автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Определение оптимальных размеров грунтоцементного массива, снижающего перемещения ограждений глубоких котлованов

005004187

На правах рукописи

Готман Юрий Альфредович

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ ГРУНТОЦЕМЕНТНОГО МАССИВА, СНИЖАЮЩЕГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОГРАЖДЕНИЙ ГЛУБОКИХ КОТЛОВАНОВ

05.23.02 - Основания и фундаменты, подземные сооружения 05.23.11 - Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей

- 1 ДЕК 2011

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2011

005004187

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» (МИИТ).

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор

Ильичев Вячеслав Александрович

Научный консультант: Официальные оппоненты:

кандидат технических наук Черняков Андрей Валерьевич

доктор технических наук, профессор

Шейнин Владимир Исаакович

кандидат технических наук Шишкин Владимир Яковлевич

Ведущая организация: ОАО «Научно-исследовательский институт

транспортного строительства» (ОАО ЦНИИС)

Защита состоится:

Защита состоится 14 декабря 2011 г. в 15:00 час. на заседании диссертационного совета ДМ 218.005.05 в Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) по адресу: 127994, Россия, ГСП-4, г.Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9, зал заседаний 7-го корпуса МИИТа.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета путей сообщения. Отзывы на автореферат диссертации в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять по адресу диссертационного совета.

Автореферат разослан 9 ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат техн. наук, доцент

Шавыкина М. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Освоение подземного пространства - одно из важнейших направлений развития крупных городов. При этом актуальными задачами являются обеспечение безопасности и сохранение нормального режима эксплуатации существующих зданий и сооружений (дороги, мосты, тоннели и коммуникации), а также минимизация сроков строительных работ, создающих неудобства движению транспорта и жителям города.

В последние годы для решения этих задач стала применяться струйная геотехнология, позволяющая создавать в грунте грунтоцементный массив (далее ГЦМ) практически любой формы, физико-механические свойства которого могут на несколько порядков превышать свойства грунта.

Основная техническая идея работы состоит в том, что грунтоцементный массив, сформированный до начала откопки, позволит в стесненных условиях города при наличии только верхнего яруса крепления производить разработку грунта в котловане сразу на всю проектную глубину. Устройство верхнего перекрытия-распорки необходимо для организации движения наземного транспорта, при этом отсутствие промежуточных креплений значительно ускорит производство работ и сократит сроки строительства, а деформации окружающих зданий и сооружений не превысят допустимых величин.

Основная научная идея заключается в предположении, что существует такая оптимальная форма и размеры грунтоцементного массива (ГЦМ), при которых для каждых конкретных исходных данных максимальное перемещение ограждения при откопке не превышает заранее заданных величин, обусловленных допустимыми осадками окружающих зданий и сооружений. Однако до настоящего времени отсутствуют какие-либо методы определения требуемых геометрических параметров грунтоцементного массива, обеспечивающих заданные деформации.

Таким образом, на основании известной и хорошо изученной связи горизонтальных перемещений ограждения и вертикальных деформаций поверхности грунта, а также фундаментов зданий и сооружений основным расчетным критерием, определяющим необходимые геометрические параметры ГЦМ, является горизонтальное перемещение ограждения котлована как основной источник возникновения деформаций грунтового массива при откопке.

Целью настоящего исследования является создание расчетного метода определения оптимальных геометрических параметров грунтоцементного массива, при которых максимальное горизонтальное перемещение ограждения не превысит требуемых значений при откопке котлована.

Основными задачами работы являются следующие.

■ Анализ опыта применения струйной геотехнологии при откопке глубоких котлованов и последующее определение зон расположения ГЦМ, размеры которых подлежат оптимизации в данной работе.

■ Обоснование применения расчетной модели балки на упругом основании для описания напряженно-деформированного состояния системы «ог-раждение-ГЦМ-грунт».

■ Постановка и решение задачи оптимального проектирования системы «ограждение-ГЦМ-грунт», когда предметом оптимизации является коэффициент жесткости основания, характеризующий систему «ГЦМ-грунт», а основные ограничения накладываются на горизонтальные перемещения ограждения котлована.

• Проведение численного эксперимента для исследования поведения и взаимодействия ГЦМ с ограждением при откопке котлована.

* Разработка методики определения непосредственно оптимальных размеров ГЦМ, соответствующих оптимальному коэффициенту жесткости основания, который обеспечивает заданные минимальные перемещения ограждения котлована.

■ Оценка результатов оптимизации путем проведения численного эксперимента для оптимальных размеров ГЦМ, полученных в различных расчетных случаях, и проверка соответствия экспериментальных данных о перемещениях ограждения изначально заданным значениям.

Научная новизна.

1. Сформулированы и обоснованы основные допущения и предпосылки для использования модели балки на упругом винклеровском основании в качестве расчетной модели оптимального проектирования системы «ограж-дение-ГЦМ-грунт».

2. Составлен поисковый вычислительный алгоритм оптимального проектирования системы «ограждение-ГЦМ-грунт» для определения оптимального коэффициента жесткости основания по высоте ограждения, где основные ограничения накладывались на горизонтальные перемещения системы.

3. Дана научно обоснованная методика, позволяющая вычислять оптимальные размеры ГЦМ, соответствующие оптимальному коэффициенту жесткости системы «ГЦМ-грунт» , с использованием стандартных методов расчета массивных подпорных стен.

Практическая значимость работы заключается в следующем.

■ Разработан расчетный метод, позволяющий определять оптимальные размеры ГЦМ, исходя из предельно допустимых перемещений всей конструкции ограждения.

■ Предложено инженерное решение, где ГЦМ используется для раскопки котлована с устройством только верхнего яруса крепления ограждения котлована при условии, что осадки окружающих зданий и сооружений будут соответствовать нормативным требованиям.

■ Разработана программа на ЭВМ, реализующая алгоритм оптимального проектирования системы «ограждение-ГЦМ-грунт» при 1-ом ярусе крепления ограждения только в верхней точке.

Результаты работы внедрены при проектировании подземного многофункционального комплекса "Тверская застава" в г. Москве.

Методологической базой исследований является анализ взаимодействия системы «стена подземного сооружения-ГЦМ-грунт» путем проведения численных исследований, анализ различных решений задачи о горизонтальных перемещениях ограждения котлована, а также методов оптимального проектирования механических систем.

Для решения сформулированных задач использованы методы строительной механики, вариационного исчисления и оптимального проектирования.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций предопределяется применением основных положений и моделей классической механики грунтов и проверкой полученных результатов в сертифицированных геотехнических расчетных программах, реализующих МКЭ с использованием верифицированных нелинейных моделей грунта.

Апробация работы.

Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались:

• на научно-практических конференциях "Актуальные вопросы инженерной геологии, механики грунтов и фундаментостроения" в СПбГАСУ в Санкт-Петербурге в 2009 г. и 2010 г.

• на 20-й Европейской конференции молодых геотехников в Брно в 2010 г.

На защиту выносятся совокупность научных положений, на базе которых разработаны метод, расчетный алгоритм и компьютерная программа определения оптимальных геометрических параметров грунтоцементного массива, примыкающего к стене ограждения котлована, при устройстве подземного пространства только с верхним ярусом крепления и дальнейшей откопкой сразу на всю глубину котлована.

Автор выражает слова глубокой признательности и благодарности научному руководителю акад. РААСН, д. т. н., проф. В. А. Ильичеву, за консультативное участие президенту ООО «НПО «КОСМОС» к. т. н. А. В. Черняко-ву, зав. кафедрой строительной механики ТГАСУ акад. РААСН, д. т. н., проф. Л. С. Ляховичу, зав. лабораторией № 7 НИИОСП им. Н. М. Герсевано-ва к. т. н. Д. С. Разводовскому и зам. генерального директора ООО «Подзем-проект» к. т. н. М. М. Туликову.

Публикации.

По материалам выполненных исследований опубликовано 4 работы, из них 3 в издании, рекомендуемом ВАК РФ для кандидатских диссертаций.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов общим объемом 185 стр. печатного текста, включая 76 рисунков, 11 таблиц, список литературы из 144 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность проблемы исследований, сформулирована цель работы; обозначены решаемые автором задачи, обоснована достоверность полученных результатов. Кроме того, во введении доказывается научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе выполнен литературный обзор, дан краткий анализ эффективных методов устройства подземного пространства с применением струйной геотехнологии, методов расчета ограждений котлованов, а также расчетного опыта оптимального проектирования конструкций, сформулированы цель и задачи исследования.

Опыт проектирования и устройства ограждений глубоких котлованов, а также методов расчета ограждений, в том числе с применением струйной геотехнологии, освещен в статьях российских ученых Бройда И. И., Зарецко-го Ю. К., Ильичева В. А, Колыбина И. В., Карабаева М. И., Коновалова П. А., Конюхова Д. С., Лернера В. Г., Маковского И. В., Маковского JI. В., Мали-нина А. Г., Никифоровой Н. С., Петрухина В. П. ,Улицкого В. М., Ухова С. Б., Чернякова А. В., Шашкина А. Г., Шишкина В. Я., Шейнина В. И., Шу-лятьева О. А., Юркевича П. Б., Ястребова П. И. и зарубежных авторов Simpson В., Powrie W., Poulos Н. G., Carter J. P., Small J. C., Chang -Yu Ou и др.

Из анализа опубликованных материалов выявлено, что устройство ограждения котлована способом «стена в грунте» с предварительным укреплением грунта у бортов котлована (созданием грунтоцементных массивов) струйной геотехнологией является наиболее прогрессивным и универсальным решением в сочетании с технологией строительства подземного сооружения «сверху-вниз» под защитой только одного перекрытия в уровне поверхности земли как для строительства тоннелей (полузакрытый способ), так и для развитых в плане подземных комплексов в стесненных условиях города. Основным расчетным требованием при этом является ограничение деформаций окружающих зданий и сооружений и связанных с ними горизонтальных перемещений ограждения.

Высокие показатели прочностных и деформационных характеристик грунтоцемента как относительно однородного материала, а также технологические возможности получения заданных форм грунтоцементного массива позволяют эффективно использовать его как несущий элемент ограждения подземного сооружения; возводимого по технологии «сверху-вниз» под защитой только одного перекрытия в уровне поверхности земли. Однако грун-тоцементный массив в мировой практике строительства подпорных сооружений редко рассматривается как несущий элемент, т. е. как альтернативное решение взамен внутренних конструкций крепления, в связи с отсутствием каких-либо норм, подходов или соответствующих апробированных методик расчета.

При расчетах ограждений подземных сооружений применяются аналитические методы расчета активного и пассивного давлений и их соотношений

на основе теории предельного равновесия и численные методы расчета напряженно-деформированного состояния стены и прилегающего грунта, используя нелинейные модели сплошных сред, или нелинейные контактные модели, выбираемые в зависимости от типа грунтов и конструктивных особенностей сооружения. Аналитические методы расчета на основе теории предельного равновесия развивались российскими и зарубежными учеными Клейном Г. К., Чеботаревым Г., Бреннеке Л., Ломейером Э„ Якоби Э. К., Терцаги К., Гончаровым Ю. М., Малиновой Т. А., Будиным А. Я., Ренгач В. Н., Соколовским В. В., Федоровским В. Г., Briske R., Hansen J., Rowe P. W. и др. Особенности работы гибких подпорных стен вышеперечисленными авторами учитывались введением искусственных коэффициентов, определенных опытным путем, при этом рассматривались предельные состояния грунта за стенкой, что в большинстве случаев достигается при больших горизонтальных перемещениях.

В условиях стесненной городской застройки значительные горизонтальные деформации ограждающих конструкций котлованов, при которых грунт за стенкой ограждения находится в предельном состоянии, не допускаются. Поэтому наиболее предпочтительными методами расчета являются методы, рассматривающие допредельное состояние грунта, когда перемещения ограждения незначительны. К таким методам относятся численные методы с применением процедуры МКЭ или метода конечных разностей с использованием нелинейных моделей сплошных сред или нелинейной контактной модели винклеровского основания. Применение численных методов при проектировании ограждений котлованов освещается в статьях Ильичева В. А., Ухова С. Б., Колыбина И. В., Крыжановского А. Л., Зарецкого Ю. К., Кара-баева М. Ю„ Улицкого В. М., Шашкина А. Г., Шишкина В. Я., Савицкого В. В., Шейнина В. И., Brooks N. J, Spence J. F., Yang, Padfield С. J., Mair R. J, Potts D. M и др. Подробный обзор методов расчета (аналитических и численных) приведен в монографии Chang -Yu Ou. В этих работах отмечается удовлетворительная сходимость расчетных и измеренных горизонтальных перемещений ограждений при ZD численном моделировании и применении упрочняющейся модели грунта (HS), а применение 3D моделирования позволяет в среднем на 25% сократить расход арматуры стен. Не отрицается также и использование контактной модели винклеровского основания, рекомендуемой для оценки давлений грунта и горизонтальных перемещений. При этом выделяется основная проблема, усложняющая использование этого метода, а именно определение коэффициента жесткости опор, моделирующих грунт.

Рассмотрен опыт применения оптимального проектирования конструкций и фундаментов с использованием математической теории оптимизации, который освещен в работах Хога Э., Ароры Я., Лазарева И. Б., Ляховича Л. С., Баничука Н. В., Трафимовича В. В., Пермякова В. А., Олькова Я. И., Лихтарникова Я. М., Почтмана Ю. М., Винокурова Е. Ф., Бакирова Р. О., Лоя Ф. В., Ильичева В. А., Шейнина В. А., Бобырь Г. А., Зазиянца В. А., где в математические модели помимо уравнений, описывающих напряженно-де-

коллектор

Сущ. зданре.

колонны

«стена в

грунте»

котлована

Максимально возможные размеры области

грунтоцемента, V,,,

Окружающий грунт

формированное состояние конструкций, вводятся ограничения, отражающие специфику конструирования, изготовления и монтажа. Анализ применения методов оптимизации в геотехнике показал, что, несмотря на обширные разработки в области оптимального проектирования механических систем и конструкций, вопрос оптимизации гибких подпорных стен, защемленных в основание, практически не рассматривался. Оценка оптимальности объемов закрепления грунта для повышения жесткости подпорных стен, а также всей системы «подпорное сооружение-закрепленный грунт-грунт» проводилась только в рамках вариантного проектирования. Универсальные методики оптимизации подобных конструкций в научной и технической литературе не встречались.

Во второй главе расчетным путем подтверждается эффективность использованиям ГЦМ для поставленных целей, в результате чего формулируется условие и производится постановка задачи оптимального проектирования.

Условие задачи представлено на рис. I и записано ниже.

Распорка- Действующий

перекрытие

Глубина котлована

Рис. 1. Условие задачи: Требуется определить минимальный объем закрепления (область) грунта струйной технологией Угц —> min при условии, что горизонтальные перемещения ограждения при откопке котлована не превысят определенного заданного значения, т. е. < £Пред-

Опираясь на сформулированные условия задачи оптимального проектирования, произведена ее математическая формализация, определяющая дальнейший ход решения. Формализация включает расчетную модель оптимизируемой системы и математическую модель оптимизации.

В качестве расчетной модели, описывающей НДС ограждения, при наличии примыкающего ГЦМ в составе грунта (система «ограждение-ГЦМ-грунт») принята модель балки на упругом винклеровском основании, где балкой является ограждение котлована, а упругим основанием - система «ГЦМ-грунт». В качестве оптимизируемого параметра принят коэффициент жесткости основания, характеризующий поведение системы «ГЦМ-грунт».

Расчетная модель балки на упругом винклеровском основании для системы «ограждение-грунт», но без учета ГЦМ, описана в работах зарубежных и российских ученых и успешно реализована в различных программных комплексах. При этом учитывается возможность работы грунтового массива как в предельном (пластическом), так и допредельном (упругом) состоянии.

Так как главной целью применения и проектирования ГЦМ является обеспечение сохранности окружающих зданий и сооружений, а допустимые дополнительные осадки для большинства объектов находятся в диапазоне 2..30 мм, то для котлованов глубиной более 10 м горизонтальные перемещения ограждений в большинстве случаев должны находиться в области малых значений. В связи с этим в расчетах может рассматриваться только допредельное состояние грунтового массива (в нашем случае системы «ГЦМ-грунт»), характеризуемое малыми перемещениями ограждения, при которых предельное состояние по Кулону еще не наступает и поэтому реализоваться не может. В связи с этим основными допущениями применения данной расчетной модели при решении поставленной задачи являются следующие.

Допущение 1. Перемещение грунтоцементного массива в составе грунта линейно зависит от нагрузки, соответствующей боковому давлению грунта в состоянии покоя.

Допущение 2. Давление грунта с внешней стороны котлована на контакте с грунтоцементным массивом принимается постоянным и равным боковому давлению грунта в состоянии покоя.

С учетом введенных допущений до момента откопки ограждение рассматривается как балка, защемленная с двух сторон преднапряженными пружинами (рис. 2,а), причем величина преднапряжения соответствует боковому давлению грунта в состоянии покоя qg. В начальный момент откопки котлована (рис. 2,6) система выводится из положения равновесия, в результате чего ограждение переместится внутрь и система переходит в новое равновесное состояние (рис. 2,в).

Таким образом, поведение ГЦМ в составе грунта при откопке котлована описывается работой упругих преднапряженных пружин.

Пружины с наружной стороны котлована разожмутся и соответственно боковое давление (нагрузка) на ограждение снизится с q0-¡ до (рис. 2,в)

<7i = <7oi - &гц1 * z, (1)

где кщ1 - коэффициент жесткости, соответствующий работе ГЦМ в составе грунта выше дна снаружи котлована; z - горизонтальное перемещение ограждения.

Упругие преднапряженные пружины

Упругие преднапряженные пружины

Дно

котлована

Дно

котлована

Дно

котлована

Линия изгиба ?.(*,)

Линия изгиба г(х)

Разжатие пружин

Дно

котлована

Котлована

Сжатие пружин

Рис. 2. Равновесное состояние системы до начала откопки (а); система в начальный момент откопки (б); новое равновесное состояние системы (в)

Пружины ниже дна котлована с внутренней стороны сожмутся и соответственно боковое давление (реактивное давление) на ограждение увеличится с ц02 до <?2 (рис. 2,в)

<72 =<7о2+*тц2*2> (2>

где кгц2 - коэффициент жесткости, соответствующий работе ГЦМ в составе грунта ниже дна внутри котлована.

Следуя допущениям 1 и 2, введем условия, исключающие возможность перехода системы «ГЦМ-грунт» в предельное (пластическое) состояние для модели винклеровского основания.

Для ГЦМ выше дна с внешней стороны котлована

= 401 ~ Кщ *2>0, (3)

где кгц1 - коэффициент жесткости, соответствующий работе ГЦМ в составе грунта выше дна снаружи котлована.

Для ГЦМ ниже дна с внутренней стороны котлована

Чг = <7О2 + КЦ2 * г < ЯгЦ, (4)

где кгц2 - коэффициент жесткости, соответствующий работе ГЦМ в составе грунта ниже дна внутри котлована.

Таким образом, давление грунта с внешней стороны котлована на ограждение <7Х (3) может быть снижено до нуля (т. е. частично или даже полностью воспринято ГЦМ при перемещении ограждения). Давление грунта на ограждение ниже дна с внутренней стороны котлована щ2 (4) может быть увеличено до величины отпора которая зависит от размеров ГЦМ.

В соответствии со схемой на рис. 2,в давление на ограждение выше дна котлована определяется выражением (1)

Я = <?1 = 9о1 - кгщ * (5)

а ниже дна котлована - суммарным давлением

<7 = (<7о1 ~ кгр * г) - (<702 + кГц2 * г) = - с?02 - (кгр +

+ ^гц2) * ^

где ктр - коэффициет жесткости грунта ниже дна снаружи котлована, который принимается равным нулю в связи с малостью по сравнению с кщ2.

Подставив выражения (5) и (6) в уравнение изогнутой оси балки, получим уравнения для ограждения выше дна котлована (7) и ниже дна котлована (8), соответствующие принятым допущениям

<*4г (7)

й*г (8)

+ = <?01 - <702-

Таким образом, уравнения (7) и (8) являются основополагающими уравнениями системы «ограждение-ГЦМ-грунт», моделируемой балкой на упругом основании, расчетная схема которой приведена на рис. 3,а.

Для решения задачи оптимального проектирования, в которой коэффициент жесткости является варьируемой величиной, уравнения (7) и (8) реша-

11

ются численно с использованием процедуры метода конечного элемента (далее МКЭ), Конечно-элементная расчетная схема приведена на рис. 3,6, а уравнением, описывающим НДС системы «ограждение-ГЦМ-грунт», является матричное уравнение МКЭ для балки на упругом основании. Далее кгц1 и кгЦ2 будет обозначаться просто к - коэффициент жесткости системы

Рис. 3. Расчетная схема системы «ограждение-ГЦМ-грунт»

Для составления математической модели оптимального проектирования использовалась терминология теории конечномерного оптимального проектирования, основы которой изложены в книге Э. Хог, Я. Apopa " Прикладное оптимальное проектирование: механические системы и конструкции " (1983). В рамках этой теории предполагается, что НДС системы «ограждение-ГЦМ-грунт» описывается уравнением состояния - матричное уравнение МКЭ

K{k)*Z-Q = 0, (9)

где К (к)- глобальная матрица жесткости системы, элементы которой зависят от fe; Q - вектор узловых нагрузок, соответствующий q0; Z - вектор узловых перемещений (10).

Поведение рассматриваемой системы характеризуется совокупностью переменных, называемых переменными состояния - перемещения в узлах конечно-элементной схемы Z, которые описывают поведение данной системы под нагрузкой

Z = [Z1( Z2, Z3.....Zm]T, (10)

где m - количество степеней свободы, а соответственно и переменных состояния, т = 2п + 2; п - количество конечных элементов; если i - четное, то Z¡ - значение угла поворота балки в соответствующем узле; если i - нечетное, то Z¿ - значения горизонтального смещения в соответствующем узле.

Из вектора узловых перемещений Z (10) выделим вектор горизонтальных смещений z (горизонтальных перемещений)

z=[ZvZ3,Z ......Zmf = [z1,22,z3,...,zn+1]7'. (11)

Параметры самой системы описываются другой совокупностью переменных, называемых переменными проектирования, и описывают саму систему, а не ее поведение, что в нашем случае является совокупностью коэффициентов жесткости основания по высоте ограждения

k = [k1,k2,k3.....fc„]T. (12)

С учетом вновь определенных терминов (9), (10), (12) для системы «ог-раждение-ГЦМ-грУнт» составляется математическая модель оптимального проектирования.

Требуется определить такую совокупность переменных проектирования к (12), которая минимизирует целевую функцию - величину суммарного коэффициента жесткости по всем конечным элементам системы

71

Фо =ipo(k) =^Г*сг->тт,1 = 1...П (13)

i=l

при наличии уравнения состояния

h(k,Z) = K(k) * Z - Q = О, (И)

и ограничений

Ф(г,ю = [Ы^.ЫЮ.ЫЮ.Ыг.Ю]7 £ о, (15)

где xpi(k, Z) - совокупность ограничений г'-го типа, / = 1 ...4.

1. ф1 (Z) - ограничения по условию задачи

Zi<Smax,i = l...n+l

и имеют следующий вид

= [zi-Smax, z2 - Smax,...,zn+1 - 5тах][хп+1 <0, (16)

где Smax - максимально допустимое горизонтальное перемещение ограждения котлована.

2. ф2 (к) - ограничения на переменные проектирования к выше дна котлована

ki — ктах, ki > kmin, i — 1... е и имеют следующий вид V2OO = [ki~kmax, ...,ке - kmax.kmin ~ klt ...,ктт ~ ке]1х2е ^ 0- (17)

где е - номер последнего элемента, находящегося выше дна котлована; ктах - верхний предел варьирования; kmin = 0 - нижний предел варьирования и соответствует отсутствию грунтоцемента.

3. (к) отражает ограничения на к ниже дна котлована

ki < ктах, ki > kmin, i = e + l...n

и имеет вид

■ф3(к) = [ke+i~kmax, ...,кп - kmaxikmin - ке+1, ...,kmin ~ О8)

—kn]lx2(n-e) —

где ктЫ - нижний предел варьирования, кт1п = ктр и соответствует коэффициенту жесткости грунта в случае упругой работы; ктах - верхний предел варьирования.

4. гр4(к, г) - ограничение, которое обеспечивает выполнение условия (3)

<? = <7о1~^* 2 >0,1 = 1-е, .

где (г( + г1+1)/2 - среднее горизонтальное перемещение в г'-м элементе. Тогда имеет вид

гр^к.г) =

_ „ О1 + г2) (с?! + д2)1 (г2е+г2е+1) (де+де+1)11Г (19)

I 1 2 2 >—'Ке 2 2 е'

где ц - величина бокового давления грунта ц01 на уровне соответствующего узла; I - длина элемента.

С учетом ограничений (15), целевой функции (13) и уравнения состояния (14) структура и аналитический вид составляющих математической модели оптимального проектирования полностью определены, а значит, формализация задачи завершена и задача готова к решению.

В третьей главе изложен алгоритм поиска оптимального коэффициента жесткости упругого основания, приведены результаты анализа данных испытаний кернов выполненного грунтоцемента при строительстве тоннеля в г. Москве, предложена методика вычисления размеров ГЦМ по оптимальному коэффициенту жесткости.

В первых 4-х параграфах третьей главы подробно описана используемая методологическая база для решения поставленной задачи оптимального проектирования и составлен общий алгоритм поиска оптимального коэффициента жесткости упругого основания при ограничениях на горизонтальные перемещения ограждения.

Поисковый алгоритм оптимизации основан на методе проекции градиента, где на каждом шаге определяется такое изменение переменных проектирования, в котором функция цели уменьшается в наибольшей мере, а ограничения не нарушаются.

Стратегия поиска состоит в построении последовательности точек 1ср, вычисляемых по правилу

кР+1 = кр + 5кР> р = 01..........(20)

где р - номер шага или итерации; кр - вектор вида (12); 8кр - вектор изменения переменных проектирования, уменьшающий целевую функцию (13) и определяемый для каждого шага р по стандартным формулам метода проекции градиента, для использования которых требуется знание численных значений градиентов функций ограничений \р(г,к) (15) по переменным проектирования к (12).

Так как ограничения (16) и (19) зависят от г и не могут быть в явной форме выражены от к, то определение частных производных функций (16) и

14

(19) по к затруднено стандартными методами дифференцирования. В связи с этим значения градиентов функций ограничений по переменным проектирования к определяются на этапе анализа чувствительности проекта из выражения, вывод которого для системы общего вида представлен в работах Э. Хога. Следуя процедуре, в настоящей работе вынужденно повторен вывод этого выражения в соответствующих обозначениях применительно к расчетной модели балки на упругом основании, которая описывает НДС системы «ограждение-ГЦМ-грунт»

,дф т д!г\ (21)

А = (дк-*1Ш.

где - частные производные функций ограничений (15) по переменным проектирования к; ^ - частные производные уравнения состояния (14) по переменным проектирования к; Л; вычисляется путем решения сопряженных уравнений вида

дфГ

К A¡ =-р-,0 <i<m, oz

(22)

зфг

где К - глобальная матрица жесткости системы; —- частные произ

водные функций ограничений (15) по переменным состояния z.

Вычисления

дтр dh dipi

, , -,К выполняются для соответствующих значении

дк 'дк' dz

kvu гр, на каждом шаге р.

В диссертации составлен поисковый вычислительный алгоритм, геометрическая интерпретация работы которого для двумерного пространства представлена на рис. 4.

к,

кг а) . „ ¿kf Skj

¥,W

Кривая функции ограничении

б)

/ к0 Точка абсолютною минимума

к'

Точка условного минимума

Рис. 4. Геометрическая интерпретация работы алгоритма

На рис. 4,а вектор 5кгр уменьшает значение целевой функции, а вектор 8к2р задает необходимую коррекцию невязки в ограничениях. В результате получается результирующий вектор изменения проекта 8кр, а итерационный процесс поиска приобретает вид на рис. 4,6 и сходится к оптимальному решению к*- такому распределению коэффициентов жесткости основания по высоте ограждения, при котором суммарная жесткость (сум-

15

ма к) минимальна, а горизонтальное перемещение ограждения не превышает заданных значений 5тах.

В параграфе 3.5 третьей главы приведены результаты анализа данных испытаний кернов выполненного грунтоцемента на объекте строительства транспортной развязки в районе метро Сокол, а также проведенных численных расчетов, на основании чего выявлен модуль деформации грунтоцемента - 500 МПа, позволяющий рассматривать ГЦМ как относительно жесткое тело в составе грунта. При этом подтверждена технологическая возможность получения данного модуля, что позволяет применять расчетный метод, разработанный в диссертационной работе, в практических целях. В результате для полученного модуля деформации проведены численные исследования работы ГЦМ при откопке котлована, на базе которых в параграфе 3.6 предложена методика определения оптимальных размеров ГЦМ, обеспечивающих оптимальный коэффициент жесткости системы «ГЦМ-грунт».

Численные расчеты выполнены в плоской постановке с использованием нелинейной модели упрочняющегося грунта, а размеры грунтоцементного массива варьируются в соответствии с рис. 5,а (снаружи выше дна котлована) и 5,6 (внутри ниже дна котлована). По результатам численных исследований подтверждены условия (3) и (4) и сформулировано основное расчетное положение, позволяющее применять законы линейного деформирования в механике грунтов для дальнейших вычислений размеров ГЦМ по оптимальному коэффициенту жесткости.

Перемещение ГЦМ линейно зависит от действующей нагрузки при условии, что ее величина находится в диапазоне от 0 до значения, соответствующего несущей способности ГЦМ (как гравитационной подпорной стенки) в составе грунта.

Рис. 5. Размеры грунтоцементного массива: а - за стеной выше дна котлована; б - за стеной ниже дна котлована

Для дальнейших вычислений из полученного оптимального решения для системы «ограждение-ГЦМ-грунт» выделяется следующее.

1. Действующее давление на систему «ограждение-ГЦМ-грунт» -давление грунта в состоянии покоя

2. Контактное давление на ограждение - давление, которое передается через ГЦМ на ограждение и в соответствии с (5) и (6) в общем виде имеет вид

Ц = к * г. (21)

3. Реактнвное давление основания, т. е. системы «ГЦМ-грунт», -

это та часть от действующего давления на систему, которая воспринимается ГЦМ при перемещении ограждения

г = к*г. (22)

Чтобы система «ГЦМ-грунт» соответствовала оптимальному коэффициенту жесткости основания и реактивному давлению необходимо:

■ чтобы ГЦМ в составе грунта обладал несущей способностью не ниже суммарной реактивной силы Я, равной площади эпюры реактивного давления г по высоте ГЦМ

д = (23)

где 1е - длина элемента; г, - величина реактивного давления, = (кц+Щ

—-—г,, где 21 - горизонтальное перемещение в I — м узле; / - номера узлов по высоте ограждения, на которой определяется /?; точка приложения силы Л" находится на уровне центра тяжести эпюры г по соответствующей высоте;

■ чтобы перемещение ГЦМ под нагрузкой Я не превышало осреднен-ного перемещения гср по высоте ГЦМ

_ ЪЧ (24)

2ф ~ V '

где V - количество узлов по соответствующей высоте; / - номера узлов.

Использование суммарного реактивного давления /? и осредненной величины 2ср взамен распределенных объясняется тем, что ГЦМ работает в целом как жесткое тело в составе грунта и не расчленяется на отдельные элементы по высоте.

Таким образом, размеры ГЦМ в системе «ГЦМ-грунт» подбираются такими, чтобы расчетная нагрузка /? не превышала несущую способность, перемещение под нагрузкой Л не превышало перемещения гср, а площадь поперечного сечения ГЦМ при этом была минимальна.

Вычисление размеров ГЦМ осуществляется путем решения стандартных задач оптимизации, которые записываются следующим образом.

ГЦМ выше дна снаружи котлована. Определить размеры верхнего и нижнего оснований ГЦМ в виде прямоугольной трапеции [а, Ь], минимизирующие целевую функцию (площадь сечения)

xpo(a, b)

a + b

- h -» min,

(25)

при ограничениях типа неравенств, обеспечивающих соблюдение следующих требований:

- условие устойчивости против сдвига ГЦМ по подошве по закону Кулона, исключающее возможность проскальзывания ГЦМ относительно грунта в основании (рис. 6,а)

(О (а, Ь) + С (а, Ь)№<р) + с • а > (26)

где () вес грунта на уступах ГЦМ (рис. 6,а);

- условие устойчивости против опрокидывания относительно некоторой точки (рис. 6,6) с учетом деформируемого основания (коэффициент постели) по методике Г, К. Клейна

а 1 *

Муд(а,Ь) = «? + С) ---

126'у0

(27)

>МЛа,Ь) =

= Qxc-Rxy - G (г™-*).

где буквенные обозначения представлены на рис. 6,6; - требование по деформациям (рис. 6,в) 2/?

кг„а ■ tg(cp)

< z,

(28)

■с р<

Л - высота трапеции - постоянная, определяется по результатам работы поискового алгоритма, ь .

т а > К,

«->8(0)

Рис. 6. Расчетные схемы для ГЦМ выше дна котлована

ГЦМ ниже дна внутри котлована. Определить длину и высоту ГЦМ в виде прямоугольника [а,Ь], минимизирующие целевую функцию (площадь сечения)

гр0(а, Ь) = а ■ b -» min, (29)

при ограничениях типа неравенств, обеспечивающих соблюдение следующих требований:

- условие устойчивости против сдвига ГЦМ (рис. 7,а)

/?2 < Яг(й)+ /-,(а,Ь); (30)

- требование по деформациям (рис. 7,6)

(31)

гГц(а.) =

а)

. А

т /—

F

< z

кгра • tg(<p) ср' б)

Исходное положение

1°

я, а.

T = atg(f)+c

та> Я,

atg(<p)

к

Деформируемая ч<ютГ. rgywtf*

Исходное положение

Рис. 7. Расчетные схемы для ГЦМ ниже дна котлована

По результатам исследований, приведенным в диссертационной работе, алгоритм поиска оптимального коэффициента жесткости и методика определения размеров ГЦМ объединены в общий расчетный алгоритм, который был реализован средствами программной среды MATLAB Ver. 7.9.

В заключительном параграфе 3.7 третьей главы приведены примеры расчетов с использованием разработанных алгоритма оптимизации и методики вычисления размеров ГЦМ, в результате чего произведено сравнение данных о перемещениях ограждения при оптимальном проектировании с данными численного эксперимента, проведенного с учетом полученных оптимальных размеров ГЦМ.

Расчеты произведены для 3-х вариантов допустимых значений горизонтальных перемещений ограждения (Smax = 15 мм,5тах. — 30 мм, Smax = 45 мм) при следующих исходных данных: наименование грунта - песок, удельный вес у = 20 кН/м3, модуль обшей деформации Е = 25000 кПа, угол внутреннего трения при сдвиге (р =30 град., сцепление с = 1 кПа, глубина котлована - 20 м, глубина ограждения - 30 м, ограждение - «стена в грунте» толщиной 800 мм, верхняя распорка - ж/б перекрытие толщиной 500 мм. Графическая интерпретация результатов расчета и анализа для Smax= 30 мм представлена на рис. 8 и 9 и включает в себя следующее.

1. Рис. 8. Результаты работы поискового алгоритма оптимального проектирования: эпюра перемещений ограждения (рис. 8,а), эпюра распределения оптимального коэффициента жесткости по высоте ограждения (рис. 8,6), эпюра рективного давления (рис. 8,в), эпюра контактного давления (рис. 8,г). Высота ГЦМ (А) выше дна котлована определяется по эпюре коэффициента жесткости основания, суммарная реактивная сила (R) и

минимальная высота ГЦМ ниже дна (Ь) - по эпюре реактивного давления, а осредненное перемещение (гср) - по эпюре горизонтальных перемещений ограждения.

2. Рис. 9,а. Проектные размеры ГЦМ по результатам решения стандартных задач оптимизации (24), (29).

3. Рис. 9,6. Сопоставление эпюры горизонтальных перемещений ограждения (рис. 8,а) при оптимальном проектировании и эпюры, полученной в результате численного эксперимента, т. е. при непосредственном расчете ограждения в программном комплексе РЬАХ18 20 с учетом уже вычисленных оптимальных размеров ГЦМ.

Эпюра перемещений ограждения Эпюра коэффициентов жесткости основания

б)

-10

о. -15

-20

-25

О 10 20 30 40

д) Горизонтальное перемещение, мм

Элюра реактивного давления

-30

V : Ь=12

п|___--^Ю^нование

котлована

Г)

1000 2000 3000

Коэффициент жесткости, т/мЗ

Эпюра контактного давления

/

Основани

котлована

20 40

Реактивное давление, т/м2

20 -10 0 1 0 20 Величина контактного давления, т/м2

Рис. 8. Вывод результатов работы поискового алгоритма. $тах— 30

В результате анализа эпюр для всех вариантов допускаемых перемещений получены расхождения, отраженные ниже:

Допустимое Оптимальное Р1ах1в 20 Расхождение,

перемещение проектирование %

15 мм 15 15,39 -2,5

30 мм 30 29,73 + 1

45 мм 45 36.87 +22

Рис. 9. Оптимальные размеры ГЦМ

Рис. 10. Предложенное техническое решение

В четвертой главе описан пример применения данного расчетного метода на реальном объекте на стадии предпроектной проработки инженерных решений и технологии устройства подземного пространства многофункцио-

21

нального комплекса на площади Тверская застава в г. Москве. В результате заказчику предложено расчетно-обоснованное техническое решение (рис. 10), в котором с учетом оптимизированных размеров области закрепления грунта струйной геотехнологией подтверждалась возможность существенного ускорения производства строительных работ, позволяющая производить откопку котлована без каких-либо защитных мероприятий непосредственно для конструкций зданий окружающей застройки.

ВЫВОДЫ

1. Высокие показатели прочностных и деформационных характеристик грунтоцемента как однородного материала позволяют применять его в роли несущей конструкции, которая допускает проводить откопку котлована с одним верхним креплением без промежуточной распорной системы с сохранением минимального влияния на НДС окружающего грунтового массива.

2. Расчетным путем определена эффективность комбинации метода «сверху-вниз» с устройством только верхнего перекрытия и технологии струйной цементации для создания ГЦМ, расположенного вне контура котлована, позволяющего снижать перемещения ограждения глубоких котлованов до требуемых малых значений.

3. Для проведения оптимального проектирования системы «огражде-ние-ГЦМ-грунт» сформулированы и обоснованы расчетные допущения и условия для использования модели балки на упругом винклеровском основании в качестве расчетной модели, описывающей НДС системы, в которой в терминах теории конечномерного оптимального проектирования в пространстве состояний определено следующее:

- уравнением состояния является матричное уравнение метода конечных элементов для балки на упругом основании, где балкой является ограждение котлована, а упругим основанием - система «ГЦМ-грунт»;

- переменными состояния являются перемещения в узлах конечно-элементной схемы ограждения (горизонтальное смещение и угол поворота в узле);

- переменным проектирования является переменный по высоте ограждения и постоянный для отдельного конечного элемента коэффициент жесткости основания (системы «ГЦМ-грунт»).

С использованием метода анализа чувствительности проекта и метода проекции градиента составлен поисковый вычислительный алгоритм оптимального проектирования для расчетной модели балки на упругом основании (МКЭ), характеризующей систему «ограждение-ГЦМ-грунт», где предметом оптимизации является коэффициент жесткости основания, а основные ограничения накладываются на горизонтальные перемещения ограждения котлована.

4. В результате анализа данных испытаний кернов выполненного грунтоцемента на объекте строительства транспортной развязки в районе метро Сокол, а также результатов проведенных численных расчетов выявлен дос-

таточный для применения разработанного метода в практических целях модуль деформации грунтоцемента - 500 МПа. Такое значение отвечает принятым представлениям о работе ГЦМ как относительно жесткого тела в составе грунта, т. е. как гравитационной подпорной стенки, и является технологически нетрудно достижимым даже в относительно неблагоприятных инженерно-геологических условиях.

5. На основании численных исследований определены особенности взаимодействия примыкающего к ограждению ГЦМ и окружающего грунта при откопке котлована, в результате чего предложена методика вычисления оптимальных размеров ГЦМ по оптимальному распределению коэффициента жесткости основания.

6. Алгоритм поиска оптимального коэффициента жесткости и методика определения размеров ГЦМ объединены в общий расчетный алгоритм, на базе которого в програмной среде MATLAB Version 7.9 разработана компьютерная программа для определения оптимальных размеров грунтоцементного массива, снижающего горизонтальные перемещения ограждения до требуемого значения при креплении ограждения только в верхнем узле.

7. Рассмотрены некоторые примеры работы алгоритма, в результате чего получены оптимальные размеры ГЦМ для различных значений предельно допустимых горизонтальных перемещений, которые были сопоставлены с максимальными перемещениями, полученными в результате численного эксперимента, т. е. при непосредственном расчете ограждения в программном комплексе PLAXIS 2D с учетом уже вычисленных оптимальных размеров ГЦМ.

8. В результате сопоставления подтверждены принятые представления о работе системы «ограждение-ГЦМ-грунт» в области малых перемещений ограждения как балки на упругом винклеровском основании и о работе ГЦМ в составе грунта как гравитационной подпорной стенки или упора в рамках теории предельных состояний и линейной деформации в механике фунтов.

9. Разработанный в данной работе расчетный метод был применен на стадии предпроектной проработки инженерных решений и технологии устройства подземного пространства многофункционального комплекса на площади Тверская застава в г. Москве. Для заказчика разработаны рекомендации по использованию струйной геотехнологии для ускорения строительных работ и обеспечения сохранности окружающих зданий.

10. Таким образом, в результате проведенного исследования решена задача, в которой по заранее заданному максимально допустимому перемещению ограждения котлована можно определять минимально необходимые размеры ГЦМ, обеспечивающие это значение. Учитывая универсальность расчетного критерия (горизонтальные перемещения ограждения), предложенный метод может быть использован как для обеспечения сохранности окружающих зданий, так и для других объектов различного функционального назначения при разработке грунта глубоких котлованов с устройством только одного - верхнего яруса крепления (перекрытия-распорки).

Публикации по теме диссертационной работы

1. Ильичев В. А., Готман Ю. А., Назаров В. П. Расчетное обоснование использования технологии JET-grouting для снижения дополнительных осадок существующего здания от строительства подземного многофункционального комплекса // Вестник гражданских инженеров. - № 3 (20) сентябрь.-Санкт-Петербург, 2009, с. 29-33.

2. Gotman Yu. A. Variant design of using the jet-grouting technology for reduction the settlements of the existing buildings while construction an underground complex in Moscow // Geotechnical engineering 20. View of Young European Geotechnical Engineers. - Brno, 2010, c. 134-139.

3. Ильичев В. А., Готман Ю. А. Расчет оптимальных размеров грунто-цементного массива для снижения осадок окружающих зданий при строительстве подземного комплекса на площади Тверская застава в городе Москва // Строительство и реконструкция. - № 3, 2011 (май-июнь). - Орел, 2011, с. 9-17.

4. Ильичев В. А., Готман Ю. А. Расчет размеров грунтоцементного массива по контуру котлована для снижения перемещения ограждения до требуемых величин методом оптимального проектирования // Основания, фундаменты и механика грунтов. - № 4 сентябрь. - М., 2011, с. 24-31.

Готман Юрий Альфредович

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ ГРУНТОЦЕМЕНТНОГО МАССИВА, СНИЖАЮЩЕГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОГРАЖДЕНИЙ ГЛУБОКИХ КОТЛОВАНОВ

Специальность 05.23.02 - Основания и фундаменты, подземные сооружения. 05.23.11 - Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати OS Формат 60x80/16

Объем 1,5 п. л. Заказ 3/<2_ Тираж 80 экз.

УПЦ ГИ МИИТ, Москва, 127994, ул. Образцова, д. 9, стр. 9

СОДЕРЖАНИЕ.

РЕФЕРАТ.1.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1.РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОГРАЖДЕНИЙ ГЛУБОКИХ КОТЛОВАНОВ В УСЛОВИЯХ ПЛОТНОЙ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ С ПРИМЕНЕНИЕМ СТРУЙНОЙ ГЕОТЕХНОЛОГИИ. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1 Краткий обзор опыта проектирования и устройства ограждений глубоких котлованов способом стена в грунте.

1.2 Определение связи между вертикальными перемещениями грунта за границами котлована и горизонтальными перемещениями ограждения

1.3 Анализ расчетного опыта гибких ограждающих конструкций котлова-' нов

1.3.1 Аналитические методы расчета.

1.3.2 Численные методы расчета с применением метода конечных элементов и метода конечных разностей.21,

1.3.3 Применение численных методов для расчета стены в грунте с примыкающим грунтоцементным массивом.

1.4 Оптимальное проектирование строительных конструкций оснований, фундаментов и подземных сооружений.

1.5 Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ ПРИМЫКАЮЩЕГО К «СТЕНЕ В ГРУНТЕ» ГРУНТОЦЕ-МЕНТНОГО МАССИВА ВНЕ КОНТУРА КОТЛОВАНА.

2.1 Формулирование условий задачи проектирования грунтоцементного массива (ГЦМ).

2.1.1 Анализ расчетного опыта снижения горизонтальных перемещений стены в грунте при преобразовании некоторой зоны грунта в грун-тоцемент.

2.1.2 Условие задачи.

2.2 Формализация задачи оптимального проектирования.

2.2.1 Обоснование модели балки на упругом основании для оптимального проектирования системы «ограждение-ГЦМ-грунт».

2.2.2 Матричное уравнение балки на упругом основании.63»

2.2.3 Составление математической модели оптимального проектирования.

2.3 Выводы по главе 2.:.

ГЛАВА 3. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ ПРИМЫКАЮЩЕГО К «СТЕНЕ В ГРУНТЕ» ГРУНТОЦЕ-МЕНТНОГО МАССИВА ВНЕ КОНТУРА КОТЛОВАНА.

3.1 Конечномерное оптимальное проектирование в пространстве состояний.

3.2 Анализ чувствительности проекта.1.

3.3 Метод проекции градиента.

3.4 Применение метода проекции градиента для определения оптимального коэффициента жесткости основания в задаче конечномерного оптимального проектирования в пространстве состояний.

3.4.1 Алгоритм поиска оптимального распределения коэффициента жесткости основания.

3.5 Численные исследования работы грунтоцементных массивов в составе грунта при откопке котлована.

3.5.1 Определения модуля деформации грунтоцемента.

3.5.2 Грунтоцементный массив снаружи выше дна котлована.

3.5.3 Грунтоцементный массив внутри ниже дна котлована. 3.5.4 Выводы по результатам численных исследований.:.:.:.7^77.:.

3.6 Определение размеров грунтоцементных элементов по оптимальному распределению коэффициента жесткости основания.

3.6.1 Грунтоцементный массив снаружи выше дна котлована.

3.6.2 Грунтоцементный массив внутри ниже дна котлована.

3.7 Примеры расчета.

3.8 Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РАСЧЕТНОГО МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ ГРУНТОЦЕМЕНТА ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ПОДЗЕМНОГО СООРУЖЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ПЛОТНОЙ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ В Г. МОСКВЕ.

4.1 Постановка задачи.

4.2 Решение задачи.

Освоение подземного пространства — одно из важнейших направлений развития крупных городов. При этом актуальными задачами являются: обеспечение безопасности и сохранение нормального режима эксплуатации существующих зданий и сооружений (дороги, мосты, тоннели и коммуникации) и минимизация сроков строительных работ, создающих неудобства движению транспорта и жителям города. ,

При проектировании и строительстве котлованов глубиной более 10м для объектов промышленного, гражданского или транспортного назначения в стесненных городских условиях наиболее распространенным методом устройства ограждений является технология «стена в грунте». Для обеспечения устойчивости стенок котлована, все существующие методы крепления ограждения предусматривают по ярусную откопку грунта с установкой распорной системы на каждом ярусе. Это существенно увеличивает трудоемкость и сроки производства работ, и как показывает практика, не всегда может обеспечить соблюдение нормативных требований по деформациям окружающих зданий и сооружений, возникших вследствие откопки котлована.' .

Поэтому задачи снижения трудоемкости и времени устройства подземного пространства, а главное, выполнение требований по сохранению существующей исторической и современной застройки и безопасной эксплуатации транспортных сооружений являются актуальными для успешного развития крупных городов.

В последние годы для решения этих задач стала применяться струйная геотехнология, позволяющая создавать в грунте грунтоцементный массив (далее ГЦМ) практически любой формы, физико-механические свойства которого могут на несколько порядков превышать свойства грунта. Это повышает эффективность применения этой технологии в проектировании и строительстве подземных сооружений по сравнению с другими методами закрепления грунтов. ~

Диссертация посвящена исследованию эффективных методов применения ГЦМ в сочетании с ограждениями глубоких котлованов, выполняемыми по технологии «стена в грунте» в условиях плотной городской застройки, и < разработке методов определении геометрических параметров ГЦМ в составе конструкций ограждения котлована с использованием теории оптимального проектирования. * „Д ,

Таким образом, актуальность темы исследований, где ГЦМ применяется

1 ' * для сокращения сроков строительства и, при этом, обеспечивает сохранение • i 1 'М нормального режима эксплуатации окружающих объектов, обусловлена по- ; требностью городов в ускоренных темпах освоения подземного пространства -; и требованиями по экономии природных ресурсов при развитии подземной / £ *

1 ^ . т \ инфраструктуры. , Л1 г- \

5 ' '1 / Л

Экономия природных ресурсов при проектировании конструкций из грун- *' тоцемента в системе «ограждение-ГЦМ-грунт» возможна на основе оптимального проектир9вания этих конструкций, что является малоизученной1 областью и практически не рассматривалось как в российской, так и зарубежной практике. Поэтому исследования с применением методов теории оп »> ч < тимизации для определения объемов грунтоцемента позволят повысить эф " с фективность использования дорогостоящей технологии при разработке про*' Дигрессивных технических решений устройства подземного пространства в го7 родской среде. ^ "¡1

-.я' > X

Таким образом, основная техническая идея работы состоит том, что ГЦМ, сформированный до начала откопки, позволит в стесненных условиях города при наличии только верхнего яруса крепления производить разработку грунта в котловане сразу на всю проектную глубину. При этом устройство г верхнего перекрытия-распорки необходимо для организации движения,< наземного транспорта, отсутствие промежуточных креплений значительно ускорит производство работ и сократит сроки строительства, а деформации окружающих зданий и сооружений не будут превышать допустимых величин. Так как, работы по закреплению, примыкающего к «стене в грунте» грунта

Ь I I грунтоцементом, могут проводиться с незначительным отставанием от производства самого ограждения котлована, то к моменту завершения работ по устройству «стены в грунте» ГЦМ будет тоже уже практически сформирован, с учетом соответствия проектным прочностным и-деформационным характеристикам, а значит котлован будет готов к разработке грунта. , Основная научная идея заключается в предположении, что существует

I 4 1 такая оптимальная форма и размеры ГЦМ, при которых для каждых конкрет 1 и ных исходных данных максимальное перемещение ограждения при откопке * \

1 / I ^ не превышает заранее заданных величин, обусловленных допустимыми осад- * 4 ками окружающих зданий и сооружений. , "

Целью настоящего исследования является создание расчетного,метода^' д определения оптимальных геометрических параметров ГЦМ, при которых ' * максимальное горизонтальное перемещение ограждения не превысит требуемых значений при откопке котлована. г

Таким образом, на основании известной и хорошо изученной связи гори- „ зонтальных перемещений ограждения и вертикальных деформаций поверх- ! ности грунта, а также фундаментов зданий и сооружений, основным расчетным критерием, определяющим необходимые геометрические параметры . ГЦМ, является горизонтальное перемещение ограждение котлована, как ос- , новной источник возникновения деформаций грунтового массива при откопке.

Основными задачами работы являются:

Анализ опыта применения струйной геотехнологии при откопке глубоких котлованов и последующее определение зон расположения ГЦМ, размеры которых подлежат оптимизации в данной работе;

Обоснование применения расчетной модели балки на упругом основании для описания напряженно-деформированного состояния системы «огра-ждение-ГЦМ-грунт».

Постановка и решение задачи оптимального проектирования системы «ограждение-ГЦМ-грунт», когда предметом оптимизации является коэффициент жесткости основания, характеризующий систему «ГЦМ-грунт», а основные ограничения накладываются на горизонтальные перемещения ограждения котлована;

Проведение численного эксперимента для исследования поведения и взаимодействия ГЦМ с ограждением при откопке котлована.

Разработка методики определения непосредственно оптимальных г размеров ГЦМ, соответствующих оптимальному коэффициенту жесткости ° основания, который обеспечивает заданные минимальные перемещения ограждения котлована.

Оценка результатов оптимизации, путем проведения численного эксперимента для оптимальных размеров ГЦМ, полученных в различных расчетных случаях, и проверки соответствия экспериментальных данных о перемещениях ограждения изначально заданным значениям.

Научная новизна.

1. Сформулированы и обоснованы основные допущения и предпосылки для использования модели балки на упругом винклеровском основании в качестве расчетной модели оптимального проектирования системы «огражде-ние-ГЦМ-грунт».

2. Составлен поисковый вычислительный алгоритм оптимального проектирования системы «ограждение-ГЦМ-грунт» для определения оптимального коэффициента жесткости основания по высоте ограждения, где основные ограничения накладывались на горизонтальные перемещения системы.

3. Дана научно обоснованная методика, позволяющая вычислять оптимальные размеры ГЦМ, соответствующие оптимальному коэффициенту жесткости системы «ГЦМ-грунт» с использованием стандартных методов расчета массивных подпорных стен. .; .

Практическая значимость работы заключается в следующем:

Разработан расчетный метод, позволяющий определять оптимальные размеры ГЦМ, исходя из предельно допустимых перемещений всей конструкции ограждения;

Предложено инженерное решение, где ГЦМ используется для раскопки котлована с устройством только верхнего яруса крепления ограждения котлована при условии, что осадки окружающих зданий и сооружений будут соответствовать нормативным требованиям;

Разработана программа на ЭВМ, реализующая поисковый алгоритм оптимального проектирования системы <<ограждение-ГЦМ-грунт» при 1-ом ярусе крепления ограждения только в верхней точке.

Результаты работы внедрены при проектировании подземного многофункционального комплекса " Тверская застава" в г. Москве. ' ;

Методологической базой исследований является анализ взаимодействия системы «стена подземного сооружения-ГЦМ-грунт» путем проведения численных исследований, анализ различных решений задачи о горизонтальных перемещениях ограждения котлована, а также методов оптимального проектирования механических систем. . ' , ;

Для решения сформулированных задач использованы методы строительной механики, вариационного исчисления и оптимального проектирования. ;.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций определяется применением основных положений и моделей классической механики грунтов и проверкой полученных результатов в сертифицированных геотехнических расчетных программах, реализующих МКЭ с использованием верифицированных нелинейных моделей грунта.

Апробация работы.

Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались:

• на научно-практических конференциях "Актуальные вопросы инженерной геологии, механики грунтов и фундаментостроения" в СПбГАСУ в Санкт-Петербурге в 2009г. и в 2010 г.;

• на 20-й Европейской конференции молодых геотехников в Брно в 2010 г.

На защиту выносятся совокупность научных положений, на базе которых разработан метод, расчетный алгоритм и компьютерная программа определения оптимальных геометрических параметров грунтоцементного массива, примыкающего к стене ограждения котлована, при устройстве подземного пространства с верхним ярусом крепления и дальнейшей откопкой сразу на всю глубину котлована.

Автор выражает слова глубокой признательности и благодарности научному руководителю акад. РААСН, д.т.н., проф. В. А. Ильичеву за консультативное участие президенту ООО «НПО «КОСМОС» к.т.н. Чер-някову A.B., зав. кафедрой строительной механики ТГАСУ акад. РААСН, д.т.н., проф. JI. С. Ляховичу, зав. лаб. №7 НИИОСП им.Н. М. Герсеванова к.т.н. Д. С. Разводовскому и зам. ген. директора ООО «Подземпроект» к.т.н. М.М. Туликову.

1. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОГРАЖДЕНИЙ ГЛУБОКИХ КОТЛОВАНОВ В УСЛОВИЯХ ПЛОТНОЙ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ С

ПРИМЕНЕНИЕМ СТРУЙНОЙ ГЕОТЕХНОЛОГИИ. ЛИТЕРАТУРНЫЙ

ОБЗОР

Тема исследования, поставленная в данной диссертации, затрагивает три обширные тематики: расчет и проектирование ограждений глубоких котлованов, струйная геотехнология и оптимальное проектирование конструкций. Однако, в связи с актуальностью каждой из тематик, как в настоящее время, так и в последние 50 лет, в научной литературе имеется очень много публикаций. Поэтому, для решения поставленных задач обзор выполнялся по опубликованным результатам исследований тех научных и технических сфер, где рассматриваются эффективные технологии устройства подземного пространства, различные принципиальные схемы применения струйной геотехнологии, методы расчета ограждений котлованов как гибких подпорных стен, а также методы и примеры оптимизации в области проектирования конструкций, оснований, фундаментов и подземных сооружений.

Определение оптимального объема грунтоцемента при откопке глубоких котлованов зависит от множества факторов, а именно: от технологии откопки котлована, типа ограждения, принятых расчетных критериев и т.д.

Выбор наиболее эффективной технологии откопки и типа ограждения, обоснование расчетной модели взаимодействия ограждения с грунтом и грунтоцементом, а соответственно формулирование целей и задач исследования выполнены на основании литературного обзора опыта проектирования и устройства ограждений глубоких котлованов, анализа основных расчетных моделей системы «ограждение-грунт», применяемых в современной практике проектирования, а также методов оптимального проектирования механических систем и конструкций.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Высокие показатели прочностных и деформационных характеристик грунтоцемента как однородного материала позволяют применять его в роли несущей конструкции, которая допускает проводить откопку котлована с одним верхним креплением без промежуточной распорной системы с сохранением минимального влияния на НДС окружающего грунтового массива.

2. Расчетным путем определена эффективность комбинации метода «сверху-вниз» с устройством только верхнего перекрытия и технологии струйной цементации для создания ГЦМ, расположенного вне контура котлована, позволяющего снижать перемещения ограждения глубоких котлованов до требуемых малых значений.

3. Для проведения оптимального проектирования системы «ограждение-ГЦМ-грунт» сформулированы и обоснованы расчетные допущения и условия для использования модели балки на упругом винклеровском основании в ка-, честве расчетной модели, описывающей НДС системы, в которой в терминах г*

• г теории конечномерного оптимального проектирования в пространстве состояний определено следующее:

- уравнением состояния является матричное уравнение метода конечных элементов для балки на упругом основании, где балкой является ограждение котлована, а упругим основанием — система «ГЦМ-грунт»;

- переменными состояния являются перемещения в узлах конечно-элементной схемы ограждения (горизонтальное смещение и угол поворота в узле);

- переменным проектирования является переменный по высоте ограждения и постоянный для отдельного конечного элемента коэффициент жесткости основания (системы «ГЦМ-грунт»).

С использованием метода анализа чувствительности проекта и метода проекции градиента составлен поисковый вычислительный алгоритм оптимального проектирования для расчетной модели балки на упругом основании

МКЭ), характеризующей систему «ограждение-ГЦМ-грунт», где предметом оптимизации является коэффициент жесткости основания, а основные ограничения накладываются на горизонтальные перемещения ограждения котлована. ,

4. В результате анализа данных испытаний кернов выполненного грунто-цемента на объекте строительства транспортной развязки в районе метро Сокол, а также результатов проведенных численных расчетов выявлен достаточный для применения разработанного метода в практических целях модуль деформации грунтоцемента - 500 МПа. Такое значение отвечает принятым представлениям о работе ГЦМ как относительно жесткого тела в составе грунта, т. е. как гравитационной подпорной стенки, и является технологически нетрудно достижимым даже в относительно неблагоприятных инженерно-геологических условиях.

5. На основании численных исследований определены особенности взаимодействия примыкающего к ограждению ГЦМ и окружающего грунта при откопке котлована, в результате чего предложена методика вычисления оптимальных размеров ГЦМ по оптимальному распределению коэффициента жесткости основания.

6. Алгоритм поиска оптимального коэффициента жесткости и методика определения размеров ГЦМ объединены в общий расчетный алгоритм, на базе которого в програмной среде MATLAB Version 7.9 разработана компьютерная программа для определения оптимальных размеров грунтоцементного массива, снижающего горизонтальные перемещения ограждения до требуемого значения при креплении ограждения только в верхнем узле.

7. Рассмотрены некоторые примеры работы алгоритма, в результате чего получены оптимальные размеры ГЦМ для различных значений предельно допустимых горизонтальных перемещений, которые были сопоставлены с максимальными перемещениями, полученными в результате численного эксперимента, т. е. при непосредственном расчете ограждения в программном комплексе РЬАХК Ю с учетом уже вычисленных оптимальных размеров ГЦМ.

8. В результате сопоставления подтверждены принятые представления о работе системы «ограждение-ГЦМ-грунт» в области малых перемещений ограждения как балки на упругом винклеровском основании и о работе ГЦМ в составе грунта как гравитационной подпорной стенки или упора в рамках теории предельных состояний и линейной деформации в механике грунтов.

9. Разработанный в данной работе расчетный метод был применен на стадии предпроектной проработки инженерных решений и технологии устройства подземного пространства многофункционального комплекса на площади Тверская застава в г. Москве. Для заказчика разработаны рекомендации по использованию струйной геотехнологии для ускорения строительных работ и обеспечения сохранности окружающих зданий.

Ю.Таким образом, в результате проведенного исследования решена задача, в которой по заранее заданному максимально допустимому перемещению ограждения котлована можно определять минимально необходимые размеры ГЦМ, обеспечивающие это значение. Учитывая универсальность расчетного критерия (горизонтальные перемещения ограждения), предложенный метод может быть использован как для обеспечения сохранности окружающих зданий, так и для других объектов различного функционального назначения при разработке грунта глубоких котлованов с устройством только одного — верхнего яруса крепления (перекрытия-распорки).

1. Московские городские строительные нормы. Основания, фундаменты и подземные сооружения. МГСН 2.07-01,2003 Правительство Москвы. М., 2003. - 136 с.

2. Пособие к МГСН 2.07.01 «Основания, фундаменты и подземные сооружения». Обследование и мониторинг при строительстве и реконструкции зданий и подземных сооружений, 2004 Правительство Москвы, Москомархитектура. М., 2004.55 с.

3. Руководство по комплексному освоению подземного пространства крупных городов, 2004 Российская академия архитектуры и строительных наук.- М., 2004.206 с.

4. Аоки М., 1977 Введение в методы оптимизации. Перев. с англ., Главная редакция физико-математической литературы издательства «Наука», М„ 1977,344 стр.

5. Базара М., Шетти К., 1982 Нелинейное программирование. Теория и алгоритмы: Пер с англ.-М.: Мир, 1982. 583 е., ил.

6. Бакиров Р. О., Лой Ф. В. Динамический расчет и оптимальное проектирование подземных сооружений: Учеб. Пособие для вузов /Под ред. Р. О. Бакирова. М.: Стройиздат, 2002. -464. С.: ил.

7. Баничук Н. В., 1986 Введение в оптимизацию конструкций: Пер с англ.-М.: Наука, 1986.-302 с.

8. Бреннеке Л., Ломейер Э., 1933 Основания и фундаменты, II, Госстройиздат, 1933

9. Бройд И. И., 2004 Бройд И. И. Струйная геотехнология. -М.: АСВ, 2004.

10. Будин А.Я., 1974 Тонкие подпорные стенки. Л., Стройиздат, (Ленингр. Отделение), 1974,192 с.

11. Быков В.И., 2004 Быков В.И. Геотехническое строительство подземной частиторгово-административного комплекса в Оренбурге// Основания, фундаменты и механика грунтов. 2004.- №1.-с.8-11.

12. Бобырь Г. А. Оптимизация параметров упрочненных массивов в основаниях, сложенных структурно-неустойчивыми грунтами. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва -2002.

13. Винокуров В.Ф., Быховцев В.Е., Ипьяшевич Е. И. Проектирование оптимальных конструкций фундаментов под стены с помощью ЭЦВМ // Основания, фундаменты и механика грунтов

14. Винокуров В.Ф. и др. Оптимизационный расчет оснований, фундаментов -ленточных и под колонны // Основания, фундаменты и механика грунтов

15. Воробьев Н.В., Колыбин И.В. 1991 Воробьев Н.В., Колыбин И.В. Вариационный метод расчета общей у устойчивости гибких подпорных стен. Сборник трудов ВНИИОСП, вып. 95, М.,1991

16. Глозман JI.M., Маковская H.A., 1998 Глозман JIM., Маковская H.A. Геотехнический мониторинг при изготовлении буронабивных свай // Основания, фундаменты и механика грунтов.- 1998.- № 4-5.-с.53-56.

17. Гончаров Ю.М., 1963 К расчету тонкостенных конструкций, воспринимающих горизонтальный распор несвязного грунта. Труды НИИ по строительству, вып.4. Красноярск, 1963

18. Горюнов Б.Ф., Курочкин С.Н., 1958 Пути снижения стоимости и повышения долговечности портовых причальных сооружений. Труды НИИморского флота, вып.19. Изд-во «Морской транспорт», 1958

19. Дуброва Г.А., 1963 Взаимодействие грунта и сооружений. Изд-во «Речной транспорт», 1963

20. Зарецкий Ю.К., Карабаев М.И., 2003 Оценка влияния проектируемого подземного перехода на осадки гостиницы «Москва». — СПБ.: Реконструкция исторических городов и геотехническое строительство. Труды международной конференции, 2003, т.2, стр.323-328.

21. Зарецкий Ю.К., Карабаев М.И., 2004 Зарецкий Ю.К., Карабаев М.И. Обоснование режима пригруза на забой при безоосадочной проходке глубоких тоннелей в условиях городской застройки// Основания, фундаменты и механика грунтов.- 2004. №4.-с.11-16.

22. Зарецкий Ю.К., Карабаев М.И., Хачатурян Н.С., 2004 Зарецкий Ю.К., Карабаев М.И., Хачатурян Н.С. Строительный мониторинг туннеля мелкого заложения в районе Лефортово Москвы// Основания, фундаменты и механика грунтов.- 2004.-№2.-с.9 13.

23. Зибров В. А. Исследование состояния системы «конструкция тоннеля-грунтовый массив»// Наука и техника в дорожной отрасли №1-2010.

24. Ильичев В.А., 1998 Городские подземные сооружения гражданского и общественного назначения. СПБ.: Подземный город: Геотехнология и архитектура. Труды международной конференции, 1998, стр. 17-22.

25. Ильичев В.А., Ухов С.Б., Зарецкий Ю.К., Колыбин И.В., 1997 Опыт строительства подземной части ТРК на Манежной площади.- М.: Горный вестник, №4.

26. Ильичев В. А., Готман Ю. А. Расчет грунтоцементного массива для снижения перемещения ограждения методом оптимального проектирования. // Основания, фундаменты и механика грунтов. — 2011. №4.-с. 24-31.

27. Клейн Г.К. 1964 Расчет подпорных стен. Учебное пособие. Высш. шк., 1964. 196с., ил.

28. Клейн, Г.К., 1969 Давление грунта на сооружения в зависимости от их перемещений. -«Гиротехническое строительство», 1969, №2

29. Колыбин И.В., Фурсов A.A., 2000 Колыбин И.В., Фурсов А.А.Расчет подземных сооружений с учетом технологии их возведения// Тр. юбилейной научно-практ. конф. «Подземное строительство России на рубеже XXI века». М., 15-16 марта 2000.- с. 183-190.

30. Колыбин И.В.,2007 Подземные сооружения *и котлованы в городских условиях — опыт последнего десятилетия // тр. Юбилейной конференции посвященной 50-летию

31. РОМГТиФ «Российская геотехника — шаг в XXI век», -М., 15-16 марта 2007. -с.114-153.

32. Коновалов П.А., Никифорова Н.С., 2006 Коновалов П.А., Никифорова Н.С. Закономерности деформирования оснований зданий вблизи глубоких котлованов и защитные мероприятия// Сб.тр. НИИОСП «75 лет НИИОСП им.Н.М.Герсеванова».-М., 2006, с.41-50.

33. Конюхов Д.С.,2005 Строительство городских подземных сооружений мелкого заложения. -М.: Архитектура-С,2005

34. ЛазебникГ.Е. 1961 К расчету подпорных шпунтовых стенок. «Речной транспорт», 1961, №2

35. Лазарев И. Б., Круглов А. И., Редьков Е. В., Грес П. В. Основы оптимального проектирования строительных конструкций. Учебное пособие. Новосибирск, 1984, с. 95.

36. Лазарев И. Б. Математические методы оптимального проектирования конструкций. Учебное пособие. Новосибирск, 1974

37. Лазарев И. Б. Основы оптимального проектирования конструкций. Задачи и методы. Сибирская государственная академия путей сообщения, 1994. с.

38. Лазарев И. Б. Методы поиска с регулярной адаптацией к ограничениям. Сибирский государственный университет путей сообщения, 1998. 71 с.

39. Лернер В.Г.,2000 Мосинжстрой: новые технические решения в освоении подземного пространства Москвы. —М.: ТИМР, Подземное пространство мира, 2000, №1, стр.57-64.

40. Летова Т.А., Пантелеев A.B., 1998 Экстремум функций в примерах и задачах: Учебное пособие. — М.: Изд-во МАИ, 1998.-376 с.: ил.

41. Пихтарников Я. М. Вариантное проектирование и оптимизация стальных конструкций. М.: Стройиздат, 1979.-319 е., ил.

42. Ляхович Л. С. Особые свойства оптимальных систем и основные направления их реализации в методах расчета сооружений: монография Текст. /Л. С. Ляхович. — Томск: Истательство Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2009. 2009. - 372 с.

43. Маковский Л. В. Городские подземные транспортные сооружения:Учеб пособие для вузов. — 2-е изд., перераб. И доп. М.:Стройиздат, 1985.- 439 с., ил.

44. Маковский И.В. 1998 Строительство многоуровневой подземной автостоянки на пл.Революции в Москве. -СПБ.: Подземный город: Геотехнология и архитектура. Труды международной конференции, 1998, стр.187.

45. МаликоваТ.А. 1962 Расчет полосы, нагруженной любой нагрузкой, лежащей на четверти упругой плоскости. Механика грунтов, сб.№49 НИИ оснований и подземных сооружений, 1962.

46. Малинин А.Г., Жемчугов A.A. 2010 Методы расчета на прочность ограждения котлованов из грунтобетонных свай // Труды Международной конференции по геотехнике «Геотехнические проблемы мегаполисов». Том 5. — Москва. 2010, стр.1813-1818.

47. Михальский Т. 2010 Применение технологии «jet grouting» с целью обеспечения устойчивости ограждений глубоких котлованов //Тр. Межд. конф. по геотехнике. Геотехнические проблемы мегаполисов. Том 5, Москва, 7-10 июня 2010, с.1835-1842

48. Нгуен Вьет Туан, 2006 Напряженно-деформированное состояние грунтов основания и бортов котлована с учетом пространственного фактора./Дисс. канд. наук.-М., 2006.-197 с.

49. Никифорова Н.С., 2005 Никифорова Н.С. Прогноз деформаций зданий вблизи глубоких котлованов. // Вестник гражданских инженеров. С.-Пб.-№2(3).-2005.- с. 38-43.

50. Новиков А.Ф., Шпарберг Б.И. 1961 Натурные измерения упругой линии металлического шпунта. Труды ЦНИИ морского флота, вып.32, 1961.

51. Ольков Я. И., Холопов И. С. Оптимальное проектирование преднапряженных металлических ферм. — М.: Стройиздат, 1985. — 156 е., ил 49.

52. Пермяков В. А., Перельмутер А. В., Юрченко В. В. Оптимальное проектирование стальных стержневых конструкций. — К.: TOB «Издательство «Сталь», 2008. — 538 е.: ил.

53. Петрухин В.П., Шулятьев O.A., Мозгачева O.A., 2004 Петрухин В.П., Шулятьев O.A., Мозгачева O.A. Опыт проектирования и мониторинга подземной части турецкого торгового центра.// Основания, фундаменты и механика грунтов. -2004.- №5.- с.2 8.

54. Почтман Ю. М., Колесниченко А. Л. Методы математической оптимизации в механике грунтов. Киев Донецк. Высшая школа. 1977, с. 104.

55. Почтман Ю. М., Жмуро О. В., Ланда М. Ш. Проектирование оптимальной подпорной стенки с анкерной тягой. // Основания, фундаменты и механика грунтов.

56. Почтман Ю. М., Ланда М. Ш. Холод Е.В. Оптимизация размеров фундаментов колонн с учетом существующих модульных систем. // Основания, фундаменты и механика грунтов.

57. Раюк В. 1965 Расчет давления грунта на подпорные стенки. «Речной транспорт», 1965, №5.

58. Ренгач В.Н., 1967 Усовершенствованный метод расчета гибких заанкеренных стенок. Сб. трудов ЛИИЖТа, вып.272, 1967.

59. Ренгач В.Н., 1970 • Шпунтовые стенки. // Изд. Литературы по строительству. Ленинград, 1970.

60. Савицкий В.В., Шейнин В.И., 1996 Савицкий В.В., Шейнин В.И. Назначение граничных условий при расчетах МКЭ малозаглубленных подземных сооружений. // Основания, фундаменты и механика грунтов.-1996.-№6.- с.14-17.

61. Соколовский В.В., 1960 Статика сыпучей среды. Физматгиз, 1960

62. Сула Н.А Строительство городских подземных транспортных сооружений: технология струйной цементации грунтов // Мир дорог. -2008.-№34.-С. 43-47.

63. Taxa, Хемди А., 2005 Введение в исследование операций, 7-е издание.: Пер с англ.-М.: Издательсткий дом «Вильяме», 2005.-912 стр.: ил. -Парал. тит. англ.

64. Терцаги К., Пек Р., 1958 Механика грунтов в инженерной практике. — М.: Госстройиздат, 1958.-607 с.

65. ТерцагиК., 1961 Теория механики грунтов. Госстройиздат, 1961.

66. Тетиор А.Н., Логинов В.Ф.,1990 Проектирование и строительство подземных зданий исооружений. Библиотека строителя. Киев. «Будивельник», 1990.

67. Трофимович В. В., Пермяков В.А. Оптимальное проектирование металлических конструкций. «Будивельник», 1981.

68. Улицкий В.М., 2003 Геотехнические проблемы реконструкции исторических городов. -СПБ.: Реконструкция городов и геотехническое строительство, 2003-2004, №7, стр. 13-30.

69. Улицкий В.М., Шашкин В.Г., 1998 Геотехническое сопровождение подземного строительства в условиях плотной городской застройки на слабых грунтах. — СПБ.: Подземный город: Геотехнология и архитектура. Труды международной конференции, 1998, стр.424-428.

70. Ухов С.Б. и др., 1994 Ухов С.Б. , Семенов В.В., Знаменский В.В., Тер-Мартиросян З.Г., Чернышов С.Н./Механика грунтов, основания ифундаменты. -M.: АСВ, 1994.- 527 с.

71. Федоровский В.Г. и др., 2003 Федоровский В.Г., Левачев С.Н., Курилло C.B., Колесников Ю.М./ Сваи в гидротехническом строительстве. М.: Изд-во АСВ, 2003.-240 с.

72. Химмельбау Д., 1974 Прикладное нелинейное программирование. Перевод на русский язык. -М.: Мир, 1974 — 534 с.

73. ХогЭ., АрораЯ., 1983 Прикладное оптимальное проектирование: Механические системы и конструкции: Пер с англ.-М.: Мир, 1983. 478 е., ил.

74. Хог Э., Чой К., Комков., 1988 Анализ чувствительности при проектировании конструкций: Пер с англ.-М.: Мир, 1988. 428 е., ил.

75. Чеботарев Г.П., 1968. Механика грунтов, основания и земляные сооружения. Стройиздат, 1968

76. Черняков А. В. Оценка динамических нагрузок на подземные сооружения при горизонтальной струйной цементации водонасыщенного грунта // Основания, фундаменты и механика грунтов.- 2009.- № 3.

77. Черняков А. В. Применение инновационных разработок при строительстве тоннелей в сложных инженерно-геологических и градостроительных условий // Метро и тоннели.- 2011.- № 3.

78. Шейнин В.И., 1992 Шейнин В.И. Геомеханика в расчетах и проектировании малозаглубленных подземных сооружений: особенности и проблемы // Основания, фундаменты и механика грунтов.1992.- № з.- с. 24-27.

79. Шишкин В. Я., Мышинский В. Е. Закрепление грунтов как противофильтрационный экран для котлованов в условиях стесненной городской застройки в сочетании с методом строительства «сверху-вниз». // Бюллетень строительной техники. -2011.-№7.-с. 50-52.

80. Шишкин В. Я. Строительство нулевых циклов методом «сверху вниз»// Жилищное строительство, №2, февраль,2009.

81. Шулятьев O.A., Мозгачева O.A., 2006 Вертикальный геотехнический барьер по методу компенсационного нагнетания. — М: 75 лет НИИОСП им. Н.М. Герсеванова. Сборник трудов, 2006, стр.212-221.

82. Юркевич П.Б., 2002 Возведение монолитных железобетонных перекрытий при полузакрытом способе строительства подземных сооружений. -М.: ТИМР, Подземное пространство мира, 2002, №1, стр. 13-22

83. Юркевич П.Б., 2001 Использование технологии «jet-grouting» на строительстве Многофункционального комплекса «Царев сад» в Москве. -М.: ТИМР, Подземное пространство мира, 2001, №5, стр.9-25.

84. Ястребов П.И., 2000 «Стена в грунте» избуросекущихся свай — преимущества и область применения. М.: Подземное строительство России на рубеже XXI века. Труды конференции, 2000, стр.387-390.

85. Bakker К J, 2005 Bakker К J FEM model for excavation analysis. //Proc. 5th Int. Symp. «Geotechnical aspects of underground construction in soft ground».- Amsterdam, the Netherlands, 15-17 June 2005.-session 4, ppl3.18.

86. Batten M. & Powrie W. 2000 Measurement and analysis of temporary prop loads at Canary Wharf underground station, east London. Proceedings of the Institution of Civil Engineers (Geotechnical Engineering) 143, 151-163

87. Boone S., 2005 Deep Excavations. — Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground.Proc. Of the 5-th Int. Symposium, 2005, p.81-90.

88. Briske R.,1957 Anwendung von Erddruckumlargerungen bei Spundwandbauwerken. Dit-Bautechnik No. 7, No. 10. Berlin, 1957.

89. Brooks, NJ. & Spence, J.F. 1992. Design and recorded performance of a secant retaining wall in Croydon. Proc. Int. Conf. Retaining Structures, Cambridge.

90. Caquot, A. & Kerisel, J. 1948. Tables for the calculation of passive pressure, active pressure and bearing capacity of foundations. Gauthier-Villars, Paris.

91. Carder, D.R & Darley, P. 1998 The long term performance of embedded retaining walls. TRL Report 381. Crowthorne: Transport Research Laboratory.

92. Chang-Yu Ou, 2006 Deep Excavations. Theory and Practice. London, Taylor & Francis, 2006. - 532 p.

93. Clayton.C.R.I., Milititsky, J. & Woods. R.I. 1993. Earth pressure and earth-retaining structures. 2nd end. Blackie Academic & Proffessional, London.

94. Clough, G. W., Smith E.M. & Sweeney B.P. 1989. Movement control of excavation support systems by iterative design. Proc. ASCE, Foundation Engineering: Current Principles and Practices, 2: 869-884.

95. Clough, G. W, and O' Rourke, T D, 1990 Clough, G W, and O' Rourke, T D Construction induced movements of in situ walls/Design and performance of earth retaining structures. ASCE.- New York: GSP, 1990.-№ 25.-pp 439-470.

96. Clour, G W, Smith, E M, Sweeney, BP, 1989 Clour, G W, Smith, E M, Sweeney, B P Movement control of excavationsupport systems by iterative design. ASCE.- New York: GSP, 1989.-№ 22 (2).- pp 869-884.

97. Coulomb,C. A. 1776. Essai sur une application des regies de maximis et minimis a quelques problèmes de statique, relatifs a T architecture. Mémoires de Mathématique et de Physique présentes a L'Academie des Sciences, Paris, 1773, 7, 343-382.

98. Goldberg, D T, Jaworski, W E, Gordon, M D, 1976 Goldberg, D T, Jaworski, W E, Gordon, M D Lateral Support Systems and Underpinning /Report FHWA-RD-75-128, Vol 1, Federal Highway Administration.-Washington D C (PB 257210),1976.

99. GCO 1982. Guide to retaining wall design. Geoguide 1, Geotechnical Control Office, Engineering Development Dept. Hong Kong.

100. Gustavo E. Armijo, 2002 Gustavo E. Armijo Jet-grouting underpinning of a building in the US// Proc. 9th Int. Conf. on piling and deep foundations.- Nice, June 3-5, 2002.- pp 33-40.

101. Hansen J., 1953 Brinch. Earth Pressure Calculation. The Institution of Danish Civil Engineers. Copenhagen, 1953.

102. R. Katzenbach, S. Leppla, M. Volger, R. Dunaevskiy, H. Kuttig, 2010 State of practice for the cost-optimized foundation of high-rise buildings // Proc. Of the Int. Geotechnical Conf. / Moscow, Russia, 7-10 june, 2010, c. 120-129.

103. Lee, I.K. & Herrington, J.R. 1972b. Effect of wall movement on active and passive pressures. Proc. Soil Mech, & Fndn Divn, ASCE. 98 (SM6): 625-640.

104. Lemanza W., Lesmana A. Deep soil improvement technigue using combined deep mixing and iet grouting method // Proc. 17th Int. Conf. on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering/ Alexandria, Egypt, 5-9 October, 2009, c.2439.

105. Mana, A I, Clour GW, 1981 Mana, A I, Clour G W Prediction of movements for braced cuts in clay.// Jnl Geotech. Eng., ASCE.- 1981.-№107 (6).-pp 759-778.

106. Mana, A.I.& Clough, G.W. 1981. Prediction of movement of braced cuts. Jnl Geotechnical Division, ASCE, 107: 759-778.

107. Foundation in urban areas.- Prague, Czech Republic», 25-28th August 2003.- Vol. 2. pp 277-284.

108. Mulabdic M. & Minazek K. Foundation improvement ' for a building on loess soil // Proceedings of the 17th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, 2009, c.2362-2365.

109. Ng C.,2005 Excavation, Retaining Structures, and Foundations. — Proc. of 16-th ICSMGE, Practitioner/Academic Forum and General Reports, Osaka, 2005, p.107-116.

110. Padfield, CJ. & Mair,RJ. 1984. Design of retaining walls embedded in stiff clays. CIRIA Report No. 104, Construction Industry Research and Information Association, London.

111. Papin, J.W, Simpson,B, Felton, P.J. & Raison, C. 1986. Numerical analysis of flexible retaining walls. Proc. Symp. Computer Applications in Geo.Eng.Midland Geo. Soc, UK.

112. Peck,RB, 1969 Peck, R В Deep excavation and tunnelling in soft ground. State of the art report //Proc 7th Int Conf SMFE.- Mexico City, 1969.- pp 147-150.

113. Potts, D.M.& Fourie, A.B. 1984. The behaviour of a propped retaining wall results of a numerical experiment. Geotechnique, 34(3): 383-404.

114. Potts, D.M.& Fourie, A.B. 1985. The effect of wall stiffness on the behaviour of a propped retaining wall: results of numerical experiments. Geotechnique, 35(3): 347-352.

115. Poulos H.G. 2001 Foundations and retaining structures Research and practice // Proceedings of the fifteenth international conference on soil mechanics and geotechnical engineering. V.4, Istanbul, 2001, -pp.2527-2600/

116. Pullar, M.1996. Deep excavations a practical manual. Thomas Telford, London.

117. Rowe, P.W. 1952. Anchored sheet pile walls. Proc.Institutions of Civil Engineers, Vol.1, No.l.London, January, 1952, 27-70.136' Rowe, P.W.& Peaker,K. 1965. Passive earth pressure measurements. Geotechnique, 15: 57-78

118. Schweiger, H.F. 1998. Results from two geotechnical benchmark problems. Proc. 4th European Conf. Numerical Methods in Geotechnical Engineering. Cividini, A. (ed.), 645-654.

119. Simpson B., Powrie W. 2001 Embedded retatining walls: theory, practice and understanding //Proceedings of the fifteenth international conference on soil mechanics and geotechnical engineering. V.4, Istanbul, 2001, -pp.2505-2522

120. Szavits Nossan & I.Sokolic, G.Plepelic Design of anchored retaining structures by numerical modeling // Proc. 17th Int. Conf. on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering/ -Alexandria, Egypt, 59 october, 2009, c. 1381-1384.

121. Terzaghi, K.& Peck, R.B.1948 Soil mechanics in engineeringpractice. John Wiley, New York.

122. Tschebotarioff G.P. 1951. Flexible Bulkheads. The Dock and Harbour Authority, April,, 1951.

123. Williams, B.P. & Waite, D. 1993 The design and construction of sheetpiled cofferdams. Special publication 95. London: Construction Industry Research and Information Association

124. Yang, Q.J. 1997. Numerical analysis and design of strutted deep excavation. Computer Methods and Advances in Geomechanics, Proc. 9th IACMAG Conference, Wuhan. 3:1909-1914.