Full Text

Расчет осадки является основным при проектировании фундаментов мелкого заложения, так как абсолютная осадка и производная от нее неравномерность осадки являются нормируемыми параметрами, непосредственно определяющими эксплуатационную пригодность зданий и сооружений. Несмотря на множество различных методов по определению деформаций в грунтовом массиве, разработанных отечественными и зарубежными учеными, расчетное значение конечной осадки иногда в несколько раз отличается от действительной [1, 2]. Согласно инженерной практике предварительный расчет ФМЗ может давать значения осадок, превышающие нормативную величину, что заставляет отказываться от более дешевых фундаментов мелкого заложения в пользу свайных или свайно-плитных, при этом на слабых грунтах возможна и обратная ситуация [3, 4]. На конечное значение осадки влияет ряд субъективных и объективных факторов, в первую очередь расчетная модель основания и характеристики сжимаемости грунта. Выбор геомеханической или контактной модели при проектировании фундаментов ложится на плечи инженера. Использование в конкретной задаче той или иной модели грунтового основания позволяет учесть особенности деформирования грунтового массива, однако с присущими каждой модели допущениями [5, 6]. Согласно работам [7-9] большое влияние на достоверное описание деформирования грунтового массива оказывает значение модуля деформации. На настоящий момент существует множество различных методик по определению данной характеристики, результаты которых зачастую могут отличаться в несколько раз. Согласно источникам [10, 11] на деформируемость грунтового основания значительное влияние оказывает напряженное состояние массива. В работах Г.Г. Болдырева [8], И.К. Аимбетова [12] по испытанию пылевато-глинистых и песчаных грунтов в стабилометрах показано, что модуль деформации грунта практически линейно зависит от боковых (горизонтальных) напряжений. Так, например, для супеси полутвердой с увеличением горизонтальных напряжений от 100 до 300 кПа Е увеличился в 2 раза, а модуль деформации мелкого песка - в 3 раза. Это обстоятельство во многом объясняет «тормозящий» эффект собственного веса грунта на деформирование основания по сравнению с невесомым полупространством, особенно с увеличением значения OCR. Исходя из сказанного, следует заключить, что деформируемость грунта во многом определяется величиной горизонтальных напряжений, являющихся суммой горизонтального бытового давления σхg и горизонтальной нормальной составляющей напряженного состояния σхp от внешней нагрузки. Таким образом, модуль деформации в каждой точке грунтового основания является интегральной характеристикой свойств грунта и напряженного состояния и, как следствие, не может быть постоянной величиной даже в условиях одного инженерно-геологического элемента. На основании вышеизложенного предлагается уточненный метод расчета осадки фундаментов мелкого заложения, в первую очередь плитных, основанный на удобном для инженера методе послойного суммирования, который принят в качестве основного в СП [13]. Предложенный авторами метод учитывает упругопластическую природу деформирования грунтов и имеет следующие особенности [14]: - разделение эпюры (рис. 1) на составляющие: приводит к появлению упругих деформаций, - упругопластических; составляющая соответствует исходному напряженному состоянию в грунтовом основании и может быть принята равной давлению от собственного веса грунта на данной глубине или его части или структурной прочности грунта рстр, значения которых, в свою очередь, могут быть откорректированы коэффициентом переуплотнения OCR; - учет изменения модуля общей деформации Е слоев грунтового основания с ростом нагрузки в зависимости от напряженного состояния. Расчет осадки фундамента по уточненному методу (СП*) в котловане глубиной менее 5 м производится по формуле где - составляющая вертикального напряжения, которая приводит к появлению упругопластической деформации грунта в i-м слое, от среднего давления по подошве фундамента; - составляющая вертикального напряжения, которая приводит к появлению упругой деформации грунта в i-м слое, от среднего давления по подошве фундамента; hi - толщина i-го слоя; Еi - модуль деформации i-го слоя грунта по ветви первичного нагружения; Ее,i - модуль деформации i-го слоя грунта по ветви вторичного нагружения. Рис. 1. Расчетная схема основания для определения осадки фундамента мелкого заложения по предложенному методу (СП*) Fig. 1. Design diagram of the bed to calculate settlement in a shallow foundation after the proposed method (Building Regulations*) Определение модуля общей деформации Е образцов каждого выделенного инженерно-геологического элемента следует проводить на приборах трехосного сжатия, позволяющих учитывать напряженно-деформированное состояние образцов при различных значениях бокового давления, с разгрузкой и построением зависимости Преимущество такого подхода также состоит в том, что нет необходимости напрямую в формуле расчета осадки через безразмерный коэффициент β учитывать коэффициент Пуассона , значение которого весьма неоднозначно для грунтов, но который существенно влияет на величину сжимаемости. В предлагаемом методе особое место занимает вопрос определения бокового давления и которое непосредственно влияет на значение модуля общей деформации Е. Значение при отсутствии надежных данных по OCR принимают, как правило, согласно положениям гео- или гидростатики, т.е. и соответственно. Чаще используют положение геостатики, однако единого мнения на этот счет не существует [14]. Значение может быть получено из решений теории УПП. Однако необходимо помнить, что в классической постановке коэффициент Пуассона μ = 0,5 для упругого полупространства может значительно отличаться от значения для реальных грунтов. Исходя из общей логики, для оснований, нагруженных фундаментами с плоской подошвой, наиболее целесообразным следует считать определение σхр из приведенных выше зависимостей. Для апробации предложенного авторами метода расчета осадки был проведен сопоставительный анализ с полевым исследованием грунтов круглыми жесткими штампами диаметром 1200 мм в полевых условия при их статическом нагружении. В основании экспериментальной площадки залегали пылевато-глинистые грунты естественного сложения с физическими и механическими характеристиками, представленными в таблице. Физико-механические характеристики грунтов экспериментальной площадки Physical and mechanical characteristics of soils at the experimental site Номер ИГЭ Глубина залегания слоя, м Коэффициент пористости e, д. ед. Показатель текучести IL, д. ед. Удельный вес γ, кН/м3 Угол внутреннего трения φ, град Сцепление С, кПа Расчетный модуль деформации Е, МПа Наименование грунта от до 1 0,0 1,0 0,79 < 0,0 17,4 15 31 19 Глина 2 1,0 6,0 0,80 0,62 18,5 15 17 8 Суглинок 3 6,0 6,6 0,69 Ср. пл. 19,1 31 2 25 Песок Предварительно в грунтовый массив для фиксации послойной деформации слоев грунта в центральной и краевой зонах были установлены глубинные марки на расстоянии от 0,25D до 2,00D. Нагрузка на поверхность штампа передавалась через распределительную систему. Создание давления в системе осуществлялось при помощи домкрата. Для изучения влияния бокового обжатия на деформирование грунтов, залегающих в активной зоне, были проведены исследования на стабилометрических приборах. Для получения зависимостей изменения модуля деформации от величины горизонтального обжатия грунта образцы испытывались при всестороннем давлении 50, 100 и 200 кПа (рис. 2). По результатам испытаний были найдены значения модуля деформации для дополнительного давления в различных диапазонах (рис. 3): Рис. 2. Результаты стабилометрических испытаний ИГЭ № 2 (суглинка мягкопластичного) Fig. 2. The results of stabilometer tests for EGE № 2 (high-plastic loam) Рис. 3. Графики зависимости модуля деформации от величины горизонтального обжатия Fig. 3. Dependency diagrams of the deformation modulus and the value of horizontal squeezing На основании результатов полевого исследования были получены графики зависимости осадки штампа от вертикального давления (рис. 4). Как видно из графиков, расчет осадки, согласно методу, предложенному авторами, с использованием зависимостей, полученных по результатам стабилометрических испытаний, имеет в среднем запас в значении 40 % во всем диапазоне нагружения без привязки к фактору времени (при t ≈ 0). Применение нормативной методики с использованием компрессионного модуля деформации и коэффициента mk для определения осадки показало сильно заниженное значение конечной осадки в сравнении с экспериментальными данными. Расчет осадки по DIN 4019 с использованием результатов компрессионных испытаний без применения переходных коэффициентов превышает экспериментальные значения на 90-110 %. Принимая во внимания, что в соответствии с исследованием [15] на слабых глинистых водонасыщенных грунтах значения осадок после полного загружения грунтового массива продолжают прирастать с течением времени и превышают в среднем начальные, фиксируемые на момент окончания приложения нагрузки, в среднем на 20-30 %, можно сделать вывод, что значения осадок в пределах расчетного сопротивления R приблизятся к рассчитанным по СП* с расхождением в 5-15 %. Оценки послойного деформирования грунтового массива по данным натурного исследования и методики, предложенной авторами, показали схожее поведение (рис. 5). Большая часть осадки (около 70 %) формируется в поверхностной зоне до 0,8D при глубине сжимаемой толщи, определенной согласно нормам, равной 2,0D. Графики относительной и абсолютной осадки по уточненному методу и экспериментальным данным, взятым с показаний глубинных марок, по всей толще активной зоны имеют расхождение не более 20 %. Следует отметить, что затухание деформаций по глубине происходит намного раньше, чем это описывает решение по теории УПП и что гораздо лучше соответствует экспериментальным данным [15, 16]. Рис. 4. Графики зависимости осадки штампа от вертикального давления Fig. 4. Dependency diagrams of the stamp settlement and vertical pressure Рис. 5. График развития относительных осадок по глубине при p = 175 кПа Fig. 5. Diagram of relative settlements developing across the depth in p = 175 kPa В ходе проведения полевых исследований после статического нагружения поэтапно проводилась разгрузка основания для определения величины упругих деформаций в грунте. Экспериментальное значение упругих деформаций составило 8 мм, что равняется 18 % от общей осадки штампа. Данное значение близко соответствует расчетному значению, равному 15 % (6 мм), что подтверждает «физичность» предложенного метода. Таким образом, уточненный метод прогноза осадок отличается тем, что: - учитывает разделение эпюры от дополнительной внешней нагрузки основания на составляющие, которые приводят к проявлению упругих и упругопластических деформаций; - используются характеристики деформирования, полученные из приборов трехосного сжатия (стабилометров), а именно учитывается эффект изменения модуля деформации Е как функции горизонтального напряжения, что позволяет учесть параметры, адаптированные к конкретным условиям, например, по значению коэффициента переуплотнения OCR, структурной прочности рстр и специфических свойств грунтов; - нет необходимости в определении представленного в СП коэффициента β, который в силу своей неоднозначности может приводить к значительным погрешностям в определении осадки; - с учетом упругопластической природы грунта расчетная эпюра абсолютных и относительных осадок слоев по всей глубине сжимаемой толщи соответствует реальной картине деформирования основания, что отражает «физичность» метода.

About the authors

Ia. A Pronozin

Industrial University of Tyumen

V. M Chikishev

Geofond Ltd

D. V Rachkov

Industrial University of Tyumen

References

Statistics

Views

Abstract - 142

Refbacks

• There are currently no refbacks.