CC BY
18
3. Нурмаганбетов А. С. Установление сопротивления движению рабочих органов землеройных машин в глинистом растворе: Дисс. канд. техн. наук. - Караганда, КарГТУ, 2007. - 215 с.
4. Рекомендации по технологии строительства подземных сооружений способом «стена в грунте» с применением гидромеханизированного траншеекопателя ВНИИГС. М., изд. ЦБНТИ Минмонтаж-спецстроя СССР, 1972.
5. Рекомендации по технологии устройства подземных сооружений методом «стена в грунте». М., изд. НИИОСП, 1973.
6. Траншейные стенки в грунте. Киев, «Наукова думка», 1973. (Авт.: Н. Н. Круглицкий, С. И. Миль-ковский, В. Ф. Скворцов, В. М. Шейнблюм).
ABOUT POSSIBILITY OF USING LOCAL CLAYS FOR BUILDING WITH METHOD «WALL IN SOIL»
A. S. Kadyrov, A. S. Nurmaganbetov, D. B. Akhatov
In this article is looked into a process of interaction clays with water, which has allowed install composition of clayey solutions. Thesesolution-shavethecharacteristic, whichnamed "tixotrop-able". There are got recommendations of clayey
solution compositions, which have required characteristics for holding walls of trench from crushing in process of building with method "wall in soil". Recommendations are executed for reduction expenseses of energy during digging to trenches.
Кадыров Адиль Суратович - доктор технических наук, профессор, кафедра «Строительно-дорожные машины», Карагандинский государственный технический университет. Резание грунтов, строительство. Автор 200 научных публикаций. E-mail: nurmaganbetv@rambler.ru
Нурмаганбетов Арман Сейпилович - кандидат технических наук, доцент, кафедра «Строительно-дорожные машины», Карагандинский государственный технический университет. Резание грунтов. Строительство способом «<стена в грунте». Автор 70 научных публикаций. E-mail: nurmaganbetv@rambler. ru
Ахатов Даулет Бахытович - студент кафедры «Экономика производства», Карагандинский государственный технический университет. Строительство способом «стена в грунте». Автор 10 научных публикаций. E-mail: kazakha-tov@mail.ru
УДК 656
ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЕ И ПОРИСТОСТЬ ОТДЕЛОЧНОГО СЛОЯ
СТЕНОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ
В. П. Михайловский
Аннотация. Выявлены условия образования трещин, аналитические зависимости для расчета пористости материала отделки, шага, длины, ширины раскрытия трещин, что позволяет прогнозировать эксплуатационные свойства стеновых конструкций.
Ключевые слова: отделка стен, трещины, пористость, долговечность.
Надежность и одна из ее составляющих долговечность в значительной степени определяется величиной вероятности безотказной работы фактурно-отделочного (защитного) слоя, который первым воспринимает знакопеременные во времени агрессивные воздействия окружающей среды. Нередко в качестве наружной и внутренней отделки ис-
пользуются цементные штукатурные растворы, которые наносятся на массивное основание стены или, что практикуется недавно, на арматурные сетки и анкеры, прижимающие слой теплоизоляционного материала к конструкционному слою стены.
На безотказность работы отделки и всей конструкции стены влияют некоторые показа-
тели материала отделочного слоя и один из более значимых это пористость штукатурного слоя, поскольку она определяет такие важные свойства защитного слоя как паро-воздухо- и водопроницаемость, морозостойкость и другие свойства не только отделки, но и всей ограждающей конструкции в целом.
В процессе эксплуатации в отделочном слое происходит явление усадки, чему препятствует сцепление с основанием, и факти-
С н
■ X
чески отделочный слой растягивается, претерпевая относительное удлинение £, равное разности усадок основания (£1) и слоя (£2), т.е. £ = е2 - £1 . Величину усадки слоя, находящегося в сцеплении с основанием, можно определить с помощью основной формулы перемещения (1) [I]. На основании этой формулы перемещение торцевого (концевого) слоя (1) (иК) находящегося в сцеплении с основанием (1), направлено против его усадки (рис.1).
ЪУ/2
£.4
£
ьН
дуг „ -гг—■-
.....
«У2
и*
-У
Рис.1. Схема расчета пористости слоя от стесненной усадки:
1 - основание; 2 - слой; 21 - свободно усаживающийся слой; £1 //2 - усадка основания по длине; £2//2 - усадка слоя по длине; £ //2 - разность усадок слоя и основания по длине; г//2 - не происшедшая, стесненная сцеплением усадка слоя по длине; £д//2 - действительная усадка слоя по длине; £2Н - усадка по толщине слоя; /, Н - соответственно длина и толщина слоя
ик = 8
I/2 -
гИ (п!2)"
п
(1)
где /- длина слоя, см; п = ;
G и Е - соответственно модули сдвига и упругости материала слоя, МПа, а Н - толщина слоя в см. Формула для вычисления сдержанной, непроисшедшей усадки слоя, находящегося в сцеплении с основанием (назовем ее сокращенно «стесненой» усадкой) будет иметь вид:
2 = 81 + 2 и к / I, отсюда
2гИ (п! /2
2 = 8, + 8
1 -
пI
(2)
Действительная величина усадки слоя в изделии будет определяться по разности величины свободной (усадка материала в свободном, не стесненном сцеплением состоянии) и стесненной усадок
8 А = 8 2
г,
8
8
2 гИ (и /2 УН)
и /4Н ' (3)
Рассмотрим, от чего зависит величина действительной усадки слоя.
При G/Е = i запишем выражение (3) в следующем виде:
8
Д
8
2 гИ
(п /2 УН)
а /4Н
(3а)
Действительная величина усадки слоя £д прямо пропорционально зависит от разности деформаций слоя с основанием £ и имеет
более сложную зависимость от I / л/Н. Для графического воспроизведения зависимости (За) принимаем для безусадочного основания £ = £2= I и напоминания, что ? =0,425, а £2 = £д+2, получаем зависимость двух величин
усадок £Д и 2 от I / л/Н . При Н=1 см график будет показывать соотношение £д и 2 в зависимости от протяженности (длины) контакта. Так, например, при протяженности контакта 1=0, гД=1,0, 2=0; при 1=2,5см, £Д=0,8, Z=0,2; при 1=5 см, £Д=0,6, 2=0,4; а при 1=30 см, £Д =0,11, Z=0,89. При 1->Z->£2, а £д ->0. Кривая указывает на то, что основной объём действительной усадки слоя осуществляется на небольшой в зависимости от отношения
I / л/Н пограничной полоске слоя в пределах 2...5 см.
Непроисшедшая, стесненная сцеплением усадка будет вызывать образование в слое пористость и в первую очередь за счёт дополнительного раскрытия существующих микротрещин, а затем и за счёт образования новых. Для расчёта пористости слоя от не-происшедшей, стеснённой сцеплением усадки вернёмся вновь к расчётной схеме [1]. но с учётом полученных зависимостей (2) и (3), (см.рис.1). На схеме расчёта пористости слоя показано основание 1, которое условно растягивает слой 2 на разность величин усадок слоя £21/2 и основания £11/2. Верхняя поверхность слоя вследствие сдвигающих напряжений будет растягиваться на меньшую величину равную гИ2, точка С' переместится в точку С" (вогнутая кривая С"С для первоначальных практических расчетов принята прямой). Действительная величина усадки верхней
поверхности слоя будет равна £&I / 2 . Сумма величин стесненной и действительной усадок слоя будет равна величине усадки свободно усаживающего слоя. Усадка слоя по толщине практически не стеснена сцеплением и будет равна в первом приближении £гН. Сечение слоя непроисшедшей, стесненной усадки представляет прямоугольную трапецию аа'С"С и располагается условно по периметру слоя; для слоя квадратной формы периметр равен 41. Для определения объема пор слоя Пс, перемножим величины периметра,
средней ширины трапеции аа'С"С , равной 1 (г + z) на толщину слоя H - s2H и полу-
чим
Пс = l2 (е + z XH - г 2 H).
(4)
Для безусадочного основания £ 1= 0, £ = £ 2, а при I —> « Z-> £ 2 получим
Пс = 2е212 (Н - е2 Н ) (5)
Для примера подсчитаем объем пор квадратного слоя толщиной 1 см, длиной 100 см при линейной усадке материала слоя 1х10-3 (1 мм/м) на неусаживающемся основании
Пс = 2 • 1-10-3 ■ 1002 (1 -1-10-3 -1) =
= 19.98см3 « 20см3
Относительная величина пористости Псо будет равна
п = П =.
20 = 2-10-3,
, (6)
Vc 100-100-1
где Vc - объем слоя.
Ввиду малого значения величины е2H для практических целей формулу (5) запишем в упрощенном виде
/2 ]
или
Пс = 2еЛ2H ,
Пс = 2е2 lbH,
(7)
(8)
где 2е2 - объемный коэффициент усадки слоя; 12Н или 1ЬН - объем слоя, тогда
Пс =2s2 .
(6а)
Определим теоретически относительные показатели пористости слоя с учетом зависимости (2). Обозначим не происшедшую, стесненную усадку по верхней поверхности слоя 2в и запишем
z в = е + е -1 1 -
^ - 2th(nl /2) j
(9)
по нижней поверхности, находящейся в сцеплении с основанием
2н = 8 = 8 2
по средней линии
81;
г = — (г + г )
с 2 в '
(10)
(11)
После подстановки (9) и (10) в (11) получим
1
- = 2
82 + 8- 8-
2гИ(п1 /2)
п!
(12)
Относительная пористость слоя
П
или ПСО = 82 + 8- 8
- 2 2 с ,
2гИ(п/ /2) п!
(13)
На безусадочном основании £ 1 = 0, £ = £ 2
2гИ(пI /2)
ПСО 8 2 + 8 2
пI
(14)
При растрескивании (снижающем надежность отделки) относительная пористость слоя уменьшится и при шаге трещин L составит
2гИ(п/ /2) Псо = 82 + 8-. (15) п1
Минусуя из зависимости (13) зависимость (15) определим относительный объем пустот трещин \/то
У = 8'И(п//2) Мп1/2)) ;
= 28{—/ п ) ; (16)
или на безусадочном основании
'гИ(пЬ /2) гИ(п! /2)
V = 28
ТО 2
(17)
пЬ п!
Объем трешин /т в слое с размерами /, Ь, Н
УТ = УТО1ЬН , (18)
где /, Ь, Н - объем слоя.
Трещины образуются при £ > е пр, где £пр -предельная деформация материала слоя при растяжении в стесненном сцеплением с основанием состоянии, а шаг трещин определяется по формуле
( ( Ь =
2Л\ ЕагсИ
Л Л
8 - 8
л[Н
пр J
[1].
При шаге трещин L длина трещин РТ при квадратной прямолинейной сетке будет
РТ =(2 + Ь2)/ / (19)
Действительная длина трещин будет несколько больше чем длина, определяемая по зависимости (19), но эту погрешность можно скорректировать умножением на коэффициент нелинейности трещин Кнт> 1. Для дальнейших расчетов примем форму сечения трещины в виде равнобедренного треугольника шириной раскрытия Шт (основание треугольника) и высотой Н.
Площадь сечения трещины
или
ST = Ут / Рт,
_Ут0ШЬ S ^ — '
(20)
(21)
12 + Ь2
В тоже время Sт = 1 НШт. (22)
Приравняв (20) и (21) к (22) определим ширину раскрытия трещин
или
ШТ = 2ST / Н , Ш= 2 Уто1Ь/
(23)
(24)
12 + Ь2
Следует отметить, что все выведенные зависимости для слоя применимы и в том случае, когда причиной образования пористости и трещин является несоответствие температурного расширения слоя и основания. Тогда величина е будет равна разности температурных деформаций элементов слоистого изделия.
Выводы
Надежность многослойных стен в значительной степени определяется надежностью его отделочных (защитных) слоев. Отделочный слой находится в условиях знакопеременных воздействий окружающей среды, причем его деформации связаны сцеплением с основанием. В процессе усадки пористость материала слоя увеличивается и изменяются связанные с ней свойства материала отделки. Выявленные аналитические зависимости для расчета пористости материала, определения шага, длины и ширины раскрытия трещин по-
8
зволяют прогнозировать эксплуатационные свойства и характеристики материала слоя отделки.
Изучение и определение пористости склеивающих цементных слоев может оказаться полезным при рассмотрении вопросов надежности бетонов и каменной кладки стен.
Библиографический список
1. Горчаков Г. И., Михайловский В. П. О расчете трещиностойкости фактурного слоя панелей и блоков//Бетон и железобетон. - 1972.- №5.-С.26-27.
CRACKING AND POROSITY FINISHING LAYER WALL CONSTRUCTIONS
V. P. Mihaylovskiy
The conditions for the formation of cracks, analytical expressions for calculating the porosity of the material finish, pitch, length and width of cracks, which allows predict the performance characteristics of wall constructions.
Михайловский Владимир Петрович - д-р техн.наук, профессор кафедры «Строительные материалы и специальные технологии» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований - монолитность слоистых систем типа отделочный слой - основание. Имеет более 130 опубликованных работ. E-mail: mihvp1940@mail.ru
УДК 69.059.72
УСИЛЕНИЕ ФУНДАМЕНТОВ СТЕН ПАМЯТНИКОВ АРХИТЕКТУРЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДА ВДАВЛИВАНИЯ
А. С. Нестеров, Е. В. Тишков, О. И. Мельник
Аннотация. Рассмотрены различные технологические схемы усиления фундаментов стен памятников архитектуры, вскрыты причины деформаций фундаментов, приведены возможные способы производства работ, подробно рассмотрено применение метода вдавливания свай.
Ключевые слова: памятник архитектуры, фундамент, усиление стен, армирование, материалы, вдавливание свай.
Одним из основных положений Концепции Федеральной целевой программы «Культура России» является сохранение объектов архитектурного, исторического и культурного наследия. Программой предусматривается проведение ремонтно-реставрационных работ, противоаварийной защиты, консервации объектов и других мероприятий. В рамках выполнения данных работ нередко приходится сталкиваться с проблемами усиления как надземных, так и подземных несущих конструкций.
Среди основных конструктивных особенностей зданий-памятников архитектуры можно отметить:
- кладка стен надземной части выполнена, как правило, из полнотелого кирпича на различных растворах;
- перекрытия в подобных зданиях предусматривались сводчатыми (каменными или железобетонными) ил деревянными;
- фундаменты и стены подземной части проектировались, в основном, из полнотелого кирпича или бута, реже использовались свайные фундаменты с деревянными сваями.
Относительно большие толщины стен, наличие кирпичных сводов и жестких дисков перекрытия обуславливает довольно большую жесткость надземной части зданий. В связи с этим в зданиях подобного типа при обеспечении надлежащей эксплуатации, основной причиной усиления фундаментов является естественное старение подземного конструктива, сопровождающееся изменением гидрогеологических условий. Как правило, наибольшему разрушению подвергается надземная кладка
