизонтальных деформаций растядания, вызванных подработкой.

Третий раздел посвяизэн исследованиям работы ФПНС в систем "подрабатываемое основание - 'фундамент - верхнее строение". Здесь приведены данные о экспериментальных и численных исследованиях т~ дезобетонньсс рамних »инструкций с фундаментами 'яовквенной несущая способности на -основаниях, испытывапод« горизонталь •»*> де.-^т-мапга

+

Рис. 3.- График осадок модельных фундаментов при горизонтальном растяжении грунтового массива и постоянной вертикальной нагрузке.

Рис. 4. График зависимости угловых перемещений модельных фундаментов ■ в зависимости от горизонтальных деформаций растяжения грунта основания (величины вертикальной сшш и момента, действующих на фундамент,, не изменяются).

• П -

растягшния. ' . " '•

■ "Еатуриш иселздоБйнпи прозод'-йись. на фагашть раш строяца-гЬся четирзхэтаглого ипрпупа. ааьода "Топаз" в г. Донецку. .Цель» дан::® исследований, явдяхссь уетшюЕ1енне. 'функциональной аависи-ыостн'шхйу: усилиями,..; передаЕгемши на фундамент в 2>'гра!,йбванкои ¡штюсане;; и его ггергдез^шшш.- .• -Такгв исследовалась завис ишсть иэаяненая' наяряженйЬ'' дефср^роваяиэго-. состояния .каркаса здания от передаоэвий-Фл'-Даиантсв. -НааИчйо-.сва. рфльвания.-и податливых, г горизонтальней пхсагрстй/.. связей .позволило;с покэд&а• загрузочного устройства ¡¡котировать воздействие на ico-Ю.чну каркаса горизонталь-

ных=.п0дви.*ек сс;юпшн1я.: • ' '

. Теоретичеегаю- прогиоз керетщэниа.'н усилий в элементах • верхнего строекйя Ешолнен но результата),!, расчета." по прэграш-з "Sprint -PC" (авторы. ' кадд. тех:ь '; наук. . Петраков, Á, А. , ш.«. Еорисноль 3L Н.) пспрльзукхгуЬ нел1!йёйньгэ ' ■дпатршМ^райста материалов конструкций; и грунта, : учк*'!|зэЬ2£й: й^ориа--.ййгругйн'ед:á: тйкяз в ссот-ветствш; с теоретическяш-вшсгэдтш', , псме^нньаш' во втсрой 'часта-данной работы,', и..щ^рледухфш-■ урЗДюний&ь состояния.'- :.-•'

.'áaiadtflaoPTb ''1й:1«ят >-- yróit:ispBQ{á^ -" '

]

1 — f - О)

" соогноаэнва.- при • рравяойэйнои /дефйршфовшй боковой -повдрх.-5:ос?и Iх. подсгвы: ' ' •'.''.

)' = t> 1 С

. П'рП

С

i -i FÍI '

:,. (io)

ctn 2 vi '

■ ■ ..где ваэ обозначения приняты в соответствии с главой 2, а ин-лексн' "S" и. "п" обозначает соотЕатстЕе^.чо боковую поверхность■я nosoasy• еундамзота - .:•• . - . . ••.. •

Л."аг.:з 33BKCiaí3C"el "попйрэч^ая сила - гсрггэотгальяс« с- -о-¡г'^" позго_1гет прэ^по^ошть, что при '-сгол1говг^ик рд!!струг..„-чи.* i-ер га~гти ar~'"t': ^озгодг'пк гз по^ог^гт'^а?: -л- г^рр,:тсг ■т-о: ка-í отдаление стакана ruots сиоль^экй,.-. устройство- свяазй. р»гпоре« а Еертпгаг-'пп: ггбкпх свясел, больгзя \'£тгь гогЛ,~">'г'П * '¡^-v^réa

при ГОр,ГЗС"Т"^Ь•!'■"! pTCT^T",", 1 0nnr -Hh' i r^Jl'j I

« коцпеяспруетсп-рмп. :

' - ... Чисзэниш;. иссгедойайия. в'Ьтнйд деЗрр}яцкв. земной поверхности . ка каркаспш.-далезобегогаыо. здашйя c'-.ffiffiö- -поводились с^.йсп'огьзо-: ванием.программного "краплекса "Sprint -PC" и ".Тога".. Для'- анализа работы..ciscieMH' УвддраЬатщазнрв основание - <ШКС- -верхнее.'строе кие" било выполнено три типа расчетов:", -упругий--рас:е.т; ■ нелинейный расчет; нелинейная- расчет с учетом. иа'йгнвния. характеристик .грунта при горизонтальных, деформациях ссцоешшя,- вызванных подработкой.

Сравнительный анализ, расчетов позволяет 'сделать следуюдлэ вывод*.;. .Характер. ^рф&нно. •¿5оф6рЙ!!Йнанн6г,о' состояния раЫной гаяструкцки.-'- подученный- без-"учета специфики работы фундаментов на подрабатываемом ..оснований (упругий расчет), не соответствует реально суцэетцукзаму.- Так- крайние колсннн пслэт.шзаэт- растяхзиие, что не соответствует данным многочисленных'наблюдений:и.натурнш экспе{ншеитрв. для аналогичных -¿глезобетопн!^- рам при сопоставим значениях перемещений - фундаментов .рг'поДрабРгкой Ч горизонтальные пёремащгния- крайних-фундаментов - 0,035:«- . --вертикальны? 0,0' п.). .Шказайр, .что. рбрааоаадиб. пластических'тарниров-а несут?« элементах -рамы "пргаодит к'-.обкому перераспределений усилий п. система -. "фундамент верхнее; строение",и-делает--Б0спр|»!мчи-вой- к.перемеЕйниям фундаментов: О.Лёдств-иэы различий--.е описании фм-зических .процессов при упругой постановке .(¡¡äjiöoiee .распостраиен. ная в практике проектирования) и иединешюй является разница усилиях в . сторону уменьшения при нелинейиом ^расчет Умэнылени расчетных усилий-в эле.шнтах.-ра^ы происходи также,за счет боле податливого оснований, чей принимается по традиционным методикам Значение козффгвдентЬв кэсткости подрабатываемого основания опре делились в соответствии с методикой приведенной вкао. . Разуплотне ние основания в определенной ме^.тоипенейрует дополнительна; воа действия ва систему "подрабатываемое основание - 'фундамент - вер* яее CTjxjeBäe"--от'->'ынуад0нны*''.пв^шфйий-чйгйдамвятов, но привод» ^-¿трирздашям осадок,. что согласуется с теоретическими предпосш

В четвертом раздел? диссертации изж)^юна »шжвнврная штодю расчета фундаментов повышенной,несудей способности на подрабатыв; емэм основании. :-7

В соответствии с действуищош нормативными и рекокендателгн; щ докутдаитами расчет «ЖНС производится- пр двум группам предэльн: состояний: '-; ■'■ ■'л-'-

- по несущей способности; ' •. .

- по дефоркпшгам.

При сшталненга расчетов х-яггйв'аигся все факторы., ал!яг±л!о га ггагя-ядбйствкб ' фундаментов повыззнной ttecyréft спосоСггсстй с группе» --основания: гео\«трич»счие\па5х&«?три. &iuaue}>»a, »объем п ¿optíi угпреяня, фтгайкг' ;."-sáH:{4octóró• хпра*сг<гристикя грунтов я trs .гат-Ч-ггенпв п уплотненной попе.

Пр:т проектировании <tíU?0 для участгссн : попадался яод-.вдяяиго' ' воздействия, подземных.. горних выработок,.- несбходЬо .уатспть asín--;;ühii9 физико - теханйчесга« хараг^.сргстик грунтов,по сгокзяяой'-ва-пз !готодп1се только а с&чзе écxit процесс депортации. naicsofl- noáppx-.••гсг:; протечет после окончания,'вогведения фундаментов...

ib necjrcsft способности СПЖ расс<пгг«йа>зтса тсхсдп а усговкк

?! < ffi/iíjj, (11)

где И - вертикальная нагрузка, па фуйдайайт;: ©. - шизянЬсая лЬлй'глна из netyoeft способности грзготз'оснований идя :посугг>Я - способности тела,' фундамэита;. -далее- ю».нуекая- "nccytSft' сгёессбггастьй Фунда!5?нта"; - газфЬяягёэт яад9кйЬст.й. •-,.'-•''

Взсутая cnócoSifccT»"6stb«Hord ybtpfmá ¿yiixajvtkii: рп '<.

ys •

.. где Rb£ - расчетное- сопротивление Cotona осевому сйшш; Вц-вяр'ина нижней! части фуйдайента; h^. - • йысот-а'увирёвия; г^ -.ради-. ус упиренкя.

Шсугяя способность уплотненного слоя:

. . "У КУПЛ Гув + h "V rt ;'.■.' ■•■ = ll3)

где irr - коэффициент. .услойкй работы уплзтяенпого грунта; Вуд^ - . расчетное сопротивление уплотненного rpyirra, определяешь по формуле (19); Гуц - плозадь уверенней пяты фундамента; . h - su-■ ;срта:тела:фундаиэнта. в-грунте, без утирания; ¡ту. - коэффициент условий ряОоты 'груйта-'оо- Óo'isjBÜí поверйрст«»' -«íflwáaeBtá;: Oj. - периметр фундамента в средней части; ft - расчетное сспроттдоггаз грунта по боковой поверхности. -

Нэсудая: способность .подстнлагсвго слоя:' .

^ " ^ Rtt Fytu + h "V Г1 иГ ' ' {Н)

где Яр - ..; расчетное сопротивление подстилапззго слоя грунта на глубине, h ^ ^ mj, . - коэффициент условий работы под-

- 14 -. .

сткдащзго ллэя грунта; ^^ - пдрдадь, через которув ущ^неннаа воиа-первдаат.-нагрузку на подстпхдицлЯ слой..

11ред£агаэшя '¿ёго&иса расчета ФПНё по; дефриадааы преДстайла-иа двуш, подход^!.-■ Шрвигй базируется па спрдалзиии осадок, па ш-тоду'посланного -сушфоиашш: - Эта »¡ходика применяете»! • цт раечи-тов • СГОЕ • ври--ирогтои одноступенчатом аагру&эяии.. .ЦркиэнйШ* второго подхода,- основанного иа:использовании -коэффициента . •гэсткосхи кеди.чайнз -деформируемого • основания, предпочтительно в. случаях слоеного загруления. ЗШС. ■

- Регчат производится исходя из условия:

Б < , (15)

где Б - расчетное пара^ф-ниа; 5 ■■- предельное значение по-рс-ыауияя.

.- . .Даалйнкз .на основание, ■ возникавшее в следствии прилогэння к фувдашвту вкеаних-нагрузок, должно соответствовать неравенствам: на глушш г, + ^ . , ..-■

Рщ* 4 1'2 «V *увд и ^П > 0

где {фаевыэ давления на уровне подоивы уширенкя: ■ ^ М ♦ 6 - иг Л 1РГ ЕМ- 0,5 ч Вср (Л ♦ ^

- на глубине Л ^ +

^ля < . » Р£,п > 0

гдэ'краавыз давления на'кровле поДстндащего. слоя:

п Н + О - и,. Ц ^ Г1 m-.fl.Sq Вср С^+Пуи) р ----------+ —---------, (17)

.где К, У - продоаьнай с ¡¿а н ьшзнтная нагрузка; 6 - -вес '$ун-■ дагэ1ггь; ч- реакция' -по боковой поверхности фундаьзэкта; ВСр -сргдййя Елрши бокоаой поверхности фундах-энтз! • У,^ - статш>тгск£; юшйт подошы (горизонтальной проекции увзфзтш).' •' ..

Штатное сопротивление подстнла^го слоя: ' . " •

^ - Вупл.г *п * ^ ^^пд5 + % С11 к<'18\

- 15 -

Расчетное сопротивление уплотненного грунта:

Купл = 2 'V гуш 'ум ь ^ + V *'и ' супл

где М?.,МЧ,МС - безразмерные коэффициенты; -упл'Гупл'^упл " характеристики уплотненного грунта: >'{1 - члотность'грунта природной структуры; ] - ссрвдненное значение удельного веса грунта, залегающего ник? уплотненной зоны; С) ] - расчетное зпачэнкэ удельного сцепления грунта, залегавдего непосредственно под уплот-■ ценней зоной.

Осадку фундамента повшенной несуарП способности могло определить по методу послойнсго суммирования. Для .определения углов(лс перенесений ФПНС исполье;. ггея формулы (5,6). При этой необходимо учесть слои попавшие в зону уплотнения (с наметенными характеристиками грунта), как дополнительные слои (формула (7)).

При воздействии на основание горизонтальных деформаций растяжения, еьязвш'.-!« подработкой, необходимо учитывать изменение ана-ч>.:г:ий модулей деформации грунтов по формуле (1). При этом для слоев грунта папзвяйх в уплотненнуп зону определение гадуля деформации производится в следухкем порядке:

Определяется ЕуПЛ исходя из значения Ед (модуля деформация грунта с ненарушенной структурой);

Определяется исходя из значения сущяствуптго етдуля

пидр

деформации Еупл.

В случаях сложного нагругония фундаментов повьсенной несуцэЯ способности целесообразно применять методику определения перемецэ-ний, основанную на переменном коэффициенте изсткости. Пвремэчения в данном случае определяются по пияэ- приведенной схеме:

Определяется осадка 5 для многослойного осгГовалия по по катоду послойного суммирования. Учитывается изменение деформационных характеристик грунта, попадающего в зону уплотнения.

По найденной осадке и геометрическим параметрам опреде-

ляется приведенный модуль деформации:

Е ----------------, (20)

пр 3 и .

где Р - среднее давление на подошве упгарения. При воздействии на основание деформаций растяжения-, вызванных подработкой,, значение приведенного модуля деформации изменяется в

- 1С ••

соответствии с зависимостью по формуле (1).

Определяется коэффициенты жесткости основания ШЗ по формулам (2.<. 4). •

Если имеются значения осадки, углового перемещения и горизонтального рмещ?ния, определенные экспериментальным путем или но методике описанной вшю,. то значения коэффициенте« яесткости можно

определить по формулам:

аг = н / (гуи 5) (рл)

с.-м/п^ц'.л (я?)

Сх « о / (Г..,,. д), (23)

где М,О,Н - наг-руэки, действующе на фуидшкнт (момент, поио-речная и продольная силы соответственно); Б,?, а - перемещения Фундамента; (осадка; , угловое и горизонтальное перемещения, соотьетс-твенно); ~ момент инерция и площадь подошвы утирания.

' Значения• коэффициентов жесткости основания при слотом натру-зкашш определяется зависимостью:

' Ф

С' - —---------—-------------------------------- , (Й4)

б р' (1 - р / ф) / (р (1 - р' / ф)) - (ф - р) / с

где. ф - несуад способность основания; Р - среднее давление на грунт под подошвой ушрения; 5. - осадка при давлении р;. р' -переменная величина давления, которая может изменяться в интервале от 0 до Ф, . -

Имея, величины коэффициентов жесткости основания и геометрические параметры ФШС получаем зависимости для определения пореме-. прняй. ■

Реакция по подоите фпнс при вертикальном перемещении фундамента: •■■'.•

Ч ^у»2 « «! 2 \ . . : (^5)

. Цри горизонтальном дстемещенйи фундамента,по боковой поверхности возникает реакция, интенсивность которой распределяется ис глубине по закону треугольника - Равнодействующая этого давления:

нх * X С® Ь (Вв + 2 Вн) /6 .= К.-, К (26)

. ■ Момент равнодействующей И относительно точки О (рис. • яри горизонтальном перемещении X составляет: . • .

Рис. 5. • Схема • .к 'рэсчрту фурдадаита погода?нкоА яясуеяй ■СПКСОЗНОГ'ТЙ.

М, - "X с! и2 (В„ ♦ 3 В„) / 12 - Ко х (.2.7)

Реакция, ,чоз никогда? по подэшае ЯПШ при горизонтальном см»-*??н?ш X равна:- '

••' ГушХ"К4 Х (20)

'Рвакгйякый I«.чй!!т ртносгселию точки 0 от гпа!;-Щ'.м п":

Рзсярелелс-аие реактивного давлений- по боковой поверхности (ЯШ при повороте на угол происходит по парабола, раскопеПетвую-стая этого деалеяия;

К* ь? + 3 В„) / 12 « Ки р ' • (00)

р р В г. и

Йэмэнт равнодействующ В относчтельяо точки О: .

■ М « р С6 Ьа (Рп + 4 £„) / 20 - К„ р (31)

1> • |Г> В н • «

Реакт'ияньга ьшонт но ггодойж* ОДШС5 при повороте на угол р:

1„--Кв>- (32)

В уравнениях использовались следующие обозначения:'С®, С®,

dя . *>

£ - !-:^";М1т'ирпты кэсткостя грунта вдояь ботовой поверхности фун-даназнта (при. .неравномерном .••сжатии, равномерном .сжатии и .сдвиге соответственно); С^.С^.С^ -коэффициенты хесткрстй грунта под ло-. доивой. уиирения■ФПНС (при неравномерном сжатии, равномерном сжатия и. сдвиге соответственно); Ь,(1уш,Вв,Вн г геометрические параметр м фундамент? повышенной несущей способности (см. рис. 5); Г„ш - плс •• шздь подошвы ушйр'ения ФШС; 2,К,р - перемещения, ' соответствен]п вертикаль.ноё, горизонтальное и угловое.

Решенном системы уравнений равновесия являть лизлдакада/ие' выражения для перемещэний:

'.', - вертикальное перемедение (осадка):

н + а ■ ~ "

Б-.—--------(ЭД)

- горизонтальное перемещение:

- 13 -

кс И (Kg * к4> t Q СКэ t- Kg) Q

Л ' У.2 » IZ" %MK¡ ' " (34>

- угшвое пере метение:

M (К2 + К4) > Q ffCj + К5) о

, „--------------------------------, (35)

(К7 h Нп) (Kg + К4) - Kq (Kg + í<5)

где К^;.. Ка - коэЫЯичепты, определенные в формулах (25...32); l,Q,M- нагрузки, двйстпуггие иа С-ЛШ (продольная* попего'»нпя .сиги ( иямэнт ссответственно); Q - собст^енннй рос фундачонта.

Jto описанной ¡ноте мотодите модно рассчитывать C-ilHJ по necyepft способности й деформациям с учетом утароиия и уплотненной йгчш о' зсповании. Вгияшго' подработки на ¿ундзмоитм лоакжиноД яесуя?!Г способности р:итит>тся. изменением харатгерпсгнк грунта при расг.т-тании (с.чптии) основания, ¿йпглтгголънЫо пертмомтя, вкзгпиннэ яодработкой, учиткпагттся при рткчпт»• систенм "подрабатываете ос-юпшше - Сч!Ш - верхнее строение" и обязывает вдкяияо на в-гиде усилий, прредапаехых верхчии строением на фя'^ахпят.

-ЗДКЛРЮИЕ.

В соответствии с псстапмишли в.иастсяагй работе эздтпчи •»сслздсраиий били излучены слелуипге рсзулызгм.

1. Предложена аналитическое ёмрятенио для спредолошм изии-йойнсго году ля де'{срма1сга грунта после р?й.*гяк?иип (схзгия)- грунтового пассива, вызванного подработай.

2. -Показана, что рзстятенис (с.-спие) груптсЕОгп ниесиса су-гиственно влияет ич то яесулуи снссобиссть и величину -д^ор^гции!

3. ПредлсА?!?-! методика определения тзэМнииентоа гдсгкост? подрабатываемого основания, нспгтшхгстн'о гсригонт1Л5!«« дч-Jnpin-ции растпжвиа ( сжатия), юэтсрая дает удовлетворителмнда результаты при ершишки с данным» ркспериуеятзльтя исследований.'

4. 'Испытаниями иелкомасггаЯных юдчяеЯ фуидачентоа. Я- фундаментов в натуральна величину апробировала технология возведет?я зкструзяо - трям^зпач»«:« фучддазнгев. {Ьлученнш ддат?*? позволяет рексмяндсв-зть разработанную технологию возведения (ГГОП для применения в пр-т-пике стрс5ггелз,ства.

Б. Разработана уточненная методика расчата и -уц- 'Юности и керенезэний фундаментов повышенной несущи способн^~ ¡пш-' тыващая 'особенности райоты данного класса фундаментов при подработке» №1 'определения перемещений . и несущей способности фундаментов з «ей используются характеристики основании, определяем:« па вше перечисленным методикам. ' •

6. |&тбди«а :расчйта' ИМЗ проверена эксиериианта-ц.но ¡1 подуча-. ва удовл'кв^ритёльнад сходимость, теоретических и г-> ■!>.> ¡¡тальных

данных.

7. Проведены исследования влияния учета разуплотнения основания-в следствии горизонтальных • дофсрмащШ, вызванных .подработка, на усилия;, вэтннилыцпе в системе "подрабатываемое основание - йу»г-дамэнт поаыадннай несудей способности - верхнее строение". ;

В. Ги'основе натурных экспериментальных исследований поверена уффективность использования-'совместно с ФПЮ конструктивных мер Защиты знаний и -ерорудений от слияния горных выработок.

е. Разработала инженерная методика расчета фундаментов повышенной несущой способности на подрабатываемом основании. Данная методика позвсляет учитывать изменение характеристик основании:

- в уплотненной ванс; ■ ,

- при горизонтальных деформациях грунтового массива, вызванных подработкой. .

Основываясь на результатах выполненных исследований можно сделать следующие основные выводи.

А/ Дри г.оризонтагь.ны*. деформациях растяления (сжатия) грунта, вызванного подработкой, происходит изменение прочностных и деформационных: характеристик грунта.

В/ При оЦ'-'шее несущей способности и перемещений фундаментов, попадавших в зону деформаций земной поверхности от подработки после их возведения,необходима учитывать Изменение прстостных и деформационных характеристик грунта. При этом необходимо рассматривать наиболее невыгодный для эксплуатации данного здания вариант:

- горизонтальные деформации сяатия - уплотнение грунта;

• -' горизонтальике деформации растяжения - разуплотнение грунта.

В/ деленный анализ работу системы "подрабатываемое основание - фундамент повышенной несущей способности - верхнее строение" необходимо 'производить с учетом нелинейной работы грунта основания и учитывая равуплотнявдэе (уПлотняршре) действие на основание'гори-

снтальных деформаций земной поверхности. Следует учитывать, что вменение харшстеристш: грунта приводит к перераспределению усилий I верхнем строении.

Г/ Бри проецировании фундаментов повышенной поедай способ-гости, для зашиты конструкций верхнего строения от дополнительных юздействий при подработке, целесообразно применять конструктивные дары защиты, используемые для обычных типов фундаментов: связи эаспсркн, разделяшиЯ жов скольяэния, а такте специальные меры, »апример, гибкие вертикальные связи.

Основные полоиения диссертационной работы спублшсовани в таких работах:

1. Еоришполь К. Н. Исследование зкетругно - трамбованных фун-. даментов (ЗТФ) "для особых и обычных условий строительства. / Тезисы ~ докладов научно - технической конференции молодых специалистов "Совершенствование проектных решений промышленных 'зданий и сооружений на основе использования научно - технических достижений". -Днепропетровск: Ротапринт Приднепровского Промстройпроегега, 1900, с. 45 -47.

• 2. Боряшполь 11 Е , Петр агав А. А. Использование экструэно -трамбованных фундаментов (ЭТФ) при реконгтругавш и усилении зданий и сооружений. / Сб. "Опыт обследования, реконструкции и усиления зданий и сооружений". -К.: УкрЮТИ, 1992, с. 16 - 22.

3. Петраков А. А.", Еоришполь К Н. , Еолыпский Е Е (Гундаменты в вытрамбованных котлованах на подрабатываемых территориях. / Буд1вництво Украшь N03 (Находится в печати).

4, Петраков А. А. , Ийбслтас А. М. , Вэрипподь К. И. Исследование коэффициентов тесткости основания-о учетом влияния горизонтальных деформаций зейасй поверхности. / Тезисы докладов к Всесоюзному на- , учно - техническому семинару. - Донецк: ПРИТЙ Мичупюпрома СССР, 1389, с. 17-1?.

Подписано к печати 0В.О4.94 г. Формат бумаги 60 х 90/16'. Объем 0,6 п.л. 'ЙякЛр Í 12, Т!*р*ж 100, бесплатно.

Ротапринт Донецкого 1?{х)Мстройнйняройктя