автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Взаимодействие регулируемых фундаментов с грунтовым основанием зданий при подъеме и выравнивании домкратами

На правах рукописи

Скибин Михаил Геннадьевич

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РЕГУЛИРУЕМЫХ ФУНДАМЕНТОВ С ГРУНТОВЫМ ОСНОВАНИЕМ ЗДАНИЙ ПРИ ПОДЪЕМЕ И ВЫРАВНИВАНИИ ДОМКРАТАМИ

05.23.02 Основания и фундаменты, подземные сооружения 05.23.08 — Технология и организация строительства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ь ¿314

005546982

Волгоград - 2014

005546982

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова»

Научный руководитель:

Субботин Анатолий Иванович

кандидат технических наук, доцент

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Зотов Михаил Витальевич

кандидат технических наук, доцент

Полищук Анатолий Иванович

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет», зав. кафедрой «Основания и фундаменты»

Бурлаченко Олег Васильевич

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет», зав. кафедрой «Технологии строительного производства»

ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)»

Защита состоится «21» мая 2014 г. в 10-00 на заседании диссертационного совета Д 212.026.04 при ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1, ауд. Б-203.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет».

Автореферат разослан «26» марта 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

' Акчурин Талгать Кадимович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность. Урбанизация территорий, развитие городской инфраструктуры является мощным фактором антропогенного воздействия на все компоненты окружающей среды включая гидрогеологические условия, поскольку строительство и эксплуатация любых сооружений всегда вызывает те или иные отклонения от состояния природного экологического равновесия. При этом нарушение сложившейся геоэкологической обстановки неизбежны даже при самом тщательном соблюдении всех норм и правил строительного производства и эксплуатации. В совокупности с несовершенством существующих методов расчета, а также ошибками, допущенными при проектировании, строительстве и эксплуатации объектов строительства, указанные обстоятельства приводят к наличию достаточно большого количества аварийных и требующих капитального ремонта зданий. В связи с этим необходимо применять и разрабатывать эффективные и экономически выгодные методы по сохранению и восстановлению эксплуатационной надежности строительных объектов, в том числе, по защите от сверхнормативных неравномерных деформаций и по их устранению. Наиболее эффективным из апробированных способов устранения сверхнормативных кренов является выравнивание зданий с помощью плоских домкратов.

Мало изученным фактором, при выравнивании зданий домкратами, является изменение напряженно-деформированного состояния грунтового основания зданий и сооружений с регулируемыми фундаментами. Учет данных особенностей позволит усовершенствовать и автоматизировать системы с плоскими домкратами для подъема и выравнивания зданий, разработать наиболее эффективные и экономичные конструктивные решения регулируемых фундаментов и тем самым значительно сократить затраты на защиту или устранение сверхнормативных деформаций зданий и сооружений. На основании изложенного изучение напряженно-деформированного состояния грунтового основания регулируемых фундаментов зданий и сооружений при их защите от неравномерных деформаций является актуальной задачей.

Цель и задачи исследований. Цель работы является оценка изменения напряженно-деформированного состояния основания регулируемого фундамента на различных стадиях подъема и выравнивания здания, направленная на развитие технологических решений.

Задачи исследований:

1. Экспериментальные исследования работы основания регулируемых фундаментов на различных технологических стадиях подъема и выравнивания;

2. Теоретические исследования НДС основания регулируемого фундамента с использованием численных и инженерных методов;

3. Разработка технологии выравнивания зданий с применением регулируемых фундаментов переменной жесткости;

4. Разработка методики определения и прогнозирования напряженно-деформированного состояния основания регулируемого фундамента.

Научная новизна исследований:

1. Получена новая информация о напряженно-деформированном состоянии основания регулируемого ленточного фундамента в экспериментальных исследованиях на моделях.

2. Экспериментально подтверждены особенности изменения НДС основания регулируемого фундамента при подъеме и выравнивании, численное обоснование которых представлено в работах М.В. Зотова и В.Д. Зотова.

3. Выполнена оценка влияния жесткостных параметров регулируемого фундамента на изменение НДС грунтового основания при подъеме и выравнивании.

4. Развита методика расчета и технология устройства регулируемых фундаментов.

Практическая ценность

- разработан программный комплекс «СОТИ», позволяющий автоматизировать экспериментальные исследования по исследованию НДС грунтовых оснований с помощью тензометрических приборов;

- разработаны рекомендации по проектированию и оптимизации параметров регулируемых фундаментов;

- разработаны новые конструктивные решения и технологии устройства регулируемых фундаментов, приоритетная новизна которых защищена патентами на изобретения и полезные модели;

- результаты исследований апробированы и внедрены в производственную практику научно-производственной фирмы «Интербиотех» при разработке проектов регулируемых фундаментов для подъема и выравнивания многоэтажных зданий в г. Ростове-на-Дону, Москве, Нальчике, Волгодонске, Туапсе и Сухум.

Достоверность результатов. Достоверность новых результатов обеспечивается использованием общепризнанных методов и законов механики грунтов, применением для численных расчетов стандартных программ, а для экспериментальных исследований апробированных методик проведения опытов.

Внедрение результатов работы. Результаты исследований и практические рекомендации, приведенные в диссертационной работе, внедрены:

- при подъеме и выравнивании здания жилого 14-ти этажного дома в Кабардино-Балкарской республике г. Нальчик ул.Гагарина, 164;

- при устранении кренов методом подъема и выравнивания гидродом-кратной системой с плоскими домкратами жилых зданий различной этажности в г. Ростове-на-Дону;

- при проектировании регулируемых фундаментов и производстве работ по подъему и выравниванию целого ряда жилых домов 96 серии в г.Волгодонске;

- при выравнивании 10-ти этажных зданий в Польше г. Катовице ул. Войчека 5;

- при разработке проекта регулируемого фундамента для подъема и выравнивания 9-ти этажного здания в Абхазии г. Сухум ул. Бассария, 73;

- в практику строительной фирмы ООО НПФ «Интербиотех» при восстановлении эксплуатационной надежности зданий и сооружений подвергшихся действию неравномерных деформаций грунтового основания.

На защиту выносятся:

1. Результаты обобщения и обработки экспериментальных исследований по изучению НДС основания регулируемого фундамента.

2. Программа для ЭВМ «СОТИ» по автоматизации экспериментов и обработке информации при изучении НДС основания с помощью тензометриче-ских приборов.

3. Усовершенствованный метод расчета и проектирования регулируемых фундаментов.

4. Новые конструктивные решения регулируемых фундаментов переменной жесткости.

5. Технология устройства регулируемых фундаментов переменной жесткости для выравнивания зданий и сооружений с обжатием грунтового основания.

Апробация диссертации Основные положения диссертационной работы докладывались на международных научно-практических конференциях в г.г.Санкт-Петербург, Волгоград, Нальчик в 2009 году, на всероссийской научно-технической конференции «Механика грунтов в геотехнике и фундаменто-строении» (г. Новочеркасск 2012 г.), на научных семинарах Ростовского регионального отделения Российского общества по механике грунтов, геотехнике и фундаментостроению, на ежегодных научно-технических конференциях строительного факультета ЮРГПУ (НПИ). За разработку и внедрение конструкций регулируемых фундаментов, а также технологий по подъему и выравниванию зданий и сооружений решением президиума РОМГГИФ автор был удостоен диплома им. профессора Ухова С.Б. (Москва, 2010).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 21 опубликованных работах, в том числе 3 статьи в научных журналах и изданиях, которые включены в перечень российских рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертаций, а также 1 патент на изобретение, 7 патентов на полезную модель и 1 свидетельство о регистрации программ.

Личный вклад автора:

- проведен анализ научной литературы, нормативной документации по проектированию и расчету оснований при устройстве регулируемых фундаментов;

- исследованы существующие методы расчета, численного и экспериментального моделирования ленточных фундаментов и оснований, при их возможном использовании в качестве регулируемого фундамента;

- разработан алгоритм и сценарий работы программного комплекса «СОТИ» по автоматизации экспериментальных исследований;

- получены экспериментальные данные по изменению напряженно деформированного состояния грунтового основания на основных стадиях работы моделей регулируемых фундаментов;

- проведено численное моделирование работы регулируемых фундаментов различной жесткости с учетом истории загружения основания;

- на основе сопоставления данных численного и экспериментального моделирования с результатами расчетов оснований фундаментов по существующим методикам, внесены предложения в порядок расчета и проектирования регулируемых фундаментов;

- предложены новые конструкции и технологии устройства регулируемых фундаментов;

- разработана технологическая карта устройства регулируемого фундамента переменной жесткости, включающая применение современных средств механизации работ;

- разработана новая система мониторинга за состоянием грунтового основания, при котором обеспечивается дополнительная безопасность при производстве работ при подъеме и выравнивании зданий.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, включающего 124 наименования и 3 приложений. Полный объем диссертации 214 страниц, включая 97 рисунков и 26 таблиц. Основной текст диссертации (без оглавления, списка литературы и приложений) содержит 173 страницы печатного текста.

Диссертационная работа выполнена в 2008-2013 г.г. в русле научного направления НПО «Интербиотех»: «Подъем и выравнивание зданий и сооружений с помощью плоских домкратов» (руководитель Зотов В.Д.), и научной школы ЮРГТУ (НПИ): «Механика грунтов, основания и фундаменты» (руководитель Скибин Г.М.).

Автор выражает признательность за помощь при выполнении исследований научному руководителю, к.т.н., доценту, Субботину А.И. и научному консультанту, к.т.н., доценту, Почетному строителю РФ Зотову М.В.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность совершенствования технологий устройства регулируемых фундаментов с учетом их совместной работы с грунтовым основанием, формулируется цель выполненного исследования, задачи, ее научная новизна, практическая ценность и общая характеристика работы.

В первой главе систематизированы причины возникновения неравномерных деформаций зданий и сооружений, дан обзор и проведен анализ изученности темы диссертационной работы.

Развитие деформаций фунтового основания, в особенности их неравномерности, влечет за собой изменение положения в пространстве зданий и сооружений, а также напряженно-деформированного состояния их конструкций. По данным исследований профессора Ананьева В.П. причиной проявления неравномерных деформаций в одном случае могут быть грубые ошибки, допу-

щенные в процессе выполнения инженерно-геологических изысканий, проектирования и строительства зданий, в другом - влияние происходящих природных и техногенных процессов при их эксплуатации. Урбанизация территорий, развитие городской инфраструктуры является мощным фактором антропогенного воздействия на все компоненты биосферы, поскольку строительство и эксплуатация любых сооружений всегда вызывает те или иные отклонения от состояния природного экологического равновесия. В работах Мурзенко Ю.Н., Скибина Г.М., Передельского П.В., Приходченко O.E., Казакова И.Г., Слинко О.В, Ткачука Э.И. показано, что нарушение сложившейся природной обстановки неизбежны даже при самом тщательном соблюдении всех норм и правил строительного производства и эксплуатации.

Проблема развития неравномерных деформаций грунтового основания зданий и сооружений имеет распространение в районах со сложными инженерно-геологическими условиями, которые покрывают обширные территории Российской Федерации и стран ближнего зарубежья. Согласно сбору информации о кренящихся зданиях, только в Ростовской области насчитывается более 100 жилых многоэтажных домов, крены которых во много раз превышают нормативные значения.

Сегодня существует большое количество способов защиты зданий и сооружений от неравномерных деформаций, которые применяют как на стадии проектирования и возведения, так и во время эксплуатации объектов строительства. Помимо традиционных способов и методов защиты зданий от неравномерных деформаций оснований, регламентированных в действующей нормативной документации, геотехниками разрабатываются инновационные конструкции фундаментов, применимые в определенных грунтовых и эксплуатационных условиях. К таким технологиям можно отнести: - устройство теплоизоляционных фундаментов; устройство фундаментов способных к развитию и приспособлению при изменении грунтовых условий или эксплуатационных нагрузок; устройство регулируемых фундаментов.

Российский опыт в применении методики подъема и выравнивания зданий и сооружений домкратами известен с 30-х годов прошлого столетия. Способ временного перекрепления зданий на гидравлические домкраты, описанный в работах проф. Генделя Э.М., широко зарекомендовал себя при строительстве метрополитена в Москве.

Устройство регулируемых фундаментов подразумевает выполнение кон-

струкций фундаментно-подвальной части с возможностью размещения в ней силовых элементов (домкратов, термопластин) с помощью которых корректируется геометрическое положение здания в пространстве. В конце 80-х годов благодаря работам Клепикова С.Н. метод подъема здания плоскими домкратами нашел отражение в СНиП. Сегодня развитием данного направления фун-даментостроения активно занимается научно-производственная фирма «Ин-тербиотех.

С развитием цифровых и электронных технологий появились электрогидравлические системы для подъема и выравнивания с помощью домкратов, объединенные единым пультом управления и контролем перемещений здания в пространстве. В 1977-1985гг. Киевским НИИСК апробированы системы с плоскими домкратами для подъема и выравнивания на 5-9-ти этажных домах с регулируемыми фундаментами в гг. Горловке, Ворошиловграде, Никополе и Волгодонске.

Научно-производственная фирма «Интербиотех», совершенствуя Киевскую технологию, разработала ряд электрогидравлических систем с плоскими домкратами для подъема и выравнивания зданий, последняя из которых, система четвертого поколения оснащена единым узлом управления на базе микропроцессорного комплекса с двумя компьютерами для управления домкрат-ными узлами и наблюдением за перемещениями.

Можно выделить следующие положительные стороны технологии подъема и выравнивания зданий и сооружений с помощью электрогидравлических систем с плоскими домкратами: возможность применять на зданиях с любыми конструктивными схемами, грунтовыми и технологическими условиями, и с любыми фундаментами; весь цикл работ выполняется без прекращения эксплуатации зданий и отселения жителей; высокий контроль и управляемость всего процесса выравнивания.

Однако при расчете и проектировании регулируемых фундаментов для подъема и выравнивания зданий слабо изученными остаются вопросы поведения грунтового основания в процессе изменения схемы загружения фундаментов на стадиях подъема, а также вопросы совместной работы фундаментов и оснований. В существующих методиках расчета регулируемых фундаментов основание принималось как несжимаемое, либо с граничными условиями Винклеровской теории.

Таким образом, одной из задач исследований является разработка до-

ступной методики для оценки работы регулируемого фундамента и его основания при подъеме и выравнивании зданий домкратами. Для этого требуется проведение ряда теоретических и экспериментальных исследований.

К первым экспериментальным исследованиям работы грунтовых оснований в процессе нагружения относятся опыты Курдюмова В.И. (1889 г.), в которых впервые обнаружен криволинейный характер линий скольжения. Минаев П.А. (1916 г.) провел ряд опытов с целью определения интервала применимости решений теории упругости к сыпучим грунтам. Существенный вклад в развитие экспериментального изучения работы грунтовых оснований под нагрузкой внесли Давиденков H.H., Покровский Г.И., Лазебник Г.Е., Лалетин Н.В., Федоров И.С., Бобков В.Ф., Березанцев В.Г., Родштейн А.Г., Малышев М.В., Евдокимов П.Д., Мурзенко Ю.Н., Криворотов А.П. и др.

В 1950-1952 г.г. по инициативе Горбунова-Посадова М.И. Родштейн А.Г. провел опыты, открывающие новый этап в экспериментальных исследованиях распределения контактных напряжений. Впервые в стране он применил проволочную тензометрию для измерения напряжений в грунтах, сконструировал первые тензометричекие месдозы.

К наиболее полным исследованиям распределения контактных напряжений в условиях пространственной задачи под жесткими незаглубленными моделями следует отнести работы Мурзенко Ю.Н..

В экспериментальных исследованиях по изучению НДС оснований, проведенных до настоящего времени, крайне мало работ посвященных распределению компонент тензора напряжений и особенно тензора деформаций в глубине массива основания, обширная в этом плане программа экспериментальных исследований осуществлена в Южно-Российском государственном политехническом университете (НПИ) имени М.И. Платова.

Начало по исследованию взаимодействия регулируемого фундамента с грунтовым основанием положено в диссертационной работе Зотова М.В. Необходимость в этом появилась в результате возникновения дополнительных осадок фундаментов в процессе подъема и выравнивания, которые были обнаружены на некоторых объектах и могли свидетельствовать об изменении напряжений на грунтовое основание при переводе здания на домкраты.

Зотовым М.В. и Зотовым В.Д. в диссертационных работах представлены аналитические расчеты для различных схем работы домкратов, при этом их основой было равенство эпюр отпора грунта и нагрузки действующей на

опорную часть регулируемого фундамента, а здание принималось абсолютно жесткими.

В результате анализа литературных источников уточнена цель диссертационной работы и сформулированы задачи исследования.

Во второй главе представлена методика и результаты экспериментального моделирования по исследованию НДС основания регулируемых фундаментов.

Экспериментальные исследования направлены на изучение напряженно-деформированного состояния основания регулируемых фундаментов на моделях в лабораторных условиях. Комплекс работ основан на результатах ранее проведенных исследований, применении современного оборудования и апробированных методик экспериментального моделирования.

Экспериментальные исследования проводились в лаборатории оснований и фундаментов кафедры «Промышленное гражданское строительство, геотехника и фундаментостроение» ЮРГТУ на испытательной машине МФ-1 конструкции Мурзенко Ю.Н., которая является центральным звеном автоматизированной системы научных исследований (АСНИ) оснований и фундаментов на моделях.

Основанием для моделей служит среднезернистый воздушно-сухой песок Орловского карьера Волгоградской области со средней плотностью р=1,68г/см3, модулем деформации Е=20,75МПа и углом внутреннего трения <р=43° 16'.

Измерение напряжений в основании моделей фундаментов основано на измерении сигнала от высокочувствительных тензометрических преобразователей напряжений (месдоз) МК-37, 26 (пределы измерений 0+0.25 МПа) конструкции Мурзенко Ю. Н. и МЦМ-2 (пределы измерений 0-5-0.3 МПа, 0+0.5 МПа, 0-КМПа) конструкции Лазебника Г. Е.

Электрические сигналы от тензометрических преобразователей фиксировались тензометрической системой СИИТ-3, дополненную периферийными устройствами, которые позволяют передавать всю считанную информацию для дальнейшей автоматической обработки на компьютер.

Перемещения и прогибы моделей фундаментов измерялись с помощью прогибомеров 6-ПАО и индикаторов часового типа ИЧ-10 МН Кл.0. ГОСТ 577-68 с ценой деления 0,01 мм, устанавливаемых в фиксированных точках.

На этапе подготовки экспериментов с участием автора разработана про-

грамма «Система обработки тензометрических измерений» («СОТИ»), которая позволила автоматизировать эксперимент, и дала возможность обрабатывать и анализировать результаты в ходе проведения опытов.

Основой получения достоверных результатов экспериментальных исследований НДС оснований на моделях регулируемых фундаментов является необходимость учитывать особенности их работы и соблюдение условий моделирования. На рисунке 1 представлены основные положения организации методики экспериментального моделирования работы грунтового основания регулируемых фундаментов.

Рисунок 1 - Организация методики экспериментального моделирования.

С учетом представленной методики и соблюдением условий моделирования разработана модель регулируемого фундамента, за прототип принят ленточный регулируемый фундамент, состоящий из железобетонной непрерывной ленты, шириной 1500 мм, и цокольно-подвальной стены шириной 600 мм с шагом домкратных проемов 2000 мм.

Для проведения экспериментов, исходя из условий моделирования, размеров лотка в плане и масштабного множителя тъ=0,2, приняты следующие параметры модели регулируемого (рисунок 2):

- ширина ленты Ьм - 300 мм, длина 1м - 2440 мм, толщина Ьм - 60мм;

- материал модели - фанера марки ФСФ и ФСБ;

- шаг сосредоточенных сил — 400 мм;

Конструкцией модели предусмотрены опорные элементы ОП1 и ОП2 позволяющие учитывать этапы работы регулируемого фундамента и, с помощью которых можно трансформировать нагрузку из равномерно-распределенной в сосредоточенные силы (рисунок 2).

Рисунок 2 - Конструкция модели регулируемого фундамента.

Исследования предполагали проведение серии экспериментов направленных на изучение влияния жесткости фундамента на НДС основания, поэтому в опытах использовались различные сечения модели регулируемого фундамента, с вариацией высоты фундаментной стенки. На рисунке 3 представлены сечения моделей регулируемого фундамента.

а) 5) д)

Рисунок 3 - Поперечные сечения моделей регулируемого фундамента: а) модель РФ №1, модель РФ №2, модель РФ №3.

Программа экспериментальных исследований включала проведение 12 опытов из четырех серий экспериментов направленных на исследование влияния жесткостных параметров ленточного регулируемого фундамента на изменение напряженно-деформированного состояния основания с учетом стадий подъема и выравнивания.

В первой серии из двух опытов для выбранной модели регулируемого фундамента определена несущая способность фунтового основания при действии равномерно-распределенной нагрузки. В следующих экспериментах значение нагрузок на модель фундамента рассчитывалась с учетом полученного предельного давления.

Во второй серии исследовано распределение вертикальных нормальных напряжений в основании регулируемого фундамента при статическом загру-жении сосредоточенными силами различного значения из расчета среднего давления по подошве фундамента в долях от предельного - 0,22Рпр=100кПа, 0,43Р„р=200кПа, 0,54Рпр=250кПа, 0,65Р„р=300кПа.

В третей серии исследовано распределение вертикальных нормальных напряжений в основании моделей с различной жесткостью опорной части при постепенном изменении нагрузок от равномерно-распределенной к дискретной.

В четвертой серии экспериментов исследовано изменение горизонтальных нормальных напряжений в основании регулируемого фундамента при трансформации нагрузки из равномерно-распределенной в дискретную для моделей различной жесткости.

Для исследования напряжений в основании регулируемого фундамента выбрано два сечения:

- первое сечение по оси дискретной нагрузки, что при подъеме соответствует действию домкрата (сечение 1-1);

- второе межу дискретными нагрузками, т.е. между домкратами (сечение

2-2).

Месдозы устанавливались как на контакте фундамента и основания, так и в самом основании модели регулируемого фундамента, на глубине - 0.25Ь, 0.5Ь, 1Ь, 1.5Ь и 2Ь, с шагом в поперечном направлении 0.5Ь, где Ь - ширина подошвы фундамента. Схема проведения эксперимента представлена на рисунке 4.

1-АМ

— - места установки месдоз;

1 -1 - сечснис в месте действия дискретной силы;

2 - 2 - сечение между дискретными усилиями;

Рисунок 4 - Схема проведения опытов.

По результатам опытов получены схемы распределения нормальных напряжений в грунтовом основании моделей регулируемых фундаментов в виде эпюр и изолиний (рисунок 5), зависимости общих осадок основания моделей от нагрузки.

Рисунок 5 - Схемы распределения нормальных вертикальных напряжений а, в опыте № 8: а) эпюры контактных напряжений вдоль модели; б) изолинии напряжений в основании при дискретной нагрузке на модель.

Основные положения по результатам экспериментальных исследований представлены в общих выводах.

В результате проведенных исследований решены следующие задачи:

- разработана методика экспериментального моделирования с применением автоматизированной системы обработки данных;

- установлено влияние истории загружения на НДС основания модели регулируемого фундамента;

- изучено распределение напряжений в основании модели регулируемого фундамента в момент постепенного преобразования равномерно-распределенной нагрузки в сосредоточенные силы;

- исследовано влияние жесткостных параметров регулируемого фундамента на распределение напряжений в грунтовом основании.

В третьей главе приведены результаты теоретических исследований НДС основания регулируемого фундамента по различным методикам, включающих как аналитические, так и численные решения.

В качестве исходных данных для теоретических исследований, для проведения сравнительного анализа результатов расчетов, приняты параметры и условия экспериментальных лотковых испытаний.

На основании анализа принципов работы грунтового основания регулируемых фундаментов, установлены особенности его работы и определены возможные случаи изменения расчетных схем.

Инженерные расчеты проведены по существующим методикам теории конструкций на упругом основании, при этом расчетные схемы регулируемых фундаментов были представлены, в виде балок с соответствующими жест-костными параметрами, лежащих на однородном сплошном упругом основании и нагруженных сосредоточенными усилиями.

Для учета истории загружения и исследования напряжений по глубине основания регулируемых фундаментов проведен численный анализ в программном комплексе Р1ах18.

На рисунке 6 приведены изополя распределения расчетных вертикальных напряжений аг для двух сечений совмещенные с изолиниями напряжений, полученными экспериментально в опыте № 8.

Сечение 1 - 1 Сечение 2-2

Рисунок 6 - Изолинии и изополя нормальных вертикальных напряжений по

расчетным и экспериментальным данным.

В результате сравнительного анализа результатов теоретических инженерных и численных расчетов с данными экспериментального моделирования установлено:

1) Использование только лишь инженерных методов расчета оснований регулируемых фундаментов недостаточно, т.к. существующие методики способны отразить только лишь каждый этап устройства и работы регулируемого

фундамента в отдельности. Также по приведенным ранее методикам невозможно оценить изменение НДС основания по глубине грунтового массива, что играет не мало важную роль при определении активной зоны влияния жестко-стных параметров, а следовательно и глубины закрепления грунтов основания перед подъемом и выравниванием зданий.

2) Результаты численного моделирования совпадают с данными экспериментальных исследований с погрешностью 5-10%, что говорит о возможности использования данной методики при расчете и проектировании регулируемых фундаментов в соответствующем интервале нагрузок.

3) Использование теории расчета конструкций на упругом основании для получения адекватных результатов, соответствующих реальной работе грунтового основания регулируемого фундамента, возможно при жесткости опорной части регулируемого фундамента, для которой не важен учет истории загружения.

В соответствии с проведенным анализом разработаны практические рекомендации по расчету регулируемых фундаментов с учетом их взаимодействия с грунтовым основанием, которые позволяют проектировать технологию подъема и выравнивания зданий и сооружений, как на естественных основаниях, так и при закреплении грунтового массива.

Установлено несколько случаев организации совместной работы и взаимодействия регулируемых фундаментов и грунтового основания.

В первом случае, параметры регулируемого фундамента принимают таковыми, что изменение схем нагружения на различных этапах подъема и выравнивания не приводит к дополнительным воздействиям на грунтовое основание. При этом граничные условия расчета следующие: регулируемый фундамент ленточного типа на естественном грунтовом основании, деформации которого стабилизировались. В основу данной методики положено применение метода расчета конструкций на упругом основании Горбунова-Пассадова, по которой выполняют расчеты опорной части регулируемого фундамента на действие сосредоточенных сил от домкратов. При этом итерационно, варьируя высотную привязку низа домкратных проемов, подбирается такая жесткость регулируемого фундамента, при которой контактные напряжения по подошве вдоль фундамента не изменяются, а их значения близки к среднему давлению при равномерно-распределенной нагрузке на фундамент.

Во втором случае, существующие конструктивные особенности здания

не позволяют создать достаточно жесткую опорную часть регулируемого фундамента, при которой дополнительного воздействия на основание при изменении схем нагружения не происходит, т.е. изменение напряженно-деформированного состояния основания при переводе здания на домкраты неизбежно. В этой связи проектирование основания может вестись по двум направлениям с закреплением грунтов и без него, данное решение принимается в зависимости от степени стабилизации деформаций грунтов и их несущей способности, а также от технического состояния наземных конструкций здания.

При проектировании закрепления грунтового основания определяют глубину закрепляемой зоны, которая ограничивается активной зоной, в которой происходит изменение НДС основания регулируемого фундамента при подъеме и выравнивании здания, что позволяет минимизировать объем работ по усилению грунтов. В этом случае при расчете выполняют численное моделирование работы регулируемого фундамента при подъеме и выравнивании с учетом истории загружения и использованием модели грунта в виде упрочняющейся среды. Глубина активной зоны ограничивается отметкой, ниже которой напряжения в грунтовом массиве для всех схем нагружения регулируемого фундамента не изменяются.

Если проектирование регулируемого фундамента ведется без закрепления грунтового основания, то дополнительно требуются поверочные расчеты несущей способности опорной части регулируемого фундамента и дополнительных деформаций грунтов, в соответствие требованиям действующих строительных норм. Для этого на стадии численного моделирования определяются усилия и деформации конструкций и грунтов основания.

В третьем случае, необходимо при подъеме и выравнивании максимально возможно воздействовать на грунтовое основание, для создания дополнительных деформаций со стороны противоположной крену. При этом регулируемый фундамент проектируется таким образом, что со стороны крена его параметры отвечают условиям первого случая, а с противоположной опорная часть выполняется максимально гибкой, но с обеспечением несущей способности конструкций. Конструктивные решения и технология устройства такого регулируемого фундамента разработаны в 4 главе диссертационной работы.

Для всех расчетных случаев автором рекомендовано производить оптимизацию положения домкратных узлов в плане. При оптимальной расстановке необходимо чтобы нагрузка, приходящая на группы домкратов от веса здания,

распределялась поровну на каждый домкрат. Для этого итерационно изменяют положение домкратных узлов и методами численного моделирования проводят расчеты здания в стадии подъема с определением усилий приходящих на каждый домкрат.

В четвертой главе представлены новые разработки конструктивных и технологических решений регулируемых фундаментов с переменной жесткостью опорной части для подъема и выравнивания зданий и сооружений с обжатием грунтового основания. Также предложена новая система мониторинга для оценки напряженно-деформированного состояния грунтового основания регулируемого фундамента при подъеме и выравнивании с применением авторского автоматизированного программного комплекса «СОТИ» и контактных датчиков давления грунта.

На рисунке 7 представлено запатентованная полезная модель конструктивного решения регулируемого фундамента с переменной жесткостью опорной части.

А)

уытвпж шяш ыюки

^--

/¡трлтш прям

от ащы | ■ сШза

ига =3 1 6Э 1 / 1 1 1

\ / -1- *т

КСН.ККАЦНтШЕ ОТд У

■ чг ///¿ул.',■;.■ >у/>/ \ фщлтяш ЦЕНТА

Б)

»чшиптш пмшг ыш

домкратом: ют

_ЕЗ_1г

]р§Г

МН ЛНгт

I отрызТ

\ фущкетш /¡ГИТА

Рисунок 7 - Регулируемый фундамент с переменной жесткостью с цоколыю-подвалышй частью из сборных фундаментных стеновых блоков: А) вид до подъема и выравнивания; Б) вид после подъема.

Эффективность конструкции регулируемого фундамента с переменной жесткостью опорной части заключается в возможности повышать несущую способность грунтов естественных оснований фундаментов на локальных участках с обеспечением надежности и контролируемости всех процессов технологии подъема и выравнивания.

На основании проведенных лабораторных исследований с применением электротензорезистивного способа измерения напряжений и деформаций, разработана схема организации мониторинга при подъеме и выравнивании зда-

ний и сооружений на естественных основаниях (рисунок 8).

Рпсупок 8 - Схема организации мониторинга при подъеме н выравнивании зданий и сооружений на естественных основаниях.

Система мониторинга позволяет выполнять оценку НДС грунтового основания при подъеме и выравнивании в режиме реального времени, в соответствии с которой, на этапе анализа результатов мониторинга, выполняется экспресс проверка несущей способности опорной части регулируемого фундамента на действие измеренного реактивного давления основания Р..

В пятой главе представлено внедрение результатов исследований, авторских разработок и рекомендаций в строительную практику повышения эксплуатационной надежности аварийных зданий и сооружений претерпевающих неравномерные деформации грунтового основания.

С 2008г по 2013г автор принимал участие в разработке более 10 проектов прошедших государственную экспертизу, и реализованных при выравнивании сверхнормативных кренов и восстановлении эксплуатационной надежности данных объектов. При этом были внедрены разработки 12, 14-16, 21, согласно списка работ, опубликованных по теме диссертации.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. Основной причиной эксплуатационной непригодности строительных объектов в большинстве случаев является сверхнормативные неравномерные деформации грунтового основания. Широкое применение и внедрение в строительной индустрии для восстановления эксплуатационной пригодности аварийных зданий претерпевших неравномерные деформации получила тех-

нология подъема и выравнивания с помощью электрогидравлических систем с плоскими домкратами.

2. Недостаточно изучены особенности работы грунтового основания на различных стадиях подъема и выравнивания зданий.

3. Автором разработан алгоритм и сценарий работы программного комплекса «СОТИ» для автоматизации экспериментальных исследований по изучению НДС грунтовых оснований, который позволяет оптимизировать все этапы опытов и сократить время анализа результатов и математической обработки данных. К тому же в условиях натурного эксперимента технические возможности программы позволяют создавать системы геотехнического мониторинга.

4. Экспериментально показано, что при дискретизации равномерно-распределенной нагрузки на модель регулируемого фундамента (перевод здания на домкратные опоры), возможно изменение напряжений в основании, при этом в сечении между домкратами нормальные напряжения уменьшаются, а под домкратами возрастают, а грунтовое основание получает дополнительную вертикальную деформацию.

5. Экспериментально установлено, что учет истории загружения влияет на напряженно - деформированное состояние основания регулируемого фундамента, при этом значения деформаций и нормальных напряжений с учетом истории изменения загружения, соответствующих различным стадиям работы регулируемого фундамента, выше, чем без учета.

6. Характер и величина изменения напряжений и дополнительных деформаций основания, при равных грунтовых условиях, зависит от жесткости опорной части регулируемого фундамента, чем больше жесткость, тем меньшее влияние на грунтовое основание оказывает характер приложения нагрузки.

7. Влияние жесткостных параметров и характера нагружения на изменение компонентов тензора напряжений в грунтовом массиве уменьшается по глубине, при этом с глубины 1,5Ь изменение НДС песчаного основания практически не происходит.

8. Учет истории загружения регулируемого фундамента здания при определении НДС грунтового основания позволяет получить более точную работу конструкций, при этом напряжения на основание и совместные деформации конструкции при учете истории загружения больше, чем в противоположном случае.

9. Изменение НДС грунтового основания регулируемого фундамента на различных технологических стадиях подъема и выравнивания, сопровождаю-

щихся изменением характера нагружения, зависит от жесткости опорной части. Подъем и выравнивание эксплуатируемых зданий может вестись без увеличения контактных напряжений на границе «фундамент - грунтовое основание» или с созданием дополнительных напряжений, которые могут вызвать деформации грунтового основания.

10. Разработаны практические рекомендации по расчету регулируемых фундаментов с учетом их взаимодействия с грунтовым основанием, которые позволяют проектировать технологию подъема и выравнивания зданий и сооружений, как на естественных основаниях, так и при закреплении грунтового массива.

11. На основании анализа влияния параметров регулируемых фундаментов на технологию подъема и выравнивания разработаны новые конструктивные решения регулируемого фундамента с переменной жесткостью опорной части.

12. Предложена технологическая карта на устройство регулируемых фундаментов с переменной жесткостью опорной части с применением современных средств механизации.

13. На основе проведенных исследований и практической деятельности с участием автора разработаны новые технологические и конструктивные решения в области подъема и выравнивания, которые оформлены и зарегистрированы в виде патентов на изобретение, полезные модели и свидетельств регистрации программ.

14. Авторские разработки и рекомендации по расчету и проектированию регулируемых фундаментов апробированы и внедрены в практике НПФ «Ин-тербиотех» при проектировании и производстве работ по подъему и выравниванию реальных строительных объектов получивших неравномерные деформации грунтового основания в период эксплуатации. С 2008г по 2013г автор принимал участие в разработке более 10 проектов прошедших государственную экспертизу, и реализованных при выравнивании сверхнормативных кренов и восстановлении эксплуатационной надежности зданий в городах Ростов-на-Дону, Нальчик, Туапсе, Волгодонск и др.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях:

1. Скибин, М. Г. Регулируемые фундаменты [Текст] / М. Г. Скибин, С. П.

Гусаренко, А. М. Зотов // Вестник гражданских инженеров. - 2009. - № 2 (19). -

С. 139-141.(3/1 е.).

2. Скибин, М. Г. Регулируемые фундаменты монолитных железнобетонных

зданий при их выравнивании [Текст] / М. Г. Скибин, М. В. Зотов, С. П.

Гусаренко // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 2010. - JV« 2. - С. 19-21.(3/1 е.).

3. Скибнн, М. Г. Особенности производства работ по подъему и выравниванию в условиях стесненной застройки [Текст] / М. Г. Скнбни [и др.] // Инженерный вестник Дона : [электрон, журн.]. - 2013. - Вып. 3. - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n3v2013/1804. (3/1 е.).

Публикации в других изданиях:

4. Скибин, М. Г. Исследование работы перекрестно-ленточного фундамента на моделях [Текст] / М. Г. Скибин, С. И. Евтушенко // Эврика-2006 : сб. конкурс, работ Всерос. смотра-конкурса науч.-техн. творчества студентов высш. учеб. заведений, г. Новочеркасск, 20-26 нояб. 2006 г. / Мин-во образования и науки РФ ; Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск : ЮРГТУ (НПИ), 2006. -С. 364-365. (2/1 е.).

5. Скибин, М. Г. Обследование строительных конструкций здания мотеля при увеличении его этажности [Текст] / М. Г. Скибин, В. Н. Моргунов // Информационные технологии в обследовании эксплуатируемых зданий и сооружений : материалы VII Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 8 июня 2007 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск : ЮРГТУ 2007 -С. 38-44 (7/3 е.).

6. Скибин, М. Г. Оценка технического состояния несущих строительных конструкций здания сельского дома культуры с. Киселево [Текст] / М. Г. Скибин, А. И. Субботин, Д. Н. Архипов // Информационные технологии в обследовании эксплуатируемых зданий и сооружений : материалы VII Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 8 июня 2007 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск : ЮРГТУ, 2007. - С. 75-82 (8/3 е.).

7. Скибин, М. Г. Обследование технического состояния инструментального корпуса ООО "ПК"НЭВЗ" в г. Новочеркасске [Текст] / М. Г. Скибин [и др.] // Информационные технологии в обследовании эксплуатируемых зданий и сооружений : материалы VII Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 8 июня 2007 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск : ЮРГТУ, 2007. -С. 69-75 (7/3 е.).

8. Скибин, М. Г.Особенности изменения напряжений в конструкциях зданий при устройстве в них регулируемых фундаментов [Текст] / М. Г. Скибин, С. П. Гусаренко, А. М. Зотов // Актуальные научно-технические проблемы современной геотектоники : межвуз. темат. сб. стр. / Санкт-Петербург, гос. архитектур.-строит. ун-т. - Санкт Петербург, 2009. - Т. 1. - С. Ю8-113 (6/3 е.).

9. Скибин, М. Г. Подъем памятника культурного наследия в Москве с помощью домкратов [Текст] / М. Г. Скибин, М. В. Зотов, С. П. Гусаренко // Малоэтажное строительство в рамках национального проекта «Доступное и комфортное жильё гражданам России» : материалы Междунар. науч.-практ. конф., 15-16 дек. 2009 г., г. Волгоград / Волгогр. гос. архитектур.-строит. ун-т. -Волгоград : Изд-во ВолГАСУ, 2009. - С. 175-178. (4/2 е.).

10. Скибин, М. Г. Регулируемые фундаменты кирпичных зданий [Текст] / М. Г. Скибин, С. П. Гусаренко, А. М. Зотов // Актуальные научно-технические проблемы современной геотектоники : межвуз. те мат. сб. стр. / Санкт-Петербург. гос. архитектур.-строит. ун-т. - Санкт Петербург, 2009. - Т. 1. - С 113-116 (4/2 е.).

щ

11. Пат. 84029 Российская Федерация, Е 02 D 27/00. Регулируемый фундамент для круннонанельных зданий [Текст] / Скибин М. Г. [и др.]. - № 2009108940/22 ; заявл. 10.03.09 ; опубл. 27.06.09.

12. Пат. 86961 Российская Федерация, Е 02 D 27/00. Регулируемый фундамент эксплуатируемого крупнопанельного здания [Текст] / Скибин М. Г. [и др.]. -№ 2009117129/22 ; заявл. 05.05.09 ; опубл. 20.09.09.

13. Скибин, М. Г. Проектирование регулируемых фундаментов [Текст] / М. Г. Скибин, М. В. Зотов, С. П. Гусаренко // Наука, техника и технология XXI века (НТТ-2009) : материалы IV Междунар. науч.-техн. конф. / Каб.-Балк. гос. ун-т им. X. М. Бербекова. - Нальчик : Каб.-Балк. ун-т, 2009. - С. 337-341 (5/2 е.).

14. Пат. 91347 Российская Федерация, Е 02 D 27/10. Регулируемый фундамент эксплуатируемого крупнопанельного здания [Текст] / Скибин М. Г. [и др.]. -№ 2009123602/22 ; заявл. 19.06.09 ; опубл. 10.02.10.

15. Пат. 91348 Российская Федерация, Е 02 D 27/10. Регулируемый фундамент для проектируемых кирпичных зданий [Текст] / Скибин М. Г. [и др.]. - № 2009123607/22 ; заявл. 19.06.09 ; опубл. 10.02.10.

16. Пат. 92669 Российская Федерация, Е 02 D 27/00. Регулируемый фундамент эксплуатируемого крупнопанельного здания [Текст] / Скибин М. Г. [и др.]. -№ 2009142235/22 ; заявл. 16.11.09 ; опубл. 27.03.10, Бюл. № 9.

17. Скибин, М. Г. Постановка эксперимента по исследованию работы основания регулируемого фундамента при подъеме и выравнивании здания [Текст] / М. Г. Скибин, М. В. Зотов, А. И. Субботин // Актуальные проблемы фундаментостроения на Юге России : материалы Рос. науч.-практ. конф., посвящ. памяти проф. Ю. Н. Мурзенко и А. П. Пшеничкина, 14-15 июля 2010 г., г. Новочеркасск / Рос. о-во по механике грунтов, геотехнике и фундаментостроешно ; Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск : ЮРГТУ, 2010. - С. 58-64 (7/2 е.).

18. Система обработки тензометрических измерений ("СОТИ") [Текст] : свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ 2011610432 / Скибин М. Г., Айдинян А. Р., Субботин А. И. - № 2010616584 ; заявл. 26.10.2010 ; опубл. зарег. в Реестре программ для ЭВМ 11.01.11.

19. Паг. 99499 Российская Федерация, Е 02 D 27/00. Регулируемый фундамент для сейсмических районов [Текст] / Скибин М. Г. [и др.]. - № 2010125450/03 ; заявл. 21.06.10 ; опубл. 20.11.10.

20. Пат. 99790 Российская Федерация, Е 02 D 27/00. Регулируемый фундамент с переменной жесткостью опорной части [Текст] / Скибин М. Г. [и др.]. - № 2010125408/03 ; заявл. 21.06.10 ; опубл. 27.11.10.

21. Пат. 2426837 Российская Федерация, Е 02D35/00. Способ выравнивания монолитных железобетонных сооружений [Текст] / Скибин М. Г. [и др.]. - № 2010108281/03 ; заявл. 05.03.10 ; опубл. 20.08.11, Бюл. 23._

Скибин Михаил Геннадьевич ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РЕГУЛИРУЕМЫХ ФУНДАМЕНТОВ С ГРУНТОВЫМ ОСНОВАНИЕМ ЗДАНИЙ ПРИ ПОДЪЕМЕ И ВЫРАВНИВАНИИ ДОМКРАТАМИ

АВТОРЕФЕРАТ Подписано в печать:18.03.2014г.

Формат 60x84 1/16. Усл. печ. л. 1,5.

Бумага офсетная. Печать цифровая. Тираж 150 экз. Заказ № 46-0292.

Отпечатано в ИД «Политехник»; 346428, г. Новочеркасск, ул. Первомайская, 166.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Южно-Российский государственный политехнический университет

(НПИ) имени М.И. Платова

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РЕГУЛИРУЕМЫХ ФУНДАМЕНТОВ С ГРУНТОВЫМ ОСНОВАНИЕМ ЗДАНИЙ ПРИ ПОДЪЕМЕ И ВЫРАВНИВАНИИ ДОМКРАТАМИ

05.23.02 Основания и фундаменты, подземные сооружения 05.23.08 Технология и организация строительства

04201 457520 Скибин Михаил Геннадьевич

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент, Субботин Анатолий Иванович

Научный консультант:

кандидат технических наук, доцент, Зотов Михаил Витальевич

Новочеркасск 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................................5

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ РАЗРАБОТКИ И ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБЛАСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЕГУЛИРУЕМЫХ ФУНДАМЕНТОВ...........11

1.1 Методы защиты зданий от неравномерных деформаций основания и способы устранения сверхнормативных неравномерных деформаций 11

1.2 Виды конструктивных решений регулируемых фундаментов .... 20

1.3 Данные теоретических и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния основания регулируемых фундаментов...........................................................................................................30

1.4 Выводы по главе...............................................................................37

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ОСНОВАНИЯ РЕГУЛИРУЕМОГО ФУНДАМЕНТА......................................................................39

2.1 Основные положения и постановка задач исследования.............39

2.2 Методика экспериментального моделирования............................39

2.2.1 Испытательная установка, аппаратура и программное обеспечение для проведения экспериментальных исследований................39

2.2.2 Теоретические основы эксперимента........................................44

2.2.3 Модель регулируемого фундамента...........................................48

2.2.4 Программа экспериментальных исследований.........................53

2.2.5 Определение предельного давления на основание...................69

2.3 Исследование изменения НДС основания регулируемого фундамента на моделях с учетом технологических стадий выравнивания.....72

2.4 Исследование НДС основания регулируемого фундамента на моделях с различными жесткостными параметрами.........................................80

2.5 Выводы по главе...............................................................................92

ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-

ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ОСНОВАНИЯ РЕГУЛИРУЕМОГО ФУНДАМЕНТА 94

3.1 Принципы работы оснований регулируемых фундаментов при подъеме и выравнивании зданий и сооружений.................................................94

3.2 Существующие методики расчета регулируемых фундаментов и их оснований........................................................................................................104

3.3 Анализ результатов инженерных расчетов основания регулируемого фундамента при подъеме и выравнивании.............................110

3.3.1 Расчет регулируемого фундамента по методике И. А. Симвулиди 111

3.3.2 Расчет регулируемого фундамента по методике М.И. Горбунова-Поссадова......................................................................................114

3.4 Численный анализ влияния параметров регулируемого фундамента на изменение НДС основания.......................................................122

3.5 Сравнение результатов расчетов по различным методикам с данными экспериментального моделирования.................................................125

3.6 Практические рекомендации по проектированию и расчету регулируемых фундаментов с учетом их взаимодействия с грунтовыми основаниями.........................................................................................................131

3.7 Выводы по главе.............................................................................134

ГЛАВА 4. НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ

РЕШЕНИЯ РЕГУЛИРУЕМЫХ ФУНДАМЕНТОВ С УЧЕТОМ ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ОСНОВАНИЯМИ.........................................................136

4.1 Анализ влияния параметров регулируемого фундамента на технологию подъема и выравнивания зданий..................................................136

4.2 Подъем и выравнивание зданий с регулируемыми фундаментами переменной жесткости........................................................................................137

4.2.1 Конструктивные решения регулируемых фундаментов переменной жесткости....................................................................................139

4.2.2 Технологическая карта на устройство регулируемого фундамента переменной жесткости...............................................................141

4.3 Методика оценки напряженно-деформированного состояния основания регулируемого фундамента..............................................................162

4.4 Выводы по главе.............................................................................165

ГЛАВА 5. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.................................166

5.1 Основные авторские разработки по тематике исследования.....166

5.2 Подъем и выравнивание 14-ти этажного жилого дома в г.Нальчике по ул. Гагарина..................................................................................167

5.3 Подъем и выравнивание 9-ти этажного жилого дома в г.Ростове-на-Дону по ул. Темерницкой..............................................................................170

5.4 Подъем и выравнивание 5-ти этажного жилого дома в г.Ростове-на-Дону по ул. 1-я Баррикадная.........................................................................171

5.5 Выводы по главе.............................................................................174

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ........................................................................................175

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..............................................................................178

Нормативные документы..........................................................................178

Патенты.......................................................................................................180

Основная литература.................................................................................182

ПРИЛОЖЕНИЯ.............................................................................................190

Приложение 1. Копии патентов на разработки автора..........................191

Приложение 2. Копии актов внедрения...................................................200

Приложение 3. Пример документирования результатов экспериментов в ПК«СОТИ»..........................................................................................................206

ВВЕДЕНИЕ

Интенсивный рост городов, сложившийся исторически за счет увеличения их общей площади, с использованием в первую очередь территорий с легкими и средними условиями воздействий горно-геологических процессов грунтового основания, в настоящее время привел к необходимости освоения под строительство неудобий тесной городской застройки и районов с преобладанием сложных инженерно-геологических условий. Застройка таких участков зданиями различного функционального назначения представляет собой актуальную проблему современной стройиндустрии.

Проектирование и строительство зданий и сооружений на территориях со сложными инженерно-геологическими условиями является сложной инженерной задачей, от правильности решения которой будет зависеть эксплуатационная надежность, долговечность и техническое состояние объектов строительства. В большинстве случаев, решение таких задач не представляется возможным или оказывается недостаточным из-за большого количества отрицательных факторов влияющих на развитие неравномерных деформаций грунтового основания фундаментов зданий и сооружений. Темпы и рост строительства жилья в России по федеральным программам финансирования, отсутствие мониторинга и должной технической паспортизации, строящихся и эксплуатируемых объектов привело к сложившемуся состоянию жилищного фонда страны, который характеризуется огромным количеством аварийных и требующих капитального ремонта зданий. В связи с этим необходимо применять и разрабатывать эффективные и экономически выгодные методы по сохранению и восстановлению эксплуатационной надежности строительных объектов, в том числе, по защите и устранению сверхнормативных неравномерных деформаций.

Строительной науке известны различные методики и технологии защиты зданий от неравномерных деформаций и устранения их последствий, но наиболее эффективным и широко внедряемым в практику в различных странах

современного мира является подъем и выравнивание зданий при помощи плоских домкратов [31-37,40].

Выравнивание зданий плоскими домкратами сложный технологический процесс, который включает множество как строительных операций по усилению конструкций, так и оптимизацию параметров применяемых систем гидравлического оборудования и систем контроля геометрического положения. Исключительные особенности аварийных строительных объектов, состояние их конструкций и инженерно-геологические условия площадки в совокупности определяют конструктивные изменения, и усиления фундаментно-подвальной части, которые необходимы для размещения технологического оборудования и выполнения работ по подъему и выравниванию. В целом измененную часть здания называют регулируемым фундаментом, от которой зависит сохранность внутренней геометрии и надежность всего процесса подъема, являющейся главным условием проводимых работ, так как они выполняются без отселения жильцов.

Изучению и развитию метода подъема и выравнивания посвящены работы многих российских и зарубежных ученых, таких как Э.М. Гендель [61,62], С.Н. Клепиков [89], В.П. Шумовский, Ю.К. Болотов [57-59,103,119], В.Д. Зотов [73,74,97,98,116,120,124], М.В. Зотов [70-72,74-76].

Мало изученным фактором, при выравнивании зданий домкратами, является изменение напряженно-деформированного состояния грунтового основания зданий и сооружений с регулируемыми фундаментами. Учет данных особенностей позволит усовершенствовать и автоматизировать системы с плоскими домкратами для подъема и выравнивания зданий, разработать наиболее эффективные и экономичные конструктивные решения регулируемых фундаментов и тем самым значительно сократить затраты на защиту или устранение сверхнормативных деформаций зданий и сооружений. На основании изложенного изучение напряженно-деформированного состояния грунтового основания регулируемых фундаментов зданий и сооружений при их защите от неравномерных деформаций является актуальной задачей.

Целью диссертационной работы является оценка изменения напряженно-деформированного состояния основания регулируемого фундамента на различных стадиях подъема и выравнивания здания, направленная на усовершенствование методики расчета и развитие технологических решений.

Для достижения цели диссертационной работы решались следующие задачи:

1. Экспериментальные исследования работы основания регулируемых фундаментов на различных технологических стадиях подъема и выравнивания;

2. Теоретические исследования НДС основания регулируемого фундамента с использованием численных и инженерных методов;

3. Разработка технологии выравнивания зданий с применением регулируемых фундаментов переменной жесткости;

4. Разработка методики определения и прогнозирования напряженно-деформированного состояния основания регулируемого фундамента.

Научная новизна работы заключается в том, что: -получена новая информация о напряженно-деформированном состоянии основания регулируемого ленточного фундамента в экспериментальных исследованиях на моделях;

- экспериментально подтверждены особенности изменения НДС основания регулируемого фундамента при подъеме и выравнивании, численное обоснование которых представлено в работах М.В. Зотова и В.Д. Зотова;

- выполнена оценка влияния жесткостных параметров регулируемого фундамента на изменение НДС грунтового основания при подъеме и выравнивании;

- развита методика расчета и технология устройства регулируемых фундаментов.

Практическая значимость:

разработан программный комплекс «СОТИ», позволяющий автоматизировать экспериментальные исследования по исследованию НДС грунтовых оснований с помощью тензометрических приборов;

- разработаны рекомендации по проектированию и оптимизации параметров регулируемых фундаментов;

- разработаны новые конструктивные решения и технологии устройства регулируемых фундаментов, приоритетная новизна которых защищена патентами на изобретения и полезные модели;

- результаты исследований апробированы и внедрены в производственную практику научно-производственной фирмы «Интербиотех» при разработке проектов регулируемых фундаментов для подъема и выравнивания многоэтажных зданий в г. Ростове-на-Дону, Москве, Нальчике, Волгодонске, Туапсе и Сухуме.

На защиту выносятся:

1. Результаты обобщения и обработки экспериментальных исследований по изучению НДС основания регулируемого фундамента.

2. Программа для ЭВМ «СОТИ» по автоматизации экспериментов и обработке информации при изучении НДС основания с помощью тензометрических приборов.

3. Усовершенствованный метод расчета и проектирования регулируемых фундаментов.

4. Новые конструктивные решения регулируемых фундаментов переменной жесткости.

5. Технология устройства регулируемых фундаментов переменной жесткости для выравнивания зданий и сооружений с обжатием грунтового основания.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, включающего 124 наименования, и 3 приложений. Полный объем диссертации 214 страницы, включая 97 рисунков и 26 таблиц. Основной текст диссертации (без оглавления, списка литературы и приложений) содержит 173 страниц печатного текста.

Диссертационная работа выполнена в русле научного направления НПО «Интербиотех»: «Подъем и выравнивание зданий и сооружений с помощью

плоских домкратов» (руководитель Зотов В.Д.), и научной школы ФГБОУ ВПО «Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасский политехнический институт)»1: «Механика грунтов, основания и фундаменты» (руководитель Скибин Г.М.).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на международных научно-практическим конференциях в г.г.Санкт-Петербург, Волгоград, Нальчик в 2009 году, на всероссийской научно-технической конференции «Механика грунтов в геотехнике и фундаментостроении» (г. Новочеркасск 2012 г.), на научных семинарах Ростовского регионального отделения Российского общества по механике грунтов, геотехнике и фундаментостроению, на ежегодных научно-технических конференциях строительного факультета ЮРГТУ (НПИ). За разработку и внедрение конструкций регулируемых фундаментов, а также технологий по подъему и выравниванию зданий и сооружений решением президиума РОМГГиФ автор был удостоен диплома им. профессора Ухова С.Б. (Москва, 2010).

Результаты работы использованы: в учебном процессе по специальности 29.03 ПГС, при подготовке курса лекций по «Строительству в экологически неблагоприятных условиях».

Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 21 опубликованных работах, в том числе 3 статьи в научных журналах и изданиях, которые включены в перечень российских рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертаций, а также 1 патент на изобретение, 7 патентов на полезную модель и 1 свидетельство о регистрации программ.

1 19.08.2013 г. федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (новочеркасский политехнический институт)» переименовано в федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова»

Внедрение результатов. Результаты исследований использованы в практике НПФ «Интербиотех» при разработке проектов регулируемых фундаментов для подъема и выравнивания многоэтажных зданий в г. Ростове-на-Дону, Москве, Нальчике, Туапсе и Сухуме.

В производство внедрены методики и рекомендации, разработанные автором, в виде технологических карт и схем устройства регулируемых фундаментов.

Разработка диссертационной работы основана на научных и практических достижениях ученых НПФ «Интербиотех», Киевского НИИСК и кафедры «Промышленного и гражданского строительства, геотехники и фундаментостроения» ЮРГТУ (НПИ).

и

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ РАЗРАБОТКИ И ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБЛАСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЕГУЛИРУЕМЫХ

ФУНДАМЕНТОВ

1.1 Методы защиты зданий от неравномерных деформаций основания и

способы устранения сверхнормативных неравномерных деформаций

Развитие и совершенствование науки и компьютерных технологий позволяет в настоящее время использовать различные сложные методы и модели для расчета грунтовых оснований зданий и сооружений, но не один из них не сможет наиболее точно отразить все механические и физические характеристики такого сложного материала как грунт, а в совокупности с процессами, протекающими в сложных инженерно-геологических условиях это совсем не возможно. Поэтому при проектировании зданий и сооружений и их обследовании в период эксплуатации большое внимание уделяют изучению возможных причин и последствий проявления и развития неравномерных деформаций грунтового основания.

Во многих случаях деформации грунтового основания �