автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Закономерности взаимодействия с основанием и расчет осадки двухщелевых ленточных фундаментов мелкого заложения

Содержание

Реферат

Введение

Глава I. Состояние вопроса, цели и задачи работы

1.1. Виды, область применения и технология устройства двухщелевых 8 фундаментов мелкого заложения

1.2. Экспериментальные исследования щелевых фундаментов I в

1.3. Расчет щелевых фундаментов

1.4. Цель и задачи диссертационной работы

Глава 2. Исследование взаимодействия двухщелевых фундаментов с 39 грунтом основания

2.1, Анализ взаимодействия двухщелевых фундаментов при высоком 39 ростверке с грунтом основания по данным лотковых испытаний

2.2. Анализ взаимодействия двухщелевых фундаментов при низком 53 ростверке с грунтом основания по данным лотковых испытаний

2.3, Анализ взаимодействия двухщелевых фундаментов с грунтом 62 основания по данным полевых испытаний

Глава 3. Численное моделирование взаимодействия двухщелевых 68 фундаментов с фунтом основания

3 Л, Постановка задачи о взаимодействии двухщелевых фундаментов с 68 грунтом основания

3.2. Исходные данные

33. Результаты моделирования

33.1. Зависимость осадок и нагрузок на двухщелсвые фундаменты от 82 фнзикО'Мехвнических характеристик грунтов основания

33.2. Зависимость осадок и нагрузок на двухщелсвые фундаменты от 90 их основных параметров

3.4. Сопоставление результатов численного моделирования с данными 101 экспериментальных исследований

Глава 4, Особенности взаимодействия двухщелевых фундаментов с 106 грунтом основания

4.1. Расчетные схемы взаимодействия двухщелевых фундаментов с 106 грунтом основания

4.2. Определение вертикальных давлений, передаваемых по подошве 109 низкого ростверка на поверхность грунта, заключенного между стенками

4.3. Определение долей вертикальных давлений, передаваемых на 113 грунты основания по подошве стенок, боковым поверхностям и по подошве грунтового ядра

4.4. Определение зоны распространения вертикальных напряжений от i 18 сил трении и сцепления по наружным боковым поверхностям, оптимального расстояния между стенками и ширины условного фундамента

Глава 5. Расчет двухщелевых фундаментов мелкого заложения

5,!, Обшяе положения к исходные данные для расчета двухщелевых 124 фундаментов по деформациям

5.2- Определение вертикальных напряжений н осадкн в фунте 128 основания верхнего слоя

5,3. Определение вертикальных напряжений н осадки в грунте 130 основания нижнего слоя

5.4- Порядок расчета двухщелевых фундаментов по деформациям

5.5. Программа расчета осадкн двухщелевых фундаментов на ЭВМ

5.6. Сопоставление результатов расчета осадок двухщелевых S4Q фундаментов но предлагаемому методу с данными экспериментальных исследований

Выводы

Слисок литературы

Актуальность темы. Двухщелсвые фупламенг ы, выполняемые в предварительно прорезанных параллельных щелях без крепления их стенок на глубину не более 3 м, являются одним hi эффективных пилон фундаментов мелкого заложения.

Применение двухщелевых ленточных фундаментов целесообразно и экономически эффективно при строительстве зданий до 5-6-ти этажей с несущими стенами на неводонасыщенных глинистых фунтах» а также пыдеаатых н мелких песках.

По опыту отечественного н зарубежного строительства преимущество двухщелевых фундаментов заключается в технологичности нх устройства» и по сравнению с традиционными конструкциями фундаментов мелкого заложения» обеспечивает снижение объема земляных работ, расхода бетона, арматурной стали, стоимости и трудоемкости до 2-5 раз, а также сокращение сроков выполнения работ нулевого цикла в 1,5-2 раза.

Несмотря на экономичность данных конструкций фундаментов, объем н опыт применения двухщелевых фундаментов мелкого заложения до настоящего Времени остаются небольшими. Основные причины состоят в недостаточной изученности взаимодействия двухщелевых фундаментов с грунтом основания и отсутствии достоверных методов их расчета. I) связи с этим разработка инженерною расчета лвухщеленых ленточных фундаментов мелкого заложения является актуальной задачей, которая позволит увеличить объемы их применения в строительстве.

Целью диссертационной работы является исследование взаимодействия двухщелевых фундаментов мелкого заложения с различными видами грунтов основания и параметрами фундаментов, н разработка инженерно™ метода расчета этих фундаментов по второму предельному состоянию.

Научная ковнщи выполненной диссертационной работы заключается в следующем:

- установлено распределение долей нагрузки N, действующе П на фундамент, приходящихся на подошву стенок, боковые поверхности и фунтовое ядро, расположенное между стенками, а также их зависимость от величин осадок фундамента, расстояний между стенками и их высоты;

- выявлено^ «по основание двух шел свых фундаментов следует рассматривать двухслойным, состоящим in верхнего слоя фунта в пределах высоты стенок и нижнего, залегающего под их подошвами;

- получено расчетное распределение шлрузок и вертикальных напряжений, действующих по подошве низкого ростверка и условного фундамента шириной В;

- установлено влияние удельного сисмлення глинистых грунтов на нагрузки и осадки двухщелевых фундаментов.

Практическое значение диссертационной работы заключается в разработке расчетных схем взаимодействия лву хшелевых фундаментов мелкого заложения с грунтом основания и инженерного методе их расчета по деформациям, основанного на экспериментально установленных и подтвержденных численным моделированием научных результатах.

Использование предложенного метода расчета, а также разработанной на его основе программы расчета на ЭВМ позволят увеличить объем применения двухщелевых фундаментов в практике строительства.

Результаты работы использованы при проектировании и внедрении [целевых фундаментов для жилого дома по ул. Наметкина в г. Москве к складского комплекса в г Видное Московской области, н включены в разрабатываемые НИИОСПом в 2006-2007 гг. «Рекомендации по расчету двухщелевых фундаментов мелкого заложения».

Апробации работы. Полученные результаты работы докладывались на совместном заседании лабораторий НИИОСГ1 им. И М. Герсееанова.

Публикации* По материалам, приведенным в диссертации, опубликовано 2 работы.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5-ти глав, основных выводов, 1-го приложения и содержит 166 страниц» включающих 88 страниц основного текста, 66 рисунков, 12 таблиц, 70 наименований использованной литературы и S страниц приложений.

Выводы

Проведенные исследования выявили особенности и установили закономерности взаимодействия двухщелевых ленточных фундаментов мелкого заложения с грунтом основания,

1. Выявлено, что при расстоянии между стенками двухщелевого фундамента, не превышающем оптимальное в области, заключенной между ними, формируется фунтовое ядро, которое работает совместно с фундаментом, воспринимает и передает вертикальные давления на нижележащие слои грунтов основания по подошве условного фундамента шириной В на глубине заложения подошв стенок. Оптимальное расстояние между стенками Ьф зависит от вила фунтов основания и в глинистых грунтах больше, чем в песчаных.

2. Установлено распределение нафузок, воспринимаемых фунтом основания двухщелевых фундаментов, по подошвам стенок N„ их боковыми поверхностями jV/и по подошве грунтового ядра Nj, как доли от вертикальной нагрузки N, действующей на фундамент. При осадках до 3 мм подошвы стенок не участвуют в работе фундаментов, н вся нафузха воспринимается фунтом основания по боковой поверхности стенок и фунтовым ядром. С увеличением осадки доля нагрузки, приходящаяся на полошвы стенок N,, возрастает до 0,4, а на боковые поверхности н фунтовое ядро, соответственно, снижается.

Показано, что фундаменты с высоким и низким ростверками имеют сходный характер распределения нафузок, воспринимаемых фунтом основания по подошве стенок, боковым поверхностям и подошве грунтового ядра. Отмечено, что за счет передачи нагрузок по подошве низкого ростверка происходит увеличение доли нагрузки, передаваемой на основание по подошве грунтового ядра Nj, по сравнению с фундаментом при высоком расположении ростверка с 0,25 до 0,4.

3. Численным моделированием взаимодействия двухщелевых ленточных фундаментов с фунтом основания, выполненным методом конечных элементов по упруго-пластической модели грунта Кулона-Мора, выявлена зависимость осадок н нагрузок на фундаменты от Деформационных и прочностных характеристик грунтов, а также параметров двухщелевых фундаментов.

Результаты численных экспериментов заключаются в следующем: показано, что деформирование основания двухщелевых фундаментов характеризуется сжатием грунтов; а) залегающих ниже подошв стенок фундамента, б) области, заключенной между стенками фундамента, в) в стороны от их наружных боковых поверхностей стенок фундамента; установлена зависимость величин осадок от: а) модуля деформации грунтов Я; б) удельного сцепления с, в) расстояния между стенками к г) высоты стенок d; выявлена нелинейная зависимость осадок от нагрузок на которой выделяется точка перелома кривизны на два практически линейных участка в пылевато-глннистых грунтах; установлено, что в пылевато-глннистых грунтах зависимость осадок от нагрузок достигает предела пропорциональности при больших значениях нагрузок с увеличением удельного сцепления. Так, в супесях с удельным сцеплением с=13 кПа точка перелома кривизна графика J"J(JV) соответствует при различных параметрах фундаментов нагрузке на фундамент N=16 тс/м, а а глинах при с*=50 кПа нагрузке N=36 тс/м; сопоставление полученных величин осадок однощелевых (сплошных) и двухщелевых фундаментов при одинаковой погонной нагрузке jV и приведенной ширине 25+Ь показывает, что осадки двухщелевых фундаментов превышают сплошные на 5-10% в глинистых грунтах и на 1020% в песчаных, и подтверждает результаты экспериментальных исследований, согласно которым грунт, расположенный между стенками прн оптимальном расстоянии между ними, работает совместно с фундаментом.

4. Разработана расчетная схема взаимодействия двухщелевых ленточных фундаментов мелкого заложения с основанием, в которой основание фундаментов рассматривается двухслойным, состоящим из верхнего слоя в пределах высоты стеиок фундамента d и нижнего, залегающего под подошвами стенок. Осадка верхнего слоя основания обусловлена сжатием грунта между стенками и областей, примыкающих к нх наружным боковым поверхностям. Осадка нижнего слоя происходит за счет передачи давления по подошве условного фундамента шириной \

5. Получено расчетное распределение величин нагрузок, воспринимаемых грунтом основания н вертикальных напряжений, действующих в уровне подошвы условного фундамента В, в пределах прямой пропорциональности осадок и нагрузок, величины которых зависят от высоты стенок фундамента d. Величины нагрузок н напряжений, передаваемых на грунт между стенками по подошве низкого ростверка, определены как доли нагрузки Ny действующей на фундамент, и зависят от расстояния между стенками Ь.

6. Определена ширина зоны распространения вертикальных напряжений в стороны от наружных поверхностей стенок Ь ", которая зависит от величины угла внутреннего трения <р. Установлена величина приведенного угла внутреннего трения р, которая позволяет учесть влияние на осадку фундамента удельного сцепления с пылевато- гяянн стых грунтов, Использование приведенного угла внутреннего трения <р по сравнению с фактической величиной угла внутреннего трения <? иылевато-глинистых грунтов позволяет подучить увеличение ширины Ь": наибольшее для глин -в 1J раза* наименьшее ДЛЯ ггылсватых песков - J ,02 раза,

7. Разработан метод распета двухщелевых ленточных фундаментов с низким ростверком по второму предельному состоянию в соответствии с требованиями действующих норм и правил, который выполняется по схеме линейно-деформируемого полупространства методом послойного суммирования. В основе расчета лежит принцип суперпозиции, согласно которому отдельно определяются осадка верхнего s, и нижнего s„ слоев.

Для оптимизации проектирования двухщелевых фундаментов и принятия рациональных параметров нх конструкций разработала программа расчета двухщелевых ленточных фундаментов мелкого заложения с низким ростверком для ЭВМ на языке программирования Microsoft Visual Basic 6.0. 8. Проведено сопоставление результатов расчетов осадок двухщелевых ленточных фундаментов по предложенному методу с данными экспериментальных исследований. Расчетные осадки по предложенному методу в среднем в 1,3 раза превосходят величины осадок, полученных по экспериментам в песчаных грунтах, и в 1,2 раза в глинистых. Полученные по разработанному методу расчета наибольшие величины осадок фундаментов не превышают 15-20 мм, что соответствует результатам экспериментальных исследований,

1. Рекомендации по проектированию н строительству щелевых фундаментов Л М НИИОСП 1982 г,

2. Основания н фундаменты: Справочник строителя/Под ред. М.И. Смородинова. М,, 1983 г,

3. Основания, фундаменты и подземные сооружения- Справочник проектировщика. Под общей редакцией Сорочаиа Е.А. и Трофименхоаа Ю Г Л М. Строй издат 1985 г.

4. Теренецкий Л.Н., Ревазашвилн Р.Г. Эксперементалыгые исследования песочных оснований мелкозаглубленных плоско-щелевых фундаментов при центральной нагрузке. Труды НИИОСП, «Методы и средства исследования грунтов в фундокнтированнн», выпуск 83, 1985гх.

5. Сорочан Е.А. Фундаменты промышленных зданий.// М СтроЙнчдат1986 г.

6. Сорочан Е.А., Ревазашвилн Р.Г, Исследование работы щелевых фундаментов. //«ОФМГ» 1986 г. - №5 - С 12-15.

7. Разработка технического решения многощелевых фундаментов на песчаном основании по колонны промышленных зданий. ГОСЗАКАЗ 79 Л//Научно-технический отчет. М. - НИИОСП. - 1989 г.

8. Перл ей Е.М. и др. Натурные экспериментальные исследования несущей способности траншейных фундаментов на вертикальную нагрузку-//Технология и оборудование для специальных строительных работ: Сборник трудов ВНИИГС. 1985 г. - С. 44-50,

9. Республиканские строительные нормы. Проекгнрование н устройство траншейных и свайных стен методом «стена в грунте».// РСН 20-87/ Госстрой БССР Мниск - 1987 г,

10. Ревазашвили Р,Г. Расчет щелевых фундаментов прн вертикальных нагрузках. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наукУ/ М. НШОСП 1988 г.

11. З.Иванов В. Д., Александровский Ю.В, Щелевые фундаменты.// Проблемы комплексной застройки Южного берета Крыма: Матер. Конференции, Снмферопль, I988r.-T.L-C 174-175.

12. Сергеев И,Т, Расчет щелевых фундаментов н нх оснований по прочности и деформациям.// Проблемы комплексной застройки Южного берега Крыма: Матер, Конференции, Снмферопль, 1988 г. -Т. L-С. 282-283.

13. Перяей Е.М. и др. Свайные фундаменты и заглубленные сооружения при реконструкции действующих предприятий. J1. Стройнздат, 1989 г.-С. 133-136.

14. Сорочаи Е.А., Быиутенко О.В., Ярутнн В.К. Работа малозаглубленных щелевых фундаментов прн сейсмических воздействиях^/ «ОФМГ» -1990 г. №3-С- 15-17.

15. Иванов В-Д. Методика расчета сил бокового трения фундаментов, устраиваемых способом «стена в грунте». Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук Л М. НИООСП 1990 г.

16. Сорочан Е.А., Пнвеяь В.Г., Рыбников А.М. Монолитные фундаменты с рабочей боковой поверхностью. II «ОФМГ» 1991 г. №3 - С.2-3.

17. Павлов B-B.t Кацов KJL, Смородннов М-И. Щелевые фундаменты промышленных н гражданских зданий на среднем Урале Л «ОФМГ» -1992 г. №5-С.8-№.

18. Рекомендации по проектированию н строительству щелевых фундаментов в условиях Среднего Урала.// Свердловск. УПИ 1990 г. -С. 69.

19. Воробьев Н.В., Колыбин И-В. Метод расчета несущей способности основания по подошве щелевых фундаментов глубокого заложения.// НИИОСП. М., J993 г.-9 с.

20. Колыбин И.В. Исследование несущей способности основания по подошве щелевых фундаментов глубокого заложения. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук.// М. НИИОСП-1997 г.

21. Развадовскнй Д.Е. Взаимодействие свай и грунта в составе большеразмерных кустов и свайных полей. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук Jt М. НИООСП 1999 г.

22. Колыбин И.В., Фурсов АА. Расчет подземных сооружений с учетом технологии их возведения.// Труды научно-практической конференции «Подземное строительство России на рубеже XXI века. М. 15-16 марта 2000 г. С. 183-190.

23. Коновалов П-А. Основания я фундаменты реконструиру емых зданий. // М. -2000г.,-С.318,

24. Сорочан Б.А., Ковалев В.А. Щелевые фундамеЕГТыУ/ Механизация строительства, М. 200бг, Ме 3.

25. Платонова С.В., Алешина Е.А Осадки щелевых ленточных фундаментов на нелинейно-деформируемом основании. Известия ВУЗов. Строительство. 2005г. № 7, стр. 17-22.

26. СНнП 2.02.01-83*. Основание зданий и сооружений^/ М. 1995 г.

27. СНнП 2.02.03-85. Свайные фундаменты.// М, 1986 г.

28. МГСН 2.07-01. Основания, фундаменты подземные сооружения .//М- -2003 г.

29. СП 50-101-2004, Проектирование й устройство оснований и фундаментов зданий н сооружений./1/ М. 2005 г.

30. СП 50-1-2-2003г. Проектирование и устройство свайных фундаментов.// М. 2004 г.

31. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.02-83)-// М. 1986 г.34."Narita К. Yamaguchi Н, Analysis of bearing capacity for long-spiral sliding surfaces'/Soils and Foundations. 1989. - v,29, - №2. - p. 85-98,

32. Vesic A.S. Analysts of ultimate loads of shallow foundations/ZJoum. Of the Soil MecH. And Found- Dtv., ASCE. 1973, - v. 99, - NaSMl.-p. 45-73.

33. Кругов В.И., Ковалев A.C., Ковалев В,А. Грунтовые подушки. Механизация строительства.

34. Фадеев А.Б, Метод конечных элементов в геомеханике.// М- Недра. — 1987 г.-С 224,

35. Соловьев Ю,И, Вариационный метод определения несушей способности основания сооруженнй//Известия ВУЗов. Строительство и архитектура. - 1970. - №7. - с, 22-29.

36. Веселов В.А, Проектирование оснований и фундаментов, М. 1990 г.

37. Далматов Б,И. Механика грунтов, основания н фундаменты .Л,, 1988 г.4!.Улкцкий В.М, Шашкин В.Г. Геотехническое сопровождениереконструкции городов.// М Изд-во АСВ, 1999 г. - 324 с.

38. УЛИЦКНЙ В.М., Алексеев С.И. Обеспечение сохранности зданий и при устройстве котлованов и прокладке инженерных сетей С Санкт-Петербурге.// «ОФМГ» 2002 г. №4 - С. 17-21.

39. Алейников С. М Метод граничных элементов в контактных задачах для упругих пространственно неоднородных оснований. М.: Иэд-во «АСВ», 2000. - 754 с.

40. Бахтин А- А. Алгоритмы автоматического моделирования многогранников // Математическое обеспечение ЭВМ: Межвуз. сб. научи, тр. Воронеж: ВГУ, 2002. - Вып. 4. - С. 27-3 J.

41. Бахтин А. А. Программный пакет автоматизированного твердотельного проектирования // Информатика.' проблемы, методология, технологии: Мат. 3-й регион, науч.-мет. конф. Воронеж: ВГУ, 2003.-С 29-32.

42. Косте Ж. Сонглера Г. Механика грунтов. М : Стройнэдвт, J 981 г. — 510 с.

43. Hettler A. Gudchus G. Influence of the foundation width on the bearing capacity factor// Soils and Foundations. 1988 - v, 28. - J64. - p. 81-92.

44. Учебное пособие no PLAXIS. Версия 7Л НИП- Информатика. С,-П. -2003 г.51 .Патрояова О. Plaxis анализ аварийных ситуаций. Plaxis - инструмент инженер геотехника. Примеры расчетов-// CADmaster - №3 - 2002 г.

45. Патронова О. Plaxis геотехнические расчеты в дорожном строительстве. Plaxis — инструмент инженер геотехника. Примеры расчетов.// CADmaster - №4 - 2002 г.

46. Briukgreve R,B.J. and Vercnce P.A. PLAXIS. Finite element code for soil and analysis, Version 7. Manuals, PLAXIS. B.V. Rotterdam: Balkema, 1998,545 p.

47. Бахолдин Б-В. Определение несущей способности свай по прочностным характеристикам фунтов// Тр. НИИ ОСП. М.: 19989 г. -вып. 92,-с.3-18.

48. Горбунов-Посадов МИ., Маликова Т.А., Соломин В.И. Расчет конструкций на упругом основании. М., 1984 г.

49. Цытович RA. Механика грунтов// М. Стройиздат 196В г. - С. 344.бО.Сянтко Н.К. Статическое н динамическое давление грунтов н расчет подпорных стенок. Л.: Стройка дат, 1970 г. - с- 14.

50. Лер-Мартнросян 3,Г. Механикагунтов, И М. АСВ 2005 г. -480 с.

51. Малышев М.В. Прочность грунтов н устойчисаость основания сооружений// М. 1994 г.

52. Герсеваж>а Н.М., Пояынии ДЕ. Теоретические основы механики грунтов н их практическое применение. М.: Госстройиздат, 1948 г, -С. 165-169.

53. Тейлор Д. Основы механики грунтов.// М. 6 Госстройиздат, I960 г, -С, 414.67,Годдштейн M.R н др. Механика грунтов, основания и фундаменты.// М. Транспорт, 1981 г.-С, 91.

54. De Beer E.E. Experimental determination of the shape factors and ihc bearing capacity factors in sand// Geolechnique. 1970. - v. 20. - X?4. -p. 387-411,

55. Сорочан E.A., Ковалев В.А Расчет двухщелевых фундаментов мелкого заложения. //«ОФМГ» 2006 г, - Ш - С 12-15

56. ГОСТ 12248-96. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости.