автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Неоднородные грунтовые напластования с промежуточным слабым слоем как основания фундаментов мелкого заложения

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

НЕОДНОРОДНЫЕ ГРУНТОВКЕ НАПЛАСТОВАНИЯ С ПРОМЕКУТОЧНЫМ СЛАШН СЛОЕМ КАК ОСНОВАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛ (ЖЕНИН

Специальность 05.23.02 - Основания и фундаменты

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

Сергей Владимирович ,

ЛЕДЯЕВ

Санкт-Петербург 1993

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном техническом университете.

Научные руководители: Заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор технических наук, профессор |П.Д.Иванов| , ~ Заслуженный деятель науки и техники. РСФСР, доктор технических наук, профессор Г.В.Симаков.

Официальные оппонента: Доктор технических наук, профессор А.К.Бугров

Кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник Е.М.Перлей

Ведущая организация: РосНИПИ урбанистики (г.Санкт-Петербург)'

Защита состоится "09" марта 1993 г. в 16" часов в ауд. № 411 пристройки гидрокорпуса на заседании специализированного совета Д 063,38.19 Санкт-Петербургского государственного технического университета по адресу: I9525I, г.Санкт-Петербург, у л. Политехническая, 29..

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке университета.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печать» организации, просим направлять по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря специализированного совета Д 063.38.19.

Автореферат разослан "_"___________1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, доцент

В.Ф.Маркевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

\ Актуальное?ь_темы. На разворот строительства, особенно жилищного, все- больше начинают влиять ограничения возможности свободного выбора удобных во всех отношениях пятен застройки, в связи с чем все чаще приходится использовать под застройку территории, ранее считавшиеся малопригодными для этой цели. Речь идет о заболоченных, пойменных VI устьевых территориях, сложенных, как правило, напластованиями водонасыщенных песчаных разностей с промежуточным слабым слоем (или совокупность!) прослоек) в виде суглинистых или супесчаных илов. Территории с такими характеристическими признаками занимают обширные площади во многих регионах Российской Федерации. Строительство зданий в столь сложных инженерно-геологических условиях (ИГУ) традиционно связано с применением свайных фундаментов (05) с длинными (до 30 и более метров"* стыкованными сваями, имегщих целый ряд отрицательных сторон, главными из которых являются высокая материале- и трудоемкость, а следовательно большая стоимость. Этих недостатков лишены фундаменты мелкого заложения (ФМЗ), из числа которых наиболее предпочтительны плитные монолитные железобетонные Фундаменты. Однако более широкое применение последних в рассматриваемых ИГУ сдерживается недостаточной изученностью напряженно-де-формированного состояния (НДС) сложных грунтовых оснований под нагрузкой. Углубленное изучение и реалистическая инженерная трактовка вопросов работы неоднородных многослойных грунтовых оснований актуальны, так как направлены на более полное обоснование и широкое распространение накапливаемого положительного опыта использования экономичных ФМЗ в сложных ИГУ.

Цель габоты состоит в научно-практическом обосновании физической возможности и технико-экономической целесообразности использования неоднородных грунтовых напластований с промежуточным слабым слоем в' качестве оснований инженерно-строительных объектов (КСО^ с экономичными монолитными фундаментами мелкого заложения.

На^ч^ая новизна работы состоит в следующем:

I. 3 холе и по итогам комплексного натурного эксперимента:

- выявлена физическая картина развития деформирования во времени сложного грунтового основания с верхним несущим (ВНС) и , промежуточным слабым (ПСС) слоями под внешней нагрузкой до 0,210 М1а;

- установлено, что основания исследуемого типа могут быть эффективно уплотнены в предпостроечный период способом огрузки грунтом при вертикальных давлениях на дневную поверхность 0,12...0,15 МПа и продолжительности стабилизации деформированного состояния сжимаемой толщи 7...10 месяцев, наращивание огрузки сверх указанного практически, неэффективно;

- получены графические зависимости, позволившие уточнить коэффициенты фильтрации илов и прогнозировать продолжительность консолидации слабого слоя в процессе его уплотнения;

- получены корреляционные коэффициенты линейной связи между сопротивлением грунтов погружению зонда при статическом зон-' дировании (СЗ) основания и модулями общей деформации (МОД) грунтов для условий Архангельской области. - -

2. Сформировано адаптированное решение смешанной задачи теории' упругости и теории' пластичности (известное общее решение построено профессором А.К.Бугровым), основанное на использовании упруго-идеальнопластической модели грунта и адекватно отражавшее работу под нагрузкой оснований рассматриваемого типа. Оригинальное приложение адаптированного известного общего решения позволяет исследовать НДС грунтовых оснований такого рода численным методом, не прибегая в дальнейшем к весьма дорогостоящим натурным экспериментам.

3. Разработана оригинальная инженерная методика определения конечных осадок ИСО, которая дает результаты, не более, чем на 14 % отличающиеся (в большую сторону) от результатов натурных наблюдений; пользование методикой не требует применения ЭВМ.

Практическая_значимость работы состоит в том, что разработан комплекс практических рекомендаций по использованию экономичных ФМЗ (преимущественно плитных) и по предпостроечному уплотнению грунтовых оснований (ППУО) с ПСС огрузкой грунтом применительно к исследуемым ИГУ. Эффективность рекомендаций подтверждена практикой внедрения результатов.

Область_п£именения основных результатов и рекомендаций го -ИГУ. Рекомендации относятся к таким неоднородный основаниям с горизонтальным залеганием пластов, где имеется в природном состоянии, или может быть подформирован в процессе инженерной подготовки территории, верхний слой (сочетание слоев) из песчаных разностей общей толщиной не менее 7 м, промежуточный слабый слой (сочетание прослоек) илов толщиной до' 6 м и подстилающий мало-сжимаемый слой толщиной не менее 5 м.

Внедсение_рез^ьтатов_2аботы. Основные результаты выполненных исследований использованы и используются в РосНШШ урбанио-тики (бывший "Ленгипрогор"), в Филиале № I ПКТИ "Спецстройпро-ект", в Управлении Строительства № 19 и внедрены в практику проектирования и строительства пяти объектов жилищно-коммунального хозяйства в г.Северодвинске с суммарным экономическим эффектом (в базовых ценах 1984 года) 611,37 тыс.рублей.

Апробадия_и_п2гбликации. Основные положения и результаты диссертации докладывались и были одобрены на совместных научно-технических семинаоах кафедр "Шельфовые и воднотранспортные сооружения" и "Подземные сооружения, основания и фундаменты" Санкт-Петербургского государственного технического университета, на технических советах главного технического управления Глав-спецстроя Российской Федерации, Управления Строительства * 19, ПИТО "Спецстройпроект", в комиссии по строительству при мэрии г.Северодвинска и опубликованы в двух статьях.

Ствдктцэа и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных литературных источников и двух приложений. Общий объем диссертации 178 страниц, включая 120 страниц машинописного текста, 10 таблиц, 58 рисунков. Список использованных литературных источников включает НЗ наименований, в том числе 2 5 иностранных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОШ

Во_введении отражается диалектика возникновения вопроса и обосновывается актуальность темы диссертации, отмечается негативные стороны свайных фундаментов и преимущества ФМЗ применительно к рассматриваемым ИРУ, формулируются научная новизна и практическая значимость работы, а также положения, выносимые на защиту, констатируется структурам объем диссертации.

В главе I анализируется состояние вопроса о работе неоднородных грунтовых оснований с ПСС под действием внешней нагрузки.

Анализ состояния вопроса выполнен на основе материалов, содержащихся в работах А.К.Бекетова, М.Боленски, Дж.Бурланда, Д. Бурмистера, Б.Д.Васильева, И.Ф.Вотякова, М.И.Горбунова-Посадова, М.Н.Гольдштейна, В.Н.Голубкова, Т.Н.Горовой, Б.И.Далматова, С.В. Довнаровича, А.Н.Драновского, П.А.Коновалова, Д.Е.Польшина, Ю.В. Россихина, С.Н.Сотникова, К.Терцаги, Г.М.Уличкина, В.А.Флорина, М.Харра и др. Оценивается опыт строительства ИСО с ФМЗ в ИГУ рассматриваемого типа, отмечаются особенности формирования НДС таких оснований под нагрузкой, рассматриваются способы учета неоднородности основания в современных методах расчета конечных осадок ИСО. Делаются выводы о том, что:

- специфические особенности формирования НДС неоднородных слоистых оснований под нагрузкой еще недостаточно изучены;

- существующие инженерные методы расчета конечных осадок ИСО применительно к слоистым основаниям дают широкий разброс результатов и, в силу употребления неадекватных способов учета неоднородности грунтовых напластований , не позволяют прогнозировать конечные осадки с приемлемой степенью достоверности;

- тождественное отражение физической картины НДС неоднородных оснований под нагрузкой мокет быть достигнуто с использованием моделей грунтовой среды, базирующихся на решениях смешанной упруго-пластической задачи в численной реализации ЖЗ;

- углубленное изучение и правильная инчсе'нерная трактовка работы многослойных грунтовых оснований актуальны, так как направлены, в частности, на реализацию преимуществ использования

Ч

экономичных ФМЗ в сложных ИГУ. \ Глава 2 содержит формулировки цели и задач диссертационных исследований. Цель работы уже была отражена выше, а основные задачи ее состояли в следующем: \ - посредством физического натурного эксперимента выявить картину развития деформированного состояния сложного грунтового основания обсуждаемого типа; *

- посредством численного эксперимента, опираясь на постулаты смешанной упруго-пластической задачи в численной реализации МКЭ и на результаты натурного эксперимента, выявить картину формирования и развития НДС грунтового основания под действием поэтапно наращиваемой внешней нагрузки;

- опираясь на результаты решения задач, сформулированных выше, разработать методику численного исследования НДС грунтовых слоистых оснований и инженерную методику определения конечных осадок ИСО для ИГУ указанной выше области применения;

- разработать практические рекомендации по использованию «МЗ и методике выполнения ППУО в ИГУ исследуемого типа;

- внедрить положительные результаты диссертации и накопленный опыт использования монолитных ФМЗ в практику проектирования и строительства ИСО применительно к рассматриваемым ИГУ.

Глава '3 посвящена изучению развития под нагрузкой деформированного состояния сложного грунтового основания в натурном эксперименте. В ней излагаются: задачи постановки эксперимента, описание экспериментального полигона и методики исследований, результаты эксперимента и их анализ, выводы по главе.

При проектировании ИСО с ФМЗ применительно к ИГУ рассматриваемого типа, расчетом, регламентирующим возможность использования ФМЗ в таких условиях, является расчет по второй группе предельных состояний. Исходя из этого обстоятельства и формулировались основные задачи постановки эксперимента:

- выявление физической картины развития деформаций основания в зависимости от внешней нагрузки и продолжительности ее действия;

- оценка роли и влияния на процесс деформирования основания в целом каждого из слагападх его слоев;

5

- выявление эффективности уплотнения основания посредством предпостроечной огрузки его грунтом с целью обеспечения в дальнейшем минимальных осадок возводимых на нем ИСО; определение МОД и их изменений под нагрузкой применительно к каждому из слоев, слагающих основание.

Для решения этих задач на экспериментальном полигоне одного из перспективных микрорайонов г.Северодвинска были проведены в натурных условиях, компрессионные испытания естественном оженно-го грунтового основания, геологическое строение которого характерно как для Архангелской области, так и для других обширных регионов Российской Федерации. Грунтовые напластования на этом пятне представляют собой довольно сложный комплекс отложений четвертичного периода из различных по диалогическому составу и физическим свойствам грунтов, на глубину до 25 м залегают послеледниковые и позднеледниковые морские отложения. На экспериментальном участке были выполнены комплексные инженерно-геологические изыскания (ИГИ), которые включали бурение восьми скважин с отбором образцрв грунта и последующим лабораторным определением их физико-механических свойств и статическое зондирование в четырех точках установкой СП-59, оборудованной зондом третьего типа.

В геоморфологическом отношении экспериментальный участок (общая площадь около'5 га) представляет собой относительно ровную площадку, сложенную горизонтальным напластованием (рис.1) полностью водонасыщенных грунтов. Характерной особенностью суглинистых илов в данном случае являются их тиксотропные свойства: в условиях естественного залегания или находятся в скрыто-пластичном состоянии, в случае же нарушения условий их природного залегания они теряют структурную прочность и переходят в те-кучепластичное и текучее состояние.

Огрузке посредством гицгонамыва песчаного грунта подвергалась центральная часть полигона разменами 80x60 м. Наблюдения за деформациями основания производились геометрическим нивелированием П-го класса. Измерения производились посредством нивелира НА-1 и прецизионной штриховой рейки, погрешность измерений не

6

ВюЛ. Реологическое строение экспериментального полигона • и пример кривых статического зондирования.

превышала 5 %. Система геодезичеоких знаков включала в себя три опорных глубинных репера и 28 осадочных грунтовых марок. Были использованы осадочные марки пяти типоразмеров: Ml...Мб погружались до отметки -1,0 и, M7...MI2 - до отметки -5,0 м, MI3...MI8

- до отметки. -10,0 м, MI9...M24 - до отметки -W.0 м и М25...КЕ8

- до отметки -16,0 м. В плане марки размещались группами: центральная группа марок в количестве 5 единиц фиксировала осадки в срединной части огрузочной пирамиды, контурная группа (15 единиц) располагалась по контуру проекции верхней площадки пирамиды (квадрат 30x30 м), периферийная группа (8 единиц) фиксировала осадки в пределах проекции откоса пирамиды. Количество марок с одинаковой глубиной погружения (4...5 единиц) было выбрано из того условия, чтобы можно было применить статистическую обработку результатов эксперимента.

, Огрузка экспериментальной площадки производилась посредством рефулирования песчаного грунта, укладываемого поэтапно (табл,1) в виде усеченной пирамиды в пределах дамб обвалования с откосами крутизной 1:2. На последнем этапе нагружения высота огрузочного массива составила 13,3 м,-размеры верхней площадки пирамиды -« 36x36 м, общий объем уложенного грунта - ^7 тыс.м. куб. В качестве ^критерия условной стабилизации вертикальных пе^ ремещений основания был принят градиент осадок 5 мм/год.

Таблица I

Режим нагружения поверхности экспериментального полигона

Этап :Толщина :Приращение :0бщая Суммарное продолжительна- :слоя укла-:интенсивнос-:высота:давление на:ность выдерж-груже-.дываемого .ти давле- .масси-.основание, .ки нагрузки, ния ггрунта, м :ния, МПа ;ва, м ; Mia : мес

I 2,0 ■ 0,032 2,0 0,032 9

П 5,9 0,093 7,9 ; 0,125 8

- Ш ' 5,4 0,085 13,3 0,210 18

■Помимо наблюдений за осадочными марками, перед началом ис-. питаний и на конечной стадии выдержки каждого из этапов нагруже-

>^ия1в четырех точках центральной части полигона выполнялось статическое зондирование основания.

' Натурный эксперимент .продолжался в общей сложности месяц. '

Основные результаты выполненного натурного эксперимента сводятся к следующему:

1. Выявлена физическая картина деформирования сложного грунтового основания под нагрузкой во времени. Зафиксированы осадки как. основания в целом, так и каждого из слагающих его слоев в отдельности в широком диапазоне изменения внешней нагрузки. При этом установлено, что:

- наиболее интенсивно.осадки разливаются о того момента, о которого внешняя нагрузка начинает превышать 0,йг. ..0,15 МПа;

- до 60'...70 % стабилизированной осадки дневной поверхности территории приходится на период технологического увеличения внешней нагрузки и до 30...kO % - на период последующей выдержки ее вплоть до условной стабилизации перемещений.

2. Показано, что под действием предпосгроечной огрузки, равно как и под весом построенных ИСО, неоднородное слоистое основание способно уплотняться и существенно улучшать свои дефор-мативные характеристики. Это выражается, в частности, в том, что МОД грунтов каждого из слагающих .основание слоев с ростом внешней нагрузки увеличиваются. При нагрузке 0,11...0,13 Ша наиболее эффективно уплотняются верхние пески (пылеватые и мелкие),

в меньшей степени - нижележащие пески (пылеваты заиленные) и илы. Период условной стабилизации осадок при таких нагрузках составляет 6...7 месяцев. Пик интенсивности увеличения модулей деформации песков верхних разностей и ила' отмечен при нагрузке 0,125 МПа, при дальнейшем увеличении нагрузки приращения модулей существенно уменьшаются.

По достижении условной стабилизации осадок под конечной нагрузкой (0,210 МПа) МОД в среднем составили:

- песков верхних пылеватых и мелких - 10,2 М1а (против на-, чальных 5,75 Ша);

- песков пылеватых заиленных,- 6,8 МПа (против 5,0 Ша);

- илов - 2,1 МПа (против 1,5 МПа).

3. Весьма важную в функциональном отношении роль - роль демпфера и перераспределителя вертикальных давлений в структурном составе идентифицированного ВНС играют срединные слои песков: мелкого и пылеватого заиленного.

Илы суглинистые способны достаточно хорошо работать по восприятию избыточных вертикальных давлений в том случае, если не будет нарушено никакими видами прямого воздействия (ударное, " вибрационное, подмыв) их природное тиксотропное состояние залегания. Результаты компрессионных испытаний илов, выполненных АрхТИСИЗом по стандартной методике, в рабочем диапазоне нагрузок 0,1...0,2 Ша дают модули деформации, заниженные, по сравнению с нашими данными, в среднем на %.

5. Корреляционные коэффициенты линейной- связи между сопротивлением .грунтов погружений зонда при СЗ основания и МОД грунтов, характерных для рассматриваемого региона страны, составляют: для песков пылеватнх - 2,21, для песков мелких - 2,32, для песков пылеватых заиленных - 1,96, для илов суглинистых - 1,87. Рекомендуемый СНиПом для песчаных грунтов корреляционный коэффициент 3,00, по нашим данным, существенно завышает МОД пеоков данного региона.

Глава ^ отражает процесс и результаты изучения НДС неоднородных грунтовых оснований, находящихся под нагрузкой, посредством численного эксперимента. В главе описаны: выбор и адаптация математической модели основания (ММО) и реализующей вычислительной программы, численный эксперимент и его результаты. . ,

Анализ теоретических разработок и экспериментальных данных, приведенных в работах В.А.Флорина, А.К.Бугрова,.И,П.Бойко, К).К.-; _ Зарецкого, М.В.Малышева, В.Н.Николаевского, А.В.Пилягина, А,Б."-Фадеева, Д.Друккера, З.Прачера, З.Мроза и других исследователей, свидетельствуют о том, что наиболее полный учет нелинейных свойств и определение НДС грунтовой среды, имеющей зоны допредельного и предельного оавновесия грунта со смещающейся при на-гружении границей между ними, относится к решению смешанной задачи теории упругости и теории пластичности грунтов. Решение такой задачи особенно необходимо в случаях возведения ИСО на сла-

^ых/грунтах в связи с появлением в них развитых областей предельного равновесия. В настоящей работе использованы общая постановка и решение смешанной задачи, разработанные профессором А.К.Бугровым.

Для решения задачи использована упруго-идеальнопластичес-кая ММО (модель тела Прандтля), для описания которой требуется всего четыре параметра грунта: модуль общей деформации, коэффициент Пуассона, сцепление и угол внутреннего трения, которые могут быть определены на стандартных лабораторных приборах по стандартным методикам. Согласно концепции выбранной ММО грунт представляется континуальной средой подчиняющееся в допредельном НДС обобщенному закону Гука с использованием МОД и коэффициента Пуассона или другой пары деформационных параметров - модуля сдвига и модуля объемной деформации К. В случае постоянства этих попарных параметров закон деформирования линеен. Установленный в ходе натурного эксперимента нелинейный характер деформирования грунтов основания полигона предлагается учитывать в упрощенном варианте, когда меняется только модуль общей деформации, а коэффициент Пуассона остается постоянным. Для описания перехода грунта в предельное состояние в дифференциальных соотношениях, отражающих процесс пластического дефоргарования последовательностью малых приращений деформаций, применена пластическая матрица, полученная А.К.Бугровым для условия предельного состояния (текучести4) Кулона и ассоциированного закона пластического течения.

Положения о деформируемости грунта в ранках выбранной МЯО справедливы при мгновенном восприятии внешней нагрузки скелетом грунта. Однако в водонасышенных грунтах возможна временная задержка, связанная с их консолидацией, которая зависит от водопроницаемости грунтов, характеризуемой коэффициентом фильтрации '-(К'5). Применительно к рассматриваемым ИГУ консолидация основания в целом определяется процессом уплотнения илов. Для оценки необходимости решения задачи об НДС такого слоистого основания в рамках теории консолидации решалась одномерная задача консолидации полностью вопонасышенного слоя ила, дренированного по верхней и нижней границам. Били получены графики пазисстости вре-

II

менрт консолидации от мощности слоя ила, построенные для КФ от 10 до Ю-9 м/с при МОД I, 2 и 3 МПа. При этом было показано, что: К$ данных илов составляют 10 ...10 м/с, с помопьв графиков можно прогнозировать длительность консолидации слоя илов известной мошнооти в реальном диапазоне изменения МОЛ в процессе; уплотнения этого олоя, расчеты слабых слоистых оснований рассматриваемого типа могут базироваться на упруго-идеальнопласти- . ческой ММО и выполняться без учета консолидации.

В численном эксперименте была использована вычислительная программа для ПЭВМ типа IBM PC/AT, разработанная на гидротехническом факультете СПбГТУ и реали^уицая наиболее простой вариант ШЭ - метод перемещения в условиях задачи плоской деформации. Система уравнений включает алгебраические линейные уравнения, решаемые относительно неизвестных перемещений в узлах расчетной схемы. В основу алгоритма Полсвен метод последовательного нагру-жения, решение нелинейной (смешанной) задачи сводится к последовательности решения линейных задач о, изменяющимися жесткостными характеристиками расчетной области в результате перехода в плао-тичеокое состояние одного или группы наиболее нагруженных конечных элементов. В связи о этим допустим учет нелинейного деформирования грунта в допредельном состоянии путем введения в упругую матрицу секущих модулей деформации, меняющихся в зависимости от нагрузки.

Численный вксперимент выполнялся с целью изучения НДС грунтового основания опытного полигона и отработки методики численных исследований оснований такого рода в целом. Профиль огрузоч-ного массива в форме равнобедренной трапеции и горизонтальное напластование слоев позволили использовать симметрии исходной картины при составлении расчетной схемы.

Основные выводы по главе сводятся к следующему:

- сопоставление результатов расчетов с данными натурного эксперимента свидетельствует в пользу выбранной №10 как основной расчетной модели (адекватна натуре, и удобна для инженерных расчетов) при прогнозировании НДС неоднородных напластований'с ВНС и ГГСС; для стабилизированного состояния основания расчеты могут выполняться без учета консолидации; /

12

)

/ I - модель ЛДС удовлетворительно отражает деформационные процессы в основании при внешних нагрузках до 0,05 МПа;

- на формирование НДС слоистого основания наиболее существенно влияют МОД и мощности слабых слоев, и, в гораздо меньшей . степени, - прочностные характеристики грунтов основания; на слабые слои приходится до 40 % от вертикальных перемещений, суммарно формирующих конечную осадку дневной' поверхности территории; при существенных внешних нагрузках зоны предельного равновесия концентрируются, главным образом, в слабых слоях, например, при давлениях, соответствующих весу девятиэтажного жилого дома, они распространяются вплоть до нижних песков;

- удовлетворительное согласование результатов численного и натурного экспериментов позволяет рекомендовать методику численного исследования в качестве инструмента для расчетов и изучения НДС грунтовых оснований рассматриваемого типа.

В главе 5 излагаются способы определения конечных осадок ИСО с ФМЗ на основе вышеописанного численного метода, а также посредством оригинальной инженерной методики, не требующей применения ЭВМ, но основанной на результатах нескольких серий численных расчетов.

Сущность инженерной методики состоит в-том, что конкретное напластование, грунтов интерпретируется в обобщенную схему двухслойного основания с выделением ВНС и ПСС, их толщин и МОД; фундамент характеризуется обобщенным параметром, в который входят площадь пятна здания, его периметр и удельное давление на основание, а осадка определяется с использованием системы графиков, представленных в приложении I диссертации.

Стабилизированные осадки трех зданий, построенных в г.Северодвинске, замеренные в натуре и рассчитанные различными методами, представлены в табл.2.

•В выводах по главе отмечается:

- методика определения конечных осадок, рекомендуемая СНиПом и базирующаяся на модели ЛДС, дает результаты, на 19... 22 % заниженные по сравнению с натурными данными;

- численный метод, базирующийся на М"0 в виде упруго-иде-альнопластической сплошной среды, и предлагаемая инженерная

методика дают результаты, отличающиеся от натурных данных не более, чем на % в большую сторону.

Таблица 2

Стабилизированные осадки некоторых зданий

•Стабили-' Наименование :зирован-: здания .ная . СНиП

'осадка .-2.02.01-83 : в на-: .туре, мм.

: ' : мм: %

_Мет оды расчета

•Численный с ис- 'Оригинальный пользованием уп-¡инженерный ругоплаотической модели•

Корпус детской больницы

Цех хлебозавода № I .

Блок отстойников ВОС-2

108 121 376

84 ^-22

9&/ -19

/

301 -20

мм

118 135 408

мм:

+ 9 +12 + 8

122 +13 138 +14 417 +11

Глава_6 содержит практические рекомендации по применению ФМЗ на основаниях с ПСС, области применения основных результатов и рекомендаций, констатацию эффективного внедрения основных положений.

Основные положения комплекса поактических рекомендаций состоят в следующем:

- в качестве основного метода выявления картины напластований и оценки строительных свойств грунтов целесообразно использовать метод СЗ в сочетании с непрерывным сейсмопрофилированием и бурением скважин лишь для идентификации грунтов и их физико-механических характеристик;

- МОД грунтов следует определять по данным СЗ пересчетом с использованием корреляционных коэф4"ииечтов связки;

- предпочтительным типом для рассматриваемых ИГУ следует считать плитные монолитные железобетонные фундаменты;

- расчет НДС слоистого грунтового основания под нагрузкой от веса проектируемого "СО (или от сгрузочной пирамиды) с автоматическим определением конечной осадки следует выполнять численным методом с использованием ММО в виде упруго-пластической

СПЛОШНОЙ среды; если нужно знать только конечную осадку, можно определить ее, воспользовавшись предлагаемой здесь инженерной методикой;

- категорическим условием первичной подготовки основания под ИСО с ФМЗ является удаление залегающих с поверхности слоя торфа и прослойки суглинка, если они имеются на данном пятне застройки;

- имея в виду, что в рассматриваемых ИГУ территория под застройку создается, как правило, посредством гидронамыва песка с подъемом естественных отметок на 2...3 м и при этом сначала компенсируется объем грунта в пределах толщины слоя удаленного торфа, целесообразно пролонгировать процесс гидронамыва и использовать его как единый технологический цикл не только для подработки территории, но и, в случае надобности (выявляется при вариантном проектировании), для ППУО, которое полезно проводить как раз при возведении ИСО, имеющих развитую площадь опирания. на грунт,

и при толщине слабого слоя не менее трех метров;

- при проведении ППУО огрузку целесообразно выполнять на пятне размерами не менее.чем 100x100 м, используя одновременно большую часть огрузочной пирамиды как резерв качественного грунта для других нужд строительного производства; нагрузка должна быть

в пределах 0,12...0,Ша (огруэочная пирамида высотой 6...8 м), а длительность ее действия практсчески в пределах одного года (от 6 до II месяиев); разборку огрузочной пирамиды нужно производить с учетом того, чтобы период времени с момента разгрузки основания до начала возведения объекта был как можно меньшим;

- следует поставить на широкое обсуждение вопрос о необходимости пересмотра регламентации СНиПом допустимых осадок ИСО с $МЗ в сторону их увеличения при условии строгого соблюдения требований этого документа в части степени равномерности оседания, увеличение допускаемых осадок ИСО с ФМЗ целесообразно в связи с тем, что активное использование плитных фундаментов может дать в целом по стране весьма существенный технико-экономический эффект.

Суммарный реальный экономический эффект внедрения основных результатов и рекомендаций по пяти ИСО в г.Северодвинске составил (в базовых ц"енах 1984 г.) 611,37 тыс.рублей,что подтверждается копиями актов внедрения, представленными в.приложении 2 дис- ^^

сертации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты диссертационной работы состоят в следу- .

ющем:

1. В рамках очерченной области применения по инженерно-геологическим условиям обоснована физическая возможность и тех-, нико-экономическая целесообразность использования неоднородных г.рунтовых напластований с верхним несущим слоем и промежуточным слабым слоем в качестве оснований инженерно-строительных объектов с экономичными монолитными, преимущественно плитными, фундаментами мелкого заложения.

2. Посредством комплексного натурного эксперимента:

- уточнены физика явления и существующие представления о развитии деформированного состояния слоистых оснований и сделана оценка роли каждого из слоев в зависимости от внешней нагрузки и длительности ее действия;

- впервые установлено, что процесс активного предпостроеч-ного уплотнения оснований огрузкой грунтом, характеризующийся увеличением модулей общей деформации слагающих основание слоев до 60 % по песчаным разностям и до 30 % по илам, совершается при постепенном наращивании удельной внешней нагрузки до 0,12...0,15 МПа; продолжительность-стабилизации деформированного состояния грунтчвого основания составляет при этом от 7 до 10 месяцев; наращивание огрузки сверх указанной интенсивности практически неэффективно;

- для региональных инженерно-геологических условий Архангельской области получены-корреляционные коэффициенты линейной связи, позволяющие, используя эмпирическую зависимость известного ранее вида, определять модули общей деформации песчаных и илистых грунтов слоистого основания по результатам его статического зондирования практически в. реальном масштабе времени. ■

3. Выбрана и адаптирована к рассматриваемым инженерно-геологическим условиям математическая модель системы "фундамент-основание", базирующаяся ча репеччх смешанной упруго-пластической задачи. Сопоставление результатов численного исследования напря-

1|(ен|ю-деформироБанного состояния слоистых оснований с данными натурных экспериментов и наблюдений подтвердило правомерность использования принятой модели и достоверность получаемых с ее помощью результатов.

На базе отлаженной совокупности приемов автоматизированного расчета напряженно-деформированного состояния оснований со слабым слоем методом конечных элементов, впервые предложена инженерная методика определения конечных осадок инженерно-строительных объектов с фундаментами мелкого залсисения, не требующая применения ЭВМ, но обеспечивающая практически столь же достоверные результаты.

5. Разработаны практические рекомендации по использованию фундаментов мелкого заложения и по предпостроечному уплотнению оснований ог'рузкой грунтом применительно к исследованным инженерно-геологическим условиям.

6. Основные результаты выполненных исследований внедрены в практику проектирования и строительства пяти объектов с суммарным реальным экономическим эффектом (в базовых ценах I98V г.) шестьсот одиннадцать тысяч триста семьдесят рублей.

Основные положения диссертации опубликованы в статьях:

1. Ледяев C.B. Опыт использования плитного фундамента при строительстве гражданского здания на слабых грунтах. // Монтажные и специальные стпоительные работы. Вып.2. - М.: ПКТИ "СпецстроП-проект", 1991. -С.1-7.

2. Ледяев C.B. Натурные исследования уплотнения слабого слоистого основания пригрузко!*. // Монтажные и специальные строительные работы. Вып.З. - Я.: ПКТИ "Спецстройпроект", 1991. -

С.1-6.

3. Ледяев C.B. Численное исследование иапряженно-деформиро-ванного состояния слабого слоистого основания. Статья принята к опубликованию и сдана в набор.

Сдано в нябор Бесплатно

Заказ № ЗЪ • Тирад 100 экз.

Ротопринт СП6ГГУ,195251.Санкт-Петербург,Политехническая,29

17