автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Силовые воздействия морозного пучения грунтов на фундаменты сооружений и методы их расчета

РГО ол

ГОССТРОП РФ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПРОЕКТНО-ИЗЫСКАТЕЛЬСКИИ И КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИП ИНСТИТУТ ОСНОВАНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ нм. Н. М. ГЕРСЕВАНОВА

На правах рукописи

ПУСКОВ Виктор Исакович

УДК 624.151:624.139.22

СИЛОВЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ ГРУНТОВ НА ФУНДАМЕНТЫ СООРУЖЕНИЙ И МЕТОДЫ ИХ РАСЧЕТА

Специальность 05.23.02 — Основания и фундаменты

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

МОСКВА 1993

Работа выполнена в Новосибирском ордена Трудового Красного Знамени институте инженеров железнодорожного транспорта (Сибирской государственной академии путей сообщения)

Официальные оппоненты:

Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Далматов Борис Иванович

Доктор технических наук, профессор Орлов Владимир Осипович

Доктор технических наук, профессор Сажин Владимир Степанович

Ведущая организация — НИИ транспортного строительства

Защита состоится «199-^ г. в УсР ч. на заседании специализированного совета Д 033.06.01 в Научно-исследовательском проектно-изыскательском и конструк-торско-технологическом институте оснований и подземных сооружений им. Н. М. Герсеванова по адресу: 109У2Л Москва, 2-я Институтская ул., д. 6 (проезд до ст. метро «Рязанский проспект», далее автобусами № 29, 143, 169 и троллейбусом № 63 до остановки «Институт бетона»),

С диссертацией можно ознакомиться в совсте института.

Автореферат разослан « » З^/г^г^Л / -У.1у г.

Ученый секретарь специализированного совета

В. П. ПСТРУХНИ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В наращивании экономического потенциала России огромная роль принадлежит районам Севера, Сибири и Дальнего Востока. Освоение природных богатств и энергетических ресурсов этих районов предполагает модернизацию существующих и строительство новых промышленных и энергетических объектов, создание на их территории сети транспортных коммуникаций и линий связи, жилых и общественных зданий. Зто предопределяет потребность решения ряда проблем, связанных с обеспечением прочности, устойчивости и долговечности зданий и сооружений, возводимых па мерзлых и промерзающих основаниях. Одной из них является проблема морозного пучения грунтов и его силового воздействия на фундаменты зданий и сооружений, решению которой посвящена настоящая работа. Основание, сложенное пучинистымн при промерзании грунтами, находящееся в силовом взаимодействии с фундаментами сооружений, составляет объект настоящих исследований.

Известны многочисленные примеры серьезных повреждений морозным пучением грунтов промышленных и гражданских зданий, транспортных и гидротехнических сооружений, линий электропередачи, трубопроводов и других сооружений. В результате сокращаются сроки их службы, ухудшаются условия эксплуатации. Ежегодно затрачиваются огромные средства на устранение этих повреждений и проведение различных противопучннных мероприятий. С одной стороны, это наносит ощутимый ущерб хозяйству страны, а с другой,—является свидетельством недостаточной изученности и неучета в практике проектирования и строительства силового воздействия морозного пучения грунтов на фундаменты сооружений.

Несмотря на имеющиеся несомненные успехи в изучении некоторых принципиальных вопросов, связанных с морозным пучением грунтов и его воздействием на сооружения, следует признать, что в целом проблема силового взаимодействия

фундаментов сооружений с промерзающими грунтами остается недостаточно изученной. Существует необходимость в дальнейшем исследовании и теоретическом обобщении этой проблемы, базирующихся на современных представлениях о морозном пучении грунтов, при всем многообразии факторов, влияющих на формирование и динамику сил морозного пучения, а также в разработке надежных методов расчета этих сил. Поэтому тема настоящей работы имеет важное практическое значение и является актуальной в научно-теоретическом плане.

В соответствии с изложенным цель работы состоит в комплексном экспериментальном и расчетно-теоретическом исследовании силового взаимодействия фундаментов с пучинисты-ми в процессе промерзания грунтами, позволяющем:

а) установить закономерности деформирования промерзающих грунтовых оснований в зоне силового влияния фундаментов разных типов;

б) обосновать расчетные схемы силового взаимодействия фундаментов с промерзающими грунтами и на их основе разработать методы расчетов силовых воздействий морозного пучения грунтов на фундаменты, а также доступные способы определения характеристик промерзающих грунтов, используемых в этих расчетах;

в) разработать эффективные способы защиты существующих фундаментов от сил пучения.

Для достижения поставленной цели в работе решается комплекс задач, связанных с оценкой напряженно-деформированного состояния промерзающих грунтов в зоне силового взаимодействия с фундаментами сооружений и его нейтрализацией, включающий:

1. Изучение особенностей силового взаимодействия фундаментов с промерзающими пучинистыми грунтами путем анализа и обобщения результатов известных отечественных и зарубежных исследований по этой проблеме и организации специальных полевых и лабораторных исследований.

2. Уточнение и разработку расчетных схем силового воздействия морозного пучения сезоннопромерзающих - грунтов на фундаменты и на их основе создание методов расчета:

а) касательных и нормальных сил пучения на боковых гранях фундаментов;

б) нормальных сил пучения по подошве фундаментов;

в) деформаций'морозного выпучивания мелкозаглублен-ных фундаментов;

г) нагрузки на мелкозаглубленные фундаменты, исключающей нх морозное выпучивание.

3. Разработку доступных методик и приборов для определения силовых и деформационных характеристик промерзающих грунтов, используемых в расчетах.

4. Разработку эффективных и экономичных способов защиты существующих фундаментов от морозного выпучивания и основ их проектирования.

Для решения этих задач использовались методы исследования, связанные с выполнением экспериментальных работ в полевых и лабораторных условиях, аналитических и конструкторских решений. Полевые экспериментальные исследования, выполненные в разных районах Западной Сибири, включали инструментальные наблюдения за опытными фундаментами в пучиннстых грунтах при их сезонном промерзании с использованием специального силомерного полевого оборудования и оригинальных устройств для стабилизации деформаций фундаментов эксплуатируемых сооружений от морозного выпучивания. В лабораторных условиях экспериментальные исследования выполнялись также с использованием оригинального оборудования и приборов с нелыо выявления закономерностей формирования напряженно-деформированного состояния промерзающего грунта, взаимодействующего с моделями фундаментов, и установления феноменологических зависимостей деформаций и сил морозного пучения, грунтов от влияющих факторов. Аналитические решения ряда рассмотренных задач реализованы с применением электронной вычислительной техники.

Научная новизна работы заключается в комплексном решении проблемы силового взаимодействия фундаментов с промерзающими пучиннстыми грунтами, базирующемся на единых общепризнанных инженерно-физических основах морозного пучения сезоннопромерзаюших грунтов и обеспечивающем возможность научно обоснованного прогнозирования сил и деформаций морозного выпучивания фундаментов.

Наиболее важные научные результаты могут быть сформулированы следующим образом,

1. Экспериментальными исследованиями вскрыт и объяснен ряд особенностей деформирования морозным пучением промерзающего слоя грунта, находящегося в силовом взаимодействии с фундаментами, заглубленными ниже и выше фронта промерзания.

2. Обоснованы две возможные схемы сопротивления мало-заглубленных фундаментов морозному выпучиванию: фундаменты с постоянной внешней нагрузкой, выпучивание которых не ограничено дополнительными связями, и фундаменты, подвижка которых силами морозного пучения ограничена жесткими или податливыми связями.

В зависимости от рассматриваемой схемы сопротивления фундаментов морозному выпучиванию формулируется постановка практических задач, связанных с оценкой силового воздействия на эти фундаменты морозного пучения грунтов.

3. Разработан метод расчета деформаций морозного выпучивания одиночных малозаглублениых фундаментов с постоянной внешней нагрузкой с учетом зависимости интенсивности морозного пучения грунта от напряженного состояния промерзающего неоднородного основания с переменным во времени параметром жесткости.

4. Решена задача о динамике формирования по подошве малозаглублениых фундаментов с ограниченной податливостью нормальных сил пучения промерзающего грунта в основании с учетом взаимообусловленности величины этих сил, податливости фундаментов и деформаций их неоднородного основания с переменным во времени параметром жесткости. Составлены алгоритм и программа расчета на ЭВМ.

5. Решена задача об изгибе стены здания с малозаглуб-ленными фундаментами от неравномерного в пределах ее длины морозного пучения грунтов основания как совместно деформируемой системы стена—основание.

6. Разработаны оригинальные приборы и устройства, предназначенные для экспериментального определения параметров силового воздействия морозного пучения грунтов на боковые грани фундаментов.

7. Обобщен обширный банк полученных результатов экспериментального определения эквивалента касательных сил морозного пучения грунта как сопротивлений смерзания грунта с материалом фундаментов при непрерывном сдвиге и обоснованы феноменологические зависимости значений этих сил от величины деформаций морозного пучения грунта и скорости их развития у боковых граней фундаментов, а также от значений отрицательной температуры грунта в широком спектре величин указанных деформаций. Исследованы границы применимости этих зависимостей.

8. С использованием полученных феноменологических зависимостей разработан метод расчета динамики касательных

сил морозного пучения грунта в процессе его сезонного промерзания по боковым граням фундамента. При этом учитываются также форма и размеры фундамента, зависнмостыш-тенсивности пучения грунта на разных уровнях от напряженного состояния в зоне силового влияния фундамента, изменение отрицательной температуры на поверхности грунта и ряд других влияющих факторов.^Составлены алгоритм и программа расчета на ЭВМ.

9. Разработаны теоретические основы кустового эффекта сван при силовом воздействии на них морозного пучения грунтов.

10. Усовершенствован приближенный метод расчета касательных сил пучения грунта с использованием экспериментально установленных квазиустойчивых сопротивлений смерзания грунта с материалами фундаментов.

11. Получено аналитическое решение задачи о величине бокового давления промерзающего слоя грунта на грани фу и цаментов.

12. Разработан оригинальный способ зашиты фундаментов существующих сооружений от действия касательных сил пучения без вскрытия их из-под грунта.

Две научные разработки по теме диссертации защищены авторскими свидетельствами на изобретения.

Внедрение результате исследований и практическая значимость работы. Научные разработки используются при проектировании и реконструкции различных сооружений на пу-чннпстых при промерзании грунтах, в изыскательской практике при экспериментальном определении параметров силового воздействия морозного пучения грунтов на фундаменты сооружений, для стабилизации деформаций различных сооружений от действия морозного пучепня грунтов. Результаты исследований использовались Новосибирским отделением «Энергосетьпроект» при проектировании линий электропередачи в южной зоне распространения вечномерзлых грунтов; институтом «Сибгипротране» и Мостотрссгом № 11 — при проектировании и строительство, железнодорожных линий Тюмень—Сургут—Нижневартовск н Сургут—Уренгой; Заппд-но-Снбнрскнм отделением «Гипроводхоз» — при проектировании и реконструкции наземных павильонов сельских насосных станций с незаглубленными фундаментами на подсыпках; Красноярской железной дорогой — при реконструкции свай-но-эстакадных мостов; Свердловской железной дорогой — при реконструкции контактной сети линий электроснабжения и

другими организациями. Ежегодный экономический эффект от внедрения научных разработок составил в ценах 1975-85 гг. около 1 млн. р. Только Красноярской железной дорогой в 1983 г. получена экономия 650 тыс. р. Результаты исследований вошли в «Рекомендации по совершенствованию конструкций и норм проектирования искусственных сооружений, возводимых на пучинистых грунтах с учетом природных условий БАМ» (Москва, 1981), в «Руководство по применению защитных мер от морозного выпучивания опор существующих свайно-эстакадных мостов закрытым способом, правилам приемки в эксплуатацию, надзору и профилактическому ремонту (Новосибирск—Красноярск, 1985), в ГОСТ «Грунты. Метод лабораторного определения эквивалента касательных сил морозного пучения». Результаты исследований по теме диссертации нашли отражение в учебном пособии для строительных вузов Н. А. Цытовнча «Механика мерзлых грунтов», использованы для обоснования ряда научных положений в диссертационных работах на соискание ученой степени доктора и кандидата наук, а также в монографиях и научных статьях многих авторов.

Исходные материалы и личный вклад автора в исследование проблемы. Основой для решения рассматриваемой проблемы явились более чем тридцатилетние (1959—1990 гг.) экспериментальные и теоретические исследования автора, выполненные на кафедре «Инженерная геология, основания и фундаменты» Новосибирского ордена Трудового Красного Знамени института инженеров железнодорожного транспорта (Сибирской государственной академии путей сообщения). Все теоретические исследования, вошедшие в диссертационную работу, выполнены лично автором. Многолетние полевые исследования (1970—1984 гг.) в разных районах Западной Сибири, лабораторные экспериментальные и конструкторские исследования выполнены либо автором, либо при его участии и под его научным руководством. Большая часть исследований сформировалась в процессе выполнения более 15-ти научно-исследовательских госбюджетных н хоздоговорных тем по заказам различных организаций, в которых автор принимал участие и осуществлял научное руководство ими.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы изложены в докладах и сообщениях и обсуждены на семинаре по рациональным методам устройства фундаментов в районах глубокого сезонного промерзания грунтов (Ленин-

град, 1964), VIII Всесоюзном межведомственном совещании по мерзлотоведению (Якутск, 1966), научно-технической i<oib ференцни но особенностям строительства в условиях Восточной Сибири (Иркутск, 1969), Всесоюзном межведомственном совещании по обобщению опыта строительства в суровых условиях (Хабаровск, 1969), VI совещанни-семинаре по обмену опытом строительства в суровых климатических условиях (Красноярск, 1970), Научно-техническом семинаре по совершенствованию методов проектирования и строительства железных дорог в суровых условиях (Новосибирск, 1979), Всесоюзном совещании по проектированию п исследованию гидротехнических сооружений (Ленинград, 1979), Семинаре по исследованию состава, строения и свойств мерзлых, промерзающих и оттаивающих пород (Москва, 1980), Всесоюзном совещании по обмену опытом строительства па вечномерз-лых грунтах (Воркута, 1981), Совещании по геокриологическому прогнозу в осваиваемых нефтегазоносных районах Севера (Москва, 1982), Зональной конференции по проблемам механики грунтов, оснований и фундаментов в условиях глубокого сезонного промерзания (Владивосток, 1983), Всесоюзном совещании по геокриологическому прогнозу при строительном освоении территории (Воркута, 1985), Конференции по инженерно-геологическим изысканиям в области вечной мерзлоты (Благовещенск, 1986), Региональной конференции по инженерно-геологическим проблемам Забайкалья (Чита, 1987), Всесоюзной конференции по проблемам шгже-нсрно-геологпческих изысканий в крполптозоне (Магадан, 1989), Региональной конференции по проектированию свайных фундаментов опор мостов в условиях Сибири (Новосибирск, 1990), III Всесоюзном координационном совещанни-семинаре (Владивосток, 1991), Научно-технических конференциях кафедр НИИЖТа (Новосибирск, 1962, 1967, 1972, 1984, 1990), НИСИ (Новосибирск, 1968, 1988, 1991), ЛИСИ (Ленинград, 1964, 1980).

Публикации. По теме диссертации опубликовано свыше 50 работ, в том числе две монографин; авторских свидетельств — 2.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, сЬми разделов основного содержания и заключения.

В разд. 1 характеризуется состояние вопроса, дается обоснование выбранному направлению работы, формулируются исходные положения и задачи исследований,

В разд. 2 излагаются методика и результаты полевых экспериментальных исследований особенностей взаимодействия опытных фундаментов с сезоннопромерзающим слоем грунта, отмечаются установленные закономерности деформирования промерзающего слоя и талого основания в зоне силового влияния опытных фундаментов и динамика силового воздействия морозного пучения грунтов па эти фундаменты с различными схемами сопротивления их морозному выпучиванию.

В разд. 3 излагаются методики проведения и результаты лабораторных экспериментальных исследований морозного пучения компрессионно нагруженных грунтов и их массивов под местной нагрузкой, устанавливается феноменологическая связь показателей морозного пучения грунта с его напряженным состоянием, уточняются особенности деформирования промерзающих оснований при различных схемах их загруже-ния во времени.

В разд. 4 решен комплекс задач о силовом воздействии на фундаменты морозного пучения грунтов, промерзающих под подошвой этих фундаментов, с учетом экспериментально выявленных особенностей их деформирования, даются обоснования расчетных схем, алгоритмы решения рассмотренных задач с применением вычислительной техники и численные примеры полученных решений в сравнении с экспериментальными данными.

В разд. 5 обосновывается методика лабораторного определения эквивалента касательных к боковым граням фундаментов сил морозного пучення грунта, дается описание оригинальной аппаратуры для таких определений,получено феноменологическое уравнение, устанавливающее зависимость сопротивлений смерзания грунта с материалом фундамента при непрерывном сдвиге от величины деформации сдвига, а также скорости ее развития и значений отрицательной температуры грунта, приводится обстоятельное аналитическое исследование полученного феноменологического уравнения и границ его применимости.

В разд. 6 рассматриваются аналитические решения задач о силовых воздействиях морозного пучения сезоннопромерза-ющего грунта на боковые грани фундамента с использованием установленных феноменологических 'зависимостей, разработан метод расчета касательных к этим граням сил пучения и дается алгоритм его реализации с применением вычислительной техники, показан приближенный способ расчета ■8

касательных сил пучення с учетом условий промерзания грунта н теплового влияния сооружений, дано принципиальное решение задачи о величине нормального давления сезонное промерзающего слоя грунта на боковые грани фундамента ¡1 приведены численные примеры расчетов этих сил в сравнении с экспериментальными данными. Разработаны теоретические основы учета кустового эффекта свай в фундаменте при оценке силового воздействия на них морозного пучення грунта.

В разд. 7 дается анализ известных мероприятий по обеспечению устойчивости фундаментов против морозного выпучивания с точки зрения целесообразности их использования применительно к эксплуатируемым сооружениям, разработан оригинальный, эффективный и экономичный способ нейтрализации касательных сил морозного выпучивания существующих фундаментов, теоретически и экспериментально доказана целесообразность устройства с той же целью у фундаментов термолокализаторов из высокоэффективных теплоизоляционных материалов, разработаны основы проектирования названных протпвопучинных мероприятии п показаны примеры их успешного применения для оздоровления состояния деформированных сооружений.

Объем работы составляет 400 страниц основного содержания, включая II таблиц и 123 иллюстрации схем, графиков и фотографий. Список литературы включает более 430 наименований. Кроме того, имеется 5 приложений (в основном таблиц) на 20 страницах.

В проведении обширных и трудоемких экспериментальных исследований, а также при практическом внедрении некоторых научных разработок участвовали сотрудники НИГ «Геология» НИИЖТа П. С. Ваганов, Б. Г. Воронцов, С. В. Ивашкин, М. Я. Крицкпй, Н. 3. Мокни, Г. II. Полянкнн, В. Ф. Скоркин, за что автор приносит им свою искреннюю благодарность.

I. Современные представления о силовых воздействиях пучинистых при промерзании грунтов на фундаменты сооружений

Промерзание увлажненных пылевато-глинистых и некоторых разновидностей крупнообломочных и песчаных грунтов сопровождается внутриобъемным их деформированием — морозным пучением. Фундаменты сооружений и другие подзем*

нкё конструкции в слое сезонного промерзания испытывают силовое воздействие морозного пучения грунтов, внешним проявлением которого является деформирование этих конструкций (морозное выпучивание), нередко сопровождающееся их разрушением (разрывом, изломом, сдвигом).

Фундаменты сооружений, будучи нагруженными или закрепленными тем или иным образом от морозного выпучивания, сами воздействуют на промерзающий грунт, формируя в зоне своего силового влияния определенное напряженно-деформированное состояние промерзающего слоя грунта. Иначе говоря, промерзающий пучиннстый грунт и фундамент в нем находятся в силовом взаимодействии. Силы сопротивления фундаментов морозному выпучиванию реализуются на их контактных с промерзающим грунтом поверхностях (боковых гранях и подошве) и являются реактивными по отношению к тому силовому эффекту, который формируется на этих поверхностях в результате давления, возникающего в промерзающем слое при замерзании в нем поровой влаги. В зависимости от направления по отношению к указанным поверхностям фундаментов различают следующие виды восприятия ими силового эффекта морозного пучения промерзающих грунтов:

1) касательные силы пучения по боковым граням фундаментов в направлении морозного пучения грунта;

2) нормальные силы пучения, которые возникают как эффект давления промерзающего грунта на боковые грани пли подошву фундаментов.

Изучению закономерностей промерзания грунтов, физической сущности морозного пучения, влагопереноса п льдовы-деления в промерзающих грунтах и разработке методов количественной их оценки посвящены работы А. А. Ананяна, П. И. Андрнянова, Г. Бескова, Г. П. Бредюка, Д. Буюкоса, С. С. Вялова, М. Н. Гольдштейна, Б. И. Далматова, А. Дюк-кера, Э. Д. Ершова, Т. Н. Жестковой, И. А. Золотаря, Н. С. Иванова, С. Иоганссона, М. Ф. Киселева, В. А. Кудрявцева, В. С. Лукьянова, А. В. Лыкова, В. Г. Меламеда, 3. А. Нерсесовой, Ф. Нансена, В. О. Орлова, Н. А. Перетру-хина, В. П. Пономарева, Г. В. Порхаева, Н. А. Пузакова,

A. М. Пчелинцева, Б. А. Савельева, Н. И. Салтыкова, М. И. Сумгина, С. Тэбера, И. А. Тютюнова, Г. М. Фельдмана,

B. Я. Хаина, Н. А. Цытовича, Л. В. Чнстотинова, П. Ф. Швецова, Г1. А. Шумского и др.

Установлению зависимости морозного пучения грунтов от различных факторов и критериев его моделирования посвящены работы Ю. М. Васильева, Б. И. Далматова, В. Ф. Жукова, В. Д. Карлова, В. М. Карпова, Ч. Каплара, Я- А. Кро-ника, В. А. Кудрявцева, В. Я. Лапшина, В. С. Ласточкина, Б. И. Мельникова, В. Л. Невечери, 3. А. Нерсесовой, Е. Пеи-нера, Н. А. Пузакова, В. И. Пускова, А. М. Пчелннцева, Н. Ф. Пыщева, В. С. Сажина, В. М. Снденко, Л. Я. Тулаева, Н. Я- Хархуты, Д. Хейлн, И. И. Черкасова, В. Б. Швеца и др.

Исследование в настоящей работе базируется на нескольких исходных экспериментально обоснованных положениях, характеризующих особенности напряженно-деформированного состояния пучащихся при промерзании грунтов. Первое из них утверждает существование одновременного морозного пучения лишь в некотором слое промерзающего грунта, границы которого определяются местоположением изотерм двух характерных значений отрицательной температуры: начала морозного пучения грунта В,, и его окончания В,..

Второе положение состоит в том, что в зоне одновременного пучения и активного промерзания грунта при наличии сопротивления морозному пучению формируется давление морозного пучения (гидродинамические силы пучения — по

B. О. Орлову). Силы пучения по боковым граням и подошве фундаментов возникают в результате сопротивления этих фундаментов развитию деформаций морозного пучения и выступают как эффект давления морозного пучения из зоны его активного промерзания.

Третье исходное положение заключается в признании того, что пучение грунта в зоне активного промерзания определяется его напряженным состоянием.

В качестве основного показателя морозного пучения грунта принята его интенсивность f, которая выражает собою дифференцированную по глубине г пучащего слоя величину морозного пучения /г,

d h

/=71- (1-й

Экспериментальным исследованием силового воздействия морозного пучения грунтов па фундаменты занимались

C. Г. Алаев, Á. Анонд, В. В. Борщов, Н. И. Быков, С. С. Вя-лов, Н. И. Егоров, Б. Б. Елгин, Б. И. Далматов, И. Д. Дергунов, ГО. Д. Дубнов, К. Е. Егерев, В. Ф. Жуков, Г. К. Зо-теев, М. Ф. Киселев, С. Киношита, И. К- Кравченко, Н. Н.

Морарескул, Э. А. Маров, Н. Д. Меренков, В. О. Орлов, Е. Пепнср, Н. А. Перетрухни, Б. Г. Петров, Г. Н. Поляшин, В. II. Пусков, А. М. Пчелннцев, Л. В. Садовский, В. С.-Са-жин, Н. И. Салтыков, В. М. Соколов, Н. А. Толкачев, В. П. Ушкалов, В. Д. Филиппов, В. Б. Швец и др.

Развитию теоретических основ силового взаимодействия фундаментов с пучшшстыми грунтами посвящены работы П. Е. Аппака, М. Н. Гольдштейна, Б. И. Далматова, В. В.Докучаева, В. Ф. Жукова, Ю. К- Зарецкого, Г. К- Зотеева, М. Ф. Киселева, Ю. К- Куликова, Н. Д. Мерецкова, В.О.Орлова, Е. Пеннера, Н. А. Перетрухина, Г. Н. Поляпкина, В. И. Пускова, А. В. Садовского, В. С Сажина, Н И. Салтыкова, Р. М. Саркисяна, И. И. Туренко, О. И. Финка, В. Д. Харлаба, Н. А. Цытовича, В. Б. Швеца и др.

Анализ изученности морозного пучения грунтов и его силовых воздействий на фундаменты сооружений свидетельствует о сложности и многоплановости проблемы в целом. В настоящее время накоплен обширный экспериментальный и теоретический материал по этой проблеме, осмысление которого позволяет судить о процессах, совершающихся в промерзающих грунтах во взаимодействии с фундаментами, и возможности количественной их оценки. В то же время следует признать, что морозное пучение грунтов в настоящее время остается пока недостаточно изученным явлением, и в первую очередь, в той его части, что связана с его силовым воздействием на фундаменты сооружений. Еще нет четкой ясности относительно закономерностей взаимодействия фундаментов с пучшшстыми грунтами, отсутствует общий подход к количественной оценке силового воздействия морозного пучения грунтов на фундаменты. Разные виды такого воздействия трактуются с разных позиций, не вскрываются условия формирования сил пучения. Силовое взаимодействие между фундаментом и промерзающим пучащимся грунтом обычно не учитывается, а рассматривается лишь одна сторона задачи— действие сил пучения грунта на фундамент. Без учета же этого взаимодействия не может существовать решений частных задач, объективно отражающих тот или иной вид силового воздействия пучения грунтов на фунда.менты.

2. Экспериментальные исследования особенностей силового взаимодействия опытных фундаментов с сезоннопромерзающими пучшшстыми грунтами

Исследования состояли в изучении особенностей совместной работы опытных фундаментов и промерзающего пучппп-стого основания, включая измерения послойного пучения грунта в зоне силового влияния фундаментов и за ее пределами, сил пучения по боковым граням и подошве фундаментов, деформаций морозного выпучивания малозаглублеииых фундаментов с постоянной на них нагрузкой. Главное внимание при этом уделялось особенностям деформирования промерзающего слоя грунта и подстилающего талого основания в зоне силового влияния опытных фундаментов.

Проанализированы результаты исследований, выполненных на четырех опытных площадках: в Бердском совхозе (1974-75 гг.) и в с. Огнево-Заимка (1986-88 гг.) Новосибирской области, на 1013 км участка Абакан—Тайшет Красноярской железной дороги (1976-78 и 1981-84 гг.) н на площадке Экнбастузской ГРЭС-2 (1978-80 гг).

Взаимодействие промерзающего слоя грунта с боковыми гранями фундаментов изучалось на железобетонных стоиках с размерами поперечных сечений 14X14, 15X15, 20X20 см, сопротивление которых морозному выпучиванию обеспечивалось упорной балкон, включенной в силовую раму с выносными анкерующнми платформами, заделанными в основание ниже глубины промерзания. В качестве мелкозаглубленных фундаментов использовались жесткие стальные штампы и бетонные блоки с размерами площади подошвы 30><30 н 50X50 см. Исследовалось их взаимодействие с промерзающим основанием при двух возможных схемах сопротивления морозному выпучиванию: с упором на поверхности против вертикального смещения и свободно стоящих под постоянной нагрузкой.

Послойные деформации морозного пучения промерзающих оснований фиксировались с помощью марок-пучиномс-ров. Результирующие силы морозного пучения грунтов на фундаменты измерялись динамометрами с высоким модулем жесткости, а температура грунтов в слое сезонного промерзания — электрическими термометрами сопротивления.

Экспериментально установлено и подтверждено снижение общей величины морозного пучення грунтов в зоне силового влияния фундаментов, взаимодействующих с ними как через

боковые грани, так и через подошву, независимо от характера сопротивлении этих фундаментов морозному выпучиванию. Объясняется это зависимостью морозного пучения грунта от его напряженного состояния, возникающего в этой зоне за счет сил сопротивления фундамента морозному выпучиванию или внешней нагрузки, а при ограниченной внешними связями податливости фундаментов — еще и за счег дополнительного уплотнения подстилающего талого основания нарастающими в нем напряжениями от сил сопротивления фундаментов морозному выпучиванию. Под штампами с постоянной внешней нагрузкой с завершенной от этой нагрузки консолидацией основания до начала его промерзания усадка немерзлого грунта у фронта промерзания не превышает таковую вне зоны силового влияния фундамента.

Ширина зоны силового влияния столбчатых фундаментов и малозаглубленных штампов прослеживается по разнице величины пучения грунта на расстояниях от граней фундаментов до 55 с.м при глубине промерзания 40—60 см и до 80—105 см и более — при глубине промерзания 80—160 см. В плоскости контакта промерзающего слоя с боковой поверхностью столбчатого фундамента отмечается четко выраженный пластический сдвиг мерзлого слоя, появление которого приурочено обычно к периоду, когда глубина промерзания достигает 20—50 см.

С нарастанием глубины промерзания грунта возрастает величина результирующей касательных сил пучения. Осрсд-ненные по глубине промерзания максимальные значения удельных касательных сил пучения в устойчивые зимы приурочены обычно к глубине промерзания 50—70 см. Интенсивное возрастание осредненных значений этих сил отмечается также после окончания зимних оттепелей независимо от периода их появления. Оттепели в зимний период сказываются-не только на скорости промерзания грунта, а сопровождаются резким спадом значений как результирующей, так и удельных касательных сил пучения. После окончания оттепели с наступлением устойчивого хода промерзания грунта обнаруживается быстрое возрастание значений указанных сил.

Анализ результатов исследований свидетельствует о том, что значения касательных сил пучения зависят не только от глубины промерзания, а находятся в более тесной связи с отрицательной температурой грунта в мерзлом слое, возрастая с понижением значений последней. Повышение температуры мерзлого слоя (например, в период оттепелей) сопровожда-14

етсй снижением сил пучения даже в том случае, когда глубина промерзания продолжает нарастать.

Во всех районах, где проводились исследования, во все годы наблюдений максимальное значение результирующей касательных сил пучения отмечалось в конце января — первой половине февраля, т. е. задолго до окончания зимы, когда глубина промерзания составляет 70—80% от наибольшей из наблюденных в данный зимний сезон. Связано это с общим повышением температуры грунта в мерзлом слое в оставшуюся часть зимы и отмечается при продолжающемся пучении промерзающего грунта в этот период.

Удельные значения сил пучения, нормальных к плоскости подошвы опытных штампов с упором на поверхности, и их результирующая нарастают во времени по мере того, как развивается промерзание и морозное пучение грунтов основания. При интенсивном промерзании и морозном пучении грунтов наблюдается интенсивное возрастание этих сил, а снижение скорости промерзания сопровождается замедленным ростом нормальных сил пучения. Влияние температуры мерзлого слоя на динамику нормальных сил пучения мс! ее выражено в сравнении с тем, как это прослеживается по наблюдениям за динамикой касательных сил. Повышение температуры мерзлого слоя, например, в период затяжных оттепелей, сопровождается не спадом нормальных сил пучения, а их возрастанием (если промерзание грунта продолжается), хотя и с меньшей скоростью, что связано с уменьшением скорости промерзания грунта в период оттепели. • Промерзание и морозное пучение грунта в основании опытных штампов с постоянным давлением от внешней нагрузка сопровождается их морозным выпучиванием, которое оказывается тем меньше по величине, чем больше давление штампа на основание.

3. Экспериментальные исследования морозного пучон'я грунтов под нагрузкой в лабораторных условиях

Вопрос о влиянии внешнего давления на морозное пучение грунтов имеет принципиальное значение при оценке взаимодействия фундаментов с промерзающими грунтами, поскольку связан с проявлением морозного пучения грунтов и нагруженной области промерзающего слоя грунта.

ц

Выполнены исследования зависимости морозного пучения грунтов под нагрузкой в условиях однородного напряженного их состояния. Использовались образцы грунта объемом 200, 400 и 850 см3 высотой от 40 до 220 мм и диаметром 80 и 115 мм с одинаковой исходной плотностью и влажностью в каждой серии опытов. Перед промораживанием образцы выдерживались под заданной нагрузкой в условиях компрессионного сжатия до полной стабилизации их осадки. Промораживание образцов осуществлялось в морозильной камере при постоянной отрицательной температуре в специальных приборах оригинальной конструкции, обеспечивающих направленное (сверху вниз) промораживание грунта с подтоком воды снизу или без него. Исследованы однотипные грунты природного сложения (из монолитов) и с нарушенной структурой. Деформации морозного пучения образцов измерялись с точностью 0,01 мм. Одновременно исследовалось изменение исходной влажности образцов грунта после нх уплотнения нагрузкой и после промораживания.

Установлено, что исследованные размеры образцов, нагруженных давлением более 0,05 ... 0,1 МПа, не сказываются заметным образом на их относительном морозном пучении. Разница в показателях пучения свободных от нагрузки образцов разных размеров может быть существенной. Образцы грунта объемом до 200 см3 не дают устойчивой информации о величине морозного пучения грунта.

Зависимость от нагрузки относительного пучения во-донасыщенных образцов, сформованных из грунта с нарушенным природным сложением, имела выраженный нелинейный характер как при закрытой, так и при открытой схемах миграции влаги в процессе промерзания и для исследованного пылеватого суглинка аппроксимирована экспоненциальной функцией

Л-ЛсхрС"^-1"^ «). (3.1)

где f — относительное пучение свободного от нагрузки грунта; [i — то же, при напряжении сг=Оь в характерной точке экспериментального графика Ja~F(a).

График относительного пучения образцов грунта природного сложения в зависимости от нагрузки более сглажен. ■ Анализ имеющихся результатов исследований свидетельствует о возможном существовании также близкой к линей-$

пой связи показателей пучения грунта от напряжений а в нем и аппроксимации ее функцией

А-/Ч1 -Т'- • (3'2)

где о„—напряжение, при котором морозное пучение грунта практически не проявляется.

В исследованном пылеватом суглинке природного сложения относительное морозное пучение было подавлено полностью или составляло 0,002 ... 0,007 при давлениях на грунт 0,2 ... 0,25 МПа.

Влияние нагрузки на влагосодержание промороженных образцов грунта проявляется двояко: во-первых, в уменьшении влажности грунта за счет отжатия из него влаги в процессе консолидации под нагрузкой; во-вторых, в уменьшении миграционного притока воды в промерзающий грунт извне. Этим и объясняется зависимость морозного пучения грунтов от их напряженного состояния. Примечательно, что с ростом напряжений в грунте миграционные процессы влаги но высоте образцов также затухают.

Таким образом, снижение морозного пучения грунтов до нулевых значений с ростом в них напряжений является физическим свойством промерзающих грунтов. Эффект влияния напряженного состояния грунта на его морозное пучение проявляется в основном через влияние на его влагосодержание.

Морозное пучение массива грунта под местной нагрузкой исследовалось в специальном силовом лотке с полезными размерами в плане 600X1200 мм и высотой 1000 мм, обеспечивающем плоскопараллельное направленное (сверху вниз) промораживание массива грунта с регулируемой подачей в него воды снизу. Смерзание грунта со стенками лотка исключалось специальными несмерзающимися смазками. Лоток оборудован упорными силовыми рамами, -предназначенными для восприятия сил морозного выпучивания моделей фундамента или для загрузки этих моделей внешним усилием.

Исследовалось взаимодействие с промерзающим основанием жестких стальных штампов с размерами площади 100X100 мм, установленных на поверхности по двум схемам их сопротивления морозному выпучиванию:

1) с упором штампа через динамометр в силовую раму;

2) с постоянной во времени'нагрузкой на штамп.

В первом случае эффект морозного пучения проявлялся в формировании нарастающих во времени нормальных сил пучения, результирующая которых измерялась динамометром, во втором случае — в развитии деформаций морозного выпучивания нагруженного штампа в процессе промерзания массива. И в том, и в другом случаях измерялось послойное морозное пучение промерзающего массива грунта в зонах силового воздействия штампов и за пределами этих зон, а также температура грунта по глубине массива.

Подтверждена и исследована зависимость морозного пучения грунта в массиве от величины местной нагрузки на его поверхности. Для квадратных штампов эта зависимость в общем случае имеет нелинейный характер, что согласуется с результатами полевых исследований. Начало морозного выпучивания штампов с постоянной нагрузкой зависит от интенсивности давления штампа, состояния грунта и условий промерзания. При малых давлениях морозное выпучивание штампов начиналось обычно с началом промерзания грунта под ними, а при больших давлениях — по достижении некоторой глубины промерзания или вообще не проявлялось.

Влияние нагруженных штампов на морозное пучение грунта в основании проявляется не только под площадью отпечатка штампа, а охватывает некоторую область, размеры которой в плане увеличиваются с возрастанием глубины промерзания. Влияние давления штампа с постоянной нагрузкой на морозное пучение по глубине основания зависит от интенсивности давления штампа и прослеживается до глубины, равной 2,5—3 ширины штампа.

В процессе промерзания слабоуплотненных (особенно све-жсотсыпанных) грунтов наряду с морозным пучением промерзающего слоя имеет место усадка грунта в талой зоне, примыкающей к фронту промерзания. Под свободной от нагрузки поверхностью или под местной постоянной нагрузкой усадка грунта в указанных уровнях частично, полностью или с избытком компенсируется последующим морозным пучением грунта, промерзающего ниже указанных уровней.

Деформации основания в процессе промерзания под штампами с упором на поверхности имеют существенно иной характер. Морозное пучение в этом случае реализуется не только за счет ограниченной податливости штампа, но и за счет уплотнения и осадки талой части основания под штампом от действия нарастающих во времени сил сопротивления штампа морозному выпучиванию (нормальных к подошве штампа

сил пучения). Подтверждается существование так называемого «внутреннего пучения» промерзающего грунта за препятствием свободному развитию морозного пучения.

4. Расчет деформаций и сил морозного выпучивания малозаглубленных фундаментов

Фундаменты с глубиной заложения подошвы меньше глубины сезонного промерзания называют малозаглублешшми. Применение их в практике строительства сдерживается недостаточной изученностью особенностей их взаимодействия с промерзающим основанием.

Обосновываются две возможные схемы сопротивления малозаглубленных фундаментов морозному выпучиванию:

1-я схема — когда фундамент до промерзания основания загружен внешней постоянной нагрузкой, а его возможные перемещения от морозного пучения грунтов основания не ограничены дополнительными связями;

2-я схема — когда давление по подошве фундамента от внешней нагрузки к началу промерзания основания либо отсутствует, либо имеет некоторое начальное значение, но свобода вертикальных перемещений фундамента от морозного пучения грунта в основании ограничена упором на поверхности или иными связями.

•

По первой схеме с промерзающим основанием взаимодействуют одиночные фундаменты с постоянной на них нагрузкой. Напряжения в зоне одновременного пучения иод такими фундаментами определяются величиной постоянного местного давления в плоскости подошвы фундамента и рассеивающей способностью промерзающего основания. Решение задачи о взаимодействии фундамента с основанием сводится в этом случае к определению возможной деформации кр морозного выпучивания фундамента при заданной величине постоянного давления р по его подошве или же к определению того минимального давления ра, при котором деформации морозного выпучивания фундамента полностью исключаются.

Для определения деформаций морозного выпучивания малозаглубленных фундаментов с постоянной нагрузкой разработан метод расчета, названный методом послойного суммирования, поскольку промерзание грунта под фундаментом рассматривается в динамике послойного нарастания во времени, а величины пучения этих слоев при известной интен-

сивностй пучения f|), зависящей от напряженного состояния слоя, последовательно суммируются:

1~п

/¡,= (4.1)

где /,( —относительное пучение грунта в 1-м слое при действующих в нем напряжениях от собственного веса грунта и давления фундамента, определяемое по формулам (3.1) или (3.2); —толщина ¿-го слоя; п — число расчетных слоев грунта в слое сезонного промерзания.

Напряжения зр1 в /-м промерзающем слое грунта от давления фундамента определяются с учетом неоднородности основания с переменным во времени параметром его жесткости, зависящим от меняющейся отрицательной температуры грунта в пределах глубины промерзания. Температура на поверхности грунта назначается по местным мстеоданным, а по глубине промерзания принимается линейной.

Приведенные численные примеры расчета деформаций фундаментов методом послойного суммирования полностью согласуются с результатами экспериментальных исследований.

Давление по подошве фундаментов, исключающее их морозное выпучивание при глубине промерзания с1, определяется из условий:

для круглого или равновеликого по площади А квадратного фундамента

Р" - : (4.2)

для ленточного фундамента

"п

где =„ — напряжение, при котором морозное пучение грунта на глубине <1 не проявляется; — бытовые напряжения на глубине 1г0 и кп—коэффициенты рассеивания напряжений в двухслойном основании, определяемые по Р. М. Раппопорт н К- Е. Егорову.

По второй схеме с промерзающим грунтом взаимодействуют, например, фундаментные рандбалки, уложенные в слое сезонного промерзания, фундаменты под сооружением с неравномерным по занимаемой им площади морозным пучением грунта, .где ограничителем взаимных смещений фунда-

ментов выступает жесткость надфундаментных конструкций сооружения, и т. п. Давление от морозного пучения грунта па подошву фундамента в этом случае не остается постоянным, а нарастает во времени и определяется интенсивностью пучения промерзающего слоя грунта, податливостью фундамента в узлах его закрепления и сжимаемостью основании. Решение задачи сводится к оценке давления р{, которое рассматривается как интенсивность нормальных к подошве сил морозного пучения грунта. Решение строится с учетом того, что возможное пучение грунта по глубине промерзания реализуется частью за счет податливости фундамента, если таковая имеется, а частью за счет сжатия основания, и в первую очередь, талой его части. При этом величина пучения грунта, деформации фундамента, величина сжатия основания и интенсивность нормальных к плоскости подошвы фундамента сил пучения грунта рассматриваются взаимосвязанными, взаимообусловленными и определяющими друг друга. Промерзающее основание рассматривается неоднородным с нарастающей послойно глубиной промерзания и меняющейся во времени отрицательной температурой в пределах этой глубины.

Приращения нормальных к плоскости подошвы сил пучения Лр;л в результате промерзания и морозного пучения /-го слоя толщиной г/, —определяются по формулам:

для круглого в плане фундамента радиусом г пли равновеликого по площади А квадратного

__А/?, ■_

0,4 / А\ 0.8 ( 2г»-му,

(4.4)

для ленточного фундамента шириной 2а

_Д_А|_

Р>1 ' 0.4 1,6/ 14г,а"- а \

Аа+ -^ + д1п , агс'2^ Г

С/Л—1) ' ь0\ " т" пр,( прл /

(4.5)

Здесь Л Л(=Л,1 — ¿1-1)—морозное пучение г'-го слоя грунта (см. формулу (4.1)); д — модуль жесткости внешних связей фундамента, выражающий величину перемещения фундамента от силы Р=1; £/(;_|), Е0 —модули деформаций мерзлого слоя толщиной и талой части основания соответственно; с/„м — приведенная к талой по рассеивающей способности напряжений толщина мерзлого слоя.

Расчеты показывают, что сжимаемостью мерзлого слоя можно пренебречь, поскольку доля ее влияния на результаты составляет для разных фундаментов от 3 до 10%.

Переменные за время промерзания г-го слоя напряжения в этом слое, при которых реализуется морозное пучение на величину Д/г,, принимаются средними за это время, а само решение задачи для каждого г-го слоя строится в итерационном цикле определения численных величин Др(,, и Дй(, зависящих друг от друга. Решение задачи реализовано с помощью ЭВМ. Результаты численных примеров расчета хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Рассмотрена и решена задача о взаимодействии малоза-глубленных фундаментов под стеной здания с промерзающим основанием с неравномерным по ее длине морозным пучением грунтов как единой совместнодеформируемой системы. При этом стена рассматривается не только как нагрузка на фундаменты, но и как конструкция определенной жесткости, способная к восприятию неравномерных по ее длине деформаций основания. Уравнение совместности деформаций стены длиной / и промерзающего основания по оси п-го фундамента, отстоящего па расстоянии хп от начального конца стены, для несимметричных условий задачи записывается в виде:

где уп — прогиб стены, определяемый методом начальных параметров; у ¡а —деформации морозного выпучивания фундамента, первого от начального конца стены; у!п ■—то же, я-го фундамента; у}п1 —то же, крайнего фундамента с другого конца стены.

Выражения указанных деформаций фундаментов с учетом влияющих факторов приводят к уравнениям, линейным относительно равнодействующих реакций основания (нормальных сил пучения), которые составляются для каждой точки приложения этих сил. Решение системы этих уравнений совместно с уравнением равновесия сил, действующих на стену,дает значения равнодействующих нормальных сил пучения Р} на каждый фундамент. При известных значениях Р} определяются прогибы стены, как балки заданной жесткости, а также дополнительные усилия в стене, которые возникают от неравномерного по ее длине морозного пучения грунтов, и решается вопрос о потребности усиления стены, например, путем

(4.0)

ее армирования или включением поясов жесткости. Прогибы стены могут регулироваться также устройством под фундаментами выравнивающих или теплоизолирующих подеыпок.

5. Экспериментальные исследования прочности смерзания грунтов с материалами фундаментов в процессе сдвига с заданной скоростью

Интенсивность касательных к боковым граням фундаментов сил морозного пучения грунтов определяется, в конечном счете, прочностью тех связей, которые существуют па контакте этих граней с промерзающим слоем грунта. Исходя из экспериментально установленного характера деформирования промерзающего слоя грунта на контакте с боковыми гранями фундамента, интенсивность касательных сил пучения должна определяться прочностью названных связей при пластическом сдвиге с определенной скоростью.

Для экспериментального определения прочности смерзания грунтов с материалами фундаментов в процессе сдвига с заданной скоростью разработаны оригинальные приборы (например, по авторскому свидетельству на изобретение № 143577), обеспечивающие продавлнвание вмороженной в грунт опытной модели в широком диапазоне скоростей (от 0,3 мм/сут и более) с визуальной и автоматической регистрацией усилий продавлнвания и деформаций сдвига мерзлого грунта относительно модели. Многолетний опыт лабораторного определения с помощью этих приборов эквивалента касательных сил пучения грунтов, как прочности их смерзания с материалом фундамента при непрерывном сдвиге, позволил сформулировать ряд рекомендаций к методике выполнения таких исследований, обеспечивающих устойчивый блок результатов в эксперименте. Основные из этих рекомендаций включены в ГОСТ «Грунты. Метод лабораторного определения эквивалента удельных касательных сил морозного пучения».

Установлено и подтверждено наличие на графике зависимости тг =/7(а") трех характерных стадий изменения прочности смерзания грунта с материалом фундамента при сдвиге с заданной скоростью: 1-я — стадия интенсивного нарастания сил сопротивления сдвигу, которая завершается при деформации сдвига лу, 2-я — стадия интенсивного снижения сил сопротивления сдвигу, которая продолжается, пока деформации сдвига не достигнут значений х2, обычно не превышающих

10 мм; 3-я — стадия более или менее устойчивого (квазиустойчивого) значения сил сопротивления сдвигу. Установлено, что продолжительность 1-й стадии, а также максимум значений сил сопротивления сдвигу на этой стадии зависят от скорости сдвига: с уменьшением скорости сдвига максимум значений % уменьшается и формируется при больших значениях деформаций Х\. Значения хг и "г на 3-й стадии сдвига от скорости сдвига практически не зависят.

С учетом сказанного влияние скорости сдвига на сопротивление смерзания грунта с материалом фундамента выражается приближенно следующим образом:

л-, = ^л-13 + (1 ~ку)х,\ (5.1)

У. = *Ру„ + (1-^>'„ (5-2)

где = — коэффициент влияния скорости сдвига V, отличной от принятой в эксперименте г>э; х,э, у,, —величины соответствующих характеристик (деформаций и параметров прочности смерзания) для принятой в эксперименте скорости.

В результате исследований установлено существование линейной связи между прочностью смерзания грунта тг с материалами фундаментов при непрерывном сдвиге с отрицательной температурой грунта в в диапазоне се изменения от минус 1—2°С до минус 10—12°С при любых значениях деформаций сдвига, т. е.

•V <?, />,Ч (5.3)

Параметры дг и рг в (5.3) выражаются идентичными феноменологическими функциями

уг= -'-7', (5.4)

(яулс 4-йу-су1пл-П'

где (рх. дг), а Ьу, с\, с1у вычисляются с использованием экспериментальных графиков зависимости ук=Р{х) по трем характерным значениям на них х\, и х3 и соответствующих им у,, у2 и уг.

Исследованы границы применимости феноменологических функций (5.4). Показано, в частности, что они справедливы при любых возможных скоростях морозного пучения сезон-нопромерзающих грунтов.

6. Силовое воздействие морозного пучения грунтов в слое сезонного промерзания на боковые грани фундамента

Льдодемептныс связи, существующие на контакте промерзающего слоя грунта с боковой поверхностью нагруженного фундамента, препятствуют свободному морозному нуче-пшо этого слоя. В результате вблизи фундамента образуется напряженная область грунта, определяющая величину и скорость пучения грунта в этой области, которые существенно отличаются от таковых вне области силового влияния фундамента. То морозное пучение грунта, которое все же совершается в прнконтактпон зоне у неподвижного фундамента, реализуется в форме сдвига промерзшего слоя относительно фундамента Прочность же льдоцементных связей между мерзлым слоем и фундаментом при сдвиге, как было показано, зависит от температуры грунта, величины и скорости сдвига и ряда других влияющих факторов. В процессе сезонного промерзания эти факторы не являются одинаковыми по глубине промерзания и не остаются однозначными во времени, а изменяются, и не только от уровня к уровню по толщине промерзающего слоя, но и на каждом нз этих уровней в течение времени. Соответственно меняются па каждом пз этих уровней значения касательных к боковым граням фундамента сил морозного пучения.

С учетом сказанного выполнено аналитическое решение задачи об интенсивности названных сил в процессе сезонного промерзания пучащегося слоя грунта. При этом объемные деформации промерзающего грунта в зоне одновременного пучепня считаются зависящими от напряженного состояния грунта в этой зоне, вызванного силами сопротивления мерзлого слоя грунта сдвигу на контакте с фундаментом, которые определяются прочностью смерзания грунта с материалом фундамента по уравнению (5.3). Параметр!,I и рг в этом уравнении рассчитываются всякий раз с помощью феноменологических функций (5.4), которыми учитывается величина х и скорость V сдвига в каждой точке по толщине слоя грунта в процессе послойного промерзания. При некоторой глубине промерзания с учетом линейного изменения отрицательных температур в пределах этой глубины удельные значения касательных сил пучения на глубине г от поверхности определяются по формуле

' \лч х + ьч - сч Ых\ Ч ам (ар X 4- Ьр — ср 1и х) Р

где |В0| — абсолютное значение отрицательной температуры на поверхности грунта к моменту его промерзания на глубину с1л.

Морозное пучение в каждом прирастающем слое мерзлого грунта определяется с учетом зависимости (3.1) или (3.2) при том напряженном состоянии, которое формируется в нем в этот период от сил сопротивления сдвигу мерзлого слоя относительно фундамента (касательных сил пучения), в свою очередь, зависящих от величины морозного пучения промерзающего слоя. Статическая неопределенность задачи на каждом этапе приращения глубины промерзания преодолевается в процессе итерационного цикла счета с последовательной корректировкой деформаций и сил пучения до тех пор, пока расчетные деформации не станут достаточно близки к теоретическому значению этих деформаций при данном напряженном состоянии промерзающего слоя. В расчетах учитываются также форма и размеры фундамента, наличие зон одновременного пучения, отставание фронта пучения от фронта промерзания. Напряженное состояние грунта в промерзающем слое оценивается с учетом неоднородности основания и переменного во времени параметра его жесткости, зависящего от температуры грунта.

Метод расчета реализован с помощью ЭВМ. На каждом этапе послойного расчета на печать выдаются деформации пучения промерзающего слоя на контакте с фундаментом и вне зоны его силового влияния, распределение в плоскости этого контакта удельных значений касательных сил пучения и их результирующая. Результаты расчета согласуются с результатами экспериментальных исследований.

Разработаны теоретические основы взаимодействия промерзающего грунта с кустом свай, базирующиеся на общих исходных предпосылках, принятых при рассмотрении одиночных фундаментов (свай). Обоснованы отличительные особенности этого взаимодействия со сваями в кусте и с одиночной сваей. Получены исходные уравнения, учитывающие эти особенности.

Разработаны рекомендации по приближенной оценке касательных сил пучения грунта с использованием частных характеристик эквивалента этих сил, как устойчивых (по Б. И. Далматову) сопротивлений смерзания грунта с матс-26

риалом фундаментов. Правомерность такой оценки дополнительно обосновывается следующим.

По мере нарастания деформаций сдвига промерзающего слоя грунта относительно фундамента пластическое разрушение льдоцементных связей в плоскости их контакта переходит в 3-ю стадию — стадию установившегося сдвига, которой соответствуют устойчивые сопротивления смерзания ~у, не зависящие от скорости сдвига, которые могут несколько изменяться при больших деформациях сдвига и, по аналогии с (5.3), линейно зависят от отрицательной температуры грунта:

ту=<7у + /?у|Э1.

В практических расчетах фундаментов сооружений принято ориентироваться на расчетную глубину сезонного промерзания грунтов. Максимальное значение результирующей касательных сил пучения на фундаменты по экспериментальным данным формируется в зависимости от условий промерзания к тому периоду времени, когда глубина промерзания достигает 60—80% от наибольшей за зимний сезон. Принимая в пределах этой глубины в качестве эквивалента касательных сил пучения значения ту> можно вычислить значения этих сил:

при однородном сложении слоя сезонного промерзания — как осредненных по глубине

при слоистом сложении сезоннопромерзающего грунта — как средних по толщине каждого отдельного слоя

'/.ср./ = К (<7у,' + Ру.110cp.il), (6.3)

где =0,6 ... 0,8, принимается в зависимости от условий промерзания; |вср| и |вср,,| — осредненные в пределах рассматриваемого слоя отрицательные температуры грунта.

Показан прием учета температурной усадки (сжатия) мерзлого грунта при вычислении и т/ср.л возможной при низких отрицательных температурах в верхней части слоя сезонного промерзания у фундаментов нетепловыделяющих сооружений. Влияние тепловыделяющих сооружений на интенсивность касательных сил пучения учитывается с помощью коэффициента теплового влияния сооружения 1), представляющего собою отношение отрицательных температур, осредненных в пределах расчетной и нормативной глубин промерзания,

ср, н = у.срк» + qy (1 - ко). (6.4)

На основе экспериментальных данных показано, что значения /гм могут быть приняты равными коэффициенту kh, рекомендованному действующими СНиП для определения расчетных глубин промерзания грунта у фундаментов отапливаемых зданий.

Боковые грани фундаментов в пучиннстых грунтах испытывают действие не только касательных но и нормальных к их поверхности сил пучения Существование бокового

морозного давления грунтов при равномерном, направленном от поверхности сезонном промерзании установлено экспериментально. В теоретическом плане вопрос о боковом давлении на фундаменты морозного пучения грунтов впервые исследован автором настоящей работы с позиций объемного характера морозного пучения. Введено понятие о коэффициенте бокового пучения kf6 некоторого объема грунта, направленно промерзающего отдельно от массива, под которым понимается отношение бокового относительного пучения к продольному (в направлении промерзания) /,. Относительное приращение этого объема / от морозного пучения рассматривается как сумма относительных линейных деформаций пучения по осям координат z, х, у:

7= Л+Ту + 7,=Л+ 2Л = 77(1 + 2 V- (6.5)

На основании экспериментальных исследований считается, что средняя по координатным осям относительная деформация грунта /Ср =//3 зависит от среднего по его объему напряжения = (з^-í-ov ч 1Л)!3, а составляющие объемной деформации зависят от соотношения напряжений, перераспределяясь в результате обжатия грунтя от напр а влепия большего напряжения по направлению действия меньших напряжений. Так, при отсутствии местной нагрузки на поверхности грунта в слое сезонного промерзания объемная деформация / полностью реализуется в направлении вертикальной осп и включает в себя, помимо /г, деформации бокового пучения, трансформированные в направлении оси г возникающим боковым давлением a/ñ. Давление <уд является тем силовым параметром, к отысканию которого сводится решение данной задачи.

Морозное пучение грунта в зоне его активного промерзания совершается в течение некоторого времени /п, необходимого для понижения температуры грунта от Вн до 6К, и может быть отображено графиком пучения в осях /ср —t. Каж-28

дому среднему давлению в некоторой точке массива грунта соответствует свой график пучения. Время /„ в этой точке для конкретных условий промерзания определяется из решения дифференциального уравнения, полученного автором в предположении линейного распределения температур по глубине промерзания, меняющегося во времени в связи с изменением температуры па поверхности.

Из обобщенного закона линейного деформирования среды для симметрично-двухосной схемы загружения промерзающего грунта следует, что

3/0 = = 7-=^ ¿/б7г, (6.6)

где Fм и V,, — деформационные .характеристики среды, а с учетом реологических свойств мерзлых грунтов по теории линейно-наследственной ползучести Больцмана

£„(1 4- И (/Ч)я

ГТГ--

(6.7)

где ¡0(01—абсолютное значение отрицательной температуры в рассматриваемой точке грунта, меняющейся в течение времени, которое находят также из решения упомянутого выше дифференциального уравнения.

Таким образом, для определения бокового давления морозного пучения грунта в массиве с учетом развития процесса пучения во времени необходимо иметь надежную методику экспериментального определения параметров, характеризующих процесс^морозного пучения в виде семейства графиков пучения /р =/?(0, и характеристики реологических свойств грунта в промерзающем слое. Неучет временной изменчивости значений приводит к завышенным величинам бокового давления. Для предварительной оценки величина максимально возможного бокового давления от морозного пучения и собственного веса грунта по глубине 2 может быть вычислена по формуле

с/и(г> ~ Г^г тащит 4 ? <6-8>

где /(.) —интенсивность вертикального пучения грунта на глубине г, установленная, например, по данным натурных наблюдений; £= '„''(1 — \) —коэффициент бокового давления грунта.

7. Дополнительные мероприятия по обеспечению устойчивости существующих фундаментов против морозного выпучивания

Нормальное состояние фундаментов сооружений, испытывающих силовое воздействие морозного пучения, должно быть гарантировано соответствующими проектными решениями и расчетами по предельным состояниям. В настоящее время существует возможность предупредить наступление предельных состояний фундаментов в пучинистых грунтах расчетами:

по деформациям малозаглубленных фундаментов от морозного пучения грунта под их подошвой;

по устойчивости фундаментов от действия нормальных к их подошве или касательных к боковым граням сил морозного пучения грунтов;

по прочности материала фундаментов н надфундамент-ных конструкций при изгибе от неравномерного пучения грунтов основания или на разрыв заанкеренных фундаментов силами пучения.

Реализация проектных противопучинных мероприятий в процессе возведения фундаментов строящихся объектов не вызывает особых трудностей и обычно не требует больших дополнительных затрат. Из практики же эксплуатации различных сооружений известны многочисленные случаи повреждения и разрушения их конструкций силами морозного пучения грунтов основания. Стабилизировать деформации морозного выпучивания фундаментов эксплуатируемых сооружений значительно сложнее, чем предупредить их, и обходится значительно дороже.

Научными исследованиями, практикой проектирования и строительства наработан большой набор различных мероприятий, способствующих оздоровлению сооружений, деформированных морозным пучением. Анализ эффективности этих мероприятий свидетельствует о том, что не все из них оказываются рациональными по причине их либо недолговечности, либо высокой стоимости, либо технической сложности их реализации в условиях эксплуатации сооружений. Заслуживают внимание те из них, которые не связаны с отрывной или реконструкцией фундаментов н служат достаточно продолжительное время.

Одним из таких мероприятий является устройство у фундаментов термолокализаторов из высокоэффективных теплоизоляционных материалов, например, пенопластов. Устройст-30

вом термолокализаторов, как средства управления тепловым состоянием основания фундаментов, достигается не только уменьшение глубины сезонного промерзания, но и установление бог'се высоких отрицательных температур грунта сезон-померзтого слоя под теплоизоляцией. Исследования показывают, что после входа грунта под теплоизоляцией в новый регулярный режим осрсдпенное по глубине его промерзания значение отрицательной температуры повышается пропорционально изменению глубины промерзания. С учетом этого обстоятельства значения касательных сил пучения на фундаменты в этом случае должны оцениваться по условию (6.4).

Автором разработан оригинальный способ покрытия боковых граней фундаментов несмерзаюшимнся консистентными смазками без вскрытия их из-под грунта. Достигается это тем, что между боковой гранью фундамента и прилегающим талым грунтом с поверхности внедряется специатьное устройство, образующее между фундаментом и грунтом щелевпд-ную полость шириной 10—15 мм, которая заполняется под давлением консистентной смазкой через то же устройство в процессе обратного извлечения его из грунта. Форма щеле-образующего устройства может быть плоской или фигурного очертания, соответствующего очертанию защищаемой поверхности. В качестве несмерзающегося покрытия граней фундаментов автором рекомендована графитовая контактная смазка, эффективность которой, как средства нейтрализации касательных сил пучения, доказана специальными исследованиями, а срок ее действия практически неограничен. В связных грунтах, способных держать вертикальную стенку щелс-впднон полости, покрытие боковых граней фундаментов графитовой смазкой можно выполнять путем введения в образованную полость полоски рубероида со слоем такой смазки тугопластичной консистенции.

Разработанный способ защиты фундаментов от сил морозного пучення (авторское свидетельство № 1201413) широко опробован с целыо стабилизации от морозного выпучивания опор сваино-эстакадных мостов на Красноярской железной дороге и фундаментов различных сооружений в других районах. Сметно-фппансовые расчеты показывают, что па каждой опоре свайно-эстакадного .моста, например, состоящей нз шести свай, получена экономия в ценах 1982 г. около 39 тыс. р. Экономический эффект от внедрения этого способа только на восьми таких мостах составил в тех же ценах около 650 тыс. р.

Потребная глубина на которую производится покрытие защитной смазкой, назначается по формуле

" V'/, ' (7Л)

где -¡п — коэффициент надежности при расчетах устойчивости фундаментов; (/^ — расчетная глубина промерзания грунта; Р — постоянная нагрузка на фундамент; и — периметр поперечного сечения фундамента в зоне промерзания; т^ — нормативное значение осредненных по глубине сил пучения; "1С =1,55 ... 1,35 — коэффициент условий работы для глубины ¿4 = (0,3 ... 0,5) соответственно.

Заключение

Обобщенные результаты многолетних целенаправленных экспериментально-теоретических исследований позволяют заключить, что фундаменты сооружений в сезоннопромерзаю-щем слое грунта находятся с этим слоем в сложном силовом взаимодействии. Установлено, что развитие морозного пучения промерзающего слоя грунта, формирование давления в зоне его одновременного пучения и сил пучения на фундамент, оказывающий сопротивление морозному выпучиванию, являются взаимосвязанными, взаимообусловленными и определяющими друг друга. Такой единый подход, положенный в основу решения рассмотренных задач, позволил с единых позиции исследовать различные виды силового воздействия морозного пучения сезоинопромерзающих грунтов на фундаменты сооружений разных типов.

Основные выводы исследований сводятся к следующему.

1. Исходя из современных представлений о морозном пучении грунтов, области его образования и зависимости от влияющих факторов, сформулированы основные исходные положения, с позиций которых рассматривается сущность механического взаимодействия фундаментов с промерзающими грунтами.

2. Выделены и обоснованы две возможные схемы сопротивления фундаментов морозному "выпучиванию, в соответствии с которыми формулируется постановка практических задач, связанных с оценкой силового воздействия на эти фундаменты морозного пучения грунтов.

3. На основе анализа известных и специально организованных целевых экспериментальных исследований вскрыты и 32

объяснены особенности деформирования промерзающего грунта I! зоне силового влияния фундаментов с заглублением их подошвы ниже и выше фронта промерзания в зависимости от схемы их сопротивления морозному выпучиванию.

4. С учетом вскрытых особенностей деформировании грунтов, промерзающих в основании фундаментов, разработаны и теоретически обоснованы расчетные схемы раз' ых видов силовых воздействий морозного пучения грунтов на боковые грани н подошву этих фундаментов в зависимости от характера сопротивления последних морозному выпучиванию и глубины их заложения по отношению к фронту промерзания. На основе этих расчетных схем решен комплект практн 1сских задач, связанных с количественной оценкой силовых воздействий морозного пучения грунтов на различные фундаменты сооружений.

5. Разработан метод расчета деформаций морозного выпучивания одиночных малозаглубленных фундаментов под постоянной в процессе сезонного промерзания грунтов нагрузкой с использованием феноменологической связи между интенсивностью морозного пучения грунта с напряженным его состоянием в зоне одновременного пучення.

0. Решена задача о величине местной нагрузки па село■;-нонромерзагощпй слой грунта, подавляющей морозное пучение в этом слое.

7. Разработай метод расчета нормальных сил пучения промерзающего основания, действующих на подошву фундаментов с ограниченной податливостью, который базируется на представлениях о совместности и взаимообусловленности деформации морозного пучения промерзающего слоя грунта, его напряженного состояния, податливости фундамента и сжимаемости талой толщи основания.

8. Разработан метод расчета морозного выпучивания малозаглубленных фундаментов под стеной здания при неравномерном в пределах се длины пучении грунтов основания, учитывающий совместность деформаций промерзающего основания и надфундаментных конструкций, обладающих заданной нзгнбной жесткостью.

9. Численные примеры оценки силовых воздействии морозного пучения грунтов основания на подошву мелкозаглуб-ленных фундаментов разработанными методами свидетельствуют о хорошей согласованности результатов расчета с экспериментальными данными.

10. Усовершенствована методика и разработана оригинальная аппаратура для экспериментального определения в лабораторных условиях эквивалента касательных сил пучения грунта по боковым вертикальным граням фундаментов, как сопротивлений смерзания грунта с материалом фундамента при сдвиге с заданной скоростью.

11. Исследована и установлена зависимость названных сопротивлений смерзания от ряда влияющих факторов. Получены феноменологические уравнения, наиболее полно характеризующие изменчивость этих сопротивлений в зависимости от температуры грунта, величины деформаций сдвига и скорости их развития.

12. С использованием полученных феноменологических уравнений разработан .метод расчета динамики касательных сил пучения по боковым граням фундамента в процессе послойного нарастания глубины сезонного промерзания грунта. При этом морозное пучение грунта у фундамента в каждом выделенном слое оценивается с учетом его напряженного состояния от сил сопротивления сдвигу мерзлого слоя относительно фундамента, в свою очередь, зависящих от величины морозного пучения промерзающего слоя.

13. Усовершенствован приближенный метод расчета касательных к боковым граням фундаментов сил морозного пучения с использованием в качестве эквивалента этих сил квазиустойчивых сопротивлений смерзания грунта с материалом фундамента при сдвиге, в котором дополнительно учитываются расчетные значения глубины промерзания грунта и отрицательных температур в нем. Показано, что в качестве температурной поправки к нормативным значениям температур грунта в промерзающем слое могут быть использованы коэффициенты теплового влияния сооружений, предназначенные для вычисления расчетных глубин промерзания.

14. Разработаны теоретические основы учета кустового влияния свай в фундаменте при оценке силового влияния на них морозного пучения грунтов и расчетная модель для такой оценки. Получены исходные уравнения.

15. Принципиально решена задача о боковом давлении морозного пучения грунтов на вертикальные грани подземных конструкций, исходя из представлений об объемном характере этого пучения. Получено замкнутое решение задачи в принятой версии о максимально возможном боковом давлении морозного пучения грунтов.

16. Экспериментально и теоретически обоснованы эффективность и экономическая целесообразность устройства для стабилизации деформации морозного ш/иучнвання фундаментов местных термолокалпзлторов из материалов с высоким удельным термосонротнвленнем, например, из ненопла-стов. Показано, что после входа грунта под теплоизоляцией в новый регулярный режим средняя по глубине его промерзания отрицательная температура изменяется пропорционально изменению глубины промерзания.

17. Разработан оригинальный, эффективный и экономичный способ защиты существующих фундаментов от действия касательных сил пучения путем нанесения на их боковые грани без отрывки пазух несмерзающейся консистентной графитовой смазки с гарантированной долговечностью ее службы.

В заключении сформулированы задачи для дальнейших исследований силового воздействия морозного пучения грунтов основания ira фундаменты сооружений,

Основные положения диссертации опубликованы ботсс чем в 50-ти работах автора. Наиболее важными из них ягля-ются следующие.

Монографии:

1. Сезонное промерзание грунтов и их азаимодсиствнс с фундамента ■ ми здании. Красноярск, 19G5. 1GG с. (Соавтор С. С. Ульрнх.)

2. Фундаменты железнодорожных сооружений на основаниях из мерзлых грунтов. Ч. 1. Новосибирск, 1972. 121 с.

Статьи:

3. Опыты по уменьшению сил вмпучшишия фуиламснтоп. Тр./Ионо-снб. нн-т ннж. ж.-д. транса. ГЗып. ХХП. Новосибирск, 1901. С. 131—140.

4. К методике лабораторного определения прочности смерзания грунтов с материалом фундамента. Тр. / НИИЖ'Г. Вып. 28. Новосибирск, 1902. С. 137—149.

5. Лабораторные исследования касательных сил морозного р.нпучння-н;ш фундаментов // Рациональные методы устройства фундаментов п районах глубокого сезонного промерзания грунтов. Л , 1964. Вып. 3. С. 24—31.

0. О температуре замерзания и переохлажденном состоянии воды п дисперсных грунтах//Изв. вузов. Сер.: Стр-во и архит. 190 t. № 7 С. 17—23.

» 7. Исследование прочности смерзания грунтов с дереном и бетоном при непрерывном сдвиге. Тр. /Ш1ИЖТ. Вып. 41. Новосибирск, 1965. С. 137—149.

8. Расчет нормальных сил морозного пучения на вертикальные грани заглубленных в промерзающей грунт конструкции // Вопросы инженерной геологии, основании и фундаментов. Тр. / НИМЖТ. Вып. LXIII. Новосибирск, 1967. С. 151—157. "

9. Расист нормальных сил морозного пучения грунтов по подошве жесткой полосы с ограниченной податливостью//Вопросы инженерной геологии, оснований и фундаментов. Тр. / НИИЖТ. Вып. LXIII. Новосибирск, 1967. С. 141—150.

10. К вопросу о нормировании сил морозного выпучивания фундаментов. // Особенности строительства в условиях Восточной Сибири. Вып. I. Иркутск, 1968, С. 23—26.

11. О формировании б плоскости подошвы фундаментов сил морозного пыпучиваиия и методике их расчета//Тр. VI совещания-семинара по обмену опытом стр-ва в суровых климатических условиях. T. V. Вып. I. Красноярск, 1970. С. 26—37.

12. Особенности морозного пучения и напряженное состояние промерзающего слоя грунта со свободной от нагрузки поверхностью // Вопросы инженерной геологии, оснований и фундаментов. Тр. / НИИЖТ. Вып. 123. Новосибирск, 1971. С. 147—158.

13. Утепление грунтов пенопластом как средство борьбы с морозным выпучиванием малонагруженных фундаментов // Вопросы инженерной геологии, оснований и фундаментов. Тр. / НИИЖТ. Вып. 123. Новосибирск, 1971. С. 187—196. (Соавторы Ю. С. Палькин, А. П. Кулешов.)

14. Предложения по выбору рациональных типов закрепления опор ВЛ, сооружаемых в южной зоне распространения вечномерзлых грунтов//Энергетическое строительство. 1973. № 3. С. 63—65. (Соавтор Л. П. Кулешов.)

15. Тепловое влияние зданий на касательные силы морозного выпучивания фундаментов // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1974. № 3. С. 25—27.

.16. Обеспечение устойчивости фундаментов сооружений против морозного выпучивания при строительстве в условиях БАМ//Научные проблемы сооружения Байкало-Амурской магистрали. Тр./НИИЖТ. Вып. 170. Новосибирск, 1976. С. 190—200.

17. Расчет стены неотапливаемого здания с незаглубленным фундаментом на неравномерное поднятие ее морозным пучением грунтов//Ин-жснсрно-геологические условия и особенности фундаментостросния при транспортном строительстве в условиях Сибири. Тр. / НИИЖТ. Вып. 180. Новосибирск, 1977. С. 35—44.

18. Автоматизированный электронно-механический прибор для определения б лабораторных условиях касательных сил морозного выпучивания фундаментов // Инженерно-геологические условия и особенности фундаментостросния при транспортном строительстве в Сибири. Новосибирск, 1980. С. 86—90. (Соавторы А. Ф. Скоркин, П. С. Ваганов.)

19. Напряженно-деформированное состояние промерзающего пучини-стого основания при его взаимодействиях с одиночным столбчатым фундаментом. Расчет методом конечных элементов//Инженерно-геологические условия и особенности фундаментостросния при транспортном строительстве в Сибири. Новосибирск, 1980. С. 65—72. (Соавтор Г. Н. Полянкин.)

20. Конечно-элементный анализ напряженно-деформированного состояния промерзающего пучинистого основания при его взаимодействии с фундаментом // Проектирование и исследование оснований гидротехнических сооружений. Л., 1980. (ВНИИТ им. Веденеева Б. Е.) С. 156—159. (Соавторы Г. Н. Полянкин, А. Ф. Ким.)

21. Определение расчетных значений касательных сил морозного выпучивания по данным лабораторных исследований // Инженерио-геологи-

ческне условия и особенности фундаментостроения в условиях Сибири. Новосибирск, 1982. С. 12—18.

22. Особенности взаимодействия промерзающего пучинистого грунта со столбчатыми фундаментами разного диаметра. 1984. 24 с. Деп. во ВНИИС 20.08,84, № 5197. (Соавторы Г, Н. Полянкин, М. Я. Крицкий.)

23. Закрытый способ нейтрализации сил морозного выпучивания существующих фундаментов // Геотехнические исследования для транспортных сооружений Сибири. Новосибирск, 1985. С. 73—78. (Соавторы Г. Н. Полянкин, С. В. Ивашкин, М. Я. Крицкий.)

24. Прогноз касательных сил морозного выпучивания фундаментов с учетом интенсивности пучения грунта в слое сезонного промерзания // Геотехнические исследования для транспортных сооружений Сибири. Новосибирск, 1985. С. 28—38.

25. Определение деформаций малозаглубленных фундаментов на промерзающем пучинистом основании // Основания и фундаменты транспортных сооружений в условиях Сибири. Новосибирск, 1987. С. 25—31.

26. К вопросу о влиянии свай в кусте на деформации и силы морозного пучения промерзающих грунтов//Основания и фундаменты транспортных сооружений в условиях Сибири. Новосибирск, 1988. С. 31—36.

27. Стабилизация деформаций морозного выпучивания опор свайно-эстакадных мостов//Трансп. стр-во. 1988. № 3. С. 13—14. (Соавторы Г. Н. Полянкин, С. В. Ивашкин, М. Я. Крицкий.)

28. Морозное пучение компрессионно нагруженных образцов грунта // Инженерно-геологические условия и фундаменты транспортных сооружений. Новосибирск, 1989. С. 76—84. (Соавторы М. Я. Крицкий, И. А. Мельников.)

29. Расчет касательных сил морозного пучения грунта в слое сезонного промерзания//Строительные конструкции зданий и сооружений, Барнаул, 1989. С. 111 — 116.

30. О рациональном проектировании свайных фундаментов в пучини-стых грунтах//Проблемы инженерно-геологических изысканий в криоли-тозоне. Магадан, 1989. С. 72—78,

31. Эффект совместной работы свай в фундаменте при действии сил морозного пучения//Проектирование и технология возведения свайных фундаментов и безростверковых опор мостов современных конструкций в условиях Сибири. Новосибирск, 1990. С. 12—19.

Технические рекомендации, руководства, ГССТы:

32. Рекомендации по совершенствованию конструкций и норм проектирования искусственных сооружений п^ззодиг/ых па пучинистых грунтах с учетом природных условий БАМ. М„ 198!, 54 с. (Группа соавторов.)

33. Руководство по применению защитных мер от морозного выпучивания опор существующих свайно-эстакадных мостов закрытым способом, правилам приемки в эксплуатацию, надзору и профилактическому ремонту. Новосибирск; Красноярск, 1985. 23 с.

34. ГОСТ «Грунты. Метод лабораторного определения эквивалента удельных касательных сил морозного пучения».

Изобпетения:

35. А. с. 143 577. Устройство для определения в лабораторных условиях прочности смерзания в условиях непрерывного сдвига грунта, например, с материалами фундаментов.

35. А. с. 1201413. Способ защиты фундаментов от сил морозного пучения.

Сдано в наб. 14.10.93 г. Подписано в печать 23.10.93 г. Формат 60X84'/, 2,25 печ. л. 2 уч.-изд. л. Тираж 100. Заказ 558.