автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Армированные грунтовые подушки как основания гидротехнических сооружений мелиоративных систем в торфах

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГИДРОМЕЛИОРАТИВНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи САХАРОВА Светлана Ильинична

УДК 624.15 : 075.8

АРМИРОВАННЫЕ ГРУНТОВЫЕ ПОДУШКИ КАК ОСНОВАНИЯ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ МЕЛИОРАТИВНЫХ СИСТЕМ В ТОРФАХ

05.23.07 — гидротехническое и мелиоративное строительство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 1990

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени гидромелиоративном институте.

Научный руководитель — кандидат технических наук, доцент А. М. Силкин.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Л. С. Амарян, кандидат технических наук, доцент Г. М. Каганов.

Ведущая организация — Росгштроводхоз.

Защита состоится . 1990 г. в «

час. .по адресу: 127550, Москва, ул. Прянишникова, д. 19, аудитория т. Я. 4Н

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Просим Вас принять участие в защите и на.править Ваш отзыв по адресу: 127550, Москва, ул. Прянишниковаа, 19,

МГМИ, ученый совет. Автореферат разослан « » . . . . 1990 г.

Ученый секретарь специализированного сонета —

А. М. Бутко

Акутальность проблемы. При строительстве сооружений на торфах проектировщики стараются перенести сооружение так, чтобы строить на минеральном грунте. А если это не удается, то устраивают свайные фундаменты или идут иг полное выторфовывание и устройство песчаной подушки трапецеидального сечения, не передающей дополнительных напряжений на торф. Однако такие подушки требуют относительно больших объемов земляных работ, что делает их экономически нецелесообразными при мощности торфа более 1,5—2,0 м. С целью уменьшения объемов работ на кафедре «Основания и фундаменты» МГМИ была обоснован:: возможность устройства и предложена методика расчета подушек с вертикальными боковыми гранями и шириной, равной ширине подошвы фундамента сооружения. Такие подушки были названы подушками рационального сечения, Они экономически целесообразны для сетевых гидротехнических сооружений при мощности торфа в основании до 4...5 м, то есть практически во всех случаях, так хак 90% болот имеют максимальную мощность не более 4...5 м. Однако при нагрузках от сооружения более 60 КПа их деформации могут превышать допустимые.

Существенно снижает деформируемость и повышает несущую способность армирование грунта таких подушек, не приводя к заметному увеличению стоимости. Армирование грунтовых подушек позволит увеличить надежность и уменьшить деформации основания гидротехнических сооружений мелиоративных систем в торфяных млсошах. Армированные грунтовые подушки целесообразно применять в качестве оснований центрально нагруженных фундаментов неподпорных гидротехнических сооружений мелиоративных систем в торфяных грунтах (под фундаменты опор акведуков и мостой, ленточные фундаменты насосных станций и т.д.).

Применение оснований в виде подушек из армированного грунта сдерживает отсутствие метода расчета осадок таких подушек и определения их расчетных деформационных характеристик.

Нелы-о работы является: исследование напряженно-деформированногососто-яния армированных грунтовых подушек рационального сечения как оснований гидротехнических сооружений мелиоративных систем в торфяных грунтах. В задачу входило: проанализировать существующие методы расчета несущей способности грунтовых подушек и осадок сооружений, построенных на них; проанализировать существующие конструкции из армированного грунта, характер их работы и имеющиеся методы расчета; выявить качественную картину работы армированных грунтовых подушек рационального сечения и влияние схемы армирования (числа армирующих прослоек и их расположения в теле подушки) на несущую способность и деформируемость подушек; на основании экспериментальных и теоретических исследований напряженно - деформированного состояния подушек разработать метод расчета осадок сооружений, устраиваемых на них; выявить факторы, влияющие на деформационные характеристики грунта подушек, и дать рекомендации по назначению расчетных деформационных характеристик.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- исследована качественная картина напряженно-деформированного состог-!ия армированных гру[(товых подушек рационального сечения в торфах;

- обоснована расчетная схема армированной грунтовой полушки рационалъ-юго сечения хак основания гидротехнического сооружения, дан метод определения кадок сооружений, построенных на таких подушках;

- разработаны алгоритм и программа расчета осадок гидротехнических сооружений в торфах на армированных подушках рационального сечения (в допредельном состоянии) с помощью ЭВМ;

- установлена зависимость модуля деформации грунта подушки от ее размеров и формы;

- предложена методика расчета несущей способности грунтовых подушек в торфах с учетом особенностей работы грунтовой подушки и окружающего ее торфа.

Практическая ценность. Разработана методика расчета осадок гидротехнических сооружений в торфах на армированных грунтовых подушках рационального сечепиг, а также методика определения модуля деформации грунта подушки, которая поззоляет существенно повысить точность расчета осадок как армированных, так и неармированных подушек. Для некоторых сочетанийдеформационных характеристик грунта подушки и торфа по результатам расчетов на ЭВМ построены графики для безмашинного расчета осадок подушек.

Рне.чрение результатов. Разработаны Рекомендации по определению деформационных характеристик и проектированию армированных грунтовых подушек рационального сечения в торфяном массиве.

Апробация работы. Различныеэтапы исследований были обсуждены и получили одобрение на пяти научно-технических конференциях Московского гидромелиоративного института (1984, 1985, 1987, 1988, 1989 гг.), результаты работы в целом - на заседании секции инженерно-строительных изысканий Научно-техническогс Совета Госстроя РСФСР (1989 г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы £ печатных работ.

Объем рпботы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, спискг литературы из 88 наименований и 5 приложений. Работа представлена на 29( страницах, втом числе 112 страниц машинописного текста, 100 рисунков, 27 таблш и 51 страница приложений.

Содержание работы

Р первой главе дан обзор существующих методов расчета грунтовых подушек анализ работы гидротехнических сооружений, построенных на подушках, предло жен метод расчета несущей способности подушек.

Учитывая, что торф способен воспринимать некоторые боковые распоры возникающие в теле подушки, Б.И.Далматов предложил устраивать подушки обжа того поперечного сечения. Он разработал метод расчета несущей способности таки: подушек. Расчетные формулы выведены в предположении, что когда нагрузка о' сооружения на подушку превысит ее несущую способность, в подушке образуете! призма обрушения. Между подушкой и торфом в мысленном представлении прохо дит бесконечно тонкая подпорная стенка высотой, равной высоте призмы обруше ния. Сползанию призмы обрушения препятствует призма выпирания торфа Призма обрушения оказывает на «стенку» активное давление, а торф - пассивное распределенное по гидростатическому закону. Недостатком метода, на наш взгляд является то, что пассивное давление торфа определяется по схеме образована • призмы выпирания, как в минеральном грунте, в то время как при надвигаши подпорной стенки на торф такая призма не образуется. Другим недостатком М1 считаем то, что Б.И.Далматов не дает рекомендаций по учету взвешивающее действия грунтовой воды. С учетом взвешивающего действия воды несущая спо

Рис. 1. Расчетная схема к определению несушей способности грунтовой подушки (плоская задача).

Рис. 2. Расчетная схема армированной подушки (плоская зада

22117878

собность подушки з неосушенном торфяном массиве получается ничтожно малой или даже отрицательном. Таким образом, для оснований гидротехнических сооружений этот расчет неприменим.

Учитывая специфику деформируемости торфа, Н.Н.Морарескул призму обрушения уподобил штампу, передающему боковой распор как нагрузку на торф. Торф воспринимает эту нагрузку и не разрушается, благодаря сопротивлению срезу. За несущую способность Н.Н.Морарескул принимает ту нагрузку на подушку, которая зызывает бокозое расширение ее на определенное (заданное) значение. При заданном боковом расширении система «подушка - торф», хзк правило, еще v.s теряет свою несущую способность. Кроме того, Н.Н.Морарескул рассматривал только «низкие» подушки, у которых призма сползает в нижний угол подушки. У »зысоких» подушек плоскость сползания выходанз боковую грань. 3 этом случае несущая способность подушки, определенная по методике Н.Н.Мораресхула, получается неправдоподобно малом.

Мы считаем, что для оценки несущей способности торфа правильнее принят:, не предельное сопротивление торфа сдвигу г, а несущую способность торфа по формуле, обоснованной С.С.Корчуновым

где Р- несущая способность торфяной залежи; А - сопротивление торфа при сжатии; В - сопротивление торфа срезу по периметру п нагруженной площадки Р -площадь нагруженной площадки.

Рассматривая в плоской задаче равновесие призмы обрушения ЛВС (рис.!), получаем формулу для определения несущей способности подушки:

?п 1/Ь К К /82/3 + 11ф + 2В)/(1ф - !&п} -т-п Гф1, (2)

где К-А (Ы-с)1ррп, I " А (Ь^с) + 2Б1°фп, т "у^а'с; г. » (Ь +с)2уп/2.

Наиболее опасное положение плоскости сползания АС, которое определяет несущую способность подушхи, находят решением квадратного уравнения

+ а + з - о, <з>

где С--» К- п \ О ш - 2 (К - п); 3 - -г. ¡¿<рп -1рп - 28,

Аналогичным образом выведены формулы для определения несущей способности осесимметричных подушек. Результаты расчета по предлагаемой методике :•. сравнение их с экспериментальными данными позволяют сделать зывод, что подушки обладают значительной несущей способностью при сравнительно большой деформируемости. Поэтому определяющим расчетом грунтозых подушек з торфах является расчет по деформациям.

Одним из наиболее перспективных путей уменьшения деформируемости подушек и повышения надежности работы сооружений на подушках является, на наш взгляд, армирование грунта подушек.

Во второй главе рассмотрены вопросы улучшения свойств грунтов армированием. Улучшение свойств грунтов различными видами арматуры (из полосовой стали, полимерных сеток, геотекстнля и т.д.) - новое направление, получившее

распространение в практике строительства (в основном зарубежной) и последние десятилетия. Название это направление получило в работах А.Видаля, по результатам которых был официально признан и запатентован новый вид материала -«армированный грунт». Армированный грунт находит применение а подпорных степах, дамбах, плотинах, автомобильных дорогах на слабых грунтах, и основаниях фундаментов гидро1ехнических и других сооружений. Анализ литературы но вопросу армирования грунтовых оснований показывает, что исследования выполнялись, в основном, на мелкоразмерных моделях, не учитывали всего комплекса факторов, влияющих на несущую способность и деформируемость основания. В литературе отсутствуют рекомендации по расчету осадок армированных оснований с числом прослоек арматуры более !, а также осадок подушек рационального сечения с длиной армирующих элементов равной ширине подошвы фундамента. Поэтому для определения осадок сооружений на армированных I рунтовых подушках рационального сечения в торфах необходимо разработать специальный метод расчета осадок и назначения расчетных деформационных характеристик, когорый учитывал бы специфику работы подушки, армирующих прослоек и окружающего торфа. Так как торф существенно отличается по-своим физико-механическим свойствам от минеральных грунтов, имеющиеся в литературе данные об армированных основаниях нельзя механически переносить на армированные грушовые подушки в торфах. Для изучения деформируемости, несущей способное!и и напряженно-деформированного состояния армированных фунтовых подушек в торфах необходи мо провести специальные исследования.

В третьей главе описываются лабораторные исследования армированных подушек рационального сечения,которые проводились с целью изучения качественной картины напряженно-деформированного состояния таких подушек, влияния схемы армирования (числа армирующих прослоек и их расположения в теле подушки) на несущую способность и деформируемость подушек, а также с целью изучения влияния жесткости основания, подстилающего подушку, на работу подушки; дано описание качественной картины напряженною состояния подушек, полученной методом фотоупругости.

Исследования моделей армированных песчаных подушек проводились на специальном стенде с лотком из оргстекла. Размеры лотка были выбраны из условия рассмотрения плоской задачи так, чтобы влияние боковых стенок па напряженно-деформированное состояние- подушки и окружающего ее торфа было минимальным. Длина лотка составляет 54 см; высота - 70 см; ширина - 20 см. Для выявления влияния жесткости основания, подстилающего подушку, на картину ее деформируемости часть опытов была проведена в лотке, имеющем размеры; длина - Ь0 см; ширина - 20 см; высота - 30 см. В зтих опытах подушка опиралась на жесткое дно лотка, в остальном методика экспериментов в обоих лотках одинакова. Но ширине лотки разделены на две камеры: в одном помещается испытуемая модель, другая заполнена водой, которая подпитывает модель, имитируя грунтовые воды. Лоток размещается на металлическом столе с нагрузочной системой, позволяющей передавать на модель подушки нагрузку ступенями, начиная с 0,01 МПа, через жесткий штамп размером 10 х 10 см, хоторый соединяется с нагрузочной системой. Модели подушек имели следующие размеры; площадь принималась равной площади штампа - 10 х 10 см, а высота подушек - 30 см. Грунт подушек - песок средней крупности. Для наблюдения за деформациями в грунте подушки и в торфе у передней стенки лотка устраивали цветную сетку с размерами ячеек 2 х 2 см в песке - из черного глинистого грунта, измельченного в порошок, в торфе - из мелкого белого песка.

Для уменьшения трения песка и торфа о стенки лотка стенки смазывали машинным маслом. Для изготовления модели применяли осоковый низинный торф нарушенной структуры со степенью разложения Ddтf 25% ; зольностью .4 = !1,07%; влажностью го = 560%; плотностью частиц = 1,55 г/с3. В качестзе арматуры использовали тонкую хлопчатобумажную сетку, имеющую размеры в плане 10x10 см. Плотность сухого укладываемого песха подушки доводили хах минимум до р^ - !,6 г/см' что соответствует требованиям, предъявляемым х плотности грунта подушек п основании реальных сооружений. Загружение моделей осуществляли степенями по 10...20 КПа. Каждую последующую ступень нагрузки прикладывали через 1...2 сутох. Осадки штампа замеряли прогибомером ЛИСИ с ценой деления 0,0! мм. Общую картину деформирования подушки скимялн на кальку ■! фотографировали.

Лабораторными исследованиями подушек с числом прослоех арматуры п =1, 2, 3, 5 установлено, что деформируемость и несущая способность армированных подушек существенно зависит от числа армирующих прослоек: чем больше прослоек арматуры, тем меньше деформируемость и выше несущая способность подушки. Однако несущая способность и деформируемость подушек зависят не только от числа армирующих прослоех, но и от их расположения з теле подушки. Были испытаны модели подушек с одной прослойкой арматуры, расположенной на расстоянии х = 2, 4, 6, 10, 12, 15 и 22,5 см от верха подушки. Оптимальным расположением прослойки арматуры как для подушки ма жестком основании, так и для подушки на сжимаемом основании, является х = 10 см (х / Ьп = 1), так как з этом случае деформации подушки наименьшие. Форма армированных подушек, которую они приобретают в процессе деформирования,также зависит от числа армирующих прослоек, их расположения и от величины нагрузки. При расположении арматуры на расстоянии друг от друга х< Ь <дрп, призма обрушения не образуется. Если прослойки арматуры расположены на расстоянии х > Ь то формируется бочкообразмость и поверхности скольжения внутри каждого участка, заключенного между прослойками арматуры, то есть каждый участок армированной подушки работает как неармированная подушка. При этом поверхности скольжения блкзхк по форме к плоскости. Угол наклона плоскости скольжения между прослойками арматуры равен углу наклона плоскости скольжения в неармированной подушке, имеющей такое же отношение высоты к ширин» Ип/Ьп, что и часть армированной подушки, заключенная между прослойками. Харахтер деформируемости подушки и торфа на песчаном основания аналогичен характеру их деформируемости ка жестком основании. В армированных подушках, как и в неармированных, на границе песка подушки и торфа не происходит разрывов и сдвигов их относительно друг друга. Даже при разрушении подушки практически симметричны относительно зертикальной оси. Лабораторные эксперименты показали также, что армирование ускоряет процесс стабилизации осадох.

Для выявления качественной картины напряженного состояния подушехбыли исследованы фотоупругие модели армированной и нерамированной подушек рационального сечения, в которых торф и песок подушки моделировали пластинами из эпоксидной смолы. Соотношение модулей деформации песха подушки и торфа учитывали соотношением толшин а1астинок (для торфа - 1,5 мм; для песка - 8 мм). Арматуру моделировали перфорированной металлической фольгой. Составные части моделей склеивали эпоксидным клеем. За характеристику напряженного состояния принимали систему изохром - линий максимальных касательных напряжений. Нами отмечено, что наблюдается совпадение характера изохром для ¡'еармнроадн-

ной подушки в целом и для каждого из участков армированной подушки, что подтверждает вывод о тем, что каждый участок армированной подушки работает как отдельная неармкрозаннаа подушка, для которой верхняя прослойка является штампом, а нижняя - основанием. Изгиб изохром на уровне арматуры и смещение их ближе к границе «торф-подушка» указывает на уменьшение при армировании лодушки напряжений в окружающем торфе. Внутри же самой подушки происходит некоторая концентрация напряжений. Деформируемость подушки обусловлена, в основном, податливостью торфа, поэтому из-за снижения боковых распоров, передающихся на торф, деформации подушки уменьшаются.

В четвертой главе дан расчет напряженно-деформированного состояния подушек а условиях плоской и осесимметричной задачи, и также рекомендации по определению деформационных характеристик грунта подушки и торфа.

Выявленная лабораторными исследованиями качественная картина работы армированных грунтовых подушек рационального сечения в торфах дает возможность применить при расчете напряженно-деформированного состояния таких по-душех метод, разработанный С.Г.Юрченко для кеармированпых подушек рационального сечения, считая деформации хахедого участка подушки отдельно. При этом приняты следующие допущения:

¡. Напряженно-деформированное состояние подушки и торфа рассматривается и с-.адии полной стабилизации;

2. Грунт подушки и поддерживающий ее торф деформируются линейно;

3. Сцепление между штампом и грунтом подушки, между армирующими прослойками и грунтом подушки, а также между грунтом подушки и минеральным дном болота идеальное;

4. Трение имеет место с обеих сторон прослойки арматуры и обеспечивает идеальную симметрию усилий;

5. Все растягивающие (касательные) напряжения в сечении, где расположена арматура, воспринимаются арматурой, а сама арматура нерастяжима;

6. Усилия, нормальные к армирующей прослойке, воспринимаются как арматурой, так и грунтом. Причем нормальные напряжения, возникающие на верхней поверхности арматуры, равны нормальным напряжениям на нижней поверхности арматуры;

7. Нагрузка, передаваемая прослойкой арматуры на нижележащий участок подушки, принимается равномерно распределенной;

8. При расчете деформации подушки минеральное дно болота принимаем недеформируемым;

9. Полная осадка сооружения находится как сумма осадок участков подушки, на которые подушку делят прослойки арматуры, и осадки от сжимаемости грунтов минерального дна, которая определяется как осадка гибкого фундамента на естественном основании.

Учитывая сделанные допущения, задачу о расчете деформаций армированной грунтовой подушки рационального сечения, устроенной в торфяном массиве, можно рассматривать хах задачу теории упругости. Таким образом, задача свелась к расчету п +1 неармированной подушхи на жестком основании при линейных зависимостях между напряжениями и деформациями под действием равномерно распределенной нагрузки, где п - число армирующих прослоек.

Так же, как при разработке упомянутого выше метода расчета, введены без-юзмеркые системы координат Х|0;й (рис.2>, з которых единице:'! длины является | = Ьп / 2 (половина ширимы гюдушки), тогда зысота 1-го участка подушка А,- -где Л л ¡- фактическая высота 1-го участка подушки. Фактические перемещения ¿Л и К/ находят умножением соответствующих безразмерных перемещений а Ьп 12. Так как методика расчета каждого из участков гюдушки одинакова, ассматриваем расчет одного (любого) из участков. В дальнейшем индексы, обоз-ачающие номер участка подушки, опускаем. Горизонтальные и и вертикальные V еремещения заданы в виде рядов с неопределенными коэффициентами Л/и Пг-

(-1)

Перемещения должны удовлетворять следующим граничным условиям.

К На границе сред (грунта подушки я торфа) перемещения равны, деформация роисходит без образования разрывов и сдзигоз одной среды относительно другой, эесть ип(±1,2) = ит (±1,2.)\ Уп (±1,2) = Ут (±1,2). Индексы <-п» и'«т» обозначают ^ответственно грунт подушки и торф.

2. Основания участков считаем недеформируемнмн, а сцепление грунта по-/шки и торфа с основаниями участков - идеальным. II результате при 7. 0 всюду п-0 ; ит = 0 ; У„ = 0 ; Ут = 0.

3.При х - 0 вследствие симметрии ил 0.

•4. Сцепление подошвы сооружения (фундамента) и армирующих прослоек с ¡унтом идеальное, тогда при ?_=» Ь всюду и ™ 0.

5. На достаточно большом расстоянии от начала координат деформации дол-ны затухать, то есть при х—оо должно и -»0; \?~0

6. При Ъ = Ь и | х | (/у—Р.

7. При Х = | х | > 1 (7У= 0.

8'. При г - 11 и | х | > ! гхг «■ 0.

Граничные условия выполняются, если выражения перемещений О/ и К, при-гты! чаде:

(5)

.х21-' при | л-1 5 /,

\/хЬ>*2 при | х | > I ■

Неопределенные коэффициенты Л/ч В/о выражениях перемещений (4) полают из условия минимума потенциальной энергии, приравнивая приращение ергии работе внешних сил. После преобразований получают систему линейных авненийдля определения коэффициентов Л/ и 5/:

/Кх)'

дс'^ при | х | я У ;

1/хГ'*2 при |Х| >/.

<РКх> *

где

i £ aijAj + 2 Pijfij = 0

n ft

S уt^i + 2 My = ti,

J-1 h 1

(8)

шу = Г г1 г" А .

ш} >0}0}<) 1 1-2 V 17 ' дг дг 1 ьахауа* .

д.. гм ,), , 2 у дУ] дт , дщдш. „ , . . ^ = о АЛ (Т^277Г77 ^ ¿777!

,1 , 2» <7Н< дШ дУНШ]. „ , , , ™ = /0 /0/о 77 + 77 771

л» г2П~*) <7*7 ¿К/ и дУ13У!л„, , ,

6,1 = ;о^О^с5!-27 -^77 + 7777' са^г,

и - - /'Г; </л*/у.

Подсташш в <7> выражения £// и К/ по (5) и интегрируя, получают окончательные выражения для коэффициентов системы уравнений (6). Подставив в известные из теории упругости зависимости напряжений от деформаций выражения перемещений V и V (4), получили формулы для расчета напряжений в любой точкг рассматриваемого участка подушки и окружающем его массиве торфа:

ах - Л/^ -г 2 Bj-rf) + 2G-3--;

>i az j.x ax

Для определения значения перемещений верхнего участха армированной подушки U и V задают N - число членов в рядах (4). Далее по формулам при численны* значениях коэффициентов kj; lj; tj; Sj и принятых параметрах Р, Ь, Еп, Ет, vn, vi подсчитывают коэффициенты системы уравнений (6). Посте решения системь; уравнений и определения коэффициентов Aj и Bj по формулам (4) подсчитывают безразмерные перемещения. Для перехода х размерным перемещениям следуе1 безразмерные перемещения умножить на bn/2. Для определения значений перемещений второго и последующего участков подушки, заключенных между прослой-

:ами арматуры, расчет ведут точно также, как и для верхнего участка подушки (до [ервой прослойки арматуры), но параметр Р - среднее комтахтное давление, пере-аваемое армирующей прослойкой на нижележащий участок подушки, определяют оформуле (8) дляаг как среднее контактное давление по подошве вышележащего частка подушки плюс давление от грунта вышележащего участка подушки:

/><= ОгМ + 5'И А«-1.

Определив последовательно перемещения V верха каждого из участков арми-ованной подушки описанным выше методом и осадку минерального дна, подстн-ающего подушку, ш , ожидаемое значение осадки сооружения, располагаемого на рмированной грунтовой подушке рационального сечения, определяют как сумму еремещений:

¿' = К/+ Кг + ...+ У„+1+ш (10)

Аналогичным образом, используя безразмерные цилиндрические системы ко~ рдииат з которых единицей длины является радиус подушки, получают

ормулы для расчета перемещений и напряжений в осесимметрнчной армирован-эй подушке.

Для расчета осадок отдельных участков плоской и осесимметрнчной армиро-шных подушек составлена программа расчета расчета на персональном компью-ре Ш'АВЕЦ ЕС-1339.

Для определения перемещений по предлагаемой методике необходимо знать эдули деформации грунта подушки Еп и торфа Ет, а также коэффициенты боко->го расширения грунта подушки гп и торфа V?. Модуль деформации торфа реко-гндуется определять штамиовими испытаниями, коэффициент ут-абилометрическими испытаниями образцов торфа. Коэффициент бокового рас-ирения грунта армированной подушки Еп рекомендуется принимать как для армированной подушки (поданным С.Г.Юрченко для неармированных песчаных душек гп= 0,495).

Определение модуля деформации грунта подушки Еп затрудняется особыми ловями деформирования, не соответствующими ни одному из существующих шдартных способов его определения. Для неармированных подушек значение ¡определяли по результатам испытаний подушех виолевых условиях и принимали стоянным для всех подушек (из того же грунта, е том же торфяном массиве) зависимо от их размеров и формы. При таком подходе к назначению модуля формации грунта подушки £„ , для получения достоверного его значения, разме-I испытуемой подушки должны быть близки к размерам подушки под проектиру-ым сооружением. Это делает испытания дорогостоящими, трудоемкими и не :гда осуществимыми. На основе анализа результатов полевых исследований ар-рованмых и неармированных песчаных подушек в торфяных грунтах мы пришли ыводу, что для определения модуля деформации грунта подушки целесообраз-использопать подушку рационального сечения под круглый штамп площадью ЭО см . При этом высота подушки должна быть не менее 1,5 Ь,¡, чтобы устранить (яние минерального дна и прослоек торфа с различными характеристиками на (юрммруемость экспериментальной подушки. При переходе к Е„ основания ре-лого сооружения необходимо ввести поправочные коэффициенты, учитываю-е влияние на модуль деформации грунта подушки ее размеров и формы. Модуль

деформации грунта осесимметричной подушки рационального сечения в основании сооружения Ег. равен:

Еп - £шт Лшт/Лл, " (11)

л грунта подушки, работающей в условиях плоской задачи,

Ешт П41

5.4 Ни

где Ешт -модуль деформации грунта подушки, испытанной круглым штампом Л*. Пшт- пысота подушки в основании сооружения и подушки, испытанной штампом; а"1п ! Ьп.

Зависимости (¡0) и (11) справедливы при отношении Ип1Ьп й 1.Уподушек1 меньше:'; относительной высотой эта зависимость нами не обнаружена, для ни: необходимо проводить специальные определения Еп. Сравнение модулей деформа цик грунтя подушки, полученных экспериментально, с модулями деформации определенными по предлагаемой методике, и результаты статистической обработка показали, что предлагаемая методика позволяет определить модуль деформация грунта подушки с точностью не менее 9% и повысить точность расчета осадо: подушек рационального сечения в торфяных грунтах до 8%.

В пятой главе рассматриваются полевые исследования крупноразмерных мо делей армированных грунтовых подушек рационального сечения в торфах с цельк проверки предлагаемого метода расчета их деформаций. Было испытано 6 осесим метричных подушек диаметром 0,80 м, высотой 2,4 м: нормированная, с 1, 2, 3, • и 5 прослойками арматуры. Подушки устраивали из песка средней крупности. Пр, устройстве подушек была достигнута плотность сухого грунта 1,66...1,78 г/см" Контроль уплотнении грунта проводили методом радиоактивного каротажа. В ка честве арматуры использовали круглые в плане деревянные решетки из досо ширинок 100 мм, толщиной 22 мм, расстояние между элементами решетки в свет • 7,5 см. Диаметр решеткл равен диаметру устраиваемой подушки. Осадки штамп; армирующих прослоек и минерального дна фиксировались с помощью специальны марок, соединенных с двумя прогибомерами хаждая. Приложение нагрузок велос ступенями по 25 КПа. За критерий условной стабилизации принята скорость осадк штампа, не превышающая 0,1 мм за 2 часа. Опыт продолжался до исчерпани возможностей оборудования по осадкам. Аналогичным образом была испытан подушха с одной прослойкой арматуры, работающая в условиях плоской задач! Подушка имела размеры: ширину -0,80 м; длину - 4,50 м; высоту - 2,4 м. В качеств армирующей прослойки использовали решетку из досок толщиной 22 мм, ширине 120 мь:, имеющую в плане те же размеры, что и подушка.

Полевые испытания подтвердили, что армирование подушек снижает их дс формируемость, ускоряет процесс стабилизации осадок. Раскопки поперечно! сечения армированной подушки, работавшей в условиях плоской задачи, подтве[ дили характер деформирования армированных подушек, выявленный в лаборатс рии. Расчеты на ЭВМ показали, что рассеивание напряжений в нормировании подушках и ка участках армированных с Л«/ / Ьп<1 идет неоправданно быстро. Эт противоречит теории линейно деформируемой среды. В этом случае мы рассматр! ваем участок подушки как линейно деформируемый слой конечной толщины, вертикальные нормальные напряжения, действующие на прослойку арматуры и I

шнеральное дно подухаки рекомендуем определять по таблицам М.И.Горбунова-1осадоза для определения хонтактиых (на границе раздела сжимаемого и несжигаемого слоев) вертикальных нормальных напряжений ог. При подстановке этих апряжений в расчет деформаций по предлагаемой методике значения расчетных садок подушки и отдельных ее участков совпадают с натурными. По результатам татистичесхой оценки относительные отклонения рассчитанных осадок от зкспе-иментальных определяются дозеритеяьным интервалом - 0,037 5 a s 9,073 с овернтельной Еероятностью а ~ 0,95.

3 шестой главе дан рекомендуемый порядок проектирования армированных эунтовых подушек в торфах и расчет экономической эффективности.

Рекомендуется следующий порядок проектирования армированной подушки.

J. Длину In и ширину Ьп грунтовой подушки принимают равной соответственно ите и ширине подошвы фундамента сооружения.

2. Высоту подушки hn принимают равной разности отметок подошвы соору-ения (фундамента) и минерального дна болота.

3. Расстояние между армирующими прослойками hni назначают в зависимости г нагрузки Р, передаваемой сооружением на подушху:

Р £ 60 КПа - армирование подушки не требуется:

60 КПа <Р s 80 КПа - hm = Ьп;

80 КПа <Р £ 150 КПа - h„r 0,75bn;

150 КПа <Р s ЗСО КПа - h„r 9,50Ь„;

4. Число армирующих прослоек л определяют по формуле

n-(hat hni) - 1. . (¡3)

а затем полученное значение п округляют до ближайшего целого числа.

5. Материалом для армирующих прослоек служат деревянные решетки, кото-ле долговечны при расположении их под уровнем фунтовых вод. В случае распс->жения армирующих прослоек в зоне переменной влажности необходимо >едусмотреть их обработку методом пропиточной консервации или обмазку анти-птиками.

5. Расстояние между элементами решетки в плане принимают не более ширины емента решетки. Длину и ширину армирующей решетки принимают равной ответственно длине и ширине грунтовой подушки.

6. Определяют величину ожидаемой осадки каждого из участков, на которые мирующие прослойки делят подушку, по формулам, приведенным а четвертой зве диссертации. При этом, если hni / bn < /, то среднее контактное давление по доите участка подушки агi опредеяляют как для линешГо деформируемого слоя печкой толщины (по М.И.Горбунову-Посадову). Расчет ведут на ЭВМ по разра-ганной программе или по методике безмашинного расчета.

9. Сравнивают среднее контактное давление, передаваемое подушкой на ми-ралыюе дно болота, Рм.а с расчетным сопротивлением грунта минерального дна .а, (определенным по формуле СНиП 2.02.01-83).

¡0. При соблюдении условия Рм.д- < Яд.д-определяют ожидаемую осадху Ми-зального дна болота, рассматривая подушку как гибкий фундамент на естествен-чосновании.

1!. По формуле ПО) определяют полную осадху сооружения и сравнивают ее с предельно допустимой для данного сооружении осадкой.

Для оценки экономической эффективности армированных гцунтовых подушек рационального сечения в торфах принято сопоставление прямых затрат на устройство основания и фундамента под фундаментные балки насосной станции по проекту, разработанному институтом Мосгипрозодхоз, с полным выторфовывани -ем и олиранисм фундамента на минеральное дно болота и прямых затрат на устройство фундамента на армированной песчаной подушке рационального сечения под фундаментные балки для той же насосной станции. Затраты на устройство одного фундамента под фундаментные балхи по 5 варианту составляют 341 руб., по 2 варианту - 36 руб. Таким образом, устройство фундамента под фундаментные балки насосной станции на армированной песчаной подушке рационального сечения в 9,4 раза дешевле, чем устройство фундамента с полным выторфовыванием и опираннем его на минеральное дно болота.

ВЫВОДЫ

5. Показано, что фунтовые подушки находят применение в качестве оснований гидротехнических сооружений на торфах. Наиболее экономичными являются подушки рационального сечения, однако они обладают значительной деформируемостью. Уменьшить деформируемость можно армированием грунта подушек. Это подтвердили и наши исследования.Кроме того, армирование грунтовых подушек в торфяных массивах повышает предел пропорциональной зависимости осадки ио-душхк от нагрузки и уменьшает время стабилизации осадок, что увеличивает надежность гидротехнического сооружения, построенного на подушке.

2. Предложена методика расчета несущей способности грунтовых подушек в торфах с учетом особенностей работы грунтовой подушки и окружающего ее торфа.

3. Выявлена качественная картина напряженно-деформированного состояния армированных грунтовых подушек рационального сечения в торфах и обоснована расчетная схема армированной грунтовой подушки как основания гидротехнического сооружения.

4. Разработана методика расчета напряжений и деформаций в армированной грунтовой подушке (в допредельном состоянии) с учетом схемы армирования и формы подушки в плане (плоская и осесимметричная задачи).

5. Составлена блох-схема алгоритма и программа расчета на ЭВМ осадок гидротехнических сооружений в торфах на армированных грунтовых подушках рационального сечения.

6. Разработана методика определения модуля деформации грунта подушки с учетом ее размеров и формы, хогорая позволяет повысить точность расчета осадок гидротехнических сооружений на грунтовых подушках рационального сечения до 8%. Сравнение модулей деформации грунта подушки, полученных экспериментально, с модулями деформации, определенными по предлагаемой методике, V результаты статистической обработки показали, что предлагаемая методика расчет; позволяет определить модуль деформации грунта подушки с точностью не менее

9%-

7. Для некоторых сочетаний деформационных характеристик грунта подуши и торфа по результатам расчетов на ЭВМ построены графики для безмашинногс определения осадок подушек и отдельных их участков, на которые прослойки арматуры делят подушку.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Юрченко С.Г., Сахарова С.И. Лабораторные исследования моделей армированных песчаных подушек рационального сечения в торфяных грунтах.//Совместная работа грунтовых оснований и засыпок с конструкциями гидротехнических сооружений. М.: МГМИ, 1985, -С.10...16,

2. Сахарова С.И., Пашков В.А. Исследование армированных грунтовых подушек с помощью фотоупругих моделей.// Исследование, проектирование и строительство гидротехнических сооружеиий.М.: МГМИ, 1986, - с. 102... 108.

3. Силкин A.M., Сахарова С.И. Расчет несущей способности осесимметричных грунтовых подушек з торфах.// Исследование гидротехнических сооружений и водохозяйственных комплексоз. М.: МГМИ, 1988, - с.92...99.

4. Сахарова С.И. Рекомендации по определению деформационных характеристик искусственных (песчаных) грунтов и проектирование армированных грунтовых подушек в торфяных массивах. М.: НПО «Стронизисхания», 1990,- 55 с.

5. Силкин A.M., Сахарова С.И. Расчет несущей способности грунтовых подушек в торфах.// Мелиорация и водное хозяйство. 1990, N8,-с 51., 52.