автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Оценка статического влияния вновь возводимых плитных фундаментов на дополнительную осадку зданий в условиях плотной застройки

КАЛОШИНА Светлана Валентиновна

ОЦЕНКА СТАТИЧЕСКОГО ВЛИЯНИЯ ВНОВЬ ВОЗВОДИМЫХ ПЛИТНЫХ ФУНДАМЕНТОВ НА ДОПОЛНИТЕЛЬНУЮ ОСАДКУ ЗДАНИЙ В УСЛОВИЯХ ПЛОТНОЙ ЗАСТРОЙКИ (НА ПРИМЕРЕ г. ПЕРМИ)

05.23.02-Основания и фундаменты, подземные сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 1 АПР 2011

Санкт-Петербург 2011

4844353

Работа выполнена на кафедре строительного производства ГОУ ВПО «Пермский государственный технический университет»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Пономарев Андрей Будимирович (Пермский государственный технический универитет)

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Бронин Владимир Николаевич (ООО «БЭ и СПР»);

кандидат технических наук Матвеенко Геннадий Алексеевич (строительная компания «ПОДЗЕМСТРОЙРЕКОНСТРУКЦИЯ»)

Ведущая организация:

ГОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»

Защита состоится 26 апреля 2011 г. в 14.30 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.223.01 при ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный универ-сите» по адресу: 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д.4, ауд. 219.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет».

Тел./факс: (812) 316-58-72

Автореферат разослан « £ 3 » марта 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

д-р техн. наук

Ю. Н. Казаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время проблема строительства в условиях плотной городской застройки становится все более актуальной. Развитие г. Перми, как и многих других крупных городов, происходит не только вширь, но и вглубь, без расширения границ за счет более рационального использования городских территорий. Подобная градостроительная политика позволяет существенно снизить затраты на развитие инженерно-транспортной инфраструктуры и повысить престижность преобразуемых комплексов зданий, однако при этом возникает ряд других проблем, связанных с обеспечением сохранности существующих зданий и сооружений.

Как показывает опыт, в результате нового строительства существующие здания могут получить недопустимые деформации, что делает непригодными их к дальнейшей эксплуатации. Безопасность ведения работ в стесненных условиях обусловлена целым рядом факторов. Одной из причин, приводящих к деформациям существующей застройки, является передача дополнительных нагрузок на грунтовое основание от веса вновь возводимого объекта, в результате чего существующее здание может получить ненормативную осадку и крен. Как правило, таким деформациям подвержены здания высотой до пяти этажей при строительстве рядом с ними высотных объектов. Если рассматривать застройку г. Перми, то значительную ее часть составляют пятиэтажные дома, построенные в 1950-1970 г.г. (до 70 % от общего объема жилого фонда). Большинство из них имеют ленточные фундаменты мелкого заложения, тогда как новые высотные здания в центральных районах все чаще возводятся на плитных фундаментах, что связано со значительными проектными нагрузками и требованиями по недопустимости неравномерных осадок.

Настоящая работа посвящена изучению процесса получения дополнительных осадок существующим зданием, имеющим ленточный малозаглуб-ленный фундамент, на этапе нагружения основания весом вновь возводимого объекта, построенном на плитном фундаменте. Актуальность данной темы объясняется также отсутствием региональных норм проектирования возведения зданий в стесненных условиях применительно к геологическим условиям г. Перми.

Целью диссертационной работы является разработка методики прогноза дополнительной осадки ленточного фундамента существующего здания от нагружения основания плитным фундаментом вновь возводимого объекта в инженерно-геологических условиях г. Перми.

Для достижения цели диссертационной работы были поставлены следующие задачи:

1. Выявление наиболее значимых факторов строительства в условиях плотной застройки г. Перми.

2. Определение основных типов грунтовых оснований, характерных для условий строительства г. Перми.

3. Изучение закономерностей получения дополнительной осадки существующими зданиями с ленточными фундаментами от нагружения основания вновь возводимыми объектами с плитными фундаментами на основе экспериментальных исследований, расчетов по методике СНиП и численного моделирования.

4. Разработка методики прогноза дополнительной осадки основания существующего ленточного фундамента с учетом влияния нового плитного фундамента.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- выявлены и обобщены основные типы грунтовых оснований для инженерно-геологических условий г. Перми;

- по результатам численного моделирования и расчетов по методике СНиП для различной глубины заложения вновь возводимого здания получены основные зависимости дополнительной осадки основания существующих зданий от расстояния между рассматриваемыми объектами и давления по подошве вновь возводимого здания;

- предложена методика расчета, реализованная в номограммах и поправочных коэффициентах, позволяющая спрогнозировать дополнительную осадку существующих зданий от установленных в работе факторов.

Методы исследования. Для решения поставленных задач выполнялись:

- модельные эксперименты в лотке;

- расчеты по методике СНиП 2.02.01-83* с использованием метода послойного суммирования дополнительных осадок основания существующих зданий при нагружении соседних площадей;

- численное моделирование влияния нового строительства на существующую застройку в программном комплексе РЬАХ18-8.0;

- статистический анализ результатов численного моделирования;

- сопоставление данных натурных наблюдений с результатами расчетов.

Достоверность и обоснованность. Результаты, основные выводы и рекомендации, приведенные в диссертационной работе, базируются на основных теоретических положениях механики грунтов и теории упругости, а также подтверждены необходимым объемом исследований, обеспечивающим возможность статистической обработки результатов. При проведении экспериментов использовалась регистрирующая аппаратура, прошедшая поверку в органах стандартизации. Достоверность результатов исследования обеспечивается значительным количеством расчетов с помощью сертифицированных программ, используемых для решения задач в геотехнической практике.

Практическая значимость проведенного исследования состоит в разработанной методике прогноза дополнительной осадки основания существующих зданий с фундаментами мелкого заложения при строительстве рядом с ними высотных объектов на плитных фундаментах в инженерно-геологических условиях г. Перми.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены в практику строительства группой организаций, входящих в некоммерческое партнерство «ЗАПАДУРАЛСТРОЙ». Диссертационная работа является частью научных исследований, проводимых на кафедре «Строительное производство» ПГТУ в рамках программ «Национальный исследовательский университет» и инновационно-образовательной программы «Образование» в 2006-2010 гт. Полученные основные результаты работы использованы в Пермском государственном техническом университете при чтении лекций и ведении практических занятий для студентов строительного факультета и легли в основу изданного учебно-методического пособия «Технология строительного производства. Устройство фундаментов в условиях плотной юродской застройки».

Личный вклад автора. Постановка проблемы, формулирование цели и всех задач, поиск их решения путем проведения численного моделирования и экспериментальных исследований, предложенная методика расчета и практические рекомендации, основные выводы выполнены лично автором.

На защиту выносятся:

1. Результаты лабораторных и численных экспериментальных исследований влияния нагружения плитных фундаментов новых зданий на существующую застройку;

2. Методика прогноза дополнительной осадки основания существующего ленточного фундамента от влияния нового плитного фундамента.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях молодых ученых 2006-2010 гг. (ПГТУ, г. Пермь); 64-й всероссийской научной конференции «Научно-практические и теоретические проблемы геотехники» (Санкт-Петербург, 2007 г.); международной конференции «Геотехнические проблемы XXI века в строительстве зданий и сооружений» (Пермь, 2007 г.), межрегиональной научно-практической конференции «Проблемы и задачи инженерно-строительных изысканий» (Пермь, 2008 г.), IV международной конференции по геотехнике «Городские агломерации на городских территориях» (Волгоград, 2008 г.), международной научно-практической конференции, посвященной 50-летию строительного факультета ПГТУ (Пермь, 2009), 66-й всероссийской научной конференции по геотехнике «Актуальные вопросы инженерной геологии, механики грунтов и фундаментостроения» (Санкт-Петербург, 2010 г.), XIVth Danube-European Conference on Geotechnical Engineering (Bratislava, Slovak Republic, 2010).

Основное содержание диссертационной работы отражено в 15 статьях, опубликованных в сборниках научных трудов и научных журналах, в том числе 4 статьях, опубликованных в изданиях из перечня ВАК РФ.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы и 3 приложений. Общий объем диссертации составляет 185 страниц, включает 40 рисунков, 45 таблиц, список литературы из 124 наименований, в том числе 13 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой темы, приведены цели диссертационной работы, отмечена научная новизна и практическая ценность работы, а также основные положения, вынесенные на защиту.

В первой главе работы рассмотрено современное состояние вопроса возведения зданий в стесненных условиях, выполнен анализ существующих методов расчета осадок зданий и напряженно-деформированного состояния оснований.

В настоящее время в практике проектирования широко применяются следующие методы определения конечных осадок фундаментов: метод послойного суммирования, уточненный метод послойного суммирования, метод линейно-деформируемого слоя, метод эквивалентного слоя H.A. Цытовича и др. Проблемой возникновения и оценки дополнительных осадок зданий и сооружений в разное время занимались В.Н. Бронин, В.П. Вершинин, Б.И. Далма-тов, H.A. Ибадильдин, В.А. Ильичев, П.А. Коновалов, P.A. Мангушев, Н.С. Никифорова, В.В. Семенюк-Ситников, В.Г. Симагин, Г.М. Скибин, С.Н. Сотников, В.М. Улицкий, A.JI. Четвериков, А.Г. Шашкин, R. Katzenbach, Е. Schultze и другие. Большой вклад в теорию нелинейного деформирования грунтов внесли такие зарубежные исследователи как D.G.Drucker, R.M. Haythoruthwaite, J. Holubce, H.B. Poorooshasb, W. Prager, K.H. Roscoe, A.N. Sherbourue, R.T. Shield.

Установлено, что известные методы расчета конечных осадок зданий дают существенно различные результаты, что объясняется различием гипотез, заложенных в основу расчетной модели грунта.

Выделена одна из наиболее сложных геотехнических задач при возведении зданий в стесненных условиях-задача прогноза дополнительных деформаций существующих зданий на этапе нагружения основания весом вновь возводимого объекта. В работе в качестве существующего здания принято пятиэтажное здание, имеющее ленточный фундамент, в качестве вновь возводимого - здание с плитным фундаментом.

Обзор литературных данных по теме исследования позволили выделить наиболее значимые факторы строительства, оказывающие существенное влияние на величину дополнительной осадки основания существующих зданий. Сформулированы задачи дальнейших исследований.

Во второй главе приведены результаты анализа и обобщения данных инженерно-геологических условий г. Перми.

Выполнен литологический и геоморфологический анализ грунтов г. Перми. На основе изучения архивных данных изыскательских организаций выделено 9 основных литолого-генетических групп грунтов и два наиболее характерных для центральных районов г. Перми типа грунтового основания фундаментов зданий и сооружений (рис. 1). Первый тип представлен песком средней плотности ниже которого залегает гравийный грунт с песчаным

заполнителем (1-Ш надпойменная терраса). Второй тип - суглинком от полутвердой до мягкопластичной консистенции и гравийным грунтом с песчаным заполнителем (IV надпойменная терраса). По каждому типу основания представлены осредненные значения физико-механических характеристик отдельных инженерно-геологических элементов (табл. 1, 2). Обозначены опасные геологические процессы, наблюдаемые на территории г. Перми.

Рис. 1. Наиболее характерные для центральных районов г. Перми типы оснований: а - 1 тип основания (1-Ш надпойменная терраса); 6-2 тип основания (IV надпойменная терраса)

Таблица 1

Осредненные значения физико-механических характеристик инженерно-геологических элементов 1-го типа основания

Параметр ИГЭ-1. Песок средней плотности (е=0,65; А,=10 м) ИГЭ-2. Гравийный грунт с песчаным заполнителем (/12=2 м) ИГЭ-3. Аргиллит трещиноватый

средней крупности мелкий пьиеватый

Плотность, г/см3 1,7 1,7 1,7 21 2,3

Модуль деформации, МПа 30 28 18 28 55

Удельное сцепление, кПа 1 1 4 1 100

Угол внутреннего трения,град 35 31 30 37 22

Таблица 2

Осредненные значения физико-механических характеристик инженерно-геологических элементов 2-го типа основания

Параметр ИГЭ-1. Суглинок (е=0,85; й/=10 м) ИГЭ-2. Гравийный грунт с песчаным заполнителем (/12=2 м) ИГЭ-3. Аргиллит трещиноватый

полутвердый тугоплас-тичный мягко-пластичный

Плотность, г/см1 1,8 1,8 1,8 21 2,3

Модуль деформации, МПа 14 11 8 28 55

Удельное сцепление, кПа 22 18 16 1 100

Угол внутреннего трения,град 22 19 16 37 22

Согласно выполненному анализу инженерно-геологических условий г. Перми и классификации по ГОСТ 25100-95 принято допущение, что средняя толща сжимаемых грунтов основания, представленных аллювиально-де-лювиальными отложениями, составила 12 м.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям влияния нового строительства на существующую застройку.

Основными задачами модельных экспериментов явились:

- исследование закономерности получения дополнительной осадки основания зданий (Ба&я), построенных на ленточных фундаментах при строительстве рядом с ними высотных зданий на плитных фундаментах;

- исследование влияния расстояния Ь между существующим и вновь возводимым зданием на дополнительные осадки основания существующего здания;

- исследование закономерностей изменения дополнительной осадки существующего здания в зависимости от его этажности (давления, передаваемого по подошве фундамента существующего здания);

- исследование влияния изменения толщи сжимаемого грунтового основания Я на дополнительную осадку существующего здания;

- исследование влияния плотности грунтового основания на дополнительную осадку существующего здания.

Модельные эксперименты выполнены на маломасштабных (в масштабе 1:50) моделях плитного и ленточного фундамента в лаборатории кафедры «Строительного производства» Пермского государственного технического университета. Оборудование для модельного эксперимента (рис. 2) включало в себя: лоток размерами 1000x1000x900(11) мм, рамы для крепления гибких штанг, модели ленточного и плитного фундаментов.

Модель плитного фундамента представляла собой шесть последовательно укладываемых металлических пластин размером 24x24x0,8 см. Модель ленточного фундамента была выполнена из шести металлических пластин размером 4x24x0,8 см. Масса одной пластины модели плитного фундамента составляла в среднем 3,8 кг, ленточного - 0,65 кг. Уплотнение грунта в основании моделей ленточного и плитного фундаментов осуществлялось за счет собственного веса моделей фундаментов (каждая пластина модели ленточного и плитного фундаментов передавали на грунт давление по 0,67 кПа).

Рис. 2. Общая схема экспериментальной установки: 1 - силовой уголок, 2 - лоток, 3 - рама, 4 - модель плитного фундамента, 5 - модель ленточного фундамента, 6 - индикатор часового типа ИЧ-10, 7 - гибкая штанга

В качестве грунтового основания в модельном эксперименте использовался песок мелкий просушенный до воздушно сухого состояния. Основные физико-механические характеристики песка приведены в диссертационной работе. В ходе экспериментальных работ варьировались три различные степени уплотнения песчаного основания, соответствующие песку плотному, средней плотности и песку рыхлому по ГОСТ 25100-95. Плотность укладываемого грунта контролировалась с помощью статического плотномера СПГ-1. Песок отсыпался отдельными слоями. После каждого опыта грунт извлекался из лотка и проводилась его новая укладка.

Опыты проводились в следующей последовательности:

- устанавливалась модель ленточного фундамента;

- после стабилизации собственной осадки модели ленточного фундамента

отдельными ступенями по 0,67кПа = — передавалась нагрузка от модели

6

плитного фундамента.

Всего было поставлено пять серий опытов. В первых трех сериях варьировались различные степени уплотнения песчаного основания мощностью

ч.

Hl = с = 24 см при давлении по подошве ленточного фундамента Р= 4 кПа, где с - сторона плитного фундамента. В четвертой серии опытов давление по подошве ленточного фундамента было уменьшено в два раза и принято равным = 2 кПа. Пятая серия опытов была проведена для песка плотного мощностью Н= 2с = 48 см и давлении по подошве ленточного фундамента Р= 4 кПа. Максимальное давление по подошве плитного фундамента во всех сериях опытов составляло Р2 = 4 кПа. В каждой серии опытов расстояние в свету между моделями ленточного и плитного фундаментов принималось равным L = 0,2с; 0,75с; 1,5с; 2с. При каждом расстоянии опыты повторялись 3 раза.

Вертикальные перемещения модели ленточного фундамента фиксировались с помощью двух индикаторов часового типа ИЧ-10 с точностью до 0,01 мм. После умножения значений дополнительной осадки ленточного фундамента, полученной в ходе эксперимента, на масштабный коэффициент 50 были получены предполагаемые смасштабированные значения осадки ленточного фундамента с шириной подошвы Ь = 2 м вследствие нагружения основания плитным фундаментом со стороной с = 12 м. На рис. 3 представлен график зависимости дополнительной осадки основания ленточного фундамента Sad.s от расстояния между ленточным и плитным фундаментом L для песка средней плотности, Н= 12 м.

2

"а ш У)

8.0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2.Q 1.0 0,0 0,2с=2,4

*

■ ____—---—2----- •v\ i

я А \ '! .............................. ЦМ

л

щ —Ч^^пг— -----■-;-----

—»ii i,;*, ''

............................"

б—*—Р2=ЗЗкПз

5-Р2=6?*Пэ

4—*— Р2= 1 СЮкПа 3 —Р2= 13ЗкПа 2—е— Р2=167кПа •— Р2=200нПа

0,75с=9 м1,5с=18 2с=24

Рис. 3. Смасштабированные графики зависимости дополнительной осадки основания ленточного фундамента БЫ.я от расстояния в свету между ленточным и плитным фундаментами Ь. Песок средней плотности, Н= 12 м. Давление по подошве ленточного фундамента Р = 200 кПа. Давление по подошве плитного фундамента Р. =33-^200 кПа

Проведенные модельные эксперименты показали, что независимо от степени уплотнения песчаного основания справедливы следующие закономерности:

- в результате передачи нагрузки на плитный фундамент происходит уплотнение грунтового основания, что приводит к получению дополнительной осадки Sad.s модели ленточного фундамента;

-дополнительная осадка основания модели ленточного фундамента Sad.s уменьшается с увеличением расстояния L между штампами;

- увеличение толщи сжимаемых грунтов основания Я до значенй больших ширины плитного фундамента с не приводит к существенному увеличению значений дополнительной осадки основания ленточного фундамента (с увеличением значений Н=с до значений II = 2с приращение дополнительной осадки составляет порядка 10 %);

- при толще сжимаемых грунтов Н>с максимальную дополнительную осадку ленточный фундамент получает при малых расстояниях между фундаментами L<c/2, где с - сторона плитного фундамента. При расстоянии между фундаментами L=2c дополнительная осадка стремится к нулю;

- если расстояние L между фундаментами и давление по подошве ленточного фундамента .Р; неизменны, дополнительная осадка основания ленточного фундамента Sad.s увеличивается с увеличением давления по подошве плитного фундамента Р2\

- величина дополнительной осадки основания ленточного фундамента в большей мере определяется величиной давления, передаваемой по подошве плитного фундамента/^ и в меньшей степени первоначальной осадкой самого ленточного фундамента.

В четвертой главе с целью детального изучения основных закономерностей получения дополнительной осадки основания ленточного фундамента были выполнены расчеты:

- по методике СНиП 2.02.01-83* с использованием метода послойного суммирования;

- с использованием метода конечных элементов в рамках программы PLAXIS-8.0.

В расчетах размер подошвы ленточного фундамента b принимался равным 2 м, размер стороны плитного фундамента с -12 м. Толща сжимаемых грунтов основания Н согласно инженерно-геологическим условиям г. Перми была принята равной 12 м.

Первоначально все расчеты выполнялись для песка мелкого с физико-механическими характеристиками, представленными в табл. 1. Результаты расчетов сравнивались с смасштабированными значениями дополнительной осадки, полученными в модельном эксперименте для песка мелкого средней плотности, имеющем наиболее близкие значения с, <р, Е к принятым расчетным характеристикам. Сравнение полученных значений дополнительной осадки основания с результатами модельного эксперимента показало (рис. 4):

- расчет в PLAXIS-8.0 дает хорошую сходимость с данными модельного эксперимента при расстоянии между моделями ленточного и плитного фундаментов L < 0,5с (расхождение составляет порядка 30 %);

- расчет методом послойного суммирования (методика СНиП) дает хорошую сходимость с данными модельного эксперимента при расстоянии между моделями ленточного и плитного фундаментов L < с (расхождение составляет порядка 25 %).

Saas. ММ

18 "

1 3 6 9 12 15 18 21 24 0,083с 0,25с 0.5с 0,75с с 1,25с 1,5с 1.75с 2с

Рис. 4. Зависимость дополнительной осадки основания ленточного фундамента (мм) от расстояния между ленточным и плитным фундаментами: 1 - по расчету методом послойного суммирования; 2 - по данным расчета в РЬАХК-в.О;

3 - по данным модельного эксперимента.

Песчаный грунт. Давление по подошве ленточного и плитного фундаментаР, = Р2= 200 кПа; Я = 12м, ДЯ=0м.

Сторона плитного фундамента с = Я = 12м

Таким образом, на участке между фундаментами Ь < 0,5с хорошую сходимость с данными модельного эксперимента показывают как численные расчеты, так и расчеты по методике СНиП. Преимуществом расчетов с использованием программного комплекса РЬАХК-в.О является автоматизация вычислений, а также возможность моделирования различной глубины заложения плитного фундамента относительного подошвы ленточного, что сложно учесть при расчетах по методике СНиП. С целью выявления основных закономерностей получения дополнительной осадки основания ленточного фундамента при различной глубине заложения плитного фундамента дальнейшие расчеты в РЬАХК-в.О выполнялись на участке между фундаментами £ < 0,5с для песка мелкого и суглинка тугопластичного, ниже которых залегает гравийный грунт с песчаным заполнителем. Численное моделирование проводилось в условиях плоской задачи с применением упругопластичной модели Мора-Кулона. Расчетная схема нагружения основания ленточного фундамента весом вновь

возводимого объекта показана на рис. 5, область варьирования наиболее значимых факторов эксперимента представлена в табл. 3.

При расстояниях между фундаментами 0,5с <Ь<св случае расположения фундаментов в одном уровне основные закономерности дополнительной осадки основания ленточного фундамента для двух наиболее характерных для центральных районов г. Перми типов оснований (рис. 1) изучались на основе метода послойного суммирования.

А А

Рис. 5. Расчетные схемы нагружения основания ленточного фундамента весом вновь возводимого объекта: а) - фундаменты расположены в одном уровне Д#= Ом, расстояние в свету между фундаментами Ь = Ом; б) - фундаменты в разных уровнях ДНФ Ом; расстояние между фундаментами Ь Ф Ом,

Таблица 3

Область варьирования наиболее значимых факторов эксперимента

№ п/п Фактор Область варьирования

1 Расстояние в свету между существующим и возводимым зданием £, м 0-6

2 Глубина заложения плитного фундамента относительно подошвы ленточного АН, м 0; 3; 6

3 Давление по подошве вновь возводимого здания Р2, кПа 0</>:<200

4 Геологические условия строительства Тип основания 1 - песок мелкий Л;=10м, гравийный грунт Й2=2м (рис. 1 а); Тип основания 2 - суглинок тугопластичный Л;=10м, гравийный грунт Аг=2м (рис. 1 б)

5 Толща сжимаемых грунтов основания Н, м 12

6 Давление по подошве существующего здания Ри кПа 200

На основе расчетов по методике СНиП и численного моделирования автором работы получены регрессионные зависимости, позволяющие определить дополнительную осадку основания ленточного фундамента Sad.sf, (м) при нагружении основания плитным фундаментом для различных начальных условий. В общем в виде зависимости имеют вид:

Sad.sj =bg.+bliP2+b2L+blljP2+b22L2+bl2P^ (1)

Коэффициенты уравнений регрессии имеют следующую размерность: Ъ0 [м], [м/Па], Ьи [м/Па2], b2J [1/м], Ъп [1/Па], Ь} - безразмерный коэффициент.

Всего получено восемь уравнений регрессии:

Sad.s =1414,6xl0-6+1965,2xl0-I0Pi -2561,6 xlO^L-1241,8хЮ16 Р2 2+

+4175,8 х10-71г-2666,7 xlO nP3L (2)

Sad.s2=6600x 10"7+1617,8 хЮ"10^-1608,3 xlO^i -504,8

+2772,4 *WL2-im xlO" PJL (3)

5ads3=4758xl0-7+1428,3 xlO'1»^ -1239,9*\Q*L -1057,2 xl0"16iy+

+2158,7 x 10"7L4166,7 410"/y, (4)

Sad.s =4766,6x10^+4417,5 xl010/,/9277,8xl0-6i-2168,7 xlOJiP/+

+1536,8 x 10-^-6833,3 xio11^ (5)

5adsJ=2994,6xl0-6+3980,6 хЮ10Р2-6845 xlO*L -1484,2 xlO^/t

+1168,4 хЮ^/.^вЗЗ.З х10 "Р/ (6)

Sad.s =1195xl0"4+3003,3 х10-10^-2546,4 xlO"6!-2139,8 *10I6P/+

+4289,1 xlO-7 ¿^-3416,7x10-"^ (7)

Sad.s=4975,2xl0"6+4919,8 х10-"Рг-1236,1 xlO^L+3607 х10л>Р/+

+7067,4 xl0"8L2-3916,7 *\frnP2L (8)

Sad.s=9m,U 10^+9701,6 x 10-4^-2338x10^-4963,ЗхЮ18/',

+1281,9 ХЮ-7Л6416,7Х1012.Р/, , (9)

где Sad.st - Sad.s ^(м) - дополнительная осадка основания ленточного фундамента от нагружения грунтового массива весом вновь возводимого здания в 1-ом типе основания (песок мелкий h = 10 м, гравийный грунт h2= 2 м) при Д# равном 0,3, 6 м соответственно;

Sad.st - Sad.s6, (м) - дополнительная осадка основания ленточного фундамента от нагружения грунтового массива весом вновь возводимого здания во 2-ом типе основания (суглинок тугопластичный h = 10 м, гравийный грунт h}=2u) при Д# равном 0,3,6 м соответственно;

Sad.s7, Sad.s8, (м) - дополнительная осадка основания ленточного фун-

даментаот нагружения грунтового массива весом вновь возводимого здания в 1-ом и 2-ом типе основания соответственно в случае расположения фундаментов в одном уровне;

Рг (Па)-давление по подошве плитного фундамента;

L, (м) - расстояние в свету между плитным и ленточным фундаментами.

Расстояние между ленточным и плитным фундаментом L допустимо варьировать от 0 до 6 м для зависимостей (2}-\7) и от 6 до 12 м для зависимостей (8)-(9); давление по подошве плитного фундамента принимать равным 0<Р2< 200 кПа.

В графическом виде зависимости (1)-(8) представлены в виде номограмм в диссертационной работе. В качестве примера на рис. 6 приведен фрагмент номограммы для зависимости (2).

Давление Р2, кПа

100. еоо

S3

я §

t-о о га Р-,

.00 120.00 140.00 160.00 1ВО.ОО 200.0

Давление Р2, кПа

Рис. 6. Фрагмент номограммы зависимости дополнительной осадки основания ленточного фундамента (м) от расстояния Ь, (м) между

фундаментами и давления по подошве плитного фундамента Рр (кПа). Тип основания 1 - песок мелкий Ь= 10 м, гравийный грунт к2-2 м. Фундаменты в одном уровне, Л#=0 м. Давление по подошве ленточного фундамента/^ = 200 кПа. Толща сжимаемых грунтов основания Н = 12 м. Сторона плитного фундамента с = 12 м

В пятой главе определены граничные условия разработанных зависимостей и номограмм, даны рекомендации по прогнозированию дополнительной осадки основания ленточного фундамента Sads.

Предлагаемая автором методика расчета дополнительной осадки основания существующего ленточного фундамента с учетом влияния плитного заключается в следующем:

1. В зависимости от глубины заложения плитного фундамента относительно подошвы ленточного АН, расстояния в свету между существующим и возводимым зданием L, давления по подошве вновь возводимого объекта Р2 и геологических условий строительной площадки (песчаный или глинистый грунт) определяется дополнительная осадка основания ленточного фундамента Sad.s по наиболее подходящим номограммам.

2. В случае, если исходные данные отличаются от условий, принятых для расчета зависимостей Sad.s t - Sad.sg, величину дополнительной осадки основания ленточного фундамента, найденную по номограммам, следует умножать на поправочные коэффициенты:

Sads '= Sads к,к2, (9)

где Sad.s', м - значение дополнительной осадки основания ленточного фундамента существующего здания, найденное с учетом изменения первоначальных значений размеров плитного фундамента и геологических условий строительной площадки;

Sad.s, м - базовое (исходное) значение дополнительной осадки основания ленточного фундамента, определенное по номограммам;

kj- коэффициент, учитывающий изменение размеров плитного фундамента (вводится при с > 12м);

к3-коэффициент, учитывающий изменение геологических условий площадки строительства (вводится в случае если песчаное основание сложено песком средней крупности или песком пылеватым; глинистое основание - суглинком полутвердым или мягкопластичным).

Значения поправочных коэффициентов приведено в диссертационной работе.

Разработанная методика была применена на двух объектах в г. Перми и двух объектах, имеющих схожие инженерно-геологические условия, в г. Новосибирске. Расхождение прогнозируемой дополнительной осадки по предложенной автором методике с осадкой, зафиксированной в натуре, составило не более 25 %, что подтверждает правомерность разработанной методики.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основе анализа инженерно-геологических условий выделено 9 основных литолого-генетических групп грунтов и два наиболее характерных для центральных районов г. Перми типа грунтового основания. Первый тип пред-

ставлен песком средней плотности ниже которого залегает гравийный грунт с песчаным заполнителем (1-Ш надпойменная терраса). Второй тип - суглинком от полутвердой до мягкопластичной консистенции и гравийным грунтом с песчаным заполнителем (IV надпойменная терраса). По каждому типу основания определены осредненные значения физико-механических характеристик отдельных инженерно-геологических элементов.

2. На основании модельных и численных экспериментов установлены наиболее значимые факторы, определяющие величину дополнительной осадки существующего здания, а именно: давление по подошве фундамента существующего Р1 и вновь возводимого объекта Рр глубина заложения фундамента вновь возводимого здания относительно подошвы фундамента существующего здания АН, расстояние между существующим и строящимся зданиями Ь, геологические условия строительной площадки, толща сжимаемых грунтов основания Н.

3. При толще сжимаемых грунтов основания Я £ с максимальную дополнительную осадку ленточный фундамент существующего здания получает при малых расстояниях между фундаментами существующего и возводимого объекта Ь < с/2, где с - сторона плитного фундамента. При расстоянии между фундаментами Ь>2с дополнительная осадка стремится к нулю.

4. Увеличение толщи сжимаемых грунтов основания Я до значений больших ширины плитного фундамента с не приводит к существенному увеличению значений дополнительной осадки основания ленточного фундамента (с увеличением значений Н=с до значений Я=2с приращение дополнительной осадки составляет порядка 10%).

5. Увеличение глубины заложения АН плитного фундамента относительно подошвы ленточного приводит к уменьшению дополнительной осадки основания ленточного фундамента (с увеличением АН от 0 до 6м значение осадки уменьшается до 30% в песчаном грунте и до 40% в глинистом грунте).

6. По результатам численного моделирования и расчетов по методике СНиП для различной глубины заложения вновь возводимого здания разработаны зависимости и предложена методика расчета дополнительной осадки основания существующего здания в зависимости от расстояния между рассматриваемыми объектами I и давления по подошве вновь возводимого здания Рг Методика реализована в номограммах и поправочных коэффициентах.

7. Предложенные зависимости учитывают толщу сжимаемых грунтов и геологические условия, характерные для г. Перми. Зависимости позволяют определить дополнительную осадку основания существующего ленточного фундамента с учетом нагружения грунтового массива плитным фундаментом при давлении по подошве существующего и возводимого здания не более 200 кПа, расстоянии между рассматриваемыми объектами Ь<с, глубине заложения плитного фундамета относительно подошвы ленточного Д#< 6 м. Срав-

нение имеющихся данных натурных наблюдений с расчетными величинами дополнительной осадки по предлагаемой методике дает расхождение в пределах 25 %.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Калошина, C.B. Наиболее значимые факторы строительства при возведении зданий в стесненных условиях / C.B. Калошина, А.Б. Пономарев // Известия Орловского государственного технического университета. Серия «Строительство. Транспорт». - Орел, 2007. - №1/13 (янв.-март). - С. 7-10.

2. Калошина, C.B. Анализ существующих методов расчета осадок зданий и напряженно-деформируемого состояния оснований / C.B. Калошина, А.Б. Пономарев, A.A. Богомолов // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Сер.: Стр-во и архит. -Волгоград, 2008.-Вып. 9 (28).-С. 4-6.

3. Калошина, C.B. Моделирование влияния нового строительства на существующую застройку в программном комплексе Plaxis 8.0 / C.B. Калошина, А.Б. Пономарев // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Сер.: Стр-во и архит, -Волгоград, 2010. -Вып. 17 (36).-С. 24-28.

4. Калошина, C.B. К вопросу определения дополнительной осадки уплотнения существующего здания при новом строительстве / C.B. Калошина // Вестник гражданских инженеров. - СПб, 2010. - Вып. 2010/2(23). -С. 90-93.

В других изданиях:

1. Калошина, C.B. Причины деформаций существующих зданий при новом строительстве в стесненных условиях городской застройки / C.B. Калошина, А.Б. Пономарев // Вестник УГТУ-УПИ. Строительство и образование: сб. науч. тр. / Урал. Гос. Техн. ун-т - УПИ. - Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ,2006.-№ 12 (83)-С. 119-120.

2. Калошина, C.B. Об инженерно-геологических условиях строительства г. Перми / C.B. Калошина, А.Б. Пономарев // Проблемы механики грунтов и фундаментостроения в сложных грунтовых условиях: Тр. междунар. науч.-технич. конф., посвященной 50-летию БашНИИстроя: В 3-х т. - Уфа, 2006. -Т.2-С.119-124.

3. Калошина, C.B. Учет конструктивных особенностей зданий и геологических условий при строительстве в стесненных условиях городской застройки (на примере г. Перми) / C.B. Калошина, А.Б. Пономарев // Геомехани-

ка, геотехника, геоэкология, гидротехника: сб. науч. тр., посвященный 50-ти летию академика МАЭП Габибова Фахраддина Гасан оглы. - Баку, 2006. -С.101-105.

4. Калошина, C.B. Влияние конструктивных особенностей существующих зданий и технологических параметров нового строительства на возведение объектов в стесненных условиях / C.B. Калошина, А.Б. Пономарев // Научно-практические и теоретические проблемы геотехники: межвуз. темат. сб. тр. - СПб., 2007. - С. 57-63.

5. Калошина, C.B. К вопросу расчета контактных напряжений при возведении зданий в стесненных условиях / C.B. Калошина, А.Б. Пономарев // Известия Архангельского государственного технического университета. Серия «Строительство»: по материалам междунар. науч.-пракг. конф. «Городское строительство на слабых грунтах». - Архангельск, 2007 - Вып. 69. -С. 45-50.

6. Калошина, C.B. Изменение напряженного состояния основания существующего здания при новом строительстве / C.B. Калошина, А.Б. Пономарев // II Академические Чтения им. профессора A.A. Бартоломея: Тр. междунар. науч.-практ. конф. «Геотехнические проблемы XXI века в строительстве зданий и сооружений», г. Пермь, 3-5 сентября 2007 г. - Пермь, 2007. -С. 146-148.

7. Калошина, C.B. Планирование модельного эксперимента / C.B. Калошина, A.B. Захаров, А.Б. Пономарев // II Академические Чтения им. профессора A.A. Бартоломея: Тр. междунар. науч.-практ. конф. «Геотехнические проблемы XXI века в строительстве зданий и сооружений», г. Пермь, 3-5 сентября 2007 г. - Пермь, 2007. - С. 188-194.

8. Калошина, C.B. Установление критерия допустимости дополнительных деформаций существующего здания / C.B. Калошина, А.Б. Пономарев // Актуальные научно-технические проблемы современной геотехники: межвуз. сб. тр.: в 2 т. Т. 1 / Санкт-Петербург, гос. архитектурно-строительный ун-т. -СПб., 2009. - С. 94-97.

9. Калошина, C.B. Изучение влияния нового строительства на существующую застройку на основе численного моделирования / C.B. Калошина, А.Б. Пономарев И Современные технологии в строительстве. Теория и практика: материалы Всерос. семинара-совещ. зав. каф. "Строительное производство" к междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 50-летию строит, фак. ПГТУ (г. Пермь, 22-23 сент. 2009 г.) / Федерал, агентство по образованию; Учеб.-метод. об-ние вузов по образованию в обл. стр-ва, Перм. гос. техн. ун-т . -Пермь: Изд-во ПГТУ, 2009. - С. 187-190.

10. Калошина, C.B. Изучение влияния нового строительства на существующую застройку на основе модельного эксперимента / C.B. Калошина // Актуальные вопросы геотехники при решении сложных задач нового строительства и реконструкции: сб. тр. науч.-технич. конф. / Санкт-Петербург, гос. архитектурно-строительный ун-т - СПб., 2010. - С. 280-283.

11. Kaloshina, S.V. Study of the Principles of Obtaning Additional Settlement of Existing Building Compaction as a Result of a New Development / Kaloshina S.V., Ponomaiyov A.B. // From Research to Design in European Practice: Proc. of the XIVth Danube-European Conf. on Geotechnical Engineering, Bratislava, Slovak Republic, 2nd-4th June 2010: key lectures, main lectures and abstr. of papers / Slovak Univ. of Technology. - Bratislava, 2010. - P. 240.

Компьютерная верстка И. А. Яблоковой

Подписано к печати 21.03.11. Формат 60x84 1/16. Бум. офсетная. Усл. печ. л. 1,4. Тираж 120 экз. Заказ 14. Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет.

190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., 4. Отпечатано на ризографе. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., 5.

ВВЕДЕНИЕ.

1 ГЛАВА. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ВОЗВЕДЕНИЯ ЗДАНИЙ В СТЕСНЕННЫХ УСЛОВИЯХ.

1.1. Виды и причины деформаций существующих зданий при новом строительстве.

1.2. Процессы, происходящие в грунтовом основании при строительстве зданий в стесненных условиях.

1.2.1. Изменение НДС основания существующего здания при откопке котлована.

1.2.2. Изменение НДС основания существующего здания при строительном водопонижении.

1.2.3. Изменение НДС основания существующего здания при забивке шпунта и свай.

1.2.4. Изменение НДС основания существующего здания при загружении массива грунта новым зданием.

1.3. Учет конструктивных особенностей существующих зданий при новом строительстве.

1.4. Анализ существующих методов расчета осадок зданий и НДС оснований.

1.5. Наиболее значимые факторы строительства при возведении зданий в стесненных условиях.

1.6. Выводы по первой главе.

1.7. Цели и задачи диссертационной работы.

2 ГЛАВА. АНАЛИЗ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ Г. ПЕРМИ.

2.1. Литологический анализ грунтов г. Перми.

2.2. Геоморфологическое строение грунтов г. Перми.

2.3. Наиболее характерные типы оснований г. Перми. Физико-механические свойства грунтов г. Перми.

2.4. Опасные геологические явления и процессы, наблюдаемые на территории г. Перми.

2.5. Выводы по второй главе.

3 ГЛАВА. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ НОВОГО СТРОИТЕЛЬСТВА НА СУЩЕСТВУЮЩУЮ ЗАСТРОЙКУ НА ОСНОВЕ МОДЕЛЬНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА.

3.1. Задачи модельных экспериментальных работ.

3.2. Планирование модельных экспериментальных работ.

3.2.1. Соблюдение физического подобия.

3.2.2. Соблюдение геометрического подобия.

3.2.3. Порядок выполнения экспериментальных работ.

3.3. Оборудование для проведения экспериментальных работ.

3.4. Методика уплотнения песка в лотке и контроль плотности его укладки.

3.5. Исследование влияние времени нагружения фундамента на деформации песчаного основания.

3.6. Основные результаты эксперимента.

3.7. Выводы по главе.

4 ГЛАВА. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ НОВОГО СТРОИТЕЛЬСТВА НА СУЩЕСТВУЮЩУЮ ЗАСТРОЙКУ НА ОСНОВЕ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И РАСЧЕТОВ, ВЫПОЛНЕННЫХ ПО МЕТОДИКЕ СНиП.

4.1. Сопоставление данных модельного эксперимента с расчетами по методике СНиП и численным моделированием.

4.2. Планирование численного моделирования.

4.2.1. Постановка задачи численного моделирования.

4.2.2. Выбор значимых факторов и диапазона их варьирования.

4.2.3. Реализация задачи численного моделирования в программном комплексе PLAXIS 8.0.

4.2.4. Составление статистически оптимального плана.

4.2.5 Анализ уравнений регрессии и переход к натуральным значениям.

4.3. Изучение основных закономерностей получения дополнительной осадки основания на основе расчетов по методике СНиП.

4.4. Выводы по главе.

5 ГЛАВА. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ВНОВЬ ВОЗВОДИМЫХ ПЛИТНЫХ ФУНДАМЕНТОВ НА ДОПОЛНИТЕЛЬНУЮ ОСАДКУ ОСНОВАНИЯ СУЩЕСТВУЮЩИХ ЗДАНИЙ.

5.1. Методика оценки влияния вновь возводимых плитных фундаментов на дополнительную осадку основания существующих зданий в условиях плотной застройки г. Перми.

5.1.1 Область применения разработанных зависимостей дополнительной осадки основания ленточного фундамента.

5.1.2 Методика определения дополнительной осадки основания существующего здания. Указания к применению поправочных коэффициентов.

5.1.3 Расстояние при котором нагружение основания плитным фундаментом не оказывает влияние на существующую застройку.

5.2. Сопоставление дополнительной осадки, определенной с помощью разработанных зависимостей и номограмм, с данными натурных наблюдений.

5.2.1 Оценка влияния возведения двухэтажного административного здания с подземной автостоянкой на дополнительную осадку существующего двухэтажного здания (г. Пермь).

5.2.2 Оценка влияния возведения пятиэтажного административного здания на дополнительную осадку существующего четырехэтажного жилого дома (г. Пермь).

5.2.3 Оценка влияния возведения одиннадцатиэтажного жилого дома на дополнительную осадку существующего пятиэтажного здания г. Новосибирск).

5.2.4 Оценка влияния возведения семиэтажного здания с мансардой на дополнительную осадку существующего пятиэтажного жилого дома г. Новосибирск).

5.3. Выводы по главе.

Актуальность работы. В настоящее время в развитии многих крупных городов, к каким относится г. Пермь, четко прослеживается тенденция уплотнения существующей застройки. В результате этого новые здания возводят в непосредственной близости к существующим, что существенно меняет характер строительства. Реконструкция старых городских районов, а также возведение комплекса зданий, состоящих из нескольких примыкающих вплотную друг к другу блоков, возводимых в несколько очередей, требуют от проектировщиков решения задач, связанных с обеспечением сохранности существующей застройки. Безопасность ведения работ в стесненных условиях обусловлена также целым рядом факторов, многие из которых недостаточно изучены.

Одной из причин, приводящих к деформациям зданий существующей застройки является передача дополнительных нагрузок на грунтовое основание от веса вновь возводимого объекта, в результате чего существующее сооружение может получить ненормативную осадку и крен. Как правило, таким деформациям подвержены здания высотой до пяти этажей при строительстве рядом с ними высотных объектов. Если рассматривать застройку г. Перми, то значительную ее часть (до 70% жилого фонда) составляют пятиэтажные дома, построенные в 1950 - 1970 г.г. Большинство из них имеют ленточные фундаменты мелкого заложения, тогда как новые высотные здания в центральных районах все чаще возводятся на плитных фундаментах, что связано со значительными проектными нагрузками и требованиями по недопустимости неравномерных осадок.

Настоящая работа посвящена изучению процесса получения дополнительных осадок существующим зданием, имеющим ленточный малозаглубленный фундамент, на этапе нагружения основания весом вновь возводимого объекта, построенном на плитном фундаменте. Актуальность данной темы объясняется также отсутствием региональных норм проектирования возведения зданий в стесненных условиях применительно к геологическим условиям г. Перми.

Целью диссертационной работы является разработка инженерного метода прогноза дополнительной осадки ленточного фундамента существующего здания от нагружения основания плитным фундаментом вновь возводимого объекта в инженерно-геологических условиях г. Перми.

Для достижения цели диссертационной работы были поставлены следующие задачи:

1. Выявление наиболее значимых факторов строительства в условиях плотной застройки г. Перми.

2. Определение основных типов грунтовых оснований, характерных для условий строительства г. Перми.

3. Изучение закономерностей получения дополнительной осадки существующими зданиями с ленточными фундаментами от нагружения основания вновь возводимыми объектами с плитными фундаментами на основе экспериментальных исследований, расчетов по методике СНиП и численного моделирования.

4. Разработка методики прогноза дополнительной осадки основания существующего ленточного фундамента с учетом влияния нового плитного фундамента.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

- выявлены и обобщены основные типы грунтовых оснований для инженерно-геологических условий г. Перми;

- по результатам численного моделирования и расчетов по методике СНиП для различной глубины заложения вновь возводимого здания получены основные зависимости дополнительной осадки основания существующих зданий от расстояния между рассматриваемыми объектами и давления по подошве вновь возводимого здания;

- предложена методика расчета, реализованная в номограммах и поправочных коэффициентах, позволяющая спрогнозировать дополнительную осадку существующих зданий от установленных в работе факторов.

Достоверность и обоснованность. Результаты, основные выводы и рекомендации, приведенные в диссертационной работе, базируются на основных теоретических положениях механики грунтов и теории упругости, а также подтверждены необходимым объемом исследований, обеспечивающим возможность статистического анализа результатов. При проведении экспериментов использовалась регистрирующая аппаратура, прошедшая поверку в органах стандартизации. Достоверность результатов исследования обеспечивается значительным количеством расчетов с помощью сертифицированных программ, используемых для решения задач в геотехнической практике.

Практическая значимость проведенного исследования состоит в разработанной методике прогноза дополнительной осадки основания существующих зданий с фундаментами мелкого заложения при строительстве рядом с ними высотных объектов на плитных фундаментах в инженерно-геологических условиях г. Перми.

Личный вклад автора в исследование проблемы. Постановка проблемы, формулирование цели и всех задач, поиск их решения путем проведения численного моделирования и экспериментальных исследований, предложенная методика расчета и практические рекомендации, основные выводы осуществлены лично автором.

Экспериментальные исследования проводились с участием сотрудников кафедры «Строительное производство».

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены в практику строительства группой организаций, входящих в некоммерческое партнерство «ЗАПАДУРАЛСТРОЙ». Диссертационная работа является частью научных исследований, проводимых на кафедре

Строительное производство» ПГТУ в рамках программ «Национальный исследовательский университет» и инновационно-образовательной программы «Образование» в 2006 — 2010 г.г. Полученные основные результаты работы использованы в Пермском государственном техническом университете при чтении лекций и ведении практических занятий для студентов строительного факультета и легли в основу изданного учебно-методического пособия «Технология строительного производства. Устройство фундаментов в условиях плотной городской застройки».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях молодых ученых 2006-2010гг. (ПГТУ, г. Пермь); 64-й всероссийской научной конференции «Научно-практические и теоретические проблемы геотехники» (Санкт-Петербург, 2007 г.); международной конференции «Геотехнические проблемы XXI века в строительстве зданий и сооружений» (Пермь, 2007 г.), межрегиональной научно-практической конференции «Проблемы и задачи инженерно-строительных изысканий» (Пермь, 2008 г.), IV международной конференции по геотехнике «Городские агломерации на городских территориях» (Волгоград, 2008 г.), международной научно-практической конференции, посвященной 50-летию строительного факультета ПГТУ (Пермь, 2009), 66-й всероссийской научной конференции по геотехнике «Актуальные вопросы инженерной геологии, механики грунтов и фундаментостроения» (Санкт-Петербург, 2010 г.), XlVth Danube-European Conference on Geotechnical Engineering (Bratislava, Slovak Republic, 2010), международной научно-технической конференции «Актуальные вопросы геотехники при решении сложных задач нового строительства и реконструкции» (Санкт-Петербург, 2010г.).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 15 статьях, опубликованных в сборниках научных трудов и научных журналах, в том числе 4 статьях опубликованных в изданиях из перечня ВАК РФ.

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты лабораторных и численных экспериментальных исследований влияния нагружения плитных фундаментов новых зданий на существующую застройку;

2. Методика прогноза дополнительной осадки основания существующего ленточного фундамента от влияния нового плитного фундамента. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. На основе анализа инженерно-геологических условий выделено 9 основных литолого-генетических групп грунтов и два наиболее характерных для центральных районов г. Перми типа грунтового основания. Первый тип представлен песком средней плотности ниже которого залегает гравийный грунт с песчаным заполнителем (1-Ш надпойменная терраса). Второй тип — суглинком от полутвердой до мягкопластичной консистенции и гравийным грунтом с песчаным заполнителем (IV надпойменная терраса). По каждому типу основания определены осредненные значения физико-механических характеристик отдельных инженерно-геологических элементов.

2. На основании модельных и численных экспериментов установлены наиболее значимые факторы, определяющие величину дополнительной осадки БасИл существующего здания, а именно: давление по подошве фундамента существующего Р1 и вновь возводимого объекта Р2, глубина заложения фундамента вновь возводимого здания относительно подошвы фундамента существующего здания АН, расстояние между существующим и строящимся зданиями Ь, геологические условия строительной площадки, толща сжимаемых грунтов основания Н.

3. При толще сжимаемых грунтов основания Н>с максимальную дополнительную осадку ленточный фундамент существующего здания получает при малых расстояниях между фундаментами существующего и возводимого объекта Х<с/2, где с — сторона плитного фундамента. При расстоянии между фундаментами Ь>2с дополнительная осадка стремится к нулю.

4. Увеличение толщи сжимаемых грунтов основания Н до значений больших ширины плитного фундамента с не приводит к существенному увеличению значений дополнительной осадки основания ленточного фундамента (с увеличением значений Н—с до значений Н—2с приращение дополнительной осадки составляет порядка 10%).

5. Увеличение глубины заложения А Н плитного фундамента относительно подошвы ленточного приводит к уменьшению дополнительной осадки основания Sad.s ленточного фундамента (с увеличением АН от 0 до 6м значение осадки Sad.s уменьшается до 30% в песчаном грунте и до 40% в глинистом грунте).

6. По результатам численного моделирования и расчетов по методике СНиП для различной глубины заложения вновь возводимого здания разработаны зависимости и предложена методика расчета дополнительной осадки основания существующего здания в зависимости от расстояния между рассматриваемыми объектами L и давления по подошве вновь возводимого здания Р2. Методика реализована в номограммах и поправочных коэффициентах.

7. Предложенные зависимости учитывают толщу сжимаемых грунтов и геологические условия, характерные для г. Перми. Зависимости позволяют определить дополнительную осадку основания существующего ленточного фундамента с учетом нагружения грунтового массива плитным фундаментом при давлении по подошве существующего и возводимого здания не более 200 кПа, расстоянии между рассматриваемыми объектами L<c, глубине заложения плитного фундамета относительно подошвы ленточного АН<6 м. Сравнение имеющихся данных натурных наблюдений с расчетными величинами дополнительной осадки по предлагаемой методике дает расхождение в пределах 25%.

143

1. Абуханов, А.З. Механика грунтов: Учебное пособие / А.З. Абуханов. -Ростов н/Д: Феникс, 2006. - 352 с.

2. Асатурян, В.И. Теория планирования эксперимента: учеб. пособие для вузов / В.И. Асатурян М.: Радио и связь, 1983. - 248 с.

3. Болдырев, Г.Г. Определение параметров моделей грунтов / Г.Г. Болдырев, И.Х. Идрисов, Д.Н. Валеев // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2006.- №3 - с. 20-25.

4. Бронин, В.Н. Моделирование работы основания штампа конечной жесткости при загружении соседних площадей жестким штампом / В.Н. Бронин, H.A. Ибадильдин // Научно-технические ведомости СПбГПУ / СПбГПУ. СПб., 2006. - с. 93 - 96.

5. Булгаков, С.Н. Проблемы национальной безопасности в сфере создания и эксплуатации городов, зданий, сооружений, пути их решения / С.Н. Булгаков // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2005. - № 11.-е. 6-8.

6. Ю.Временные указания по устройству фундаментов рядом с существующими зданиями и сооружениями в г. Москве — М.: Моспроект. ГлавАПУ Мосгорисполкома; НИИОСП им. Н. М. Герсеванова Госстроя СССР, 1985.

7. Геофизика опасных природных воздействий: СНиП 22-01-95. введ. 01.01.1996 постановлением Минстроя России от 27.11.1995 г. № 18-100. — М.: 1996.

8. Глотов, Н.М. Основания и фндаменты: учеб. / Н.М. Глотов, А.П. Рыженко, Г.С. Шпиро. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Стройиздат, 1987. -286 с.

9. Голубков, В.Н. Исследование зоны уплотнения грунта в основаниях опытных штампов / В.Н. Голубков // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1959. - №2.

10. Горев, В.В. Математическое моделирование при расчетах и исследованиях строительных конструкций: Учеб. пособие / В.В. Горев, В.В. Филиппов, Н.Ю. Тезиков. М.: Высшая школа, 2002. — 206 с.

11. Горлач, С.Н. Экспериментальное изучение формирования осадочной воронки для основания в виде слоя конечной толщины / С.Н. Горлач // Бущвельш конструкцн. Вып. 53. — Киев, 2000. с. 249-253.

12. Горячев, О.М. Особенности возведения зданий в стесненных условиях / О.М. Горячев, JI.B. Прыкина М.: Academia, 2003. - 259 с.

13. Грунты. Классификация: ГОСТ 25100-95. Взамен ГОСТ 25100-82; введ. 01.07.1996.-М.:МНТКС, 1995-80 с.

14. Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава: ГОСТ 12536-79. — Взамен ГОСТ 12536-67; введ. 01.07.1980 -М.: Издательство стандартов, 1979.

15. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик: ГОСТ 5180-84. Взамен ГОСТ 12248-78, ГОСТ 17245-79, ГОСТ 2390879, ГОСТ 24586-90, ГОСТ 25585-83, ГОСТ 26518-85; введ. 01.01.1997 -М.: Издательство стандартов, 1984.

16. Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний: ГОСТ 20522-96. Взамен ГОСТ 20522-75; введ. 01.01.1997 М.: Издательство стандартов, 1997.

17. Далматов, Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты / Б.И. Далматов 2-е изд. перераб. и доп.— СПб: Стройиздат, 1988. — 415 с.

18. Добромыслов, А.Н. Диагностика повреждений зданий и инженерных сооружений / А.Н. Добромыслов M.: АСВ, 2006. — 256 с.

19. Довнарович, C.B. О выборе размера модели фундамента при моделировании осадок песчаного основания / C.B. Довнарович, Д.Е. Польшин // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1967. - № 4. — с. 27-29.

20. Ефремов, М.Г. К вопросу о распределении послойных деформаций грунта в сжимаемой толщи глинистых и песчаных оснований / М.Г.

21. Ибадильдин, H.A. Прогноз влияния возведения сооружений на плитном фундаменте на деформации песчаного основания существующих зданий. Дис. канд. тех. наук. Т.1. / H.A. Ибадильдин — С-Пб: Издательство СПбГАСУ, 2007.- 139 с.

22. Ибадильдин, H.A. Прогноз влияния возведения сооружений на плитном фундаменте на деформации песчаного основания существующих зданий. Дис. канд. тех. наук. Т.2. / H.A. Ибадильдин — С-Пб: Издательство СПбГАСУ, 2007. 51 с.

23. Ильичев, В.А. Геотехнические проблемы освоения подземного пространства города / В.А. Ильичев // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2004. - №4 - с. 2-4.

24. Ильичев, В.А. Влияние строительства заглубленных сооружений на существующую историческую застройку в Москве / В.А. Ильичев, П.А. Коновалов, Н.С. Никифорова // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2001. - №4 - с. 19-24.

25. Ильичев, В.А. Особенности геомониторинга при возведении подземных сооружений в условиях тесной городской застройки / В.А. Ильичев, П.А. Коновалов, Н.С. Никифорова // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1999. - №4 - с. 20-26.

26. Ильичев, В.А. Прогноз деформаций зданий вблизи котлованов в условиях плотной городской застройки Москвы / В.А. Ильичев, П.А. Коновалов, Н.С. Никифорова // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2004. - №4 е. - 17-21.

27. Ильичев, В.А. Метод расчета деформаций зданий вблизи глубоких котлованов / В.А. Ильичев, Н.С. Никифорова, Е.Б. Коренева // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2006. - №6. — с. 2-6.

28. Инженерно-геологические изыскания: справ, пособие / Н.Ф. Арипов и др. -М: Недра, 1989.-288 с.

29. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения: СНиП 22-02-2003 — Взамен СНИП 2.01.15-90; введ. 01.01.2004 постановлением Госстроя России от 30.06.2003 г. №125. М.: ФГУП ЦПП, 2004.

30. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть. I. Общие правила производства работ: СП 11-105-97. введ. 01.03.1998. - М.: ПНИИИС Госстроя России, 1997.

31. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения: СНиП 11-02-96. Взамен СНиП 1.02.07-87; введ. 01.11.1996 постановлением Минстроя России от 29.10.1996 № 18-77. -М.: ГУПЦПП, 1997.

32. Исаев, О.Н. Источники негативных воздействий на существующие объекты при подземном строительстве и методы.их защиты / О.Н. Исаев// Основания, фундаменты и механика грунтов. — 2008. №6 с. — 20-24.

33. Калинин, В.М. Оценка технического состояния зданий: Учебник / В.М. Калинин, С.Д. Сокова М.: ИНФРА-М, 2005. - 268 с.

34. Калошина, C.B. Технология строительного производства. Устройство фундаментов в условиях плотной городской застройки: технический альбом / C.B. Калошина, А.Б. Пономарев. — Пермь: Из-во Перм. гос. техн. ун-та, 2009. 99 с.

35. Катаев, В.Н. Суффозионные деформации в зоне влияния городского канализационного коллектора 77 / В.Н. Катаев // Экология города. — Пермь: Пермский ун-т, 1998. с. 71-74.

36. Кирпичев, М. В. Теория подобия / М. В. Кирпичев М.: Из-во академии наук СССР, 1953.-95 с.

37. Коновалов, П.А. Основания и фундаменты реконструируемых зданий / П.А. Коновалов. 4-е. изд. перераб. и доп. - М.: ВНИИНТПИ, 2000. -318с.

38. Костарев, В.П. Оценка просадочности глинистых грунтов / В.П. Костарев // Информ. лист. Перм. ЦНТИ. Пермь: ЦНТИ, 1987.- № 28287.

39. Костарев, В.П. Химический состав, агрессивные свойства грунтовых вод и особенности их формирования в условиях градопромышленных агломераций Западного Урала / В.П. Костарев // Проблемы гидрогеологии Урала. — Свердловск: 1983. — с. 35-37.

40. Костарев, В.П. О распространении опасных геологических процессов на территории г. Перми / В.П. Костарев // Экология города. — Пермь: Пермский ун-т., 1998. -с. 77-79.

41. Костарев, В.П. К характеристике грунтовых условий II типа по просадочности г. Перми / В.П. Костарев, В.Е. Малахов, Э.И. Абросимов // 77 Сергеев, чтения. Вып. 2. -М.: ГЕОС, 2000. -с. 208-212.

42. Костарев, В.П. О подтоплении г. Перми / В.П. Костарев, В.Е. Малахов / В.П. Костарев, Т.Е. Малахова // Инженерно-геологические исследования и оценка техногенного подтопления в Уральском регионе. — Свердловск: 1986.-с. 36-37.

43. Костарев, В.П. Опасные инженерно-геологические процессы и специфические грунты Егошихинской долины г. Перми / В.П. Костарев, O.A. Скрипина // Сергеев, чтения. Вып. 5. М.: ГЕОС, 2003. -с. 112-114.

44. Костерин, Э.В. Основания и фундаменты: учеб. для вузов по спец. «Стр-во автомоб. дорог и аэродромов» и «Мосты и транспортные тоннели» / Э.В. Костерин. — 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш. шк., 1990. 431 с.

45. Кузнецов, Г.Н. Изучение проявлений горного давления на моделях / Г.Н. Кузнецов Л.: Недра, 1959. - 284 с.

46. Малышев, М.В. Прочность грунтов и устойчивость оснований (издание второе). / М.В. Малышев М.: Стройиздат, 1994. - 228 с.

47. Мангушев, P.A. Современные свайные технологии: Учебное пособие / P.A. Мангушев, A.B. Ершов, А.И. Осокин СПб.: Изд-во АСВ, СПбГАСУ, 2007.- 160с.

48. Мангушев, P.A. Анализ эффективности фундаментов зданий по результатам опыта массового строительства / P.A. Мангушев, С.Н. Сотников // Основания, фундаменты и механика грунтов. — 1996 №6. - с. 18-22.

49. Маслов, H.H. Основы инженерной геологии и механики грунтов: Учебник для вузов / H.H. Маслов — М.: Высшая школа, 1982. — 511 с.

50. Налимов, В.В. Теория эксперимента / В.В. Налимов — М.: Наука, 1971. — 208 с.

51. Налимов, В.В. Логические основания планирования эксперимента /В.В. Налимов, Т.И. Голикова-М.: Из-во Металлургия, 1976. 128 с.

52. Никифорова, Н.С. Закономерности деформирования оснований зданий вблизи глубоких котлованов и защитные мероприятия: автореф. д. т. н. / Н.С. Никифорова М.:, 2008. - 34 с.

53. Никифорова, Н.С. Снижение геотехнического риска при устройстве глубоких котлованов в городских условиях / Н.С. Никифорова // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2005. - №5 - с. 13-17.

54. Окулова, М.Н. Применение методов проникающих излучений для исследования деформаций грунтов / М.Н. Окулова // Основания, фундаменты и механика грунтов. — 1974. №3. — с. 39-40.

55. Окулова, М.Н. Экспериментальное исследование распределения горизонтальных напряжений в грунте под жестким квадратным штампом / М.Н. Окулова // Инженерная геология, основания и фундаменты: сб. науч. тр. Томского ун-та. — 1967. — с. 47-51.

56. Основания зданий и сооружений: СНиП 2.02.01—83*. Взамен СНиП II-15-74, СН 475-75, внесены НИИОСП им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР -М.: Стройиздат, 1985. - 40 с.

57. Основания и фундаменты. Краткий курс: учеб. для строит, вузов./ Под ред. H.A. Цытовича. М.: Высш. школа, 1970. — 384 с.

58. Печеркин, H.A. Оползневые процессы на территории г. Перми / И.А. Печеркин, М.Ш. Димухаметов, В.П. Костарев // Инженерная геология -1992. № 6. с. 64-69.

59. Пилягин, A.B. Проектирование оснований и фундаментов зданий и сооружений: Учебное пособие / A.B. Пилягин М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2005. - 248 с.

60. Пилягин, A.B. Расчет оснований по деформациям с использованием линейных и нелинейных методов / A.B. Пилягин // Основания, фундаменты и механика грунтов: — 1995. №3. — с. 10-13.

61. Плескунин, В.И. Теоретические основы организации и анализа выборочных данных в эксперименте / В.И. Плескунин, Е.Д. Воронина; под ред. засл. деят. науки и техники РСФСР, докт. техн. наук проф. A.B. Башарина. JL: Из-во Ленингр. ун-та, 1979. - 232 с.

62. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83)/НИИОСП им Герсеванова-М.:Стройиздат, 1986.-415 с.

63. Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений: СП 13-102-2003 введ. 21.08.2003 / Госстрой России - М.: ГУП ЦПП - 2003 .-26 с.

64. Прогноз скорости осадок оснований сооружений / H.A. Цытович, Ю.К. Зарецкий, М.В. Малышев и др. М.: Стройиздат, 1967. - 239 с.

65. Проектирование фундаментов зданий и подземных сооружений: Учеб. пособие / под ред. Б.И. Далматова; 3-е изд. — М.: Изд-во АСВ; СПб.: СПбГАСУ, 2006. 428 с.

66. Рекомендации по обследованию и мониторингу технического состояния эксплуатируемых зданий, расположенных вблизи нового строительства или реконструкции. — М.: Москомархитектура, 1998. — 89с.

67. Рекомендации по применению методов математического планирования эксперимента в технологии бетона. — М: НИИЖБ Госстроя СССР, 1982. — 103 с.

68. Рекомендации по проектированию и устройству оснований и фундаментов при возведении зданий вблизи существующих в условиях плотной городской застройки / Москомархитектура. — М.: Правительство Москвы, 1999.-55 с.

69. Сборник научных трудов / Под ред. докт. техн. наук, проф. В.П. Петрухина, докт. техн. наук, проф. В.И. Шейнина. — М.: Издательство «ЭСТ», 2006 224 с.

70. Семенюк-Ситников, В.В. Количественная оценка влияния устройства глубокого котлована на близлежащие здания в стесненных условиях городской застройки. Дис. канд. тех. наук /В.В. Семенюк-Ситников М.: НИИОСП, 2005.- 159 с.

71. Симагин, В.Г. Основания и фундаменты зданий после перерыва в строительстве: Учеб. Пособие / В.Г. Симагин, П.А. Коновалов — М.: Изд-во АСВ, 2004. 224 с.

72. Собенин, A.A. Анализ развития осадок поверхности грунта за пределами загруженной площади / A.A. Собенин // Основания, фундаменты и механика грунтов: межвуз. темат. сб. тр. JI: ЛИСИ, 1973. - с. 19-25.

73. Собенин, A.A. Осадки поверхности грунта за пределами загруженной площади: дис. канд. техн. наук / A.A. Собенин JL: ЛИСИ, 1974. - 214 с.

74. Солодухин, М.А. Справочник техника-геолога по инженерно-геологическим и гидрогеологическим работам / М.А. Солодухин, И.В. Архангельский М.: Недра, 1982. - 288 с.

75. Сотников, С.Н. Проектирование и возведение фундаментов вблизи существующих сооружений (Опыт строительства в условиях Северо-Запада СССР) / С.Н. Сотников, В.Г. Симагин, В.П. Вершинин М.: Стройиздат, 1986. - 96 с.

76. Улицкий, В.М. Геотехническое сопровождение реконструкции городов (обследование, расчеты, ведение работ, мониторинг) / В.М. Улицкий, А.Г. Шашкин. M.: АСВ, 1999. - 327 с.

77. Ухов, С.Б. Механика грунтов, основания и фундаменты: учеб. / С.Б. Ухов и др.; под ред. С.Б. Ухова. М.: АСВ, 1994. - 527 с.

78. Фадеев, А.Б. Метод конечных элементов в геомеханике / А.Б. Фадеев. -М.: Недра, 1987.-221 с.

79. Цытович, H.A. Механика грунтов (краткий курс): Учебник для вузов / H.A. Цытович. 3-е изд., доп. - М.: Высш. школа, 1979. - 272 с.

80. Цытович, H.A. Экспериментальные основы прикладной геомеханики в строительстве / H.A. Цытович, З.Г. Тер-Мартиросян М.: Высшая школа, 1981.-318 с.

81. Четвериков, А Л. Взаимное влияние оснований и фундаментов зданий и сооружений в условиях городской застройки (на примере города Ростова-на-Дону). Дис. канд. тех. наук / A.JI. Четвериков. Ростова-на-Дону: Издательство РГСУ, 2003. - 144 с.

82. Шашкин, А.Г. Геотехнические критерии при проектировании сложной реконструкции и нового строительства в условиях городской застройки / А.Г. Шашкин // Реконструкция городов и геотехническое строительство. Интернет-журнал. — 2002. — №5.

83. Швец, В.Б. Измерение деформируемой зоны в связных грунтах / В.Б. Швец, П.П. Казаков // Основания, фундаменты и механика грунтов: — 1965. №4.

84. Швец, В.Б. Экспериментальные исследования и расчет осадочной воронки в основании для различных видов фундаментов /В.Б. Швец // Основания, фундаменты и механика грунтов. — 2003. № 6. — с. 14-17.

85. Biot, М.А. General theory of three-dimensional consolidation / M.A. Biot. — J. Appl. Phis., 1941.-Vol. 12.-P. 155-164.

86. Desai, C.S. Numerical Methods in Geotechnical Engineering / C.S. Desai, J.T. Christian. New York. McGraw-Hill, 1977. - 784 p.

87. Drucker, D.C. Soil mechanics and plastic analysis or limit design / D.C. Drucker, W. Prager. Qufrt. Appl. Math., 1952. - Vol. 10. - P. 157-165.

88. Drucker, D.C. Soil vtchanics and work- hardening theories of plasticity / D.C. Drucker, R.E. Gibson, D.I. Henkel-Nrans. ASCE, 1957. Vol.122. - P. 338

89. EN 1997-1:2004 Eurocode 7: Geotechnical design Part 1: General rules.

90. Fung, Y.C. Foundation of Solid Mechanics / Y.C. Fung. Prentice-Hall, 1965.

91. Melosh, R.J. Basic for Derivation of Matricies for Direct Stiffness Method / R.J. Melosh .- Journal American Institute of Aerospace and Aeronautics, v. 1, N7, 1963.

92. Roscoe, K.H. On the deneralized stress-strain behaviour of "wet" clay. / K.H. Roscoe, J.B. Burland // "Engineering plasticity". Cambridge University press. Heyman, Seskie, Eds., 1968. - P. 535-609.

93. Roscoe, K.H. The influence of strains in soil mechanics / K.H. Roscoe. — "Geotechnigue", 1970. P. 129-170.

94. Shield, R.T. Mixed boundary value problems in soil mechanics / R.T. Shield. Quarterly of Applied Mathe-matice., 1953. - P. 61-75.

95. Yamada, Y. Plastic Stress-Strain Matrix and its Application for the Solution of Elastic-Plastic Problems by the Finite Element Method / Y. Yamada, N. Yoshimura, T. Sakurai. Int. J. Mech. Sci. 10, 1968.