CC BY
49
УДК 624.159.14
ВЛИЯНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ СТЕНОК НА НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ И ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
В.В. Леденев, Я.В. Савинов
Кафедра «Конструкции зданий и сооружений», ТГТУ Представлена членом редколлегии профессором В.И. Коноваловым
Ключевые слова и фразы: нагрузка; ограждающая стенка; основание; перемещения; фундамент; штамп.
Аннотация: Приведены результаты лабораторных экспериментальных исследований с круглыми незаглубленными штампами на песчаном основании, усиленном полой стальной цилиндрической стенкой. Получены функции влияния глубины и диаметра стенки на несущую способность штампа и на перемещения окружающего грунта.
В [1 - 4] отмечалось положительное влияние различных стенок, ограждающих боковые деформации грунта. Устройство их является одним из эффективных конструктивных способов повышения несущей способности оснований и фундаментов. Такое решение может быть применено при возведении фундаментов в стесненных условиях, например, при реконструкции или при значительных нагрузках, когда размеры фундаментов становятся чрезмерно большими.
Отдельные вопросы взаимодействия системы стена-фундамент-грунт недостаточно исследованы. Необходима дополнительная информация, позволяющая уточнить имеющиеся предложения по расчету.
С этой целью проведены лабораторные эксперименты* на воздушно-сухом песчаном основании, послойно уплотненном ручной трамбовкой до р = 1,58 г/см3. Подробные данные о характеристиках грунтов основания приведены в [5]. Моделью фундамента служили жесткие стальные штампы диаметром dst =20 и 36 см ( А^ = 314 см2;
А!12 = 1018 см2). Ограждающие стенки выполнены из оцинкованной стали dm = 23, 30,
40, 45 и 50 см (dtЙ = dffl /dst = = 1,15; 1,5; 2; 2,25 и 2,5, где dst = 20 см). Основными
влияющими параметрами являются dffl и = 1\й / dffl , где НГЙ - заглубление стенки в
основание.
Эксперименты проводили в стальном пространственном лотке размерами 230x170x130 см.
Применены две схемы исследований. В первой исследуемый параметр изменяли в течение одного опыта; во второй - от опыта к опыту. Нагрузку на штампы передавали гидравлическим домкратом через шарнир. Перемещения штампов измеряли индикаторами часового типа ИЧ-10, прикрепленными к независимой от лотка реперной раме.
* При проведении отдельны. . кспериментов принимал участие асп.
Ю.А. Клинков
Влияние глубины погружения стенки. Определение сопротивления сдвигу по ее боковой поверхности. В опытах принимали: ^ =20 см; =23 см; /ц =15 см;
Хгй = Є0 = 0; = 1,15; ХШ1 = 0,5. В течение одного эксперимента максимальная нагрузка равнялась = 5 кН (= 0,069 МПа), другого = 6 кН
( стт,max = 0,083 МПа) (см. табл.1, рис.1).
Испытания выполняли в следующей последовательности: штампы нагружали ступенями до 5 и 6 кН. После выдержки в течение 30 мин ограждающую стенку с помощью специальной установки подняли на 5 см ( /йт = 10 см; ХЮт = = 0,435). Вследствие этого нагрузки на штампы снизились до 3,5 кН (стт = 0,045 МПа) и 4 кН ( стт = 0,055 МПа). Осадки возросли соответственно на 0,37 и 0,61 мм. Нагрузку увеличили до первоначального значения 5 и 6 кН. Осадка штампов возросла на 0,41 и 0,35 мм соответственно.
После выдержки этих нагрузок ограждающую стенку подняли еще на 5 см ( Лш3 = 5 см; ХШ3 = 0,218). Осадки возросли на 1,4 и 1,6 мм. Нагрузка снизилась до 4 кН
( стз = 0,055 МПа) и 4,3 кН ( стз = 0,059 МПа). Ее увеличили до первоначального значения 5 и 6 кН. Осадки возросли на 1,4 и 1,46 мм. При полном поднятии кольца ( НГЙ4 = 0) нагрузка на штамп снизилась до 4 кН ( СТ4 = 0,05 МПа) и 5 кН ( СТ4 = 0,069 МПа). Осадки возросли на 0,60 и 0,61 мм.
Исследование перемещений стенки показало, что при постепенном увеличении выдергивающей нагрузки до достижения пикового значения ( Sf = 2 мм) переме-
щения протекали с постепенно возрастающей скоростью. Дальнейшее увеличение перемещений сопровождалось падением нагрузки до остаточного значения = 0,6Ру . Результаты одного из опытов первой серии приведены в табл. 1.
Таблица 1
Сопротивление сдвигу грунта по ограждающей стенке при ее подъеме
Операция К , мм а, МПа s, мм Texp , МПа Tteor , МПа
Нагрузка 150 0,069 1,25 - -
Подъем кольца 150—>100 0,048 1,62 0,00169 0,00267
Догрузка 100 0,069 2,03
Подъем кольца 100—50 0,055 2,4 0,00165 0,00259
Догрузка 50 0,069 3,8
Подъем кольца 50—0 0,055 4,4 0,00157 0,00254
Во втором опыте (табл. 2) средние напряжения при подъеме кольца соответственно равнялись 4,6; 3,3 и 2,8 кПа.
Рис. 1 График зависимости между осадкой штампа (а), нагрузкой на штамп (б) и заглублением кольца к!й :
1 - штамп = 20 см; 2 - песчаное основание; 3 - ограждающее кольцо;
4 - опыт при ^тах = 5 кН; 5 - опыт при /тах = 6 кН
Таблица 2
Средние величины сопротивлений сдвигу кольца 043 см
при вдавливании кольца на (см) 5 10 15
тсоот (кПа) 3 3 5
при выдергивании кольца т 0,2 0,6 0,7
Во второй серии экспериментов определяли зависимость ¥и (ка) при ёгй = = 1,5; X = 0; 0,25; 0,33 и 0,66 путем сравнении результатов отдельных опытов (рис. 2, а). Получена эмпирическая формула вида:
Fu(h,) = 3,1т • 1,008h
(1)
В третьей серии опытов исследовали функцию Ги (Цй) при X = 1 и Цй = 1; 1,5;
1,7 и 2,5. В опыте с Цй = 1 подъем стенки и несущая способность основания штампа
несколько снижалась. При Цй = 1,5 отмечено максимальное значение Ги (рис. 2, б
и 3), а штамп и стенка работали как единое целое. Влияние стенки Цй>1,5 представлено формулой
^ Цй) = т7,93Цй)
Влияние Хй и Цй может быть учтено формулой
-т,15
(2)
= Fu ■ • Ф-
u ЛШ d,,
(3)
О)
u,'Km,d,
Рис. 2 Зависимость несущей способности штампа от величины заглубления ограждающей стенки кщ (а) и от относительного диаметра ограждающей стенки Т (б)
где ¥и - несущая способность жесткого незаглубленного штампа при отсутствии ограждающей стенки; и Фт - функция влияния заглубления и диаметра кольца.
Боковые давления грунта на стенку. При = 0 давление снаружи и внутри может быть определено как
° х и) = у г £ ,
где £ - коэффициент бокового давления, зависящий от вида и состояния грунта, способа и степени его уплотнения.
При ^ > 0 возникает дополнительное распорное давление ад (ёаХщ) на внутреннюю поверхность стенки (рис. 4, а). Кольцевые усилия на единицу высоты стенки
(I) = ^ • *». (4)
Боковое давление грунта от послойного уплотнения до 1,58 г/см3 воздушно сухого мелкозернистого песка при X = 0,5 и 0,75 получено равным 0,27 и 0,38 Н/см2. Давление измеряли динамометрами ДОСМ-3-0,2. Вертикальное давление на этих глубинах соответственно равно 0,14 и 0,21 Н/см2.
Ограждающая стенка оказывает значительное влияние и на перемещения рядом расположенных фундаментов. Для получения количественных данных поставлен эксперимент в лотке размером 200x170x130 (к) см с использованием нагружаемого
штампа = 36 см и ограждающих кольца с Тщ = 45 см ( Тщ = 1,25), кщ = 15 см. Плотность песка внутри кольца и за его пределами оставалась постоянной и равной 1,58 г/см3.
В центре кольца на поверхности ( = 0) устанавливали нагружаемый, а на рас-
стоянии 5, 10 и 15 см от кольца - ненагружаемые стальные штампы диаметром 15 см. Нагрузку на штамп увеличивали ступенями до 6 кН, затем полностью разгружали. После выдержки в течение 30 мин глубину заделки кольца уменьшали до 10 см и снова нагрузили ступенями до 6 кН с последующей разгрузкой. Далее уменьшили глубину заделки кольца до 5 см, нагрузили штамп до 6 кН и после выдержки разгрузили. Затем ограждающее кольцо удалили и штамп нагрузили до 6 кН. При этих операциях измеряли осадки и крены ненагружающих штампов (рис. 5).
346 ISSN 0136-5835. Вестник ТГТУ. 2002. Том 8. № 2. Transactions TSTU
Рис. 3 Зависимость осадки штампа от нагрузки при высоте кольца 150 мм и диаметрах с!0):
1 — 4т; 2 — 35; 3 — тЗ; 4 — 30 см
Рис. 4 Схемы давления грунта на ограждающую стенку при вдавливании штампа (а), вдавливании штампа и выдергивании кольца (б)
В течение всех этапов испытания ненагруженные штампы, удаляемые от ограждающего кольца на 10 и 15 см, перемещались вверх, а удаленный на 5 см при заглублении кольца на 10,5 и 0 см перемещался вверх. При заглублении на 15 см передний край опускался, а задний поднимался.
Из рис. 5 видно, что при Лщ > 15 см перемещения ненагружаемых штампов незначительны; при < 10 см перемещения возрастали по мере уменьшения .
Максимальное боковое давление смещается на глубину 1,5Л (рис. 6), в то время как при отсутствии стенки оно проявляется на глубине 0,7Л.
Проведена серия опытов по изучению влияния плоских гибких вертикальных стенок на перемещения круглого незаглубленного штампа = 36 см. По полученным
эпюрам осадок штампа для разно удаленных (на 1^ = 0,8; 22 и 43 см) стенок сделали заключения о величинах кренов = /(Г^, ) . Ранее [4] проведены экспери-
менты с плоскими жесткими вертикальными стенками, расположенными с одной и двух сторон. Получена зависимость = / (1^).
Выводы
1. Устройство в основании фундаментов мелкого заложения ограждающих стенок из бетона, железобетона, листовой стали, арматурных сеток, синтетических тканей ограничивает боковые деформации грунта. Вследствие этого многократно повышается несущая способность основания фундамента и уменьшаются его перемещения.
2. Применение ограждающих стенок является в ряде случаев (при реконструкции и надстройке, строительстве на слабых грунтах или в стесненных условиях и др.) эффективным конструктивным решением.
3. Ограждающие стенки значительно снижают взаимное влияние рядом расположенных фундаментов, гасят колебания, распространяющиеся в грунте.
Рис. 5 Вертикальные перемещения концов ненагруженных штампов по показаниям индикаторов 4-9 при заглублении ограждающего кольца на кг (см):
I - 15; II - 10; III - 5; IV - при снятии кольца
Рис. 6 Зависимость бокового давления грунта на вертикальные штампы от нагрузки ^ (кН):
1 - 2; 2 - 4; 3 - 6; 4 - 8; 5 - 10; 6 - 12; 7 - 14; 8 - 16; 9 - 18; 10 - 20
Список литературы
1. Мурзенко Ю.Н., Борликов Г.М. Экспериментальные исследования фундамента с песчаной подушкой в цилиндрической оболочке // В кн.: Экспериментальные исследования инженерных сооружений. - Новочеркасск: НПИ, 1969. - С. 124-134.
2. Розенвассер Г.Р., Ольмезов В.И., Сонжаров Ю.А. Исследование нормальных давлений на стены заглубленных сооружений // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 1980. - №3. - С. 8-11.
3. Сотников С.Н., Симагин В.Г., Вершинин В.П. Проектирование и возведение фундаментов вблизи существующих сооружений. - М.: Стройиздат, 1986.
4. Леденев В.В. Прочность и деформативность оснований заглубленных фундаментов. - Воронеж: ВГУ, 1990. - 224 с.
5. Евдокимцев О.В. Влияние повторности нагружения на перемещения и несущую способность основания: Дисс. ... канд. техн. наук. - Волгоград, 2001. - 156 с.
The Influence of Fence Walls on the Carrier and Replacement of Shallow Foundation
V.V. Ledenev, Ya.V. Savinov
Department “Construction of Buildings and Structures”, TSTU Key words and phrases: load; replacement; fence wall; basement; foundation; die.
Abstract: The results of laboratory experimental research with round not deep dies on sand basement, strengthened with empty steel cylinder wall are given. The functions of depth influence and wall diameter on the die carrier and replacement of surrounding soil are obtained.
Einwirkung der beschützenden Wände auf die tragende Fähigkeit und die Umstellung von Fundamenten der kleinen Anlegung
Zusammenfassung: Es sind die Ergebnisse der experimentellen Laboruntersuchungen mit runden nicht vertieften Stanzen auf Sandgrund, der mit der Seite der stählernen zylindrischen Wand verstärkt ist, angegeben. Es sind die Funktionen der Einwirkung der Tiefe und des Durchmessers der Wand auf die tragende Fähigkeit der Stanze und auf die Umstellung des umfassenden Grundes bekommen.
Influence des parois protégeantes sur la capacité porteuse et sur le déplacement des fondements du petit écartement
Résumé: On a cité les résultats des études expérimentales de laboratoire avec les étampes rondes sans terrage sur le sol du sable, renforcé par une paroi cylindrique en acier. On a reçu les fonctions de l’influence de la profondeur et du diamètre de la paroi sur la capacité porteuse de l’étampe et sur le déplacement du sol de l’environnement.
