CC BY
43
V. А. Kaliskarov
Exploitation problems of feed pumps at Ekibastuz GRES-1 LLP 500 MW power units, and activities undertaken during the reconstruction of FP-1500-350-3 and FP-1500-350-4 feed pumps
Innovative University of Eurasia, Pavlodar.
Material received on 15.12.2015.
Осы мацалада Еюбастуз ГРЭС-1 энергия блоктарыныц bpfeKmeHdipem сореыларын авариялъщ жагдайларыныц себептерт зерттеу щрастырылган.
This article presents the research on the causes of emergencies at the feed pumps of Ekibastuz GRES-1 LLP power units.
УДК 624.131:624.1 В. А. Козионов
к.т.н., профессор, Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар
ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ОСАДОК ФУНДАМЕНТОВ НА КРУПНООБЛОМОЧНЫХ ГРУНТАХ С ЗАПОЛНИТЕЛЕМ
Приводится методика учета структурно-механических особенностей крупнообломочных грунтов с глинистым и песчаным заполнителем в расчетах осадок фундаментов методом послойного суммирования.
Ключевые слова: композитный грунт, включения, заполнитель, осадка фундамента, метод послойного суммирования.
При проектировании зданий и сооружений на элювиальных, пролювиальных, делювиальных отложениях возникает необходимость определения осадок фундаментов на крупнообломочных грунтах с глинистым или песчаным заполнителем. Результаты современных исследований [1] и др. показывают, что деформируемость таких грунтов существенно зависит от их структурно-механических особенностей и напряженного состояния. В строгой постановке осадки фундаментов на крупнообломочных грунтах многоуровневого строения можно рассчитать с использованием дискретно-континуальной модели [2]. Для инженерных методов расчета осадок оснований, например, метода послойного суммирования (МПС) необходим учет особенностей деформирования таких грунтов, что к настоящему времени исследовано еще недостаточно полно. Их изучение составляет цель данной работы.
В проведенных исследованиях использована методика [3], согласно которой осадка фундамента МПС определяется по формуле
- 1 1 (1) i-I I-I
где p - безразмерный коэффициент, равный 0,8;
- среднее значение вертикального напряжения от внешней нагрузки в - в i-м слое грунта, кПа;
к. - толщина i-го слоя грунта, м;
- среднее значение вертикального напряжения в i-м слое грунта от собственного веса, выбранного при отрывке котлована, кПа;
Е. .. £".. - модули деформации i-ro слоя грунта по ветвям соответственно вторичного и первичного нагружения, кПа;
k - число выделенных слоев в сжимаемой толще основания.
Рассмотрим особенности применения формулы (1) для расчета осадок фундаментов МПС на крупнообломочном основании.
Учитывая, что данная зависимость основана на теории линейно-деформируемого полупространства, то для ее корректного использования необходимо соблюдение условия [4]
..L т.-:. .. -.'.т. ■■ (2)
Здесь 5 - размер скальных обломков; L - размер образца грунта, при котором его можно считать локально однородным эквивалентным материалом; Л -расчетная область массива грунта.
По данным В. И. Федорова [5] для соблюдения условия (2) необходимо чтобы отношение диаметра штампа b к максимальному размеру обломков 5 находилось в интервале X = b/5 = 6 - 10.
Рассмотрим данные наших расчетов осадок фундаментов на крупнообломочных грунтах методом конечных элементов на моделях оснований, приведенных на рисунке 1.
а - при Ь/8 = 0,6 - 0,7; б - при Ь/ 8 = 8 - 10; в - при Ь >> 8; 1 - включения; 2 - заполнитель. Рисунок 1 - Схемы оснований из крупнообломочного грунта
На рисунке 2 приведены характерные графики зависимости осадки фундамента ^ от давления по его подошве р. Из них следует, что наименьшее различие в осадках фундаментов получено для моделей оснований, приведенных на рисунках 1б и 1в (10-12 %), а наибольшее - по 1а и 1б (46-50 %). Это подтверждает необходимость соблюдения критерия (2) при расчете осадок фундаментов.
Другая особенность использования формулы (1) состоит в том, что модули
деформации и Ле{ зависят от содержания крупнообломочных включений п, их размера 5, влажности заполнителя м> и величины давления р. по подошве фундамента.
^ Дэепение Давление
О 400 Ййй Р, -кГНа 0 000 Р. кГ1а
а) - п = 0; б) - п = 0,2; 1 - Ь = 1 м; 2 - Ь = 2 м; сплошная линия - однородная среда; штриховая - Ь/ё = 10; штрихпунктирная - Ь/ё = 0,7 Рисунок 2 - Графики зависимостей S. = / (р ,, 5., п )
На рисунке 3 приведены в качестве примера характерные результаты выполненных в ПГУ им. С. Торайгырова компрессионных испытаний суглинка с влажностью м = 0,205 и различным содержанием включений п из дресвы диаметром 5 - 10 мм.
Двяпвние
0 1М 200 ЭШ
100 ЭТИ ЭДО Дзя.оя^-Н?
у - =Лп^>:в - 4=ЛА>"Н I -я-0%:2-4-20%;
Рисунок 3 - Компрессионные зависимости для суглинка
Проведение опытов по компрессионному сжатию образцов грунта осуществлялось с применением теории планирования многофакторных экспериментов. Это позволило получить следующие эмпирические зависимости между модулями деформации и содержанием включений (X =0,2-0,4), их
крупностью (X =0,5-1,0 см) и влажностью заполнителя (Х3=0,2-0,25) при давлении р = 0,05 МПа
| I . ■ ■. I ■ ■ ■■..■■■. :1 :: ■ I..:- ■ ■ ■■. . . ■ , (3)
.-" 1 ' : '■■. 1. I -".-. !:■■■.. :!'■■■. ■.■.'■ ■ ■ . (4)
В (3) и (4) принято л, =(А. - А'т)/Д,¥г. Здесь А' - натуральное значение
фактора; А",-. - нулевой уровень; АХ,- интервал варьирования факторов. Получены также зависимости для иных значений р.
Из рисунка 3 следует, что крупнообломочные включения оказывают армирующее влияние на сжимаемость грунтов, которая характеризуется
сложными зависимостями вида Ei = (ni, 8, wi, рi) и Ее i = /2 (ni, 8, wi, рi). Это обусловливает необходимость их учета в (1).
Наличие в крупнообломочных грунтах глинистого заполнителя придает им реологические свойства. На рисунке 4 приведены экспериментальные зависимости
изменения во времени компрессионного модуля деформации Ej = /) при нагрузке р = 0,05 МПа для ряда параметров п , 8, w . Их анализ указывает на существование
сложной зависимости типа Ei ^) = ^ (ni ,8, wi, pi, г). Ошибка определения Е. без учета п, 5, t может достигать 55-60 %. Полученные результаты свидетельствуют о необходимости выполнения расчетов развития осадок фундаментов во времени.
С Ю 20 30 40 50 10 20 30 40 50
Время Время
а- Б, =/1(п1А,*) ПРИ ^'=25%; 6- Е. =/г{*„ЗД при
Рисунок 4 - Влияние крупности и содержания включений на модуль деформации грунта
С учетом изложенных выше результатов исследований предлагается следующая методика расчета осадок фундаментов.
1 Расчет осадки фундамента выполняется на основе схемы (рисунок 5), включающей дополнения (5а и 5б) к базовому МПС.
2 По данным отчета об инженерно-геологических изысканиях устанавливается в соответствии с рекомендациями [1] распределение содержания и размеров включений по глубине основания. Схематическое их изображение приведено на рисунке 5а и 5б. В реальных условиях эти схемы могут иметь более сложный характер, например, отражать изменчивость состава и свойств грунтов, интервальный характер содержания в них включений и их крупности, зональность и дискретность распределения по глубине основания.
3 Устанавливается распределение напряжений по глубине основания от
внешней нагрузки с использованием формулы [ 1 ] = <л ■ р и соблюдением критерия (2). Здесь а - коэффициент, определяемый по таблице [1]; р - давление по подошве фундамента.
а - распределение крупности включений; б - распределение содержания включений;
в - базовая расчетная схема МПС Рисунок 5 - Схема к определению осадок фундаментов МПС
4 Определяются вертикальные напряжения от собственного веса грунта ^ = ^ — кПа, на глубине г от подошвы фундамента по формуле сг. ( = а - ст .
, где а - то же, что в п. 3. При построении эпюр <т_ , (г необходимо учитывать композитную структуру грунтов с использованием соотношений, приведенных в [5].
5 Определяется толщина сжимаемой толщи грунта под фундаментом с учетом рекомендаций [1].
6 Сжимаемая толща разбивается на к слоев и для каждого ьго слоя определяются осредненные значения содержания включений щ , их крупности 8 и напряжения ст2г . При назначении параметров щ, 8 целесообразно устанавливать их интервальные значения для выделенных групп слоев в пределах сжимаемой толщи основания.
7 Определение величин £ + Е4. осуществляется по результатам полевых или лабораторных испытаний с соблюдением условия (2), либо расчетно-экспериментальным методом. Например, по графикам типа £г = / (рг, ,8 ) (рисунок 3а), значение модуля деформации каждого слоя грунта Ei в интервале р - р, + вычисляется по формуле
Е, = /(р,, п ,8 ) = в. (5)
Полученные значения корректируются по данным полевых испытаний грунтов, либо с помощью поправочных коэффициентов.
8 Осадка фундамента определяется по формуле (1) как сумма осадок всех слоев грунта в пределах сжимаемой толщи основания.
Прогноз осадок ползучести основания выполняется по формуле
^ = в ■ (агрк' + игрт' Ы« +1) . (6)
г=1
Здесь £1< и,. т1 - деформационные и реологические параметры ¡-х слоев грунта мощностью , определяемые экспериментально.
Пример расчета. Определить осадку МПС столбчатого фундамента с глубиной заложения ^ = |чн 5 м. и размерами подошвы {у ус I = з^ м, Дополнительное давление на грунт под подошвой фундамента р = 3 11,0*> кПа. Основанием
служат: суглинок туго пластичный (^ = 19,3 кН/м , £', = МПа, мощность 0,65 м), суглинок текучий (у — 1 У.2 кН/м3, мощность 5 м) с включениями гальки от 20 % до 40 % и супесь пластичная (у - 21,Н кН/м3, £, - 1К.5 МПа, мощность 7 м). Слой суглинка разделялся по содержанию включений на два элемента: первый -п = 20 %; второй - п = 40 %.
Величина модуля деформации суглинка определялись с учетом содержания в нем включений по рисунку 3. Осадка каждого слоя грунта определялась по формуле (1). Общая осадка фундамента с учетом включений и нелинейного деформирования грунта составила 0,17 м, а без учета включений - 0,28 м. Из результатов вычислений следует, что учет наличия в грунте включений позволяет снизить расчетную осадку фундамента на 38,5 %. Это позволяет повысить эффективность проектных решений конструкций фундаментов.
Таким образом, по результатам выполненных исследований получено, что осадки фундаментов на крупнообломочных грунтах существенно зависят от содержания и крупности включений, влажности заполнителя, величины и
длительности действия нагрузки. На основе данных закономерностей разработана методика расчета осадок фундаментов на основе метода послойного суммирования, в том числе с учетом фактора времени.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 МСП 5.01-102-2002. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений. - Астана, 2005. - 106 с.
2 Тер-Мартиросян, З. Г., Мирный, А. Ю. Распределение напряжений и деформаций в неоднородном грунте с учетом формы, размеров и жесткости включений // Международный журнал Геотехника. - 2010. - № 3. - С. 21-27.
3 Козионов, В. А. Геомеханическая модель основания фундаментов на крупнообломочных грунтах с заполнителем // Наука и техника Казахстана. -Павлодар : ПГУ им. С. Торайгырова, 2010. - № 1. - С. 52-59.
4 Ухов, С. Б. Грунты как композиционные материалы природного образования // Строительство в России: прогресс науки и техники.- М. : 1993. - С. 130-139.
5 Федоров, В. И. Прогноз прочности и сжимаемости оснований из обломочно-глинистых грунтов. - М. : Стройиздат, 1988. - 136 с.
Материал поступил в редакцию 15.12.2015.
В. А. Козионов
Толтыргыш бар ¡ркыныкты топырактарда iргетас тунбасыныц ерекшелжтерш есептеу
С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекетлк университет^ Павлодар к.
Материал 15.12.2015 баспаFа тYстi
V. A. Kozionov
Basement sag calculation features on macro fragmental soil with filler
S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar.
Material received on 15.12.2015.
Кабат сайын крсындылау edici бойынша i'ргетас тунбасын есептеуде балшыкты жэне кумды толтыргыш бар ipicbmbib;mbi топырацтыц курылымдъщ — механикалъщ е[>екшелжтерт есепке алу эдютемеЫ келmipiледi.
Accounting method is provided of structurally mechanical features of macro fragmental soils with clay and sand filler in basement sag calculation with layering summation method.
