автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Механическое закрепление оползней с помощью буронабивных свай

ВВЕДЕНИЕ. ■

ГЛАВА I. Обзор исследований по установлению оползневого давления.

1.1. Типы оползней. Методы установления оползневого давления.

1.2. Методы определения оползневого давления для случая, когда поверхность смещения предопределена геологическим строением склона 12 1.3. Принятый метод расчета оползневого давле

ГЛАВА II. Экспериментальные исследования по установлению сопротивления сваи боковому смещению грунтов.

2.1. Методика проведения экспериментов.

2.2. Обработка данных экспериментов.

2.3. Учет влияния формы поперечного сечения при определении сопротивления сваи оползневому давлению.

2.4. Форш деформаций грунтов, вызванных сопротивлением свай.

ГЛАВА III. Исследование сваи как противоползневого мероприятия.

3.1. Практика применения свай в строительстве.

3.2. Расчетная модель для установления сопротивления сваи боковому смещению грунтов.

3.3. Вывод расчетных формул для призматических и цилиндрических свай.

3.4. Сравнение экспериментальных и теоретических данных.-.

3.5. Моделирование явления.

ГЛАВА 1У. Работа свайного ряда на оползневое давление.

4.1. Установление минимального расстояния между сваями и их количества.

4.2. Определение расстояния между отдельными рядами свай.

ГЛАВА У. Защемление сваи в основание оползня.

5.1. Расчет сваи на устойчивость под действием оползневого давления.

5.2. Расчет сваи на прочность конструкции.

5.3. Учет возможности появления выдергивающего усилия.

ОБЩЕ ВЫВОДЫ.

Актуальность проблемы. Исследование оползней и борьба с ними - актуальная проблема государственной важности /1 7. Это нашло отражение в Постановлении Совета Министров СССР от 7 марта 1978 г. № 183 "О мерах по улучшению защиты населенных пунктов, предприятий, других объектов и земель от селевых потоков, снежных лавин, оползней и обвалов". Указанный вопрос стал предметом обсуждения также на IX Международном конгрессе по механике грунтов и ^ундаментостроению [ 110,111,113 7.

В настоящее время научная разработка вопросов, связанных с закреплением оползневого склона, отстает от уровня требований современной науки и техники. Как мероприятия против оползней сваи главным образом применяются лишь в аварийных ситуациях, не считая некоторых действующих сооружений, построенных как в Советском Союзе, так и за рубежом. Нет также достаточно проверенной на практике теории расчета свай на оползневое давление грунтов, обосновывающей их эффективность и надежность для удержания оползающих земляных масс. В то же время многочисленные факты применения свай в этой области свидетельствует об их эффективности и стабильности как средства борьбы против оползней.

Цель работы и задачи исследований. Целью работы является исследование наиболее эффективного способа механического закрепления оползневого склона с помощью буронабивной сваи.

Сваи рассматриваются как жесткий элемент, воспринимающий оползневое днвление и работающий на изгиб.

Согласно инструкции [ 36 J при проектировании противооползневых защитных сооружений и мероприятий должны учитываться деформации склона (откоса) по механизму смещения я. масштабности проявления, конкретные инженерно-геологические условия и др.

В работе рассматриваются случаи, когда поверхность смещения предопределена геологическим строением (оползни скольжения). Ввиду того, что такой тип оползня весьма распространен на территории СССР, область применения буронабивной сваи может оказаться исключительно широкой.

В диссертационной работе исследованы следующие вопросы, которые могут быть эключены в теорию расчета свай как противооползневого сооружения:

- оценка устойчивости оползневого склона и определение оползневого давления;

- определение сопротивления сваи перемещению оползня по прочности грунтов;

- определение минимального расстояния мевду сваями;

- расчет свай на устойчивость под действием оползневого давления;

- расчет свай на прочность конструкции;

- расчет свай на выдергивание.

В основу решения рассматриваемых вопросов положена классическая теория сыпучих тел.

В настоящее время прослеживается тенденция замены указанного классического подхода к решениям практических задач методом пластичности. Сложность математических выкладок, характерная для этой теории', не позволяет учитывать множество разнообразных Факторов, определяющих оползневые явления. Поэтому наряду с развитием и усовершенствованием применяемых способов расчета предпочтение отдается простым методам, наиболее полно охватывающим такое сложное явление.

По утверждению проф. Н.Н.Маслова "Простой метод расчета всегда легко поддается контролю, чем в значительной мере уменьшается возможность ошибок, могущих привести к крайне нежелательным последствиям. Всякий расчет, связанный с многочисленными сложными вычислительными операциями, всегда теряет свою убедительность, в особенности в тех случаях, когда наши расчеты представляют собой лишь первое приближение к решению задач. А мы должны признать, что именно в таком положении находятся оползневые расчеты" [ 54 J.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

- при использовании буронабивных свай в качестве противооползневого мероприятия принята новая расчетная схема для установления сопротивления сваи оползневому давлению по прочности грунта;

- разработана методика экспериментальных исследований указанного: вопроса;

- распределение оползневого давления по высоте расчетного сечения оползня принято в виде трапеции;

- составлена вычислительная программа для определения защемления сваи в основание оползня при разных характеристиках грунтов.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что результаты теоретических и экспериментальных исследований рассмотренных вопросов обосновывают внедрение буронабивных свай в практику механического закрепления оползней как надежного и эффективного противооползневого мероприятия.

Реализация работы. Предложенная методика и рекомендации использованы проектными и научно-исследовательскими институтами. В частности, по рекомендации сектора гидрогеологии и инженерной геологии АН ГССР она была целиком использована институтом Тбилгорпроект при проектировании противооползневого мероприятия на оползневом участке пос.Центролит в г.Тбилиси.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на ХХШ научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава Грузинского политехнического института им.В.И.Ленина и работников производств (Тбилиси, 1981).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в четырех печатных трудах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложения, изложена на 122 страницах, содержит 7 таблиц, 32 рисунка и список использованной литературы из 114 наименований.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Исследованы основные вопросы, связанные с проектированием и строительством удерживающих противооползневых свайных сооружений. Разработаны способы удержания оползневых масс мощностью до 5 м с помощью буронабивных свай.

2. Рассмотрены типы оползней и методы установления оползневого давления. В результате анализа существующих решений для проектирования закрепления оползневого склона удерживающими мероприятиями (буронабивными сваями), когда форма поверхности смещения грунта предопределена геологическим строением склона установлено, что по практическим соображениям оползневое давление следует определять по методу Н.Н.Маслова или Г.М.Шахунянца, но точку приложения оползневого давления устанавливать по формуле (3.20).

3. В основу расчета сопротивления сваи боковому смещению грунтов положено допущение о образовании неподвижной земляной трехгранной призмы непосредственно у сваи со стороны давления земли.

4. Впервые предложена новая модель расчета сваи, и принято, что распределение оползневого давления по высоте расчетного сечения оползня представляется в виде трапеции как следствие принятой расчетной схемы.

5. Для создания аналога закрепления сваями оползня данного типа (оползни скольжения) сконструирована и изготовлена экспериментальная установка и предложена методика проведения экспериментов для установления сопротивления сваи оползневому давлению по прочности грунтов.

6. Получены расчетные формулы для определения сопротивления сваи оползневому смещению грунтов (3.15) и (3.16), которые по результатам расчета достаточно хорошо согласуются с данными опытов.

7. Расстояние между сваями в одном ряду определяется из условия самостоятельной работы каждой сваи, исключая прополза-ние грунта между сваями, по формулам (4.1) и (4.2).

8. В целях увеличения устойчивости сваи свайный ряд (первый), как правило, располагается по нулевому поперечному профилю, разбивающему оползневой склон на две части: нижнюю - устойчивую и верхнюю - неустойчивую.

9. Принята новая расчетная схема, в которой для расчета защемления жесткой буронабивной сваи в основание оползня условно допускается, что у свайного ряда поверхность земли и поверхность смещения горизонтальны.

10. Даны рекомендации для проектирования расчета закрепления оползневого склона (откоса) сваями.

11. Составлена вычислительная программа на языке Фортран ЭВМ EC-I040, позволяющая определить заделку сваи в основание оползня при разных характеристиках грунтов (см.Приложение II).

12. По рекомендации сектора гидрогеологии и инженерной геологии АН' ГССР результаты работы полностью использованы институтом "Тбилгорпроект" при проектировании противооползневого мероприятия на оползневом участке пос.Центролит г.Тбилиси. Экономический эффект от использования предложенной методики расчета составил 207 руб. на I м длины закрепления (см.Приложения II и III).

Исходя из сказанного, предложенная методика закрепления оползневого склона может быть рекомендована для широкого внедрения .

1. Материалы ХОТ съезда КПСС. М.: Политиздат, 1981, 223 с.

2. Арешидзе Г.М. Оползни Грузинской ССР. Тбилиси.: Мецниереба, 1980, 155 с.

3. Билеуш А.И. К вопросу о распределении оползневого давления за удерживающими противооползневыми сооружениями. В кн.: Методы расчета устойчивости склонов в условиях Украины. ОТТП. Киев, 1972, с.36-37.

4. Березанцев В.Г. Осесимметричная задача теории предельного равновесия сыпучей среды. М.: Госстройиздат, 1952, 120 с.

5. Березанцев В.Г., Ковалев И.В. Учет криволинейности графика сдвига при проведении испытаний моделей фундаментов. "Основания, фундаменты и механика грунтов", 1968, № I, с.1-4.

6. Бойко Н.В. Исследование работы набивных свай с уширенной пятой в глинистых набухающих грунтах. "Основания, фундаменты и механика грунтов", 1972, № I, с.21-23.

7. Бойко Н.В. Результаты комплексных исследований работы буро-набивных свай в набухающих грунтах. Известия вузов. Строительство и архитектура, 1982, № 3, с.33-37.

8. Волкова А.Е. Новые машины для свайных работ. "Основания, фундаменты и механика грунтов", 1982, № I, с.28-29.

9. Вялов С.С. Реологические основы механики грунтов. М.: Высшая школа, 1978, 447 с.

10. Ганичев И.А. Устройство искусственных оснований и фундаментов. М.: Стройиздат, 1981, 543 с.

11. Герсеванов Н.М. Опыт применения теории упругости к определению допускаемых нагрузок на грунт основе экспериментальных работ проф.Терцаги. - Труды МИИТ, вып.ХУ, 1930, 258 с.

12. Герсеванов Н.М., Полыпин Д.Е. Теоретические основы механики грунтов. М.: Госстройиздат, 1948, 247 с.

13. Гинзбург JI.К. Стабилизация оползневых склонов удерживающими конструкциями глубокого заложения. Диссертация на соиск. учен.степ. канд.техн.наук. Днепропетровск, 1975, 249 с.

14. Гинзбург Л.К. Противооползневые удерживающие конструкции. М.: Стройиздат, 1979, 80 с.

15. Гинзбург Л.К., Ищенко В.И. Расчет заанкеренной противооползневой свайной конструкции. "Основания, фундаменты и механика грунтов", 1982, № 5, с.12-15.

16. Гинзбург Л.К. Применение противооползневых свайных конструкций. "Основания, фундаменты и механика грунтов", 1983, № I, с.8-9.

17. Голушкевич С.С. Плоская задача теории предельного равновесия сыпучей среды. Л.-М.: Гостехиздат, 1949, 148 с.

18. Голубков В.Н. Экспериментальные исследования работы свай на горизонтальную нагрузку. В кн.: Вопросы механики грунтов. № II. М.: Стройиздат, 1948, с.5-34.

19. Голубков В.Н. Несущая способность свайных оснований. М.: Машетройиздат, 1950, 144 с.

20. Гольдштейн М.Н. Механические свойства грунтов. М.: Стройиздат, 1979, 303 с.

21. Гольдштейн М.Н., Царков А.А., Черкасов И.И. Механика грунтов основания и фундаменты. М.: Транспорт, 1981, 320 с.

22. Грицюк А.В., Димитрук В.В. Противооползневые свайные сооружения. "Автомобильные дороги", 1978, № б, с.6-8.

23. Гришин М.М. Гидротехнические сооружения. 4.1. М.: Госстрой-издат, 1954, 500 с.

24. Денисов Н.Я. Инженерная геология и гидрогеология. М.: Гос-стройиздат, 1957, 366 с.

25. Денисов Н.Я. Инженерная геология. М.: Госстройиздат, I960, 404 с.

26. Дорфман А.Г. Вариационный метод исследований устойчивости откосов. В кн.: Вопросы геотехники. Вып.9, М.: Транспорт, 1965, 135 с.

27. Дранников A.M. Оползни. Типы, причины образования,меры борьбы. Киев: Укргипросельстрой, 1956, 102 с.

28. Емельянова Е.П. Методическое руководство по стационарному изучению оползней. М.: Госгеолтехиздат, 1956, 245 с.

29. Емельянова Е.П. Основные закономерности оползневых процессов. М.: Недра, 1972, 310 с.

30. Ермошкин П.М., Самкина Т.В. Пути повышения эффективности и качества фундаментов из буронабивных свай. "Основания, фундаменты и механика грунтов", 1976, № 6, с.10-14.

31. Завриев К.С., Шпиро Г.С. Расчеты фундаментов мостовых опор глубокого заложения. М.: Транспорт, 1970, 216 с.

32. Золотарев Г.С. Геологические закономерности развития оползней и обвалов основа теории их изучения и прогноза. -"Вестн.МГУ", 1974, №4, с.3-19.

33. Иванов П.Л. Разжижение песчаных грунтов. М.-Л.: Госэнерго-издат, 1962, 259 с.

34. Иванов П.Л. Разжижение и уплотнение несвязных грунтов при динамических воздействиях. Издание ЛПИ имени М.И.Калинина. 1978, 49 с.

35. Инструкция по проектированию защиты от оползней населенных пунктов, зданий и сооружений. М.: Гипрокоммунстрой, 1976, 166 с.

36. Инструкция по проектированию и строительству противооползневых и противообвальных защитных сооружений (СН 519-79). М.: Стройиздат, 1981, 24 с.

37. Информация. IX Международный конгресс по механике грунтов и фундаментостроению. "Основания, фундаменты и механика- юо грунтов", 1977. № 6, с.24-26.

38. Казарновский В.Д., Львович Ю.М., Вельмакина Н.К. Предложения по расчету устойчивости откосов высоких насыпей и глубоких выемок. М., 1967, 83 с. (Гос.всесоюзн.дор.науч.-исслед.ин-т)

39. Кереселидзе Д.И. К вопросу использования свай по борьбе с оползнями. Дисс.на соиск.учен.степ. канд.техн.наук. Тбилиси, 1949, 160 с.

40. Кереселидзе Д.И. К расчету одиночных свай на действие горизонтальной нагрузки. Отдельный оттиск из "Известий" Академии Наук Армянской ССР. Т.Ш, 1950, № 7, с.591-597.

41. Кереселидзе Д.И., Орагвелидзе З.С. Установление оползневого давления и характер его воздействия на удерживающие сооружения (сваи). Тбилиси: серия "Строительство и архитектура", 1982, № I, 7с.

42. Кереселидзе Д.И., Данелия Г.В., Орагвелидзе З.С. Методика проведения экспериментов для установления сопротивления свай оползневому давлению по прочности грунта. Сообщения АН Грузинской ССР, 1982, т.105, № 3, с.553-556.

43. Клейн Г.К. Расчет подпорных стен. М.: Высшая школа, 1964, 196 с.

44. Клейн Г.К. Строительная механика сыпучих тел. М.: Стройиз-дат, 1977, 256 с.

45. Кнорре М.Е., Абрамов С.К., Рогозин И.С. Оползни и меры борьбы с ними. М.: Строиздат, 1957, 172 с.

46. Корольков Н.М., Еремин B.JI. Путь и сооружения на горных железных дорогах. М.: Транспорт, 1968, 336 с.

47. Косте Ж., Санглера Г. Механика грунтов: Практ.курс (Пер. с франц. В.А.Барвашова; Под ред. Б.И.Кулачкина. М.: Строй-издат, 1981. 455 с.

48. Кронгольд Е.С. Местные напряжения в основаниях сооружений. Баку: Изд-во АзИС, 1940, 91 с.

49. Лалетин H.B. Расчет жестких безанкерных шпунтовых стенок. М.: Изд-во ВИЛ им.В.И.Куйбышева, 1940, 83 с.

50. Ломтадзе В.Д. Инженерная геология. Инженерная геодинамика. Л.: Недра, 1977, 479 с.

51. Ломизе Г.М. Нахождение опасной поверхности скольжения при расчете устойчивости откосов. "Гидротехническое строительство", 1954, № 2, с.32-36.

52. Луга А.А., Шелкович И.С. Локальные оползни, возникающие на береговых склонах при отсыпке подходных насыпей к мостам. В кн.: Свайные фундаменты (Под ред.Н.М.Глотова. - М.: Транспорт, 1981, с.28-35 (Тр.ВНИИ трансп. стр-ва).

53. Львович Ю.М. Противооползневые конструкции и мероприятия на автомобильных дорогах. М.: Экспресс-информация, 1982, вып.9, 34с.

54. Маслов Н.Н. Прикладная механика грунтов. М.: Машстройиздат, 1949, 328 с.

55. Маслов Н.Н. Условия устойчивости склонов и откосов в гидроэнергетическом строительстве. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1955, 467 с.

56. Маслов Н.Н. Длительная устойчивость и деформация смещения подпорных сооружений. М.: Энергия, 1968, 160 с.

57. Маслов Н.Н. Механика грунтов в практике строительства (оползни и борьба с ними). М.: Стройиздат, 1977, 320 с.

58. Методические рекомендации по проектированию и строительству свайных противооползнеых конструкций на автодорогах. М.: Союздорнии, 1977, 89 с.

59. Методические рекомендации по предотвращению оползней на автомобильных дорогах Таджикской ССР. М.: Союздорнии, 1977, 49 с.

60. Миронов B.C. Экспериментальные исследования сопротивления одиночных свай действию горизонтальных нагрузок. Изв. вузов "Строительство и архитектура", 1964, № I, с.27-33.

61. Митурский С.Н., Грицюк А.В. Использование буронабивных свай в противооползневых сооружениях. "Основания, фундаменты и механика грунтов", 1973, № 5, с.20-22.

62. Назаров А.Г., Шагинян С.А. Руководство по исследованию механических свойств строительных конструкций на моделях. Ленинакан, АН Армянской ССР, 1966, 61 с.

63. Нифонтов А.П. Оползни и инженерное строительство на южном берегу Крыма. Симферополь: Госиздат Крымской АССР, 1940, 180 с.

64. Орагвелидзе З.С. Определение силы сопротивления сваи боковому перемещению грунтов. Сообщения АН Грузинской ССР, 1981, т.103, № 2, с.385-388.

65. Овчаренко А.Г., Гинзбург Л.К., Коваль В.Е. Устройство буронабивных свай глубокого заложения. "Механизация строительства", 1969, № 4, с.9-1I.

66. Оползни и инженерная практика под ред. Э.Б.Эккеля. Сокр. пер. с англ. проф.М.Н.Гольдштейна. М.: Трансжелдориздат, I960, 268 с.

67. Основания и фундаменты под ред. проф.Д.А.Леонардса. Пер. с англ. проф.М.Н.Гольдштейна. М.: Стройиздат, 1968, 504 с.69