автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Разработка метода и средств использования данных динамического зондирования при проектировании усиления фундаментов

На правах рукописи

МУХАМЕТЗЯНОВ Фаниль Закуанович

РАЗРАБОТКА МЕТОДА И СРЕДСТВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ДАННЫХ ДИНАМИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ УСИЛЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ

Специальность 05.23.02 -Основания и фундаменты,

подземные сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г. Уфа-2005г.

Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете и в Научно-исследовательском, проектно-конструкторском и производственном институте строительного комплекса Республики Башкортостан (БашНИИстрой).

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Гончаров Борис Васильевич Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Пономарев Андрей Будимирович кандидат технических наук Балобанов Александр Вениаминович

Ведущая организация - ГУП проектно - конструкторский институт "Башкирский промстрой проект" (ПКИ "БашПромстройпроект").

Защита состоится 29 апреля 2005 г. в 14. 00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.289.02 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу:

450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан марта 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБШДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Экспресс-метод исследования грунтов динамическим зондированием успешно используется для проведения изысканий в случаях залегания в фунтовом массиве песчаных грунтов. Для этих грунтов получены эмпирические зависимости между данными динамического зондирования и лабораторных испытаний образцов грунта. Это дает возможность использовать результаты динамического зондирования при проектировании фундаментов на естественном основании. Так, нормативные документы по проведению инженерно-геологических изысканий содержат таблицы для перевода величин условного динамического сопротивления в характеристики песчаного фунта: угла внутреннего трения и модуля деформации. Однако при залегании глинистых фунтов, наиболее часто встречающихся при проектировании фундаментов на естественном основании, данные динамического зондирования пока не использовались.

Опыт проведения изысканий с использованием экспресс-метода динамического зондирования показывает, что он имеет важные достоинства: применение несложного оборудования и быстрота выполнения испытаний. Это дает право утверждать, что представляет значительный интерес исследование возможности разработки метода, позволяющего применять данные динамического зондирования для проектирования фундаментов на естественном основании при залегании глинистых фунтов в условиях реконструкции зданий и аварийных ситуациях. Для этого может быть использован зарубежный опыт применения малогабаритных зондирующих установок, позволяющих вести зондирование в стесненных условиях и подвальных помещениях.

Целью диссертационной работы является разработка метода использования данных динамического зондирования при проектировании усиления фундаментов в условиях залегания глинистых фунтов.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и поставлены следующие задачи:

- провести анализ имеющихся данных по использованию динамического зондирования для определения механических характеристик грунтов;

- разработать теоретические предпосылки и методику проведения экспериментальных работ в полевых условиях;

- разработать оборудование и выполнить экспериментальные исследования в полевых условиях;

- предложить методику определения расчетных характеристик грунтов, используемых при проектировании усиления фундаментов;

- опробовать предложенную методику в производственных условиях.

Объектом исследования является процесс зондирования фунтов ударным методом для получения характеристик грунта, используемых при проектировании усиления фундаментов на естественном основании.

Предмет исследования - результаты динамического зондирования в полевых условиях и обоснование методики их использования для определения характеристик грунта, принимаемых при расчете усиления фундаментов, работающих в глинистых фунтах.

Методика исследований:

- теоретические и экспериментальные исследования процессов пофужения зондов малого диаметра в фунт ударным методом с использованием зондирующей установки, разработанной автором;

- статистическая обработка результатов исследований и определение экспериментальной зависимости между параметрами зондирования и величинами расчетных характеристик фунта;

- разработка инженерной методики расчета фунтового основания при усилении фундаментов.

Теоретическими основами исследований стали труды следующих ученых в области разработки методов динамического и статического зондирования: Аронов А. Н., Бондарик Г. К., Дудлер И. В., Дуранте В. А., Франк К., Мейергоф

Г. Г., Рубинштейн А. Я., Хейфели Р., Шуберт К., Трофименков Ю. Г., Амарян

Д. С, Бахолдин Б. В., Гончаров Б. В., Ковалев Ю. И., Колесник Г. С, Кулачкин

Б. И., Мариупольский Л. Г., Рыжков И. Б.. Феронский В. И., Хамов А. П., Швец

В. Б.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- получены корреляционная связь и эмпирическая зависимость между числом ударов на перемещение зонда за залог и величиной сопротивления грунта под наконечником зонда при статическом зондировании;

- разработана методика расчета характеристик грунта, используемых при проектировании усиления фундаментов в глинистых грунтах по данным динамического зондирования, и программное обеспечение расчетов;

- получен результат исследования механизма взаимодействия зонда с грунтом при динамическом зондировании в переходной области глинистых грунтов мягкопластичной консистенции в текучепластичную.

На защиту выносятся следующие результаты научных исследований

и разработок:

- анализ существующих методов определения механических характеристик грунта при использовании динамического зондирования в песчаных грунтах;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований особенностей процесса погружения зонда в глинистые грунты различной консистенции;

- результаты совместных исследований процессов динамического и статического зондирования в глинистых грунтах и эмпирическая зависимость между числом ударов в залоге и сопротивлением грунта под наконечником зонда;

- расчетные формулы и метод оценки расчетных характеристик глинистого фунта по данным динамического зондирования;

- программное обеспечение для практического использования предложенного метода при расчете грунтового основания при усилении фундаментов в случае залегания глинистых грунтов.

Практическое значение и реализация работы состоят в следующем:

- предложен инженерный метод определения расчетных характеристик грунта при усилении фундаментов в условиях глинистых грунтов,

- предложено и опробовано на практике оборудование для проведения динамического зондирования при обследовании грунтовых массивов в аварийных ситуациях и при проектировании надстроек зданий, в том числе в труднодоступных местах и подвальных помещениях,

- разработан и предложен пакет программ для практических расчетов

Предложенный метод получил практическую проверку при обследовании фунтового массива под аварийным зданием на плитном фундаменте Апробация и публикации работы.

Диссертационная работа выполнялась в рамках «Плана научно-исследовательских работ на 2001- 2004 г Министерства строительства РБ»

Основные результаты работы доложены на международных научно-технических конференциях (Проблемы свайного фундаментостроения Москва, 1998 г , Современные проблемы фундаментостроения Волгоград, 20011 , Проблемы строительного комплекса России Уфа, 2002-2004 г , Актуальные проблемы проектирования и устройства оснований и фундаментов зданий и сооружений Пенза, 2004 г)

Основные положения диссертационной работы опубликованы в 8 статьях Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа изложена на 99 стр , состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка использованной литературы из 81 наименования, 2 при южении В работе представлено 46 рисунков, 19 таблиц Общий объем диссертации составляет 114 стр

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель, задачи и методы исследований, научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе дан анализ существующих методов определения механических характеристик грунта при использовании динамического и статического зондирования фунтов. Рассмотрены конструкции и проанализированы технические характеристики оборудования для динамического и статического зондирования. По результатам ранее проведенных исследований в этой области рассмотрены факторы, влияющие на результаты зондирования.

Вторая глава посвящена теоретическим исследованиям процессов погружения в грунт зондов динамическим методом. Рассмотрены основные положения теории динамического погружения зондов в грунт, в том числе для зондов малого диаметра. По результатам ранее проведенных исследований показано, что были получены эмпирические зависимости между динамическим зондированием и прочностью фунтов, в основном для песчаных фунтов

Проанализированы особенности погружения свай и зондов в глинистые грунты. Основное отличие от песчаных фунтов заключается в наличии значительных упругих деформаций фунта при ударном пофужении зонда в интервале показателя текучести I, = 0,65...0,5, что соответствует по Ю. Г. Трофименкову сопротивлению грунта под наконечником зонда при статическом зондировании Я, — 0,5 1,2 МПа. Этот факт подтвержден исследованиями НИИОСПа и Баш-НИИстроя, результатами работ по погружению забивных свай в глинистые фунты. Показаны результаты работ других исследователей, которые позволяют считать, что следует ожидать наличия линейной корреляционной связи между данными динамического и статического зондирования в глинистых фунтах.

В результате выполненных автором исследований и расчетов определены технические параметры переносной установки для динамического зондирования и обоснована методика проведения экспериментальных работ.

В третьей главе отражены результаты выполненных экспериментальных полевых исследований с использованием зондирующей установки, разработанной автором, и дано инженерно-геологическое описание площадок

Исследования проводились малогабаритной переносной зондирующей установкой, общий вид которой представлен на рис 1 Основные параметры приведены в табл I Для выполнения статического зондирования грунта использовалась установка С-832М (разработка БашНИИсгроя) на базе автомобиля ЗИЛ-131

Рис 1 Общий вид переносной установки для динамического зондирования

Таблица 1

Показатель Значение

Масса молота, кг 10,4

Масса установки без молота и штанг, кг 1,7

Масса одной штанги, кг 0,8

Площадь поперечного сечения конуса, см2 4

Высота падения молота, см 50

Диаметр штанг, мм 16

Длина одной штанги, м 1,0

2-7

а)

Рис 2 Инженерно-геотогический разрез площадки № 1

10

15 20q% M11-I

б)

В)

15 20 N

2<1ц- ЧШ

JWI

III 1<

:иЧч мп

I * 51) V

20 ч* Л1'Ь

2fl \

III 1«

Рис 3 Изменения сопротивления грунта qs и количества ударов молота N от глубины погружения зонда а, б - площадка № 1, г Уфа, в - № 2, г - № 3

С>,0 -

ч*. \ш,1

Рис 4. Зависимость между сопротивлением фунта под наконечником зонда цч от количества ударов молота N на залог 10 см. (г. Уфа, площадки № 1, 2иЗ)

Рис. 5. Изменения сопротивления грунта под наконечником зонда и количества ударов молот N на 10 см залога oт глубины погружения зонда, (г Уфа, площадка № 4)

Рис. 6 Зависимость между сопротивлением фунта под наконечником зонда и количеством ударов молота N на залог 10 см. (г. Уфа, площадка № 4)

я<. М11.1

1.Я 2

В результате проведенных полевых исследований на 4 площадках получен итоговый график зависимости между количеством ударов на залог 10 см (^ и сопротивлением грунта под наконечником зонда при статическом зондировании (рис 7)

Рис 7 Зависимость сопротивления грунта под наконечником зонда qs от количества ударов молота N (г Уфа, площадки № 1-4)

Статистическая обработка данных позволила получить расчетную формулу

(1)

где 0,27 и 0,28 - коэффициенты, имеющие размерность [МПа] ,

к - коэффициент, учитывающий потери энергии от соударения, принимается в зависимости от глубины зондирования

Результаты статистической обработки данных показывают, что коэффициент корреляции для полученной зависимости равен р = 0,86.

В четвертой главе рассмотрены данные практической апробации результатов исследований и оценены технико-экономические показатели внедрения предложенного метода и оборудования.

По результатам проведенных исследований и полевых работ предложена методика обработки данных зондирования, в основу которой положены разработки БашНИИстроя по определению расчетного давления на грунт и модуля деформации фунта по данным статического зондирования.

Предложено оценивать грунтовое основание с определением расчетных характеристик грунта по данным динамического зондирования в последовательности, приведенной ниже.

1-й шаг. Результаты динамического зондирования по каждой скважине оформляются в виде таблиц. При этом учитываются рекомендации по проведению дополнительного контрольного зондирования в случае залегания мягкопла-стичных и текучепластичных грунтов. Форма регистрации расчетных данных приведена в табл. 2.

Таблица 2

2-й шаг. По данным таблиц по каждой скважине рассчитывается прочностная характеристика фунтов с заданным интервалом по глубине в пределах 20 ^ I ^ 50 см.

Величина qs рассчитывается по формуле (1). Коэффициент к принимается в зависимости от глубины зондирования:

глубина погружения зонда 1 - 2,5 м к = 1,1 глубина пофужения зонда 3 - 6,0 м к = 1,0 глубина погружения зонда 6,5 - 9,0 м к = 0,9.

Ограничение.

При расчетном числе ударов ^ ^ 4 величина qs принимается 0,8 МПа.

3-й шаг. Расчет прочностной характеристики грунта - расчетного сопротивления Я, используемой при проектировании фундаментов на естественном основании, ведется в следующей последовательности по методике, разработанной в БашНИИстрое.

- при величине ц,, 2,0 МПа расчетное сопротивление фунта Я определяется без учета ширины проектируемого фундамента по формуле:

- при величине расчетное сопротивление определяется по формуле:

К = Г,|Уа(0,02я,+ КВ + 0,24), (3) где Уо Уа коэффициен гы, принимаемые по табл. 3;

К - коэффициент влияния ширины фундамента, принимаемый по габл. 4. В- ширина фундамента, м.

Таблица 3

я, МПа Ус2

Чч>5,0 1,25 1,2

3,0 < 5,0 12 М

1,0 ^ я,« 3,0 1,0 1,0

Я^ 1,0 1,0 1,0

Таблица 4

4-й шаг. Расчет деформационной характеристики грунта - модуля общей деформации Е, для этого используется также методика, разработанная в Баш-НИИстрое.

Для расчета предлагается формула:

Для практического применения изложенной методики автором разработана программа для компьютерной обработки данных по скважинам на основе предложенного алгоритма. Блок-схема программы приведена на рис. 8.

Ввод данных динамического зондирования [Ы - кол. ударов на 10 см залога]

Расчет д^0,27к^0,28 _

___I_____

Расчет прочностной характеристики грунта -

расчетного сопротивления Я: при ц, 2,0 МПа К =-0,05+ 0,1 я, при > 2,0 МПа И - ус,у12 (0,02^ + Кв + 0,24)

Расчет деформационной характеристики грунта Е Е = 4,9 4 я,

Рис. 8. Блок-схема программы

Для оценки фунтового массива автор предлагает использовать метод построения плоских цифровых моделей разрезов по вертикальным плоскостям, разработанный в БашНИИстрое. Для этого данные, полученные в результате динамического зондирования по каждой скважине, обрабатываются совместно путем линейной интерполяции значений характеристик грунта между скважинами по

горизонтальному и вертикальному направлениям. Интерполяция ведется по каждым четырем опорным точкам разреза. На рис. 9 показан пример построения цифровой модели. Для этой цели разработана дополнительная программа

При построении цифровой модели разреза массива, достаточно точно отражающей характеристики грунта по всей области разреза, необходимо назначать оптимальное расстояние между скважинами. В работах В П Огоноченко показано, что минимальным радиусом переноса информации от скважины является расстояние г = 6 м Такое расстояние обеспечивает полноту информации даже в сложных инженерно-геологических условиях Условия усиления фундаментов в аварийных случаях и при реконструкции здания требуют особо осторожного подхода Поэтому при использовании динамически о зондирования расстояние между скважинами рекомендуется принимать 6 .10м

зшЕшгшшшшяшшшшшшшет^ -- -ла *

ЬмТ1 Т2 ТЗ Т4

Рис 9. Пример построения разреза грунтового массива

По заказу предприятия ООО «Маштехресурсы» было выполнено динамическое зондирование вблизи фундамента аварийного здания. Обследуемое здание расположено в Октябрьском районе г. Уфы в квартале, ограниченном улицами Рязанская, Шафиева, Комсомольская и проспектом Октября (рис. 10а). Согласно

представленной документации строящееся здание размерами в плане 36,7 х 24,8 м, 10-этажное, с подвалом.

В геологическом строении площадки до глубины 15 м участвуют отложения четвертичной и пермской систем. Геолого-литологический разрез площадки показан на рис. 1 Об.

Четвертичная система

1) Насыпной грунт распространен по всей площадке - слой от 0,8 до 1,8 м представлен глиной, битым кирпичом, гравием, строительным и бытовым мусором.

2) Почвенно-растительный слой распространен в восточной и северо-восточной части площадки. Мощность слоя до 0,4 м.

3) Суглинок коричневый, буровато-коричневый, влажный, мягкопластичный (ИГЭ-1). Распространен по всей площадке. Мощность слоя 0,7-1,2 м.

Пермская система (Р) Уфимский ярус

4) Глина вишнево-красная, плотная, аргелитоподобная, полутвердая и твердая с прослойками зеленовато-серого алеврита и песчаника (ИГЭ-2). Вскрытая мощность 12,3 - 13,1 м.

Результаты динамического зондирования по скважинам приведены на рис. 10в.

Данные расчетов хорошо совпадают с результатами инженерно-геологических изысканий, показавших величины модуля деформации в ИГЭ-1 и ИГЭ-2 соответственно 8,0 МПа и 26 МПа.

Таким образом, данные динамического зондирования показывают, что вблизи угла здания (по оси А и 1) ниже подошвы плиты (зона ИГЭ-2) обнаружена линза глинистого грунта мощностью 2,0 - 2,5 м, имеющего модуль деформации Е порядка 10,3 - 15,0 МПа. Динамическое зондирование вблизи фундамента около противоположного торца здания на глубине заложения плиты показало, что с этой глубины начинается слой твердых глин с модулем деформации Это

обстоятельство могло стать одной из основных причин появления трещины плиты и деформации здания.

Рис 10 План площадки (а), разрез по линии I-I (б) и результаты динамического зондирования (в)

Технико-экономическая эффективность предложенного метода и оборудования по сравнению с традиционным методом шурфования, отбором образцов и лабораторных испытаний характеризуется следующими показателями:

- метод может быть использован в труднодоступных местах, включая подвалы непосредственно под зданием;

- оборудование отличается простотой и может обслуживаться персоналом средней квалификации;

- процесс зондирования скважины глубиной 6,0 - 7,0 м (по хронометражным наблюдениям) занимает не более 60 минут;

- обработка результатов не требует дополнительных лабораторных испытаний;

- при наличии программного обеспечения для компьютеров обработка результатов производится в короткое время;

- сокращается время изысканий в 2-3 раза при снижении стоимости в два раза.

При проведении изысканий на одной из площадок ОАО «ПОЛИЭФ» (г. Благовещенск Республики Башкортостан) получено снижение стоимости работ.

выводы

1 Результаты проведенных исследований показывают, что предложенный метод может быть использован при зондировании глинистых фунтов и дает возможность получать расчетные характеристики грунта, используемые при проектировании фундаментов на естественном основании в условиях реконструкции и усиления.

2 Получены научно значимые следующие результаты

эмпирические зависимости, связывающие характеристики динамического и статического сопротивлений грунта прониканию зонда;

расчетные формулы для определения характеристик грунта, используемые при проектировании фундаментов на естественном основании, по данным динамического зондирования

3 Результаты проведенных исследований позволяют сделать практический вывод, что для грунтов, в которых значение числа ударов на 10 см погружения зонда составляет проектирование и усиление фундаментов на естественном основании не может быть рекомендовано. Следует использовать другие методы фундирования

4 Для практических расчетов предложены формулы и программное обеспечение для пересчета данных динамического зондирования в величины расчетных характеристик грунта, используемых при проектировании фундаментов на естественном основании.

5 Технико-экономические преимущества предложенного метода заключаются в том, что он может быть использован при обследовании грунтовых массивов под зданием, в стесненных условиях, включая подвальные помещения. Кроме того, при использовании экспресс-метода продолжительность изысканий сокращается в 2-3 раза при снижении стоимости в два раза. Например, на одной из площадок ОАО «ПОЛИЭФ» в г. Благовещенске Республики Башкортостан получено снижение стоимости изысканий.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах автора:

1. Совершенствование системы регистрации данных статического зондирования фунта // Тр. IV Междунар. конф. по проблемам свайного фундаменто-строения. - Москва, 1998. - Т. 3. - С. 52-55 (соавтор Коган Г. В.).

2. Об использовании статического зондирования для площадок с возможными карстовыми проявлениями // Современные проблемы фундаментостроения: Сб. трудов Междунар. научно-техн. конф. - Волгоград: ВолгГАСА, 2001. - С. 140 (соавторы Гареева Н. Б., Незамутдинов Ш. Р.).

3. Применение динамического зондирования в глинистых фунтах // Проблемы строительного комплекса России: Мат-лы VI Междунар. научно-техн. конф. при VI Междунар. специализированной выставке «Строительство, архитектура, коммунальное хозяйство. 2002». - Уфа: УГНТУ, 2002. - С. 324 (соавтор Ковалев В. Ф.).

4. Новое оборудование для обследования фунта зондированием при усилении фундаментов // Проблемы строительного комплекса России: Мат-лы VII Междунар. научно-техн. конф. при VII Междунар. специализированной выставке «Строительство, коммунальное хозяйство, энерго-ресурсосбережение. 2003».-Уфа: УГНТУ, 2003. - С. 105-106 (соавтор Ковалев В. Ф.).

5. Комплексный метод зондирования грунта при проектировании усиления фундаментов // Проблемы строительного комплекса России: Мат-лы VII Междунар. научно-техн. конф. при VII Междунар. специализированной выставке «Строительство, коммунальное хозяйство, энерго-ресурсосбережение. 2003».-Уфа: УГНТУ, 2003. - С. 106-107 (соавторы Гончаров Б. В., Ковалев В. Ф.).

6. Определение состояния фунтового основания методом динамического зондирования //Сб. научн. статей БашНИИстроя. - Уфа, 2004.- С. 116-124 (соавтор Ковалев В. Ф.).

7. Опыт использования динамического зондирования при обследовании фундаментов // Проблемы строительного комплекса России: Мат-лы VIII Междунар. научно-техн. конф. при VIII Междунар. специализированной выставке «Строительство. Коммунальное хозяйство. Энергосбережение. 2004». - Уфа: УГНТУ, 2004. - С. 129-131 (соавтор Гончаров Б. В.).

8. Об использовании данных динамического зондирования при проектировании усиления фундаментов // Актуальные проблемы проектирования и устройства оснований и фундаментов зданий и сооружений // Сб. статей Междунар. науч-но-практ. конф. - Пенза: ПГУАиС, 2004. - С. 171-173 (соавторы Гончаров Б. В., Ковалев В. Ф.).

Отпечатано в БашНИИстрое

450064, г Уфа, ул Конституции, 3 2005 г Заказ № 35 Тираж 90 экз

Oó-РЗ

Введение.

Глава 1. Обзор результатов исследований по разработке метода статического и динамического зондирования грунта.

1.1. Исторический обзор.

1.2. Конструкции устройств для динамического зондирования

1.2.1. Ручные забивные зонды.

1.2.2. Тяжелые установки для динамического зондирования.

1.2.3. Установки вибродинамического зондирования.

1.3. Статическое зондирование грунтов.

1.4. Результаты обзора литературных источников.

Глава 2. Теоретические предпосылки проведения экспериментальных работ.

2.1. Теоретические основы динамического метода зондирования.

2.2. Особенности погружения зондов и свай в глинистые грунты

2.3. Обоснование методики проведения экспериментальных работ.

2.4. Предпосылки по выбору параметров переносного устройства для динамического зондирования.

Глава 3. Результаты экспериментальных исследований в лабораторных и полевых условиях.

3.1. Оборудование и приборы для экспериментальных исследований.

3.2. Экспериментальные работы в полевых условиях.

3.3. Результаты полевых экспериментальных исследований.

Глава 4. Методика оценки основания по данным динамического зондирования и практическое применение.

4.1. Методика обработки данных зондирования.

4.2. Результаты практического применения предлагаемой методики и рекомендации по дальнейшему применению.

ВЫВОДЫ.

Актуальность темы. Экспресс-метод исследования грунтов динамическим зондированием успешно используется для проведения изысканий в случаях залегания в грунтовом массиве песчаных грунтов. Для этих грунтов получены эмпирические зависимости между данными динамических и лабораторных испытаний образцов грунта. Это дает возможность использовать результаты динамического зондирования при проектировании фундаментов на естественном основании. Так, нормативные документы по проведению инженерно-геологических изысканий содержат таблицы для перевода величин условного динамического сопротивления в характеристики песчаного грунта: угла внутреннего трения и модуля деформации. Однако при залегании глинистых грунтов, наиболее часто встречающихся при проектировании фундаментов на естественном основании, данные динамического зондирования пока не использовались.

Опыт проведения изысканий с использованием экспресс - метода динамического зондирования показывает, что он имеет важные достоинства: применение не сложного оборудования и быстрота выполнения испытаний. Это дает право утверждать, что представляет значительный интерес исследование возможности разработки метода, позволяющего применять данные динамического зондирования для проектирования фундаментов на естественном основании при залегании глинистых грунтов в условиях реконструкции зданий и аварийных ситуациях. Для этого может быть использован зарубежный опыт применения малогабаритных зондирующих установок, позволяющих вести зондирование в стесненных условиях и подвальных помещениях.

Целью диссертационной работы является разработка метода использования данных динамического зондирования при проектировании усиления фундаментов в условиях залегания глинистых грунтов.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и поставлены следующие задачи:

- провести анализ имеющихся данных по использованию динамического зондирования для определения механических характеристик грунтов;

- разработать теоретические предпосылки и методику проведения экспериментальных работ в полевых условиях;

- разработать оборудование и выполнить экспериментальные исследования в полевых условиях;

- предложить методику определения расчетных характеристик грунтов, используемых при проектировании усиления фундаментов;

- опробовать предложенную методику в производственных условиях.

Объектом исследования является процесс зондирования грунтов ударным методом для получения характеристик грунта, используемых при проектировании усиления фундаментов на естественном основании.

Предмет исследования - результаты динамического зондирования в полевых условиях и обоснование методики их использования для определения характеристик грунта, принимаемых при расчете усиления фундаментов, работающих в глинистых грунтах. Методика исследований:

- теоретические и экспериментальные в полевых условиях исследования процессов погружения зондов малого диаметра в грунт ударным методом с использованием зондирующей установки, разработанной автором;

- статистическая обработка результатов исследований и определение экспериментальной зависимости между параметрами зондирования и величинами расчетных характеристик грунта;

- разработка инженерной методики расчета грунтового основания при усилении фундаментов.

Теоретическими основами исследований стали труды следующих ученых в области разработки методов динамического и статического зондирования: Аронов А.Н., Бондарик Г.К., Дудлер И.В., Дуранте В.А.,

Франк К., Мейергоф Г.Г., Рубинштейн А.Я., Хейфели Р., Шуберт К.,

Трофименков Ю.Г., Амарян Д.С., Бахолдин Б.В., Гончаров Б.В., Ковалев Ю.И.,

Колесник Г.С., Кулачкин Б.И., Мариупольский Л.Г., Рыжков И.Б., Феронский

В.И., Хамов А.П., Швец В.Б.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- получены корреляционная связь и эмпирическая зависимость между числом ударов на перемещение зонда за залог и величиной сопротивления грунта конусу зонда при статическом зондировании;

- разработана методика расчета характеристик грунта, используемых при проектировании усиления фундаментов в глинистых грунтах по данным динамического зондирования, и программное обеспечение расчетов;

- получен результат исследования механизма взаимодействия зонда с грунтом при динамическом зондировании в переходной области глинистых грунтов мягкопластичной консистенции в текучепластичную.

На защиту выносятся следующие результаты научных исследований и разработок:

- анализ существующих методов определения механических характеристик грунта при использовании динамического зондирования в песчаных грунтах;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований особенностей процесса погружения зонда в глинистые грунты различной консистенции;

- результаты совместных исследований процессов динамического и статического зондирования в глинистых грунтах и эмпирическая зависимость между числом ударов в залоге и сопротивлением грунта под наконечником зонда;

- расчетные формулы и метод оценки расчетных характеристик глинистого грунта по данным динамического зондирования;

- программное обеспечение для практического использования предложенного метода при расчете грунтового основания при усилении фундаментов в случае залегания глинистых грунтов.

Практическое значение и реализация работы состоят в следующем:

- предложен инженерный метод определения расчетных характеристик грунта при усилении фундаментов в условиях глинистых грунтов;

- предложено и опробовано на практике оборудование для проведения динамического зондирования при обследовании грунтовых массивов в аварийных ситуациях и при проектировании надстроек зданий, в том числе в труднодоступных местах и подвальных помещениях;

- разработан и предложен пакет программ для практических расчетов.

Предложенный метод получил практическую проверку при обследовании грунтового массива под аварийным зданием на плитном фундаменте.

Апробация и публикации работы.

Диссертационная работа выполнялась в рамках «Плана научно-исследовательских работ на 2001- 2004 г. Министерства строительства РБ».

Основные результаты работы доложены на международных научно-технических конференциях. (Проблемы свайного фундаментостроения: Москва, 1998 г.; Современные проблемы фундаментостроения: Волгоград, 2001г.; Проблемы строительного комплекса России: Уфа, 2002-2004 г.; Актуальные проблемы проектирования и устройства оснований и фундаментов зданий и сооружений: Пенза, 2004 г.).

Основные положения диссертационной работы опубликованы в 8 статьях.

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа изложена на 99 стр., состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка использованной литературы, из 81 наименования, 2 приложений. В работе представлено 46 рисунков, 19 таблиц. Общий объем диссертации составляет 114 стр.

выводы

1. Результаты проведенных исследований показывают, что предложенный метод может быть использован при зондировании глинистых грунтов и дает возможность получать расчетные характеристики грунта, используемые при проектировании фундаментов на естественном основании в условиях реконструкции и усиления.

2. Получены научно значимые следующие результаты:

- эмпирические зависимости, связывающие характеристики динамического и статического сопротивлений грунта прониканию зонда;

- расчетные формулы для определения характеристик грунта, используемые при проектировании фундаментов на естественном основании, по данным динамического зондирования.

3. Результаты проведенных исследований позволяют сделать практический вывод, что для грунтов, в которых значение числа ударов на 10 см погружения зонда составляет N < 4 удара, проектирование и усиление фундаментов на естественном основании рекомендовано быть не может. Следует использовать другие методы фундирования.

4. Для практических расчетов предложены формулы и программное обеспечение для пересчета данных динамического зондирования в величины расчетных характеристик грунта, используемых при проектировании фундаментов на естественном основании.

Технико-экономические преимущества предложенного метода заключаются в том, что он может быть использован при обследовании грунтовых массивов под зданием, в стесненных условиях, включая подвальные помещения. Кроме того, при использовании экспресс-метода продолжительность изысканий сокращается в 2-3 раза при снижении стоимости в два раза. Например, на одной из площадок ОАО «ПОЛИЭФ» (г. Благовещенск Республики Башкортостан) использование рекомендаций и методики диссертации позволило провести обследование грунтового основания и фундаментов в короткие сроки и минимальными затратами на изыскания.

1. Аронов A.M. О связи сопротивления динамическому зондированию и плотности грунта. Сб. Методы исследования механических свойств грунтов. Изд. ДИИТ. Днепропетровск, 1962.

2. Бабков В.Ф. Сопротивление грунтов деформированию с различными скоростями.

3. Беляев Н.М. Сопротивление материалов.: М. Наука, 1976.

4. Бондарик Г.К. Динамическое и статическое зондирование грунтов в инженерной геологии. М. Недра, 1964

5. Бондарик Г.К., Комаров И.С., Ферронский В.И. Полевые методы инженерно-геологических исследований. М. Недра, 1967

6. Бондарик Г.К. Опыт применения динамического зондирования при скоростных инженерно-геологических исследованиях. // Сб. Методы исследования механических свойств грунтов в условиях естественного залегания. Изд. ДИИТА. Днепропетровск. 1962.

7. Воробков JI.H. Некоторые результаты испытаний на динамическую пенетрацию пробоотборником. // Сб. «Методы исследования механических свойств грунтов». Изд. ДИИТА. Днепропетровск. 1962.

8. Гареева Н.Б. Об определении расчетного давления на грунт по данным зондирования // Вопросы фундаментостроения: Тр.НИИПромстроя.-Уфа. 1985,-С. 111-116.

9. Гареева Н.Б., Гончаров Б.В. Об использовании данных зондирования при проектировании фундаментов на естественном основании // Сб. научн. статей БашНИИстроя,- Уфа 2004.-С.-88-96.

10. Гареева Н.Б., Гончаров Б.В. Об определении расчетного давления при проектировании грунтового основания по данным статического зондирования. // Современные проблемы фундаментостроения: Тр.Межд.конф. Волгоград 2001.

11. Гареева Н.Б., Гончаров Б.В., Рыжков И.Б., Горбатова Н.Я. О расчете фундаментов по цифровым моделям инженерно-геологических разрезов

12. Исследование прогрессивных конструкций фундаментов. Тр. НИИпромстроя. Уфа. 1989.- С 105-111.

13. Гареева Н.Б., Рыжков И.Б. Об определении модуля деформации грунтов статическим зондированием // Свайные фундаменты: Тр. НИИПромстроя. Уфа, 1984.-С94-99.

14. Герсеванов Н.М. Определение сопротивления свай. М. Госстройиздат. 1933.

15. Гончаров Б.В., Еникеев А.Х. О выборе молота с учетом упругих свойств грунта и размеров свай // Основания, фундаменты и механика грунтов, 1965 № 6.-С -13-16.

16. ГОСТ 19912-201. Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием. М.МИТКС.2001.

17. Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. Ленинград. Строиздат. 1988.

18. Дудлер И.В., Хазанов Н.И. Опыт сопоставления результатов ударного зондирования с испытаниями нагрузками намывных песков. Сб. «Методы исследования механических свойств грунтов в условиях естественного залегания. Изд. ДИИТА. Днепропетровск. 1962.

19. Дуранте В.А. Исследование плотности сложения песков забивным зондом. Гидропроект. Инф. лист. 1954. № 9.

20. Дуранте В.А. Полевые исследования плотности и влажности грунтов. Сб. «Материалы к международному конгрессу по механике грунтов и фундаментостроению». Изд-во АН СССР, 1957.

21. Дуранте В.А. Полевые методы исследования прочности песков. Гидропроект. Инф. лист. 1956, № 7.

22. Зеленин А.Н. Резание грунтов М., издательство АН СССР, 1950.

23. Клейнин Н.П. Влияние скорости перемещения деформатора на сопротивление почвы деформированию. Вестник сельскохозяйственной науки, №5 1960г.

24. Клемяционок П.JI. Косвенные методы определения показателей свойств грунтов. JI. Стройиздат. 1987. С.-142.

25. Колесник Г.С., Рыжков И.Б. К вопросу о выборе конструкции зонда и режима зондирования грунтов. Сборник трудов БашНИИстроя, вып. VIII, Строительство предприятий нефтепереработки и нефтехимии, Стройиздат, 1968 с. 122-132.

26. Кулачкин Б.И., Радкевич А.И., Соколов А.Д. Проблемы и перспективы геотехники. М., 2003.

27. Мухаметзянов Ф.З., Коган Г.В. Совершенствование системы регистрации данных статического зондирования грунта // Труды IV Международной конференции по проблемам свайного фундаментостроения // Москва, 1998. Т.З С. 52-55.

28. Мухаметзянов Ф.З., Ковалев В.Ф. Определение состояния грунтового основания методом динамического зондирования //Сб. научн. статей БашНИИстроя.-Уфа, 2004.-С 116-124.

29. Осипов П.А. Основания и фундаменты. Сб. статей Транжелдориздат, М., 1955.

30. Попов Б.П. Определение несущей способности одиночных свай по результатам динамических испытаний. Стройвоенмориздат. 1949.

31. Разоренов В.Ф. Пенетрационные испытания грунтов. М., Стройиздат, 1980.

32. Ребрик Б.М., Вишневский В.Ф. Ударно-вибрационное зондирование грунтов. М., Стройиздат, 1968.

33. Рубинштейн А.Я. Об особенностях интерпретации результатов испытаний песков динамическим зондированием. Тр. ПНИИС 1972 т. XVII. С-29-43.

34. Рубинштейн А.Я., Кулачкин Б.И. Динамическое зондирование грунтов. М. Недра, 1984

35. Русанов Г.А. Определение сопротивления свай динамическим методом с учетом других деформаций. Тр. НИИМосстрой. М. 1958.

36. Санглера Г. Исследование грунтов методом зондирования. М., Стройиздат, 1971.

37. Солодухин М.А. Инженерно-геологические изыскания для промышленного и гражданского строительства. М. Недра. 1975. С.-189.

38. СНиП 3.02.01-87. Земляные сооружения, основания и фундаменты

39. СП 11-105-97. Свод правил по инженерным изысканиям для строительства. Часть I Общие правила производства работ. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Минстрой РФ. 1997. 50с.

40. Терцаги К., Пек 3. Механика грунтов в инженерной практике. М., Госиздат. 1958. С 607.

41. Тику нов П.Р. Определение сопротивления свай по данным забивки с учетом упругих перемещений грунта и сваи. Искусственные основания сооружений Сб.Тр.НИИОСП. Госстройиздат. М. 1959. С.-14-33.

42. Троицкая М.Н. Определение несущей способности и модуля деформации дорог. «Строительство дорог» 1945, № 12.

43. Трофименков Ю.Г. Некоторые современные вопросы механики грунтов по материалам V конгресса. Сборник материалов по проектированию и изысканиям ГПИ Фундаментпроект. ЦБТИ НИИОМТП. М., Стройиздат, 1962.

44. Трофименков Ю.Г., Воробков JI.H. Полевые методы исследования строительных свойств грунтов. М. Стройиздат 1981.-С.215.

45. Физдель И.А., Параубек Г.Э. Практика применения гидроуплотнения грунтов в строительстве. М., Госэнергоиздат, 1949.

46. Шашков С.А. Определение расчетных характеристик оснований зондированием. Сб. Методы исследования мех. свойств грунтов в условиях естественного залегания . ДИИТА. Днепропетровск. 1962.

47. Шашков С.А. Определение строительных свойств песчаных грунтов динамическим зондированием. Сб. Тр. НИИОСПа. Строит, грунтоведение. № 42. Промстроиздат. М., 1960.

48. Яковлев К.П. Математическая обработка результатов измерений. Гостехиздат. М.1953.-С.383.

49. Bartensen P. Short Desription of Field Testiry method roith con-shaped Sounding apparatus. Hroceeding I Jnt. Conf. of Soil mech. Cambridge (mass). 1936, vol. 1.

50. Buisman. Ground mechanica. Waltman. Delft. 1950.

51. Buisson M. Franzosische Apparate zur Messung des Eindringuviderstandes. Fm L. Jnst. Techn. Du Batiment et Travaux, Publ. Ofris, №8, 63-64.

52. Buisson M., Shapon M/ Relation entre les resistances statiques et dynamiques des pieux. Proc. III Internat. Conf. Soil. Mech. And Found. Engng, Zurich, 1953,vol,2.

53. Cummings A.E. Dinamic pile driving formulas. Jorhal of the Boston Socicty of civil engineers. Potterdan. 1940. V. 4.

54. Cummings A.E. Founations stresses inan elastic solid with a rigid underflying boundary. Civ. End. 1941 H 11 S 666-667.

55. Couard A. Determination oratique de la charge admissible sur les semelles de foundation. "Genie Civil", 1852, vol.129

56. Frank K. The bearing capucity of piles as derived from deep-soundings, loading test and formulas. Proc. II International Conf. Soil Mech and Foundation Engns. Pottertant 1948. V. 4.

57. Franx C. The bearing capacity of pile as derived from deep-soundings, loading fests and Formulae. Proc. II. Internat. Conf. Soil Mech. And Found. Engng, Rotterdam, 1948.

58. Gibbs H. Holts W. G. Research on determining the density of sands by spoon penetration testing . Proc. IV . Internat. Conf. Soil Mech. And Found. Engng, London, 1957, vol. 1.

59. Haefeli R. Neues Forschungsinstitut auf dem Weissfluhjoch der Schweiz. Schmee und Lawinenforschungskommission. "Schweiz. Bauzeitung", Zurich, 1942, Bd 119,N26.

60. Haefeli R., Fehlman H. Measurements jf soil compressibility in situ by ntans jf the model pile test. Proc. IV Internat. Conf. Boil Vech fnd Found Engng. London, 1957, Vol. 1.

61. Haifeili R., Amberi Y., Moos A. Leidite Rammsond für deotechnische Unteruchungen. Schweiz Bauzeitnng. Zurich/ 1951, № 36.

62. Hiley A. Pile driving calculation. Struct. Engineer.

63. Huizing F. Het bepalep van de poalut weerstang met net diep sonderapparat von het laboratorium voor grond meechanica. Techn. Gemeenbe". Amsterdam. 1936. Vol 5.

64. Kolbuszewski Y. Notes on deposition of sands. "Research". London. 1950. Vol. 3.

65. Kunzel E. Derprufstab Kunzel. "Bauwelt". Berlin. 1955. Bd. 46, №2.

66. Mauerhof G. Penetration tests and bearing capacity of coesionles soils. "Soil.Mech. and Foundat. Div. News letter". Amer. Soil. Mech. and Found. Engng. Zürich 1953.

67. Menard. Measures in sity des propetes physigues des solsannables des pont et chausseis.№ 3.1957.

68. Meyerhof G. Outside Europe. Yenerul repots proceedino of on penetraon rest. ESOPT Stockholm. June 5-7. 1974.

69. Paproth E. Der Prüstad KÜnzel ein Yerat für Baunnter suchungens "Bautechnic". Hft. 52/56/ Berlin 1943.

70. Peck R. Foundation exploration Denver colesium. "Proc. Amer. Soc. Civil end r." New York. 1953. Vol. 79. № 326.

71. Plantema J.Y. Construction and method of operationg of a new deep sounding apparatus. Proe. II Jnten. Couf. Soil Mech. and Found. Engug. Sondon. 1957. Vol.1.

72. Plantema J.Y. Construction fed method of operating of new deep soudingapparatus. Proc. II. Internat. Conf. Soil Mech. And Found. Engng, Rotterdam, 1948, vol. 1

73. Schubert K. Untersuchung des sandiegen Baugrunden Rammsonden. Bauplanung und Bautechnik. 10. Yg. VEB. Berlin. 1956. № 12.

74. Schubert K. Beitrad rur brauchbaren Bestimmung von Kenwerten für sandigen Baugrund durch Ranmsondirung. TH Dresden 1955.

75. Stump S. Aus der Praxis der Rammsondierung "Schweiz Bauzetung". Zurich, 1946, Bd. 128, №10.

76. Xuisinqa F. Internat. Conf. Soil Mech. And Found. Engng, Rotterdam, 1948. vol 2.