Підсилення основ фундаментів тисками ущільнення - Автореферат

Для усунення таких факторів, що ускладнюють інженерно-геологічні умови, як слабкі, макропористі ґрунти в практиці будівництва широко застосовуються методи інєкційного зміцнення ґрунту основи різними закріплюючими розчинами (цементація, силікатизація й т.д.), а також різні способи ущільнення ґрунтів (у тому числі й глибинне). Висока ефективність застосування основ та фундаментів з ущільненням ґрунту досягається за рахунок їхніх раціональних конструкцій і технології зведення. Дисертаційна робота виконана в рамках наукових досліджень по держбюджетних і господарських тематиках інституту Донецький ПРОМБУДНДІПРОЕКТ "Розробити методи підсилення основ фундаментів тисками ущільнення" (державний реєстраційний номер 0102V006088) і Донбаської національної академії будівництва й архітектури “Удосконалення конструктивних рішень фундаментів для будівель і споруд, що експлуатуються в умовах м. Мета досліджень полягає в наступному: - удосконалювання методів поліпшення будівельних властивостей ґрунтів основи за рахунок розробки й дослідження технологічно нового методу глибинного ущільнення основ фундаментів шляхом створення в ґрунтовому масиві внутрішніх тисків ущільнення; створення розрахунково-теоретичного апарата проектування штучних основ із урахуванням технологічних і конструктивних особливостей запропонованого методу ущільнення ґрунту на базі побудови його моделі, яка б досить вірогідно відображала стан основи як у стадії ущільнення так і у стадії зведення і експлуатації фундаментів;Виконаний огляд показав, що методи перетворення будівельних властивостей основ можна розділити на три групи: - конструктивні методи, які у відмінності від інших методів не поліпшують властивості самих ґрунтів, а створюють більш сприятливі умови їхньої роботи за рахунок регулювання напруженого стану і умов деформування; У багатьох випадках при цьому виявляється достатнім користуватися методами розрахунків, заснованими на найпростіших моделях поведінки ґрунтів під навантаженням: теорії граничної рівноваги - для розрахунків по несучій здатності і теорії лінійного деформування - для розрахунків по деформаціях. Розглянута задача по розподілу напруг у ґрунтовому масиві від дії внутрішніх тисків ущільнення є вісесиметричною і відповідно завантажена внутрішнім тиском поверхня являє собою поверхню обертання, що у процесі завантаження і протікання деформацій змінює свою форму і площу. У звязку з тим, що при створенні внутрішнього ущільнюючого тиску мінімальний опір ґрунту (за умови відсутності аномальних явищ у масиві ґрунту у вигляді карстових порожнин і т.п.) буде в напрямку поверхні, розрахунковий тиск, створюваний усередині ґрунтового масиву, повинен обмежуватися величиною, що виключає підняття поверхні ґрунтового масиву з умови (4) На першому етапі в ґрунтовому масиві створювався внутрішній ущільнюючий тиск, що істотно перевищує граничний критичний тиск ґрунту, у результаті чого відбувалося утворення переущільненої зони, зони зсувів і порожнини в ґрунтовому масиві.Запропонований у даній роботі метод підсилення основи ущільнюючими внутрішніми тисками може використовуватись як для нового будівництва, так і для реконструкції будь-яких обєктів в умовах щільної забудови. При цьому, теоретично його можна використати в будь-яких ґрунтових умовах, у яких є можливість створити внутрішній тиск, що істотно перевищує міцність ґрунту, достатній для утворення локальної зони переущільненого ґрунту, що знаходиться в стадії пластичної течії, але при цьому виключає випір (підняття поверхні) вищерозташованого ґрунту. Ефект від застосування розглянутого методу посилення основи досягається переважно за рахунок утворення розширення і ущільненої зони, які можуть перевищувати діаметр свердловини в 6 і більше разів. Подальше збільшення ущільнюючого тиску приводить до прогресуючого збільшення розширення і ущільненої зони за рахунок формування зони пластичної течії ґрунту. Тут слід також зазначити, що створення необхідних розмірів розширення в більш міцних ґрунтах (незалежно від того, чим переважно забезпечується міцність - тертям або звязністю) вимагає більшої інтенсивності ущільнюючого тиску.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Запропонований у даній роботі метод підсилення основи ущільнюючими внутрішніми тисками може використовуватись як для нового будівництва, так і для реконструкції будь-яких обєктів в умовах щільної забудови. При цьому, теоретично його можна використати в будь-яких ґрунтових умовах, у яких є можливість створити внутрішній тиск, що істотно перевищує міцність ґрунту, достатній для утворення локальної зони переущільненого ґрунту, що знаходиться в стадії пластичної течії, але при цьому виключає випір (підняття поверхні) вищерозташованого ґрунту.

2. Ефект від застосування розглянутого методу посилення основи досягається переважно за рахунок утворення розширення і ущільненої зони, які можуть перевищувати діаметр свердловини в 6 і більше разів. Подальше збільшення ущільнюючого тиску приводить до прогресуючого збільшення розширення і ущільненої зони за рахунок формування зони пластичної течії ґрунту.

3. Невеликі розміри експериментально отриманої зони ущільнення пояснюються швидким загасанням напруг від ущільнюючих тисків, що розсіюються в масиві ґрунту. Це обумовлено невеликим діаметром свердловини і відповідно невеликою завантаженою поверхнею. При збільшенні діаметра свердловини та ущільнюючого тиску ефект від застосування розглянутого методу буде набагато істотніше.

4. Збільшення несучої здатності для паль із розглянутими параметрами за рахунок формування розширення та ущільненої зони складає: - для незвязних ґрунтів - в 2,7 рази;

- для звязних ґрунтів - в 6 разів.

Отримана різниця в несучій здатності для звязних і незвязних ґрунтів майже в 2 рази пояснюється тим, що напруги від власної ваги ґрунту на розглянутій глибині 0,5 м незначні і у відповідності с законом Кулона міцність основи більшою мірою визначається питомим зчепленням, а не кутом внутрішнього тертя. При збільшенні глибини утворення розширення і відповідно додаткового бічного навантаження (g?d) відношення несучих здатностей може змінитися на користь ґрунту, що має більший кут внутрішнього тертя. Тут слід також зазначити, що створення необхідних розмірів розширення в більш міцних ґрунтах (незалежно від того, чим переважно забезпечується міцність - тертям або звязністю) вимагає більшої інтенсивності ущільнюючого тиску.

5. Основним недоліком запропонованої конструкції робочого органа є концентрація напруг у місці сполучення пружно-еластичної оболонки із трубою, через яку подається робоче середовище. У результаті цього при певному рівні ущільнюючих тисків відбувалося пошкодження оболонки і експериментальні дослідження доводилося припиняти. У цьому звязку одним зі шляхів подальшого розвитку даного методу підсилення основ є розробка більш податливого вузла сполучення пружно-еластичної оболонки із трубою, що подає робоче середовище. Це дозволить знизити концентрацію напруг і відповідно збільшити можливий діапазон ущільнюючих тисків.

6. Зі збільшенням ступеня вологості ґрунт, що ущільнюється, може перейти з маловлажного стану у вологе або з вологого у водонасичене. У деяких випадках ступінь вологості може досягати одиниці (Sr=1), тобто вода може заповнити всі пори ґрунту. У цьому випадку ущільнюючий тиск буде впливати вже не на скелет ґрунту, а на воду. При цьому подальше ущільнення буде відбуватися тільки за рахунок витиснення води, що заповнює пори. Для глинистих ґрунтів з низьким коефіцієнтом фільтрації буде потрібен тривалий вплив ущільнюючого тиску. Для піщаних ґрунтів, що досягнули повного водонасичення, подальше ущільнення може супроводжуватися зниженням вологості за рахунок витиснення порової води.

1. Лобачева Н.Г., петраков А.А.. напряженно-деформированное состояние грунтового массива, нагруженного внутренними давлениями. - Современные проблемы строительства. - Донецк: Донецкий ПРОМСТРОЙНИИПРОЕКТ, 2003, с. 31 - 35.

2. Лобачева Н.Г., петраков А.А.. изменение расчетных параметров грунта основания при использовании метода уплотняющих давлений. - Будівельні конструкції. - Київ. НДІБК, 2004, с. 59-63.

3. Лобачева Н.Г. экспериментальные исследования усиления основания фундаментов уплотняющими давлениями. - Современные проблемы строительства. - Донецк: Донецкий ПРОМСТРОЙНИИПРОЕКТ, 2005, с. 149 - 153.

4. Лобачева Н.Г. зависимость параметров уплотненной зоны от уплотняющего давления по результатам экспериментальных исследований. - Збірник наукових праць. Вип.17. - Полтава: ПОЛТНТУ, 2006, с. 166 - 169.

5. Пат. №19237 UA, Е21В 11/00. “Пристрій для утворення розширення в свердловині”. Заявл.19.05.06; Опубл. 15.12.06, Бюл.№12-4 с.

6. Гавенко В.М., Шарабарин А.Г., Сухоруков К.Н., Лобачева Н.Г. Устройство для полевого определения характеристик прочности и деформируемости грунтов при их исследовании.// Зб. наук. праць Вісник ДОННАБА - Макіївка: 2005.- Вип. 2005-7(55). - с. 58-60.