Прогноз осадок свайных фундаментов
Обновлено: 17.05.2024
Совершенствование метода расчета осадок свайных фундаментов резервуаров с учетом повторяемости их нагружения и разгрузки Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»
Объектом исследования являются железобетонные сваи и их совместная работа с грунтом в составе свайных фундаментов резервуаров. В результате анализа состояния вопроса о приращении осадок свайных фундаментов резервуаров установлено, что их значения в ходе повторяемости циклов нагружения-разгрузки могут значительно увеличиваться. При этом отмечаются случаи превышения предельно допустимых осадок и кренов свайных фундаментов уже после выполнения гидростатических испытаний и сдачи резервуаров в эксплуатацию. В опубликованных работах отмечается, что около 70 % аварий резервуаров связаны с неравномерными осадками свайных фундаментов . Существующие методы расчета осадок не учитывают их приращения в ходе циклов нагружения и разгрузки. Автором предлагается метод расчета осадок свайных фундаментов резервуаров, учитывающий особенности их эксплуатации. За основу принят метод послойного суммирования осадок основания для условного свайного фундамента . Расчет дополнительной осадки выполняется с использованием аппроксимирующей функции. При этом учитывается изменение отношения приведенного модуля деформации грунта в основании свай, полученного в ходе статических испытаний , к модулю упругости этого же грунта. Для расчета приведенного модуля деформации грунта использовался метод И.З. Гольдфельда (2011 г.). Разработанный автором метод расчета осадки был апробирован при проектировании свайного фундамента резервуара в Темрюкском районе (Краснодарский край). В процессе мониторинга технического состояния резервуара (Темрюкский район) была получена удовлетворительная сходимость результатов расчета его осадок с данными натурных наблюдений.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Шмидт О.А.
Исследование развития осадки буронабивной сваи в глинистых грунтах при повторном приложении статической нагрузки Оценка изменения деформационных характеристик глинистых грунтов в основании буронабивных свай при повторном нагружении Несущая способность и осадки плитно-свайных фундаментов при циклическом нагружении Работа висячих свай в грунте основания и их расчет по осадке Экспериментальные исследования моделей плитно-свайных фундаментов при режимном циклическом нагружении i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы. i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.IMPROVING THE CALCULATION METHOD FOR THE SETTLEMENT OF PILE FOUNDATIONS OF TANKS TAKING INTO ACCOUNT THEIR LOADING AND UNLOADING REPEATABILITY
The article aimes at studying reinforced concrete piles and their interaction with the soil during operations as a part of pile foundations of tanks. As a result of analyzing the available data related to settlements of tank pile foundations, it has been established that the settlement values can significantly increase due to repated loading and unloading cycles of tanks. Whilst it has been noted that there is a number of cases, when maximum permissible values of settlement and heel of tank foundations are exceeded even after the hydraulic tests have been completed, and the facilities are put into operation. In some studies it is noted that about 70 % of emergencies with tanks were accompanied by uneven settlements of their basements. The available calculation methods of tank foundations’ settlement take no account of their increment, caused by filling and emptying cycles. The author suggests an improved technique aimed at calculating the settlement of pile foundations of tanks considering their operational characteristics. The method of a layerwise settlement summation for a conditional foundation was used as a basis; and the calculation of the additional settlement during the operation is performed by using the approximating function. It is also considered how the ratio of the reduced soil deformation modulus at the pile foundation (obtained during static tests) changes depending on the elasticity modulus of the very same soil. A technique developed by I.Z. Goldfeld (2011) and based on the results of the static tests was used to calculate the reduced soil deformation modulus . The settlement calculation method, proposed by the author, was used for the engineering design and estimation of the final pile foundation deformations in the tank located at Temryuk district (Krasnodar region). A satisfactory convergence of the settlement calculation results, obtained using the proposed method, with the data of the full-scale measurements was proved by the monitoring results of the tank’s condition.
Текст научной работы на тему «Совершенствование метода расчета осадок свайных фундаментов резервуаров с учетом повторяемости их нагружения и разгрузки»
Шмидт О.А. Совершенствование метода расчета осадок свайных фундаментов резервуаров с учетом повторяемости их нагружения и разгрузки // Вестник ПНИПУ. Строительство и архитектура. - 2018. - Т. 9, № 2. -С. 125-133. DOI: 10.15593/2224-9826/2018.2.12
Shmidt O.A. Improvement of a method for calculating the settlement of pile foundations of tanks during their exploitation. Bulletin ofPNRPU. Construction and Architecture. 2018. Vol. 9. No. 2. Pp. 125-133. DOI: 10.15593/2224-9826/2018.2.12
DOI: 10.15593/2224-9826/2018.2.12 УДК 624.13
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА РАСЧЕТА ОСАДОК СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ РЕЗЕРВУАРОВ С УЧЕТОМ ПОВТОРЯЕМОСТИ ИХ НАГРУЖЕНИЯ И РАЗГРУЗКИ
Кубанский государственный аграрный университет, Краснодар, Россия
Получена: 12 декабря 2017 Принята: 28 марта 2018 Опубликована: 29 июня 2018
Ключевые слова: свайный фундамент, статические испытания, повторное нагружение, приведенный модуль деформации грунта, модуль упругости грунта, осадка свайного фундамента.
Объектом исследования являются железобетонные сваи и их совместная работа с грунтом в составе свайных фундаментов резервуаров. В результате анализа состояния вопроса о приращении осадок свайных фундаментов резервуаров установлено, что их значения в ходе повторяемости циклов нагружения-разгрузки могут значительно увеличиваться. При этом отмечаются случаи превышения предельно допустимых осадок и кренов свайных фундаментов уже после выполнения гидростатических испытаний и сдачи резервуаров в эксплуатацию. В опубликованных работах отмечается, что около 70 % аварий резервуаров связаны с неравномерными осадками свайных фундаментов. Существующие методы расчета осадок не учитывают их приращения в ходе циклов нагружения и разгрузки. Автором предлагается метод расчета осадок свайных фундаментов резервуаров, учитывающий особенности их эксплуатации. За основу принят метод послойного суммирования осадок основания для условного свайного фундамента. Расчет дополнительной осадки выполняется с использованием аппроксимирующей функции. При этом учитывается изменение отношения приведенного модуля деформации грунта в основании свай, полученного в ходе статических испытаний, к модулю упругости этого же грунта. Для расчета приведенного модуля деформации грунта использовался метод И.З. Гольдфельда (2011 г.). Разработанный автором метод расчета осадки был апробирован при проектировании свайного фундамента резервуара в Темрюкском районе (Краснодарский край). В процессе мониторинга технического состояния резервуара (Темрюкский район) была получена удовлетворительная сходимость результатов расчета его осадок с данными натурных наблюдений.
IMPROVING THE CALCULATION METHOD FOR THE SETTLEMENT OF PILE FOUNDATIONS OF TANKS TAKING INTO ACCOUNT THEIR LOADING AND UNLOADING REPEATABILITY
Kuban State Agrarian University, Krasnodar, Russian Federation
Характерная особенность эксплуатации вертикальных стальных резервуаров состоит в том, что масса жидкости, хранящаяся в них, значительно превышает массу их строительных конструкций [1]. Деформации основания свайных фундаментов резервуаров, а также их неравномерности не всегда соответствуют результатам расчетов, что приводит к кренам и авариям. Также отмечено, что расчеты свайных фундаментов резервуаров не всегда обеспечивают необходимый запас их несущей способности, а осадки фундаментов в большинстве случаев превышают расчетные [2]. Согласно данным последних исследований 5, около 70 % от всех аварий резервуаров связаны с кренами и их неравномерными осадками. При этом превышение допустимых осадок возникает уже после гидростатических испытаний, когда резервуар эксплуатируется в штатном режиме.
Фундаменты вертикальных стальных резервуаров в процессе их эксплуатации испытывают на себе влияние циклов нагрузки и разгрузки, что приводит к возникновению дополнительных осадок. При этом на сегодняшний день практически отсутствуют общепринятые методы расчета приращений осадок свайных фундаментов.
Исследованием прогноза осадок свай и свайных фундаментов резервуаров в ходе циклов нагружения-разгрузки занимались Ю.Л. Винников, В.Л. Седин, К.Ш. Шадунц, H. Brandl и др. 7. В работе [8] предлагается инженерный метод расчета дополнитель-
Received: 12December 2017 Accepted: 28 March 2018 Published: 29 June 2018
pile foundation, static loadings, repeated loading, reduced soil deformation modulus, elastic modulus of soil, settlement of pile foundation.
ных осадок свайных фундаментов резервуаров на глинистых грунтах. Метод основан на использовании усредненного модуля деформации, полученного в результате статических испытаний свай при нескольких циклах нагружения и разгрузки. Полная осадка свайного фундамента резервуара при этом рассчитывается по формуле [8]
где k - коэффициент, численно равный количеству циклов, требуемому для затухания при-
дамента, полученный в ходе статических испытаний свай при нескольких циклах нагружения и разгрузки.
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.Представленный в работе [8] метод не учитывает упругое поднятие грунта в стадиях разгрузки фундамента резервуара, а также затухающий характер приращения осадки.
Использование свай для определения модуля деформации грунта проводилось неоднократно 10. Отмечается, что на первых ступенях нагружения 70-90 % нагрузки приходится на боковую поверхность сваи. При этом после достижения определенной (сдвиговой) осадки сваи сопротивление грунта по боковой поверхности полностью исчерпывается и основная часть внешней нагрузки передается на пяту [9, 12]. В результате анализа статических испытаний буронабивных свай в глинистых грунтах отмечается, что активное включение нижнего конца свай в работу начинается при нагрузках, больших 60 % от предельно допустимых [13]. Следовательно, в диапазоне нагрузок от 60 до 100 % от предельно допустимых нижний конец буронабивной сваи работает как нагруженный жесткий штамп на уплотняемом основании. На начальном этапе уплотнения основания штампом можно определить его деформационные характеристики. Выводы о возможности представления работы нижнего конца сваи как штампа в стадии уплотнения основания были сделаны Ф.К. Лапшиным в ходе натурных штамповых испытаний [14].
Метод расчета приращений осадки
График зависимости осадки натурной сваи от нагрузки в процессе статических испытаний в общем виде представлен на рис. 1. В рассматриваемом случае можно выделить ветви первичного, повторного нагружений и разгрузки. На основе данных статических испытаний свай можно также судить о конечной осадке фундаментов и выделить характеристики деформируемости грунтов в основании свайного фундамента [9].
ращений деформаций; К - усредненный модуль деформации основания условного фун-
Рис. 1. Расчетная схема приращения осадки условного свайного фундамента
За основу предлагаемого метода расчета приращения осадки свайного фундамента резервуара принята схема «условного фундамента», используемая в нормативной литературе. Рассматривается вертикальный стальной резервуар на свайном фундаменте из буронабивных свай, объединенных ростверком в виде сплошной монолитной железобетонной плиты. Расчет базируется на методе послойного суммирования, который рекомендуется к использованию при определении осадки фундаментов резервуаров с некоторыми корректировками. Для определения нижней границы сжимаемой толщи следует использовать условие azp = 0,2azg. Также для определения распределения напряжений
о используются значения коэффициента а, зависящие от отношения глубины рассматриваемой точки к радиусу фундамента z/R [1]. К существующему методу добавляется приращение осадки в ходе второго цикла нагружения-разгрузки резервуара Asin. Следовательно, конечная осадка фундамента при повторном нагружении будет рассчитываться по формуле
где sn - конечная осадка при повторном нагружении свайного фундамента; s: - осадка на первом цикле нагружения свайного фундамента; Asin - приращение осадки на втором
цикле нагружения-разгрузки резервуара.
С учетом того что второй цикл нагружения разделен на две составляющих - ветвь разгрузки и повторного нагружения, формула для расчета приращения осадки будет иметь следующий вид:
Asi-п = sn-sl =ß-£ ^^, (3)
В качестве основной характеристики сжимаемости основания в предлагаемом методе расчета используется приведенный модуль деформации, который представляет собой усредненное значение модуля деформации в пределах сжимаемой толщи основания фундамента. Для его получения по результатам статических испытаний предлагается использовать метод, предложенный И.З. Гольдфельдом [9].
Введем дополнительный коэффициент к, выражающий затухание осадки на втором цикле нагружения:
Из формулы (4) видно, что при стремлении значений модуля деформации уплотненного при первичном нагружении грунта (Ee) к модулю упругости (E0) этого же грунта коэффициент к стремится к нулю, тем самым выражая затухание приращений осадок.
Введя коэффициент k в формулу (3), получим:
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.При количестве циклов нагружения и разгрузки фундаментов резервуара, стремящихся к бесконечности, получим уравнение для определения конечной осадки:
где Л5 - сумма приращений осадки в период эксплуатации резервуара, которое рассчитывается по формуле
Прогноз осадок комбинированных свайных фундаментов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.02, кандидат технических наук Глушков, Илья Вячеславович
Оглавление диссертации кандидат технических наук Глушков, Илья Вячеславович
Глава 1. Современные данные о взаимодействии фундаментов в вытрамбованных котлованах и свайных фундаментов с основанием.
1.1. Экспериментально-теоретические исследования взаимодействия фундаментов в вытрамбованных котлованах с основанием.
1.2. Особенности взаимодействия свайных фундаментов с основанием
1.3. Численные методы оценки напряжённо-деформированного состояния оснований фундаментов в вытрамбованных котлованах и свайных фундаментов.
1.4. Выводы по главе.
Глава 2. Исследование совместной работы модели комбинированного свайного фундамента и основания.
2.1. Задачи и методика проведения экспериментальных исследований
2.2. Определение осадок моделей фундамента и деформаций грунтового основания.
2.3. Исследование характера распределения напряжений в активной зоне комбинированного свайного фундамента с возрастанием нагрузки
2.4. Выводы по главе.
Глава 3. Полевые экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния оснований комбинированных фундаментов
3.1. Инженерно-геологические условия опытных площадок.
3.2. Цель экспериментальных работ и методика проведения исследований
3.3. Результаты экспериментальных исследований взаимодействия комбинированного свайного фундамента с грунтовым основанием 86 3.3.1. Осадки фундамента и деформации грунта в активной зоне при различной интенсивности нагрузки.
3.3.2. Распределение напряжений в основании.
3.4. Выводы по главе.
Глава 4. Исследование напряжённо-деформированного состояния активной зоны комбинированного свайного фундамента методом конечных элементов.
4.1.1. Упругие деформации.
4.1.2. Упругоидеальнопластическое поведение грунта.
4.1.3. Критерий текучести Кулона-Мора.
4.1.4. Типы конечных элементов.
4.2. Планирование численных экспериментов.
4.3. Численное исследование напряжённо-деформированного состояния упругоп л астических оснований.
4.3.1. Влияние прочностных характеристик грунта.
4.3.2. Влияние длины центральной сваи и глубины вытрамбовывания котлована.
4.3.3. Влияние слабого слоя.
4.3.4. Влияние различных факторов на характер формирования и развития зон предельного равновесия в активной зоне.
4.3.5. Изменение НДС оснований при различном виде центрального элемента в фундаменте (призматические сваи, сваи-оболочки, конусные сваи).
4.3.6. Исследование сопротивления комбинированного свайного фундамента горизонтальным нагрузкам.
4.4. Метод прогноза осадок комбинированного свайного фундамента на основе регрессионных зависимостей.
4.5. Оптимизация конструкций комбинированных свайных фундаментов в различных грунтовых условиях.
4.5.1. Постановка задачи.
4.5.2. Влияние глубины вытрамбовывания котлована и длины центральной сваи на экономичность решения.
4.5.3. Влияние интенсивности нагрузки, прочностных характеристик грунта на оптимальное решение.
4.6. Выводы по главе.
Глава 5. Рекомендации по проектированию комбинированных свайных фундаментов.
5.1. Определение несущей способности фундамента.
5.2. Инженерный метод расчета осадки фундамента.
5.3. Сравнение расчётных и экспериментальных значений осадок фундамента
5.4. Область рационального применения комбинированных свайных фундаментов по инженерно-геологическим условиям.
5.5. Выводы по главе.
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Основания и фундаменты, подземные сооружения», 05.23.02 шифр ВАК
Односвайные и вытрамбованные фундаменты и методы их расчета с использованием зондирования 2006 год, доктор технических наук Шеменков, Юрий Михайлович
Основы расчета свайных фундаментов с учетом реологических свойств грунтов основания 2003 год, доктор технических наук Омельчак, Игорь Михайлович
Повышение эффективности устройства свайных фундаментов в уплотняемых грунтах 2002 год, доктор технических наук Пономаренко, Юрий Евгеньевич
Особенности работы горизонтально нагруженных фундаментов в уплотненном основании 2008 год, кандидат технических наук Шеменков, Михаил Юрьевич
Исследование фундаментов в вытрамбованных котлованах в непросадочных глинистых грунтах и метод расчета несущей способности по данным вытрамбовки 2007 год, кандидат технических наук Галимнурова, Ольга Витальевна
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прогноз осадок комбинированных свайных фундаментов»
Актуальность темы. В настоящее время основными задачами капитального строительства являются повышение технико-экономической эффективности и качества строительного производства. При возведении каркасных зданий и сооружений различного назначения наиболее часто применяются фундаменты в виде кустов свай с монолитным ростверком и столбчатые фундаменты на естественном основании, которые отличаются высокой материалоёмкостью и трудоёмкостью их возведения. При этом затраты на устройство фундаментов составляют 15-20 % от общей стоимости строительства.
Совершенствование конструкций и методов возведения фундаментов имеет важное народно-хозяйственное значение для строительства. Одним из перспективных направлений исследований в области свайного фундаменто-строения является разработка новых эффективных конструкций комбинированных фундаментов, которые бы обеспечивали повышенную несущую способность грунтов основания; простую и надёжную конструкцию фундамента; снижение материалоёмкости, объёма опалубочных и земляных работ при устройстве фундаментов. Этим требованиям в наибольшей степени соответствуют фундаменты в вытрамбованных котлованах с центральной сваей, которые совмещают в себе все преимущества работы и фундаментов в вытрамбованных котлованах, и забивных свай.
Анализ литературных источников показал, что в отечественной и зарубежной практике методы определения несущей способности фундаментов в вытрамбованных котлованах и свайных фундаментов ещё недостаточно разработаны. А методы, рекомендуемые нормативными документами, дают результаты, которые в значительной степени расходятся с экспериментальными данными. Расчёты основания комбинированного свайного фундамента необходимо производить с учётом совместной работы его составляющих элементов.
Экспериментальные и теоретические исследования с целью разработки новых методов определения несущей способности и прогноза осадок комбинированных свайных фундаментов, выяснения закономерностей и особенностей совместной работы фундаментов и грунтов основания, несомненно, являются актуальными.
Объект исследования - комбинированный свайный фундамент (КСФ), состоящий из фундамента в вытрамбованном котловане и центральной сваи.
Предмет исследования - комплексное экспериментально-теоретическое исследование НДС основания КСФ.
Цель работы: разработка оптимальной конструкции КСФ, выяснение закономерностей и особенностей совместной работы фундамента и грунтового основания, разработка методов расчёта КСФ по предельным состояниям.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие основные задачи:
1. Провести исследование взаимодействия модели КСФ с основанием:
- определить осадки фундамента и деформации грунтового основания;
- исследовать характер распределения напряжений в сжимаемой толще с возрастанием нагрузки на фундамент.
2. Выполнить комплексные экспериментальные исследования НДС оснований КСФ в полевых условиях:
- определить осадки фундамента и деформации грунта в активной зоне при различной интенсивности нагрузки;
- установить закономерности распределения напряжений в основании и по боковой поверхности КСФ.
3. Провести численное исследование НДС активной зоны КСФ методом конечных элементов.
4. Внедрить результаты исследований в практику строительства.
Научная новизна работы состоит в разработке инженерного метода прогноза осадок КСФ, полученного на основании результатов экспериментально-теоретических исследований, получении экспериментальных зависимостей осадки КСФ от нагрузки, установлении закономерностей распределения напряжений и деформаций в активной зоне и по боковой поверхности КСФ в различных инженерно-геологических условиях.
Достоверность результатов работы обеспечивается проведением экспериментальных исследований с применением современного электронного оборудования и тензометрической аппаратуры, использованием общепринятых положений теории упругости и пластичности в области механики грунтов и фундаменте строения.
Практическая значимость и реализация работы: Практическая значимость состоит в разработке конструкции КСФ, инженерного метода расчёта несущей способности и прогноза осадок данного типа фундаментов.
Результаты исследований внедрены на следующих объектах:
- Завод по производству консервов детского питания мощностью 5,2 тыс. тонн/год в г. Йошкар-Ола. Использование комбинированных свайных фундаментов вместо фундаментов в виде кустов свай с монолитным ростверком и проведённые исследования позволили уменьшить объём земляных и опалубочных работ в 4,5 раза, снизить материалоёмкость на 40 %, сократить трудозатраты в 3,6 раза. Экономический эффект составил 180 тыс.руб. в базовых ценах 1991 г.
- Жилые дома с каркасом типа «Сарет» в г. Чебоксары и Новочебок-сарск. Предложенная конструкция комбинированного свайного фундамента и проведённые исследования позволили уменьшить объём земляных и опалубочных работ в 2 - 3 раза, снизить материалоёмкость на 30 %, уменьшить трудозатраты в 2,5 раза, сократить сроки устройства фундаментов в 1,8 раза. Экономический эффект составил 86 тыс.руб. в базовых ценах 1991 г.
- 5-этажный 66-квартирный жилой дом по ул. Яблоневая, 14 в г. Н. Новгород.
- 10-этажный жилой дом по пр. Капитана Рачкова в г. Кстово Нижегородской области.
- 5-этажный 75-квартирный жилой дом в г. Павлово Нижегородской области.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 52-м всемирном салоне инноваций, научных разработок и новых технологий «Брюссель-Эврика 2003», по итогам конкурса была присвоена серебряная медаль (Бельгия, Брюссель, 2003 г.); на Международной конференции по геотехнике, посвященной 300-летию Санкт-Петербурга «Реконструкция исторических городов и геотехническое строительство» (СПб., 2003 г.); на Международной научно-практической конференции по проблемам механики грунтов, фундаментостроению и транспортному строительству (Пермь, 2004 г.); на Российской научно-технической конференции по проблемам проектирования, строительства и эксплуатации фундаментов, мостов и автомобильных дорог. Механизации строительства. Охраны окружающей среды (Пермь, 2004 г.); на Международном научно-практическом семинаре «Актуальные проблемы проектирования и строительства в условиях городской застройки» (Пермь, 2005 г.), на 3-й всероссийской конференции «Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции» (Чебоксары, 2001 г.); на IV Международном форуме «Высокие технологии XX века» (М., ВК ЗАО «Экспо-центр» на Красной Пресне, 2003 г.); на внутривузовских научно-технических конференциях Пермского и Марийского государственных технических университетов (г. Пермь и Йошкар-Ола 2002-2003 гг.). Личный вклад автора состоит:
- в разработке оптимальной конструкции КСФ, защищенной свидетельством на полезную модель № 12148 Е 02 Э 27/01;
- в проведении экспериментальных исследований с моделями КСФ;
- в участии проведения натурных полевых экспериментальных исследований КСФ, обработке и анализе результатов;
- в выполнении численного моделирования совместной работы КСФ и грунтового основания;
- в проведении теоретических исследований и разработке методов расчёта КСФ по предельным состояниям.
Автор выражает глубокую признательность и благодарность за научные консультации, помощь и поддержку в проведении исследований доктору технических наук, профессору [A.A. Бартоломею), кандидату технических наук, доценту Б.С. Юшкову, а также сотрудникам кафедры оснований, фундаментов и мостов Пермского государственного технического университета.
На защиту выносятся: инженерные методы прогноза осадок и определения несущей способности КСФ, результаты экспериментально-теоретических исследований КСФ и грунтового основания.
Публикации. Основные положения и результаты диссертации опубликованы в 16 печатных работах, в том числе получено свидетельство на полезную модель.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Диссертационная работа содержит 202 страницы машинописного текста, 132 рисунка, 3 таблицы, список литературы из 185 наименований, в том числе 8 на иностранном языке.
Оценка осадок кольцевых свайных фундаментов на неоднородном основании тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.02, кандидат технических наук Городнова, Елена Владимировна
Оглавление диссертации кандидат технических наук Городнова, Елена Владимировна
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ КОЛЬЦЕВЫХ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ.
1.1. Кольцевые фундаменты сооружений и область их применения.
1.2. Существующие теоретические основы и методы расчета осадок кольцевых фундаментов.
1.3. Аналитические методы расчета осадок свайных фундаментов.
1.4. Численные методы расчетов свайных фундаментов.
1.5. Экспериментальные наблюдения за вертикальными деформациями сооружений, возведенных на кольцевых свайных фундаментах.
1.6. Основная цель и задачи исследования.
2. АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА ОСАДОК КОЛЬЦЕВЫХ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ.
2.1. Основные положения аналитического метода расчета осадок кольцевых свайных фундаментов.
2.2. Описание алгоритма и пример расчета.
3. ПОЛЕВЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ
ЗА РАЗВИТИЕМ ДЕФОРМАЦИЙ ОСНОВАНИЙ ОПЫТНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ, ВОЗВЕДЕННЫХ НА КОЛЬЦЕВЫХ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТАХ.
3.1. Инженерно-геологические условия экспериментальной площадки.
3.2. Методика проведения натурного эксперимента.
3.3. Организация и результаты натурных наблюдений.
Выводы по третьей главе.
-34. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЛИНЗ СЛАБОГО ГРУНТА НА НЕРАВНОМЕРНОСТЬ ОСАДКИ СТЕНКИ РЕЗЕРВУАРА.
4.1. Основные предпосылки расчета вертикальных деформаций основания резервуара.
4.2. Расчет перемещений основания и кольцевого свайного фундамента резервуара с использованием программы ГЕОМЕХАНИКА.
4.3. Расчет перемещений основания и кольцевого свайного фундамента резервуара с использованием программы PLAXIS.
4.5. Анализ и сопоставление результатов расчета с материалами натурных испытаний.
Выводы по четвертой главе.
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Основания и фундаменты, подземные сооружения», 05.23.02 шифр ВАК
Принципы конструирования и экспериментально-теоретические исследования крупногабаритных резервуаров 2006 год, доктор технических наук Землянский, Анатолий Андреевич
Основы расчета свайных фундаментов с учетом реологических свойств грунтов основания 2003 год, доктор технических наук Омельчак, Игорь Михайлович
Односвайные и вытрамбованные фундаменты и методы их расчета с использованием зондирования 2006 год, доктор технических наук Шеменков, Юрий Михайлович
Напряженно-деформированное состояние оснований свайных фундаментов большой площади 2009 год, кандидат технических наук Беспалов, Алексей Евгеньевич
Оценка взаимодействия буроинъекционных свай усиления фундаментов с основаниями зданий 2010 год, кандидат технических наук Чу Туан Тхань
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка осадок кольцевых свайных фундаментов на неоднородном основании»
Увеличение экспорта природных ресурсов России в страны ближнего и дальнего зарубежья привело к развитию промышленного строительства и поиску более надежных и экономичных конструктивных решений.
Строительство крупногабаритных промышленных сооружений круглого очертания в плане: отдельно стоящие вентиляционные и дымовые трубы атомных и тепловых электростанций, башни градирен, водонапорные башни, стальные вертикальные цилиндрические резервуары и т.д., вызвало необходимость разработки надежного, экономически эффективного варианта кольцевого фундамента, учитывающего особенности его работы в сложных инженерно-геологических условиях. Особенно актуальным является вопрос о проектировании фундаментов сооружений, имеющих большие размеры, при строительстве на площадках, представленных неоднородным напластованием грунтов с низкими прочностными и деформационными свойствами. Использование таких грунтов в качестве оснований связано с развитием неравномерных осадок, которые могут создать трудности в эксплуатационный период, привести к нарушению нормальных условий работы сооружения и даже аварийным последствиям.
Как отмечено в литературе [15, 86, 88, 99], надежности фундаментов для рассматриваемых сооружений является исключение или сведение к минимуму неравномерных осадок основания, а использование свайных фундаментов в условиях слабых грунтов позволяет существенно снизить абсолютные значения ожидаемых осадок и их неравномерность. Это позволит выполнить основное условие расчета по второй группе предельных состояний.
Вопрос по определению осадок свайных фундаментов остается актуальным и до настоящего времени, так как их расчетные значения зачастую не согласуются с фактическими осадками зданий и сооружений (Бартоломей А.А.; 1982, Бахолдин Б.В., 1986; Дорошкевич Н.М., 1977; Сотников С.Н., 1992). Это свидетельствует о том, что используемые аналитические решения недостаточно полно описывают механизм взаимодействия свайного фундамента с основанием. Исследование совместной работы свайных фундаментов и их оснований представляет особый интерес в слабых грунтах, где свайные фундаменты часто являются единственно возможным способом передачи давления от сооружения на основание.
Экспериментальные и теоретические исследования свайных фундаментов, выполненные в НИИОСП им. Герсеванова, ВНИИ транспортного строительства, НИИПромстрое, Фундаментпроекте, Уфимском БашНИИстрое, а также на специализированных кафедрах вузов Москвы, Ленинграда (Санкт-Петербурга), Днепропетровска, Каунаса, Киева, Куйбышева (Самары), Минска, Новосибирска, Одессы, Перми, Риги, Ростова-на-Дону, Саратова, Свердловска, Харькова, Челябинска и многих других организациях, способствовали разработке аналитических методов расчета осадок одиночных свай и свайных фундаментов.
Характер работы свайных фундаментов при большом многообразии инженерно-геологических условий приводит к тому, что расчет по деформациям необходимо проводить по различным расчетным схемам, наиболее полно отвечающим фактическому взаимодействию свай и грунтов основания. Следовательно, расчетные схемы определения осадок свайных фундаментов могут быть разработаны только на основе изучения совместной работы свай и окружающих грунтов, а также характера передачи нагрузки. Достоверность расчета оснований по деформациям может быть проверена инструментальными наблюдениями за фактическими осадками зданий и сооружений.
Цель настоящей работы заключается в разработке инженерного метода расчета осадок кольцевых свайных фундаментов, возведенных на неоднородных основаниях.
Методика исследований включала: анализ литературных источников по вопросам расчета напряженно-деформированного состояния оснований кольцевых фундаментов и ленточных свайных фундаментов;
- разработку методики расчета и специальной программы для проведения математического моделирования взаимодействия кольцевого свайного фундамента с неоднородным основанием; проведение натурных экспериментов на площадке строительства вертикальных стальных цилиндрических резервуаров емкостью 50 тыс. м3 в Ленинградской области;
- оценку влияния линз слабого грунта основания на величину неравномерности осадки стенки резервуара, по периметру которой выполнен кольцевой свайный фундамент, с применением программ ГЕОМЕХАНИКА и PLAXIS; сопоставление результатов проведенных исследований.
Научная новизна работы заключается в разработке нового аналитического метода расчета осадок кольцевого свайного фундамента на неоднородном основании с теоретическим и экспериментальным его обоснованием.
Практическая значимость и внедрение результатов работы заключается в разработке принципов проектирования и расчета конструктивных решений кольцевых свайных фундаментов, повышения их надежности и экономической эффективности. Использование предложенной методики расчета позволило возвести на кольцевых свайных фундаментах два вертикальных стальных цилиндрических резервуара емкостью 50 тыс. м3 с плавающей крышей на территории нефтеперерабатывающего завода Ленинградской области в условиях неоднородного напластования слабых грунтов в основании.
На защиту выносятся:
1. Результаты анализа существующих методик расчета по определению осадок фундаментов кольцевой формы и ленточных свайных фундаментов;
3. Результаты теоретических решений, оценка их достоверности в сравнении с данными натурных экспериментов;
4. Обоснование использования свай разной длины в составе кольцевого фундамента в случае неоднородного напластования грунтов с целью снижения неравномерных осадок по контуру сооружения.
Диссертационная работа выполнена на кафедре геотехники ГОУ ВПО Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета под руководством д.т.н., профессора Мангушева Р.А.
Большая методическая помощь оказана автору сотрудниками кафедры геотехники - заслуженным деятелем науки РФ, д.т.н., профессором С.Н. Сотниковым, заслуженным деятелем науки РФ, д.т.н., профессором А.Б. Фадеевым, д.т.н., профессором В.Д. Карловым и д.т.н., профессором И.И. Сахаровым.
Научному руководителю и всем, оказавшим помощь в выполнении настоящей работы, автор выражает глубокую благодарность.
Прогноз осадок свайных фундаментов
Приведены результаты комплексных экспериментально-теоретических исследований осадок и несущей способности свайных фундаментов, основные закономерности их взаимодействия с окружающим грунтом. Изложены методы определения напряжений в активной зоне, полных осадок и осадок во времени ленточных свайных фундаментов и кустов свай с учетом приложения нагрузки внутри массива и вида эпюр ее передачи по боковой поверхности и в плоскости острия свай, параметров фундамента, структурной прочности грунта, сжимаемости газосодержащей жидкости, реологических параметров грунта основания. Рассмотрены методика и опыт проектирования свайных фундаментов исходя из предельно допустимых осадок зданий.Для инженерно-технических и научных работников научно- исследовательских, проектных и строительных организаций.
Расчет осадок ленточных свайных фундаментов. Бартоломей А.А. 1972
Книга посвящена вопросам осадок ленточных свайных фундаментов с расположением свай в один, два и три ряда. Излагаются результаты специальных опытов по исследованию работы ленточных свайных фундаментов, приведены данные об изменении порового давления в глинистых грунтах вокруг свай, о распределении сил трения по боковой поверхности и сопротивлении острия при работе свай в составе фундаментов, о деформации грунта активной зоны. На основании аналитического решения излагаются методы расчета осадок ленточных свайных фундаментов и определения напряжений под этими фундаментами. Для практического пользования составлены с помощью ЭЦВМ таблицы и номограммы перемещений от единичных сил в зависимости от величины коэффициента бокового расширения грунта, глубины активной зоны и приведенной ширины фундамента. Дана методика прогноза осадок свай и свайных фундаментов во времени. Рассмотрены результаты многолетних наблюдений за действительными осадками зданий, возведенных на свайных фундаментах. Книга предназначена для инженернотехнических работников и проектировщиков.
Глава I. Экспериментальные исследования характера работы и осадок ленточных свайных фундаментов
Задачи экспериментов, опытные площадки
Исследование изменения порового давления и тиксотропного упрочнения в грунтах вокруг свай
Несущая способность и осадки ленточных свайных фундаментов
О работе боковой поверхности и о сопротивлении острия свай при их работе в составе ленточных свайных фундаментов
Деформация грунта и распределение напряжений в активной зоне
Глава II. Расчет осадок ленточных свайных фундаментов
Исходные данные при решении задачи
Алгоритм для определения осадок ленточных свайных фундаментов
Расчет осадок свайных фундаментов при расположении свай в один, два и три ряда
Об учете взаимовлияния свай при их работе в составе фундамента
Глава III. Определение напряжений в межсвайном пространстве и под сваями ленточных свайных фундаментов
Общие положения
Решение плоской задачи для определения напряжений в межсвайном пространстве и под сваями ленточных свайных фундаментов
Порядок определения напряжений в межсвайном пространстве и под сваями ленточных свайных фундаментов
Глава IV. Расчет осадок свай и свайных фундаментов во времени
Основные положения
Использование нелинейной теории наследственности для описания зависимости осадки свай во времени под действием постоянной нагрузки
Расчет осадок свай и свайных фундаментов во времени при переменных нагрузках
Глава V. Наблюдения за действительными осадками зданий, возведенных на ленточных свайных фундаментах
Общие положения
Методика наблюдений за осадками зданий
Результаты наблюдений за осадками зданий
Прогноз осадок свайных фундаментов А.А. Бартоломей, 1994
Книга «Прогноз осадок свайных фундаментов» написана заслуженным деятелем науки и техники, профессором А.А. Бартоломем. Книга будет полезной инженерно-техническим работникам проектных организаций. Книга состоит из девяти глав.
В первой главе рассматриваются комплексные экспериментальные исследования взаимодействия свайных фундаментов с окружающим грунтом.
Во второй главе приводится расчет осадок кустов свай. Также рассматриваются особые случаи – расчет осадок и крена внецентренно нагруженных свайных фундаментов.
В третьей главе рассмотрен расчет осадок ленточных свайных фундаментов. Приводятся примеры расчета.
Четвертая глава посвящена определению напряженного состояния активной зоны центрально и внецентренно нагруженных свайных фундаментов.
В пятой главе разобран метод определения изменения несущей способности свайных фундаментов во времени при их работе в водонасыщенных глинистых грунтах.
В шестой главе приводится расчет осадок свай и свайных фундаментов во времени при их работе в водонасыщенных грунтах.
В седьмой главе дается прогноз осадок свай и свайных фундаментов с учетом реологических параметров основания.
Восьмая глава посвящена проектированию свайных фундаментов по предельно допустимым осадкам зданий и сооружений.
В девятой главе представлены результаты наблюдений за осадками зданий и сравнения расчетных и фактических осадок свайных фундаментов.
Читайте также: