автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Исследование влияния геометрических параметров фундаментов в вытрамбованных котлованах на их несущую способность и методика её расчета

'МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЦП ИНСТИТУТ им. В. В. КУПБЫШЕВЛ

Р Г 6 ОД

~ 5 ДПР 1933 На правах рукописи

• КУНАНБАЕВА ЯЙРАХАН БЕКАЙДАРОВНА

УДК 624.152.2

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ 'ФУНДАМЕНТОВ В ВЫТРАМБОВАННЬ!Х КОТЛОВАНАХ НА ИХ НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ И МЕТОДИКА ЕЕ РАСЧЕТА

05.23.02 — Основания и фундаменты

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва—1992

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительном институте ни. В. В. Куйбышева

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор Дорошкевнч Н. Г<\.

Официальные олпонеиш: доктор' технических ча^ц, профессор Кругов О. lí„ •кандидат технических наук

, Бадеев Л. II.

Ведущая организация: Арендный проектный институт .«Южгражданпроект»

. Защита состоится > ¡s.¿¿2 ¿3- _часос

на заседании специализированного совета Д.053.11.05 при МИСИ ну В. В. Куйбышева по адресу: Москва, ул. Спартаковская, д. 2, ауд. N¡212

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Просим Вас принять участие в защите и направить Ваш -отзыв п адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, д. 26,. МИСИ им. В. В. Kyíl быщева, Ученый Совет.

Автореферат разослан < ЛЛ >__199¿_r.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических: наук, Профессор

А. Л. КРЫЖАНOBCKÍIÜ

ОБцАй ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность теш. Одним иэ прогрессивных типов фундаментов при строительстве на просадочных грунтах, позволяющим снизить расход цемента, арматуры, уменьшить объёмы земляных работ, исключить опалубочные работы и сократить сроки выполнения нулевого цикла, являются фундаменты в вытрамбованных котлованах.

Эффективность применения таких фундаментов обусловлена тем, что в процессе устройства котлована и втрамбовывания в его дно щебня, формируется основание с повышенными физико-механическими характеристиками грунтов.

Однако широкое использование фундаментов в вытрамбованных котлованах в строительстве сдерживается из-за недостаточной изученности вопроса формирования уплотненной зоны под-подошвой фундамента и условий передачи нагрузки фундаментами с разными геометрическими параметрами на грунтовое основание, а также отсутствие методики расчета с учетом этого фактора.

Целью диссертационной работы является разработка методики расчёта несущей способности фундаментов в вытрамбованных котлованах без уширения и с уширенным основанием по предельным дефор- -мациям, а также исследование некоторых закономерностей, связанных с формированием уплотненной зоны в основании котлованов. В соответствии с указанной целью диссертации были поставлены следующие задачи:

- исследование динамических параметров при вытрамбовывании котлованов и устройстве уширенного основания;

- изучение формирования уплотненной зоны в основании котлованов, изготовленных трамбовками с разными геометрическими пара-

метрами, а такие при устройстве уширенного основания из щебня различного объёма;

- установление оптимальной формы трамбовки, обеспечивающей высокую удельную несущую способность фундаментов в региональных грунтовых условиях;

- исследование условий передачи нагрузки фундаментами различных типов при действии вертикальной статической нагрузки;

- разработка методики расчета.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- расширены существующие представления о процессах пластического деформирования оснований, сложенных лессовыми грунтами, при вытрамбовывании котлованов;

- сформулированы ловые принципы (на основе обобщения эксш риментальных данных) для определения оптимальных размеров фундаментов в вытрамбованных котлованах; •

~ показана привалирующая роль геометрических размеров трамбующего рабочего органа на формирование зоны интенсивного уплотнения основания;

- обоснована схематизация процесса уплотнения для раэвити метода расчета деформации фундаментов в вытрамбованных котлова пах.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

- получен обширный экспериментальный материал, достаточнь для обоснования закономерностей формирования уплотнения в оснс ванни вытрамбованного котлована;

- обоснован инженерный метод расчёта фундаментов в вытра) бованных котлованах;

- даны рекомендации по проектировании фундаментов в вы-

трамбованных котлованах;

- полученные результаты экспериментальных исследований являются основой для дальнейшего развития теоретических разрабо- -ток и практического применения фундаментов в вытрамбованных котлованах.

Внедрение .результатов работы осуществлено на ряде объектов л г.Чимкенте, что позволило в период с 1984 по 1991 гг. получить экономический эффект 289 тыс. рублей.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на Республиканском совещании "Подготовка оснований •л устройство фундаментов на просадочных грунтах и в сейсмических районах" (Чимкент, 1985), на Республиканском совещании "Устрой-'¡тво оснований и фундаментов в региональных грунтовых условиях Казахстана" (Алма-Ата, 1989), на Всесоюзной научно-практической конференции "Лёссовые просадочные грунты как основания зданий и сооружений" (Барнаул, 1990), на Республиканской научно-технической конференции "Эффективные фундаменты, сооружаемые без выемки грунта" (Полтава, 1991), на Республиканской научно-практической конференции "Проблемы строительства на просадочных грунтах Южного Казахстана" (Чимкент, 1991).

Публикации. По результатам выполненных исследований автором . опубликовано б работ.

На защиту выносятся

- результаты исследования влияния геометрических параметров трамбовок на формирование уплотненной зоны и несущую способность фундаментов;

- расчётные схемы передачи нагрузки фундаментами без ушире-иия и с уширенным основанием на грунты основания;

- б -

- инженерный метод расчёта несущей способности фундомен- ' тов в вытрамбованных котлованах с учётом их геометрических размеров.

/. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографии.и приложений. Общий объём текста 16? страниц, в том числе 59 рисунков, 21 таблица, список литературы из 100 наименований авторов, 10 страниц приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении даётся обоснование актуальности теми, сформулированы цель и научная новизна диссертации, а также приведены сведения об апробации, работы, публикациях по теме диссертации и основные положения, результаты, который выносятся на защиту.

В первой главе рассматриваются результаты экспериментальных исследований работы фундаментов в вытрамбованных котлованах и методы их расчёта.

Экспериментальные и теоретические исследования работы ^фувдаментов в вытрамбованных котлованах проводились Ава-зовым P.P., Багдасаровым Ю.А., Боако А.Г., Власовым D.B., Дунаевым K.U., Крутовым В.П., Рабиновичем И.Г., Рафальзуком БД., Сальниковым Б.А. и другими и показали эффективность устройства фундаментов в вытрамбованных котлованах.

Вопросу изучения влияния на несущую способность фундаментов в вытрамбованных котлованах формы трамбовок, размеров уплотненной зоны уделено внимание в работах Рафальзука В.Л., Стародворскогс З.В., Шилибекша С.К. и дру, ..х.

Разработке и.соверленствования методов расчета фундаментов в уплотненном грунте, к которым относятся пирамидальные сваи, набивные сваи в шагаампованном основании» а-таюзэ фуцда- , менты в вытрамбованных котлованах, посвздеш работы Авазо-йа P.P., Багдасарова ¡O.A., Власова Ю.В., Головачёвой Л.В., Го-лубкова В.Н., Гетмана А.Л., Жукова Н.В., Зоценко И.Л., Круто-ва В.И., Ландарь A.M., Латмна Ф.К., Сальникова Б.А., Ткачева A.A., Шахирева В.Б, и других.

Условия передачи нагрузки фундаментами в вытроибованкшс- ' котлованах на грунтовое основание аналогичны условиям при работа свайных фундаментов под нагрузкой. В связи с этим особый интерес представляют метода расчёта свайных фундаментов. Этом. • .вопросу с учётом нелинейных свойств грунтов уделено внимай« в работах Бартоломея A.A., Биханоэа К.С., Бойко И.Iii, Доротее- • вич Н.М., Грязновой E.H., Зарецкого Ю.К., Карабаева Ii.И., Лап-■ шина S.K., Макаровой И.Н., Мишина А.П., Потапова С.Н., Фадеева A.B. и других. Расчёт несущей способности фундаментов оско- ■ ван на построении графика зависимости "осадка-нагрузка", что , даёт возможность проследить их работу в различных стадиях деформирован зя гонгов основания и учесть.рад факторов, влияющих на взаимодействие фундаментов с окрукйвщим грунтом. .

Решения задач деформирования. грунта под нагрузкой на основе . теории пластического течения приводятся в работах Вялова С.С,, Зарецкого ¡O.K., Малышева М.В. и других.

На основе анализа результатов экспериментальных исследований работы, фундаментов в вытрамбованных котлованах и методов их . " расчета сформулированы цель работы и задачи исследований. г Во второй главе приводятся результата исследований работы

фундаментов в вытрамбованных котлованах с разными геометрическими параметрами на моделях.

Экспериментальные исследования проводились в г.Чимкенте на площадке с I типом грунтовых условий по просадочности. Модели фундаментов были изготовлены в масштабе 1:2,5. Для устройства котлованов применялись 9 разновидностей трамбовок р углами наклона боковых граней ^ = 4 ... 33°.

Всего на площадке были изготовлены 43 котлована, из кого рых 23 вскрыты шурфами для определения размеров уплотненны;« зон, а в остальных изготовлены модели фундаментов для статических испытаний.

Многообразие типоразмеров трамбовок позволило изучить влияние на динамические параметры вытрамбовывания, формирование уплотненной зоны и несущую способность фундаментов угла наклона боковых граней трамбовки при одинаковой площади подошвы, глубины вытрамбовывания котлована при постоянном угле наклона боковых граней и одинаковой площади подошвы трамбовки, площади подошвы трамбовки при одном и том же угле наклона боковых граней. Кроме того, исследовано влияние на несущую способность фундамента объёма уширения, создаваемого при втрамбовывании в основание котлована щебня.

Исследование динамических параметров вытрамбовывания котлованов заключалось в определении величины погружения и подскс ка трамбовки от каждого удара, т.е. остаточного и упругого "о; каза". Как показали исследования испытаний, значения этих вел: чин зависят от геометрических размеров трамбовки и объёма втрамбованного щебня. Так, при увеличении геометрических пара метров трамбовок и количества втрамбованного материала наблюд

егсл уменьшение остаточное "отказа" при одновременном увеличении упругого, что свидетельствует о разной степени уплотнения грунтов в основании котлованов. "

По результатам, откопки опытных котлованов бши определе-нн параметры уплотненных зон в их основании, а также форма и - размеры уширбний, получаемых при втрамбовывании и дно котлована жёсткого материала.

Результаты откопок показали, что форма.уплотненной зоны в основании котлованов имеет-.вид эллипсоида вращения. Величина отношения значений полуосей эллипсоида - высота уплотненной зоны; радиус уплотненной зоны) имеет разило значения и зависит от форта трамбовки. При применении трамбово. ,с углам наклона боковых граней^» 14° она равна^/^= 0,8 ... 0,95. Это объясняется тем, что з процессе удара трамбовки о грунт динамические воздействия за счёт больной конусности направлены в основном в.стороны, что и приводит к форсирования' уплотненной зош в виде эллипсоида вращения! вытянутого в стороны. При применения трамбовок с углами наклона боковых граней

сС < 14° динамические воздействия направлена, в основном, вниз; вследствие чего образуется уплотненная зона, вытянутая в вертикальном направлении с отношением полуосей 1,0» •

На основе анализа результатов откопок котлованов получены зависимости размеров уплотненной зоны от геометрических параметров трамбовок

< г) 12)

где ^ » / - коэффициенты, зависящие от грунтовых условий; £ - угол наклона боковых граней трамбовки; 4» ~ сирина низа трамбовки;

Л - высота трамбовки.

Результаты определения размеров уширений в основании котлованов показали, что их форма близка по форме к эллипсоиду вращения с соотношением полуосей1,35 ... 2,10 в зависимости от объёма втрамбованного материала. Зависимость радиуса устарения от объёма материала имеет вид гиперболы и может быть представлена таким же образом, как и в нормативных документах, следующим выражением

' О)

где Л - коэффициент, зависящий от грунтовых условий; объём втрамбованного материала. Уплотненная зона вокруг утирания имеет также вид эллипсоида вращения и её диаметр меняется в зависимости от объёма, втрамбованного в основание котлована жёсткого материала. Зависимость радиуса распространения уплотнения от радиуса уширения

носит линейный характер

** = , ( 4 5

где т - коэффициент грунтовых условий.

Результаты статических испытаний моделей фундаментов различной формы, а такко моделей фундаментов с уширенным основанием позволили оценить влияние различных факторов на несущую

способность фундаментов. Выявлено, что существенное влияние на несущуп способность фундаментов ояазнвоит угол на-

клона боковых граней, площадь подошвы, глубина эалокекия и объём втрамбованного жёсткого материала.

На основе анализа результатов статических испытаний моделей фундаментов в вытрамбованных котлованах установлен оптимальный угол наклона 6окоеых граней трамбовки, который равен Л = 8 ... 10°.

В третьей главе приводятся результата экспериментальных исследований работы фундаментов з вытрамбованных котловаиаа d натурных условиях. Исследования проводились с пэльп проверки выводов, которые были сделаны на основании откопок и испытаний моделей фундаментов.

Экспериментальные исследования проводились в г.Чимкента на трёх опытных площадках с I типом грунтовых условий по про-содочности.

Для устройства котлованов применялись две трамбовки с углами наклона боковых граней 9 и 15°. На трёх эксперимонталь» них площадках были изготовлены 5 опытных .фундаментов и 4 котлована. В основания четырёх фундаментов втрамбовывался щебекь в количестве 1,2 - 6,0 м3.

Испытания фундаментов на'действие вертикальной статической нагрузки производились по стандартной методике при помощи специальной установки, позволяющей прикладывать к фундаменту нагрузку до 180 т.

Результаты откопок котлованов показали, что при увеличении объёма втрамбованного щебня от 1,2 до 2,0 и 6,0 и3 высота щебёночного уаирения возрастает на 25 и 150 а радйус - на

? к 43 Ирг усгройстеа'^йиренйй'иэ щебня.л гяшягзствэ 1,2; . 0 ц 6,0 к? глубина расйрастр&йнид угаотдащой дону увеявчи- , яаотйа ссютЕЗтете&Цпо в 2; 2Л и раза.. %> йгом йзыгтзяюа радиуса упткггивй аазз прождоздит а 1,04'.; 1«Д£ ю 1.Ш раза ¿по -сравасзда с разадердай уялаененной 3013 р. ооизвдиия'Козлова* кз бта уаирзетя; ' -

" итфф'ртщлащм у-йдозшшното рдетгаа о аенстаыкв ксэдаияиш пивйад, "4550 ¿ш&шйа гфочначдасог характеристик груптЬв югша-дагсй $ 2,5 4 раза по «рарнеша> с хармиеркрязиссш грунтов в природном состоянии.

При проведении статнчзских испытаний установлено, что уве-лвчсниа объёма щебня в 1,7 раза приводит к по выше кет несущей способности на 30 %. Нагрузка, воспринимаемая фундаментов с ушрением из щебкя в количэства 1,2 м3,.почти в 2 раза больпе ■ по сраензтп с нагрузкой, воспринимаемой фувдалзнтои. без ушро-ния.

В четвёртой глав?-, на основании результатов проведённых експоржзнтальных исследований моделей фундаментов в вытрамбованных котлованах и анализа даншх натурных испытаний, усиапов-—— лена расчётная схема распределения контактных давлений в плоскости шд&йва и разработана мзтодика расчёта несущей способиос-№. с уязтоа ем геометрических размеров, мзменощ-д

■свойств оснйарзнх ира «»»реййбкгааши ковдовда 1! устройства угйхрокэд » юлиИеШгаЙ -стадии деформирования грунта хюноиадон. .

Б йеаоадез Предпосылок ира шВор» расч§«:ой схай Вил» 15ра«ти следуг«$м> положззигуц пояувонзао «а оаковз скссараап» ссследбвгамй.:

1. Размер' упяотаеш&к-аон и усярйиий . основании йогдоза-

ется уменшегш остаточного "отказа" при одновременном увеличения упругого, что свидетельствует о разной степени уплотиа-шя грунтов в основании котлованов.

По .результатам откопки опытных котлованов.были определены параметры-уплотненных зон в их основании, а такие форта к размеры уширений, получаемых при втрамбовывании в дно котлована жёсткого материала.

Результаты откопок показали, что форма уплотненной зоны в основании котлованов имеет-.вид эллипсоида вращения. Величина отношения значений полуосей эллипсоида - высота уплотненной зоны; % — радиус уплотненной зоны) имеет разные значения и зависит от формы трамбовки. При применении трембово. .с углами наклона боковых граней14° она равна^/г^- 0,8 ... 0,95. Это объясняется тем, что в процессе удара трамбовки о грунт динамические воздействия за счёт больной конусности на' правлены.в основном в■стороны, что и приводит к формированию' уплотненной зош в виде эллипсоида вращения! вытянутого в стороны. Бри применении трамбовок с углами наклона боковых граней

<¿¿14° динамические воздействия направлена, в основном, вшз, вследствие чего образуется уплотненная зона, вытянутая в вертикальном направлен:;!! о' отношением полуосей 1,0. «' "

На основе анализа результатов откопок котловано'в получены зависимости размеров уплотненной зош от геокетрячеегшх параметров трамбовок

ъ^Ъжг, (х)

; - . с 2 г

где £ , £ - коэффициенты, зависящие от грунтовых условий; ¡С - угол наклона боковых граней трамбовки; &„ - сирина низа трамбовки;

Л - Еысота трамбовки.

Результаты определения размеров уширений в основании котлованов показали, что их форма близка по форме к эллипсоиду вращения с соотношением полуосейЬг?/^^ 1,35 ... 2,10 в зависимости от объёма втрамбованного материала. Зависимость радиуса ушрения от объёма материала имеет вид гиперболы и может быть представлена таким же образом, как и в нормативных документах, следующим выражением

' (3 >

где Л - коэффициент, зависящий от грунтовых условий; Уег~ объём втрамбованного материала.

Уплотненная зона вокруг утиренкя имеет также вид эллипсоида вращения и её диаметр меняется в зависимости от объёма, втрамбованного в основание котлована жёсткого материала. Зависимость радиуса распространения уплотнения от радиуса уширения. носит линейный характер

^ = , ( 4 5

где т - коэффициент грунтовых условий.

Результаты статических испытаний моделей фундаментов различной формы, а текке моделей фундаментов с уширенным основанием позволили оценить влияние различных факторов на несущую

способность фундаментов. Выявлено, что существенное влияние на несущую способность фундаментов оказывают угол на-

клона боковых граней, площадь подошвы, глубина заложения и объём втрамбованного жёсткого материала.

На основе анализа результатов статических испытаний моделей фундаментов в вытрамбованных котлованах установлен оптимальный угол наклона боковых граней трембовки, который равен ^ = 8 ... 10°.

В третьей главе приводятся результата экспериментальных исследований работы фундаментов в вытрамбованных котлованах в натурных условиях. Исследования проводились с цельп проверки выводов, которые были сделаны на основании откопок и испытаний моделей фундаментов.

Экспериментальные исследования проводились в г.Чимкенте на трёх опытных площадках с I типом грунтовых условий по про-садочности.

Для устройства котлованов применялись две трамбовки с углами наклона боковых граней 9 и 15°. На трёх экспаримзнтоль» них площадках были изготовлены 5 опытных фундаментов и 4 котлована. В основания четырёх фундаментов втрамбовывался г,ебепь в количестве 1,2 - 6,0 мэ. ■ '

Испытания фундаментов на"действие вертикальной статической нагрузки производились по стандартной методике при помощи специальной установки, позволяющей прикладывать к фундаменту нагрузку до 180 т.

Результаты откопок котлованов показали, что при увел«чэ-нии объёма втрамбованного щебня от 1,2 до 2,0 ¡г 6,0 м3 высота щебёночного уширения возрастает на 25 и 150 а радиус - на

"7 и .43 При устр<уйст$е зяаирениа иэ йгбня'в количеств® 1,2; . 2^0 к 6,0 ы® глубина распространения уплотненной зоны уветцчи~ , ©sorfiíE есответсушщ» с 2; 2,1 и раза. Яри ззш йзздгсяею CA^syca уплотигшой с«« происходит » I,04'í 1Д2 в.1,Ш раза' j¡¡> "сравнрчет с разкердщ} уивйшняай зопз в осщоадщя кочйюва» «О Фез. уии-рзкия, •'

' 0£®ор'?!яв?£из»в уплотненного груийа в аснооашя шаьошя® , ноааззди ¿шгжаая проиначтиах каразторпстпв г.рупт&в говьЕца-яася 5 2:,5 » 4 раза по c^apiieisto с харавдгериртяксма грунтов п природном состоянии.

При проведении статических испытаний установлено, что увеличение объёма щебня в 1,7 раза приводит к поишвенш» несущей способности на 30 %, Нагрузка, воепршшмаоыая фундаментом с уширошеа из п;эбня в количестве 1,2 ы3, . почти в 2 раза бояызе по сравнения с нагрузкой, воспринимаемой •фундаментом без ушро-ния. .

В четвёртой глава. ■ на основании результатов проведанных оцеперкцентельных исследований моделей фундаментов в вшракбо-ваниах котлованах и анализа данных натурных исштагай, установи лена расчётная схема распределения контактных давлений в плос-кбсгв поддави и разработана методика расчёта несущей способности {¡[уедсзпЗДг с учёт-йм его геометрических размеров, маменшая •свойств осков^кяа JjRt 'штро-йошвашп котлована и устройства jaaijseñsa и кзлийейной 'Стадии д^оркараванка грунта ченоканик.

В йредпосийой тара eafíojp расчзтной сsera Бадв

щхиат схедуЩ!@ полог©«;»* юмогйэишо «а есково зг&йоржн-£.&гфкцй исследований.: '

I. Размер- у пло'гhgиí ¡¡ы5£ s-oh ii лpólíjíví > och'oe&l-u.úí t£útjlc.i}ci

пел без увэ-рвяия и с упмрегяш основанием принимается по еы-рдаелго» < I У - < 4 };

2-, В пределах уплотненного массива показатели прочном— эд е.я^фврвдшоякзх характеристик групта увеличиваются в 2,5 -4 раз-а;

3. Лргт расчёте фувдамБггтоэ без угакрэшя и с уширенным ос-нешйнвея принимается, что нагрузка от <5окових граней и подошвы фундамента пркяяадагаается в уровне подогавы фундамента.

С учётом указанных предпосылок для расчёта фундаментов были принята расчётные схемы, представленные на рис. I. Давление в плоскости подоявы фундамента принимается в виде равномерно распределённой нагрузки от сочеташя двух видов нагрузки, передаваемых фундаментом: сопротивлений грунта по боковой поверхности и под подозвой. При этом площадь распределения давления • от усилий, передавай,ж подошвой фундамента, определяется в зависимости от размера подошвы фундамента, а площадь распределения давления от усилий, передававших боковой поверхность« фундамента, определяется в зависимости от радиуса распределения ..вертикальных напряжений.

Для определения радиуса распределения напряжений разработана номограмма, полученная в соответствии с преобразованным ре-пением Тор-Ованесова Г.С. ,'- включающем определение интенсивности распределения нагрузки по боковой поверхности фундамента.

На основе принятых расчетных схем разработана методика ра 'ёта фундаментов, позволяющая определять несущую способность по расчетному грпфику "осадка-нагрузка" в зависимости от значения предельно допустимой осадки проектируемого здания или сооружения.

а - без уширения; б - с уширеннкм основание!.!

Принцип построения такого графика основан на методике Малышева М.В., Никитиной Н.С., в соответствии с которой необходимо определение начальной и конечной критических нагрузок, а также соответствующих им деформаций грунта основания с учетом особенностей условий передачи нагрузки фундаментом на основание.

Несуцая способность фундамента при начальной критической нагрузке, соответствующей линейной стадии деформирования грунта равна

Р»« Рн* ( 6 >

где - коэффициент условий работы фундамента;

Рнк~ начальная критическая нагрузка; ^п Распределений давлений от усилий, переда-

ваемых подошвой и боковой поверхность® фундамента.

Начальная критическая нагрузка вычисляется по формуле Пу-зыревского Н.П. При этом значения характеристик грунтов ниже подошвы фундамента у,,, с „, определяются в водонасыщенном состоянии с учётом их уплотнения до значений плотности грунта в сухом состоянии 1,6 - 1,8 г/см3.

Для фундаментов с уширенным основанием при условии, если радиус распределения напряжений 1<р меньше радиуса уширения значения характеристик грунтов принимаются для материала упи-рения. В том случае, если Чр > необходимо определение ерэд-невзвешенних значений характеристик грунтов, залегающих нияе подои вы фундаментов.

Несущая способность фундамента при нагрузке, соответст-

вущей предельной, определяется по формуле '

Конечная критическая нагрузка Ркл вычисляется по формуле Березанцева В.Г.

^^(^/^•гр/я)*^/,^^,. . (?) '

Значения осадок, необходимые для построения графика, определяются в зависимости от стадии деформирования грунта основания. Так, на границе линейной стадии осадка фундамента определяется методом послойного суммирования и равна

= * Эк , • С 8 )

где $п, - осадки фундамента от усилий, передаваемых подошвой и боковой поверхность» фундамента.

Для вычисления осадки фундамента от усилий, передаваемых боковой поверхностью фундамента, разработана номограмма для определения коэффициента рассеивания напряжений <=Ог , полученного для случая треугольной нагрузки, распределённой по кольцевой площади,' ,

Деформация грунтов основания при конечной критической нагрузке пригашается стремящейся к бесконечности. 1

Осадка фундамента при нагрузке в интервале Рык </°с </°кк определяемся то кетоду Малышева М.В., Никитиной Н.С.

пет ttea увиредая и с укирелннм основанием принимаются по еы-ртоеиияз ( 1 5 - < 4 ) {

В продолах уплотненного массива показатели прочност-шх я л^формаштоннпх хйрактерастия: Грунта увеличиваются в 2,5 -4 раза-;

3.. При-расчёте фундаментов б-ез уинрзиия я с уширенным ос-коэаше» .принимается, что нагрузка от боковых граней и подоявы фундамента прикладывается в уровне подолби фундамента.

С учетом указанных предпосылок для -астата фувдаментов были приняты расчётные схемы, представленные на рис. I. Давление в плоскости подоявы фундамента принимается в виде равномерно распределённой нагрузки от сочетания двух видов нагрузки, передаваемой фундаментом: сопротивлений грунта по боковой поверхности и под подставой. При этом площадь распределения давления ■ от усилий, передаваемых подошвой фундамента, определяется в зависимости от размера подошвы фундамента, а площадь распределения давления от усилий, передаваемых боковой поверхностью фундамента, определяется в зависимости от радиуса распределения вертикальных напряжений.

, Для определения радиуса распределения напряжений разработана номограмма, полученная в соответствии спрзобразованным ре-пением Тор-Ованесова Г.С.,'- включающим определение интенсивности распределения нагрузки по боковой поверхности фундамента.

■На основе принятых расчетных схем разработана методика рэ 'ёта фундаментов, позволяющая определять несущую способность по расчётному грвфияу '"осадка-нагрузка" а зависимости от значения предельно допустимой осадки проектируемого здания или сооружения.

б

а - без уширения; б - с уширенным основанием

Принцип построения такого графика основан на методике Малышева М.В., Никитиной Н.С., э соответствии с которой необходимо определение начальной и конечной критических нагрузок, а также соответствующих им деформаций грунта основания с учетом особенностей условий передачи нагрузки фундаментом на основание.

Несущая способность фундамента при начальной критической нагрузке, соответствующей линейной стадии деформирования грунта равна

Р„к ( 5 >

где ^ - коэффициент условий работы фундамента;

Рнк~ начальная критическая нагрузка;

Л площади распределений давлений от усилий, переда-

ваемых подошвой и боковой поверхностью фундамента.

Начальная критическая нагрузка вычисляется ш формуле Пу~ зыревского Н.П. При зтом значения характеристик грунтов нияэ подошвы фундамента ¥п, с„ , у,, определяются в водонасыщенном состоянии с учетом их уплотнения до значений плотности грунта в сухом состоянии 1,6 - 1,8 г/см3.

Для фундаментов с уширенным основанием при условии, если радиус распределения напряжений ^ меньше радиуса устарения значения характеристик грунтов принимаются для материала уши-рения. Б том случае, если чр г "¡¿¿г необходимо определение средневзвешенных значений характеристик грунтов, залегаищих нше подоивы фундаментов.

Несущая способность фундамента при нагрузке, соответст-

вуюцей предельной, определяется по форьгуле ' .

Ркк

Конечная критическая нагрузка Ркк вычисляется по формуле Березанцева В.Г.

Значения осадок, необходима для построения графика, определяются в зависимости от стадии деформирования грунта основания. Так, на границе линейной стадии осадка фундамента определяется методом послойного суммирования и равна

$л = 3„. * , . < 8 )

где Зп I - осадки фувдамента от усилий, передаваемых подошвой и боковой посэрхнаетьа фундамента.

Для вычисления осадки фундамента от усилий, передаваемых боковой поверхность*) фундамента, разработана номограмма для определения коэффициента рассеивания напряжений , получен.-ного для случая треугольной нагрузки, распределённой по кольцевой площади. . -

Деформация грунтов основания при конечной критической нагрузке принимается стремящейся к бесконечности. '

Осадка фундамента при нагрузке в интервале Рык <Р;<РкК определяемся да кетоду Малышева М.В,, Никитиной Н.С.

5 = 5„ •

/ +

(Рлл -Рн«)(Рс -Р„«)

-Рг)(Р*«

( 9 )

По найденным значениям нагрузок и осадок строится график в = / ( Р ), аналогичный графику статического испытания фундамента при действии вертикальной нагрузки. Несущая способность фундамента определяется по графику при осадке, зависящей от предельного значения осадки проектируемого здания или сооружения, и равной д = § 2пр,ср{ предельно допустимая величина средней осадки фундамента проектируемого здания или сооружения; § - коэффициент перехода от предельно допустимой величины средней осадки фундамента к осадке проектируемого фундамента, принимаемый равным для фундаментов без уширения § = 0,2, фундаментов с уширенным основанием § - 0,3).

Проверка разработанной методики производилась путём сопоставления расчётных и экспериментальных графиков полученных при испытании фундаментов в вытрамбованных котлованах в инженерно-геологических условиях г.Чимкента. Анализ этих графиков показал удовлетворительную сходимость расчётных и опытных данных.

Сравнение значений несущей способности фундаментов, определенных по предлагаемой методике, с опытными данными показало, что разнима составляет 4 - 22 %.

В пятой главе приводятся результаты внедрения работы в практику проектирования и строительства. Предлагаемая методика расчёта была внедрена на 7 объектах в г.Чимкенте при замене фундаментов на гравийной подушке фундаментами в вытрамбованных

котлованах. Суммарный экономический эффект составил 289 тыс. рублей.

.ВЫВОДЫ

1. Установлена зависимость параметров погружения трамбовок при вытрамбовывании котлованов и устройстве уширения в их основании от геометрических параметров трамбовки и объёма втрамбованного материала. При увеличении размеров тралйшзок и объёма щебня наблюдается уменьшение остаточного "отказа" при одновременном увеличении упругого.

2. При вытрамбовывании котлована в его основании образуется, уплотненная зона, близкая по форме к эллипсоиду вращения, соотношение полуосей которого в зависимости от геометрических параметров трамбовки изменяется от 0,8 до 1,6. В пределах уплотненного массива показатели прочностных и деформационных свойств грунта увеличиваются в 2,5 - 4 раза.

3. Выявлено влияние геометрических размеров трамбовки на сопротивление фундаментов на вертикальные статические нагрузки. На основе анализа экспериментальных исследований работа фувдаментов рекомендована оптимальная форма трамбовки, угол которой находится в пределах от 8 до 10°.

4. На основании изучения формирования уплотненной зоны в основании котлованов и условий передачи нагрузки фундаментом на грунты основания предложена расчётная схема передачи нагрузки фундаментом на основание, в соответствий с которой давление в плоскости подошвы фундамента принято в виде равнс мерно распределенной нагрузки по площади сечения подошвы фу!

даиента от усилий, приходящихся' на его подошву, и треугольной нагрузки, распределенной равномерно по площади, определяемой в зависимости от радиуса распределения напряжений от усилий, передаваемых боковой поверхностью фундамента.

5. На основе принятой расчётной схемы разработг-'а методика расчёта, позволяющая определять несущую способность по расчётному графику "осадка-нагрузка" в зависимости от значения предельной осадки проектируемого здания или соорукенип.

6. Разработанная методика расчёта у-лтывает особенности условий передачи нагрузки фундаментом на основание в линейной

и Нелинейной стадии деформирования грунтов основания, геомет-

»

рические параметры фундамента, размеры уплотненной зоны, деформационные* и протаостные характеристики грунтов основания.

7. Результаты сопоставления расчётных данных с опытными, .полученными на основе статических испытаний фундаментов, показали удовлетворительную-сходимость ( 4 - 22 % ).

8. Предлагаемая методика расчёта была внедрена на ряде

. объектов в г. Чимкенте при замене фундаментов на гравийной подушке фундаментами в вытрамбованных котлованах. Экономический эффект от внедрения составил 289 тыс. рублей.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

I. Результаты экспериментальных исследований работы фундаментов в вытрамбованных котлованах в инкенерно-геологических усг-чиях г.Чимкента f Сальников Б.А., Филипчук Л.А., Дубровский В.А., Кунанбаева Я.Б. // Подготовка оснований и устройство фундаментов на просадочных грунтах и в сейсмических районах: Тез. докл. респ. совещ. Чимкент, 8-1I октября 1985 г. - Чим-

кент, 1985. - с. 47 - 48.

2. Региональные конструктам фундаментов в грунтовых .условиях г.Чимкента / Югай O.K., Бровко И.С., Дубровский В.Л., Кунанбаева Я.Б. // Устройство оснований и фундаментов в региональных условиях Казахстана: Тез. докл. респ. совещ. Алма-Ата, 24-26 мая 1989 г.- Алма-Ата, 1989.- С.6.

3. Югай O.K., Дубровский В.А., Кунанбаева Я.Б. Опыт строительства на лессовых грунтах в г.Чимкенте // Тезисы докл. Всесо-оэн. научн.-практ. конф. "Лессовые просадочные грунты как основания зданиР и сооружений". Кн. 2: Теория и методы расчёта оснований и фундаментов. Ч. I. Барнаул. - 1990,-С. S5 - 90.

4. Югай O.K., Кунанбаеаа Я.Б. Исследование влияния формы трамбовки на формирование уплотненной зоны и несущуя способность фундаментов // Эффективные фундаменты, сооружаемые без выемки грунта: Сб. докл. респ. научн.-техн. конф. - Полтава, 1991. - С. 172 - 176.

5. ЮгаР O.K., Кунанбаева Я.Б. О иелесообразности применения технологии вытрамбовывания котлованов в грунтовых условиях Чимкента // Проблемы строительства на просадочных грунтах Южного Казахстана: Тез. докл. респ. научн.-практ. конф. - Чимкент, 1991. - С. 7 - II.

6. Дорошкевич Н.М., Югай O.K., Кунанбаева Я.Б. К вопросу определения несущей способности фундаментов в вытрамбованных котлованах // Проблемы строительства на просадочных грунтах Южного Казахстана: Тез. докл. респ. научн.-практ. конф. - Чимкент, 1991. - С. 15 - 18..