автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Расчет оснований ленточных фундаментов в выштампованных траншеях

На правах рукописи

АЙГУМОВ МАГОМЕДАЛИ МАГОМЕДОВИЧ

РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ В ВШТАМПОВАННЫХ ТРАНШЕЯХ

05.23.02 - Основания и фундаменты

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

е/

ПЕРМЬ - 1997

Работа выполнена на кафедре "Строительные конструкции и основания сооружений" Саратовского государственного технического университета.

Научные руководители

доктор технических наук.

профессор ЛАПШИН Ф.К.

кандидат технических наук, доцент ' САВИНОВ A.B.

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор ПИЛЯГИН A.B. кандидат технических наук, доцент ПОНОМАРЕВ А.Б.

Ведущая организация

ПИ "Сельинвестпроект"

Защита диссертации состоится _ __ 1997 г. в _

часов на заседании диссертационного совета К 063.66.02 в Пермском государственном техническом университете по адресу: 614600, г. Пермь, ГСП-45, Комсомольский проспект, 29а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан

1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук.

доцент Б.П. СВЕШНИКОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На возведение подземных частей зданий затрачиваются значительные материальные и трудовые ресурсы. Стоимость фундаментов, включая работы по подготовке оснований, составляет от 5 до 25 % общей стоимости строительства промышленных и гражданских зданий, а трудоемкость их возведения - около 12% всех затрат труда. Одним из возможных путей снижения материальных и трудовых затрат при выполнении работ нулевого цикла является совершенствование как методов расчета, так и конструкций фундаментов мелкого заложения - наиболее распространенных в' гражданском и промышленном строительстве.

В последние годы при строительстве малоэтажных зданий применяются мелкозаглубленные ленточные фундаменты в выштампованных или вытрамбованных траншеях (ЛФВТ). По удельной несущей способности такие фундаменты в 2-4 раза эффективнее традиционных ленточных и столбчатых фундаментов на неуплотненных грунтах. Они позволяют уменьшить объем земляных работ, практически исключить опалубочные работы, снизить расход бетона и арматуры.

Эффективность таких фундаментов обусловлена тем, что при вытрамбовывании или выштамповывании в основании фундамента формируется уплотненная зона с повышенными физико-механическими характеристиками грунтов.

Широкое использование в строительстве фундаментов в выштампованных траншеях сдерживается вследствие недостаточной изученности особенностей формирования зон уплотнения грунта, условий передачи нагрузки фундаментом на грунтовое основание и отсутствия методики расчета фундаментов в выштампованных траншеях по несущей способности и деформациям с использованием прямых прочностных и деформационных характеристик грунта.

Целью работы является изучение закономерностей формирования уплотненных зон в основании ленточных фундаментов в выштампованных траншеях и разработка на основе экспериментально-теоретических исследований инженерного метода расчета оснований таких фундаментов по несущей

способности и деформациям с использованием прямых прочностных и деформационных характеристик грунта.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- выполнить экспериментальные исследования зон уплотнения и деформации грунта вокруг фундамента в выштампованной траншее в полевых и лабораторных условиях;

- произвести экспериментальные исследования формы уплотненного грунтового ядра под нижним сечением фундамента в выштампованной траншее при его погружении и загрузке статической нагрузкой;

- исследовать закономерности изменения физико-механических свойств пылевато-глинистых грунтов в зонах уплотнения;

- разработать аналитический метод расчета оснований ленточных фундаментов в выштампованных траншеях по несущей способности и деформациям с использованием прямых прочностных и деформационных характеристик грунтов;

- разработать метод оценки несущей способности фундаментов в выштампованных траншеях на основе приближенного физического моделирования по результатам испытаний их моделей;

- выполнить сравнение результатов расчета фундаментов в выштампованных траншеях по предложенным методам с данными, полученными на основе статических испытаний фундаментов.

Научная новизна работы заключается в том, что проведены комплексные экспериментально-теоретические исследования совместной работы ленточных фундаментов в выштампованных траншеях с грунтом основания, которые позволили разработать достаточно обоснованный аналитический метод расчета оснований ленточных фундаментов в выштампованных траншеях по несущей способности и деформациям с использованием прямых прочностных и деформационных характеристик грунта, а также предложить метод оценки несущей способности таких фундаментов на основе приближенного физического моделирования по результатам испытаний их моделей.

Практическая ценность работы состоит в том, что разработанный аналитический метод расчета оснований

ленточных фундаментов в выштампованных траншеях по несущей способности и деформациям с использованием исходных ( до уплотнения ) прочностных и деформационных характеристик грунта, позволяет строить расчетные графики "осадка нагрузка", эквивалентные зависимостям, получаемым при статических испытаниях фундаментов.

Установленная аналитическая зависимость между несущими способностями модели и натурного фундамента в выштампованной траншее позволяет на стадии проектирования прогнозировать работу таких фундаментов с достаточной для практических расчетов степенью точности.

Полученные результаты экспериментальных исследований являются основой для дальнейших теоретических разработок и практического применения ЛФВТ в строительстве.

Внедрение результатов работы. Результаты исследований использованы при строительстве ряда объектов в Саратовской области с общим экономическим эффектом более 12 тыс. рублей в ценах 1984 г. Методика расчета оснований ЛФВТ по деформациям используется при вариантном проектировании фундаментов малоэтажных зданий в институте "Сельинвестпроект"

Основные положения работы используются в курсовом и дипломном проектировании и научно-исследовательской работе студентов по специальности 2903 в Саратовском государственном техническом университете.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях Саратовского

государственного технического университета (Саратов, 1989-1996), на зональной научно-технической конференции "Пути снижения материалоемкости и стоимости в строительстве и при реконструкции зданий" (Пенза, 1990), на Республиканской научно-технической конференции "Эффективные фундаменты, сооружаемые без выемки грунта "(Полтава, 1991), на III и IV Международных конференциях по проблемам свайного фундаментостроения ( Минск, 1992 и Саратов, 1994 ), на II Украинской научно-технической конференции по механике грунтов и фундаментостроению (Полтава, 1995).

Публикации. По результатам выполненных исследований

опубликовано 8 работ.

На защиту выносятся:

1. Результаты экспериментальных исследований закономерностей формирования зон уплотнения грунта в основании фундаментов в выштампованных траншеях.

2. Инженерный метод расчета оснований ленточных фундаментов в выштампованных траншеях по несущей способности и деформациям с использованием прямых прочностных и деформационных характеристик грунта.

3. Метод оценки несущей способности фундаментов в выштампованных траншеях на основе приближенного физического моделирования по результатам испытаний их моделей.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Общий объем текста 228 страниц,' в том числе 32 рисунка, 17 таблиц, список литературы из 126 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности и практической ценности работы, сформулированы цели исследования.

В первой главе выполнен обзор существующих методов расчета эффективных фундаментов малоэтажных зданий, устраиваемых в уплотненном грунте, и кратко изложен опыт их применения в строительстве.

Вопросам исследования взаимодействия различных фундаментов с уплотненным грунтовым основанием, разработке и совершенствованию методов расчета их оснований, посвящены работы В.М.Алексеева, Ю. А. Багдасарова, А.А.Бартоломея, Б. В. Бахолдина, С. Д.Боженкова, Б.Д.Васильева, Ю.В.Власова, В.Н.Голубкова", А.С.Головачева. Л.В.Головачевой,

Б.В.Гончарова. А.Л.Готмана, А.А.Григорян, Б. И.Далматова, Н. М. Дорошкевич, Н.Л. Зоценко, В. И. Крутова, Ф. К. Лапшина,

A.В.Пилягина, А.Б.Пономарева, С.Н.Потапова, И.Г.Рабиновича,

B. Л. Рафальзука, В. С. Сажина, Е. А. Сорочан, С. Н. Сотникова, В.М.Феклина, В.И.Хазина, В. Б. Шахирева, А.В.Швецова, Б.С.Юшкова, A.M.Ягудина и других.

Результаты многочисленных исследований показывают, что фундаменты, устраиваемые в уплотненном грунте, обладают повышенной удельной несущей способностью. При этом несущая способность таких фундаментов во многом определяется формой и размерами уплотненной зоны грунта и зависит от изменения прочностных и деформационных характеристик в этой зоне. Анализ результатов исследований по определению зон уплотнения и деформации грунта вокруг различных фундаментов и изменению его физико-механических характеристик в этих зонах показал, что данные разных авторов по этому вопросу противоречивы, существенно отличаются друг от друга и требуют дальнейшего уточнения.

Существующие представления о работе фундаментов, устраиваемых в уплотненном грунте, и используемые расчетные модели грунтового основания еще не позволяют достаточно обоснованно описывать процессы взаимодействия фундаментов с грунтом основания, что приводит к необходимости проведения статических испытаний фундаментов. Кроме того, во многих расчетных формулах сопротивление грунта дпределяется, как правило, через косвенные показатели прочности грунтового основания.

Очевидно, более обоснованными являются методы расчета фундаментов, устраиваемых в уплотненном грунте, которые базируются на использовании прямых прочностных и деформационных характеристик грунтов, учитывают геометрию фундаментов, исходят из единой расчетной схемы работы фундамент - основание и позволяют выполнять расчет как по первой, так и по второй группе предельных состояний.

Анализ существующих методов определения несущей способности фундаментов, устраиваемых в уплотненном грунте, показывает, что в отличие от свайных фундаментов .и фундаментов в вытрамбованных котлованах, в Строительных Нормах не содержится указаний по расчету оснований ленточных фундаментов в выштампованных или вытрамбованных траншеях по деформациям с использованием прямых прочностных и деформационных характеристик грунтов.

В соответствии с вышеизложенным были сформулированы цель работы и задачи исследований.

Во второй главе приведены данные проведенных лабораторных исследований и выполнен анализ их результатов. Качественная картина напряженно-деформированного состояния грунта вокруг фундаментов в выштампованных траншеях, необходимая для выбора и обоснования расчетных схем взаимодействия их с окружающим массивом, воспроизводилась в лабораторных условиях путем испытания моделей.

Исследование зон уплотнения и деформации грунта вокруг фундаментов в выштампованных траншеях выполнялось в лабораторных условиях методом фотофиксации. Была проведена серия экспериментов на моделях в плоском вертикальном лотке с прозрачной передней стенкой. Эксперименты выполнялись с глинистой пастой тугопластичной и мягкопластичной консистенции и с песчаным грунтом. Глинистый грунт в лотке покрывался сверху тонким слоем зернистых частиц, что позволило применить в исследованиях метод фотофиксации с неподвижной и подвижной камерой. Вдавливание и нагружение моделей ЛФВТ производилось при помощи винтового домкрата.

В результате лабораторных экспериментов установлено, что движение частиц грунта при изготовлении ЛФВТ вначале происходит главным образом вниз. Наступление фазы сдвигов характеризуется поворотом траектории частиц грунта в стороны от фундамента и на некоторых участках вверх. Движение частиц грунта под нижним сечением ЛФВТ при его изготовлении происходит в основном в радиальном направлении от оси фундамента и не распространяется выше уровня расположения острия. Исследование процесса формирования зон уплотнения и деформации грунта в основании ЛФВТ при его изготовлении показал, что до глубины, равной половине высоты фундамента, отмечаются пластические деформации грунта (движение частиц грунта направлено вверх), а ниже преобладают деформации уплотнения.

Основными деформациями грунта при нагружении ЛФВТ вертикальной вдавливающей нагрузкой явились вертикальное его уплотнение и пластические деформации в горизонтальном направлении. Движение частиц грунта вверх в . ходе экспериментальных исследований не отмечено. Размеры вторичных зон деформации грунта в основании моделей ЛФВТ,

отмеченные при их работе под нагрузкой, значительно меньше размеров зон уплотнения, которые были зафиксированы при устройстве таких фундаментов. Под нижним сечением ЛФВТ трапецеидальной формы, формируется уплотненное грунтовое ядро в виде треугольной призмы, которое при нагружении фундамента перемещается вместе с ним.

Для испытания статической нагрузкой были изготовлены модели ЛФВТ в масштабе 1:10 от натуральной величины. Модельные испытания проводились в специально изготовленном лотке с каркасом из металлических уголков и боковыми стенками из триплексного стекла толщиной 20 мм. В качестве анкерного устройства использовалась специальная металлическая рама. Испытания проводились в различных грунтовых условиях: в песке средней крупности и глинистой пасте. Для загружения моделей фундаментов использовался винтовой домкрат, вмонтированный в анкерную раму, а в случае с глинистой пастой - специальная рычажная система.

Одной из важных задач проведенных лабораторных экспериментальных исследований было установление закономерностей развития осадок таких фундаментов и определение зависимости несущей способности ЛФВТ от его геометрических размеров. По результатам испытаний построены графики зависимости осадки моделей от вертикальной нагрузки Э = Г(Р), которые явились исходным материалом при изучении влияния различных факторов на несущую способность ЛФВТ (см. рис. 1). Анализ зависимости Б = Г (Р) показал, что графики "нагрузка-осадка" с достаточной точностью можно считать линейными в интервале вертикальных нагрузок от 0 до 0.7 Ги - предельное сопротивление основания модели ЛФВТ, соответствующее нагрузке, при достижении которой наблюдается непрерывное возрастание осадки). При указанных нагрузках осадки Э составляют 0.5-1.0 мм и основание работает как линейно-деформируемое тело. За счет значительной распределительной способности уплотненной зоны грунта вокруг ЛФВТ напряжения, обусловленные данными нагрузками, не вызывают существенных пластических деформаций грунтового основания. При дальнейшем загружении моделей наблюдается нелинейная зависимость осадки от нагрузки, что

цо

то

0,10

о, ¡а

№

0,50

Рис.2. Графики зависимости осадки ЛФВТ от нагрузки: 1,2 - по данным натурных испытаний; 3 - из расчета по деформациям

- и -

свидетельствует о развитии в грунте пластических деформаций. Для моделей 7 и 8. которые имеют вертикальные боковые поверхности (а = 0), характерен наиболее резкий перегиб кривых. С увеличением угла наклона боковых граней а от 2.39° до 10.62° перегиб происходит все более спокойно.

Опыты показали, что удельная несущая способность моделей возрастает с увеличением угла наклона боковых граней ЛФВТ к вертикали. При этом наиболее заметно удельная несущая способность ленточных фундаментов в выштампованных траншеях возрастает в интервале изменения угла наклона боковых граней к вертикали а от 4° до 9°. Несущая способность моделей ЛФВТ, изготовленных с полным извлечением грунта в их объеме (без зоны уплотнения), в 1.43 - 2.10 раза меньше, чем несущая способность аналогичных моделей, выполненных с полным, вытеснением грунта. При этом эффективность уплотнения грунта основания моделей ЛФВТ возрастает с увеличением угла наклона боковых граней а.

В третьей главе изложен предлагаемый аналитический метод расчета ленточных фундаментов в выштампованных траншеях по несущей способности и деформациям с использованием прямых прочностных и деформационных характеристик грунта. За основу были приняты расчетные схемы и теоретические решения, полученные Ф.К.Лапшиным для пирамидальных свай, с учетом особенностей работы ЛФВТ и результаты собственных экспериментальных исследований.

Для малозаглубленных ленточных фундаментов в выштампованных траншеях при назначении величины давления обжатия граней фундамента без учета собственного веса грунта по решению Прандтля для интенсивности предельной равномерно распределенной вертикальной нагрузки в условиях плоской задачи получено следующее выражение:

1 + sin ipt ж■ tgq>!

Fu = A'cos a f(Yi -h + Cj -ctg <pt) —

L 1 - sin (Pi

x (tg a + tg <pt) - Ct-tg a-ctg <pj ] , (1)

где Fu - предельная несущая способность основания ЛФВТ;

А - площадь боковой поверхности; а - угол наклона боковых граней фундамента к вертикали; ^ ' - расчетное значение удельного веса грунта; щ, С1 - расчетные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта; Р - средняя величина заглубления фундамента.

■ Основным расчетом оснований, позволяющим полностью учитывать совместную работу ЛФВТ с грунтом, является расчет по деформациям. При этом используется известное положение, что несущая способность Р основания ЛФВТ с уменьшающимся по высоте поперечным сечением формируется из сопротивлений основания по боковой поверхности Р3 и под нижним концом фундамента Гв при заданной осадке Б.

Осадка основания ЛФВТ за счет передачи давления на грунт боковой поверхностью определяется по формуле:

где Е - расчетный модуль деформации грунта, определяемый по данным длительных прессиометрических испытаний или по данным лабораторных компрессионных опытов с использованием коэффициента дисперсности грунта щ, принимаемого: ц = 1,0 для суглинков и глин , ц = 1,5 для супесей, ц = 2, О для песков пылеватых и т.д.; § - геометрическая характеристика сечения ЛФВТ; к^ - коэффициент, зависящий от длины фундамента; вь - ширина верхнего сечения ЛФВТ; РГз- давление обжатия фундамента при осадке Б; Рр - начальное давление пластических деформаций; "V - коэффициент Пуассона, определяемый для пылевато-глинистых грунтов в зависимости от показателя текучести (Н. А.Цытович, Я. В. Юрик), для

песчаных грунтов - от угла внутреннего трения ч> (Г.П.Корчагин, С.Л.Коренева).

Для построения графика зависимости Б = Г(Г8), характеризующего работу боковой поверхности ленточного фундамента в выштампованной траншее, необходимо с определенным шагом задаваться нагрузкой Р5 и для каждой ее

(1+Т)(1-2У)

РГ8+ См -^ф^ Рр + Сц-^ЯФЦ

1+31ПФЦ

г-Вс-Е-к,.

] БШфц - РГ8], (2)

ступени определять осадку Ss по формуле (2). Несущая способность ЛФВТ по боковой поверхности определяется по расчетному графику при любой заданной осадке.

Осадку фундамента в выштампованной траншее за счет работы нижнего конца можно определить в предположении, что при его загружении вокруг уплотненного ядра под нижним сечением ЛФВТ возникают пластические зоны, которые принимаются в виде треугольных призм единичной длины АОВ и А/0 Ву с углами ß = 90° + q> при вершине, расположенных вдоль ленточного фундамента. Осадки при этом развиваются за счет горизонтального перемещения границы AB уплотненного ядра, которое, взаимодействуя с окружающим массивом грунта, вызывает образование вдоль ЛФВТ вторичных деформаций.

Горизонтальное уплотнение грунта при загружении ЛФВТ вертикальной нагрузкой FB приближенно рассматривается как плоская задача расширения траншеи единичной длины от ширины, равной ширине нижнего сечения ленточного фундамента в выштампованной траншее.

Осадка основания под нижним концом фундамента, с учетом развития деформаций уплотнения только в пластической области, определяется по формуле:

1+31Пф! J

Н-ВБ2 г f PFB+Cn-ctg фи ч-

SB= - (l+v)(l-2v) Рр - sinipu - PFB . (3)

2-E-kL L pl Pp +C11-ctg фп J 1

где Pfв - давление обжатия, равномерно распределенное по поверхности AB, которое возникает под действием усилия FB и определяется выражением:

FB

PFB = М'—■ - N-C. (4)

1-Вв

Коэффициенты М, N и Н, входящие в формулы (3) и (4), определяются в зависимости от угла внутреннего трения грунта.

Последовательно задаваясь величинами нагрузок и определяя осадки на каждой ступени, строится расчетный график S = f(FB), по которому определяется значение несущей

способности нижнего сечения FB при осадках, равных значениям, полученным по формуле (2).

Суммарная расчетная несущая способность ЛФВТ определяется как сумма нагрузок, передаваемых на основание боковой поверхностью и нижним сечением при заданной осадке.

Четвертая глава содержит результаты полевых экспериментальных исследований взаимодействия ЛФВТ с грунтом основания.

Исследование совместной работы ленточных фундаментов в выштампованных траншеях и окружающего его грунта в полевых условиях проводилось на площадке строительства ангара АОЗТ "Геотехника" в Заводском районе г. Саратова. Фрагмент ЛФВТ был изготовлен в заводских условиях и имел следующие геометрические размеры: ширину верхнего сечения Bt =0,4 м, ширину нижнего сечения вв = 1.0 м, высоту h = 1,2 м, длину L= 1.0 м. Погружение первого фрагмента в проектное положение осуществлялось забивкой трубчатым дизель-молотом, второго -вдавливанием с помощью двух домкратов ДГ-100.

Экспериментальная площадка представлена четвертичными суглинками, которые до глубины 3.5 - 4.0 м обладают просадочными свойствами по I типу.

По результатам статических испытаний построены графики зависимости осадки от нагрузки S = f(P), представленные на рис. 2. Анализ графиков показал,' что они носят линейный характер до нагрузки 250 кН/м при осадках S = 12-18 мм. С дальнейшим ростом нагрузки происходит плавный перегиб графиков, что свидетельствует о переходе грунтового основания из упругой стадии работы в упругопластическую и появлении в основании ЛФВТ зон пластических деформаций.

Сопоставление результатов расчета ленточных фундаментов в выштампованных траншеях по деформациям с использованием прямых прочностных и деформационных характеристик грунта с данными статических испытаний фундаментов, дает хорошую сходимость. Расхождение экспериментальных и расчетных значений не превышает 16'%.

После проведения статических испытаний производилась откопка ЛФВТ с отбором проб грунта на площадке с целью определения размеров зоны уплотнения и характера изменения

показателей физико-механических свойств грунта. Результаты натурных исследований подтвердили данные, полученные в ходе лабораторных экспериментов на моделях. Установлено, что при устройстве ЛФВТ и их последующем нагружении в грунте формируется уплотненная зона, в пределах которой происходит изменение физико-механических характеристик грунта в сторону их улучшения. В этой зоне плотность грунта р возросла - в 1.26 раза; модуль деформации Е - в 1.63 раза; удельное сцепление С - в 1.75 раза. Угол внутреннего трения практически не изменился. В зоне шириной не менее 5-вср грунт полностью или частично лишается просадочности.

Уплотненная зона, формируемая в грунте вдоль боковых граней ЛФВТ, достигает наибольшего развития на глубине 0. 5(3, где ее горизонтальные размеры в несколько раз превышают ширину фундамента (вср). Глубина развития зоны уплотнения под нижним сечением фундамента достигает (2.5-3.0)вср.

При устройстве ЛФВТ путем забивки в виде готового блока или вдавливания, под его нижним основанием образуется треугольная призма из переуплотненного грунта (уплотненное грунтовое ядро), которая при нагружении статической нагрузкой перемещается вместе с фундаментом.

Для оценки разработанной методики расчета фундаментов в выштампованных траншеях по деформациям с использованием прямых прочностных и деформационных характеристик грунта и возможности ее применения при проектировании фундаментов малоэтажных зданий и сооружений выполнены сопоставительные расчеты по различным методикам и их сравнение с экспериментальными данными. Значения несущей способности (сил предельного сопротивления) основания фундаментов определены по методам СНиП 2. 02.03-85, ВСН 66 037-81, ВСН 26-84, получившим применение на практике. Для сравнения использованы результаты статических испытаний Саратовского ГТУ и НИИпромстрой г. Уфа. Результаты определения предельной вертикальной нагрузки представлены в таблице 1.

Сравнение результатов расчетов с опытными данными показывает, что все рассматриваемые методы дают погрешность до 30-60%, а погрешность предлагаемого метода ниже, чем у других методов и в среднем составляет 12-16%.

Таблица 1

Сравнение значений несущей способности (сил предельного сопротивления) оснований ЛФВТ по результатам расчетов и экспериментальным данным на воздействие вертикальной нагрузки

Площадка N 1 Площадка N 2

Наименование метода расчета г. Саратов, испытания СГТУ суглинок полутвердый: V = 17.2 кН/м3; ф = 17°: С 16кПа г. Уфа глина мягкопдастичная Г =18.0 кН/м3; <р=12 ; С - 30 кПа

фундамент N 1 Фундамент N 2 Фундамент N 3

В1- = 0.4м; й = 1,2м: вв = 0.1м; Ь = 1 п.м в^ 0,2м; вв= 0.01м с1 = 2,0м; 1 = 0.95м

Ри, кН/м Д, % Ри, кН/м Д. % Ри. КН/м Д, %

СНиП 2.02.03-85 формула (9) 558 - 72 558 - 67 176 + 14

СНиП 2.02.03-85 Прил. 2 178 + 45 178 + 47 141 + 31

ВСН 66 037 - 81 147 + 54 147 + 56 153 + 25

ВСН 26 - 84 183 + 43 183 + 45 237 - 16

Предлагаемый метод 285 + 12 285 + 15 235 - 15

Статические испытания 324 335 204 -

д = ------- х100%. где е - значение Ри по испытаниям; е - то же по результатам расчета

е

Как известно, натурные полевые эксперименты требуют значительных затрат. Поэтому использование достаточно простых и надежных инженерных методов, разработанных на основе теории подобия, является весьма актуальным. Исследованиями В. А. Флорина и других авторов установлено, что выполнить все условия подобия при моделировании практически невозможно. Решение ряда практических задач возможно на основе приближенного физического моделирования.

На экспериментальной площадке, с целью проверки возможности перехода от результатов испытаний грунтов моделями к работе натурного фундамента, параллельно со статическими испытаниями натурных ЛФВТ проводились испытания их моделей.

Для перехода от результатов модельных испытаний к несущей способности натурного ЛФВТ использовались условия подобия, установленные из решения (1). и выражение для получения определяемого критерия подобия Кг в зависимости от определяющих критериев Б! ( 1 = б. с, Ь, Ь, К, <р, а ).

Расчеты, выполненные для различных глубин заложения моделей ЛФВТ, позволили получить результаты, близкие к данным статических испытаний натурных фундаментов.

В пятой главе определена область рационального применения фундаментов в выштампованных траншеях, даны рекомендации по проектированию и рассмотрены вопросы технико-экономической эффективности их применения.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. На основании комплексных лабораторных и полевых экспериментальных исследований совместной работы ленточных фундаментов в выштампованных траншеях с грунтом основания установлено:

- при устройстве ленточных фундаментов в выштампованных траншеях и их последующем нагружении в грунте формируется уплотненная зона, наибольшая ширина которой на глубине 0,53 составляет не менее (6,0 - 8,0)-вср, а глубина этой зоны под нижним сечением достигает (2,5 - 3,0)-вср;'

- непосредственно под нижним концом фундамента в выштампованной траншее трапецеидального поперечного сечения

формируется уплотненное грунтовое ядро в виде треугольной призмы, которое при статическом нагружении перемещается вместе с фундаментом;

- в пределах уплотненного массива происходит увеличение плотности грунта в 1,24 - 1,26 раза, удельного сцепления - в 1,6 - 1,75 раза, модуля деформации в 1,63 - 1,68 раза по сравнению с грунтом природного сложения, угол внутреннего трения грунта остается практически без изменения, грунт полностью или частично лишается просадочности;

- зона деформации грунта, формируемая при статическом нагружении фундамента, имеет значительно меньшие размеры, чем зона уплотнения грунта, образованная при его устройстве, и не выходит за ее пределы.

2. Разработан аналитический метод расчета оснований ленточных фундаментов в выштампованных траншеях по деформациям с использованием прямых прочностных и деформационных характеристик грунтов, позволяющий строить расчетные графики "нагрузка-осадка", эквивалентные зависимостям, получаемым при статических испытаниях фундаментов. Результаты сопоставления данных расчета оснований ЛФВТ по разработанной методике с опытными, полученными на основе статических испытаний фундаментов, хорошо согласуются между собой. Расхождение экспериментальных и расчетных значений не превышает 16 %.

3. Получена аналитическая зависимость для определения предельной несущей способности основания ленточного фундамента в выштампованной траншее при расчете по первой группе предельных состояний на основе теории предельного равновесия. Выполнен анализ степени влияния основных параметров фундамента и грунтов основания на величину предельной несущей способности ЛФВТ. Результаты расчетов приведены в графическом и табличном виде.

4. Выполнены лабораторные и полевые экспериментальные исследования, подтверждающие обоснованность принятых расчетных схем и полученных на их основе теоретических зависимостей. По результатам статических испытаний моделей и натурных фундаментов изучены закономерности развития осадок ЛФВТ в песчаных и пылевато-глшистых грунтах.

5. Предложен метод оценки несущей способности фундаментов в выштампованных траншеях по результатам испытаний их моделей на основании теории приближенного физического моделирования, который позволяет оценивать работу рассматриваемых фундаментов с достаточной для практических расчетов точностью.

6. Предлагаемая методика расчета ЛФВТ по деформациям была внедрена на ряде объектов в Саратовской ** области. Экономический эффект от внедрения составил более 12 тыс. руб. в ценах 1984 года.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Лапшин Ф.К., Айгумов М.М. Несущая способность оснований ленточных фундаментов в выштампованных траншеях // Пути снижения материалоемкости и стоимости в строительстве и при реконструкции зданий: Тез. докл. зон. конф. -Пенза, 1990. - С. 33-34.

2. Архипов В.Н., Айгумов М.М. Моделирование ленточных фундаментов в выштампованных траншеях // Эффективные фундаменты, сооружаемые без выемки грунта: Сб. докл. Респ. науч.-техн. конф. - Полтава, 1991. - С. 183 - 186.

3. Лапшин Ф.К., Айгумов М.М. Сравнительный анализ эффективности работы выштампованных ленточных фундаментов и фундаментов из пирамидальных свай // Сб. докл. III Международной конференции по проблемам свайного фундаментостроения. 4.1. - Пермь, 1992. - с. 138 - 141.

4. Айгумов М.М. Ленточные фундаменты в выштампованных траншеях // Труды IV Международной конференции по проблемам свайного фундаментостроения. 4.1. - Пермь, 1994.- С.35—36.

5. Архипов В.Н., Айгумов м.м. Установление условий подобия несущей способности оснований ленточных фундаментов в выштампованных траншеях с учетом случайных явлений // Эффективные фундаменты, сооружаемые без выемки грунта: Сб. докл. II Украинской науч.-техн. конф. по механике грунтов и фундаментостроению. Ч. 1. - Полтава, 1995.' - С. 13 - 15.

6. Архипов В.Н., Айгумов М.М. Приближенное моделирование ленточных фундаментов в выштампованных

траншеях с учетом случайных явлений // Эффективные фундаменты, сооружаемые без выемки грунта: Сб. докл. II Украинской, науч.-техн. конф. по механике грунтов и фундаментостроению. Ч. 1. - Полтава. 1995. - С. 16 - 19.

7. Айгумов М.М. Влияние грунтовых условий и геометрических размеров ЛФВТ клиновидной формы на предельную несущую способность оснований // Совершенствование строительных конструкций, архитектурных решений, технологий и организации строительства: Материалы науч.-техн. конф. Ч. 1. - Саратов: СГТУ, 1996. - С. 153-154.

8. ,Савинов А. В., Айгумов М. М. Результаты экспериментальных исследований работы ленточных фундаментов в выштампованных траншеях в инженерно-геологических условиях г. Саратова. - Саратов, 1997. - 12 с. - Рукопись представлена СГТУ. - Деп. В ВИНИТИ 20.06.97, N 2043-В97.

Айгумов Магомедали Магомедович

РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ В ВЫШТАМПОВАННЫХ ТРАНШЕЯХ

Автореферат Ответственный за выпуск А.А.Пшенов Корректор Л.А.Скворцова

Лицензия ЛР № 020271 от 15.11.96

Подписано в печать 01.09.97 Формат 60x84 1/16

Бум. оберт. Усл. — печ.л. 1,0 Уч.-изд.л. 1,0

Тираж 100 экз. Заказ 182 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет 410054 г.Саратов, ул. Политехническая, 77 Ротапринт СГТУ, 410054 г.Саратов, ул. Политехническая, 77