Full Text

Введение При создании любых грунтовых конструкций (таких как насыпи, подушки, основания под фундаменты и полы) необходимо обоснование технологии производства, а при выполнении работ обязательно выполнять контроль качества [1, 2]. Основным критерием качества выполнения любой грунтовой конструкции является принятая степень уплотнения [3], которую, согласно действующим нормативным документам, можно оценить при помощи коэффициента уплотнения либо модуля деформации. Если оценка по критерию коэффициента уплотнения относится именно к вопросу качества выполнения грунтового сооружения, то при помощи модуля деформации можно контролировать не только степень уплотнения, но и оценить деформации оснований от будущих эксплуатационных нагрузок. Наиболее принципиальным вопросом является оценка возможных деформаций грунтовых конструкций подушек и насыпей, которые работают под нагрузкой. Подготовка основания под полы, обратная засыпка пазух фундаментов относится именно к технологическим особенностям возведения тех или иных конструкций, хотя в практике строительства есть примеры негативного влияния недостаточного уплотнения грунта обратной засыпки [4]. Стоит отметить, что недостаточное уплотнение грунтовых подушек и насыпей может привести к изменению расчетной схемы вышерасположенных конструкций зданий и сооружений [5]. В настоящем исследовании авторами рассматриваются непосредственно песчаные подушки. Сама технология выполнения данных конструкций заключается в послойной укладке инертных материалов (ПГС, песка, щебня) и их послойном уплотнении. Также при соответствующем обосновании в качестве материалов заполнителей возможно применение местных грунтов (экологически пригодных отходов производств, глинистых грунтов) [6, 7]. Основная проблема применения коэффициента уплотнения в качестве критерия оценки качества песчаных подушек - это невозможность расчетной оценки будущих деформаций фундаментов, а также длительность проведения лабораторных исследований по его определению. Первый недостаток можно решить путем введения в качестве критерия оценки модуля деформации. Но определение модуля деформации, как и коэффициента уплотнения, требует наличия лабораторной базы и занимает достаточно большой промежуток времени. При послойном выполнении песчаных подушек необходим контроль качества каждого слоя, после выполнения которого необходимо как минимум в течение суток ждать результата определения коэффициента уплотнения либо модуля деформации. В условиях реального строительства, особенно когда земляные работы выполняются в зимний период времени, это является весьма трудоемким процессом. После выполнения каждого слоя требуется выдерживать технологическую паузу, во время которой необходимо не допускать промораживание основания. Полностью избежать вышеперечисленных недостатков возможно за счет применения различных экспресс-методов контроля качества выполнения грунтовых конструкций, которые достигаются применением статических и динамических пенетрометров, ударного и статического штампа, вибрационного метода [8, 9]. В ранее проведенных исследованиях [10, 11] авторами подробно описаны преимущества и недостатки различных экспресс-методов для контроля качества грунтовых конструкций. Предыдущие исследования, а также исследования других авторов [12, 13] позволяют сделать вывод о наибольшей применимости в реальных условиях метода динамических плотномеров (динамических штампов) [14, 15], который основан на измерении амплитуды полной осадки грунта под круглым штампом, при воздействии на него ударной нагрузки [16, 17]. В предыдущих исследованиях [11] при проведении контроля качества песчаных конструкций различными методами был зафиксирован достаточно большой разброс экспериментальных данных. Авторами отмечено, что при малых значения коэффициента уплотнения (менее 0,92) наблюдалась неудовлетворительная сходимость результатов [18], а при промораживании основания динамический плотномер давал явно завышенные показания. Однако зависимость динамического модуля упругости от коэффициента уплотнения довольно ярко выражена, поскольку упругие деформации напрямую связаны с изменением пористости грунта при малых величинах нагружения. Таким образом, разработка технологического решения по применению экспресс-методов контроля уплотнения грунтовых конструкций, которые базируются на эмпирических данных и позволяют снизить экономические затраты на строительство, является актуальной задачей. Методы исследований и постановка задач Непосредственным объектом исследования является песчаная подушка под производственное сооружение. Фундамент сооружения представляет собой фундаментную плиту с габаритными размерами 33,75 ´ 20,6, высотой 3 м. Часть фундамента выполнена на подготовленном основании в виде песчаной подушки высотой 1,4 м (рис. 1), другая часть фундамента опирается на известняк средней прочности. Для недопущения развития возможных неравномерных деформаций/кренов проектным решением являлось обеспечение однородности свойств песчаной подушки с достижением требуемого модуля деформации в 18-25 МПа и коэффициента уплотнения 0,95. В данном грунтовом сооружении принципиальным являлось определение модуля деформации в виду того, что для оценки проектных осадок сооружения необходим именно этот механический параметр, так как коэффициент уплотнения не применяется в расчетах. Рис. 1. Схема песчаной подушки и части основания на известняке Fig. 1. Scheme of the sand cushion and parts of the base on limestone Песчаная подушка выполнялась из песка мелкого однородного, плотного, маловлажного. Уплотнение песчаной подушки производилось слоями мощностью 0,15-0,3 м. Всего выполнено семь слоев уплотнения. В процессе устройства песчаной подушки проводился послойный контроль степени уплотнения по коэффициенту уплотнения с определением максимальной плотности согласно методике ГОСТ 22733-2016 и модулю деформации грунта по отобранным образцам грунта для компрессионных испытаний. Для каждого слоя коэффициент уплотнения определялся в пяти точках, модуль деформации в трех точках. Дополнительно проводились испытания при помощи динамического плотномера, принцип работы которого основан на падении груза массой 10 кг с высоты 70 см на нагрузочную плиту диаметром 30 см. Для каждого слоя динамический модуль упругости определялся в точках определения модуля деформации, в каждом слое по три точки. Песчаная подушка выполнялась в зимний период времени. Для ряда слоев песчаной подушки не были выполнены требования по проектному коэффициенту уплотнения, данные слои были дополнительно уплотнены с повторными испытаниями на степень уплотнения. Работы по устройству песчаной подушки заняли один месяц. Каждый слой выполнялся в течение одной рабочей смены. При выполнении работ было принято решение по дополнительному уплотнению слоев, которые не прошли проверку по коэффициенту уплотнения (3 слоя). По результатам выполненных экспериментальных работ был накоплен массив данных послойных значений коэффициента уплотнения (kcom), модуля деформации (Eк) и динамического модуля упругости (Ed). Экспериментальные данные сведены в таблице. Экспериментальные данные характеристик послойного уплотнения песчаной подушки Experimental data on the characteristics of layer-by-layer compaction of a sand pad № п/п Ed, МПа Eк, МПа kcom 1 57,77 22,23 0,95 2 36,72 28,9 0,926 3 28,33 24,47 0,982 4 27,65 26,7 0,96 5 29,16 33,4 0,956 6 30,79 22,23 0,926 7 30,49 26,7 0,968 8 29,65 26,7 0,958 9 33,01 28,9 0,96 Средние значения 33,73 26,69 0,954 При анализе полученных экспериментальных данных можно сделать следующие промежуточные выводы: при малых коэффициентах уплотнения до 0,95 модуль деформации остается постоянным, значения динамического модуля упругости превышают значения модуля деформации от 10 до 15 %. Следует отметить, что определение коэффициента уплотнения и модуля деформации занимало от 1 до 1,5 дней (включая время транспортирования образцов до лаборатории), в то время как значение динамического модуля упругости можно получить непосредственно на строительной площадке. Однако в действующих нормативных документах отсутствуют требования об использовании в качестве критерия качества уплотнения грунтовых подушек динамического модуля упругости. Результаты исследований Существующие исследования по построению уравнения регрессии между коэффициентом уплотнения и динамическим модулем упругости базируются на накоплении большого массива экспериментальных данных [19], при этом в качестве факторов эксперимента необходимо дополнительно учитывать тип грунта, его физические параметры, количество проходок строительной техники и др. В настоящем исследовании предлагается зависимость между модулем деформации и динамическим модулем упругости рассматривать по аналогии зависимости для неразрушающего контроля прочности бетона, когда эталоном является прямой неразрушающий метод (модуль деформации), а косвенный метод - динамический модуль упругости. По результатам статистической обработки экспериментальных данных была получена градуировочная зависимость в виде Ek, МПа, в виде: Ek = -0,166Ed + 32,263. Для наиболее наглядного представления результатов построены экспериментальные графики зависимости «модуль деформации - динамический модуль упругости», представленные на рис. 2. Рис. 2. Графики зависимости «модуль деформации - динамический модуль упругости» по экспериментальным данным и градуировочной зависимости Fig. 2. Graphs of the dependence "modulus of deformation - dynamic modulus of elasticity" according to experimental data and calibration dependence Была проведена статистическая оценка полученной градуировочной зависимости. Выполнена проверка воспроизводимости опыта по критерию Кохрена, а также проверена адекватность модели по критерию Фишера [14]. Теоретическое значение критерия Кохрена при уровне значимости α = 0,05, числе степеней свободы k1 = 2, количестве точек плана N = 9 составило: GКохТеор {0,05; 2; 9} = 0,47. Опытное значение критерия Кохрена: GКохОпыт = 0,43, GКохТеор > GКохОпыт. Теоретическое значение критерия Фишера при уровне значимости α = 0,05, числе степеней свободы большей дисперсии k1 = 7, числе степеней свободы меньшей дисперсии k2 = 18 составило FТеор {0,05; 7,18} = 2,63. Опытное значение критерия Фишера: FОпыт = 1,29, FТеор > FОпыт. Анализ результатов По результатам проверки установлено, что экспериментальные данные равноточны, полученная модель является адекватной [20]. Разница значений между экспериментальными данными и градуировочной зависимостью не превышает 18 %, что является хорошей сходимостью для эмпирических методов. Полученная экспериментальная зависимость позволяет с достаточной степенью точности оперативно производить контроль качества выполнения песчаной подушки. Следует отметить, что полученная градуировочная зависимость является применимой только для песчаной подушки в рассматриваемой инженерной задаче для конкретного грунта подушки, толщины уплотняемого слоя, количества проходок строительной техники. Заключение 1. Оценку качества уплотнения грунтовых сооружений, работающих под нагрузкой, рекомендуется проводить при помощи модуля деформации, так как коэффициент уплотнения не позволяет оценить возможные деформации будущего сооружения. 2. При строительстве грунтовых сооружений для уменьшения сроков производства земляных работ рекомендуется перед их началом построить экспериментальную градуировочную зависимость между модулем деформации экспресс-методом (динамическим модулем упругости). 3. В представленном исследовании авторами установлена экспериментальная градуировочная зависимость между модулем деформации и динамическим модулем упругости. Разница значений между экспериментальными данными и градуировочной зависимостью не превышает 18 %. 4. Производство работ по устройству песчаной подушки толщиной 1,4 м в зимний период заняло один месяц. Применение экспресс-методов для контроля степени уплотнения позволяет ускорить производство работ. В дальнейших исследованиях будет проведена экономическая оценка эффективности предлагаемой градуировочной зависимости.

About the authors

S. A. Sazonova

Perm National Research Polytechnic University

D. A. Tatiannikov

Perm National Research Polytechnic University

A. B. Ponomaryov

Perm National Research Polytechnic University; Saint Petersburg Mining University

References

Statistics

Views

Abstract - 25

PDF (Russian) - 15

Refbacks

• There are currently no refbacks.