автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Геотехническое обеспечение проектирования объектов городской инфраструктуры на заторфованных основаниях

Введение.

1. Состояние вопроса и задачи исследований.

1.1. Геологическая среда и ее взаимодействие с техногенными объектами.

1.2. Особенности инженерно-геологических условий Архангельска.

1.3. Методы проведения мониторинга и прогноз развития процессов.

1.3.1. Прогноз осадки торфа в основании насыпей. Полевые и лабораторные исследования деформационных свойств торфяных грунтов.

1.3.2. Мониторинг режима грунтовых вод.

1.4. Направления, цели и задачи исследований.

2. Инженерно-геологические условия г. Архангельска.

2.1. Описание базы данных инженерно-геологических условий.

2. 2. Физико-механические свойства грунтов.

2.3. Типы оснований и районирование территории.

Выводы по 2-й главе.

3. Экспериментальные исследования сжимаемости торфа.

3.1. Лабораторные исследования.

3.1.1. Общая характеристика и физические свойства образцов.

3.1.2. Методика исследований.

3.1.3. Результаты исследований.

3.1.4. Анализ результатов исследований.

3.1.5. Исследование фильтрационных свойств торфа.

3.2. Полевые эксперименты.

Выводы по 3-й главе.

4. Методика прогноза длительной осадки торфа под слоем техногенных отложений.

4.1 Сопоставление данных компрессионных испытаний и полевых исследований для прогноза длительной осадки торфа под пригрузкой.

4.2. Исследования и прогноз колебания уровня грунтовых вод.

4.2.1. Полевые исследования.

4.2.2. Математическая модель колебания уровня грунтовых вод.

4.2.3. Пример прогноза колебания уровня грунтовых вод.

4.3. Методика расчета осадки торфа под слоем техногенных отложений.

4.3.1. Общие положения по расчету осадки торфа под слоем техногенных отложений.

4.3.2. Пример прогноза осадки торфа под пригрузкой.

4.3.3. Практическое использование методики прогноза осадки торфа под пригрузкой.

Выводы по 4-й главе. 5. Рекомендации по проектированию подземных инженерных коммуникаций на заторфованных основаниях.

5.1. Иженерно-геологические изыскания.

5.1.1. Порядок проведения инженерно-геологических изысканий.

5.1.2. Расчет экономического эффекта при оптимизации объемов инженерно-геологических изысканий.

5.2. Основания и фундаменты подземных коммуникаций.

5.2.1. Общие положения.

5.2.2. Расчет оснований коммуникаций.

5.2.3. Свайные фундаменты. ф 5.3. Конструктивные решения.

5.3.1. Подземный канал.

5.3.2. Смотровой колодец.

5.3.3. Расчет экономического эффекта при устройстве смотрового колодца.

5.4. Практическое применение базы данных инженерно-геологических условий и данных мониторинга процессов па заторфованных основаниях.

Выводы по 5-й главе.

Для нормального функционирования оснований, а, следовательно, и возведенных на них техногенных объектов, необходимо качественное геотехническое обеспечение проектирования, которое включает в себя комплексный анализ инженерно-геологических условий, расчет напряженно-деформированного состояния оснований и организацию мониторинга развивающихся в них процессов.

Объектом изучения в настоящей работе послужили основания, сложенные торфяными грунтами. Исследования выполнялись на территории г.Архангельска, где суммарная мощность торфа и перекрывающих его техногенных отложений достигает 5-7 м. Длительная осадка торфа в основании вызывает повреждения объектов городской инфраструктуры - инженерных коммуникаций, дорог, тротуаров, элементов благоустройства и т.п.

Изученные в работе процессы - длительная осадка торфа, а также влияющие на нее колебания уровня грунтовых вод являются характерными для многих городов. Так на 20 % территории России имеются отложения торфа, а изменения уровня грунтовых вод являются одним из основных факторов, оказывающих негативное воздействие на основания, подземные сооружения и фундаменты в городах.

Полученные методики расчета, данные мониторинга, конструктивные решения подземных инженерных коммуникаций на заторфованных территориях, могут найти применение в аналогичных инженерно-геологических условиях, что позволит повысить надежность указанных сооружений, сократить затраты на их устройство и эксплуатацию.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Комплексная геотехническая оценка территории г.Архангельска позволила установить, что основными процессами, которые следует учитывать при проектировании и эксплуатации объектов городской инфраструктуры, являются длительная осадка торфа под слоем техногенных отложений и колебания уровня грунтовых вод. На основании сбора, обобщения и анализа материалов изысканий составлены карты районирования города по типам оснований и региональные таблицы деформационно-прочностных свойств грунтов.

2. Осадка торфа под слоем техногенных отложений, вопреки прогнозам, не стабилизируется в течение многих десятилетий. Зависимость скорости осадки от времени, как в основании насыпи, так и при компрессионных испытаниях, может быть выражена степенным уравнением. Используя найденное экспериментально соотношение параметров уравнения скорости осадки от времени для полевых и лабораторных условий и принимая во внимание сезонные колебания уровня грунтовых вод, можно выполнять прогноз осадки на длительный период времени.

3. По результатам длительных наблюдений выявлен характер сезонного колебания уровня грунтовых вод для различных типов оснований. Разработана математическая модель с выводом аналитического уравнения, позволяющего выполнять прогноз колебания уровня грунтовых вод. Результаты расчета использованы при определении давления под подошвой насыпи, что позволило уточнить прогноз осадки торфа под слоем техногенных отложений.

4. Предложенная методика компрессионных испытаний торфа позволяет сократить их продолжительность с нескольких месяцев до 5-7 суток.

5. Разработанные новые технические решения по устройству коммуникаций - канал для прокладки трубопроводов и телескопический оголовок смотрового колодца - позволяют повысить их эксплуатационную надежность и увеличить межремонтный период покрытия дорог.

6. Разработаны рекомендации по проектированию подземных инженерных коммуникаций на заторфованных основаниях, содержащие требования к составу и объему инженерно-геологических изысканий, предложены способы расчета оснований и определения дополнительной нагрузки на свайные фундаменты коммуникаций от вышележащего грунта.

1. Абрамов С.П., Белявский Л.И., Спиридонов А.С. и др. Инженерные изыскания в строительстве. М.: Стройиздат, 1975. - 480 с.

2. Амарян Л.С. Свойства слабых грунтов и методы их изучения. М.: Недра, 1990.-222 с.

3. Ананьев В.П., Передельский Л.В. Инженерная геология и гидрогеология: Учебник для вузов. М.: Высш. школа, 1980. - 271 с.

4. Бронин В.Н. Влияние ползучести и консолидации грунтов на напряженно-деформированное состояние основания при различных стадиях возведения сооружения. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Л.:ЛИСИ, 1993. - 32 с.

5. Бронин В.Н. Прогноз скорости деформации торфяных грунтов в случае одномерной задачи. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Л.: ЛИСИ, 1973. - 25 с.

6. Бронин В.Н. Оценка ползучести скелета торфа по корреляционным зависимостям. Механика грунтов, основания и фундаменты: межвузовский тематический сборник научных трудов № 2. Ленинград, 1977. - 148 с.

7. Бронин В.Н. Исследование длительной ползучести торфов/Тезисы докладов четвертого симпозиума по реологии грунтов. Самарканд, 1982. -187 с.

8. Бондаренко Н.Ф., Коваленко Н.П. Водно физические свойства торфяников. - Л.: Гидрометеоиздат, 1979. - 160 с.

9. ВСН 5-71. Указания по проектированию оснований жилых и общественных зданий, возводимых в г. Архангельске. М.: Стройиздат, 1971.-66 с.

10. Вялов С.С. Реологичсекие основы механики грунтов. Учебное пособие для строительных вузов. М.: Высш. школа, 1978. - 447 с.

11. И. ГОСТ 25100-96. Грунты. Классификация. М.: Изд-во стандартов, 1982.- 18 с.

12. Губайдуллин М.Г. Геоэкологические условия освоения минерально-сырьевых ресурсов Европейского Севера России: монография. -Архангельск: Поморский государственный университет, 2002. 310 с.

13. ГОСТ 12536-79. Грунты.методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава. М.: Изд-во стандартов, 1979. - 12 с.

14. Голодовская Г.А., Елисеев Ю.Б. Геологическая среда промышленных регионов. М.: Недра, 1989. - 220 с.

15. ГОСТ 25584-90. Грунты.Отбор, упаковка, транспортировка. М.: Изд-во стандартов, 1990. - 11 с.

16. ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик. М.: Изд-во стандартов, 1984. - 15 с.

17. ГОСТ 20522-96. Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний. -М.: Изд-во стандартов, 1996. 15 с.

18. ГОСТ 12248 96. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости. - М.: Изд-во стандартов, 1996. -24 с.

19. ГОСТ 30416-96. Грунты. Лабораторные испытания. М.: Изд-во стандартов, 1990. - 11 с.

20. ГОСТ 25584-90. Грунты. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации. -М.: Изд-во стандартов, 1990. 11 с.

21. Гальперин A.M., Зайцев B.C., Норватов Ю.А. Гидрогеология и инженерная геология: учебн. для вузов. М.: Недра, 1989. - 383 с.

22. Дружинин М.К. Основы инженерной геологии. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Недра, 1978. - 246 с.

23. Дубинчук В.Т., Шустов В.М. Измерения при гидрогеологических и инженерно-геологических исследованиях. -М.: Недра, 1984. 191 с.

24. Дружинин М.К. Основы инженерной геологии. Под ред. Ю.Д. Дубкова -3-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1987. - 223 с.

25. Ершов В.В., Новиков А.А., Попова Г.Б. Основы геологии: Учебник для вузов. М.: Недра, 1986. - 310 с.

26. Ершов Э.Д. Общая геокриология. М.: Недра, 1990. - 559 с.

27. Епишин В.К. Природно техническая система. Свойства природно -технических систем. Теоретические основы инженерной геологии: Социально - экономические аспекты. - М.: Недра, 1985. - с 36 - 45.

28. Зиангиров Р.С., Быкова B.C., Полев М.П. Инженерная геология в строительстве / под общ. Ред. Р.С. Зиангирова. М.: Стройиздат, 1986. - 170 с.

29. Золотарев Г.С. Инженерная геодинамика. М.: Изд-во МГУ, 1983. -328 с.

30. Инженерная геология СССР. В 8 томах. Русская платформа. Т.1. М.: Изд-во МГУ, 1978.-528 с.

31. Инструкция по проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений, возводимых на заторфованных территориях (СН 475-75) / НИИОСП. М.: Стройиздат, 1976. - 22 с.

32. Инженерно геологические процессы и свойства грунтов / под ред. Р.С. Зиангирова. -М.: Стройиздат, 1980.

33. Коваленко Н.П., Марко Я.Ю. Осадка территории г. Архангельска от осушения. Социально экологические проблемы европейского севера: сборник статей. - Архангельск, 1991. - 64 с.

34. Коваленко Н.П. Техническая мелиорация грунтов и ее роль в развитии г. Архангельска: тезисы докладов к научно технической конференции «Рациональное использование природных ресурсов Европейского Севера». -Архангельск: РИО АЛТИ, 1984.

35. Коваленко Н.П., Худяков А.Д., Гореликов B.C. Предпостроечное уплотнение торфяной залежи. Архангельск.: Сев. Зап. кн. из-во, 1971. - 97 с.

36. Карлов В.Д. Основания и фундаменты в районах распространения вечномерзлых грунтов. М., СПб.: Изд-во АСВ, 1997. - 176 с.

37. Козмин Д.Д. Оценка деформаций ползучести оснований, сложенных торфяными грунтами, под откосами насыпей. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. JI.: ЛИСИ, 1986. -21 с.

38. Конструкции водопроводно-канализационных сооружений: справ, пособие / под. общ. ред. Б.Ф. Белецкого. М.: Стройиздат, 1989. - 448 с.

39. Кац Д.М. Основы геологии и гидрогеология / 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Колос, 1981.-351 с.

40. Каган А.А., Солодухин М.А. Состав и физико-механические свойства моренных суглинков Вологодской, Архангельской и Ленинградской областей / Инженерно-геологическое изучение морен. Ярославль, 1974. - с. 111-124.

41. Климентов П.П., Кононов В.М. Методика гидрогеологических исследований: Учебник для геологоразведочных и горных вузов и факультетов. М.: Высш. школа, 1978. - 408 с.

42. Кац Д.М. Основы геологии и гидрогеология / 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Колос, 1981.-351 с.

43. Кулаков Н.Н. Введение в физику торфа. М.: Государственное энергетическое издательство, 1947. - 228 с.

44. Коновалов П.А. Устройство фундаментов на заторфованных грунтах. -М.: Стройиздат, 1980. 160 с.

45. Кофф Г.Л., Минакова Т.Б., Котлов В.Ф. и др. Методические основы оценки техногенных изменений геологической среды городов. М.: Наука, 1990.- 196 с.

46. Ломтадзе В.Д. Инженерная геология. Инженерная геодинамика. Л., Недра, 1977.- 166 с.

47. Молоко JI.A. Инженерно-геологические процессы. М.: Недра, 1985. -206 с.

48. МГСН 2.07-97. Основания,фундаменты и подземные сооружения. М., 1997.-136 с.

49. Молоков Л.А. Взаимодействие инженерных сооружений с геологической средой. М.: Недра, 1988. - 222 с.

50. Месчян С.Р. Механические свойства грунтов и лабораторные методы их определения. М.: Недра, 1974. - 192 с.

51. Маслов Н.Н. Основы инженерной геологии и механики грунтов: Учебник для вузов. М.: Высш. школа, 1982. - 511 с.

52. Морарескул. Н.Н. Основания и фундаменты в торфяных грунтах. Л.: Стройиздат, 1979. - 80 с.

53. Невзоров А.Л., Никитин А.В. Подземный канал для прокладки трубопроводов на сильносжимаемых грунтах. Патент на изобретение № 2258783. Заявка №2002116738. Приоритет от 21.06.2002. Зарегистрирован 20.08.2005.-4 с.

54. Невзоров А.Л., Козмин Д.Д., Северова Г.В., Коптяев В.В. Исследование уплотняемости и фильтрационных свойств гидролизного лигнина. // Изв. вузов, лесной журнал. №1, 1995. С 86-90.

55. Невзоров А.Л., Кубасов В.Н. Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. № 2. Геологическая среда Архангельска и особенности ее взаимодействия с инженерными сооружениями. М.: РАН, 2001.-е. 116-121.

56. Невзоров A. JI., Никитин А.В. Оголовок смотрового колодца. Свидетельство на полезную модель № 29942. Заявка № 2002116575. Приоритет от 21.06.2002. Зарегистрирован 10.06.2003. 3 с.

57. Невзоров А.Л., Никитин А.В. Длительная осадка торфа под слоем техногенных отложений и ее влияние на сооружения Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. №6. М.: РАН, 2003. -с. 561-566.

58. Николаев Н.И. Новейшая тектоника и геодинамика литосферы. М.: Недра, 1988.-491 с.

59. Общее мерзлотоведение (геокриология) / под ред. В.А.Кудрявцева. -М.: МГУ, 1978.-464 с.

60. Определение основных физико-механических характеристик торфяных грунтов. Методическое пособие. Архангельск: АЛТИ, 1971. - 26 с.

61. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83) /НИИОСП.-М.: Стройиздат, 1986.-445 с.

62. Прогноз инженерно геологических условий при строительстве. - М.: Наука, 1990.- 119 с.

63. Раковский В.И., Невзоров А.Л., Северова Г.В., Трубин Ю.Г. Особенности возведения зданий на свайных фундаментах в инженерно -геологических условиях Архангельска.

64. Руководство по составлению региональных таблиц нормативных и расчетных показателей свойств грунтов / ПНИИИС Госстроя СССР. М.: Стройиздат, 1981. -55 с.

65. Руководство по инженерным изысканиям для строительства / ПНИИИС Госстроя СССР. М.: Стройиздат, 1982. - 144 с.

66. Ретхати JI. Грунтовые воды в строительстве / пер. с англ. В.З. Махлина и Н.А. Ярцева / под. ред. В.А. Кирюхина. М.: Стройиздат, 1989. - 432 с.

67. Руководство по выбору проектных решений фундаментов / НИИОСП им. Герсеванова, НИИЭС, ЦНИИППроект Госстроя СССР. М.: Стройиздат, 1984.- 192 с.

68. Рекомендации по проектированию инженерных коммуникаций, прокладываемых в торфах и илистых грунтах (в условиях г. Архангельска и других аналогичных условиях). М.: Госстрой, 1972. - 61 с.

69. Руководство по сбору, систематизации и обобщению инжнерно-геологических материалов изысканий прошлых лет / ПНИИИС. М.: Стройиздат, 1985. - 72 с.

70. Рекомендации по определению теплофизических и структурно-механических свойств мерзлых торфяных грунтов / ПНИИИС. М.: Стройиздат, 1984. - 44 с.

71. Руководство по наблюдениям за деформациями оснований и фундаментов зданий и сооружений. М.: Стройиздат, 1975. - 156 с.

72. Рекомендации по определению теплофизических характеристик торфяных грунтов и расчетам их промерзания и оттаивания / НИИОСП. М.: Стройиздат, 1978. - 54 с.

73. СНиП 2.01.01-82. Инженерные изыскания для строительства /ПНИИИС. М.: Стройиздат, 1996. - 55 с.

74. СНиП Н-02-96. Строительная климатология и геофизика / Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1985. - 40 с.

75. СН 509-78. Инструкция по определению экономической эффективности использования в строительстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. М.: Стройиздат, 1979. - 48 с.

76. Справочник базовых цен на инженерно-геологические и инженерно-экологические изыскания для строительства М.: Госстрой, 1999. - 144 с.

77. СН 475-75. Инструкция по проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений, возводимых на заторфованных территориях. М.: Стройиздат, 1976 - 23 с.

78. СНиП 2.01.15-90. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения проектирования. М.: Арендное производственное предприятие ЦИТП, 1991. -32 с.

79. СНиП 2.02.01 83. Основания зданий и сооружений / Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1985. 40 с.

80. СНиП 2.02.03 85. Свайные фундаменты / Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1986. - 45 с.

81. СНиП И-02-96. Инженерные изыскания для строительства / ПНИИИС. -М, 1996.-55 с.

82. СНиП IV-5-82. Приложение. Сборники единых районных единичных расценок на строительные конструкции и работы. Сб.23. Канализация -наружные сети / Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1984. - 16 с.

83. СНиП IV-5-82. Приложение. Сборники единых районных единичных расценок на строительные конструкции и работы. Сб.1. Земляные работы/ Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1984. - 110 с.

84. СП 11-105-97. Часть I. Инженерно-геологические изыскания для строительства / ПНИИИС. М., 1997. - 46 с.

85. СП 50-101-2004. «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений» / НИИОСП. М. 2004. - 170 с.

86. СП 50-102-2003. «Проектирование и устройство свайных фундаментов» / НИИОСП. М. 2003. - 109 с.

87. Седенко М.В. Основы гидрогеологии и инженерной геологии / 3-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1979. - 200 с.

88. Сергеев Е.М. Инженерная геология / изд. 2. М., изд во Моск. ун - та, 1982.-248 с.

89. Теоретические основы инженерной геологии. Геологические основы / под ред. Акад. Сергеева Е.М.: Недра, 1985. 332 с.

90. Толстой М.П., Малытин В.А. Геология и гидрогеология: учебник для вузов /2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1988. - 318 с.

91. Теоретические основы инженерной геологии. Физико механические основы / под ред. акад. Сергеева Е. М. - М.: Недра, 1985. - 288 с.

92. ТСН 50-302-97. Устройство фундаментов гражданских зданий и сооружений в Санкт-Петербурге и на территориях, административно подчиненных Санкт-петербургу. СПб, 1997. - 96 с.

93. Теоретические основы инженерной геологии. Социально -экономические аспекты / под ред. Акад. Сергеева Е.М. М.: Недра, 1985. -259 с.

94. Указания по наблюдениям за осадками фундаментов сооружений и режимом грунтовых вод на тепловых электростанциях / бюро технической информации. М, 1964. - 32 с.

95. Фролов А.Ф., Коротких И.В. Инженерная геология: учеб. для техникумов /2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1990. - 412 с.

96. Худяков А. Д. Предпостроечное уплотнение торфяных грунтов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. JL: ЛИСИ , 1970. - 22 с.

97. Шейдеггер А.Е. Основы геодинамики: пер. с англ. М.: Недра, 1982. -384 с.

98. Шустов В.М. Техника измерений при полевых гидрогеологических исследованиях. М.: Недра, 1978. - 192 с.

99. Шапошников М.А. Геотехнические исследования болотных грунтов для строительства. JL: Стройиздат, 1977. - 128 с.

100. Anderson D.M., Tice A.R. Predicting unfrozen water contents in frozen soil from surface area measurements / Highway Res/ Record, 1972. № 393. - p. 1218.

101. Andersland O.B., Ladanyi B. An introduction to frozen ground engineering. New York: Charman and Hall, 1994 - 352 p.

102. McFadden T.T., Bennet F.L. Construction in cold regions. New York: John Wiley & sons, 1991. - 615 p.

103. Farouki O.T. Thermal properties of soils / Trans. Tech- publications, 1986. -136 p.

104. Hutcheon N.B., Handegorn G.O.P. Building science for a cold climate. -Toronto: John Wiley & sons, 1983. 440 p.

105. Phukan A. Frozen ground engineering. New Jersey: Prentice - Hall Englewood Cliffs, 1985. - 336 p.