ИССЛЕДОВАНИЕ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ ПЕСЧАННОЙ ПОДУШКИ И ЕЕ ОСНОВАНИЯ ИЗ ЛЕССОВЫХ ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТОВ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

В период проведения экспериментальных наблюдений деформаций свай от действия сил морозного пучения грунтов практически не наблюдалось (таблица 3).

Разница между начальными измерениями (при минимальных отрицательных температурах) и последующими измерениями деформаций (при максимальных отрицательных температурах) находится в пределах ошибки измерений.

ВЫВОДЫ

1. Полученные экспериментальные результаты показывают отсутствие вертикаль-

ных деформаций винтовых свай «КРИННЕР» вызванных силами морозного пучения грунтов основания.

2. Винтовые сваи «КРИННЕР» эффективно противостоят силам морозного пучения и могут успешно эксплуатироваться в зимних условиях при строительстве зданий и сооружений на территории Алтайского края.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ 5686-94. Грунты. Методы полевых испытаний сваями [Текст]. - М.: ИПК Изд-во стандар-тов,1996. - 51 с.

УДК 624.154.001.4

ИССЛЕДОВАНИЕ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ ПЕСЧАННОЙ ПОДУШКИ И ЕЕ ОСНОВАНИЯ ИЗ ЛЕССОВЫХ ПРОСАДОЧНЫХ

ГРУНТОВ

И. В. Носков, Г. И. Швецов, Ю.А. Гатилов

В статье приведены методика и результаты испытаний совместной работы песчаной подушки и лессового основания в грунтовых условиях г.Барнаула . Описаны преимущества песчаных подушек, приведены экспериментальные данные свидетельствующие о перспективности применения песчаных подушек как метода фундирования в грунтовых условиях региона.

Ключевые слова: грунт, напряжения, деформации, просадка, песчаная подушка, полевые испытания.

ВВЕДЕНИЕ

Устройство грунтовых (песчаных) подушек является одним из эффективных методов снижения влияния негативных последствий, а именно значительных деформаций (просадок), при строительстве зданий и сооружений на лессовых просадочных грунтах.

В настоящее время при строительстве на лессовых просадочных грунтах региона, как правило, используют в качестве фундаментов - свайные и плитные фундаменты.

При этом фундаменты проектируются со значительным запасом, т.к приходится при устройстве свайных фундаментов учитывать значительную мощность просадочной толщи (до 12 метров), а при устройстве плитных фундаментов учитывать при расчетах локальное замачивание грунтов основания.

Замена свайных и плитных фундаментов на ленточные и отдельностоящие фундаменты, основанием которых будет служить

песчаная подушка, сдерживается на территории региона из-за отсутствия достаточного экспериментального опыта.

Для снижения стоимости нулевого цикла и внедрения перспективного и эффективного метода фундирования кафедрой «Основания, фундаменты, инженерная геология и геодезия» совместно с ООО «Жилищная инициатива» в период с 2007 по 2010 гг. выполнены работы по исследованию совместной работы песчаной подушки и ее основания из лессовых просадочных грунтов.

ПРОГРАММА ИССЛЕДОВАНИЙ

Для разработки рекомендаций по проектированию и устройству двухслойного основания с применением песчаной подушки на лессовых просадочных грунтах была составлена программа исследований включающая в себя:

1. Оценку существующих методов учета совместной работы песчаной подушки и грунтового основания.

2. Изучение совместной работы песчаной подушки и лессового грунта природной влажности.

3. Определение напряжений в песчаной подушке по глубине и по горизонтали - для уточнения размеров песчаной подушки, как основа для ее проектирования.

4. Определение деформации слоев песчаной подушки и лессового грунта по глубине и по горизонтали.

5. Определение границы сжимаемой зоны лессового грунта под воздействием фундамента и песчаной подушки.

6. Комплексная оценка работы двухслойного основания из песчаных и лессовых грунтов под воздействием внешней нагрузки с учетом действующих напряжений и суммарных деформаций в вертикальном и горизонтальном направлениях песчаной подушки и лессовых грунтах.

7. Разработка рекомендаций по проектированию и устройству двухслойного основания с применением песчаной подушки на лессовых

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Результатом реализации программы исследований явилось проведение крупномасштабного натурного эксперимента по проектированию и устройству двухслойного основания с применением песчаной подушки на лессовых просадочных грунтах, как основания под строительство 6-ти этажного гаражного комплекса на ул. Лазурная в г. Барнауле.

На этапе проектирования свайные фундаменты были заменены ленточными фундаментами на двухслойном основании, состоящем из песчаной подушки, мощностью 2.5 м и лессовой просадочной супеси.

Перед устройством подушки лессовые супеси были уплотнены трамбовками массой 3 тонны на глубину 1.5 м .

Для выполнения программы исследований на площадке был устроен колодец для проведения наблюдений за поведением сложного основания (рисунок 1).

Рисунок 1 - Экспериментальный колодец

Рисунок 2 - Возведение первого этажа здания

Рисунок 3 - Возведение последнего этажа здания

По специально разработанной схеме в лессовый грунт и песчаную подушку были установлены мессдозы и тензометрические датчики для замеров напряжений и деформаций основания.

Перед установкой тензометрические датчики были изолированы от проникновения влаги и проведена их тарировка .

Мессдозы и тензометрические датчики устанавливались в лессовом основании и песчаной подушке в двух плоскостях, как горизонтально, так и вертикально с шагом 0.5 метра по высоте и ширине (рисунок 4).

Крупномасштабный эксперимент включал в себя шесть этапов:

1.Устройство песчаной подушки и возведение нулевого цикла.

2.Возведение первого этажа здания (рисунок 2).

3.Возведение второго этажа здания.

4.Возведение третьего и четвертого этажей.

5.Возведение пятого этажа.

6.Возведение шестого этажа (рисунок 3).

На каждом этапе наблюдений фиксировались изменения напряженно - деформированного состояния двухслойного основания и определялись деформации (осадки ) основания.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Полученные показания мессдоз и тензо-датчиков (рисунок 5, рисунок 6) обрабатывались следующим образом (рисунок 7):

1) вычислялись средние значения отсчетов;

2) полученные значения откладывают под подошвой фундамента в соответствии со схемой расстановки мессдоз и тензодатчи-ков;

3) отсчеты соединяют простейшей кривой.

Полученные результаты наглядно демонстрируют деформацию основания фундамента на разной глубине.

Графики получены для каждого этапа нагружений и имеют вид, представленный на рисунке 8.

Полученные графики в центре и под левым краем фундамента зеркально отображаются от оси отсчета. Линии под краями фундамента показывают границу сжимаемой толщи грунта. Линии, центром фундамента отображением эпюры пряжений стгр|.

Анализ полученных графиков позволил проследить изменение напряжения и величину сжимаемой толщи грунта в зависимости от нагрузки на фундамент на каждом этапе строительства.

Графики получены для каждого этапа наблюдений и имеют вид, представленный на рисунке 9.

расположенные под являются наглядным дополнительных на-

Горизонт №6 (-1,5м.) . Фунд амент

, №16 Д № °15 Д №14

Горизонт №5 (-2м.) Д №13 Д N •12 Д №11

Горизонт №4 (-2,5м.) Д №10 Д °9 Д №8

Горизонт №3 (-3м.) Д №7 Д °6 Д №5

Горизонт №2 (-4м.)

Д №4

Горизонт №1 (-4,5м.)

Д №2

Колодец

а)

Фунд амент

Горизонт №6 (-1,5м.) Д №16 Д № °15 Д №14

Горизонт №5 (-2м.) Д №13 Д № •12 Д №11

Горизонт №4 (-2,5м.) Д №10 Д № °9 Д №8

Горизонт №3 (-3м.) Д №7 Д °6 Д №5

Горизонт №2 (-4м.)

Д №4

Горизонт №1 (-4,5м.)

Д №2

Колодец

б)

Рисунок 4 - Схема установки измерительной аппаратуры в песчаной подушке и лессовом основании: а) расстановка тензодатчиков; б) расстановка мессдоз

Рисунок 5 - Пример графика показаний мессдозы

Рисунок 6 - Пример графика показаний тен-зодатчика

Д №3

Д №1

0.000

Д №3

Д №1

0

Г5М1 Г5М2

Г4М1 Г4М2

Г3М1 Г3М2

Г2М1 Г2М2

Г1М1 Г1М2 5 0

Г5М3 Г4М3

Г3М3 Г2М3

Г1М3 0

Рисунок 7 - График обработки показаний мессдоз и тензодатчиков

б)

Рисунок 8 - Графики обработки показаний деформаций основания (этап № 6): а) мессдозы; б)тензодатчики

Рисунок 9 - График изменения дополнительных напряжений под подошвой фундамента(один из этапов эксперимента)

Г5М1

Г4М1

Г5М2—Г5М3

Г4

М2 Г4М3

Г3М1

Г3М2—Г3М3

Г2М1

Г1М1

Г2

М2—Г2М3

Г1М2 Г1М3 0 5

Рисунок 10 - График осадки основания на каждом горизонте (один из этапов)

Это позволило оценить осадку в каждом из слоев основания. Наибольшие деформации возникают в слое непосредственно под подошвой фундамента и в дальнейшем уменьшаются с увеличением глубины.

Верхним слоем основания является песчаная подушка. Напряжение в ней значительно выше, чем в слое уплотненной супеси, поэтому возникают и большие деформации. Супесь же деформируется незначительно. Графики получены для каждого этапа нагру-жений и меют вид, представленный на рисунке 10.

Для определения осадки сложного основания на каждом горизонте показания откладывались вниз от существующего датчика.

Мессдоза Г1 М1

Мессдоза Г1М2

Мессдоза Г1 М3

5 10 15 20 25 30

5 1015 20 25 30 0 5 1015 20

Тензодатчик №1

Тензодатчик №°2

0 10 20 30 40 50 60x10 0 10 20 30 40 50 60x10

б)

Рисунок 11 - Графики суммарных показаний датчиков на шести этапах нагружения: а) мессдозы; б) тензодатчики

Рисунок 12 - Снятие показаний в экспериментальном колодце

Обобщением результатов измерений явилось построение графиков показаний каждого из датчиков на всех этапах нагружения.

В отличии от предыдущих построений, показывающих приращение деформаций и напряжений от каждого этапа нагружения, на

этих графиках представлено суммарное значение осадки подошвы фундамента.

Графики получены для всех этапов строительства и имеют вид, представленный на рисунке 11.

Ниже приведены результаты анализа графиков эпюр дополнительных напряжений ст в песчаной подушке, подстилаемой про-садочными супесями, полученных на основании экспериментальных (рисунок 12) и теоретических данных, полученных по СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений».

Перед установкой мессдоз в тело подушки производилась их тарировка. Испытания производились на компрессионном приборе поэтапным приложением нагрузки в 0.05 мПа. По результатам испытаний были построены тарировочные графики.

Значения ст2^, на каждом этапе нагружения представлены в таблице 2. Зная суммарный отсчет датчиков на каждом этапе нагружения, по тарировочным графикам вычислялись дополнительные напряжения ст2р под подошвой фундамента.

Сравнение дополнительных напряжений ст2р, полученных в результате крупномасштабного эксперимента и рассчитанных по действующим нормативным документам, приведены на рисунке 13.

ВЫВОДЫ

1. Проведенный крупномасштабный эксперимент подтвердил эффективность применения песчаных подушек при устройстве оснований под здания и сооружения на лессовых просадочных грунтах региона.

2. Полученные результаты показали, что при начальном приложении нагрузки (этапы 1,2) данные эксперимента незначительно отличаются от теоретических данных.

В тоже время, при значительном увеличении нагрузки на грунты основания, экспериментальные данные в несколько раз отличаются от теоретических в меньшую сторону, особенно на этапах завершения строительства (этап 5,6).

3. Эпюры распределения дополнительных напряжений, полученные в ходе эксперимента показывают, что основные деформации (осадки) воспринимает подушка, а подстилающие грунты основания из уплотненных лессовых грунтов деформируется незначительно.

1 этап

1 этап

1 этап

2 этап

2 этап

2 этап

3 этап

3 этап

3 этап

4 этап

4 этап

4 этап

5 этап

5 этап

5 этап

6 этап

6 этап

6 этап

1 этап

1 этап

2 этап

2 этап

3 этап

3 этап

4 этап

4 этап

5 этап

5 этап

I ЭТАП

II ЭТАП

III ЭТАП

30 кПа

IV ЭТАП

Рисунок 13 - Эпюры дополнительных напряжений в основании -----экспериментальные данные;---теоретические данные

4. Дополнительные напряжения, полученные в ходе эксперимента, на границе песчаной подушки и уплотненного лессового грунта значительно меньше начального про-садочного давления и соответственно можно сделать вывод о том, что даже без уплотнения подстилающего лессового просадочного грунта просадки основания не произойдет, а суммарная осадка не превысит предельно

допустимых деформаций регламентированных СНИПами.

5. По развитию напряжений в стороны от центра фундамента можно сделать вывод о целезообразности устройства песчаных подушек не под все здание, а конкретно под фундаментные ленты, что приведет к значительному экономическому эффекту при больших пролетах между осями сооружения.

6. Полученные в ходе эксперимента результаты показали актуальность проведенных исследований и эффективность устройства грунтовых (песчаных подушек), как метода фундирования предназначенного для

снижения влияния негативных последствий, а именно значительных деформаций (просадок), при строительстве зданий и сооружений на лессовых просадочных грунтах региона.

УДК 624.154.001.4

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ МНОГОВИТКОВЫХ ВИНТОВЫХ

СВАЙ

И. В. Носков, А.Ю. Халтурин

В статье впервые приведены методика и результаты испытаний винтовых свай «КРИННЕР» в грунтовых условиях г. Барнаула. Описаны преимущества свай «КРИННЕР» и принципиально новая конструкция сборно-разборного испытательного стенда (УУ-ВСК). Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о перспективности применения свай «КРИННЕР» в грунтовых условиях региона.

Ключевые слова: винтовая свая, стенд, полевые испытания.

ВВЕДЕНИЕ

Мировая история применения винтовых свай насчитывает уже около 200 лет. В тоже время по данным Президента международного общества по механике грунтов и геотехнике В. Ф. Ван Импе [1] в период 1997-2001 гг. только 3% всех свай (рисунок 1), использованных в строительстве, были винтовыми.

Рисунок 1 - Использование существующих разновидностей свай в строительстве

Винтовые сваи в России получили наиболее широкое применение в электросетевом и военном строительстве, что объясняется рядом их существенных преимуществ по сравнению с традиционными свайными технологиями: высокая скорость и низкая трудоемкость монтажа; безударность погружения; возможность установки свай в труднодоступных местах; отсутствие земляных работ; возможность круглогодичного ведения строи-

тельно-монтажных работ. Важна и экологическая составляющая - отсутствие земляных работ и простота полного демонтажа данного типа фундамента сводят к минимуму воздействие на окружающую среду при строительстве временных зданий и сооружений.

Данные преимущества делают целесообразным применение винтовых свай в гражданском и промышленном строительстве. В настоящее время успешно решаются основные проблемы, связанные с данной технологией, а именно потребность в эффективных сваепогружающих машинах и необходимость антикоррозионной защиты свай.

Сегодня основным сдерживающим фактором распространения винтовых свай остается недостаточная изученность их работы.

Различия в видах, конфигурациях и размерах винтовых лопастей значительно влияют на характер работы свай и, как следствие, позволяют варьировать характеристики устраиваемых фундаментов.

На российском рынке фундаментострое-ния представлена продукция компании «KRINNER Schraubfundamente GmbH» (Германия). Винтовые сваи «КРИННЕР» (рисунок 2) представляет собой патентованный кованный конусный корпус из трубной заготовки с приваренной спиралью.

Основной отличительной особенностью свай «КРИННЕР», является применение лопастей малых диаметров с большим количеством витков. Как следствие, погружение таких свай можно производить малыми крутя-