автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Устройство искусственно улучшенных оснований в слабых грунтах путем фиброармирования

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ИНКЕНЕРНО-СТРСИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

АБУ ХАЛИФА АБДУЛЬ САЛЯМ ЫУСТАФА

УСТРОЙСТВО ИСКУССТВЕННО УЛУЧШЕННЫХ ОСНОВАНИЙ В СЛАБЫХ ГРУНТА! ПУТЕМ ФИБРОАРНИРОВАНИЯ

05.23.02 - Основания и фундаменты

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата .технических наук

Санкт-Петербург 1993

Работа выполнена в Санкт-Петербургском инженернс - ' строительном институте.

Научный руководитель: заслуженный деятель науки и техники РСФСР, .д.т.н., профессор Б.И.Далматов.

Консультант: . к.т.н., доцент A.B.Голли.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

А.Я.Будил

кандидат технических наук, доцент ... ' Б.А.Григорьев

Ведущая организация: Всесоюзный институт гидромеханизации, санитарно-технических и специальных отроительных рабе (ВНИИГС).

Защита состоится"30" 1993 г. .в /У °°

на заседании специализированного совета К 063.31.02 в Санкт-Потербургоком инженерно-строительном институте по адресу: 198005, Санкт-Петербург, ул.2-я.Красноармейская, д.4, ауд.521сс.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке •институ.'-г.....

Автореферат разослан " /3 " ¡У^Сс^у^с 1993 г.

Ученый секретарь, специали" 'роваьаого совета, кандидат техниче.-ких наук

Е.А.Козлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Причиной интенсивного развития строительства армогрунтовых конструкций является их высокая экономичность как по материалам, так и по трудозатратам, возможность решать инженерные задачи нетрадиционными методами, обеспечивающими высокую экологическую чистоту проекта. Развитие городов ведет к необходимости првыщения этажности зданий и сооружений и к увеличению нагрузок на грунты основания. При этом грунты, ранее удовлетворит едадые цо строительным качествам, могут относиться к слабым. Освоение новых территорий при расиирении городской застройки входит в противоречие с сохранением сельскохозяйственных земель, поэтому отрригели вынуждены использовать площадки, считавшиеся равеэ непригодными для возведения сооружений. При решении этих пробдец особую важность приобретают методы создания экономичных дрмогрупговых подушен и массивов с максимальном сохранением природных рврйр?в слабых грунтов, подстилающих искусстлснно улучшенное основание, Экономический аффект монет быть достигнут при этом 'за счет применения местных песчаных или глинистых грунтов со'овяэующдаи добавками, например, цемента и фиброарматуры, т.е. созданием прочного композитного материала.--

Современная струйная технология"расширила возможности строителей и проектировщиков при решении задач реконструкции и усиления оснований существующих зданий, хотя устройство подушек и массивов из цементного кш-пш чрезвычайно дорого, однако при снижении стоимости материалов эту технологию монно применять дане при строительстве на вновь осваиваемых территориях.

В соответствии с вышесказанный, может быть рассмотрена идея создания смеси грунта, цемента и фибры, обладающей достаточно высокой прочностью; зга смесь (композит) позволяет при использова-

- г -

нии струйной технологии производить усиление существующих фундаментов и создание фибро-грунтовых подушек и массивов при строительстве на слабых грунтах.

Цель диссертации - усовершенствовать, повысить экономичность и улучшить -качество материалов фундаментов, изготавливаемых по струйной технологии, изменив их механические свойства и снизив их стоимость.

Для достижения поставленной цели было необходимо: I) подобрать составы композиционного материала, способные работать на сжатие и изгиб;

разработать конструкции фундаментов и оснований с повышенной несущей способностью из композиционного материала, изготавливаемые с помощью струйной технологии;

з; провести лотковые испытания предложенных конструкций фундаментов и дать методику их инженерного расчета МКЭ.

Задачи исследования:

I) определить эмпирическим способом состав смеси, используемой при изготовлении фундаментов по струйной технологии, уменьшив количество цемента и используя местные, материалы (глину, песок), отходы производства синтетических волокон;

'¿) провести лабораторные испытания показателей механических характеристик смесей предложенного состава;

выполнить математическое моделирование на ЭВМ методом конечных элементов и сопоставить их с результатами лотковых испытании предлагаемой конструкции фундамента;•

А) на основании исследований разработать и предложить новые конструкции фундаментов, изготавливаемых пак с помощью струйной технолог;:*:, так и без нее.

- 3 -

Научная новизна работы состоит в следующей:

- установлено, что наиболее перспективным является армирозание грунтов не отдельными элементами, которые формируют анизотропные свойства, а фиброй (волокнами), обеспечивающими изотропные характеристики материала и возможность применения современной струйной технологии;

- доказана эффективность использования смеси из песка, глины, цемента и фибры, при которых обеспечивается решение инженерных задач, когдэ улучшенное основание может по прочности выполнять функцию фундамента;

- определено проведением лотковых испытаний моделей (оснований) фундаментов новой.конструкции из материалов, выполненных по разработанной технологии, что их несущая способность в 3,5 ... 4,0 раза превышает традиционные фундаменты мелкого заложения;

- установлено при испытании моделей фундаментов распределении ■ деформаций по глубине снимаемой толщи грунта основания;

- разработана методика прогноза развития напрякенно-деформи-рованного состояния грунта в основании предложенной конструкции фундамента, выполненного из фиброармированной цементно-грун'товой смеси.

На защиту выносится:'

- эмпирический подбор состава фяброармированного грунта;

- новый тип фундамента (основания) из фиброгрунта, который может изготавливаться по струйной технологии;

- математическое моделирование' на ЭВМ напряженно-деформируемо- -го состояния основания предлагаемого двухъярусного фундамента;

- конструкции оснований и фундаментов, выполняемых с сохранением природного сложения грунта по струйной технологии, так и в открытых котлованах.

- 4 -

Практическая ценность и реализация работы.

Результаты натурных и математических исследований состоят в том, что эмпирически определен состав фиброармированйя цементно-грунтовой смеси, позволяющей для ее изготовления частично использовать местные материалы (песок или глинистые грунты);

- разработана конструкция фундамента (основания), состоящей из двух плит-, одна из которых (нижняя - основанйе) выполнена по струйной технологии и расположена на глубине, в массиве слабого грунта* а другая - как фундамент мелкого зелокенйя, обе плиты работают совместно, ®»к» соединены грунто-цементными сваями, изготовленными по японской технологии и армированными фиброй, такое инженерное решение позволяет значительно повысить несущую спЬсоб-ность фундаментов на слабых Ьрунтах;

- предложена программа расчета разработанной конструкции фундаментов методом ШСЭ в упруго пластической постановке1;

- разработаны конструкции улучшенных оснований и фундаментов, йзготовляемых по струйной технологии;

- экономический эффект от внедрении может достигаться за счет экономии цемента, применения местных материалов й уменьшения транспортных расхЭДов.

Апробацйяч Основные ;пбйдкенйя -йийсёртации Сьшй Дййокёны на Симпозиуме по проо'йеыш.!'реконструкции СанкФ-Пехербурга (C6.I0.92) на 50-й научной Конференции 4 -СПбЙСй <02.0£.9£) й получено положительной реяен'иб -на патент фйброариированйя :Грунта.

ПубД!::<ацп'Кч ОснЪвные Шшйёнйя 'дйссёрййций йзЛЬаены в двух работах, кахЬдящих'ся 4 йЬчаШ.

Сбье:: работп. Диссертация состоит ий введения, Четйрех глав вчходог 11 приложений. С писек литера!,урн состоит из 100 наименова

ний. Общий объем работы составляет 135 страниц, в* том числе 67 страниц машинописного текста, 62 рисунков, 3 таблиц, 35 страниц приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель исследования, перечислены основные вопросы, выносимые на защиту.

Первая глава диссертации представляет собой обзор литературы. Рассмотрены известные к настоящему времени армогрунтовые конструкции: подпорные стены, дорожные насыпи, защитные дамбы, песчаные подушки.

Армирование грунта, который использовался в качестве строительного материала, известно давно: так, например, при строительстве зиккурата,Агар-Кафа в Ираке, применялся армированный растительными волокнами строительный материал из глины, хотя, скорее всего, это был эмпирический подход. До настоящего времени в восточных странах с яарким климатом распространено строительство яилых домов из саманного кирпича, представляющего смесь глины с соломой, высушенных на солнце.

В Европе первые разработки, отмеченные в научной литературе, приходятся на 1924 г., когда Койн предложил "стенку-лестницу", в отличие от гравитационных подпорных стен, состоящую из тонкой облицовки, к которой крепятся армирующие элементы, находящиеся в насыпи. Это решение вызвало достаточно сильный отклик в инженерных кругах: появилось впечатление, что грунтовая насыпь удерживает сама себя. В дальнейшем Вестергард (1939) разрабатывал концепцию, предложенную Казагранде, где рассматривал упругую сре-

ду, армированную гибкими нерастяжимыми листами.

Как считает К.Киттрик, к настоящему моменту в 37-ми странах мира' установлено более 5 тысяч сооружений из армогрунта.

В разработку теории и практики армирования грунта и создания вриогрунтовых сооружений сделали значительный вклад Н.Н.Аис-тох,, Л.В.Голли, К.Д.Джоунс, Ь1. Ф.Дру ко ванный, .М.Ф.Друкованный и др., И.М.Евдокимов, Г.М.Каганов, Л.М.Тимофеева, А.Г.Шашкин, М.М. №. Hussaint, J. Binquet, L. R. Hermann.

Кроме того, в первой главе рассмотрены известные принципы расчета армогрунта (К.Д.Джоунс), к) которые прилокимы к проектированию подпорных стен, насыпей, дамб и песчаных подушек с использованием "линейной" арматуры. Однако эти конструкции требуют при возведении ручной работы, отмечают И.Бенквит и К.Лии, а устройство армированных песчаных подушек в открытых котлована« приводит к раеструктуриро'ванию слабых грунтов, расположенных в их основании. Тем не менее, армированные .песчаные подушки позволяют значительно (до двух раз) увеличить нагрузки на 'фундамент. Этот'эффект А.В.Голли объясняет уменьшением максимальной ординаты эпюры вертикальных дополнительных напряжений С^.

В качестве материала для арматуры применяется металл, нетканая синтетика, стеклоткань, дерево, бамбук (Н.В.Куанг), синтетические и базальтовые волокна (фибра). Фиброармпрование •изобретено в 1913 г. инженером Некрасовым в России, и вначале применилось в фортификационных сооружениях. К настоящему времени выработана определенная концепция применения фибры при арми-рпиашш грунта, однако при этом традиции "линейного" армирован! сохраняется.

Литературные источники приведены в диссертации.

Вероятнее всего, фиброармирование грунта должно применяться для улучшения строительных свойств грунтов при изготовлении подушек или плит с равномерным 'распределением фибры по объему конструкции. Не следует исключать при этом добавления вяаущих материалов, например, цемента. Такое решение позволяет механизировать процесс укладки фиброармированного материала подушки в котлован, но не исключает расструктуривание грунта при откопке котлована. Последняя проблема может быть снята за счет применения струйной технологии, разработанной в Японии в 60-х годах и распространенной на Западе. Один из методов струйной технологии, предложенный Наканиси (С.С.P. tnetod) заключается в том, что горизонтальной струе цементного жидкого раствора, выходящей из сопла с высокой скоростью, .сообщается вращательное движение с одновременным перемещением по сквашше снизу - вверх, благодаря чему в грунте создается цилиндрическая колонна из цементного камня (реферативный журнал n]iT-GR0UT!N6n, 1985). В дальнейшем эта технология била усовершенствована применением коаксиальных водовоздушных и цементных струй (»COLUMN JET 6R0UT теШ").

Конструкции фундаментов, возведенные по струйной технологии, обладают тремя особенностями: во-первых, материал, из которого они возводятся, представляет цементный камень с неизвестным количеством в нем разрабатываемого грунта, во-вторых, судя по очертаниям - эти конструкции работают в пределах конуса жесткости бетона ( 30°), т.е. на сжатие; в третьих являются, по отзывам иностранных специалистов, чрезвычайно дорогими из-за большого расхода цемента".

Однако необходимо отметить, что струйная технология позволяет производить работы по .усилению фундаментов без откопки котлованов, т.е. с минимальным нарушением свойств грунтов, так как

практически не изменяется природное давление грунта. Скорее всего, это достоинство можно использовать для дальнейшего развития и усовершенствования струйной технологии, так, например, для устройства подвальных помещений, состоящих из плиты и стен, конструкций сводов над тоннэляыи метро, но используя в сочетании с цементным раствором фиброармирование.

Во второй главе приведены результаты экспериментального исследования состава фиброармированного грунта и модели опытного фундамента из него.

Традиционный способ армирования, например, грунтовых подушек базальтовыми волокнами (фиброй) до последнего времени сводился к созданию в массиве подушки одного или'двух ярусов армо-грунта, в толще неармированного грунта. Это улучшает распределительную способность подущу, т.е. позволяет получить более равномерную эпюру вертикальных давлений по ее подошве и уменьшить ■ размеры железобетонного фундамента. Однако прочность армогрунто' вых подушек зависит от плотности укладки грунта,, его влажности, которые определяют площадь сцепления арматуры с грунтом и силы трения.

При эксплуатации сооружений, возведенных-на таких подушках когда влажность грунта может меняться в больших интервалах за счет повышения уровня грунтовых вод при утечках из водопровода и канализации, возможны значительные изменения строительных свойств подушек, связанные с понижением сил трения между армату рой и грунтом.

В известных конструкциях арыогрунтовых сооружений возмоннс ст:: .г::броар:.:;:рования не реализуются полностью. Армирование гру! то^их подушек улучшает их строительные свойства, но не перевод! пх -с ко:.ос качество, хотя, как будет показано нике, применение

фибры в сочетании с современной струйной технологией позволяет создавать композитный материал с изотропными свойствами и формировать подушки и плиты, которые, имея необходимую прочность, могут функционировать как фундамент.

Подбор состава фнброгрунтовой смеси ::(к0ипозита) произведен на основе планирования эксперимента. Работа выполнена при консультации с.н.с. кафедры ''Строительные материалы" СПбИСИ Н.П.Сафонова. К свойствам композита предъявлялись следующие требования: улучшенный грунт должен набирать-прочность в вода, что исключит при эксплуатации снижение его прочности; должен состоять, по возможности, из местных грунтов, и минимального количества цемента; в качестве фибры необходимо применить синтетические волокна малой длины - отходы производства: зто снизит стоимость композита и позволит применить струйную технологию при изготовлении фундаментов.

. Исходя из вышеизложенного,'за основу композитного материала был выбран озерно-ледниковый ленточный суглинок, который является основанием фундаментов в большинстве районой Санкт-Петербурга.

К.омлозит, который нам удалось .составить, мокко отнести к категории улучшенных грунтов - это строительный материал, его рационально использовать при возведении грунтовых подушек, плит 3-х - 4-х эта;кных зданий, а с изменением состава - для плит под тяжелыми сооружениями (Заявка на патент й 5042505/33 (023301) от 19.05.92, репение о выдаче патента от 29.10.92 ЩИ Е 02Д5/12). Низе приводится табл.1, в которой.указаны компоненты фаброармкро-ванного грунта и прочность.

Анализ результатов показал, что песок является необходимой добавкой, такие, как и цемент. Песок повшает трепле ¡.¡е:.яу глинистым грунтом и синтетическими волокнами.

Таблица I

г.э серии , опыта

Состав композита по массе, %

Время

вы-

дерк-

су- пе- це- фиб- во- ки в гли-сок мзнт рд да воде, нок ' ' суток град

Куби-ковая с проч' ность

•ЦП а Ша

Примечания

1 56,4 8 12 0,6 23 3 52 0,185 1,28

28 2,68 модульной -г--——. . . ..-¿лоры длиной

2 55 8 12 1,2 23,8 - 3 ?60 *0,5 1,7 10 1,11

28 . 3,42

3 55 8 12 2,0 23 3

28

£65 £0,5 1,8 3,59

55 -8 12 23,5 3 . 28

£65 £0,5 1,49 С дриченени-о пп ем иизкомо-а,ии дульной фибры длиной ~ т

Необходимо рт^доь, чтр дри-удуцадда етррител^яых свойств грунта основным компонентом' являлся сурдинок «г примерно 56$, 8$'-песок, и 12% г цемену, Так§я $месь позволила получать максимальную нубиковую прочность рри' высоком ддульно^ .фибре т 3,59 МП а и при кизкомодульной г 8,0 {Ц1а, 08 -испытаний образцор композита ое-рии ¡;- 2 в виде {5алдч§а, радпддддедых ва дву?с опорах, определялся предел прочности щ; изэдбе = 9,Р§9§ МП4»'Результаты обработаны по серии идпытаниЛ', ДОеШбШЙ ДО ёЫШШП С?э?й8?й«еек01} :>акано^орцц';ги,

Идея диссер|й.цш{ §Ш.ЧЧ§§¥§Я 1 Ш, Ч?§ § грунте р прмощью пнгка с сиртемрй Щб ?шу?р М§Г§ И б ррецденным}! в нижне- части якорем и енррададй рййУ§рнр$ ПР0ВРЛ0кдй |фР0урйИ9Яся сква--■¡ша. ПодичеМ ¿оды в ркрухении сжатого воздуха разрабатывается го< гцпои7г-1>::ач полость, Откачиваемая на поверхность пульпа сиепива-

ется с ранее извлеченным из скважины грунтов с добавлением для достижения оптимального грансостага, глины, песка, цемента и фибры'(см.табл.1). При этом волокна фибры могут иметь разные формы. Полученная смесь подается под давлением обратно в горизонтальную полость. После заполнения горизонтальной полости шкок обратным вращением поднимается на поверхность с одновременной подачей фиброгрунтоцементного раствора. При начале обратного вращения якорь раскрывается и' закрепляется в грунте в уровне верха горизонтальной плиты. Арматура при вращении инека разматывается и образует спираль в наружном слое фиброгрунтоцементного столба« После' твердения, получаются изготовленные из фиброгрунто-цемзнта- ряд цилиндрических уширений, связанных в горизонтальную плиту с устаяо'влйнной на-ней столбомг способные воспринимать не только' сжимающие'^ но и изгибающие усилия/

Таким образом,, грунтовая пульпа* извлекаемая из размываемой » полости, не удаляется с площадки * а частично используется для приготовления фиброгрунтоцемеятной смеси , которая подается обратно в полость, при этом при изготовлении вертикальных'цилиндрических элементов, кроме фибры, вводится спиральная непрерывная'полимерная арматура, причен изготовление из закрепленного грунта вертикальных и горизонтальных элементов подземных' конструкций осуществляется с помощью одного и того не оборудования, лишь с изменением давления подачи.

Таким образом,- новизна способа заключается в использовании для изготовления подземных конструкций пульпы из местного грунта с добавлением цемента и фибры,- при сохранении под подошвой и с , бокоз конструкций ненарушенного грунта.

Дли лотковых испытаний была изготовлена плита квадратной оораы из армированного фиброй грунта. Размеры плиты в плане

- 12 - •

300 х 300 мм, толщина 50 ш. Нагрузка на плиту от рычажной системы передавалась через четыре жестко заделанные в нее фиброармиро-ванныё сваи диаметром 40 мм, длиной 700 мм, со спиральной арматурой- Ростгерк из стального листа объединял эти сваи и распределял между ними нагрузку от рычага. Сваи выполнены из армогрунто-вой скоси с применением волокон из синтетики, спиральная арматура, идущая по боковой поверхности сваи такие из синтетического шнура.

Таким образом, конструкция задумана как две плиты, нижняя из которых - улучшенный грунт, соединенные сваями, одна из плит передает нагрузку на глубине, а другая - на поверхности грунтового основания. Предложенный фундамент такого типа можно йазвать "двухъярусный фундамент" (рис.1). Содержание компонентов, из которых выполнена плита и сваи, не выходило за пределы, указанные в табл.I.

В тпетьеч главе представлены результаты испытаний двухъярусного фундамента в лотке, математическое моделирование МКЭ.

Главная задача испытаний состояла в сопоставлении несущей способности фундаментов, один из которых установлен на поверхности грунта, а другой состоит из трех элементов: свай, ростверка на поверхности и заглубленной плиты (рис.1). При этом площади и конфигурация фундамента на поверхности ростверка и заглубленной плиты равны.

Рассм^рим характерные графики, представленные на ряс.2. Их глазная особенность заключается в том, что резко отличается не-суцр.н способность этих двух фундаментов при одинаковых нагрузках. .Чюб^одини привести и сопоставить осадки этих двух фундаментов: осадки двухъярусного фундамента развивались практически в линейно."! згдн:;.-)::::сст1: от приложенных нагрузок (кривая 2 на рис.2). еун х■.:•'.згагоздеаниК-ва ггох-ерхноста, давал стандартны!; эффект,

Рис Л. Экспериментальная рычажная установка для испытания двухъярусного фундамента.

I - двухъярусный фундамент; 2 - поперечная' опорная балка; 3 - рычаг; 4 - мессуры; 5 - прогибомер; 6'- лоток; 7 - Пенопласт.

'г.о

2,-О

3,0 4,0 5,0

в,О $.мм

66 132 -.198 - 264 330 396 462 528 594 кЛ°

>

и

1

> »

Штамп 300x300 мм на поверхности

X - опытные испытания 3 - по расчету МКЭ

Двухъярусный фундамент

2 - опытные испитания 4 - по расчету ЖЭ

н

Рис.2. Сравнение результатов испытаний в лотка и ыатэматического моделирования

отраженный во многих работах (кривая I на рис.2). Если перейти на традиционные понятия расчетного сопротивления R , определяемого визуально по графику -"осадка - нагрузка", то в пределах е наших измерений /?д для фундамента на поверхности не менее чем в три раза ниже, чей для двухъярусного фундамента fí¿ . Однако, как было сказано выше, в силу технических причин нам не удалось довести двухъярусный фундамент до предельного состояния, даже при моделировании процесса "осадка - нагрузка" на ЭВМ. Поэтому соотношение расчетных сопротивлений, скорее всего, можно считать заниженными и ориентировочными.

Эффект применения двухъярусного фундамента особенно велик, когда нижняя плита доводится до более плотного ыалосжимаемого грунта.

Результаты вычислений на ЭВМ зависят от нескольких факто-"

ров;

грунтовая модель, воспроизводимая' в лабораторных приборах при определении показателей физико-механических характеристик, вводимых в расчет на ЭВМ, должна соответствовать модели, по которой ведется счет; кроме этого, необходимо учитывать, что изменение. НДС сжимаемой'толвд приводит к изменению показателей физико-механических характеристик грунта, как из этого следует, одному и тому же грунту в разных точках при расче$е на ЭВМ должны присваиваться различные показатели физико-механических характеристик. Технически aso крайне сложно выполнить, в силу того, что не позволяет память ЭВМ. Вероятно, болев простым решением является использование метода инженерно-геологических аналогий (Л.Г.За-варзин, 1975), когда результаты расчета на ЭВМ оопсогавляыгся с натурным экспериментом и в случае их расхождения производится корректировка параметров грунтов в программу. После этого siгч-

- 16 - .

дятся коэффициенты на показатели физико-механических характеристик. По достижению удовлетворительного совпадения такая программа может считаться приемлемой только для решения задачи в аналогичных грунтовых условиях.

Мы не ставили перед собой задачу решения перечисленных проблем, показатели физико-механических характеристик грунтов приняты постоянными.

При моделировании лоткового эксперимента на ЭВМ методом конечных элементов (А.Б.Фадеев, 1987) выполнено два расчета, один из которых представляет определение НДС штампа размером 300 х 300 мм, установленного на поверхности грунта, другой - определение НДС двухъярусного фундамента. В обоих случаях расчетная схема в силу симметрии рассматривается как Головина сечения фундамента и снимаемой толщи. Нагрузки прикладывались ступенями по 66 кПа, характеристики модельного грунта ¡} = 0,£5; С = I кПа;' !р= 33°;

У - 18 кН/м3.

В четвертой главе рассматриваются конструкции оснований -фундаментов из композита, которые логически трансформируются из результатов эксперимента с "двухъярусным фундаментом" в лотке и моделировании на ЭВМ. . ' . ,

Как показали эксперименты в лаборатории,' а также математическое моделирование, двухъярусные фундаменты обладают несущей . способностью, превосходящей более чем в 3 раза фундамент, .находящийся у поверхности. Представляется несомненны.:, что такая конструкция при увеличении глубины низхней плиты фундамента в размерах, представляющих интерес для реального строительства в слабых грунтах, могут обеспечи-рлть значительно большую несущую способность, однако это является предметом других исследований.

В качестве примеров- и предложений мы рассматриваем несколько

новых конструкций, которые могут быть реализованы с помощью струйной технологии или просто используя растворомешалки с укладкой разработанного нами композита в открытый котлован.

« В диссертации приведены примеры расчета фундаментов,' опирающихся на поверхность грунта, "двухъярусного" с шириной подошвы 12 м. Расчет выполнялся на ЭВМ и монет рассматриваться как математическое моделирование с определенными допущениями, а именно -упруго-пластическая задача решается в плоской постановке.

Показатели физико-механических характеристик грунтов в расчете составляли: ^ - кН/м3; ^=19 град; С = 15 кПа; Е = 5 МПа. Сопоставляются результаты расчета двух типов фундаментов, один из' которых установлен на поверхности (рис.3,а), а другой представляет собой предлагаемый нами двухъярусный фундамент, состоящий из двух плит, соединенных сваями-стойками. Нижняя плита находится на глубине 12 м, а вторая - у поверхности. Ширина подошвы обоих фундаментов равна 12 и. Плиты двухъярусного фундамента в первой задаче соединялись двумя сваями диаметром 600 мм (риаЗа,2). Сваи не имели уширения в местах опирания на плиты.

фундамент на поверхности (рис.За, кривая I) потерял устойчивость после достижения давления по подошве 6 = 393 кПа, двухъярусный фундамент потерял устойчивость- при Ь = 528 кПа. Однако это произошло по причине разрушения его нижней плиты, в которой возникли значительные растягивающие напряжения в пролете ме-/ду точками опирания двух свай.

Второй вариант конструкции двухъярусного фундамента отличался от первого тем, что было установлено три сваи - стойки с уширениш.ш в местах опирания в пределах конуса жесткости железобетона под 45 градусов. Формирование призмы продавливзния п:;;

фиброармировании под углом 45 градусов подтверждено нами экспериментально, см.рис.4. Высота конуса составила 1,3 м. Такой конус-уширение выполняется методом струйной технологии, обеспе-с чивает распределение нагрузки и прочность плит, расположенных на поверхности, так и внизу, на глубине 12 м, за счет уменьшения . зон растягивающих напряжений.

Применение уширений в местах опирания исключило разрушение плиты, при этом достичь потери устойчивости, даже при. 6 = 594 кПа, не удалось, хотя осадка составила 30 см.

Расчеты "осадка - нагрузка", выполненные для сравниваемых фундаментов на грунтах с модулем деформации 50 МПа, подтвердили большую несущую способность двухъярусной конструкции. При этом грунт в основании фундамента на поверхности (рис. , кривая I) при осадке 3 см и 6 = 792 кПа перешел в пластическое состояние, образовались обширные зоны выпора. Двухъярусный фундамент при той же осадке передавал давление на 'грунт 6 = 1188 кПа и не проявлял тенденций к патере устойчивости, о чем свидетельствует пологая кривая 2 (рис.З,«).

Предложен двухъярусный фундамент, .проведены его лотковые испытания, а также математическое моделирование на ЭВМ методом конечных элементов. Однако возможности струйной технологии этим не исчерпываются, а в сочетании с .фиброармированием они значительно расширяются, т.к. применение фибры при строительстве фундаментов увеличивают конус жесткости- от 30 до 45 градусов. Необходимо отметить, что предлагаемое нами решение, когда'фундамент изготавливается из смеси суглинка, песка, цемента и фибры (композита), не позволяет получить прочности, равной цементному камни, тем не менее кубиковая прочность составляет более 3 "Па и ее достаточно для возгедения оснований, фундаментов и да^.е эдан:::!

Ь

1

44 « ^ . / /// //Г \ч\ \\\ * « V? / ¿и ^ и ( о V ¿г, \» * V* г Г \ (/г г 3 -н X ^ Ом

300ММ

го о

I £

Рис.4. Схема продавлявания при нагружении плиты-из композита. Призма продавли-вания форлировалась под углом 45 градусоб

Рио.5. Возможная конструкция фундамента из .Композита. ,

I - фундамент из композита; 2 - Мена здания (малоэтажного) из композита; 3 - протйвокапиллярная изоляция; 4,5- традиционная песчаная подушка и железобетонный фундамент

небольшой этажности.

Рассмотрим две возможные конструкции оснований'и фундаментов, возводимые методом струйной технологии с применением фибро-. армирования. Не исключаетоя изготрвление этих фундаментов традиционно, из цементного камня, однако дане в этом случае добавление фибры радикально изменит свойства полученного материала.

На рис.5 показана такая конструкция, дающая симбиоз грунтовой подушки из композита и фундамента. Наиболее простой вариант -это фундамент, выполненный под углем призмы продавливания композита, т.е. 45 градусов. Расчет такого фундамента - подушки не отличается от предложенного в СНиП 2.01.01-83 "Основания зданий и сооружений" и он не требует проверки н?1 продавливание конструкцией, которая опирается на него. Тем не менее, он является более экономичный, чем традиционный по расходу материалов.

Основные выводы и предложения .

1. Традиционные армогрунтовые сооружения технологически реализуются путем экскавации котлована, ручного монтажа арматуры, послойной отсыпки грунта с уплотнением.

Предлагаемый- метод армирования исключает откопку котлована, т.к. он представляет .сочетание струйной технологии с фибро-армирование;.: из местного грунта (песка, глины,'суглинка)' с соответствующими компонентами, в число которых входит цемент и -фибра (отходы синтетического волокна).

2.' Разработанный состав композита (армогрунта) предполагает сочетание суглинка, песка, цемента,-и синтетических волокон (фибры), и может быть усовершенствован, т.к. он получен экспериметально

для Северо-Западного региона и основным компонентом являлся лен- ' точный суглинок. ',

- 23 -

3. Полученный композит способен набрать прочность под водой и может по показателям прочности применяться как искусственно улучшенный грунт (основание) или фундамент для малоэтажных сооружений, его также можно использовать для строительства подземных сооружений.

4. Сравнительное исследование фундаментов позволило установить, что двухъярусная конструкция имеет несущую способность, значительно превосходящую несущую способность мелко заложенного фундамента.

5. Грунтовые подушки, фундаменты или плиты предлагается изготавливать полностью из армогрунта (композита), что-должно обеспечить изотропность их прочностных свойств. Не исключается изготовление грунтовых подушек без применения струйной технологии, а именно, в открытых котлованах.

6. Устройство оснований или фундаментов из улучшепного грунта, в составе которого около 55 процентов местного ленточного суглинка и, 8 процентов песка в сочетании с цементом, фиброй и водой, позволяет получить экономический эффект по сравнению с западной технологией за счет сокращения, расхода цемента в 8...9 раз, соответственно сокращаются транспортные расходы и трудозатраты.