CC BY
67
ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИМ РЕГИОН._ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2018. № 2
ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION. TECHNICAL SCIENCE. 2018. № 2
СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА CIVIL ENGINEERING BUILDING AND ARCHITECTURE
УДК 624.153.522 DOI: 10.17213/0321-2653-2018-2-84-89
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОСНОВАНИЯ ЛЕНТОЧНОГО ФУНДАМЕНТА
© 2018 г. С.И. Евтушенко, С.Г. Чутченко, Р.Т. Могушков, Р.Е. Скориков
Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия
APPLICATION OF BORED PILES AT CONSTRUCTION
ON SOFT SOILS
S.I. Evtushenko, S.G. Chutchenko, R.T. Mogushkov, R.E. Skorikov
Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia
Евтушенко Сергей Иванович - д-р техн. наук, профессор, кафедра «Общеинженерные дисциплины», ЮжноРоссийский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия. E-mail: evtushenko_s@novoch.ru
Чутченко Светлана Генриховна - доцент, кафедра «Промышленное и гражданское строительство, геотехника и фундаментостроение», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия. E-mail: frizula@yandex.ru
Могушков Руслан Тимурович - магистрант, кафедра «Промышленное и гражданское строительство, геотехника и фундаментостроение», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия. E-mail: ruslan95.ing@gmail.com
Скориков Роман Евгеньевич - магистрант, кафедра «Промышленное и гражданское строительство, геотехника и фундаментостроение», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия. E-mail: roman960019941995@mail.ru
Evtushenko Sergey Ivanovich - Doctor of Technical Sciences, professor, department «General Engineering Disciplines», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia. E-mail: evtushenko_s@novoch.ru
Chutchenko Svetlana Genrikhovna - assistant professor, department «Industrial and Civil Engineering, Geotechnics and Foundation Engineering», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia. E-mail: frizula@yandex. ru
Moguschkov Ruslan Timurovich - master student, department «Industrial and Civil Engineering, Geotechnics and Foundation Engineering», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia. E-mail: ruslan95.ing@gmail.com
Scorikov Roman Евгеньевич - master student, department «Industrial and Civil Engineering, Geotechnics and Foundation Engineering», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia. E-mail: roman960019941995@mail.ru
Приведен обзор конструктивных решений ленточных фундаментов с различной краевой зоной и результатов их экспериментального изучения. Приведены графики зависимости осадки от нагрузки во всем интервале нагружения вплоть до предельной нагрузки. Получена несущая способность песчаного основания моделей ленточных фундаментов с эффективной краевой зоной подошвы. Выполнен анализ зон выпора основания при исчерпании его несущей способности. Построены графики развития осадок в процессе нагружения. Дан анализ результатов новых исследований и выводы по работе.
Ключевые слова: ленточные фундаменты; краевая зона; несущая способность основания; зоны выпора; песчаное основание; экспериментальное моделирование.
The article provides an overview of the constructive solutions of strip foundations with various boundary area and the results of their experimental study. Graphs of the dependence of precipitation from the load over
ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIIREGION. TECHNICAL SCIENCE. 2017. № 2
the whole range of loading up to ultimate load. The obtained bearing capacity of sand base models strip foundations with effective regional typewritten area of the sole. The analysis of the zones of heaving of the base after the exhaustion of its bearing capacity. Constructed graphs of the sediment in the process of loading. The analysis of the results of new studies and findings in the work.
Keywords: strip foundations; boundary area; the bearing capacity of the Foundation; zones of heaving; sandy ground; experimental modeling.
Ленточные фундаменты являются наиболее экономичными с точки зрения расхода материала фундаментами под стены гражданских и промышленных зданий. Экспериментальные исследования работы фундаментов на песчаном основании с ломанным очертанием краевой зоны проводились в лаборатории оснований и фундаментов кафедры «Промышленное и гражданское строительство, геотехника и фундаментострое-ние» ЮРГПУ (НПИ) (ПГС ГиФ) на испытательной машине МФ-1 конструкции Ю.Н. Мурзенко [1] рядом авторов [2 - 5].
Введение
Составной частью возрастания объемов ввода жилья является стимулирование индивидуального и многоквартирного строительства на территориях агломерации, государственное субсидирование процентной ставки, поддержка молодых семей и строительство социального жилья и жилья для военнослужащих. В 2017 г. объем ИЖС составит около 60 % от общего количества сданного в эксплуатацию жилья в Южном Федеральном округе. При возведении коттеджных домов для фундаментов используются ленточные фундаменты. Учитывая вышеизложенное, а также темпы и предпосылки развития ИЖС, доля ленточных фундаментов будет возрастать.
Совершенствование проектных и конструктивных решений в области фундаменто-строения позволяет экономить материальные и трудовые ресурсы, сокращать сроки строительства зданий [6, 7].
Вопросы внедрения новых конструкций ленточных фундаментов, совершенствование методов их расчета, экспериментальное и теоретическое изучение работы оснований ленточных фундаментов является, на сегодня, актуальной задачей.
По нашему мнению, перспективными являются ленточные фундаменты из сборных прямоугольных решетчатых плит, плит с угловыми вырезами.
Цели и задачи исследования
Целью работы является разработка новой формы сборного ленточного фундамента с эффективной краевой зоной подошвы, обеспечивающих снижение деформаций и повышение несущей способности основания и экспериментальное исследование ее работы на моделях.
Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:
- обзор, критический анализ и обобщение результатов теоретических и экспериментальных исследований, проведенных другими авторами, по экспериментальному изучению работы ленточных фундаментов;
- патентный поиск конструктивных решений сборных ленточных фундаментов со сложной формой подошвы;
- разработка новой конструкции ленточных фундаментов с эффективной краевой зоной подошвы (ЭКЗП);
- проведение экспериментальных исследований на моделях несущей способности песчаного основания ленточного фундамента с ЭКЗП;
- анализ результатов экспериментальных исследований и формулировка выводов.
Рабочая гипотеза исследования
В ранее проведенных опытах В.П. Дыбы, Г.М. Скибина, С.И. Евтушенко, Д.Н. Архипова и других авторов [2-5] изучались распределительная способность грунта и арочный эффект. Выявленное влияние размера периметра на несущую способность основания необходимо проверить на ленточных фундаментах с эффективной краевой зоной подошвы. В опытах с ленточным фундаментом из жестких балочных элементов [4], прототипом которого послужил фундамент [8], был получен оптимальный размер выдвижения элементов относительно продольной оси. Эти результаты в настоящем исследовании краевой зоны сборного плитного фундамента приняты как основа и выбраны такие же соотношения размеров выступов опорной модели.
ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION.
TECHNICAL SCIENCE. 2018. № 2
Это позволило предложить ряд конструктивных решений фундаментов с различной краевой зоной опорных плит [9 - 16] (табл. 1).
Таблица 1 / Table 1 Фундаменты с различной краевой зоной опорных плит / Foundations with different edge area of the support plates
№ п/п Общий вид фундамента Примечание Номер патента
1 3 4 2
1 Квадратные плиты с поворотом на 45 градусов 55386
2 И Блок-подушки по ГОСТ с вырезами по краю блока 32139
3 ✓ Блок-подушки по ГОСТ с раздвижкой от оси стены 50552
4 0* Блок-подушки по ГОСТ с поворотом относительно продольной оси стены 40333
5 Треугольные балочные элементы с раздвижкой от продольной оси стены 32138
6 Перекрестно ленточные фундаменты 108765
7 & Блоки опорной плиты в опалубке из старых покрышек 117935
8 Блоки опорной плиты в опалубке из старых покрышек, соединенные продольной арматурой по продольной оси стены 117936
Методика проведения и подготовки экспериментальных исследований
Наши экспериментальные исследования работы фундаментов на песчаном основании были проведены в лаборатории оснований и фундаментов кафедры «ПГС ГиФ» ЮРГПУ (НПИ) на испытательной машине МФ-1 конструкции Ю.Н. Мурзенко, которая является центральным звеном автоматизированной системы научных исследований оснований и фундаментов на моделях [1]. Лоток машины МФ-1 размерами в плане 3,0 х 3,0 м и на глубину 2,2 м заполнен крупнозернистым песком плотностью 17,1 Н/м3. Песок укладывался с послойным трамбованием и контролем плотности плотномером.
Нагрузка на модели прикладывалась тремя вертикальными гидравлическими домкратами, позволяющими получить суммарное усилие 1500 кН. Установкой грузов на маятнике выбирался диапазон нагружения каждого домкрата от 0 до 100 кН, при этом единица шкалы силоизмерите-ля составляла 100 кг. На диаграммном аппарате машины МФ-1 вычерчивался график изменения осадки во всем интервале нагружения.
Ручной пульт управления позволял выбирать скорость нагружения модели, а использование микрометрического винта позволяло с высокой точностью выдерживать постоянную нагрузку на каждой ступени нагружения для стабилизации осадок основания.
В процессе исследования были произведены две серии испытаний [17]. При выполнении опыта в качестве модели ленточного фундамента были применены пять плит с размерами в плане 420х400мм, выполненных из многослойной фанеры толщиной 18 мм, имитирующие блок-подушки с шириной 2,0 м в масштабе 1:5 (серия опытов № 1). Общая длина модели составила 2200 мм. Для моделирования краевой зоны, имеющей ломанное очертание, в блок-подушках производились вырезы размерами Ь х 1 = 60 х х 120 мм (серия опытов № 2).
Опыты осуществлялись по одной методике [5] с выдержкой нагрузки на каждой ступени в течение 15 мин. Нагрузка на модель прикладывалась ступенями по 10 кН. На жесткой траверсе для измерения осадки крепился прогибомер Аистова 6-ПАО. Точность измерения осадки составила 0,001 мм. Нагрузка доводилась до предельной, при этом происходила потеря устойчивости фундамента и выпор грунта основания из под модели.
ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION. TECHNICAL SCIENCE. 2018. № 2
Результаты экспериментальных исследований
Площадь модели первой серии опытов составляла 0,96 м2 и 0,672 м2 для второй серии. В результате исследования была получены: предельная нагрузка на сплошную модель ленточного фундамента, которая составила 160 кН, при этом осадка достигла 20,2 мм; для модели с вырезами предельная нагрузка дошла до отметки 115 кН, при этом осадка составила 17,1 мм. На рис. 1 представлены совмещенные графики зависимости осадки от нагрузки.
100 200 300
20 S, мм
Рис. 1. График зависимости осадки моделей фундамента от нагрузки: 1 - осредненный график первой серии;
2 - осредненный график второй серии / Fig. 1. Graph of precipitation patterns of the foundation of the load: 1 - averaged graph of the first series; 2 - average graph of the second series
На начальном этапе нагружения (до давления о = 250 кПа) графики приращения осадок на каждой ступени близки к линейному (рис. 2). Нелинейная стадия графиков осадок начинается при о > 250 кПа, причем нелинейность возрастает при росте нагрузки вплоть до потери устойчивости основания.
0,4
0,3
0,2
а я
Ср
с
0,1
30 60 90 120 150
Нагрузка, кН
Рис. 2. Изменение приращения осадки на ступенях нагружения: 1 - осредненный график первой серии; 2 - осредненный график второй серии / Fig. 2. Change the increments of precipitation on the steps of the loading: 1 - averaged graph of the first series; 2 - average graph of the second series
При достижении предельной нагрузки произошла потеря устойчивости основания, которая сопровождалась выпором грунта. В первой серии выпор произошел в форме двух волн, со следующими геометрическими характеристиками: X = 700 мм, Y = 240 мм, Z = 480 мм (рис. 3 а). В серии опытов № 2 выпор произошел на следующем расстоянии от края модели: Z = 360 мм, Y = 220 мм (рис. 3 б). Анализ размеров зон выпора грунта позволяет сделать вывод, что для первой серии опытов в работу вовлекается больший объем грунта основания и, следовательно, несущая способность фундамента будет выше (в опытах отличие в 1,4 раза).
б
Рис . 3. Форма выпора при разрушении песчаного основания: а - для первой серии опытов; б - для второй серии опытов
/ Fig. 3. Form of choice for the destruction of the sand base: 1 - for the first series of experiments; 2 - for the second series of experiments
Выводы
- экспериментально подтверждена работоспособность новой конструкции ленточного фундамента;
- получены экспериментальные данные о предельной нагрузке на фундаменты;
- во всем интервале нагружения получены графики зависимости осадки от нагрузки и предельные нормальные напряжения основания;
- для подтверждения эффективности конструкции с краевой зоной, имеющей ломаное очертание, необходимо провести опыты с равновеликой по площади моделью фундамента.
Задача дальнейших исследований - провести опыты с измерением нормальных напряжений в массиве основания с использованием ме-сдоз конструкции Г.Е. Лазебника для изучения распределительной способности основания равновеликих по площади фундаментов.
0
ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН._ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2018. № 2
ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION. TECHNICAL SCIENCE. 2018. № 2
Литература
1. Мурзенко Ю.Н. Евтушенко С.И. Экспериментальные исследования работы краевой зоны сборных фундаментов под отдельную колонну и сетку колонн на песчаном основании. Ростов н/Д: Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. 2008. 248 с.
2. Евтушенко С.И., Скибин Г.М. Обзор новых конструктивных решений ленточных фундаментов // Результаты исследований 2016: материалы II Национальной конф. ППС и научных работников, г. Новочеркасск, 22 - 26 мая 2016 г. / Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова. Новочеркасск: ЮРГПУ (НПИ), 2016. С. 39 - 41.
3. Дыба В.П. Оценки несущей способности фундаментов : монография / Южно-Российский гос. технический ун-т (Новочеркасский политехнический ин-т). Новочеркасск, 2008. 200 с.
4. Скибин Г.М., Евтушенко С.И. Экспериментальные исследования работы краевой зоны протяженных в плане фундаментов на песчаном основании: монография / Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. 2008. 192 с.
5. Krakhmal'Ny T.A., Evtushenko S.I., Krakhmal'Naya M.P. New designs of the combined tape bases providing fuller use of the bearing ability of the basis (2016) // Challenges and Innovations in Geotechnics - Proceedings of the 8th Asian Young Geotechnical Engineers Conference, 8AYGEC 2016, P. 147 - 150.
6. Баданин А.Н., Демченко Ю.К. Анизотропные фундаменты мелкого заложения // Строительство уникальных сооружений, 2014. № 3 (18). С. 117 - 134.
7. Платонова С.В. Облегченные фундаменты мелкого заложения для малоэтажного жилищного строительства // Вестн. сибирского гос. индустриального ун-та, 2013. № 2 (4). С. 42 - 44.
8. Ленточный фундамент / Ю.Н. Мурзенко, В.В. Шматков, Г.М. Скибин [и др.] А.с. 1814678 СССР, МКИ Е 02 D 27/01. заявл. 27.03.1990 ; опубл. 07.05.1993 // Б.И. 1993. № 17.
9. Ленточный фундамент / С.И. Евтушенко, Ю.Н. Мурзенко, Г.М. Скибин, Е.Ю. Анищенко Пат. 32138 Рос. Федерация, МПК7 Е 02 D 27/01. № 2003107220; заявл. 20.03.2003; опубл. 10.09.2003 // Б.И. 2003. № 25.
10. Ленточный фундамент / С.И. Евтушенко, Ю.Н. Мурзенко [и др.] Пат. 50552 Рос. Федерация, МПК7 Е 02 D 27/01. № 2005119951; заявл. 27.06.2005; опубл. 20.01.2006 // Б.И. 2006. № 2.
11. Ленточный фундамент / С.И. Евтушенко, Ю.Н. Мурзенко, Г.М. Скибин, [и др.] Пат. 32139 Рос. Федерация, МПК7 Е 02 D 27/01. № 2003108928; заявл. 03.04.2003; опубл.
10.09.2003 // Б.И. 2003. № 25.
12. Ленточный фундамент / С.И. Евтушенко, Ю.Н. Мурзенко, Г.М. Скибин, [и др.] Пат. 40333 Рос. Федерация, МПК7 Е 02 D 27/01. № 2003132337; заявл. 06.11.2003; опубл.
10.09.2004 // Б.И. 2004 № 25.
13. Ленточный фундамент / С.И. Евтушенко, Ю.Н. Мурзенко, Г.М. Скибин, [и др.] Пат. 55386 Рос. Федерация, МПК7 Е 02 D 27/01. № 2005138664/22; заявл. 12.12.2005; опубл. 10.08.2006 // Б.И. 2006 № 22
14. Ленточный фундамент / С.И. Евтушенко, Г.М. Скибин, Ф.Г. Габибов [и др.] Пат. 117936 Рос. Федерация, МПК7 Е 02 D 27/01. № 2012103782/03; заявл. 03.02.2012; опубл. 10.07.2012 // Бюл. № 19.
15. Ленточный фундамент / С.И. Евтушенко, Г.М. Скибин, Ф.Г. Габибов [и др.] Пат. 117935 Рос. Федерация, МПК7 Е 02 D 27/01. № 2012103780/03; заявл. 03.02.2012; опубл. 10.07.2012 // Бюл. № 19
16. Сборный перекрестно--ленточный фундамент / С.И. Евтушенко, В.Н. Пихур, И.Н. Ткаченко. Пат. 108765 Рос. Федерация, МПК7 Е 02 D 27/00. № 2011119989/03; заявл. 18.05.2011; опубл. 27.09.2011 // Бюл. № 27.
17. Евтушенко С.И., Чутченко С.Г., Скориков Р.Е., Могуш-ков Р.Т. Результаты экспериментальных исследований работы ленточного фундамента на песчаном основании // Строительство и архитектура. 2015. Т. 5, Вып. 4 (17). С. 201 - 207.
References
1. Murzenko Yu.N., Evtushenko S.I. Eksperimental'nye issledovaniya raboty kraevoi zony sbornykh fundamentov pod otdel'nuyu kolonnu i setku kolonn na peschanom osnovanii [Experimental study of the operation of territorial zones prefabricated foundations under a separate column and the column grid on the sandy ground ]. Rostov-on-Don: Publ. Izv. Vuzov. Sev.-Kavk. Region, 2008, 248 p.
2. Evtushenko S.I., Skibin G.M. [Overview of the new design of strip foundations ] Rezul'taty issledovanii - 2016 : mater. II Natsional'noi konferentsii PPS i nauchnykh rabotnikov [Results of the research in 2016 : materialy II National conf. of teaching staff and scientific workers]. Novocherkassk, 22-26 maya 2016 g. Yuzhno-Rossiiskii gosudarstvennyi politekhnicheskii universi-tet (NPI) imeni M.I. Platova. Novocherkassk: YuRGPU (NPI), 2016, pp. 39-41. (in.Russ.)
3. Dyba V.P. Otsenki nesushchei sposobnosti fundamentov [Evaluation of bearing capacity of foundations]. Novocherkassk: Yu-zhno-Rossiiskii gos. tekhnicheskii un-t (Novocherkasskii politekhnicheskii in-t), 2008, 200 p.
4. Skibin G.M., Evtushenko S.I. Eksperimental'nye issledovaniya raboty kraevoi zony protyazhennykh v plane fundamentov na peschanom osnovanii [Experimental study of the operation of territorial zones extended in terms of foundations on sandy ground]. Rostov-on-Don : Publ. Izv. vuzov. Sev.-Kavk. Region , 2008, 192 p.
5. Krakhmal'ny, T.A., Evtushenko, S.I., Krakhmal'naya, M.P. New designs of the combined tape bases providing fuller use of the bearing ability of the basis (2016) . Challenges and Innovations in Geotechnics - Proceedings of the 8th Asian Young Geotechnical Engineers Conference, 8AYGEC 2016, pp. 147-150.
6. Badanin A.N., Demchenko Yu.K. Anizotropnye fundamenty melkogo zalozheniya [Anisotropic shallow foundations]. Stroitel'stvo unikal'nykh sooruzhenii= Construction of Unique Buildings and Structures, 2014, no. 3 (18), pp. 117-134.(In Russ.)
ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION. TECHNICAL SCIENCE. 2018. № 2
7. Platonova S.V. Oblegchennye fundamenty melkogo zalozheniya dlya maloetazhnogo zhilishchnogo stroitel'stva [Lightweight shallow foundations for low-rise housing construction ]. Vestnik sibirskogo gosudarstvennogo industrial'nogo universiteta= Bulletin of the Siberian State Industrial University, 2013, no. 2 (4), pp. 42-44. (In Russ.)
8. Murzenko Yu.N., Shmatkov V.V., Skibin G.M. et. al. Lentochnyifundament [Strip Foundation]. A.s. 1814678 SSSR, MKI E 02 D 27/01. zayavl. 27.03.1990 ; opubl. 07.05.1993, Byul. № 17.
9. Evtushenko S.I., Murzenko Yu.N., Skibin G.M., Anishchenko E.Yu. Lentochnyi fundament [Strip Foundation]. Pat. RF 32138, no. 2003107220 , 2003.
10. Evtushenko S.I., Murzenko Yu.N. et. al. Lentochnyi fundament [Strip Foundation]. Pat. RF 50552 ,no. 2005119951 , 2006.
11. Evtushenko S.I., Murzenko Yu.N., Skibin G.M. et.al. Lentochnyi fundament [Strip Foundation]. Pat. RF 32139 , no. 2003108928, 2003.
12. Evtushenko S.I., Murzenko Yu.N., Skibin G.M. et. al. Lentochnyi fundament [Strip Foundation]. Pat. RF 40333 , no. 2003132337, 2004.
13.Evtushenko S.I., Murzenko Yu.N. et.al. Lentochnyi fundament [Strip Foundation]. Pat. RF 55386, no, 2005138664/22, 2006.
14. Evtushenko S.I., Skibin G.M., Gabibov F.G. et. al. Lentochnyi fundament [Strip Foundation]. Pat. RF 117936, no. 2012103782/03, 2012.
15. Evtushenko S.I., Skibin G.M., Gabibov F.G. et. al. Lentochnyi fundament [Strip Foundation]. Pat. RF 117935, no. 2012103780/03, 2012.
16. Evtushenko S.I., Pikhur V.N., Tkachenko I.N. Sbornyiperekrestno-lentochnyi fundament [Precast cross-strip foundations]. Pat. RF 108765, no. 2011119989/03, 2011.
17. Evtushenko S.I., Chutchenko S.G., Skorikov R.E., Mogushkov R.T. Rezul'taty eksperimental'nykh issledovanii raboty len-tochnogo fundamenta na peschanom osnovanii [The results of experimental researches of work of a strip foundation on sand based]. Stroitel'stvo i arkhitektura, 2015, Vol. 5, Is. 4 (17), pp. 201-207. doi: 10.29039/article_5a3d2048346502.88403825
Поступила в редакцию /Received 31 января 2018 г. / January 31, 2018
