CC BY
36
СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА
УДК 624.1
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СОСЕДНИХ ФУНДАМЕНТОВ, РАЗДЕЛЕННЫХ ШПУНТОВЫМ ОГРАЖДЕНИЕМ
© 2013 г. И.Н. Чиж, Г.М. Скибин
Чиж Ирина Николаевна - аспирант, кафедра «Промышленное, гражданское строительство, геотехника и фунда-ментостроение», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). E-mail: dpchizh@mail.ru
Скибин Геннадий Михайлович - д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Промышленное, гражданское строительство, геотехника и фундаментостроение», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). E-mail: SkibinGM@mail.ru
Chizh Irina Nikolaevna - post-graduate student, department «Industrial and Civil Engineering, Geotechnics and Foundation Engineering», South-Russia State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). E-mail: dpchizh@mail.ru
Skibin Gennady Mihailovich - Doctor of Technical Sciences, professor, head of department«Industrial and Civil Engineering, Geotechnics and Foundation Engineering», South-Russia State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). E-mail: SkibinGM@mail.ru
Рассмотрены результаты лотковых экспериментов по изучению взаимовлияния соседних фундаментов на песчаном основании, разделенных шпунтовым ограждением. Предложены рекомендации по подбору оптимальных параметров разделительного шпунтового ряда при различных условиях строительства.
Ключевые слова: песчаное основание; осадка; шпунтовое ограждение; штамп; нагрузка; взаимовлияние.
The article deals with tray experimental results of studying of neighboring foundations influence on sandy ground divided by pile obstruction. Proposed selection recommendations of optimal pile's parameters in different construction condition.
Keywords: sandy ground; draft; pile obstruction; stamp; loading; influence.
В условиях современного развития городов возникает необходимость строительства в непосредственной близости от существующей застройки. При проектировании и строительстве домов в таких условиях возникает ряд проблем, не характерных для нового строительства. Они связаны как с обеспечением безопасности существующих строений в процессе строительства, так и с переносом сетей и коммуникационных каналов с площадки строительства [1].
Применение разделительного шпунтового ряда при устройстве фундаментов вблизи существующих зданий является одним из способов обеспечения сохранности существующих объектов. Однако на сегодняшний день всё ещё отсутствует нормативная база, комплексно рассматривающая факторы, обеспечивающие долговечность и качество не только возводимых объектов, но и окружающих их сооружений.
В данной статье представлены результаты лотковых экспериментов работы песчаного основания при взаимовлиянии соседних фундаментов новой и существующей застройки, разделенных шпунтовым ограждением.
Опыты, описанные К. Терцаги и Р. Пек [2], показали, что характеристики несвязных грунтов при проведении испытаний в лаборатории и в полевых условиях практически не отличаются. Это говорит о воз-
можности постановки эксперимента на песчаном основании без использования эквивалентных материалов. Моделирование в лотке было выполнено с соблюдением всех условий подобия, что позволило исследовать вертикальные перемещения основания при взаимовлиянии двух фундаментов, не прибегая к полевым экспериментам, а также осуществить многократную повторяемость опытов.
Целями маломасштабных экспериментов является изучение влияния отрезного шпунтового ряда на минимизацию дополнительных деформаций существующей застройки от нового строительства; определение оптимальных параметров шпунтового ряда, при которых практически исключается дополнительная осадка существующего здания.
На кафедре «Промышленное, гражданское строительство, геотехника и фундаментостроение» ЮжноРоссийского государственного технического университета (г. Новочеркасск) сконструирована испытательная установка для изучения поведения песчаных оснований в условиях плоской деформации (рис. 1). Для исследования взаимовлияния соседних фундаментов ее конструкция была доработана авторами, а также сконструированы модели фундаментов и шпунтового ограждения. Испытательная установка состоит из лотка 1, силовой рамы 11 и металлического стола 12, выполняющего роль основания.
Нагружение осуществлялось плоскими гирями массой 1, 2, 3, 4 кг, опертыми на диск для груза 10. В качестве модели шпунтового ограждения применялась металлическая пластина 3 толщиной 2 мм и шириной 100 мм, которая зафиксирована в верхней части через уголки 5 к стенкам лотка (рис. 2). Для эксперимента подготовлено 10 пластин разной длины (1Ь - 10Ь).
Рис. 1. Схема испытательной установки: 1 - лоток; 2 - штампы; 3 - пластина шпунтового ряда; 4 - металлическая струна; 5 - уголки, фиксирующие пластину шпунта; 6 - спица индикатора часового типа (ИЧТ); 7 - груз; 8 - ИЧТ; 9 - прогибомер; 10 - диски для груза; 11 - силовая рама; 12 - металлический стол
СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений» выделяют четыре категории состояния зданий от нормального до аварийного [3].
Очевидно, что дополнительные деформации основания фундаментов существующей застройки IV категории не допускаются. III категория состояния (неудовлетворительное) зданий также подвержена опасности обрушения при дополнительных деформациях без усиления и восстановления несущей способности поврежденных конструкций. Таким образом, новое строительство целесообразно вблизи только тех зданий, которые отвечают характеристикам I и II категорий состояния. В Приложениях Д и Л СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений» приводятся предельные значения деформаций основания фундаментов объектов существующей застройки, а также предельных дополнительных деформаций в случае их расположения в зоне влияния нового строительства [3] (табл. 1). Для проведения лотковых экспериментов авторами вычислены отношения дополнительных предельных осадок к основным.
Таблица 1
Предельные деформации основания фундаментов существующей застройки
Рис. 2. Устройство шпунтового ограждения
Категория Предельные осадки Предельные дополнительные r»max ad ,u
Здания состояния основания фундаментов осадки основания
здания птах Su , см фундаментов £таи , см smax
1. Гражданские и производственные одноэтажные и многоэтажные зда- I 10 5 0,50
ния с полным железобетонным каркасом II 3 0,30
2. Многоэтажные бескаркасные здания с несущими стенами из круп- I 12 4 0,33
ных панелей и крупных блоков или II 3 0,25
кирпичной кладки без армирования
3. Многоэтажные бескаркасные здания с несущими стенами из кирпича I 18 5 0,28
или бетонных блоков с арматурны- II 3 0,17
ми или железобетонными поясами
Таким образом, могут быть установлены границы исследования, т.е. расстояние между соседними фундаментами, при котором их взаимовлияние будет минимальным и установка шпунта не требуется, исходя из самого строгого условия ^ 0,17Б™* .
В качестве основания в лоток укладывался воздушно-сухой песок средней крупности (объемный вес у = 16,5 кН/м3; коэффициент пористости е = 0,519; природная влажность Ж = 2 %; удельное сцепление с = 0 кПа; угол внутреннего трения ф = 43°) [4]. В указанных условиях экспериментально получено, что предельная нагрузка на штамп шириной 50 мм составила 104 кПа. По данным поверочного расчета, выполненного по методике СНиП 2.02.01-83* [5], вертикальная составляющая предельного сопротивления основания близка к экспериментальной и составила 96 кПа.
В лотковом эксперименте нагружение существующего здания принято 40 кПа, близкое к расчетному сопротивлению; на возводимое - 100 кПа, близкое к предельной нагрузке. Измерение вертикальных перемещений штампа возводимого здания осуществлялось прогибомером типа 6-ПАО № 002986 с ценой деления 0,01 мм, измерение осадки штампа существующего здания - индикатором часового типа (ИЧТ), который при помощи зажима крепился к траверсе (рис. 3). Для определения границ взаимовлияния соседних фундаментов выполнены эксперименты без шпунтового ряда и получены результаты, представленные на рис. 4.
Таблица 2
Оптимальные параметры отрезного шпунтового ряда (длина/положение) между фундаментами
существующего и возводимого зданий
Я W Здания и их категории
'асстояние меж фундаментам! Гражданские и производственные одноэтажные и многоэтажные здания с полным железобетонным каркасом Многоэтажные бескаркасные здания с несущими стенами из крупных панелей и крупных блоков или кирпичной кладки без армирования Многоэтажные бескаркасные здания с несущими стенами из кирпича или бетонных блоков с арматурными или железобетонными поясами
РЦ I II I II I II
5Ь 6Ь 6Ь 7Ь 6Ь 7Ь
0,5b посередине, 3/4L посередине, 3/4L посередине, 3/4L не имеет значения 3/4L не имеет значения
4Ь 6Ь 6Ь 6Ь 6Ь 7Ь
1b не имеет не имеет не имеет не имеет не имеет
значения значения значения значения значения
4Ь 4Ь 5Ь 5Ь 6Ь
1,5b - 3/4L не имеет не имеет не имеет не имеет
значения значения значения значения
3Ь 1Ь 4Ь 3Ь 5Ь
2b - не имеет значения посередине, 3/4L посередине, 3/4L посередине, 3/4L 3/4L
2Ь
2,5b - - - посередине, 3/4L
Рис. 3 Устройство измерительных приборов
nmaW ^m Sad,u / Su
1,2 0,8
0,4
1.13
0,5b 1,0b 1,5b 2,0b 2,5b 3,0b Расстояние межу фундаментами
Рис. 4. График зависимости отношения дополнительной деформации к основной осадке штампа существующего здания от расстояния, на которое удален от него штамп возводимого здания (Ь - ширина фундамента)
0
Рис. 5. Графики зависимости отношения дополнительной деформации к основной осадке штампа существующего здания от длины разделительного шпунта в трех положениях
Экспериментально получено, что уже при расстоянии между фундаментами 3Ь условие БтХ, ^ 0,17^^
выполняется. Таким образом, применение отрезного шпунтового ряда целесообразно при удалении новой застройки на расстояние до 3Ь. Поэтому лотковые исследования влияния шпунта на дополнительные деформации исторически сложившейся застройки выполнены при расстоянии между фундаментами существующего и возводимого здания L = 0,5Ь; 1Ь; 1,5Ь; 2Ь; 2,5Ь. Чтобы изучить эффективность места положения шпунтового ряда, для каждого значения Li проводились эксперименты в трех позициях шпунта (/): I = 1/4 Li от существующего здания, посередине, I = 3/4 Li от существующего здания.
При этом для каждой позиции шпунта проводились опыты по оценке эффективности его длины с
соблюдением условия £та,Х ^ 0,^итах.
Было выполнено 87 экспериментов для различной глубины заложения шпунта (длина шпунта) с трехкратной повторяемостью.
Результаты экспериментальных исследований представлены графиками (рис. 5). По графикам рис. 5 можно сделать следующие выводы:
1) при расстоянии между фундаментами до 2Ь положение шпунта не имеет значения;
Поступила в редакцию
2) при расстоянии между фундаментами 2Ь и 2,5Ь шпунт целесообразнее устанавливать ближе к возводимому зданию;
3) подбор оптимальных параметров шпунтового ряда приведен в табл. 2.
Литература
1. Организационно-технологические правила строительства (реконструкции) объектов в стесненных условиях существующей городской застройки / разработаны ОАО ПКТИпромстрой (С.Ю. Едличка, А.В. Колобов, В.В. Шахпаронов, Ю.А. Ярымов, А.И. Творогов) с участием ГУП НИИМосстрой (е.Д. Белоусов, В.В. Затван, Н.М. Пукемо), НИИОСП (В.А. Ильичев, Л.Г. Мариупольский, Б.Ф. Кисин). М., 1998.
2. Терцаги К., Пек Р. Механика грунтов в инженерной практике / под ред. проф. М.Н. Гольштейна, М., 1958.
3. СП 22.13330.2011. Основания зданий и сооружений
4. Павлющик С.А. Оценка несущей способности нагруженных откосов и склонов методами предельного анализа и пластических систем: автореф. дис. ... канд. тех. наук. Новочеркасск, 2011. 24 с.
5. СНиП 2.02.01-83 . Основания зданий и сооружений.
4 апреля 2013 г.
