автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Напряженно-деформированное состояние пойменно-намывных оснований с горизонтальными и наклонными слоями грунтов

'а М ъ; 1 ч о -,

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХШНЕСКИИ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ПЛАКС АВДРЕЙ АБРАМОВИЧ

УДК 624.131.52

ЙШШЕНШ-даОРМИРОВАНЮЕ СОСТОЯНИЕ ГОШЖНЮ-НАШВЩХ ОСЮВАНИЙ С ГОРИЗОНТЛЛЫШИ И НАКГОННЫШ ОЛММИ ГРУНТОВ

Специальность 05.23.02 - Основания и фундаменты

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1991

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальности темы. Интенсивное развитие жилищного строительства в- последние годы вызывает необходимость освоения пойменных территорий, сложенных обычно слабыми и водонасшценними грунтами. С целью улучшения геотехнических условий строительства и подъема территория до незатопляемых отметок на таких площадках часто производится гидронамыв грунта. При этом весьма распространенными среди пойменно-намывных территорий являются учаотки с негоризонталъными кровлями и подошвами слоев грунтов.

Эффективное строительство в подобных сложных инженерно-геологических условиях неразрывно связано с достоверным прогнозированием характера развития напрякенно-деформпроваиюго состояния (ВДС) оснований, определением средних осадок, относительных прогибов и кренов возводимых зданий и сооружений. Алализ литературных данных показывает, что эти вопросы для пойменно-намывных оснований изучены недостаточно. Нормативные документы при расчетах предусматривают представление здания в виде абсолютно гибкой сиотемы, не учитывая реальных жесткоотных характеристик надземных конструкций. Во многих случаях такое упрощение системы "здание-многослойное основание" приводит к значительным расхождениям прогнозируемых деформаций с фактическими данными. Эти расхождения для пойменно-намывных основании могут еще более увеличиться из-за наложения на процесоы развития ВДС оснований параллельно протекающих длительных процесоов изменения физико-механических свойств грунтов в результате гидронамыва. Для устранения этих погрешностей необходимы комплексные экспериман-тально-теоретичеокие исследования процессов формирования и изменения ВДС пойменно-намывных оснований под воздействием собственного веса и.нагрузки строящихся зданий и сооружений. Учет закономерностей изменения свойств грунтов после окончания намыва, влияния жесткости надземных конструкций в формировании ВДС пойменно-намывных оснований с горизонтальными и наклонными слоями грунтов позволит обоснованно решать вопросы выбора типа и размеров экономичных и вредных фундаментов.

Цель работы. Установление основных закономерностей развития ВДС пойменно-намывных оснований с горизонтальными и наклонными слоями грунтов и разработка инженерной методики расчета

осадок и их неравномерностей применительно к фундаментам мелкого заложения.

Для достижения указанной цели были доставлены следующие

задачи:

- выявить закономерности формирования и изменения во времени свойств намывных гравийных и природных пойменных пцлевато-г.чимистых грунтов посла гвдронамыва;

- экспериментально исследовать характер развития ВДС пойменно-намывных оснований от воздействия веса намытого грунта и нагрузки возводимых сооружений;

- провести численный анализ ВДС пойменно-намывных оснований с горизонтальными и наклоннши слоями грунтов;

- разработать методику расчета конечных осадок зданий, возводимых на пойменно-намывных территориях на фундаментах мелкого заложения, а такие неравномерностей осадок этих зданий.

Научив ВРВШа И ЩЩШВОШ: ЦЭННООХЬ РйбРТЫ-

Экопершентально установлены закономерности формирования и изменения во времени свойств намывных гравийных и пойманных пшювато-глиниотых грунтов после гидронамыва.

Получены эмпирические зависимости для оцределения характеристик механических свойств намывных гравийных и пойменных пы-левато-гливистых грунтов по данным статического зондирования и прогнозирования изменения их во времени.

Установлены закономерности развития деформаций во времени и распределения напряжений в грунтовой толще пойменно-намывных оснований с горизонтальными и наклоннши слоями грунтов от действия веса намытого грунта и нагрузки возводимых сооружений, а также выявлены ооновные, влияющие на эти закономерности факторы.

Получены количественные зависимости для средних осадок, прогибов и кренов зданий от основных, влияющих на эти параметры факторов: величины и схемы приложения нагрузки, мощностей намывного и подстилающего слоев, их деформационных характеристик, углов наклона кровли и подошвы слоев основания.

Выявлены схемы напластований пойменно-намывных оснований, на которых возможно строительство 9-этанных кпрппчных и крупно-школышх кидкх зданий на фундаментах мелкого заложения.

х'но-^енле результатов габоты. Результаты исследований ис-плтьзованы пр.1 составлении региональных нормативных документов -

"Рекомендаций по проектированию фундаментов мелкого заложения на пойыенно-намывных территориях района "Сипайлово" г.Уфы'ЧУфа, Уф.НШпромстрой, 1988 г.) и "Рекомендаций по выбору рациональных конструкций фундаментов для гражданского строительства на поймен-но-нашвнцх территориях г.Уфа" (Уфа, Уф.ШЩпромстрой, 1990 г.) и внедрены проектно-отроителышм объединением Башнефтезаводсгрой на строительстве двух жилых домов и институтом Башкирский Пром-отройпроект цри проектировании фундаментов корцуоов автотранспортного предприятия в городе Уфе. Внедроние полученных результатов путем применения рациональных конструкций фундаментов позволило получить экономию в сумме 254 тио.руб.

Апробация работы. Ооновные результаты исследований были доложены на Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых по механике грунтов и фундаментостроению (Звенигород, •1989), Ш Республиканской научно-техничеокой конференции молодых ученых и специалистов (Уфа, 1988), региональной конференции "Геотехника Поволжья-Ш" (Саратов, 1989), конференции "Системы автоматизированного проектирования фундаментов и оснований" (Челябинск, 1988), конференции "Совершенствование структуры фун-даментостроения в организациях Минуралоиботроя СССР в ХШ пятилетке" (Уфа, 1989).

Публикации. По теме диосертация опубликовано 5 печатных работ.

Объем работ. Общий объем диссертации - 207 отраниц машинописного текста, в том числе 60 рисунков, 21 таблица и список литературы из 148 наименований. Имеется 2 приложения на II страницах.

На защиту вынооятоя:

- результаты экспериментальных исследований формирования и изменения во времени овойств намывных гравийных и природных пойменных пылевато-глинистых грунтов после гвдронамыва;

- методика и результаты экспериментальных исследований ЩС пойменно-намывных оснований от действия веоа наг лого грунта и нагрузки зданий и сооружений;

- результаты раочетно-теоретическпх исследований 1Щ0 пой-менно-намшзных оснований с горизонтальными и наклонными слоями груцтоа от внешней нагрузки;

- методика определения яесткоотннх характеристик зданий и сооружений и расчета конечных осадок и их неравномерностей для зданий, возводимых на пойменно-намывных территориях на фундаментах мелкогр заложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Диссертационная работа оостоит из введения, четырех глав и двух приложений.

Во ^ведении обоснована актуальность темы, ее научная новизна и практическая значимость.

В порвой главе приведен обзор и анализ некоторых специфических особенностей использования намывных грунтов как оснований зданий и сооружений. Сформулированы основные задачи диссертационной работы.

Изложены существующие представления о закономерностях формирования ВДО пойшнно-намывншс оснований под воздействием веса намытого грунта и нагрузки зданий и сооружений, об изменении свойств намывных грунтов во времени и влияния намыва на пойменные отложения, в развитие которых существенный вклад внеоли А.П.Афонин, В.Н.Бронин, Е.Ф.Винокуров, И.В.Вохяков, М.А.Глотова, Б.И.Дадматов, Б.В.ДобровольокиЙ, И.Б.Дудоюр, В.А.Дуранте, P.C. Зиангиров, П.Д.Иванов, В.И.Каминская, А.С.Карамшев, П.А.Коновалов, С .Я .Кушнир, В.А.КуаьмицкиЙ, П.Д.Лобаоов, й.Н.Набоков, Н.С.Никифорова, М.Ф.Новиков, В.И.Раковский, Г.И.Роер, Ю.А.Собо-левскай, Г.П.Степакекко, С.А.Слюсаренко, И.В.Финаев, М.И.Казанов и др. Обзор и анализ работ перечисленных авторов свидетельствуют, что к настоящему времени достаточно полно изучены процессы, протекающие в намывных песчаных грунтах, и установлены основные закономерности формирования их свойств. Экспериментальными натурными а модельными исследованиями Е.Ф.Винокурова, А.С.Караш-шева, П.А.Коновал<}ва, Н.С.Н.псифоровой, Л.Ф.Сальникова, И.В.Оп-паева, В.Б.Шахнрева и др. выявлены особенности работы фундаментов lia песчаных грунтах, намытых на торфы, песчаные п пылевато-гдшистыэ поденные грунты, показаны существенные отличия в распределении нацряхешй .и деформаций в этлх основаниях от распределения напряжений и деформаций в однородны:; основаниях. Гораздо

в меньшей отепени изучено формирование свойств гравийных грунтов, намываемых на оуглинкз я глины, а такте работа таких оснований под нагрузкой зданий и сооружений.

Кратко рассмотрен отечественный и зарубежный опыт строительства зданий на многослойных основаниях, включающих слои слабых грунтов, Значительный вклад в изучение закономерностей развития и стабилизации осадок фундаментов, возводимых в подобных сложных инженерно-геологических условиях, внесли М.Ю.Абелов, А.Я.Будин, Б.Д,Васильев, О.С.Вялов, В.Н.Голубков, Б.И.Далматов, С.В.Довнарович, К.Е.Егоров, П.А.Коновалов, М.Мето, Н.Н.Морарос-кул, Д.Е.Полышш, Ю.В.Росоихин, С.Н,Сотников, Р.А.Токарь, И.В. Финаав, В.А.Флорин, а такие Л. Бьеррум,' Дж.Бурлавд, С.Ханобо и др. О.Н.Сотниковым была выявлены существенные особенности работы слабого грунта, перекрытого прочным слоем, под нагрузкой. В чаотнооти, в качестве модуля общей деформации, доотоверно отражающего сжатие слоя слабого грунта, рекомендуется использовать модуль, получаемый в компресоионных испытаниях без традиционных поправочных коэффициентов,

Теоретические и расчетные исследования ВДО многослойных оснований, выполненные Х.З.Бакеновым, И.П.Бойко, А.К.Бугровым, Д.М.Бурмастером, И. Юшковым, В.Ф.Винокуровым, О.О.Вяловым, Я.Д.Гильманом, Г.И.Глушовш, М.И.Горбуновым - Пооадовым, В.М, Демкинда, Ю.К.Зарецким, К.Е.Егоровым, Б.М.Коганом, В.М.Лиховце-нш, М.В.Матапевш, А.В.Пилягвдым, Г.И.Покровоким, А.Б.Оадеевым, Н.А.Цытовичем, О.Я.Шехтер и др., также свидетельствуют о существенном отличии их работы от доведения однородных оснований. При этом отмечаете^, что лучшее совпадение с результатами натурных наблвдений дшот раочеты, учитывающие нелинейную зависимость между напряжениями и деформациями, особенна для олабого грунта основания. Однако в большинстве отмеченных расчвтно-теоротичос-ких исследований рассматриваются только случаи горизонтального напластования слоев основания. Исключений составляют работы А.К.Бугрова, О.О.ВяЛОва, И.А.Онопы, В.Г.Федоровского, А.Н.Цеевой, Дж.Купер, посвященные изучении некоторых частных случаев наклонных напластований основагий: клиновидному сжимаемому слою, перо-слаиванию полускальных пород и др.

На основании обзора делается выаод о целесообразности про- , ведения комплексных экспериментальных и расчетно-теорэтическнх исследований ВДО пойменно-намнвных оснований под действием веса

намывного грунта и нагрузки зданий при горизонтальном и наклон-. ном напластовании слоев.

Во второй главе изложены результаты экспериментальных исследований ВДС пойменно-намывных оснований.

Экспериментальные исследования выполнялись в полевых уоло-виях на 5 опытных площадках в г.Уфе и включали испытания намывных и подстилающих природных грунтов штампами различной площади, прессиометраш, статическое зондирование, геодезические наблю-денш за развитием деформаций в пойменных и намывных грунтах под воздействием собственного веса и нагрузки трех экспериментальных 9-этажных жилых зданий; возведенных на ленточных и плитных фундамента^, тензометрцческае измерения расцределения напряжений в поименных грунтах о помощью меоодоз общего давления. Намывным на экспериментальных площадках являлся гравийный грунт с содержанием песчаного заполнителя до 40$, Мощность намывного слоя составляла от 0,8 до 7,5 м. Пойменные природные отлокения были представлены глинами, оутлинками и супесями от текучеплас-тичной до полутвердой коноиотенщш мощностью 3,5-7,5 м, подоти-лаемые песчано-гравийными грунтами. Углы наклона 1фОвли и подошвы слабых пойменных отлоаенкй к горизонту ооотавляла от 0 до 4°.

Эксперименты показали, что после гидронамыва процесс стабилизации ЩС оснований) включающих намывные гравийные и пойменные пылевато-глиниотые грунты, требует весьма длительного времени, Так, скорость увеличения осадок менее I т/тол была достигнута лишь спустя 4-6 лет пооле окончания намыва. В то же время оказалось, что большая часть осадок оснований в.течение первого года после намыва и воя замеренная деформаций в последующее время формируются только за очет уплотнения слабого пылева-то-гланистого грунта. Это свидетельствует о том, что уплотнение намывного гравийного грунта за I год практически полностью завершается, а дальнейшая деформация пойменно-нашвного основания происходит за счет оседания подстилающего намывной грунт слабого слоя. К аналогичным выводам приводит анализ результатов опраде-леи'.й физико-механических свойств грунтов. Интенсивное изменение свойств намывных гравийных грунтов обычно заканчивается через 1,5-3,0 месяца после намыва. 3 течение этого времени грунты "набирают" 70-75;" от конечных значений модуля деформации, сопротивления под наконечником зонда. В течение последующих трех месяцев

показатели свойств грунта возрастают до 87-90$ и за I год после .намыва достигают 92-100$ конечных: значений. Напротив, интенсивное изменение овойств пойменных пылевато-глинистых грунтов 1гро-должаотся в течение 1,5-2,5 лет. За этот период в пойменных пылевато-глинистых грунтах под воздействием обводнения и пригруз-ки весом намываемого грунта протекают параллельные процессы разупрочнения и упрочнения, приводящие к выравниванию прочностных и деформационных характеристик по глубине первоначально неоднородной пылевато-глпнистой толщи.

Обработка результатов испытаний грунтов позволила установить для модуля Деформации намывных гравийных грунтов "возраста" 0,3 < Ь 4 1,5 года слетгащую прогнозную зависимость:

г- * ъ-ь+Шъ-ьУ . "ша-. , (1)

где Е< ,са - модули деформации грунта "возраста" г, , ъг (в годах) соответственно.

Через 1,5 года пооле намыва модуль деформации можно считать стабилизировавшимся и его значение определять по формуле:

. Ша, (2)

где - модуль деформации, определенный для грунта "возраста"

£ 4 1,5 года;

-. стабилизированное (конечное) значение модуля деформации.

Подобные выражения для пойменных пшювато-глинистых грунтов имеют вид:

£ =£+ (2,23-4) • Ша> лет; (3)

= 0Д.£в + 2,0, Ша* £ >2,5 лет, (4)

где £*„ - модуль деформации грунта до намыва.

При сопоставлении замеренных и расчетных конечных осадок пойменного шиевато-глиниотого грунта, пригруненного весом намывного слоя, оказалось, что наилучшим образом его работу в рассматриваемых условиях отражает модуль деформации, получаемый непосредственно из компрессионных испытаний без традиционных поправочных коэффициентов. Это свидетельствует о совпадении характера работы слабого грунта под нагрузкой намывного слоя с его поведением в одометре. Аналогичный вывод следует из показаний мессдоз давления, давших после намыва практически одинаковое приращение вертикальных нормальных_напряжений по всей глубине слабой пойменной толщи.

По результатам обработки 223 параллельно выполненных компрессионных испытаний пылевато-глянистых грунтов и отатического зондирования получена корреляционная зависимость'для определения модуля деформации Е по удельному сопротивлению грунта под наконечником зонда ^, которая имеет вдц:

£= 1.73-0, + 0,50, МПа. (5)

В интервале <pt от и,3 до 1,8 ¡Ша эта зависимость имеет среднее квадратическое отклонение 0,51 Ша и коэффициент кор-роляции 0,72. ■

Зависимость для модуля деформации намывных гравийных грунтов, определенная по 15 параллельным испытаниям грунта штампом площадью 5000 см2 и статическим зондированием, илеот вид:

f = 1,21-^. + 15,10, Ша, (6)

В интервале изменения от Э до 20 Ша выражение (6) характеризуется средним квадратическш отклонением 1,93 Ша, коэффициентом корреляции 0,92.

ВДС пойменно-намывных оснований под воздействием местной нагрузки также стабилизируется довольно длительное время, однако это время меньше, чем время окончания уплотнения основания весом намытого грунта. Так, например, совпадение скоростей оседания одного из экспериментальных домов и окружающего его грунта было зафиксировано через 3,5 года пооле окончания строительства. Стабилизация же осадок всего глинистого пласта наступила лишь спустя еще 1,5 года.

В течение всего срока формирования ВДС оснований экспери-кенталыых зданий процессы развития их осадок носили практически одинаковый, характер: 65-75$ величины конечной осадки достигалось непосредственно в период строительства зданий до их заселения (сроки строительства составляли 9-16 месяцев). Оставшаяся часть осадки реализовывалась в период эксплуатации, причем за первый год - 48-5S;-; этой величины. К моменту стабилизации средние осадки домов достигли 18,3-25,6 см. При этом осадки зданий, возведенных на ленточных и плитных фундаментах, оказались очень близкими но а^солитным величинам, а некоторое их расхождение вполне объяс-няетбя различиями в напластовании грунтов. В свою очередь,осадка ■фрагмента фундамента мелкого заложения размерами 2,5x2,5 м, устроенного в аналогичных грунтовых условиях, составила лишь 2,15 см, хотя величина нагрузки на фрагмент фундамента »только б

1,3 раза была меньше, чем давление по подошве плитного фундамента экспериментального дома. Различным оказался и характер распределения деформаций по глубине основания фрагмента фундамента и экспериментальных зданий. Если доля деформаций слабого слоя в общей осадке фрагмента фундамента составила 74$, то для зданий она увеличилась до 85-95$. Это свидетельствует о существенном отличии работы многослойных пойменно-намывных. оснований под локальной нагрузкой от работы однородных грунтовых маооивов. В рассматриваемых условиях, характеризуемых высокой распределительной способностью верхнего прочного и малодеформируемого слоя, перекрывающего слой слабого грунта, ооновное влияние на величину деформаций оказывают, наряду с величиной нагрузки, размеры пятна приложения нагрузки, нежели характер ее приложения в этом пятне. А начиная с ширины этого пятна, равной (0,7-0,9) суммарной толщины прочного намывного и слабого подстилающего олоев, постепенно снижается роль и этого фактора. Последние обстоятельства позволяют отказаться от определения ширины отдельных фундаментов, входящих в состав системы фундаментов проектируемого здания, исходя из требований второй группы предельных состояний, поскольку осадка зданий будет мало зависеть от этой ширины, и использовать при назначения размеров фундаментов только требования первой группы (раочеты по несущей способности).

Сопоставление раочетннх и фактических конечных осадок экспериментальных объектов показало, что нормативные методы рас— та осадок в рассматриваемых грунтовых условиях дам значительные погрешности. При этом наименьшие расхоздения о натурными осадками дает использование модуля деформации слабого грунта, • получаемого непосредственно из компрессионных испытаний, В этом случае расчетные осадки оказываются завышенными на 15-30$. В то же время при использовании модуля, определенного испытаниями штампом площадью 600 см2, расчетные осадки мэкьшв натурных, а погрешность расчета возрастает до 47-63$. О одной стороны, это свидетельствует о близости работы слоя слабого грунта под локальной нагрузкой, прижженной в верхнем прочном слое, к условиям работы этого грунта в компрессионном приборе, а с другой -требует использования'численних методов расчета пойменно-намцв-ных оснований, изложенных в главе 3 настоящей работы.

В процессе развития осадок Есе три экспериментальных килых дома получили иродольнпе прогиби и крены. Наибольший относптель-

ный прогиб 0,00065 (стрела прогиба 3,1 см, длина здания 48 м) образовалоя в дома, возведенном на основании с горизонтальным напластованием слоев, Наибольший крен 0,00007 (разность осадок торцов здания 3,0 см, длина здания 45,0 ¡л) возник у дома, в основании которого наклон кровли слабого слоя сочетался с наклоном-его подошвы и составлял 2-4°. Стрела прогиба этого дома составила 1,6 см. Такой характер депортирования свидетельствует о способности зданий выравниваяь возмокные неравномерные ооадки и подтверждает выводи С.Н.Сотннкова о том, что да^е при сложной геометрии напластования грунтов инкенерно-геологическне факторы оказывают меньшее влияние на развитие неравномерной осадки, чем факторы силовые (жесткость коробки здания, последовательность строительства, наличие разноэтажных объемов и др.). 13 связи с этим необходим обязательный учет последних (¡акторов при анализе НДС оснований зданий и сооружений.

В третьей главе содержатся результаты расчетно-теоретичес-ких исследований ВДО многослойных оснований с горизонтальными и наклоннши слоями грунтов, выполненных с использованием численного метода конечных элементов.

На основе экспериментальных данных обосновывается выбор расчетных моделей оистемы "здание - пойменно-намывное оонование". Наилучшая сходимость с фактическими значениями конечных средних осадок зданий получена при использовании схемы плоской деформации при моделировании здания абсолютно гибкой балкой длиной, равной ширине здания, а грунта - вдеально упругопластическим телом Прандтля. При решении смешанной упругопластической задачи в качестве критерия разделения облаотей допредельного и предельного напряженного состояния ("упругого" и "пластического" деформирования) выступало условие Кулона. Объемные деформации приняты "упругими"(линейными), сдвиговые - упругопластическими с равно-объемным течением (скорость дилатансии Д «= 0}. Для сопоставления выполнены расчеты при моделировании грунта линейно-деформируемым телом и упругопластической средой с наибольшей возможной дилатансией ( Л "¿пир , - угол внутреннего тренда грунта).

Для определения форм эшор осадок и значений неравномернос-тей осадок применялась также схема плоской деформации, а здание моделировалось балкой конечной нооткости длиной, равной длине здания. Особенность расчетов заключалась в выборе величины

жесткости балки. Для ее определения были использованы данные натурных наблюдений за деформациями шести 9-этажных кирпичных и крупнопанельных зданий: эпюры осадок, определяемые в конечно-элементных раочегах, корректировались путем варьирования модуля упругости материала балки или ее высоты до совпадения форм эпюр расчетных и реальных осадок. Получаемые в таких расчетах жесткостные характеристики балки, наиболее близко отражающие фактическую форму эпюр осадок, использовались для определения схем деформирования зданий при других напластованиях грунтов.

С применением перечисленных расчетных моделей были выполнены 4 серии расчетов, целью которых йвлялооь изучение влияния схем напластований грунтов и показателей их механичеаких свойств на ВДО пойменно-намывных оснований. Краткая характеристика каждой серии представлена в табл.1. В качестве "параметров оптимизации", т.е. величин» определяющих интересующие вао изменения № системы "здание-поймекко-намывное основание", били приняты абсолютная осадка £ , относительный прогиб ¿3/1. в крен I зданий. Варьируемы:.!и параметрами чиоленного эксперимента во всех расчетах принимались мощности прочного намывного Нд- и слабого подстилающего Нд слоев (соответственно факторы Х^ и Хд). модули общей деформации намывного Е^ и пойменного пшювато-глиниотого Е2 грунтов (факторы Хд и Х4), ширина ленточных фундаментов (фактор Хд), а также углы наклона кровли СХ" и подошвы ув пойменного пылевато-глинистого грунта (факторы Х6 и Х^). Графическое изображение факторов, а также пределы их изменения, принятые в расчетах, приведены в табл.1 и 2.

Для получения математических моделей "параметров оптимизации" от варьируемых факторов исшльэовалиоь элементы'теории планирования эксперимента. В качестве планов применялись композиционные трехуровневые симметричные планы из 24 и 26.опытов.

Ниже приводятся полученьые результаты для двухсекционных 9-этажных крупнопанельных зданий серии 1-464Д.

Зависимости абсолютных осадок £ и относительных прогибов л 5/С от варьируемых факторов для схем напластований I и 2 табл.1 имеют вид (с учетом только значимых коэффициентов):

3 = 20,7+7,7-Х^-4,5.л1+9,8.:<2-14,4.Х4-2,3-Х5-1,9.Х1-Х2+ +2,2-Х4+1,3 «X]- -Х5-6,2 -Х2 -л4-1,2-Х2-Х5+1,0 -Хз'Х4+ *1,9.Х3-Х5+ 1Д-Л4-Х5 , см, (7)

Характеристика оерий численных расчетов пойменно-намывных оснований

Таблица I

№ I Схема напластований грунтов | П=тр | Ць^ , основания | зацш | ры

у слот 1

с смой 2

»«£лшй......;„„

СЛОО / слой 2

•>Г~ л II 1111 1Ш11 1,1

■аш

Ъ.Нг.

Л/1 н,,нг,

* £,

Н<,Нг, 1 £,<*.>

Таблица 2

Пределы изменения варьируемых факторов

Уровень Натуральные аначения факторов

варьирования

-I 0 X X 3 25 3 5 37,5 5 7 50 10 0-4 2,5 2,5 2 0 4 5 4 4

д$= ю^-сз.з+о^.х^+о^.^.г-х^хд-хз+о^.хд-

-1,4'Х4+0,40С1'Х2-0.6-Х1-Хд+0,2.1^-Хз-013-Хз-Х4). (8)

Зависимость для крона £ дая схемы напластований 3 табл.1 получена в взде:

С =10'~4•(4,9+2,2•х|-5,1.л4+20,5•1&-12,5•Х?-13,6•Х4•Х6+

+8,5-Х4-Ху), (9)

а для схемы напластований 4:

I =10 ~4 • (19 ,С+Ю ,4 -л4-19,3 -Х4+17,2 -Х2+И ,6 -Ху-Н ,3 -Х4 -л6-

-7,3-Х4.Х7). (10)

В приведенных выше формулах безразмерные переменные Х^ связаны с натуральными значениями О/ соответствующих факторов зависи-

где , чр - соответственно верхнее и нижнее натуральное значение у -го фактора.

Аналогичные зависимости получены и для кирпичных 9-этажных домов серия 86.

Анализ выражений (7-10) показывает, что величина $ определяется в основном факторами Х2 (Н^) а Х4 СЕ^), величина - Х]-(Н|) и л4(Е2), величина £ - Хц( с* ) и Х^(^ ). Графическое изображение степени влияния каждого из факторов цри условии, что все остальные равны 0, представлено на рио.1. Отсюда видно, что как величина, так и характер влияния некоторых факторов на исследуемые параметры не одинаковы. Так, фактор Н^, во многом определяя прогиб здания, оказывает незначительное влияние на величину средней осадки. Напротив, малая роль фактор^ В3 в формировании прогиба сочетается со значительным влиянием его на среднюю осадку. Эти различия, по всей видимости, и определяют отсутствие какой-либо удовлетворительной зависимости между отдельными показателями эпюр деформаций зданий, а также объясняют отрицательные результаты, полученные многими авторами при попытке установить такую связь.

Зыявленная полиномиальными моделями степень влияния кавдого из факторов ка "параметры оптимизации" подтверждена анализом ЦЦС

Рис.1. Графики влияния факторов на абсолютную осадку (а), относительный прогиб (б) и крен (в и г для схем наплаотова-ний 3 и 4 по табл.1 соответственно): 1,2,3,4,5,6,7 - соответственно факторы

-Х-р, х2, х3, х4, х5, х6, Х^

исследуемого грунтового основания. Так, определяющая роль деформационных и геометрических параметров слабого слоя б формировании абсолютных осадок является следствием неравномерного характера распределения деформаций по глубине основания: доля осадок слабого слоя в общей осадке здания составляет от 65 до 41% а в среднем равна 8'5%, что и подтверждается результатами натурных исследований, изложенными в главе 2. Незначительная роль схемы приложения нагрузки (ширины отдельных фундаментов) определяется малой зависимостью характера изолиний вертикальных нормальных напряжений в слабом слое от размеров фундаментов.

Кроме того,численными исследованиями было установлено, что' несмотря на тлеющиеся различия в результатах линейных и упруго-пластических (нелинейных) решений, составлявшие в среднем более 30$, последние такие дают практически линейную зависимость "ооадка-нагрузка" во всем рассмотренном диапазоне эксплуатационных нагрузок (давлений 0-0,3 ;Л1а). В частности,это определяется особенностями развития областей предельного напряженного состояния в поймепко-иамывных основаниях, В наибольшей степени пластические зоны развиты в верхнем прочном слое, для которого, как и для других грунтов о большим внутренним трением по данным И.П.' Еойко, А.К.Бугрова, А.В.Пилягина и др., линейный характер зависимости "осадка-нагрузка" сохраняется в большом диапазоне нагрузок (до(2+3, где Й, - расчетное сопротивление грунта основания) . Практически во всех выполненных расчетах глубины расположения этих зон при нагрузках, равных веоу 9-этажных зданий, не превышают глубины кровли слабого слоя. Лишь при мощности верхнего слоя I м области предельного напряженного состояния получают существенное развитие и в слабом подстилающем грунте. Это позволяет использовать полученные выше формулы для расчета осадок зданий иной этажности, вводя к ним корректирующий коэффициент, учитывающий различие нагрузок.

В четвертой главе представлены рекомендации цо проектированию и расчету фундаментов мелкого залокения на пойменно-намыв-ных территориях, полученные на основе анализа результатов экспериментов и расчетпо-творетлческих исследований, а также данные об использовании этих рекомендаций на объектах внедрения.

Рекомендации включают основные требования к инженерно-гео-логическж кзисканиям на территориях, сложенных намывными гравийными и пойменными пылевато-глннистымя грунтами (по составу и

Рис.2. Картограммы областей напластований грунтов

по критерию средней осадки для крупнопанельных (а) и кирпичных (б) 9-этакных зданий:

10 ом; 15 см

объему изыскательских работ, методике обработки полученных результатов, прогнозированию изменения свойств грунтов во времени) и проектированию фундаментов мелкого заложения (по учету незавершенной к началу строительства консолидации основания пооле намыва, выбору размеров фундаментов, определению абсолютных осадок, относительных прогибов и кренов зданий).

Кроме того,рекомендации содержат картограммы облаотей напластований грунтов, в которых возможно использование фундаментов мелкого заложения по критериям предельных средних осадок, относительных прогибов и кренов зданий. На рис.2 показаны примеры таких картограмм, в которых за предельные значения средних осадок <Зи приняты величины 10 и 15 см. Как видно, для 9-этажных крупнопанельных зданий при таких критериях предельных осадок недопустимыми для строительства на фундаментах мелкого заложения являются 81 и Ъ6fa схем напластований грунтов соответственно, для кирпичных - 89 и 67$. Аналогичные картограммы представлены в рекомендациях и для других показателей эпюр осадок, оовмеотное рассмотрение которых позволяет установить область возможного применения фундаментов мелкого заложения в рассматриваемых грунтовых условиях.

В приложениях приводятся таблицы расчетных показателей физико-механических свойотв грунтов экспериментальных площадок и акты внедрения результатов данной работы.

ооювше вывода

1. Проведенные экспериментальные и расчатно-теоретичеокие исследования позволили уточнить существующие представления о развитии напряженно-деформированного состояния пойменно-намывных оснований с горизонтальными и наклонными слоями грунтов от. воздействия собственного веса намывного гравийного гранта и нагрузки зданий, возводимых в намывном слое на фундаментах мелкого заложения.

2. Натурными измерениями установлено, что характер распределения напряжений и развития деформаций в пойменном пылевато-глпнлеюм грунте после намыва на него гравийных отложений близко соответствует одномерной задаче уплотнения, а достаточно достоверной деформационной характеристикой этого грунта при учете

деформаций от веса намывного грунта и зданий, возводимых в намывном олое, является комцресоийнный модуль деформации. Доля деформаций пойменного пшювато-глинистого грунта в общей осадке фундаментов зданий может достигать

3. Экопершентально доказано, что интенсивное изменение овойотв намывных гравийных грунтов про походит в течение 1,5-3,0 месяцев после окончания гидронамыва. Изменение свойств пойменных пылевато-глинистых грунтов продолжается в течение 1,5-2,5 лет. При этом в' пилевато-глинистом грунте происходят параллельные цроцеосы разупрочнения и упрочнения, приводящие к выравниванию механических характеристик по глубине этого первоначально неоднородного грунта.

4. Получены эмпирические зависимости для определения характеристик механических овойотв намывных гравийных и пойменных пылевато-глиниотых грунтов по данным отатичеокого зондирования

и прогнозирования изменения их во времени.

• 5. Разработана расчетная модель системы "зданяе-пойменно-намывноб основание о горизонтальными и наклонными слоями грунтов". В этой модели грунт представляется идеально упругопласти-ческим телом, здание - балкой конечной жеоткости для вычисления неравномерных осадок и абсолютно гибкой балкой для вычисления средних осадок. Численная реализация осуществляется методой конечных элементов. Сопоставление результатов расчета по разработанной модели о натурными данными показало ее достаточную обоснованность и доотовернооть.

6. Установлено, что наибольшее влияние оказывают; на величину средней осадки - мощность и модуль деформации слабого подстилающего слоя; на величину прогиба здания при горизонтальном

и наклонном напластовании олоев - модуль деформации слабого подстилающего и Мощность прочного намывного слоя; на крен зданпя -углы наклона кровли и подошвы слабого олоя, а такке его модуль деформации.

7. Экспериментально установлено и расчетным путем обосновано незначительное влияние на среднюю осадку здания размеров отдельных фундаментов, входящих в общую систему фундаментов здан.п, возводимого на пойменно-намывных территориях.

8. На основании численного анализа о помощью методов планирования эксперимента получены количественные зависимости для средних осадок, относительных прогибов и кренов зданий от основ-

ных,влияющих на эти параметры факторов: величины и схемы приложения нагрузки, мощностей намывного и подстилающего слоев, их деформационных характеристик, углов наклона кровли и подошвы олоев основания.

Я. Выявлены схемы напластований поймевно-намывных оснований, в которых возможно строительство 9-этажных кирпичных и крупнопанельных жилых зданий на фундаментах мелкого заложения.

10. Разработаны практические рекомендации, позволяющие проектировать рациональные и экономичные конструкции ленточных и плитных фундаментов в рассматриваемых и аналогичных им грунтовых условиях. Применение фундаментов мелкого заложения согласно этим рекомендациям позволило получить экономический эффект в размере 254 тыс.руб.

Основное содержание дисоертации опубликовано в следующих работах автора:

1. Плако A.A., Рыжков И.Б. Численное исследование осадок малозаглублешшх ленточных фундаментов на поймеtfflo-намывных территориях. - В кн.: Системы автоматизированного проектирования фундаментов и оснований. Тезиса научно-технической конф. Челябинск, 1988,-0.45-46.

2. Плако A.A. Экспериментальные и численные исследования пойменно-намывных оснований в г.Уфе. - В кн.: Усиление оснований и фундаментов существующих зданий. Уфимский ШИпромотрой, Уфа, 1990, с.99-108.

3. Плакс A.A. К воцрооу определения модуля деформации грунта по данным статического зондирования. В кн.: Усиление оснований а фундаментов существующих зданий. Уфимский ШИпромотрой, Уфа, 1990, с.108-112.

4. Плакс A.A. Исследование деформативных овойств пойменно-намывных оснований г.Уфы. В кн.: Совершенствование„структуры Фундаментостровния в организациях Минуралс яботроя СССР в ХШ пятилетке. Тезисы конференции. Уфа, 1989, с.65-69.

5. Бугров А.К., Плакс A.A. Исследование деформирования крупнопанельных зданий на пойменно-намывных территориях г.Уфы. В кн.: Эффективные основания и фундаменты в условиях Урала и Западно."! Слбцрл. Уфклсклй ЕИлромстрой, Уфа, 1991, C.II0-II8.