автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Напряженно-деформированное состояние оснований зданий при наличии разъединительного шпунтового ряда

РГб од

1 1 КОЯ 1936

краблх рс(каах(еи

ЛЕВКИН Александр Аркадьевич

НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ОСНОВАНИЙ ЗДАНИЙ ПРИ НАЛИЧИИ РАЗЪЕДИНИТЕЛЬНОГО ШПУНТОВОГО РЯДА

Спеикалькзсть С5.23.02 - Основания V. £у:-:~аменть:

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1996

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор С.Н.СОТНИКОВ

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор В.М.КИРИЛЛОВ

кандидат технических на\'к, доцент А.А.СОБЕНИН

Ведущая организация:

АО "ЛенНИИпроект"

Защита состоится " /Я " 57 1996 г. в час. £?£?\\\\у.

на заседании специализированного совета К.063.31.02 в Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 198005, 2-я Красноармейская ул., д.4, ауд (Э."

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке университета.

Автореферат разослан

1996 г.

Ученый секретарь ализированного сое кандидат технических наук / Е.А.КОЗЛОВ

специализированного совета ^

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из современных тенденций развития городов является уплотнение застройки. Это стимулируется изменением градостроительных концепций, стремлением к сокращению затрат по устройству коммуникаций и повышению эффективности капиталовложений. В результате строительство зданий рядом с существующими превращается из исключительной ситуации в широко распространенную. Аналогичная ситуация складывается при реконструкции действующих промышленных предприятий. Фундаменты существующих зданий получают дополнительную осадку, особенно существенную при строительстве на слабых грунтах.

В СНиП 2.02.01-83 отмечается, что при проектировании сооружений в непосредственной близости от существующих, необходимо учитывать дополнительные деформации оснований существующих сооружений. Детально способы учета этого Фактора не.получили должного развития. Несмотря на опыт строительства в стесненных условиях, накопленный в некоторых регионах страны, в проектах используются неэффективные решения. При производстве работ, часто применяются методы, приводящее к развитию деформаций оснований зданий, возле которых осуществляется строительство.

Одним из способов, позволяющих уменьшить силовое воздействие на основания существующих зданий со стороны оснований возводимых. является разъединительный шпунтовый ряд. Применение шпунтового ряда в качестве разъединительного начато с середины СО-х годов, шпунт в проектах назначался без расчетного обоснования, поскольку теория вопроса разработана слабо. Не учитывалось изменение напряженного состояния основания существующего здания в результате отсечения шпунтом части зоны распространения напряжений. Также не учитывалось напряженное состояние ограниченного шпунтом основания возводимого здания. Решению этих задач, а также вопросам применения' покрытий для направленного изменения трения грунта по шпунту, обеспечивающих сохранность напряженно-деформированного состояния основания существующего здания, посвящена диссертация и этим бесспорно определяется ее актуальность.

Научная новизна.

На основе решения методом теории упругости разработана оригинальная методика определения напряженно-деформированного состояния основания фундаментоз при наличии разъединительного шпунтового ряда, позволяющая учитывать фундаменты расположенные па-

раллельно и перпендикулярно к шпунтовому ряду, а также Фундаменты, основания которых по периметру ограничено шпунтовым рядом.

Доказано, что дополнительная осадка существующих зданий складывается из двух составляющих. Первая составляющая - это осадка возникающая из-за вертикальных смещений шпунта в результате реализации сил отрицательного трения со стороны оседающего основания возводимого здания. Вторая составляющая осадки возникает из-за изменения напряженного состояния основания существующего здания в результате отсечения шпунтом части,зоны распространения напряжений. Предложены мероприятия уменьшающие составляющие дополнительной осадки.

Предложена новая методика использования традиционных мето-дов_ расчета осадок - методов послойного суммирования и ограниченной сжимаемой толщи для расчета осадок возводимого и дополнительной осадки существующего зданий.

Правильность допущений, сделанных при разработке методики расчета, была подтверждена результатами модельного и натурного экспериментов."

Практическая ценность работы.

Экспериментально доказана эффективность разъединительного шпунтового ряда.

Предложена методика расчета осадок возводимого и существующего зданий и глубины погружения шпунта.

Разработана методика комплексного применения покрытий антифрикционного и повышающего трение грунта по шпунту, которые увеличивают защитные свойства разъединительного шпунта.

Обоснована экономическая эффективность применения разъединительного шпунтового ряда.

На защиту выносятся:

Результаты натурных наблюдений за осадками зданий, основания которых расчленены разъединительным шпунтом.

Результаты лабораторных исследований, обосновывающих применение мероприятий по направленному изменению сил трения по поверхности шпунт - грунт.

Метод расчета напряженного состояния, ограниченных шпунтовым рядом оснований фундаментов, в зависимости от ориентации фундамента относительно шпунта. *

Методика определения осадок Фундаментов зданий, основания которых расчленены шпунтом.

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались на 43 и 44-ой научных конференциях ЛИСИ (Ле-' нинград 1986, 1987); XV и XVI Огаревских чтениях Мордовского госуниверситета (Саранск 1986, 1987): научно-технической конференции ЛДНТП (Ленинград 1988); научно-технической конференции (Саранск 1988); П-Всероссийской студенческой конференции (Йошкар-Ола 1987); 17-ой конференции Чехословацкого научно-технического общества с международным участием (Броно 1989); международной научной конференции (Саранск 1995).

Публикации. Основные положения диссертации изложены в семи печатных работах.

Состав и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и общих выводов, содержит 131 страницу машинописного текста, 35 рисунков, 6' таблиц, а также список литературы из 132 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, науч- -ная новизна и практическая ценность.

Первая глава отражает вопросы образования осадочной воронки, уменьшения дополнительной осадки существующих зданий расположенных в пределах воронки оседания, применение разъединительного шпунта, определения напряжений и деформаций от нагрузок расположенных на несимметричном основании.

Штамповые опыты с измерением осадок поверхности выполнялись для проверки применимости теории упругости к расчету оснований Фундаментов (А. Феппль, R. Bastian и др.), для проверки.моделей грунта и изучения закономерностей деформации грунтов за предела- ■ ми загружаемой площади (Н.И.Черкасов, Г.И.Швецов, П.А.Коновалов, Л.И.Манвелов, 'Ф.М.Гельфандбейн и др.). для определения деформационных характеристик грунтов (С.Б.Ухов, З.Г.Тер-Мартиросян, Л.Н.Репников и др.). Во всех опытах измеренные перемещения грунта около .штампа меньше осадки штампа, фиксировалось врезание штампа и нарушение сплошности грунта под краем штампа.

Перемещения грунта за пределами загружаемой площади измеряли В. Н. Голубков. И.Д.Зиновьева, Ward W.U.. YongJunZ., и др. Всестороннее исследование процесса развития воронок оседания около зданий, построенных на слабых грунтах, выполнено в ЛИСИ под руководством Б.И.Далматова (А. А.Собенин, С.Н.Сотников). Установлено, у широких ленточных фундаментов и фундаментных плит

- 4 - .

отсутствует нарушение сплошности грунтов под краем фундаментов и размеры воронки оседания соизмеримы с глубиной сжимаемой толщи.

Развитие воронки оседания оказывает негативное влияние при строительстве зданий рядом с существующими (Б.И.Далматов. С. H .'Сотников. А. А.Собенин, И.Ф.Вотяков, А.В.Пилягин. Н.В.Кузнецов, Г.П.Чеботарев, F.Kögler, H.Sommer и др.), при строительстве в несколько очередей и высоких зданий с малоэтажными пристройками (Б'.И.Далматов, С,Н.Сотников, К.Вентер). при односторонней пригрузке складируемым материалом (О.Б.Фиамский) и устройстве планировки подсыпкой (Ю.В.Россихин, С.Г.Кушнер). •

Разъединительный шпунт применяется для уменьшения дополнительных осадок зданий (Б.И.Далматов, С.Н.Сотников, В.Н.Бронин, 'А.С.Василенко, Ф.К.Лапшин), для устранения краевого эффекта и выравнивания осадок, (П.А.Коновалов, Р.А.Усманов, А.В.Голли, R.Hunt, заявки №61-3941 и N59-29736), для исправления кренов сооружений (заявка №61-28050(В)). Уменьшение глубины пбгружения шпунта достигается применением антифрикционного покрытия (заявка-№57-29617, Б.И.Далматов. С.Н.Сотников), закреплением грунта под подошвой шпунта (Б.И.Далматов). применением шпунта, передающего вертикальные усилия на буронабивные сваи (В.Н.Бронин).

Для определения напряженно-деформированного состояния ограниченного шпунтом основания можно применить решения теории упругости о четверти плоскости и четверти пространства, и о пЭюском и пространственном клине при угле раствора 90° (М.И.Бронштейн. Я.С.Уфлянд, В.Г.Федоровский. И.А.Онопа, О.Я.Шехтер, Т.А.Малико-ва, Н.М.Фйгурнов, J.Balas, M.Hetenyl и др.). Однако, принятые граничные условия делают невозможным применение данных решений для расчета оснований фундаментов расчлененных шпунтовым рядом. Решение (Я.Д.Гильман, А.С.Василенко) представляет собой частный, наиболее неблагоприятный случай размещения нагрузки на ограни-■ ченном шпунтом основании. •

Во второй главе изложены: методика определения напряжений и деформаций в основании' фундаментов. 'расположенных на основании, ограниченном шпунтовым рядом; методика определения дополнительной осадки существующих зданий при условии, что шпун--- товый ряд неподвижен в вертикальном направлении. В основу решений положены методы теории упругости.

При проектировании разъединенного шпунтового ряда обеспечивается его неподвижность в вертикальном направлении (Б.И.Далма-

тов, ВСН401-а-77,). Принимаем это как первое условие. В качестве второго условия принимаем допущение, что шпунтовый ряд, расположенный в основании между существующим и вновь возводимым зданием, не получает горизонтальных перемещений.

I. Нагрузка параллельная шпунту. На основе равенства условий по вертикальной границе четверти плоскости, на расстоянии à от Heè загруженной силой Р, и условий по оси симметрии полуплоскости, загруженной двумя силами на расстоянии 2а. вертикальные напряжения в четверти плоскости от силы Р найдем как в полуплоскости загруженной силой Pi и фиктивной силой Рг-

. В результате были получены выражения для определения вертикальных напряжений в любой точке четверти плоскости

2Р _ г 1 1 -,

•6z = —2 -72—;-^ + т^—;-^Тг • (1)

Jt L (2г + (х - a)")" (z" + (х + a)-)" J

Вертикальные напряжения в точке M(x,z) от распределенной нагрузки шириной Ь, параллельной вертикальной границе четверти плоскости,, найдем умножив интенсивность распределенной нагрузки q на Œ площадь эпюры линии влияния вертикальных напряжений 6zm

q г ( х + а2 х - а2 -,

6zq = - z I -s-ô - —-тг -

rt ^ z + (x + as)*- z" + (x - аг)"'

/ x + ai x - ai \ x + a2

" 2 —;-^ "■ ~2—;-^ + a™*®

z¿ + (x + ai)" + (x - ai)"/

(3)

x - ao x + ai x - ai-i

- arctg- - arctg-+ arctff--(2)

z .2 z 1

здесь ai - расстояние до ближнего края распределенной нагрузки,

32 - тоже до дальнего края.

- Аналогично найдем горизонтальные составляющие напряжений

2Р г (х - а)2 (х + a)2 -i

бх = 2 I ñ ; + - ГТ! •

я 42" + (X - а)")2 (2 + (х + a)")"J

Давление на вертикальную границу при х = 0 получим

4Р za2

б* = _ ~Г~2-2^2 " (4)

Горизонтальные напряжения в произвольной точке N(0,z) при

загружении четверти плоскости ленточной нагрузкой получим

2чг(- ai a¿ л аг ai-i

6Xq = — —-s- - —-^ 2 + arctg - - arctg - . (5)

itLVz" + ai" z" + аг" > z zJ

П. Нагрузка перпендикулярная шпунту. Рассмотрим основание загруженное полосовой нагрузкой шириной Ь и длиной 1 . Шпунтовые ряды отчленяют ту часть основания, развитие воронки оседания в сторону которой предопределяет дополнительную осадку существующих зданий. Это та часть основания, наличие которой вызывает возникновение краевого эффекта в торцбЬых участках полосы.

Учитывая два ранее принятых условия и' допущения равенства нулю сил трения можно считать, что упругое основание полосы ограниченно с двух сторон несмещаемой плоской жесткой поверхностью, между которой и основанием отсутствует трение. Граничные условия на поверхности, ограничивающей основание полосы, отсутствие смещений направленные вдоль полосы (и=0) и касательных напряжений (тХ2=0) соответствуют условиям по любому поперечному сечению в основании бесконечно длинной загруженной полосы. Работа ограниченного основания полосы соответствует работе основания бесконечной полосы, из которого выделен участок длиной 1 . В любом вертикальном сечении ограниченного основания полосы соблюдается условие применимости плоской задачи,, в том числе и в торцовых участках. Напряженное состояние основания загруженной полосы при отсутствии трения на ограничивающих основание поверхностях можно полностью определить, применив формулы плоской задачи теории упругости для равномерно распределенной полосовой нагрузки.

Давление грунта на ограничивающую основание жесткую поверх. ность найдем используя-закон Тука учитывая, что относительные деформации ез, направленные вдоль продольной оси полосы, работающей в условиях плоской деформации, равны нулю (ез = 0)

2vq/ 2 2 ^

бх = бз =•—аг<Ле-- агс1е- . (6)

Я \ у - С1 у + ск

Ш. Напряженное состояние прямоугольного или квадратного в плане гибкого фундамента большой площади, основание которого со всех сторон ограничено шпунтом. Шпунт применен для предотвращения неравномерной собственной осадки, возникающей в виде прогиба. При учете ранее принятых условий и допущений, по поверхностям ограничивающим основание, отсутствуют горизонтальные смещения и=0 и касательные поверхностям напряжения тх-г=0 и ту~=0 соответствуют условиям по мысленно проведенным аналогичным поверхностям в упругом слое, лежащим на несжимаемой поверхности и загруженном по всей площади равномерно распределенной нагрузкой ли-

тенсивностью д. Вертикальные напряжения равны интенсивности приложенной нагрузки не зависимо от глубины рассматриваемой точки, а горизонтальные напряжения определены из условия отсутствия бокового расширения грунта в направлении осей 5 и у (ех=0, су=0)

б2 = Ч и бх= бу = — д = ад . • (7. 8)

1 - V

IV. Четверть плоскости ограниченная вертикальной гранью неподвижной в горизонтальном направлении, загруженная на участке

касательной нагрузкой. Условия по вертикальной границе: отсутствуют горизонтальные перемещения (и=0), действуют распределенные по глубине силы, касательные к вертикальной границе чет-" верти плоскости, соответствуют условиям по оси симметрии полуплоскости, загруженной касательной оси вертикальной нагрузкой вдвое превшжцей интенсивность нагрузки в четверти плоскости. Напряжения в четверти плоскости от элементарной силы найдем, как в полуплоскости от силы вдвое большей (формулы Мелана), однако при определении напряжений б^ и 6хъ от силы ^ в точке приложения этой силы "К", формулы не имеют решения. Эти напряжения определим заменив на участке элементарную силу равномерно распределенной нагрузкой интенсивностью 1^/1 к

tk/• Ьк1к£8тЬк2 - (Зш + 1)1к2/43 Зт + 1 4йк + б^к= ~ {-5-5- + - 1п -/. (9)

Я 2ш(4(1к - 1к /4) 4Ш 4Ьк - 1 У/

tk/ (5ш + 3)1 к2/4 - 8(гл + 1)Ьк23

- {—:--о- +

7гп + 1 4(1к + 1к\ 1 - Н

4- —- 1п-> . здесь т =- . (10)

4т 4Ьк - 1к' ц

V. Напряжения от местной нагрузки, с учетом сил трения, получим суммированием напряжений от нагрузки без учета трения и напряжений, полученных от распределенных по вертикальной границе сил трения (б2 » + бгО.

VI. Расчет осадки фундаментов выполняется методом суммирования с использованием компрессионных характеристик сжимаемости грунтов. Учитываются только вертикальные напряжения, которые определяются в зависимости от рассматриваемого случая. Расчет осадки ведется в два этапа. На первом определяется глубина сжимаемой зоны основания Ьс по контакту шпунта, в пределах которой происходит смещение грунта по шпунту и распределение сил отрица-

тельного трения. На втором определяется осадка фундамента.

Так можно определить осадку загружаемого фундамента расположенного вблизи шпунтового ряда ssp . Дополнительную осадку основания существующего здания, ограниченного неподвижным в вертикальном направлении шпунтом, определим вычитанием из ssp осадки этого же фундамента на свободном основании (без шпунта) scw

Sdp = ssp - scw . (11)

Расчет осадок возводимого и дополнительных осадок существующего зданий возможен методом ограниченной сжимаемой толщи. Учитывая ранее принятые условия и отсутствие трения грунта по шпунту f=0, граничные условия по поверхности шпунта соответствуют условиям по вертикальной плоскости расположенной между симметрично расположенными фундаментами здания. Осадку здания sOSp можно определить используя кольцевые графики (Б.И.Далматов), учитывая загружение фиктивного фундамента симметричного загружаемому. Дополнительную осадку здания при f=0 определим вычитанием из полной осадки, осадку этого же фундамента на свободном (неограниченном) основании Scw- Приняв прямо пропорциональную-зависимость между дополнительной осадкой и величиной (1 - f) найдем Sdp = (1 - f)(S03p " Scw), (14)

S = Scw + (1 - f)(Sosp - Scw) ' (lb)'

здесь Sdp - дополнительная осадка с учетом трения, s - полная осадка с учетом трения.

В третьей главе приведены методика проведения, результаты лабораторного и численного экспериментов и их анализ.

Моделирование оснований фундаментов с разъединительным шпунтом выполнено: 1) для проверки влияния на разъединительную способность -шпунтового ряда антифрикционного покрытия и покрытия, повышающего силы трения грунта по шпунту: 2) для- экспериментальной проверки некоторых допущений, сделанных при разработке методики расчета оснований фундаментов; 3) для выбора модели разъединительного шпунтового* ряда в расчете МКЭ; 4) для проверки на основе этой модели влияние коэффициента трения на защитные свойства шпунтового ряда, при условии подвижности шпунта.

Фундаменты представляли собой два жестких штампа с площадью подошвы 100 см2, а шпунтовый ряд моделировался алюминиевой . сплошной пластиной толщиной 3 мм и шириной 10 см. В качестве материала моделирующего основание была взята смесь, разработанная во ВНИМИ, состоящая из песка средней крупности 97% по весу и ве-

ретенного масла 3% по весу

Т = 16,8 кП/м3; Е = 2,'5 МПа; с = 0,9 кПа; ф = 10°; V = 0,25.

В качестве покрытия для изменения трения по поверхности шпунта использовалась эпоксидная смола. Для снижения трения покрытие наносилось заблаговременно. Для повышения трения покрытие наносилось на шпунт (пластину) непосредственно перед вдавливанием его в основание. Загружение штампов проводилось в диапазоне нагрузок, при котором соблюдается линейная зависимость между нагрузкой и осадкой. Выполнено нескольких серий опытов.

1. Загружение одного штампа.

2. Последовательное разновременное загружение двух штампов.

3. Загружение двух штампов, основания которых расчленены.

4. Применение антифрикционного покрытия шпунта.

5. Применение покрытия повышающего трение грунта по шпунту в сочетании с антифрикционным покрытием.

Развитие осадки.загружаемого штампа и дополнительной осадки ранее загруженного логичен для каждого конкретного случая и отражает влияние на них'тех или иных факторов. При загружении отдельно стоящего штампа, осадка его была равномерной, а при загружении рядом с ним нового штампа, последний получил поперечный крен в сторону от ранее загруженного птямпа. Крен был вызван наличием зоны уплотненного грунта. При наличии разъединительного шпунта крен штампов возникал всегда в сторону шпунта и осадка загружаемого штампа всегда превышала осадку штампа на свободном неограниченном основании. Дополнительная осадка ранее загруженного штампа превысила вертикальные смещения шпунта при загружении второго штампа, . что также подтверждает положение об изменении шпунтом напряженно-деформированного состояния основания.

Наличие антифрикционного покрытия привело к увеличению ¡фена и осадки загружаемого штампа, что свидетельствует о влиянии шпунтового ряда и величины трения грунта по шпунту на напряженно-деформированное состояние основания. Осадка же ранее загруженного штампа при этом уменьшилась по сравнению со шпунтом без антифрикционного покрытия.

Применение покрытия, увеличивающего.трение, вызвало незначительный крен штампа от шпунтового ряда, а осадка его была близка к осадке на свободном (без шпунта) основании. Следовательно, покрытие, увеличивающее трение грунта со шпунтом, препятствует изменению напряженно-деформированного состояния осно-

вания существующего здания. Защитный эффект усиливается лишь при отсутствии вертикальных смещений шпунта, поэтому необходимо применять мероприятия по исключению вертикальных смещений шпунта. При моделировании эту роль выполняло антифрикционное покрытие.

Шпунт получил горизонтальные смещения в сторону от загружаемого штампа. При загружении второго штампа шпунт продолжал смещаться в ту же сторону, что оказалось неожиданным, однако эти смещения были незначительными. С увеличением нагрузки смещения замедлились, и поменяли направление. В целом, смещения шпунта по - , горизонтали, при наличии с противоположной стороны от загружаемого штампа ранее загруженного, незначительны.

Работа разъединительного шпунта наиболее близко моделирует-■ ся'в МКЭ с помошью вертикальной плоской поверхности скольжения неподвижной в горизонтальном направлении. Силы трения по шпунту, которые являются внешними по отношению к основанию, пр-лклздыва-лись в узлах элементов по контакту поверхности скольжения. Как показали результаты расчетов, защитный эффект шпунтового ряда в широких пределах зависит от коэффициента трения. Он максимальный при значениях коэффициента трения грунта по шпунту со стороны загружаемого фундамента от 0.2 до нуля.

В - ч е т в е р т о й главе приведены результаты натурного эксперимента с измерением осадок зданий и вертикальных перемещений шпунтового ряда. Осадка измерялась высокоточным геометрическим нивелированием П класса. Для выполнения геодезических работ применялись нивелир Копп1-007 и прецизионная.штриховая нивелирная рейка с инварной полосой и круглым уровнем.

Измерения осадок зданий выполнялось на пяти объектах. На четырех из них шпунтовый ряд проектировался как разъединительный. На одном объекте - как огораживающая котлован конструкция. Определенная для этой цели длина шпунта оказалась недостаточной для предотвращения распространения воронки оседания в сторону существующего здания.

Строительство семиэтажного жилого кирпичного дома (опытная площадка №1). Подошва фундамента возводимого здания расположена на глубине 1,5 м в шлеватых суглинках (мощность слоя 1-1,2 м) с модулем деформации Е=10.0 МПа. которые подстилались толщей слабых грунтов модность?:, примерно 8 м. Относительно хорошие грунты - моренные супеси Е=25,2 МПа обнаружены на глубине 9-10 м.

Фундамент нового здания - плита толщиной 0,6 м. По линиям

- и -

примыкания на расстоянии 1,2 м от фундаментов существующих зданий погружены разъединительные шпунты длиной 10 м. Существующие здания - кирпичные с деревянными междуэтажными перекрытиями. Фундаменты зданий ленточные бутовые, глубина заложения 2,5-2,8 м. В стенах зданий имелись трещины,, физический износ надземной и подземной частей зданий составил приблизительно 40 и 70%.

Осадка здания к концу строительства приблизилась к рассчитанной по СНиП 2.02.01-83 (б - 14,0 см), полная измеренная средняя осадка, зафиксированная через 4 года после завершения строительства составила 25,0 см. Она нарастала практически равномерно, строящееся здание не получило продольного прогиба, а величина перекосов краевых участков сравнима с местными перекосами по длине здания. Со временем образовался незначительный продольный 'крен (1=0,0011) в сторону участка ранее не застроенного, грунты в основании которого не были предварительно уплотнены. .

Шпунтовый ряд позволил ограничить перемещения грунта за пределами загружаемой площади (рис.1), не допустить возникновения опасных дополнительных осадок и перекосов существующих зданий. Максимальная дополнительная осадка существующих зданий в местах примыканий достигла 5,7 см, что примерно в пять раз меньше осадки смежных участков нового здания. Шпунтовый ряд получил незначительные вертикальные перемещения. Об изменениях напряженного состояния в основании существующего здания свидетельствует то, что осадка деформационной марки,наиболее близкой к шпунту, превышает осадку шпунта. Отсутствие продольного прогиба возводимого здания говорит о том, что шпунтовый ряд влияет на напряженно- деформированное состояние основания возводимого здания. ■

Строительство здания клиники (опытная площадка № 2). Подошва фундамента расположена на глубине 3,3 м в слое пнлеватой супеси и мелкого песка Е=11,0 МПа, которые подстилаются мощной толщей слабого грунта. Относительно хорошие грунты представлены мореной Е=23,6 МПа, залегающей на глубине 12-14 м.

Сложное в плане шестиэтажное каркасное здание с наружными кирпичными сгенами с двух сторон примыгсаэт- к существующему зданию. Фундамент - сплошная плита толщиной 0,6 м. Шпунт длиной 18 м прорезает слабые грунты и заглубляется в морену на 4-5 м. Существующее здание - четырехэтажное, кирпичное, Фундаменты - ленточные .

Результаты наблюдений показали, что перепад осадок соседних

мН

"/в м/7

200 2к0 210

40

тч

те

аямгонгтгг

, 1Ш

/990.

. /9я г.

.1994

, 1996

Рис. 1. Строительство 7-этажного жилого кирпичного дома, а) Схема размещения деформационных марок, б) Эпюры осадок, в) График развития осадок деформационных марок. 1 - новое здание, 2 -. существующее, 3 -шпунтовый ряд.

деформационных марок на существующем и возводимом здании составил 8,8 см при максимальной дополнительной осадке существующего здания 2,9 см. Влияние шпунтового ряда отразилось на осадке возводимого здания/ Оно не получило характерного в данных грунтовых условиях перекоса в торцовых участках. Несмотря на некоторые вертикальные смещения шпунтового ряда (наблюдения за осадками шпунта не велись, об развитии осадки можно судить косвенно по дополнительной осадке существующего здания), применение разъединительного шпунта как защитного мероприятия по уменьшению дополнительной осадки существующего здания оказалось эффективным.

Здание проектного института (опытная площадка №3). Фундаменты здания представляют собой монолитную железобетонную ребристую плиту толщиной 0,5 м, высота ребер 0,75 м. Несущие надземные конструкции представляют собой сборно-монолитный каркас.

Блоки 1-4 составили первую очередь строительства. В ходе выполнения работ нулевого цикла первой очереди по всей линии примыкания блоков 1-й 5 был забит разъединительный шпунт длиной 22 м. Шпунт погружен на 20 м ниже подошвы фундаментов и заглублен в полутвердые моренные суглинки примерно на 3 м.

Осадка блока 1 развивалась неравномерно со значительным продольным и поперечным креном. Возведение второй очереди здания могло значительно усилить поперечный крен блока 1. Поэтому, помимо разъединительного шпунта, в зоне примыкания был запроектирован коробчатый фундамент с консольным вылетом б м. Увеличение скорости осадок блока 1 наблюдалось при возведении блока 5, что связано с некоторыми вертикальными смещениями шпунта.

Осадка блока 5 (второй очереди) также неравномерна, возникли значительный продольный и поперечный крены. Направление крена блока 5 в целом совпадает с направлением крена блока 1. Крен блоков связан с особенностями геологического строения их оснований. Вдоль блока 5 отмечается увеличение суммарной мощности слабых грунтов, а поперек - увеличение мощности слоя заторфованного грунта. Шпунтовый ряд в некоторой степени повлиял на развитие поперечного крена блока 1, однако главной причиной его являются геологические условия. Об этом позволяет судить то обстоятельство, что по результатам наблюдений влияние, шпунта на характер развития осадки блока 5 не удалось выявить.

Применение защитных мероприятий позволило уменьшить осадку блока 1, хотя максимальная осадка блока 1 с начала загружения

основания блока 5 значительна 14,8 см. Основную ее часть составляет собственная осадка блока 1. Об этом можно судить по уменьшению скорости, развития поперечного крена блока 1 во время возведения надземной части блока 5.

Строительство двенадцатиэтажного кирпичного дома с одноэтажной пристройкой (опытная площадка №4). Высотная часть имеет поперечные несущие наружные и внутренние стены. Пристройка каркасного типа, каркас смешанный. Фундамент здания - плита толщиной 0,8 м. Фундаменты пристройки - отдельностоящие под колонны каркаса и ленточные под кирпичные стены." Шпуктовый ряд погружен во время работ нулевого цикла на глубину 9 м ниже подошвы фундаментов, прорезал слабые грунты и заглублен в моренные суглинки на 5,5-6,0 м. До начала врзведения пристройки осадка края плиты, примыкающего к пристройке, составила 20 см. Осадка пристройки за время ее строительства и эксплуатации достигла 6 см, что примерно в 6 раз меньше осадки фундаментной плиты. Пристройка получила незначительный крен. Развитие крена связано в основном с •тем. что фундаменты под соответствующими колонками более загружены. Разность осадки колонн пристройки составила всего 1,5 см. Применение разъединительного шпунта оказалось эффективным, деформации основания высокой части здания не оказали существенного влияния на осадку фундаментов колонн пристройки.

Крен высотной части здания' в сторону пристройки оказался неожиданным. Согласно геологическим условиям площадки следовало ожидать крен в противоположную сторону. Развитие крена привело к заклиниванию осадочного ива.. Причиной крена явилось ограничение шпунтом зоны распространения напряжений в основании здания и увеличение напряжений со стороны . шпунтового ряда, что также подтверждает положение о влиянии разъединительного шпунта на напряженно-деформированное состояние'оснований зданий.

При возведении девятиэтажного жилого дома (опытная площадка №5) шпунтовый ряд имел недостаточную глубину погружения. Жилой дом имеет продольные несущие кирпичные стены и ленточные сборно-монолитные фундаменты. Существующее здание (общежитие) - девяти-.этажное, кирпичное. Фундаменты - ленточные сборные.

Глубина котлована была запроектирована более 5,0 м, до его откопки по линии примыкания был забит стальной шпунт на 6 м ниже подошвы фундаментов. Из котлована были удалены насыпной и затор-фованный грунт и заменены песчаной подушкой. Глубина заложения

фундаментов с обеих сторон шпунтового ряда одинакова - 2,5 м.

При длине шпунта 7,0 м нижний обрез его находится в слое пылеватых суглинков Е =7,0 МПа, ниже которых залегает мощная толща слабого грунта Е = 4,4 - 5,6 МПа. Шпунтовый ряд оказался подвижным в вертикальном направлении. Грунты, расположенные под острием шпунта не могли оказать сопротивления перемещении шпунта и осадка основания ниже подошвы шпунта оказалась значительной.

Дополнительная, осадка у осадочного шва составила 95 - 100 мм. Здания старой постройки при такой дополнительной осадке получают аварийные повреждения.

Шпунтовый ряд как ра^единктольный оказался но эффективным, но и в этом'случае можно отметить его влияние на осадку зданий. Образовался разрыв•в линии осадок возводимого и ранее построенного зданий. С фасадной стороны разрыв в осадках составил 40 мм ' при осадке возводимого здания в месте"примыкания равной 184 мм, . а со стороны дворового фасада 80 и 212 мм соответственно. Здание получило обычный в данных грунтовых условиях прогиб. Осадка возводимого здания по методике СНпП оценивалась порядка 10 см, мак-

симальная измеренная осадка превысила рассчитанную в 2,5 раза.

Таблица 1

Наименование параметра Опытные площадки

№1 №2 №3 №4

Существующее здание (пристройка)

дополнительная осадка, мм

по измерениям 57 29 148* 60*

по расчету метод поел.суммирования 42 19 - -

по расчету метод огранич. сжим.толщи 55 31 - 15

дополнительный перекос, тысячные

по измерениям 6.0 3.7 - 3.0 -

по расчету метод поел.суммирования 5.8 3.3 - -

по расчету метод ограчич.сжим.толщи- 3.0 1.7 - 2.5

Возводимое здание

осанка у осадочного та, мм

по измерениям ?14 117 382 368

по оасчету метод поел.суммирования 185 84 - -

по расчету метод огранич. сжим.толщи 210 102 - -

Примечание: (") дополнительная плюс собственная осадка.

В таблице приведены наиболее характерные параметры деформаций зданий по результатам измерений и по расчету. Осадку зданий на площадках и рассчитать не удалось, так как форма и расположение Фундаментов и шпунта ке подходят ни под одну из расчетных схем. Метод послойного суммирования дает заниженные зна-

чения осадок в среднем на 27Z, но более точное распределение дополнительной осадки. Отклонение значений перекосов на участке примыканий составляет приблизительно 77.. Метод ограниченной сжимаемой толщи дает более точное значение максимальной дополнительной осадки, но.заниженное значение перекосов.

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. При возведении зданий вокруг них образуется воронка оседания, здания, расположенные в пределах воронки оседания, получают дополнительные осадки, величина и неравномерность которых при строительстве на слабых грунтах достигает опасных величин.

2. Применение шпунтового ряда как мероприятия по уменьшению дополнительных осадок при правильном выборе его параметров приносит положительный эффект. При явно недостаточной глубине погружения . шпунта шпунтовый ряд как разъединительный работает неудовлетворительно;

3. Необходимо применение мероприятий по обеспечению неподвижности шпунта в вертикальном направлении, к ним можно отнести закрепление грунта под нижним обрезом шпунта и применение антифрикционных покрытий со стороны основания возводимого здания.

4. Наличие разъединительного шпунтового ряда приводит к изменению напряженно-деформированного состояния оснований зданий. Значительную роль в работе оснований зданий, расчлененных шпунтом, играют силы трения грунта по поверхности шпунта.

5. Для сохранения напряженно-деформированного состояния основания существующего здания необходимо повышать силы трения грунта со шпунтом со стороны основания существующего здания. Повышение сил трения можно достигнуть применением полимерных отвердевающих после погружения шпунта покрытий. Данное покрытие необходимо применять в сочетании с антифрикционным.

6. Целесообразно применять разъединительный шпунтовый ряд для предотвращения продольного прогиба протяженных зданий и сооружений, а также для выравнивания осадки гибких сооружений, возводимых на слабых грунтах.

7. Приемлемых результатов при оценке деформированного состояния оснований зданий удалось получить при использовании метода суммирования и ограниченной сжимаемой толщи в сочетании с предложенной в работе методикой.

Основные положения диссертации опубликованы:

1..Левкин A.A. "Дом-вставка" с использованием разъедини-

тельного шпунтового ряда.//Слабые и мерзлые грунты как основания зданий и сооружений: межвуз. тематич. сб. тр. /ЛИСИ, 1987.-С. 32 -38.

2. Левкин A.A.. Сотников С. Н., Вершинин В. П. Эффективность применения разъединительного шпунта при реконструкции городской застройки.// Фундаменты и заглубленные сооружения при реконструкции и в стесненных условиях строительства: Материалы научно-технической конференции ЛДНТП: -Л., 1988. С. 33 - 37.

3. Ежов Е. Ф., Левкин A.A., Парамонов В. Н. Исследование осадки свайного фундамента от перемещений шпунтовой стенки. /Мордовский университет.-Саранск, 1983.-5 с, ил. - Рукопись деп. во ВНИИ по строительству и архитектуре. Реферативный журнал. Серия 11, выпуск 9. i#4026-83.

4. Левкин А.А. Распределение вертикальных нормальных напряжений в основании со шпунтовым рядом. //Композиционные строительные материалы: Тезисы докладов научно-технической конференции/ МГУ им. Огарева:-Саранск, 1987.-С. 85.

5. Яохов Ю. А., Сотников С.Н., Левкин A.A. Математическое моделирование основания при использовании разделительного шпунтового ряда. //Пути ускорения технического прогресса при устройстве оснований и Фундаментов в условиях Нечерноземной зоны РСФСР: Тезисы докладов Всероссийской студенческой научно-технической конференции:-Йошкар-Ола, 1987. С. 3.

6. Далматов Б. И., Сотников С. Н., Левкин А. А. Опыт применения разъединительной стенки и свай вдавливания при возведении новых зданий рядом с существующими. //Основания сооружений: Тезисы докладов 17-ой конференции Чехословацкого научно-технического общества с международным участием:-Вроно, 1989.

7. Левкин А. А. Разъединительный шлунтовый ряд с двухфункци-ональным полимерным покрытием. //Долговечность строительных материалов и конструкций: Тезисы докладов международной научной конференции: -Саранск, 1995.