автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Эффективные конструкции мелкозаглубленных фундаментов для малоэтажных зданий в условиях Московской области

На правах рукописи

Кассахун Боссена Месфин

ЭФФЕКТИВНЫЕ КОНСТРУКЦИИ МЕЛКОЗАГЛУБЛЕННЫХ ФУНДАМЕНТОВ ДЛЯ МАЛОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ В УСЛОВИЯХ МОСКОВСКИЙ ОБЛАСТИ.

05. 23. 02 - Основания, фундаменты и подземные сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидат технических наук

Москва - 2004

Работа выполнена в Московском государственном строительном университете

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор,

Заслуженный строитель РФ Сажин Владимир Степанович

Научный консультант - доктор технических наук, профессор,

Заслуженный работник высшей школы РФ Кувшинов Юрий Яковлевич

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор,

Заслуженный деятель науки РФ Сорочан Евгений Андреевич

кандидат технических наук, профессор, Кроник Яков Александрович

Ведущая организация - ЦНИИЭПсельстрой

Защита состоится на заседании

диссертационного совета Д 212. 138. 08 в Московском государственном строительном университете по адресу: г. Москва, ул. Спартаковская , д 2 / 1 ауд.212

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Московского государственного строительного университета.

Автореферат разослан " 03" ШОНА 2004года.

Ученый секретарь диссертационного совета.

Крыжановский А. Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Повышение эффективности строительства сопряжено с обеспечением надёжности и снижением материалоёмкости конструкций, включая фундаменты.

Осуществление задачи применения эффективных фундаментов во многих регионах страны затруднено из-за широкого распространения морозоопасных (пучинистых ) грунтов . Так, территория Московской области примерно на 80 % сложена пучинистыми грунтами.

Известны многочисленные примеры серьёзных повреждений морозным пучением грунтов малоэтажных гражданских и промышленных зданий , гидротехнических сооружений , линий электропередачи , трубопроводов и других сооружений.

Традиционный способ устройства фундаментов , при котором их подошва закладывается ниже глубины промерзания грунта , во многих случаях не гарантирует устойчивость фундаментов лёгких зданий , нагрузки от которых не в состоянии противостоять касательным силам пучения.

В последние годы проблема строительства лёгких зданий решается путём применения мелкозаглубленных фундаментов , закладываемых в слое сезоннопромерзаещего грунта и приспособленных к работе в условиях неравномерных деформаций пучения. При проектировании таких фундаментов расчет производится не по устойчивости против касательных сил пучения, а по деформациям пучения.

Недостатком существующих методик расчёта, в том числе помещенной в " Территориальных строительных нормах по проектированию , расчету и устройству мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных жилых зданий в Московской области ( ТСН МФ - 97 МО ) ", является неучёт совместной работы фундаментов всех стен здания , что приводит к завышению внутренних усилий в фундаментах и , как следствие , перерасходу материалов на их устройство.

В предложенной в диссертационной работе методике расчёта мелкозаглубленных фундаментов этот недостаток устранён, чем ( наряду с решением ряда других важных в практическом отношении задач ) и определяется её актуальность.

ЦЕЛЬЮ ДИССЕРТАЦИИ является совершенствование методики расчёта и конструкций мелкозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах. НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ:

1. Обоснована целесообразность методик расчёта по деформациям пучения совместно работающих фундаментов и стен здания.

2. Численным моделированием по разработанной автором программе MZF показано существенное влияние на напряжённо - деформированное состояние системы основание - фундаменты - стены здания длины, изгибной жёсткости фундаментов и стен , а также сил пучения ( для пучинистых грунтов ) и коэффициента постели ( для непучинистых грунтов) и др. факторов .

3. Экспериментально ( в полевых условиях ) установлено влияние толщины и ширины слоя керамзитового гравия на глубину промерзания грунта.

4. Численным моделированием ( по программе проф. Хрусталёва Л. Н. ) установлено влияние толщины и ширины слоя экструзионного пенополистрола на глубину промерзания грунта.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ.

' Применение разработанной методики расчёта мелкозаглубленных фундаментов взамен методики , по которой в соответствии с ТСН МФ - 97 МО осуществляется проектирование в Московской области , позволяет на 20 -40 % снизить расход арматуры .

Предложенные конструкции мелкозаглубленных фундаментов , устраиваемых преимущественно из местных строительных материалов , экономичнее применяемых и вместе с тем отличаются большей надёжностью.

Таблицы, разработанные на основе результатов выполненной работа , дают возможность без расчетов определять необходимые размеры фундаментов , их армирование и толщину песчаных подушек для зданий с наиболее характерными конструкциями в грунтовых условиях Московской области.

Результаты работы использованы при проектировании и устройстве мелкозаглубленных фундаментов более 20 двух - и трехэтажных жилых домов в микрорайоне Куркино г. Москвы и нескольких коттеджей в Ленинском районе Московской области.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на международной научно-практической конференции. " Актуальные проблемы усиления оснований и фундаментов аварийных зданий и сооружений." Пенза, 2002г.

ПУБЛИКАЦИИ. По результатам выполненных исследований опубликованы 4 статьи.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ . Диссертация состоит из введения , пяти разделов , общих выводов , списка литературы и трех приложений ; содержит 106 страниц машинописного текста, 42 рисунка , 36 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении кратко изложено состояние вопроса, обоснована актуальность работы , ее новизна и практическая значимость.

В первом разделе работы рассмотрено современное состояние проблемы морозного пучения грунтов и влияния его на фундаменты сооружений ; представлен анализ применяемых конструкций мелкозаглубленных фундаментов зданий , строящихся на пучинистых фунтах ; приведён краткий обзор методов расчета фундаментов по деформациям пучения, сформулированы цель и задачи исследований.

Промерзание увлажнённых глинистых и некоторых разновидностей крупнообломочных и песчаных грунтов сопровождаются впутриобъёмным деформированием их - морозным пучением.

Фундаменты сооружений и другие подземные конструкции в слое сезонного промерзания испытывают силовое воздействие морозного пучения грунтов , внешним проявлением которого является деформирование этих

конструкций ( морозное выпучивание ) , нередко сопровождающееся их разрушением ( разрывом , изломом , сдвигом ). В качестве основного показателя морозного пучения грунта принимается его интенсивность (относительная деформация пучения ) .

Изучению закономерностей промерзания грунтов, физической сущности морозного пучения , влагопереноса и льдовыделения в промерзающих грунтах и разработке методов количественной их оценки посвящены работы А.А. Ананяна , П. И. Андриянова , Г. Бескова , Г. П. Бредюка , Д. Буюкоса , С. С. Вялова, М.Н. Гольдштейна, Б. И. Далматова, А. Дюкера, Э. Д. Ершова, Т. Н. Жестковой , И. А. Золотаря , Н. С. Иванова, С. Иоганссона , М. Ф. Киселева , Я. А. Кроника , В.А. Кудрявцева , В. С. Лукьянова , А. В. Лыкоза , В. Г. Меламеда , 3. А. Нерсесовой , Ф. Нансена, В. О. Орлова , Н. А. Перетрухина, В. П. Пономарева , Г. В. Порхаева , Н. А. Пузакова , A.M. Пчелинцева , Б. А. Савельева , Н. И. Салытыкова , М. И. Сумгина , С. Тэбера , И. А. Тютюнова , Г. М. Фельдмана , В. Я. Хаина , Л.Н. Хрусталёва , Н. А. Цытовича , Л. В. Чистототинова, П. Ф. Швецова, П. А. Шумского и др.

Установлению зависимости морозного пучения грунтов от различных факторов и экспериментальным исследованиям силового воздействия пучения на фундаменты занимались С.Г. Алаев , Н. И. Быков , Ю. М. Васильев , С.С. Вялов, О. Р. Голли, Б. И. Далматов, Ю. Д. Дубнов, К. Е. Егерев , Б. Б. Елгин , И. И. Железняк, В. Ф. Жуков, В. Д. Карлов, М.Ф. Киселёв, Я. А. Кроник, А. Л. Невзоров В. Я. Лапшин , Э. А. Маров , Б. Н. Мельников , Н. Д. Меренков , Н.Н. Морарескул ДА. Нерсесова, В.О. Орлов , Н.А. Перетрухин , Г.Н. Полянкин , В.И. Пусков , А.М. Пчелинциев , Н.Ф. Пыщев , А.В. Садовский , B.C. Сажин, Н.Я. Хархута, Д. Хейлн, И. И. Черкасов, В.Б. Швец и др.

Развитию теоретических основ силового взаимодействия фундаментов с пучинистыми грунтами посвящены работы Р. Ш. Абжалимова , П.Е. Аппака , М.Н. Гольдштейна , Б. И. Далматов , В.В. Докучаева , В.Ф. Жукова , Ю.К. Зарецкого , Г.К. Зотеева, М. Ф. Киселева, Ю. К. Куликова, Н.Д. Меренкова , В.О. Орлова , Е. Пеннера , Н. А. Перетрухина , Г. Н. Полянкина , В. И. Пускова, А. В. Садовского, В. С. Сажина, Н. И. Салтыкова, Р. М. Саркисяна, И. И.Туренко, О. И. Финка, В. Д. Харлаба, Н. А. Цытовича, В. Б. Швеца и др.

Известно, что некоторые закономерности деформаций морозного пучения свойственны и деформациям набухания . Поэтому уместно отметить фундаментальные исследования по набухающим грунтам Е. А. Сорочана и 3. Г. Тер - Мартиросяна.

Результаты исследования силового взаимодействия фундаментов с пучинистыми грунтами используются при проектировании фундаментов , в частности мелкозаглбленных.

Такие фундаменты нашли широкое применение при строительстве малоэтажных зданий в различных регионах страны , в том числе в Московской области. Конструкции фундаментов приспособлены к работе в условиях неравномерных деформаций оснований , что достигается жёстким соединением их элементов между собой и объединением всех фундаментов здания в единую систему - горизонтальную раму.

Мелкозаглубленные фундаменты устраивают преимущественно из сборных блоков . Применяемые конструкции фундаментов имеют ряд существенных недостатков . В частности , они требуют использования дорогого подъёмно - кранового оборудования не только при монтаже , но и погрузке блоков на транспортные средства на заводе - изготовителе , а также при их разгрузке на строительной площадке. Как правило , велики транспортные расходы , связные с доставкой блоков на строительную площадку.

Из сказанного выше следует, что конструкции мелкозаглубленных фундаментов требуют усовершенствования.

Проектирование мелкозаглубленных фундаментов осуществляется на основе их расчета по деформациям пучения грунта.

Наибольший практический интерес представляют методики, учитывающие изгибную жёсткость конструкций , позволяющие определять не только деформации последних при неравномерном пучении грунта , но и возникающие в них внутренние усилия.

Известны и другие решения подобной задачи , отличающиеся лишь способами закрепления концов балки и иным характером неравномерного пучения грунта.

Однако , известные методики рассматривают лишь отдельный фундамент здания и не учитывают влияние остальных фундаментов, что не соответствует фактической работе фундаментов в составе здания.

В связи с этим возникает необходимость в совершенствовании методики расчёта фундаментов по деформациям пучения.

Второй раздел диссертации посвящен предложенной автором методике расчёта фундаментов по деформациям пучения грунта и исследованию на её основе факторов , влияющих на напряжённо - деформированное состояние совместно работающих фундаментов здания.

Механической моделью основания при пучении грунта является система предварительно сжатых упругих пружин , восстанавливающая сила которых уменьшается по мере их выпрямления. Расчётными параметрами основания при пучении грунта являются удельные нормальные силы пучения Рг , действующие на неподвижный фундамент, и коэффициент С, характеризующий уменьшение сил пучения при подъёме фундамента.

Удельные нормальные силы определяются из решения задачи о напряжённо - деформированном состоянии нагруженного основания при пучении фунта и равны

Рг = (аЬя)/ЬО!, (1)

где а - эмпирический коэффициент, равный 150гс / м2;

- подъем ненагруженного основания на уровне подошвы фундамента, м;

Ь - ширина подошвы фундамента, м ; = 0,2 [4 + 31п(с^-с1)/Ь]

и (1 - глубина соответственно промерзания грунта и заложения фундамента,м Коэффициентпропорциональности равен

С = Р, / Ьц (2)

Так как на фундаменты передаётся распределённая нагрузка , то в расчёт вводим Рг = РгЬи С = С Ь Тогда РГ(Ь) = РГ-СЬ (3 )

Приняв для фундамента 1(5) эпюру Рг, приведенную на рис. 1, получим Рг(Ь,х) = (Рг - СЬ)(1 -V• х/£), _ (4)

где V - коэффициент, характеризующий изменение Рг по длине фундамента.

Рис. 1. Схема к расчёту фундаментов на действие сил пучения .

а. - эпюры действующих нагрузок; б. - эпюры сил пучения 1,2,3,4,5- номера фундаментов

Для фундаментов 2,3 и 4 значения Рг постоянны по длине Систему фундаментов рассматриваем как пластину с вырезами и для описания её деформирования используем уравнение изгиба изотропной пластины ( уравнение Софи Жермен):

Б^Ь/х* +2а4К/ах2/5у2 + 54Ь/у4) = ОДДЬ = ч-рг, (5)

где Б - цилиндрическая жёсткость пластины ( приведенной системы фундаментов , для которой принято D = 1 . 04 * ЕД , с учетом того, что коэффициент поперечных деформаций приведенного материала фундамент с достаточной для практических задач точностью считается равным 0,2 ); - изгибная жёсткость фундамента и стены ;

Уравнение ( 5 ) учитывает условия равновесия , физические зависимости деформируемости системы, обеспечивает учет сопротивления скручиванию в узлах сопряжения элементов системы и преимущественный изгиб в направлении оси фундамента в промежуточных точках. С учетом контактной зависимости ( 4 ) уравнение ( 5 ) сводится к следующему определяющему дифференциальному уравнению четвертого порядка

ОДДЬ + (Тг - С Ь ) (1 - V • х/6 ) = я (6)

В краевых точках принято условие свободных от закрепления краев, Это условие записывается следующим образом :

Уравнение (6) решается численно методом конечных элементов ( МКЭ ). В МКЭ статические граничные условия конечно- элементной системы учитываются в векторе внешних сил . При этом автоматически учитывается , что на незагруженных краях полосы изгибающий момент и поперечная сила равны нулю.

При расчёте использован хорошо развитый математический аппарат , разработанный для модели Винклеровского основания. В реализованном решении применена апробированная методика определения матрицы жёсткости уравнения ( 4 ) для прямоугольных конечных элементов. Блок -схема программы приведена на рис. 2.

По разработанной программе были выполнены расчёты деформаций фундаментов и возникающих в них внутренних усилий при разных значениях приведенной изгибной жёсткости фундаментов ( с учётом жёсткости стен ) , их длины , нормальных сил пучения , их неравномерности , расстояния между фундаментами 2 и 3. ( всего 64 расчёта).

На первом этапе расчётов были приняты следующие исходные данные. Расстояние между осями наружных поперечных стен С =12 м.( в дальнейшем это расстояние условно будем называть длиной фундаментов 1 и 5 ), П2 — 0,5 £. Погонная нагрузка от здания на основание фундаментов 1 и 5 д = 10 тс/м, Ш1 = 0,45 ; т2 = 0,7.

Значения погонной нагрузки от нормальных сил пучения приняты равными : Рг = 10,14,16 и 18 тс/м .Коэффициенте =122 тс/м2, коэффициент у = 0,25 . Принято несколько значений приведенной жесткости фундамента 1 на изгиб: Ш = (1,5, 10, 20,30) -105 тс м2. Такой же жесткостью обладают фундаменты 2 и 4 , т. к. = 1; для фундамента 3 цз = 0,75 .

Анализ результатов расчёта выполнен на примере фундамента 1. На рис. 3,а приведены графики зависимости максимальных изгибающих моментов от приведенной изгибной жесткости фундамента при различных значениях нагрузок, создаваемых силами пучения .

В дальнейшем под изгибающим моментом в фундаменте будем понимать его максимальное значение . Анализ графиков показывает, что в интервале изменения приведенной жёсткости фундамента от изгиба-

ающие моменты возрастают всего на 13-14%. При этом в большей мерс возрастание моментов происходит при меньших значениях сил пучения. При росте жесткости с 10-Ю5 до 30-Ю5 тс-м2 изгибающие моменты практически

остаются постоянными . Характерно , что изгибающие моменты практически линейно зависят от сил пучения (рис .3,6).

Рис. 2. Блок-схема программы М^Б

На каждом из графиков зависимости относительных деформаций (прогиба) фундамента от его жесткости также можно выделить два характерных участка (рис. 3, в). В интервале изменения жесткости с 105 до 10-105 тс-м2 происходит резкое уменьшение относительной деформации, при дальнейшем росте Е1 относительные деформации изменяются незначительно. Значения £

возрастают с увеличением сил пучения приблизительно по линейной зависимости (рис. 3 , г).

Рис . 3. Графики зависимости :

а, б - изгибающих моментов соответственно от жёсткости фундамента и сил пучения ;

в, г - относительных деформаций соответственно от жёсткости фундамента и сил пучения

При анализе результатов исследований введён показатель

к = л/С/40, (7)

характеризующий отношение коэффициента жесткости основания (в процессе пучения грунта) к приведеной изгибной жесткости фундамента.

На рис. 4,а приведены графики зависимости изгибающих моментов от показателя к при разных значениях q / Рг. На каждом графике присутствуют два характерных участка: на первом из них (при 0,052 <К< 0,082 ) изгибающие моменты изменяются незначительно; на втором (при наблюдается резкое уменьшение изгибающих моментов с ростом показателя к. При этом каждый из участков может быть описан линейной зависимостью При одинаковых значениях показателя к изгибающие моменты уменьшаются с ростом отношения

Графики зависимости относительных деформаций фундамента от К также состоят из двух участков, на которых по - разному проявляется интенсивность роста относительных деформаций с увеличением показателя к (рис. 4,6 ). Как и в случае изгибающих моментов, относительные деформации уменьшаются при увеличении отношения передаваемой на основание нагрузки к силам пучения, что закономерно.

Рис . 4. Графики зависимости от показателя К : а - изгибающих моментов ; б - относительных деформаций фундамента

Важным в практическом отношении является вопрос о влиянии длины фундамента на его напряженно-деформированное состояние. В диссертации этот вопрос исследован подробно. Здесь же ограничимся анализом основных результатов . Изгибающие моменты в фундаментах с жесткостью 105 тс-м2 длиной 12, 18 и 24 м соответственно в 3,4; 3,8 и 4,2 раза больше изгибающего момента в фундаменте длиной 6м

С ростом жесткости фундамента разница увеличивается: при ЕД = 30-105 тс-м2 названные выше соотношения составляют 4,8; 5,8 и 11,6.

Относительные деформации фундамента также зависят от его длины, увеличиваясь с ростом последней. Особенно это проявляется при малой жесткости фундамента. Например, при ЕД = 105 тс-м2 относительная деформация фундамента длиной 12, 18 и 24 м соответственно в 4; 8,4 и 8,6 раза больше относительной деформации фундамента длиной 6 м.

С ростом жесткости фундамента эта разница уменьшается. При длине фундамента 6 м относительные деформации его практически не зависят от жёсткости фундамента.

Все ранее приведенные зависимости рассмотрены для случая, когда расстояние между осями фундаментов 2 и 3 составляло

Проанализируем влияние коэффициента П| на изгибающие моменты в фундаменте при разных значениях его жесткости и длины.

Общие закономерности зависимости М от П] заключаются в следующем: - максимальные значения изгибающих моментов возникают при отсутствии внутренней стены наименьшие значения моментов имеют место при

П] = 0,4 (в рассмотренном диапазоне изменения п0; при дальнейшем росте п1 изгибающие моменты возрастают, не достигая значений при п1 = 0; при этом, чем длиннее фундамент , тем в большей мере значения М при П) = 0,70 приближаются к максимальным.

Все приведенные выше данные получены при коэффициенте неравномерности пучения v = 0,25.

Анализ результатов расчёта показал , что коэффициент v оказывает большое влияние на изгибающие моменты. Так, при v = 0,25; 0,35 и 0,45 изгибающие моменты в среднем в 1,52; 1,73 и 1,94 раза больше, чем при v=0. Качественная картина влияния неравномерности пучения в зависимости от жёсткости фундамента аналогично представленной на рисЗ,а.

При всех значениях v на графиках зависимости изгибающих моментов от жесткости фундамента выделяются два участка. На первом из них в большей мере проявляется влияние жесткости; на втором - на изгибающие моменты жесткость оказывает незначительное влияние.

На относительные деформации неравномерность пучения оказывает еще большее влияние, чем на изгибающие моменты. В особенности это проявляется при жесткости фундамента EJ = 105 тс-м2, при которой значение t при v = 0,45 в 2,5 раза больше, чем при v = 0.

На основе обобщения результатов проведенного исследования получены эмпирические формулы для расчета изгибающих моментов в фундаментах и их относительных деформаций. Формулы позволяют определять значения М и С , не прибегая к разработанной программе расчёта , что имеет большое практическое значение. Изгибающий момент в фундаменте определяется по эмпирической формуле

М1=М.0>.ц', (8)

где М - значение изгибающего момента при известных величинах К и q / Рг, определяемое по графику на рис. 4,а;

(О — коэффициент , учитывающий длину фундамента при разных значениях гц;

— коэффициент , учитывающий влияние неравномерности пучения грунта ( зависит от значения V)

По аналогии формула для определения относительной деформации фундамента записывается в виде

£1=е.о>1.Ц1, (9)

где £ — значение относительной деформаций фундамента при известных К и q / Рг, определяемое по графику на рис. 4,6.

Коэффициенты С0| и имеют тот же смысл , что и в формуле ( 8 ) . В диссертации приведены значения этих коэффициентов.

В разработанной методике расчет выполняется при действии на фундамент только нормальных сил пучения. Для исключения влияния касательных сил пучения необходимо выполнение условия устойчивости фундамента против этих сил.

Для выполнения этого условия применительно к малонагруженным фундаментам ТСН МФ - 97 МО рекомендуют производить засыпку пазух траншей непучинистыми материалом ; там же даны значения коэффициентов условий работы боковой поверхности фундамента ш в зависимом™ от ширины засыпки пазух Автором предложена эмпирическая формула

ш=1-0,87лГ^Г , (10)

хорошо описывающая влияние засыпки.

Подставив выражение ( 10 ) в формулу , характеризующую условие устойчивости фундамента, решив полученное уравнение, получим

Ьь £ 1,32 [(1-0,82 Ч/Аьтп<1)2] (П)

Здесь т„ - нормативное значение удельных касательных сил пучения;

- расчетная площадь боковой поверхности фундамента, находящейся в пределах промерзания грунта.

Для уменьшения абсолютных и относительных деформаций пучения и внутренних усилий в фундаментах под ними устраивают подушки из непучи-нистых материалов, в том числе песка крупного или средней крупности, песчанно-щебеночной (гравийной) смеси.

Толщина подушки определяется из условия, что величина подъема фундамента равна предельному значению, регламентированному нормами. В этом случае подъем фундамента определяется по формуле

Ь = -«1-0(1 -рР/Рг*) , (12)

в которой Г- интенсивность пучения грунта; (- толщина подушки; Р - давление под подошвой фундамента , Рг, „ - удельные нормальные силы , действующие на подошву подушки; - коэффициент , учитывающий уменьшение дополнительных напряжений по глубине основания , значения которого определяются по формулам

при г/Ь£ 1 Р = 1-0,4(г/Ь) (13)

при г/Ь> 1 р = 0,6 (Ь/г) (14)

Здесь г - расстояние от подошвы фундамента до рассматриваемого сечения. Значение Рг-П определяется по формуле

Рг.П = СТа(Йг -£1-0, (15)

в которой оа = (а?)/Ь01

Подставив в ( 13 ) г = X и при н^Я, получим уравнение, из решения которого

1 = [аг-ё-(8и/0-(р/ Ст„)]/[ 1 -0,4(Р/ с„Ь)] (16)

Если полученное по формуле ( 16 ) значение I превышает ширину подошвы фундамента, производится повторный расчет по формуле

1-У(г/2)* + 0,6 (Ч/сп ) + (г/2), (17)

при выводе которой значение принято по (14).

Наличие песчаной подушке под фундаментом позволяет значительно уменьшить ширину его подошвы , так как расчётное сопротивление материала подушки ( 20 - 25 тс / м2 ) существенно больше ( в отдельных случаях в несколько раз ) расчетного сопротивления грунта основания. В особенности это касается мягкопластичных суглинков , супесей пластичных , пылеватых песков с низкой плотностью, расчётное сопротивление которых составляет 7 -12 тс / м2. Кроме того ( установлено экспериментально), песчаные подушки способствуют снижению осадок и их неравномерности при оттаивании грунта в весенний период.

В третьем разделе диссертации исследовано взаимодействие с упругим основанием совместно работающих фундаментов стен здания.

В качестве модели основания принята модель местных упругих деформаций, расчётным параметром который является коэффициент постели. Расчёты выполнены по программе М/Б при Рг = 0.

Зависимость коэффициента постели основания от модуля деформации грунта определена из условия равенства осадок , полученных по гипотезе Винклера , и осадок , вычисленных методом послойного суммирования деформаций (модель упругого полупространства), то есть

8 =00/00 = 0,81^^/^, (18)

где - дополнительные нормальные вертикальные напряжения на уровне подошвы фундамента;

С0 - коэффициент постели основания;

- модуль деформации слоя грунта толщиной В диссертации с использованием функций ( 13 ,14 ) получены решения для одно , двух - и трёхслойного основания. В частности , для однослойного основания

где - ширина подошвы фундамента;

- глубина заложения фундамента ; - удельный вес грунта

соответственно над подошвой фундамента и под ней. При выполнении численного моделирования по программе MZF сохранены соотношения длин элементов системы фундаментов , их изгибных жёсткостей и нагрузок. В качестве расчётного параметра использован коэффициент жёсткости основания С = Со Ь .

Приведём лишь часть наиболее характерных результатов исследования. Установлено , что , независимо от жёсткости фундамента , с увеличениям его длины изгибающие моменты возрастают . При этом в интервале значений жесткости от 105 до 10-Ю5 тс м2 интенсивность увеличения изгибающих моментов тем больше, чем длиннее фундамент.

С ростом жёсткости фундамента его длина оказывает незначительное влияние на изгибающие моменты.

Большую роль играет коэффициент жёсткости основания Со . Так , при нагрузке д = 12 тс / м , жёсткости фундамента Е1 = 30 . 105 тс . м2 и длине 24м изгибающие моменты при Со = 500 и 2000 тс / м2 равны соответственно 39,5 и 21,8 тем.

При обобщении результатов расчёта изгибающих моментов при Со = 2000 и 4000 тс / м2 использован параметр Ко = V Со / 4 .

На рис. 5 представлены графики зависимости изгибающих моментов от параметра Ко при I = 12и24мид = 12 тс/ м, из которых следует , что зависимость между практически линейная .

Близка к линейной зависимость изгибающих моментов от нагрузок ( в исследованном диапазоне их значений ) . С учётом полученных результатов для определения изгибающих моментов в фундаменте 1 рекомендуется пользоваться формулой.

М, = МоЯ/фХ, (21)

в которой Мо - изгибающий момент при Яо = 12тс.м (принимается по рис. 5);

- нагрузка на фундамент ; - коэффициент , зависящий от ; значения приведены в диссертации.

Относительные деформации (прогибы) фундамента уменьшаются с ростом изгибной жесткости и коэффициента жесткости основания и увеличиваются с ростом передаваемой на основание нагрузки, а также длины фундамента. Так, при С0 = 500, 2000 и 4000 тс/м2, q = 12 тс/м, Е=105 тем2 относительные деформации при С = 12 м равны соответственно ( 1,31; 0,42 и 0,25 ). 10-4 , а при С=24м - соответственно ( 1,83; 0,71 и 0,49. ).10-4.

В зависимости от коэффициента жесткости основания влияние изгибной жесткости фундамента проявляется по-разному. Так, при Е1 =105 тс-м2 = А тс/м) и Со = 500 тс/м2 его относительная деформация в 3 с лишним и в 10 раз больше, чем при С0 , равном соответственно 2000 и 4000 тс/м2.

При увеличении жесткости фундамента с 105 до 10-Ю5 тс м2 относительные деформации уменьшаются в 3 и 2 раза соответственно при С0 = 500 и 2000 тс/м2 , а при = 4000 тс/м2 остаются прежними и не

изменяются при дальнейшем росте_ EJ. То же самое происходит при коэффициенте жесткости основания С0 = 2000 тс/м2. Вместе с тем, при С0 = 500 тс/м2 влияние изгибной жесткости прослеживается во всем рассмотренном диапазоне значений EJ.

Полученные результаты предназначаются для расчёта мелкозаглубленных фундаментов на непучинистых грунтах. При этом изгибающие моменты распределяются между фундаментом и стеной пропорционально их жёсткостям.

М, тс. м

30

•>? S

15,0 _ 0 х. п\

7,5 - ----->\ О О

П

и 0,15 0,20 0,25 03

Рис. 5. Графики зависимости изгибающих моментов от показателя Ко

Четвёртый раздел диссертации посвящен исследованию влияния утепления грунта на глубину его промерзания.

Экспериментальные исследования были выполнены на площадке в д. Алтыново Рузского района Московской области. Основание площадки до глубины 1,8м сложено супесью , подстилаемой песком мелким , насыщенным водой . Уровень подземных вод приурочен к подошве слоя супеси.

Средневзвешенные характеристики супеси : естественная влажность 0,24 ; влажность на границе текучести 0,26 , на границе раскатывания 0,20 , показатель текучести 0,59.

При подготовке фрагментов отмосток была разработана система крестообразных траншей глубиной 1,5м и шириной 0,5м. (рис. 6 ). Во второй группе фрагментов отмосток отсутствовали участки , отмеченные пунктиром.

В пространствах между траншеями были удалены слои грунта толщиной 15, 30 и 45см, равной толщине слоев утеплителя (керамзитового гравия ) . На дне образованных полостей были установлены глубинны грунтовые марки, а также пройдены скважины для размещения в них мерзлотомеров типа Ратомского , нижние концы которых располагались на глубине 1,6м от дневной поверхности.

Рис. 6. Размеры и схема расположения Фрагментов отмосток

1-6 - первая группа фрагментов

1*- б'- вторая группа фрагментов

Условные обозначения

0 - мерзлотомер

• - глубинная грунтовая марка

полости и траншеи были керамзитовым гравием и двумя слоями рулонного

После чего заполнены перекрыты гидроизола.

Глубинные марки были установлены также на трёх фрагментах неутепленных отмосток (-15 , - 20 , - 30 см). Фрагменты были оснащены мерзлотомерами. Площадка была оборудована неподвижным репером и поверхностными марками.

Целью эксперимента являлось установление максимальных значений глубины промерзания грунта под утеплёнными отмостками и для сравнения под неутеплёнными . Поэтому в период эксперимента (15 ноября 20001 г - 30 марта 2002г ) не определялись промежуточные значения глубины промерзания грунта . Вместе с тем , проводились измерения перемещений грунтовых марок , вызванных пучением грунта , по результатам которых можно было судить о продвижении фронта промерзания.

Глубина промерзания грунта под очищаемой от снега поверхностью составила 1,48м . При ширине отмосток Ьо = 0, 5м и толщине слоя керамзитового гравия 5 = 15 ,30 и 45см относительная глубина промерзания грунта - соответственно глубина промерзания утеплённого и

неутеплённого грунта) составляет 0,93 ; 0,9 и 0,87 .

При Ьо = 1,0м и указанных выше значениях 5 dв / с!г составляет 0,72 ; 0, 62 и 0,56 , а при Ьо = 1 5м - соответственно 0,47 ; 0,37 и 0,32 .

Характерно , что эффект от увеличения толщины слоя керамзитового гравия с 30 до 45см весьма незначительный.

По программе " Тепло ", разработанной на кафедре геокриологии МГУ

( проф. Л. Н. Хрусталёв ), численным моделированием было исследовано влияние толщины ( 5 , 10 и 15 см ) и ширины ( 0,5 ; 1 и 1,5 м ) слоя экструзионного пенополистирола на глубину промерзания грунта . В основу программы положена задача Стефана о фазовых переходах влаги в процессе промерзания грунта . Она относится к классу нелинейных задач , не имеет даже приближённых аналитических решений и реализована путём численного решения на ЭВМ методом конечных разностей.

Решение получено для здании с температурой воздуха 20° С с двумя конструктивными решениями полов : по грунту и по железобетонному цокольному перекрытию . Фундаменты ленточные железобетонные шириной 0,6м , с глубиной заложения 0,3м ., расстояние между ними 6м. Грунт основания - суглинок с весовой влажностью 0,283 и плотностью 1,98г / см .

Климатические параметры приняты для г. Москвы . Коэффициент теплопроводности экструзионного пенополистирола принят равным 0,03 5 вт / м. град.

Анализ результатов расчёта показал , что при утеплении грунта пенополистиролом с указанными выше толщинами слоев относительная глубина его промерзания уменьшается : при ширине отмостки Ьо =0,5м - на 20, 26 и 38 % , при Ьо = 1м - на 50 , 70 и 78 % , а при Ьо = 1,5м грунт под фундаментом ( ё =0,3 м ) не промерзает. Приведенные данные относятся к зданию с полами по грунту.

В здании с полами по железобетонному цокольному перекрытию качественная картина влияния утепления грунта аналогична рассмотренной выше, а результаты отличается только количественно.

Пятый раздел работы содержит рекомендации по эффективным конструкциям мелкозаглубленных фундаментов. Анализ архивных материалов по инженерно - геологическим изысканиям на территории Московской области показал, что практически непучинистые и слабопучинистые грунты распространены на территории , составляющей 21,4% общей территории области . Среднепучинистые грунты составляют 62,8 % , сильнопучинистые и чрезмерно пучинистые - 15,3%.

На непучинистых и слабопучинистых грунтах ленточные фундаменты могут устраиваться из сборных элементов (бетонных, керамзитобетонных блоков, обрубков свай), которые укладываются на основание свободно, без соединения между собой. При этом предпочтение следует отдавать легким конструкциям, не требующим привлечения при их монтаже подъемно -кранового оборудования.

Наибольшей эффективностью обладают фундаменты из местных строительных материалов - красного кирпича, бутового камня, монолитного бетона.

Фундаменты закладывают на глубину 0,3-0,4 м от поверхности без устройства под ними песчаных подушек. При этом фундаменты для зданий с деревянными конструкциями и одноэтажных зданий из каменных материалов не усиливают арматурой. В остальных случаях через каждые два ряда кирпичной и бутовой кладок прокладывают сетки из проволочной арматуры

Вр-1 диаметром 4-5 мм с ячейками 100x100 мм. В верхней и нижней частях поперечного сечения фундамента из монолитного бетона укладывают сетки с двумя стержнями арматуры диаметром 10мм класса А-11.

На средне - и сильнопучинистых грунтах рекомендуется , в основном , применять монолитные железобетонные фундаменты . Они экономичней фундаментов из элементов заводского изготовления, не требуют привлечения подъемного оборудования и , как правило , землеройных машин ( в виду небольшого объема земляных работ) ,такие фундаменты отличаются высокой надёжностью.

К применению рекомендуются несколько вариантов фундаментов. Фундамент устраивают отдельно от цоколя стены и уровень верхного обреза его совпадает с уровнем поверхности грунта ( рис. 7 , а ). Фундамент незначительно ( на 20 - 30 см ) выступает над поверхностью грунта и выполняют роль низкого цоколя или является частью цоколя ( рис. 7,6), устраиваемого например , из кирпичз. Фундамент-цоколь с высотой выступающей над грунтом частью, равной 50-70 см ( рис. 7, в ).

Разновидностью этого варианта является незаглубленный фундамент-цоколь ( рис. 7 , г), рекомендуемый к применению при строительстве зданий с деревянными конструкциями. Ввиду очень малых нагрузок на фундаменты самонесущих стен сложно обеспечить их устойчивость против касательных сил пучения даже при незначительном заглублении в грунт.

В общем случае ширина подошвы фундамента может быть больше толщины стены ( рис. 7 , д ).

При высоком уровне подземных вод, залегании близко от поверхности слабых, в том числе заторфованных и заиленных грунтов , следует применять фундаменты на песчаных подсыпках ( рис. 7 , е ) , в случае необходимости -монолитные железобетонные плиты.

Надёжная работа фундамента во многом зависит от качественного уплотнения материала подушки . Последний должен отсылаться слоями толщиной не более 20см , проливаться водой и уплотняться ( ра > 1,6 т / см3) площадочными вибраторами , малогабаритными катками или ручными трамбовками.

При устройстве мелкозаглубленных фундаментов особое внимание следует уделять отмосткам . Практика показала , что применяемые отмостки недолговечны. Зачастую уже после первого зимнего периода в них образуются трещины , которые затем быстро прогрессируют и часто отмостки разрушаются.

Долговечность отмостки увеличивается , если бетон усиливать сетками с ячейками 100 х 100 или 150 х 150мм из проволочной арматуры диаметром 4мм.

При бетонировании отмостки в углах зданий целесообразно устраивать деформационные швы ( например , установкой деревянных досок ) . Такие же швы рекомендуется устраивать и по длине отмосток.

Эффективность отмосток значительно повышается , если на их концах устраивать обетонированные водоотводные канавки глубиной 10 - 15см.

Автором диссертации разработана конструкция железобетонной отмостки , жёстко соединённой с фундаментом. Свободная грань отмостки содержит выступ , опирающийся на дно бетонного лотка , по которому с отмостки отводятся атмосферные воды.

Под нижней гранью отмостки оставляется зазор, величина которого должна быть не менее расчётного подъема поверхности при свободном пучении грунта.

Для зданий со стенами из облегчённой кирпичной кладки , блоков из лёгких бетонов , утеплённых деревянных панелей , брёвен и брусьев разработаны таблицы , пользуясь которыми при известных грунтовых условиях без предварительных расчётов можно определить необходимые : ширину подошвы фундамента, толщину песчаной подушки и армирование.

Рис. 7 . Варианты конструкций фундаментов

Выводы

1. В отличие от существующих предложенная методика расчета фундаментов по деформациям пучения учитывает совместную работу системы фундаментов и стен здания. Методика реализуется по разработанной автором программе М/Б на основе метода конечных элементов.

2. Исследованиями ( путём численного моделирования по программе М/Б) влияния отдельных факторов на напряжённо - деформированное состояние фундаментов при действии нормальных сил пучения установлено ( на примере фундамента продольной стены здания):

- зависимость изгибающих моментов от сил пучения практически линейная;

- при изменении изгибной жёсткости фундамента и стены ( приведенной жёсткости фундамента ) в интервале от 105 до 106 тс.м2 изгибающие моменты возрастают в среднем на 13%, прогибы уменьшаются в среднем на 72%; при дальнейшем росте приведенной изгибной жесткости фундамента изгибающие моменты практически остаются постоянными, а прогибы незначительно уменьшаются .

- большое влияние на изгибающие моменты в фундаменте и его прогибы оказывает длина фундамента : в фундаменте с приведенной изгибной жёсткостью 105 тем2 длиной 12,18 и 24м изгибающие моменты соответственно в 3,4; 3,8

и 4,2, а прогибы в 4 ; 4,8 и 8,6 раза больше, чем в фундаменте длиной 6м.

- важную роль играет местоположение внутренней поперечной стены : при её отсутствии изгибающие моменты и прогибы достигают наибольших значений и изменяются в зависимости от расстояния этой стены до наружной попереч -ной стены.

3. Для определения изгибающих моментов в фундаментах и их прогибов при расчётах мелкозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах могут быть использованы эмпирические формулы, полученные на основе обобщения результатов проведенных исследований.

4. Разработаны способ определения ширины засыпки пазух траншей непучи-нистым материалом , предотвращающей влияние касательных сил пучения на перемещения фундамента, способ определения толщины противопучини-стой подушки, обеспечивающей регламентированный подъём фундамента.

5. Выполненные с использованием программы М/Б исследования взаимодействия фундаментов здания с Винклеровским основанием показали :

- независимо от приведенной изгибной жёсткости фундамента, с увеличен -ием его длины изгибающие моменты возрастают; при этом в интервале значений жёсткости от 105 до Ю6 тс.м2 интенсивность увеличения изгибающих моментов тем больше, чем длиннее фундамент;

- большое влияние на изгибающие моменты оказывает коэффициент жёсткости основания;

- зависимость изгибающих моментов от нагрузки близка к линейной.

6. Установлены количественные зависимости изгибающих моментов от указанных выше факторов, на основе которых предложена эмпирическая формула для определения изгибающих моментов при проектировании мелкозаглублен-ных фундаментов на непучинистых грунтах.

7. В результате испытаний в полевых условиях фрагментов отмосток ,утеплё -иных керамзитовым гравием , установлено , что применение отмосток шириной

0.5. не эффективно ; при толщине слоя утеплителя 15,30и45см относительная глубина промерзания грунта под фундаментами с отмостками шириной 1м составляет 0,72 ; 0,62 и 0,56, а при ширине отмостки 1,5м - 0,48; 0,38 и 0,32.

8 Расчёты, выполненные по программе " ТЕПЛО " , разработанной на кафедре геокриологии МГУ, показали , что относительная глубина промерзания грунта под фундаментами отапливаемого здания с температурой внутреннего воздуха 20°С при утеплении фунта экструзионным пенополистиролом слоем толщиной 5,10и15см уменьшается : при ширине слоя 0,5м - на 20,26 и 38% , при ширине 1,0м - на 50,70 и 78%, а при ширине 1,5м грунт под фундаментом ( d = 0,3м) не промерзает при любом из указанных значений толщины слоя утеплителя.

9. Утеплённые отмостки рекомендуется применять при толщине песчаных (песчано - гравийных ) подушек более 60см и отсутствии должного контроля за плотностью материалов подушек . При назначении толщины слоя утеплителя следует исходить из условия, чтобы деформации пучения грунта подфундаментом не превышали предельных значении.

10. Разработаны рекомендации по применению эффективных конструкций мелкозаглубленных фундаментов в грунтовых условиях Московской области, содержащие таблицы для подбора фундаментов зданий с наиболее распространёнными конструктивными решениями.

11. Результаты работы использованы при проектировании и строительстве двух -и трёхэтажных жилых домов в микрорайоне Куркино г. Москвы и

двухэтажных коттеджей в Ленинском районе Московской области.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Влияние сил пучения грунта на напряженно - деформированное состояние мелкозаглубленных фундаментов // Промышленное и гражданское строительство . 2002, № 8, с.51 - 52.

2. Влияние утепления грунта на глубину его промерзания. // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2002, № 8 , с 39

3. Расчёт внутренних усилий в мелкозаглубленном фундаменте при действии нормальных сил морозного пучения // Сборник материалов международной научно- технической конференции " Актуальные проблемы усиления оснований и фундаментов аварийных зданий и сооружений." Пенза ,2002 ,

с. 69 - 72.

4. Исследование влияния утеплённых отмосток на температурный режим основания фундамента ( в соавторстве с Д. В Сажиным ). // Сборник материалов международной научно- технической конференции " Актуальные

проблемы усиления оснований и фундаментов аварийных зданий и сооружений ." Пенза ,2002 ,с. 72 - 75

КОПИ-ЦЕНТР св. 77:07:10429 Тираж 100 экз. тел. 185-79-54

г. Москва м. Бабушкинская ул. Енисейская 38 комната №1 (Экспериментально-производственный комбинат)

»1425/

Введение.:

1. Анализ конструкций мелкозаглубленных фундаментов и методов

Ф, их расчета по деформациям морозного пучения грунта.

1.1. Морозное пучение грунтов и его влияние на сооружения

1.2. Опыт строительства на мелкозаглубленных фундаментах.

1.3. Анализ методов расчета фундаментов по деформациям пучения грунта.

Выводы.

2. Предлагаемая методика расчета мелкозаглубленных фундаментов по деформациям пучения грунта.

2.1. Модель основания и ее расчетные параметры

2.2. Программа расчета мелкозаглубленных фундаментов по деформациям пучения грунта.

2.3. Исследование влияния отдельных факторов на напряженно-деформированное состояние системы перекрестных балок при неравномерном пучении грунта.

2.4. Расчет толщины противопучинистой подушки

2.5. Расчет толщины песчаной подушки, устраиваемой для увеличения несущей способности основания.

Выводы.

3. Исследование взаимодействия с упругим основанием совместно работающих фундаментов и стен здания.

3.1. Определение расчетного значения коэффициента постели основания.

3.2. Интегральный способ определения осадок.

3.3. Анализ результатов расчета изгибающих моментов и относительных деформаций при осадках фундаментов

3.4. Корректировка результатов расчета фундаментов на действие сил пучения с учетом осадок их оснований

Л Выводы.—.

4. Исследование влияния утепления грунта на глубину его промерзания.

4.1. Экспериментальные исследования.

4.2. Расчет глубины промерзания грунта под утепленными отмостками.

4.2.1. Теоретические предпосылки прогноза теплового взаимодействия здания с грунтами основания.

4.2.2. Исходные данные при математическом моделировании влияния утепленных отмосток на глубину промерзания грунта под фундаментами зданий.

4.2.3. Результаты моделирования.

4.3. Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов

Выводы.

5. Рекомендации по выбору конструкций мелкозаглубленных фундаментов в грунтовых условиях Московской области

5.1. Грунтовые условия Московской области. ф 5.2. Рекомендуемые конструкции мелкозаглубленных фундаментов.

5.3. Армирование фундаментов

5.4. Подбор фундаментов для характерных конструкций малоэтажных жилых домов.

5.5. Рекомендации по устройству мелкозаглубленных фундаментов. 148 Выводы.

В последние годы в Московской области происходит интенсивное строительство коттеджей, садовых домов, гаражей, торговых павильонов и других малоэтажных зданий.

Большой удельный вес в общей стоимости строительства малоэтажных зданий составляют затраты на устройство фундаментов.

Нагрузки на 1 пог. м ленточных фундаментов в одно- и двухэтажных зданиях (в зависимости от материалов стен и перекрытий) составляют 20120 кН, в трехэтажных зданиях - не превышают 150 кН.

Небольшие нагрузки на фундаменты обуславливают повышенную чувствительность таких зданий к силам морозного пучения.

Территория Московский область на 80% сложена морозоопасными (пучинистыми) грунтами. К ним относятся: глины, суглинки, супеси, пески пылевагые, отчасти и мелкие. При определенной влажности эти грунты, промерзая в зимний период, увеличиваются в объеме, что приводит к подъему слоев грунта в пределах глубины его промерзания.

Находящиеся в таких грунтах фундаменты подвергаются выпучиванию, если действующие на них нагрузки не уравновешивают силы пучения. Поскольку деформации пучения грунта неравномерны, происходит неравномерный подъем фундаментов, который со временем накапливается, в результате чего конструкции зданий претерпевают недопустимые деформации и разрушаются.

Применяемое в практике строительства мероприятие против выпучивания путем заложения фундаментов ниже расчетной глубины промерзания, как правило, не обеспечивает устойчивость легких зданий, так как такие фундаменты имеют развитую боковую поверхность, по которой действуют большие по величине касательные силы пучения.

Одним из путей решения проблемы строительства на пучинистых грунтах лёгких зданий и сооружений является применение фундаментов, закладываемых на не большой глубине в сезоннопромерзающем слое грунта ( мелкозаглубленные фундаменты ) или устраиваемых на поверхности грунта (незаглубленные фундаменты ).

В соответствии с главой СНиП 2.02.01-83* "Основания зданий и сооружений" глубину заложения фундаментов допускается назначать ф независимо от расчетной глубины промерзания ,если " специальными исследованиями и расчетами установлено, что деформации грунтов основания при их промерзании и оттаивании не нарушают эксплуатационную пригодность сооружения." Мелкозаглубленные фундаменты должны быть приспособлены к работе в условиях неравномерных деформаций оснований , вызванных пучением грунта . При этом конструктивные мероприятия направляются не на преодоление сил ф пучения, а на восприятие деформаций пучения . Другими словами, решение сводится к рассмотрению задачи о совместной работе фундаментов и конструкций сооружений с деформирующимся при промерзании пучинистым грунтом.

Существующие методы расчета не учитывают совместную работу фундаментов всех стен здания, что является крупным недостатком их.

Рассмотрение совокупности всех фундаментов здания как единой системы позволит снизить расчетные усилия в её элементах , а в конечном ф итоге уменьшить расход материалов на устройство фундаментов. Решению этой же задачи служить снижение глубины промерзания грунта , которое достигается путём применения утепленных отмосток.

Цель диссертационной работы : Усовершенствование методики расчёта фундаментов по деформациям пучения и разработка на её основе экономичных и надёжных конструкций мелкозаглубленных фундаментов для малоэтажного строительства в условиях Московский области. Научная новизна работы заключается в следующие : • 1. Обоснована целесообразность методик расчёта по деформациям пучения совместно работающих фундаментов и стен здания.

2. Численным моделированием по разработанной автором программе MZF показано существенное влияние на напряжённо - деформированное состояние системы основание - фундаменты - стены здания длины, изгибной жёсткости фундаментов и стен , а также сил пучения ( для пучинистых грунтов ) и коэффициента постели ( для непучинистых грунтов ) и др. факторов

3. Экспериментально (в полевых условиях ) установлено влияние толщины и ширины слоя керамзитового гравия на глубину промерзания грунта.

4. Численным моделированием ( по программе проф. Хрусталёва Л.Н. ) установлено влияние толщины и ширины слоя экструзионного пенополистрола на глубину промерзания грунта.

Апробация работы.

Основные положения диссертации доложены и обсуждены на международной научно-практической конференции." Актуальные проблемы усиления оснований и фундаментов аварийных зданий и сооружений." Пенза, 2002г.

Публикации

По теме диссертации опубликованы 4 работы. Объём и структура диссертации

Работа состоит из введения, пяти разделов, заключение, списка литературы из 125 наименований, 3хприложений.

Содержит 106 страниц машинописного текста, 42 рисунка , 36 таблиц.

11. Результаты работы использованы при проектировании и строительстве двух и трехэтажных жилых домов в микрорайоне Куркино г. Москвы и двухэтажных коттеджей в Ленинском районе Московской области.

1. СНИП 2.02.01.-83*. Основания зданий и сооружений.

2. Бондарев П. Д. Деформации зданий в районах Воркуты, их причини и методы предотвращения . М., АН СССР, 1957,252с.

3. Далматов Б.И. Воздействия морозного пучения грунтов на фундаменты сооружений JI. - М., Госиздат л - ы по строительству и архитектуре, 1957 59с.

4. Мероприятия против морозного пучения и его вредного влияния на фундаменты. М. ,Стройиздат, 1963 ,115с»

5. Далматов Б.И., Ласточник B.C. Устройство газопроводов в пружинистых грунтах. JL, Недра, 1978 ,198с.

6. Пусков В.И. Деформации зданий и сооружений в районах Западной Сибири с глубоким сезонным промерзанием грунтов. В сб. " Вопросы инженерной геологии оснований и фундаментов- Новосибирск, 1965 , с,78 - 92.

7. Паталев А.В., Алаев А.С. О Величине выпучивания фундаментов в Хабаровске., Основания, фундаменты и механика грунтов., 1965 , № 6, С. 24-26.

8. Сотников М.В. Деформации малоэтажных зданий в условиях глубокого промерзания грунтов. " Сельское строительство " , 1967, № 2 с. 10 -12.

9. Карпов В.М. О причинах деформаций фундаментов и стен зданий в условиях Иркутской области. Технико - экономический бюллетень, Иркутск, 1961, №5, с. 12.

10. Горяинов Г.Ф. " О глубине заложения фундаментов в пучинистых грунтах- Основания, фундаменты и механика грунтов. М., 1960, №3 , с.14 -16.

11. Киселев М.Ф. Мероприятия против деформации зданий и сооружений от действия сил морозного выпучивания фундаментов. Госстройиздат, 1971 — 102с.

12. Киселев М.Ф. Предупреждение деформаций грунтов от морзного пучения фундаментов . JL, Стройиздат, 1965, 128с.

13. Руководство по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах (НИИОСП). М., Стройиздат, 1979,40с.

14. Указания по назначению глубины заложения фундаментов из условия промерзание грунтов на Урале. Свердловск. 1964,14с.

15. Орлов В.О., Дубнов Ю. Д. Меренков Н. Д. Пучение промерзающих грунтов и его влияние на фундаменты сооружений. Л. Стройиздат, 1977 , 183с.

16. Конюшенко А.Г. Анисимова Л.Г. Об увеличении объема пор в грунте при замерзании в нем влаги. Труды института ПромстройНИМпроект: Строительство в районах Восточной Сибири и Крайнего Севера. -Красноярск, 1977, сб. 42 с. 78 - 82.

17. Золотарь И. А. Расчет промерзания и величины пучения грунта с учетом миграции влаги. В кн. Процессы тепло - и массо - объема в мерзлых горных породах. - М., Наука, 1965.

18. Савельев Б.А. Физика, химия и строение природных льдов и мерзлых горных пород. М. Издательство Московского университета, 1971г.

19. Чистотинов Л.М. Миграция влаги в промерзающих неводонасыщенных грунтах. -М., Наука, 1973 ,173с.

20. Иванов Н.С. Теплообем в приолитозоне. М., Издательство АН СССР, 1962.

21. Мартынов Г. А. Тепло и влагопередачи в промерзающих грунтах. В кн. Основы геокриологии (мерзлотоведния), ч.1 М., Издательсво АН СССР, 1959.

22. Kimoshita S ., Suzuku V., Observations of frost heaven action in the experimental site Tomaramai, Japan PZOC 3-2d j-nt conf permafrost, Edmonto, 1978 ;Otawa, 1978.

23. Penner E . Burh K. N. Adfreezung and forst nearing of foundations " Com. Build. Dig. 101-150" Otawa, 1975, CBO 128/1-CBO 128/4

24. Орлов В . О. Криогенное пучение мелкодисперсных грунтов , М.,Издательство АН СССР, 1962.

25. Цытович Н.А. Основания механики мерзлых грунтов. М., Высшая школа, 1973,446с.

26. Сумгин М.И. Физико химические процессы во влажных и мерзлых грунта в связи с образованием пучин на дорогах. - М., 1929.

27. Лебедев А.Ф. Передвижение воды в почвах грунтах. Труды Донского с/х института: Издательство Донского с/х института, т.З Ростов Н/Д ,1918.

28. Ершов Э.Д. Влагопеременные и криогенные текстуры в дисперсных породах. М. Издательство Моск. Гос. Университета, 1978,213.

29. Вялов С.С. и др. Прочность и ползучесть мерзлых грунтов, и расчеты льдогрунтовых ограждений. М. Издательство АН СССР, 1962,219с.

30. Боженова А.П. Бакулин Ф.Г. Экспериментальные исследования механизмов передвижения влаги в промерзающих грунтах.В кн. Материалы по лабораторному исследователью мерзлых грунтов. Сб.З М., Издательство АН СССР, 1957, с. 117-128 .

31. Глобус А.М. Экспериментальная гидрофизика почв.- Л. Гидрометеоиздат, 1969.

32. Пузаков Н.А. Водно тепловой режим земляного полотна автомобильных дорог. -М., Автотрансиздат, 1960,168с.

33. Гольдштейн М.Н. Деформации земляного полотна и оснований сооружений при промерзании и оттаивании. Трансжелдориздат, 1948 , 212с.

34. Жуков В. Ф. Земляные работы при строительстве фундаментов и оснований в области вечной мерзлоты. М., Издательство АН СССР ,1646,142с.

35. Золотарь И.А. Пузаков Н.А. Сидоренко В.М. Водно- тепловой режим земляного полотна и дорожных одежд. М., Транспорта, 1971,415с.

36. Мельников Б.Н. Зависимость морозного пучения глинистых элювиальных грунтов Урала от влажности, гранулометрического и минералогическогосостава. Основания, фундаменты и механика грунтов, 1966, № 1, с. 12-13.

37. Тютюнов И.А., Нерсесова З.А. Природа миграции воды в грунтах припромерзании и основы физико-химических приемов борьбы с пучением . М.,Издательство АН СССР, 1963 , 158с.

38. Шушерина Е. П. Исследования изменений физико-химических свойств грунтов , происходящих в результате их промерзания и последующего оттаивания. Диссертация на соискание ученой степени канд. Тех. нау. - м., 1955,222с.

39. Нерсесова 3. А. Влияние обменных катионов на миграцию воды и пучение грунтов. В кн. Исследования по физике и механике мерзлых грунтов, вып. 4. Издательство АН СССР, 1961 ,с. 22-52.

40. Пчелинцев А. М. Строение и физико-механические свойства мерзлых грунтов. М., Наука, 1964 , 260с.

41. Гугова О. П. Влияние снежного покрова на промерзание грунтов в Приморском крае и учет его в строительстве : автореф. дис. На соискание уч.ст. канд. тех. наук. Владивосток, 1961,17с.

42. Павлов А. В. Теплообмен промерзающих протаивающих грунтов с атмосферой. М. Наука, 1966,254с.

43. Щелоков В.К. К расчету нормативных глубин сезонного промерзания и оттаивания грунта. Тр. НИИОСП Прочность, устойчивость и тепловое воздействие с грунтом фундаментов на естеством основании. М., 1961, вып. 76 -, с.96-98.

44. Оржеховский Ю. Р., Оржеховский Р.Я. Прогноз деформаций фундаментов в промерзающих пучинистых грунтах. В кн. Основания и фундаменты вгеологических условиях Урала. Пермь : Издательство Пермского политехнического института. 1983, - с. 69-74.

45. Хархута НЛ., Васильев Ю.М. Прочность, устойчивость и уплотнения грунтов земляного полотна. М., Транспорт, 1975,280с.

46. Далматов Б. И. О зависимости пучения и влагопроводящих свойств грунта от начального их состояния ( влажности, плотности ) . кн. Международная конференция по мерзлотоведению ( доклад и выступления ). - Якутск, 1975 , вып. 8, с. 272-273.

47. Хейли Дж. Ф., Каплар Ч.У. Изучение мерзлотных воздействий в грунтах в холодильной камере. В кн. Мерзлотные явления в грунтах . М., 1955 , с.297-322.

48. Жулин ВЛ. Исследования совместной работы локально уплотненногооснования и мелкозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах.Автореф. дис. На соискание уч. степ. канд. Тех. наук. -М., 1974,20с.

49. Taber. S. The mechanics of frost heating " Journal of geology " .

50. Бесков Г. Промерзание и пучины (сокр. пер, с англ.) в сб. " Пучины наавтомобильных дорогах" . Труды Дорожный № 19 -М., Издательство Гутосреда, 1939.

51. Грутман М.С. Экспериментальные исследования фундаментов мелкого заложения в пучинистых грунтах. Сб.тр. УкрНИИс, Киев, 1943.

52. Морарескул Н.Н. Исследование нормальных сил пучения грунтов. Автореф. дис. На соискание уч. степ. канд. Тех.наук, Ленинград, 1950,23с.

53. Толкачев Н.А. Экспериментальные исследования нормальных сил морозного пучения грунтов . В сб. № 52 НИИосновании, М., Госстройиздат, 1963, с.91-116.

54. Сажин B.C. Исследование взаимодействия мелкозаглубленных фундаментов со слабопучинистыми грунтами // Основания, фундаменты и механика грунтов, 1984.

55. Сажин B.C. Проектирование мелкозаглубленных фундаментов // Бюллетельстроительной техники, 1985 , № 61 //.

56. Швец В.Б. Фундаменты мелкого заложения на Урале Свердловск, Средне Уральское книжн. Издательство, 1965.

57. Малышев М.В. Фурсов В.В. Влияние сезонного промерзания и оттаивания глинистых грунтов на работу оснований и фундаментов . Основания фундаменты и механика грунтов. 1982, № 3 , с. 16-18.

58. Полянкин Г.Н. Исследование совместной работы основания и фундамента в промерзающих пучинистых грунтах. Автореф., дис. на соиск. уч. степ. канд. тех. наук, Новосибирск, 1982 , 22с.

59. Перетрухин Н.А. Сила морозного выпучивания фундаментов. В сб. Морозное пучение грунтов и способы защиты сооружений от его воздействия. Труды ЦНИИС, вып. 62 М., Транспорт 1967.

60. Сажин В.С ., Боршев В.В., Сажин А.В. Фундаменты сельскохозяйственных зданий на пучинистых грунтах. М., 1981.15с.

61. Сажин В.С ., Боршев В.В., Глазырин B.C., Думный В.Н. Строительство сельскохозяйственных зданий на мелкозаглубленных фундаментах Передовой опыт в сельском строительстве. М., 1981. вып. 10. с. 13 —15.

62. Сажин В.С ., Боршев В.В., Сизов В.Д. и др. Мелкозаглубленные фундаменты Сельское строительство, 1982, № 11. с. 19 -20.

63. Сажин В.С ., Боршев В.В., Морозов В.Г., Сажин А.В., Эффективные конструкции фундаментов малоэтажных зданий // Проблемы и практика фундаментостроения в Восточной Сибири. Иркутск, 1983. С. 38 -40.

64. Сажин В.С. Опыт применения мелкозаглубленных фундаментов // Архитектура Подмосковья. 1983. №3. С. 37 38.

65. Орлов В.О., Сажин B.C., Сальников И.И. Опыт и переспективы использования сезоннопромерзающих грунтов в качестве оснований сооружений // Проблемы фундаментстроение на пучинистых грунта, 1985. СЗ- 11.

66. Погосян К.Ш., Василев в.В., Сахарова И.К. Применние мелкозаглубленных фундаментов в Саратовской области // Строительные материалы и конструкции, здания и сооружения. Экспресс информация. М., 1988.вып. 7.С. 8- И.

67. Борщев В.В., Шейхов М.А. Строительство кирпичных жилых домов с мелкозаглубленным фундаментами на пучинистых грунтах // Строительные материалы и конструкции, здания и сооружения. Экспресс информация. М., 1988. Вып. 7. С. 4-5.

68. Светенков А.Ф. Опыт внедрения мелкозаглубленных фундаментов при строительстве усадебных домов в Омской области Строительные материалы и конструкции , здания и сооружения. Экспресс информация. М., 1988. вып.7. С. 7-8.

69. Федоров В.И., Тимошенко В.А. Опыт строительства зданий на фундаментах без заглубления на юге. Дальнего Востока Строительные материалы и конструкции, здания и сооружения. Экспресс информация. М., 1988. вы.7.с. 11-12.

70. Бобков Н.И. Опыт проектирования и устройства мелкозаглубленных фундаментов в Могилевской области Строительные материалы и конструкции, здания и сооружения. Экспресс-информация. М., 1988. вып. 7. С. 11-12.

71. Шишкин ВЛ., Еременко В.В., Чернобров Н.П. проектирование эффективных фундаментов для объектов перерабатывающей промышленности Строительные материалы и конструкции , здания и сооружения. Экспресс-информация. М., 1988. вып. 7. С. 16 -17.

72. Тишин В.Г. Основания и фундаменты объектов нефтяной и газовой промышленности . М., 1985.174с.

73. Орлов Е.И. Об устройстве оснований под тепловые электростанции. Основания, фундаменты и механика грунтов М., 1970, №1.

74. Винокур И.Д., Чумаков Ю.Л., Шишкин В .Я. Строительство жилых домов усадебнего типа на мелкозаглубленных фундаментах. Там же, стр.5.

75. Лозко П.А. Мелкозаглубленные фундаменты из длинномерных элементов.м Там же, стр.6.

76. Захаренко Я.Н., Гинзбург Л.Я. Внедрение мелкозаглубленных фундаментов в Омской области. Там же, стр.8.

77. Крупное Ф.А., Мишин ГЛ., Абрашкин В.К., Ворожцов А.М. Опыт применеия мелкозаглубленных фундаментов при строительстве одноэтажных зданий. Там же, стр. 12.

78. Руководство по проектированию незаглубленных малонагруженных фундаментов под электрооборудование подстанций -М., 1978.

79. Сажин B.C. и др. Взаимодействие малонагруженных фундаментов с пучинистыми грунтами . Ускорение научно технического прогресса в фундамнтстроении., Т.2. Методы проектирования эффективных конструкций оснований и фундаментов- М., 1987.

80. Сажин B.C. Шишкин В.Я. Допустимые деформации малоэтажных зданий на пучинистых грунтах. Балтийская конференция по механике грунтов и фундаментостроению. Строительство на торфах и деформации сооружений на силносжимемых грунтах. М., 1988, т.4.

81. Тишин В.Г. Некоторые итоги исследования взаимодействия здания на подсыпке с промерзающим грунтом . Труды ВНИИСТ, 1972 ,сб.№26.

82. ВСН 29-85. Проектирование мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных сельских зданий М., 1985.

83. ТСН МФ 97. Проектирование, расчет и устройство мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных зданий в Московской области - М., 1998.

84. Frost I. Jord. № 17. Oslo 1976/ - 400p.

85. Makela H., Tammirinne M. Rakennusten routasuo -jausohje. Espvoo : VTT , 1979 - 53s.

86. Ravaska O. Arctic Geotechnics: Course of lectures / Oulu Univ. 1996 .

87. RIL 193 1992. Soumen Rakennusin - Sinoorien Litto. Routavauritot ja routa -Suojaus. Lahti Print. 1923. - 89s.

88. Talonrakennuksen routasuojausohejeet / VTT geoteknnikan laboratrio Helsinky Rakentajain Kustannus Oy. -1987.95s.

89. Невзоров A.Jl. Фундаменты на сезоннопромерзающих грунтах. Москва, 2000.

90. Кувшинов ЮЛ. К расчету нестационарной теплопроводности при периодических и разовых граничных условиях. Журнал " Известия вузов. Строительство и архитектура 1995 ,№ 12.

91. Кувшинов ЮЛ. К расчету нестационарной теплопроводности в ограждениях при разовых тепловых воздействиях. Журнал " Известия вузов. Строительство и архитектура 1997 ,№ 6.

92. Кувшинов ЮЛ. К расчету нестационарного теплового режима помещения при разовых тепловых воздействиях. Журнал " Известия вузов. Строительство и архитектура 1998 № 6.

93. Кувшинов ЮЛ., Насыбулин Т.М. Расчет двухмерного температурного поля строительной конструкций. Сб. докладов " Проблемы строительной физики и энергоизбережение в здании " НИИСФ РААСН, М., 1998.

94. Ушкалов В.П. Работа фундаментов в районах глубокого сезонного промерзания и расчет по предельным деформациям сооружений от выпучивания. В кн. Рациональные методы устройства фундаментов в районах глубокого промерзания грунтов, вып. 3. 1964, с. 3 15.

95. Рекомендации по проектированию локально уплотненных оснований в пучинистых грунтах М., НИИОСП, 1975.

96. Временные рекомендации по применению незаглубленных малонагруженных фундаментов под электрооборудованием подстанции М., НИИОСП, 1972.

97. ВСН 46-72. Инструкция по проектированию дорожных одежд нежесткого типа М., 1972.

98. Толкачев Н.А. Фундаменты в пучинистых грунтах. Жилищное строительство — М., 1977, №3.

99. Орлов Е.И. Воздействие нормальных сил морозного пучения на деформации строящегося сооружения. Основания , фундаменты и механика грунтов—М., № 1969, № 6.

100. Сажин B.C. Метод определение величины подъёма свай в замоченном набухающем грунте. Основания, фундаменты и механика грунтов., 1967 , № 1

101. Рекомендации по расчету, проектированию и технологии возведения эффективных фундаментов зданий с несущими стенами М., 1989.

102. Сажин B.C., Шишкин В.Я., Волох А.С. Проектирование и строительство фундаментов сооружений на. дучинистых грунтах. Из-во Саратовского университета, 198 ,с.236.

103. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике . — М. Мир , 1975 . -541с.

104. Пусков В.И. Расчет стены неотопливаемого здания с незаглубленными фундаментами на неравномерное поднятие ее морозным пучением грунта. Труды НИИЖТ, вып. 180. Новосибирск ,1977.

105. Штеренфельд Н.С. Некоторые результаты исследования работы незаглубленных фундаментов подстанций на пучинистых грунтах. Энергетическое строительство. 1975, № 2.

106. Руководство по проектированию мелкозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах. -М. 1982.

107. Сажин B.C. Определение деформаций основания из набухающего грунта с учетом его совместной работы с сооружением // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1970, №1.

108. Горбунов Посадов М.И. Устойчивости фундаментов на песчаном основании. - М., 1962.

109. Коренев Б.Г., Черниговская Е.И. Расчёт плит на упругом основании. М., Стройиздат, 1962

110. Душников В.В., Веселов В.В. Эффективные фундаменты для малоэтажных домов " Строительство и реконструкция деревянных жилых домов " : Сборник трудов Международной научно-технической конференции , 23-24 мая 2002, с.92-96.

111. Душников В.В., Веселов В.В. Полимерные материалы для строительства " Усиление оснований и фундаментов аварийных зданий и сооружений " : Сборник материалов Международной научно-практической конференции, 19-20 сентября 2002. Пенза, 2002, с.94-97.

112. Новые конструкции и технические решения оснований и фундаментов для малоэтажных домов Новый уральский строитель, 2002, № 11. с. 62-64.

113. Веселов В.В Расчет теплоизоляции заглубленных сооружений " Опыт строительства и реконструкции зданий и сооружений на слабых грунтах " :Материалы Международной научно-технической конференции , 26-27 июня 2003.- Архангельск: АГТУ, 2003 с. 31-34.

114. Плотников А.А. Численное решение задач теплопроводности в мерзлых грунтах энтальпийным методом. Термодинамические аспекты механики мерзлых грунтов. М., Наука 1988.

115. Сандлер А.А. Аналитическое решение задачи определения теплопотерь через Стены и полы заглубленных в грунт зданий и сооружений . М. МИСИ, сб. Трудов, 1957 . вып. 21/1, cip. 115-129

116. Борискина И.В. Теплофизические основы проектирования заглубленных ограждающих конструкций цокольной части гражданских зданий: автореф. дис. На соискание уч.стп.канд. тех. наук. Москва 1993

117. Хрусталев Л.Н., Емельянов Н.В., Пустовойт Г.П., Яковлев С.В. Программа расчета теплового взаимодействия инженерных сооружений с вечномерзлыми грунтами ТЕПЛО. Свидетельство № 940281, РосАПО, 1994.

118. Бучко Н.А. Алгоритм численного решения двухмерной задачи Стефана энталпийным методом по трехслойной явной схеме . В кн. Холодильная и криогенная техника и технология ( мат. 14 Международного конгресса по холоду )М., 1975 . стр. 142-154

119. СНиП 2.02.04-88 Основании и фундаменты на вечномерзлых грунтах. М., 1990

120. СНиП 2.03.01-84* Бетонные и железобетонные конструкции. М., 2000