Full Text

Введение Актуальной проблемой в геотехнической практике является возникновение неравномерных осадок фундамента в ходе строительства и эксплуатации зданий и сооружений [1]. Превышение таких нормативных параметров [2], как крен, относительная неравномерность осадки и горизонтальные перемещения остова здания, влекут за собой невозможность ввода в эксплуатацию объектов строительства или существенное затруднение эксплуатации, вплоть до ее прекращения. Причины возникновения могут быть самыми различными, зависящими от широкого спектра объективных и субъективных факторов. Технологии стабилизации деформаций грунтового основания способствуют лишь предупреждению их дальнейшего развития [3-5] и ликвидации причин деформаций, тогда как для устранения последствий неравномерных осадок в настоящее время на практике нашли место три основных подхода: - подъем и выравнивание зданий с помощью домкратов [6-10] (рис. 1, а); - опускание здания или его части за счет изменения прочностных и деформационных характеристик грунта основания (замачивание грунта) [11] (рис. 1, б); - опускание здания или его части путем выбуривания грунта из-под подошвы фундамента [12-15] (рис. 1, в); Ни один из этих методов не является универсальным. Применение каждого из способов в конкретном случае должно иметь как экономическое обоснование, так и обоснование с точки зрения простоты и безопасности технологии производства работ. а б в Рис. 1. Основные подходы к регулированию геометрического положения зданий: а - подъем здания; б - выбуривание скважин; в - замачивание грунтов Fig. 1. The main approaches to regulating the geometric position of buildings: a - lifting the building; b - drilling wells; с - soaking the soil В условиях основания, сложенного аллювиальными породами, одним из наиболее перспективных способов корректировки пространственного положения зданий и сооружений является метод выбуривания грунта из-под подошвы фундаментов, так как изменение характеристик грунтов в основании происходит лишь в месте удаления грунта, при этом горизонтальное бурение в условиях залегания слабых водонасыщенных грунтов имеет существенные недостатки, выражающиеся в сложности выполнения работ при высоком уровне грунтовых вод и обеспечении безопастных условий работ. Принципиальным отличием в предлагаемом способе является устройство скважин, которые выполняются строго вертикально или с незначительным углом наклона. Вертикальное бурение при выравнивании кренов зданий в условиях слабых водонасыщенных пылевато-глинистых грунтов имеет ряд преимуществ, а именно: - возможность работы с уровня дневной поверхности; - доступность техники для производства работ; - относительная быстрота производства работ по снижению неравномерности осадки; - высокая степень безопасности производства работ. Метод расчета Методика выравнивания геометрического положения зданий и сооружений на плитных фундаментах основана на формировании дополнительных деформаций ослабленного грунтового массива, созданного бурением вертикальных скважин в активной зоне грунтового основания со стороны минимальных осадок (противоположных крену). Разрушение грунта обусловлено развитием областей пластических деформаций вокруг выбуриваемой скважины [3, 4, 16, 17]. Факторами, влияющими на состояние скважин, являются: физико-механические характеристики основания, геометрия скважины и напряженное состояние в основании. Таким образом, расчет основания с целью определения зон пластических деформаций будет существенно зависеть от положения скважины относительно фундамента и напряженного состояния грунтового массива. Для постановки задачи рассмотрим возможные расчетные случаи расположения скважины относительно фундаментной плиты, при однородном грунтовом основании, без учета уровня грунтовых вод (рис. 2). Рис. 2. Расчетные случаи расположения цилиндрической полости относительно фундамента: а - одиночная скважина в грунте; б - скважина под плитой фундамента; в - скважина вне контура фундамента Fig. 2. Calculated cases of the cylindrical cavity relative to the foundation: а - a single well in the ground; b - a well under the foundation slab; с - a well outside the foundation contour В настоящей работе рассматривается первый расчетный случай (рис. 2, а), когда скважина расположена в однородном массиве грунта, в котором присутствуют напряжения только от собственного веса грунта . Задача решается в осесимметричной постановке, по причине того, что рассматриваемая скважина в грунте условно является идеальной цилиндрической полостью, равномерно нагруженной по высоте скважины весом грунта. Граничные условия задаются исходя из отсутствия влияния других факторов на напряженное состояние рассматриваемого массива грунта, за исключением напряжения от собственного веса. Для определения напряженно-деформированного состояния грунта вокруг формируемой скважины используются соотношения, приведенные в работах З.Г. Тер-Мартиросяна [18], Г.Г. Болдырева [19] для определения НДС массива грунта при прессиометрических испытаниях: (1) Из выражения (1) возможно определить: - перемещения стенки скважины, тангенциальные - и радиальные - напряжения, которые, в свою очередь, зависят от геометрии скважины и физико-механических свойств грунта. Таким образом, подставляя определяемые напряжения в закон прочности, можно сформировать картину напряжений вокруг скважины. (2) В работах А.П. Пулатова [20], В.П. Дыбы [17] и других исследователей установлено, что при бурении скважин в активной зоне грунтового основания эффект по снижению неравномерности осадки достигается при обрушении скважины в ходе возникновения и развития зон пластических деформаций грунта, поэтому основной задачей является определение факторов, влияющих на напряженное состояние грунта при формировании скважины. Зададимся исходными данными для первого расчетного случая - одиночная скважина в однородном глинистом грунте. Диаметры скважин задаются из возможных размеров наиболее распространенных буровых установок d1…10 = 0,1…1 м, глубину скважины в рассматриваемой задаче ограничиваем h = 20 м. Характеристики грунта: ¨ удельный вес грунта γ = 19 кН/м3; ¨ модуль деформации E = 5 МПа; ¨ удельное сцепление грунта с = 15 кПа; ¨ угол внутреннего трения φ = 10°. Последовательность расчета: 1. Грунт вокруг скважины разбивается на элементарные слои по глубине с шагом 1 м. 2. Определяются перемещения, тангенциальные и радиальные напряжения из системы уравнений (1) в каждом элементарном слое на различном удалении от границы скважины. 3. Полученные напряжения подставляем в закон прочности (2). Условием появления областей предельного состояния грунта является превышение значений правой части формулы над левой. 4. По полученным радиусам зон предельного состояния в элементарном слое формируется картина (рис. 3) для всей скважины. В указанной последовательности были определены зависимости радиуса зоны пластических деформаций от диаметра скважины в массиве грунта в условиях постоянных физико-механических характеристик грунтов, затем при постоянной геометрии скважины изменялось удельное сцепление в пределах от 5 до 25 кПа (рис. 4). На примере скважины d = 0,25 м в однородном грунтовом массиве с характеристиками C = 15 кПа, φ = 20° построена картина развития зон пластических деформаций вокруг скважины (см. рис. 3). Установлено, что с глубины h = 8 м радиус зоны пластических деформаций перестает увеличиваться, такой характер распространения зон пластических деформаций вокруг скважины установлен на всех исследуемых диаметрах скважин. Рис. 3. Последовательность определения зон пластических деформаций на глубине z = 6 м (при действии только собственного веса грунта) Fig. 3. Sequence of determining zones of plastic deformation at a depth of z = 6 m (when only the proper weight of the soil is applied) Рис. 4. Графики зависимости радиуса зоны пластических деформаций от удельного сцепления грунта (а) и диаметра скважины (б) Fig. 4. Graphs of the dependence of the radius of the zone of plastic deformations on the specific adhesion of the soil (а) and the diameter of the well (b) В результате выполненных расчетов установлено, что при скважине, например, d = 0,15 м и глубиной h = 20 м при увеличении удельного сцепления грунта с 5 до 25 кПа радиус зоны пластических деформаций r уменьшается с 0,55 до 0,25 м. При неизменных грунтовых условиях: с = 15 кПа, φ = 20° - определено влияние диаметра скважины d, м, на радиус зоны пластических деформаций Δr, м, а именно: с увеличением диаметра скважины с 0,1 до 1 м Δr возросло с 0,1 до 0,7 м. Заключение Предложена методика определения зон пластических деформаций вокруг скважин в условиях действия собственного веса грунта как первого шага для определения параметров скважин в условиях разбуривания основания, для повышения его деформируемости. По представленной методике выполнены расчеты напряженного состояния грунта вокруг скважин, позволяющие устанавливать зоны разрушения грунта и тем самым определять параметры скважин и геометрию их расположения в зависимости от поставленных целей, при регулировании осадок плитных фундаментов.

About the authors

Y. A Pronosin

Tyumen Industrial University

M. D Kaygorodov

Tyumen Industrial University

A. M Karaulov

Siberian Transport University

References

Statistics

Views

Abstract - 563

PDF (Russian) - 237

Refbacks

• There are currently no refbacks.