автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Напряженно-деформированное состояние армированных двухслойных лессовых оснований

•л П.,

i v

изгока* шагаздничнж; ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ТУРСУНОБ' лудойназар Абдусаматович

НА11?Я1!ьШ10-ДЕо0Е,!7;Р0ВЛйЮЕ СОСТОЯНИЕ АИАНРОВАННЫХ ДЗУШ0:Ш. ЛЕССОВЫХ ОСНОВАНК,!

C5.23.G2 - Основания и фундаменты

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Лермь - 1991

Работа выполнена в Пермском политехническом институте.

Научный руководитель - член-корреспондент Российской Академии наук, заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор технических наук, профессор А.А.ЕАРТОЛШЕЛ и кандидат технических наук, доцент Л.М.ТШО<ЖЕйА.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессо;

A.С.ЕУСл'ОВ,

кандидат технических наук, професс!

B. А. IЛЕЬ Л^РОВСКИу! .

Ведущая организация - Самаркандский филиал "Узгипросель-строй".

Защита состоится 24 января 1992 года в 12 часов на заседании специализированного совета К 063.66.02 в Пермском политехническом институте. Адрес: 614600, ГС11-45, г.Пермь, Комсомольский проспект, 29а, ауд.423.

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке института.

Авторейерат разослан " С У " ¿V 'и№ 199/ г.

77 ¿-

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технический наук,

доцент Л.М.ТШОфЕЕЪА

СЬЛЛ лнРдК'хЕЖТПлА РАЬОТЫ

Актуальность темы. В основных направлениях экономического я социального развития СССР на период до 2000 года предлагается применение б проектах прогрессивных и более экономических научно-технических разработок. Снижение сметной стоимости достигается разработкой и применением прогрессивных строительных материалов, конструкций и конструктивных решений, разработкой! ноеых методов укрепления оснований с целью улучшения деформативных и прочностных сеойсте.

Сднш аз таких методов является армирование оснований, получившее большое распространение в транспортном строительстве. Однако в промышленном и гражданском строительстве он пока внедряется очень медленно в связи с недостаточной разработкой методов устройства и расчета армированных грунтовых массивов, особенно возведенных на структурно-неустойчпвцх основаниях.

Нами сделана первая попытка применения армирования для повышения несущей способности просадочных оснований.

Цель и задачи работы. Целью диссертации является комплексное экспериментально-теоретическое исследование напряженно-деформированного состояния НдС, разработка инженерного метода расчета армированных двухслойных лессовых оснований при точечном источнике замачивания с учетом прочностных и деформационных характеристик просадочного грунта и материала арматуры.

Для достпЕения поставленной' цели необходимо было решть следующие основные задачи:

- провести анализ существующих конструктивных решений, методов расчета просадочного основания и экспериментальных исследований армированных оснований;

- экспериментальное исследование НДС армированного одно-у, двухслойного лессового основания до и после замачивания;

- теоретическое исследование НДС армированного двухслойного лессового основания до и после замачивания методом конечных элементов;

- разработка инженерного метода расчета армированных двухслойных лессовых оснований при их точечном замачивании з условиях полосовой наготзки.

Общая методика исследований заключалась в последовательном решении поставленных задач и предусматривала анализ существующих исследований армированных оснований.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- впервые были проведены исследования просадочных свойств армированных лессовых оснований;

- экспериментально в естественных условиях изучен характер распределения напрякений и деформаций в двухслойном лессоЕом основании с армированным уплотнением верхним слоем для отдельно стоящих фундаментов мелкого залокения;

- на основе численного анализа рассмотрены различные модели взаимодействия армирующих прослоек с окружающей .грунтовой средой;

- разработана методика расчета армированных двухслойных лессовых оснований при полном и точечном замачивании.

Практическая ценность, данная работа содержит конкретную методику разного ища армирования двухслойных лессовых основании зданий и сооружений с целью понижения дейорматйвности. Пред-локенная методика дает возможность значительно сократить размеры капитальных вложений и сроки строительства.

Внедрение результатов. Предложенные конструкции армированных оснований и метод их расчета внедрены при строительстве кирпичного 5-эта<г.ного килого дома в г.Дкамбае. Экономический эффект для одного здания составил 2271 руб.

Апробация работы, Материалы исследований докладывались на областном семинаре-совещании в г.Самарканде IS87 г. ; на Всесоюзном совещании-семинаре по современным проблемам свайного фунда-кентостроения в СССР в г.Перми 1988 г.; на Всесоюзной конференции "Геотехника Поеолкья-1У" г.Саратов, 1989 г.; на научно-технических конференциях ПЛИ, Пермь, 1984, 1966, 1988 гг. и Сам-ГАСИ им.М.Улугбека, г.Самарканд, 1983, 1985, 1987, 1989 гг.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в семи печатных работах.

На защиту выносятся: результаты экспериментальных исследований, численные решения методом конечных элементов и инкенер-ные методы расчета армированных двухслойных лессовых оснований.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,

пяти глав, общих выводов, библиографии и приложений. Общий объем текста 202 страницы, в том числе 82 рисунка, 24 таблицы, список литературы из 151 наименования советских и зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность теш, формулируется иель и дается краткий обзор содержания диссертации.

В первой главе рассмотрены методы проектирования и строительства зданий на лессовых просадочнкх грунтах и способы усиления слабых оснований армированием.

Исследованиям просадочных свойств лессовых оснований посвящены работы Ю.М.Абелева, И.Ю.Абелеав, З.П.Ананьева, А.С.Бус-лога, Я.Д.Гильмана, М.Н.Гольдштейна, А.А.Григорян, Б.И.Далмато-Еа, Н.Я.Денисова, С.П.Касымова, В.К.Крутова, А.А.Мустафаева, Н.Н.Маслова, В.А.'.'ежеровского, А.Л.Ншеничкина, Л.М.Тимофеевой, Е.М.Сергеева, К.А.Цытовича и других.

Исследованиями этих ученых установлено, что неравномерность просадки основания наряду с изменением нагрузки, различными глубинами увлажнения и степенью повышения влажности в пределах увлажненной зош в значительной степени зависит от неоднородности структуры грунта, степени его уплотнения.

Распространение просадочных грунтов в Самаркандском регионе имеет вид слабо покатой равнины шириной в среднем 20-25 км и протяженностью около 20 км с общим уклоном в сторону реки Зе-равшан. С удалением от предгорной зоны увеличивается мощность пролювлальных пород, содержание пылеватой фракции и легко раст-зорямых солей.

Физико-механические свойства лессовых пород в значительной степени зависят от их генезиса и возраста. Однако наименьшее значение имеют диогенетические преобразования и современное пространственное распределение этих пород е разных физико-географических и геоморфологических условиях.

Среднее значение удельного веса просадочных пород плато составляет 13-14 кН/м3 и более; удельный вес частиц грунта колеблется в пределах 27 кН/м3, пористость - 46,4-52,85?, естественная влажность просадочных пород увеличивается от предгорной

ч

зоны к долине реки Зеравшан и измеряется в пределах 3,7-15,2$. лессовые отложения плато имеют весьма значительную мощность, местами- превосходящую 100 м. Подстилаются они крупнообломочными и коренными породами. Грунтовые вода залегают на глубину 20-30 м.

Анализ работы существующих конструкций фундаментов зданий, построенных на основаниях с полным устранением просадочных свойств, показал, что деформации при замачивании отсутствовали. У некоторых зданий с двухслойными основаниями наблюдались значительное раскрытие деформационных швов и неравномерная осадка торцов отсеков.

Нросадочное основание с уплотненным верхним слоем от нагрузки фундаментов рассчитывается по предельным состояниям, исходя из предельной деформации основания с учетом просадки нижнего слоя, несущей способности уплотненного грунта подушки и нижнего слоя грунта естественной структуры, а также жесткости основания с учетом его взаимодействия с вышележащим сооружением при местном замачивании.

В настоящее время в СССР и за рубежом для увеличения несущей способности и жесткости грунтовых подушек используются способы армирования их различными типами арматуры, выбор которых зэеисит от ожидаемого эффекта.

Имеющиеся экспериментальные исследования двухслойных оснований с верхним армированным слоем показывают значительное увеличение их несущей способности.

В большинстве исследований в качестве оснований использовались песчаные грунты, подстилаемые песчаными, глинистыми или моделирующими сильно сжимаемый грунт синтетическими просли'гками. В связи с трудностями проведения полевых испытаний большинство опытов посвящено выяснению качественной картины деформирования армогрунтов в лабораторных условиях без изучения характера ЦЦС.

В настоящей работе были проанализированы экспериментальные исследования армированных оснований, проведенные такими зарубежными и советски!,ш учеными, как А.Видаль, Т.Яманаучи, З.Янг, К.З. Андроэсс, Н.;л.Ал-Хасан, П.Еинкет, К.Ли, Т.С.Ингольд, Л.П.Кинг, Ф.Шлоссер, К.Стефани, Н.Т.Лонг, ¿„О.Акинмузер, ^.А.Акинболад, Т.Томас, Милович, Л.М.Тимофеева, О.Еизиман, Ю.В.Феофилов и другие.

Анализ выполнения}: работ показал необходимость дальнейшего изучения напрякенно-дс'./ормпрованного состояния армпроЕанных двухслойных лессовых оснований в полевых условиях на маломасштабных и кру пн о:.: а с ::;та б;•::■: испытаниях.

Во втопой главе рассматриваются методика и результаты экспериментальных исследований шшрягешо-де'.'Оргшрованного состояния (1!дС) армированных однослойных и двухслойных лессоЕых оснований прп различного вида пршфуведах элементах в условиях до и после замачивания.

для определения НДС лзккрованнкх просадочнкх оснований были проведены модельные экспериментальные исследований (8 серий испытаний). Пеглзые две серил испытаний проведены на однородном основании без уплотнения грунтовой поду ниш прп естественной влакности грунта с горизонтальным и вертикальным армированием. В качестве горизонтального армирующего элемента для укрепления основания применялась стальная сетка. Для вертикального армирования были использованы микросваи размером 15x15x300 мм с уклоном острия в 45°.

Горизонтально армированное основание замачивали при давлении 0,05 МПа, которое существенно не отличается от начального просадочного давления , а замачивание вертикально армированного основания было осуществлено при давлении 0,20 МПа, так как грунт был уплотнен микросваями до глубины 2,0В (В - ширина штампа).

Было такие выполнено контрольное испытание однородного основания без армирования, чтобы сопоставить полученные контактные напряжения под подошвой фундамента и осадки с данными испытаний армированных оснований.

Последующие шесть серий испытаний были проведены на двухслойных лессовых основаниях с уплотненной подуЕкой. Замачивание в этих сериях осуществлялось при давлении 0,20 МПа.

Для армирования основания применяли стальные сетки, стальную проволоку, нетканный материал "Дорнит", солому и стальные полоски.

В качестве основания использовался просадочный лессовый грунт ненарушенной структуры 1-го типа по просадочности при естественной влакности и тот же грунт уплотненный укаткой в замоченном состоянии. Число пластичности грунта Ур- 6,6-11,3;

Б

верхний предел пластичности 1X4 = (..;,27-C,2S; никни:! предел пластичности Wp = 19,1-20,5; плотность частиц грунта О = 26,9кН/ы3 плотность 3 =15,2 кл/м ; плотность грунта в сухо:.; состоянии Sd = 14,41 кН/м3 и ЕЛакноеть W = 7^.

Б 5-8-й сериях испытаний толщина подушки была уменьшена на I.CB, т.е. на I5C мм.

Для сравнения проводилось контрольное испытание двухслойного основания без армирования.

Опытные площадки располагались на одном геоморфологическом уровне на расстоянии 5,0 м друг от друга. Общие использованные площади составили 150

Все испытания проводились при двухкратном повторении.

Для проведения испытаний использовали следующие приборы и аппаратуру:

- экспресс-передвижное загрузочное устройство;

- мессдозы для исследования напряжения;

- марки для исследования деформаций;

- тарировочный бак для тарировки мессдоз;

- регистрирующую аппаратуру: АЛд-з;,!, прогибомеры, переключатель ТК, индикатор часового типа ИЧ.

Для выявления деформационных и просадочных свойств лессовых грунтов была проведена серия стабилометрических и срезных испытаний.

В результате измерений контактных напряжений под подошвой штампа армированных оснований без уплотненного верхнего слоя получаются эпюры контактных напряжений неармированного и армированного сеткой основания, имеющие седлообразный вид, причем, у более жесткого армированного основания очертания эпюр оказались более пологими. Это можно объяснить тем, что при горизонтальном армировании сопротивление грунта под краями штампа возрастает, так как включаются в работу участки арматуры за его пределами.

При вертикальном трехрядном армировании напряжения возрастают к центру штампа, так как уплотнение грунта при забивке свай вокруг среднего ряда больше, чем около крайних.

Анализ результатов испытаний (табл.1) показывает, что у армированного лессового основания деформативные и просадочные свойства грунта значительно выше, чем у неармированного. При

армировании лессовых грунтов более чем в два раза уменьшаются просадочнке явлешш.

Таблица I

Расстояние по гопизон-тали от оси

штампа

Вид армирования

без армирова-;апмированле ;асмирование ния .-;мётал. сетками; "Дорнятом'

армирование метал.полосам

до за-;после :до за-:после :до за-:после мачи- ;зама- ;мачи- :зама- :мачи- ;зама-вания ;чява- ;вания ;чява- ;вания :чива-;ш5я : :ния : :ния

до за-;после мачи- -зама-вандя |чива-: нкя

Контактные напряжения, МПа

0,00В 0,081 0,128 0,052 0,104 0,087 0,140 0,072 0,111 0,25В 0,131 0,151 0,069 0,115 0,104 0,152 0,092 С,118 0,503 0,335 0,229 0,107 0,138 0,229 0,205 0,134 0,134

Осадка штампа и поверхности основания, мм

0 ,25В 7 ,00 90,50 4,10 37,60 4 ,30 44,50 2 .40 83,20

0 ,50В 7 ,00 30,50 4,10 37,60 4 ,30 44,50 2 ,40 83,20

0 ,75В -0 ,16 0,07 1Д1 13,76 0 ,95 4,85 0 , 52 -1,56

I ,00В -0 ,52 -2,77 0,34 7,66 0 ,60 -0,05 0 ,32 -2,62

I ,50В -0 .54 -3,41 С, 22 -0,52 0 ,09 -0,13 0 ,03 -3,76

2 ,00В -0. 150 -3,24 С ,00 -0,96 0, ,00 -0,12 с; ,01 -2,53

Результаты исследования двухслойных лессовых оснований до закачивания показали, что лучпвма деформативншл свойствами обладало основание, армированное стальной сеткой, а худшими - армированное "Доряитом" в плоскости контакта со штампом. Это явление можно объяснить тем, что укладка "Дорнита" не позволяла хорошо уплотнить грунт, находящийся под ним, и он оказался дане более рыхлим, чем грунт неармнрованной грунтовой подушки.

График зависимостей Р) неармироваиного и армированного "Дорнитом" основания имеют выпуклые очертания. При армировании стальными сетками, гладкими стальными проволоками и стальными полосами зависимость почти линейная. В случае армирования соломой при давлениях до 0,10 ыНа выпуклость кривой направлена вверх, а при давлении более 0,10 !,Ша - вниз, т.е. увеличение давления приводит к упрочнению грунта.

Следовательно, Еес виды армировании, кроме армирования стальными полосами, улучшают дефораативные свойства и уменьшают просадку грунта. Это объясняется тем, что арматура распределяет напряжения на большей площади, чем площадь штампа, вовлекая в работу окружающий грунт, что хорошо заметно по характеру деформирования поверхности основания.

Послойные осадки и просадки по глубине двухслойного осно- . вания уменьшаются для ¿сех еидоы арлирования. Наименьшие значения просадок, полученные в опытах с однослойным армированием "Дорнитом" и при дисперсном армировании, связанных с малой толщиной грунтовых подушек, которая в этих опытах была равна 1,СВ.

В остальных опытах толщина подушки была вдвое увеличена. Соответственно возросли величины осадок и просадок, несмотря на одновременное увеличение армирующих прослоек. Просадки естественных подстилающих грунтов оказались близкими при толщине подушек равной 1,0В и 2,0В. Это позволяет сделать вывод о том, что увеличивая мощность грунтовых подушек, мы одновременно увеличиваем деформируемую зону, что приводам к накоплению послойных просадок и в целом к увеличению деформаций основания.

При различных видах армирования эпюры контактных напряжений принимают различные очертания. Так, при дисперсном армировании, армировании стальной сеткой и при отсутствии армирования эпюры контактных напряжений имеют седлообразное очертание, шлея в центре штампа меньшие ординаты, чем по краям. Однорядное армирование "Дорнитом" дает более пологое очертание эпары с уменьшением ординат по краям штампа и увеличением в центре как до, так и после замачивания.

Ординаты эпюр при этих видах армирования больше, чем в случае однородного неармированного основания, что свидетельствует о повышении при армировании жесткости грунта на растяжение.

Распределение контактных напряжений по подошЕе фундамента зависит не только от гибкости фундамента и величины Енепней нагрузки, обусловливающей развитие пластических деформаций в грунте, но и от прочностных свойств грунта, изменения модуля деформации отдельных слоев, особенностей расположения армирующих элементов и их жесткости.

В уровнях расположения армирующих прослоек вид эпюр 6* значительно увеличивается, а величина ординат падает. Для всех

вэдоБ армирования значения б^ по копя?.: зтзкпа были ни:.®, че:.; при однородно:.: ос нова ни:. Следовательно, несущая способность основания повышается.

На грашгле с естественным основанием величина напряжении во всех случаях была ниже начального просадочного давления и только в случае неармированной грунтовой подепни Р$е •

5 третье:": главе приведен!: результаты натурных экспериментальных кс с ледова ни:" армированного двухслойного лессового основания до и после замачивания.

для натурных исследований' было выбрано двухслойное основание, верхняя часть которого армировалась одним слоем арматуры. Б качестве армирующих элементов использовались металлическая сетка и синтетический материал "¿.орнпт".

для иссдодования ;Ц1С армированных двухслойных лессовых оснований била применена разработанная нами методика (гл.2).

Вынутый грунт закачивали до оптимально:: влажности У/о = 20;": и послойно укладывали е заранее подготовленный котлован с уплотнением небольшой трамбовкой до плотности £ ~ 1,56 г/см3. Толщина каждого уплотняемого слоя равнялась приблизительно 3 см.

Армирующие элементы укладывались на очередной уплотненный слой на глубине около 2СС мм от поверхности основания.

Для испытаний был Еыбран типовой ';:.'кдамент стаканного типа из сборного железобетона марки ПОЛ 05-15. Сн имел следуйте размеры: ширина подошвы 3 = 900 мм, длина подобны I. = 15СС ш и высота 11 = 500 мм.

Толщина подушки на основании ранее проведенных исследований была пршята равно;: В, т.е. 90 см, длина 1-п = 1+& = 250 см, ширина Вп = 23 = 180 с:.:.

Для передачи нагрузки на фундамент использовалось специальное загрузочное устройство конструкции

Нагрузка на фундамент передавалась ступенями в 0,05 1.!Па. Каждая ступень выдерживалась до условно:! стабилизации осадки фундамента. При достижении давления (..,15 :.'.па производили замачивание основания.

Осадка поверхности неармированного основания под подошвой фундамента нелинейно возрастает с увеличением давления до 0,05 МПа, а больше 0,05 МПа становится линейной. Максимальные перемещения наблюдались в точках, расположенных по оси ::ундамента.

Под краями фундамента с увеличением глубины залокения марок перемещения их уменьшится по отношению к срединным значения!.;, относительная разнила мевду нимп возрастает. Это соответствует эпюрам распределения 6/ . .для осеЕых точек величины б, мало изменяются до глубины 0,5В, уменьшаясь в пределах 2 = (0,5-1,0)В. Под краями загрукенной площадки при £ = 0 значения почти вдвое превосходят осевые. На глубине 0,25В разница (бг -С„ ) составляет 10% от (}г0 , а для глубины 0,5В и 1,0В осевые напрякения оказываются выше краевых (на 24£ и 21е,I соответственно). Следовательно, седлообразный характер распределения 6, по оси X сохраняется до глубины 0,25В, а затем эпюры выравниваются и на глубинах нике 0,5В очертание их становится параболически;.;.

После замачивания во всех уровнях основания была зарегистрирована просадка, величина которой уменьшалась от поверхности в глубину массива основания, но была Еыше, чем просадка естественного основания, залегающего под грунтовой подушкой. Наблюдалась значительная просадка Фундамента и небольшой подъем поверхности грунта вокруг него, а на расстоянии 1,0В от него образовывалась трещина, отделяющая уплотненны;; грунт от естественного.

После замачивания распределение напряжений 6* по форме оставалось тем ке по слоям основания, но наблюдалась большая концентрация напряжений под краями фундамента и увеличение зоны распределения Сг в стороны от фундамента (рисЛ).

Наличие армирующей прослойки в виде стальной сетки приводило к повышению жесткости основания. Это было хорошо еидно по результатам измерений перемещений и напряжений в грунтовой подушке.

Зона перемещений поверхности грунта захватывала участки вокруг фундамента шириной 0,5В, т.е. радиус чаши деформируемой зоны был равен примерно 1,0В. ¡.'аксшальная осадка по оси фундамента составила 12,8 мм, что вдвое ниже осадки неармированного грунта. Значения перемещений уменьшались с глубиной, причем наиболее интенсивно они изменялись в уровне расположения арматуры и были значительно меньше, чем б случае кеармированной подушки.

Эпюры распределения напряжений имели вогнутое очертание в уровне 2 =0, седлообразное - е уроЕне расположения арматуры и слабо выпуклое параболическое - при 2 = 0,5В и 1,0В.

Рис.1. Siibdh нзпрякенн:; и пе'емепекил S

в усовне подоге!! i- ундамента С,, n:r:::r,7.i>-с;е:Г прослойки С,Л'й" на гоанпие с естественным основанием <ОИдо замачпвашш

«D

«_2 и ма

H п 1 п Ifa-****

11 i i it

Ркс.2. Знюрк напряжений (3? и пералепенш: S

в уровне подошвы гундамента 0,00б, а?:;::рую-mei: ппссло:аш ÎJ^JÂ и на гранте с естественным основанием /,ОСв после замачивания

После замачивания наблюдалась небольшая концентрация напряжений под краями фундамента з уровне его подошвы. Б нижних слоях, в том числе и под арматурой, значения ординат эпюр уменьшилось, а перемешеягия их возрастали.

Таким образом, -¡сличение стальной армирующей сетки в грунтовую подушку позволяет уменьшить ее деформируемость до и после замачивания.

"Дорнит" представляет собой мягкую армирующую прослойку, модуль которой соизмерим с модулем сжатия грунта. ¿Армирующий эффект при применении Taiüix материалов (геотекстилей) заключается в создашш отпора тонкой гибкой пластиной при ее изгибе (мембранный эффект), а такие за счет включения ее в работу грунтового массива на сдвигающие и растягивающие усилия.

максимальная осадка фундамента при нагрузке С,15 Lilia до замачивания составляла 19 мм, а размер радиуса чаши оседания поверхности - 0,853, т.е. величина осадок возрастала при одновременном уменьшении размеров деформируемой зоны.

В уровне расположения "Дорнита" осадка по оси фундамента уменьшалась до 14,9 и.;. Концы геотекстильной прослойки смещались относительно начального расположения на 1,1 мм, т.е. прогиб составил 13,8 мм.

Эпюры контактных напряжений имеют вогнутый характер при всех ступенях нагрузки до и после замачивания. Однако после замачивания произошло снижение величины бг по оси фундамента и увеличение под его краем. Это говорит о повышении жесткости основания вследствие его уплотнения под действием гидродинамического давления.

На глубине расположения геотекстильной прослойки (0,25В) очертание эпюр имеет седлообразный вид, ярко выраженный у эпюры, полученной после замачивания. На всех глубинах значения по оси фундамента при нагрузке 0,15 Luía до замачивания выше, чем после него, а под краями - несколько нп?.е.

Просадочные свойства армированных двухслойных оснований снижаются вследствие увеличения распределительных свойств армированных грунтовых подушек и снижения величины давления от внешней нагрузки на кровлю подстилающего слоя по отношению к начальному просадочному давлению Pse .

В четвертой главе приведен расчет армированных двухслойных лессовых оснований и анализ теоретических исследован:::: армированных оснований. Исследованию Щ-С и несущей способности армированных оснований посвяпены рабо'ты таких советсзлх и за рубежных ученых, как Л.Тимофеевой, А.К.Бугрова, ".П.Пикктснко, О.Бизшлана, ¿..З.иеодялова, А. «•• л'яма, А.А.Цернанта, '.'..Крестило-ва, Г.Т.Лаба, .'.'.А.,'.1оссади, Г. •„•. Сименса, Н.Мтоладкал, лови-ча, Г.Бинкета, К.Ли, долина, Риссе и его учеников, Х.С.Йпголь-да, Ч.Джерарда и.других.

Основываясь на отпх и других теоретических решениях для исследования ¡1ДС нами била разработана программа расчета армированного двухслойного просадочного основания по ,\!КЭ и инженсв-ные методы расчета несуще:': способности армированного основан::::.

Расчетная схема системы "бувдакент-арклрованиое двухслол-ное основание" строилась применительно к численны:.: методам решения задачи. В настоящей работе использовался пакет прикладных програш "Лира" (разработка института ;ПыААС, г.^иев). л'п его основе задача решалась только в упругой постановке в предположении, что арматура и грунт основания является упруг.'".::! материалами. Поэтому анализ НДС проводился для случая армирования грунта материалами, иодуль упругости которых значительно было модуля деформации грунта. в

В процессе адаптации программы исследовались четыре варианта расчетных схем армированных оснований- для случая полосовой нагрузки.

В первом и четвертом вариантах каждый ело:; грунта и армирующая прослойка рассматривались как отдельные слои со своими дейормативными характеристиками, связанны.::! условиями склеивания. Толщина армирующего слоя принималась равной толщине арматуры, а длина принималась равно:! 4В в первом варианте и 10,53 в четверг от.! (В - полуширина фундамента.

Во втора: варианте армир.уюаая прослойка состояла из армирующего элемента с присоединенным слоем грунта, толщина которого была не менее 4/^ ( - толщина арматуры). Приведенный модуль упругости этого слоя:

р _ Е,1к (I)

и

где Е и h - соответственно модуль деформации и толщина присоединенного слоя грунта; fs:\hs - соответственно модуль упругости и толщина арматуры.

Армирующий элемент в третьем варианте рассматривался как отдельный стернень, шаршфно прикрепленный к кавдому элементу окружающего массива. Прикрепление осуществлялось в узлах элементов и на торцах стержня.

длина арлирующего слоя во втором варианте и стержня в третьем были такие же, как и в первом варианте, т.е. 4В.

Результаты численного анализа НДС оснований до и после их замачивания и опытные значения напряжений и перемещений, полученные при натурных испытаниях армированного стальной сеткой лессового основания, приведены в виде эпюры на рис.1 и 2 (здесь 1-4 - кривые, соответствующие номеру варианта, 5 - эмпирические кривые).

Наиболее близкое соответствие напряжений 6г и перемещений LÚ е опыте было получено во втором варианте, в котором стальная арматура рассматривалась шесте с присоединенным слоем грунта, и, таким образом, армирующая прослойка оказалась более гибкой, чем узкий стальной элемент. Особенно интересно качественное соответствие эпюр, полученных в результате расчетов и эксперимента в уровне расположения армирующих прослоек, хотя значения 6¿ и и/ оказались ниже опытных.

Полученные результаты анализа применимы к армированным основания:.!, работающим в стадии линейного деформирования. Расчет их е упруго пластической постановке является отдельной задачей.

Б этой главе описывается технология устройства армированных оснований на просадочных лессовых грунтах.

В пятой главе приведены расчеты и проектирование армированных двухслойных лессовых оснований при точечном замачивании.

Распределение влаги в просадочнкх грунтах из точечного замачивания имело вид эллипсоида. Для определения размеров эллипсоида были использованы данные литературных источников.

Наиболее приемлемы.! и широко распространенны:.; методом, определяющим взаимодействие конструкций с грунтом, является метод местных упругих деформаций. Основываясь на методе местных упругих деформаций, нами были составлены готовые системы уравнений для расчета балок постоянной по Есей длине жесткости, лежащих на упругом основании переменной жесткости.

Исходя из полученных максимальных значении изгибающего момента, была определена требуемая площадь поперечного сечения арматуры по формуле:

л - Р- Mm ах ,

где tl - коэффициент безопасности здании и сооружений, П =1,5;

f}a - расчетное сопротивление арматуры; /}<> - плечо арматуры от Еерха здания до центра расположения арматуры на основании; Мтах~ максимальные изгибающие моменты в балке.

Далее определялись глубина котлована или траншеи, ширина армирующего слоя, расположение арматуры, внутренняя устойчивость армированных оснований и эффективный модель деформации армированного слоя основания.

Основываясь на полученном эффективном модуле деформации, велся расчет балок постоянной по всей длине жесткости, лежащих на упругом армированном основании переменной жесткости. Наблюдалось расхождение результатов расчета осадки по этому инженерному методу от данных аналитического метода (когда использовался приведенный модуль деформации ЕПр ) составляет несколько больше &%, а в эксперименте - меньше 8%.

Используя коэффициент жесткости армированного основания^ и неармированного основания С , определялся коэффициент улучшения жесткости основания за счет армирования по формуле:

/77« = Cs /С - (3)

Кроме того, для расчета армированных двухслойных лессовых оснований использовался коэффициент жесткости армированных оснований, формула расчета которого:

ГП^-ГЛа-С , (4)

где - коэффициент увеличения жесткости основания за счет армирования; П)а - коэффициент снижения жесткости армированнных оснований за счет замачивания; С - коэффициент жесткости не-армированных оснований.

основные выводи

1. Просадочные свойства грунта уменьшаются при любом типе армирования основания подушки различными материалами. Наиболее эффективно армирование верхнего слоя. Условие на контакте грунтовой подушки с естественным основанием удовлетворяется при меньшей толщине подушки, равной во всех опытах с армированием 1,0 В.

2. Армирующие прослойки увеличивают боковые размеры активной зоны и уменьшают ее глубину, длина арлирующих элементов без специальной заделки должна быть не менее 2,0 В.

3. Улучшение жесткостных свойств оснований при армировании зависит от тша ар.:атурк, расположения ее в толще грунта, количества рядоЕ армирующего слоя и длины армирующих элементов.

4. Применение численных методов для расчета НДС армированных лессовых оснований даже при решении задач в упругой постановке позволяет с достаточной для практики точностью определять величины контактных давлений и осадок оснований. Наиболее приемлемой является расчетная схема, когда ар.татура представляет собой осредненный слой с присоединенной грунтовой массой, имеющей эффективные деформативные параметры. При этом отклонение результатов расчета от экспериментальных данных не превышает Ю;3.

5. Преложенный инженерный метод расчета армированных двухслойных лессовых оснований при замачивании из точечного источника увлажнения дал результаты, сходные с полученными в ходе эксперимента. Данные по перемещению фундамента, полученные в результате инженерного метода расчета по сравнению с результатами численного расчета более близки к экспериментальным.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Тимофеева Л.М., Турсунов Х.А. Полунатруные испытания армированных грунтовых подушек из просадочных лессовых уплотненных грунтоЕ. - Основания и фундаменты е геологических условиях Урала. - Пермь, НПИ, 1986, с.27-34.

2. Турсунов Х.А. Исследования напряженно-деформированного состояния армированных лессовых грунтов. - В кн.: повышение эф)-

ф.ектшзносщ капитального строительства в свете решении .¿Ж съезда liüCC. Тезисы докладов областного семинара-совещания. -Самарканд, май 1987, с.144.

3. Тимофеева ¿..'Л., Турсунов л.Л. Исследование на моделях напряженно-деформированного состояния армированных лессовых двухслойных оснований. - Основания и фундаменты в геологических условиях Урала. - Пермь, iuE!, КЬ8, с.70-76.

4. Турсунов ...Л. 'Крупномасштабные испытания напряженно-деформированного состояния армированных просадочных оснований. -Основания и фундаменты в геологических условиях Урала. - Пермь, ¡иТ.", IS88, с.70-76.

5. Тимофеева л.М., Турсунов л.А. Исследования напряженно-деформированного состояния армированных просадочных оснований. Геотехника Поволжья-1У. Сб.тезисов докладов. В 2 частях, часть I, Инженерная геология, механика грунтов, йод общ.ред.g.Ii.Лапшина. - Саратов, IS8S, с.60-62.

G. Тимофеева л.!.;., Турсунов л.А. Анализ напряженно-дефс -мированного состояния армированных двухслойных лессовых оснований методом конечных элементов. - Основания и фундаменты в геологических условиях Урала. - Пермь, 1ПШ, 1989, C.IS7-I95.

7. Бартоломей A.A., Турсунов л.А. Расчет армированных двухслойных лессовых оснований. - Основания и фундаменты в геологи-чесгих условиях Урала. - Пермь, ПШ, 1991.

Сдано в печать 24.12.91. Формат 60x84/16. Объем 1,25 п.л. Тираж 100. Заказ 1408. Бесплатно.

Ротапринт Пермского политехнического института