Армування сучасними геосинтетичними матеріалами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Армування сучасними геосинтетичними матеріалами



Зміст

Вступ

Пункт 1. Пальові фундаменти

Пункт 2. Штучно поліпшені основи

Пункт 3. Армування основ. Застосування сучасних геосинтетичних матеріалів

Пункт 4. Дослідження напружено-деформованого стану слабкого глинистого ґрунту, підсиленого піщаними армованими по контуру палями в лабораторних умовах

Висновки

Список літератури



Вступ

В даний час малоповерхове будівництво стає все більш популярним. Можливість будівництва як елітних, так і більш дешевших варіантів малоповерхового житла залучає широке коло споживачів. Пристрій типових фундаментів під малоповерхове будівництво на слабких глинистих основах обумовлюється великими економічними витратами, які можуть становити до 35% від загальної вартості будівництва. Знизити вартість фундаментів і підвищити ефективність роботи рунту допомагають нові способи штучного поліпшення їх властивостей. Розроблено та впроваджено безліч способів штучного підсилення ґрунтів основи на проектних відмітках, більшість з яких мають недостатню ефективність, що пов'язано з використанням дорогих матеріалів і устаткування. Виробництво різних геосинтетичних матеріалів, заснованих на різних полімерних розчинах, виступать в ролі армуючих елементів для штучного поліпшення основ, отримало широке застосування в будівництві. Впровадження армуючих елементів дозволяє значно поліпшити міцнісні і деформативні характеристики ґрунтів і, отже, знизити витрати на зведення фундаментів. Подальшому розвитку цього перспективного напрямку перешкоджає відсутність досвіду використання сучасних геосинтетичних матеріалів у будівництві, відсутність експерементальних досліджень та нормативно-технічної бази.

У зв'язку з цим актуальним завданням є вдосконалення методик розрахунку і способів підсилення слабких глинистих основ шляхом їх армування сучасними геосинтетичними матеріалами.

Об'єкт дослідження: слабка глиниста основа, підсилене піщаними армованими по контуру палями під стрічковий фундамент.

Предмет дослідження: оцінка напружено-деформованого стану (НДС) слабкого глинистого ґрунту, підсиленого піщаними армованими по контуру палями під стрічковим фундаментом.

Наукова новизна дослідження:

- на основі комплексних експерементальних досліджень в лабораторних умовах виявлено ефективність співвідношення діаметра d до довжини l піщаної армованої по контуру палі, влаштованої в слабкому глинистому ґрунті;

- виявити особливості та основні закономірності напружено-деформованого стану слабкого глинистого ґрунту, підсиленого піщаними армованими по контуру палями, під стрічковими фундаментами в натурних умовах;

- розроблена методика розрахунку слабких глинистих основ, підсилених піщаними армованими по контуру палями.



Пункт 1. Пальові фундаменти

Пальові фундаменти одержали широке поширення у вітчизняній і зарубіжній практиці фундаментобудівництва. Вони дозволяють зводити будівлі та споруди на слабких ґрунтах з недостатньою несучою здатністю. Перевага паль особливо виражається там, де ґрунти насичені водою, а пристрій інших видів фундаментів вимагає виконання складних робіт з водопониження. Основні переваги пальових фундаментів є скорочення термінів будівництва, висока технологічність і зменшення об'ємів земельних робіт. Маючи велику нормативну та технічну базу пальові фундаменти широко застосовуються при будівництві будівель і споруд на слабких ґрунтах. Вибір виду пальового фундаменту залежить в основному від технічної та економічної оцінки доцільності його застосування.

Застосування пальових фундаментів в більшості випадків здатне забезпечити найбільш раціональне проектне рішення і можливість:

- уникнути великих і нерівномірних осідань основ за допомогою прорізання верхнього слабкого шару (або прошарків) ґрунту палями з обпиранням їх на нищерозташований більш міцніший ґрунт;

- прорізати шар грунту, який під дією розмиву водою, струсів і інших зовнішніх впливів може втратити стійкість;

- забезпечити стійкість споруд, підданих значним горизонтальним навантаженням;

- підвищити стійкість грунтових масивів на глибинних зрушеннях.

Однак при будівництві в районах щільної забудови, поблизу існуючих експлуатуючих будівель і споруд вимоги норм проектування регламентуються застосування сучасних методів пристроїв пальових фундаментів. Популярний метод забивання паль доводитися замінювати методом вдавлювання.

Відсутність технічних можливостей ряду компаній дає поштовх до розвитку альтернативного рішення пристрою пальових фундаментів поблизу існуючих будівель - пристрій паль, виконаних в ґрунті (бурові та набивні). Еффективність використання набивних паль була відзначена ще в 1899 році київським гірським інженером А.З. Страусом. Так звані палі Страуса широко використовують при будівництві будівлів поряд з спорудами які експлуатуються або всередині них.

У 2004 році Ван Імпе, голова міжнародного комітету з фундаментобудування, представив статистику використання різного виду паль в Європі, де відзначив переваги буронабивних паль (рис. 1.).

Технологію виготовлення паль в ґрунті можна розділити на три групи :

1) бурові палі (replacementpiles), ґрунт з яких витягується на поверхню;

2) набивні палі (displacementpiles), виготовлені в свердловинах, утворених в результаті витіснення ґрунту при впровадженні в нього сердечників, труб з закритим кінцем та інших спеціальних снарядів;

3) палі, заглиблені з частковим витяганням і примусовим витісненям ґрунту (smalldisplacementpiles). Буронабивні палі 52% Забивні палі 42% Гвинтові палі 6%

Рис.1. Статистика використання різного виду паль в Європі

Пункт 2. Штучно поліпшені основи

Штучно поліпшені ґрунти, на думку Б.І. Далматова, влаштовуються в тих випадках, коли природні основи виявляються недостатньо міцними або сильно стисливими і їх використання, як і застосування пальових фундаментів, є технічно і економічно недоцільним. При цьому використовуються як конструктивні методи поліпшення роботи ґрунтів основи, до яких відносяться: пристрій грунтових подушок, застосування шпунтового огородження, створення бічних навантажень, армування ґрунту та інші.

Розглянемо найбільш поширені способи влаштування штучних основ.

Штучні основи при будівництві будівель і споруд на слабких глинистих ґрунтах створюються найчастіше у вигляді піщаних подушок.

Піщані подушки дозволяють :

- зменшити глибину закладання фундаментів;

- знизити тиск від будівлі або споруди на сильно стиснений природний ґрунт до величини, яка може бути сприйнята цією основою;

- забезпечити практично рівномірне осідання споруди і швидку її стабілізацію за рахунок спрямування витісненої грунтової води по найкоротшому шляху в піщану подушку.

Особливо зростає роль піщаної подушки в якості дренуючого шару. У цьому випадку під дією зовнішнього навантаження відбувається віджимання парової води і процес консолідації слабких основ значно прискорюється.

У роботах Н.Н. Морарескула і А.Ф. Чічкіна наведені теоретичні та експериментальні дані роботи піщаних подушок на слабких глинистих основах, запропоновані методики розрахунку стійкості піщаних подушок під стрічковими фундаментами, представлене наближене рішення для подушок під круглі і квадратні фундаменти. Як рекомендації авторами запропоновано не застосовувати піщану подушку при можливій суффозії (вимиванні) піску з тіла подушки, при закладенні фундаменту вище розрахункової глибини промерзання, при наявності високого рівня підземних вод і можливості замулювання подушки.

Традиційно глибинне ущільнення виконують за допомогою ґрунтових паль. Суть цього способу полягає у влаштуванні на певній відстані одна від одної свердловин, які заповнюють ущільненим ґрунтом. Для утворення свердловин застосовують способи, засновані на витісненні природного ґрунту з об'єму, займаного свердловиною. Внаслідок цього і відбувається ущільнення ґрунту між палями. Деформованість основи знижується і за рахунок самих ґрунтових паль, в яких ґрунт доводиться до стану необхідної щільності.

Як правило, ґрунтові палі в основі розміщують в шаховому порядку так, щоб центри трьох сусідніх паль утворювали рівносторонній трикутник. При такому розміщенні досягається найбільший ефект ущільнення. Відстані між осями паль (крок палі) вибирають з умови отримання необхідної щільності ґрунту міжпальового простору.

Основним недоліком даного методу є те, що він вимагає важкого і дорогого устаткування на виробництві, є низька ефективність пристрою грунтових паль великого діаметру.

Вапняні палі можна влаштовувати для глибинного ущільнення слабких глинистих і заторфованних ґрунтів. Технологія виготовлення таких паль схожа з технологією пристрою грунтових і піщаних паль. Різниця полягає в тому, що свердловини заповнюють ущільненим негашеним вапном. При гасінні вапна в ґрунті її об'єм збільшується до двох разів, що призводить до додаткового ущільненню ґрунту між палями. Під впливом теплоти, виділеної при гасінні вапна і виникаючих фізико-хімічних процесів між вапном і ґрунтом, ґрунт навколо палі також додатково ущільнюється.

Відомі способи пристрою ґрунтовапняних паль методом перемішування ґрунту з вапняним порошком безпосередньо в свердловині без вилучення ґрунту на поверхню. У порівнянні з піщаними палями, недоліком вапняних паль є те, що після гасіння вони стають практично водонепроникними, тобто не сприяють дренуванню основи.

Ґрунтоцементні палі влаштовують бурозмішуючим способом. У цьому способі цемент або його суспензію вводять в ґрунт спеціальним бурозмішуючем, який одночасно з роздрібненням ґрунту рівномірно перемішує його із цементною суспензією безпосередньо в свердловині. Є спеціальні машини для виготовлення бурозмішуючим способом ґрунтоцементних паль діаметром 0,4 .. .1,0 м і глибиною до 20 м.

Застосування даного методу дозволяє досягти розвитку рівномірного осідання. Ґрунтоцементні палі працюють у єдиному масиві з навколишнім ґрунтом під всією підошвою плити, що відрізняє їх від роботи простих пальових елементів,які передають вістрям навантаження на нижні шари.

Вертикальні дрени, тобто вертикальні свердловини, засипані піском, застосовуються для прискорення ущільнення слабких глинистих основ під дією ваги насипом або навантаженням від споруди. У ґрунт за допомогою молота, занурюється пальовий сердечник у вигляді суцільної сталевої труби діаметром 420¬540 мм з товщиною стінок 15-20 мм. Щоб виключити потрапляння ґрунту всередину труби, сердечник обладнується залізобетонними наконечником, який залишає в ґрунті, або інвентарним наконечником. Після занурення сердечника на проектну глибину труба заповнюється піском і потім витягується з ґрунту. Вигрузка піску з труби досягається тиском стисненого повітря або іншими способами.

На поверхні вертикальних піщаних дрен влаштовується піщана подушка. Комбінована конструкція дренажної системи (піщана подушка і вертикальні дрени) забезпечує прискорене ущільнення завантаженої основи внаслідок скорочення шляхів фільтрації води, віджимаючи з пор ґрунту.

Піщані дрени використовуються для забезпечення стійкості великих площ навантаження, для якого потрібна стабілізація осідання у короткі терміни, шляхом прискорення процесу фільтраційної консолідації.

При глибині залягання в слабких грунтах менше 12 м вертикальні дрени слід влаштовувати на весь шар слабкого ґрунту. При товщі шару слабкого ґрунту більше 12 м глибинні вертикальні дрени призначаються залежно від ширини споруджуваної споруди, навантаження, властивостей слабких ґрунтів і величини очікуваних осідань. При ширині будівлі до 10 м глибину дрен можна прийняти рівною величині стисливої ??товщі ґрунту в основі.

Пристрій піщаних паль дозволяє отримати посилену основу із середнім модулем деформації, значно перевищуючу модуль деформації основи без підсилення. Піщана паля сприймає навантаження спільно з оточуючим її грунтом, при цьому деформації палі і суміжного посиленого ґрунту будуть однаковими .

Перші згадки про можливість підсилення слабких глинистих основ піщаними палями датована 1812 роком і належать інженеру Левінсону. Перша спроба влаштування піщаної палі була зроблена французьким інженером-полковником Дюрбахом в 1826 р. Піщані палі або, як їх тоді називали, пісочні палі, були влаштовані у слабких замулених пісках під кузнею. Увінчений успіхом досвід Дюрбаха дозволив прослужити будівлі, споруді на основі з піщаних паль, тривалий період часу без всяких пошкоджень і скоротити затрати, у порівнянні з пристроєм популярних у той час дерев'яних паль, на 60%.

За методикою проектування глибинного ущільнення в слабких ґрунтах, запропонованою Е.В. Светінскім , піщані палі в плані повинні розміщуватися в шаховому порядку. При такому розташуванні паль забезпечується скорочення площі неущільненого ґрунту між палями до 4% замість 21% при розташуванні паль рядами. Число поздовжніх і поперечних рядів піщаних паль приймається не менше трьох, при цьому вісь крайнього ряду піщаних паль виступає за зовнішню грань підошви фундаментів не менше ніж на 1,5 діаметра палі. Розташування осі крайнього ряду піщаних паль за зовнішньою гранню фундаменту на вказаній відстані обумовлено необхідністю створення кордону, що оберігає ґрунт від пластичних деформацій і випирання з-під підошви фундаменту. Для створення границь буферного шару (тобто шару ґрунту, який може розпушуватися або випирати) ущільнення починається з позначки, що перевищує позначку підошви фундаменту не менше ніж на 1 м. Перед закладанням фундаментів на ущільненому піщаними палями ґрунті передбачається влаштування піщаної або щебеневої підготовки.

Проведені автором експерименти виявили основні залежності коефіцієнтів осідання ґрунту від параметрів піщаної палі. В якості параметрів, які впливають на осідання, розглядалися відстані між палями, діаметр і довжина палі.

Для визначення впливу відстані між піщаними палями на осідання ущільненого ґрунту було випробувано чотири дослідні куща паль з різною відстанню l між ними: l = 1,5d; 2d; 2,5d і 3d (де d зовнішній діаметр обсадної труби, рівний 325 мм). На підставі аналізу проведених експериментів автором була запропонована розрахункова формула по визначенню відстані між піщаними палями:

Для визначення впливу діаметра піщаних паль і їх довжини на коефіцієнт осідань ущільненого ґрунту були випробувані чотири куща піщаних паль: три кущі з однаковою відстанню між палями 2d = 2 * 325 мм, але з різною довжиною палі 2 м, 4 м і 6 м; четвертий кущ був виготовлений з тою ж відстанню між палями, але з діаметром 275 мм і довжиною 6 м. По результатах проведенних експериментів було установлено, що коефіцієнт осідання ущільненого ґрунту при довжині піщаних паль 2 м більше, ніж при довжині 4 м.

Це пояснюється тим, що розрахункова глибина стисливої ??товщі ґрунту значно більша довжини короткої палі, і осідання штампу відбувається за рахунок стиснення шару ґрунту, ущільненого палями, так і за рахунок стиснення ґрунту, лежачого між нижніми кінцями палі і кордоном стискаючої товщі. Коефіцієнт осідання при довжині піщаної палі 4 і 6 м приблизно однакові; це пояснюється тим, що стиснута товща ґрунту менша довжини паль і осідання штампу відбувається за рахунок ущільнення шару ґрунту приблизно однакової потужності.

Коефіцієнт осідання ґрунту, ущільненого піщаними палями діаметром 325 мм, на 20% менше коефіцієнта осідання ґрунту, ущільненого палями діаметром 275 мм, в результаті чого можна зробити висновок про зворотну пропорційність коефіцієнтів осідання ґрунту, ущільненого піщаними палями, діаметром паль:

На підставі накопиченого досвіду Є.В. Светінскім були розроблені основні принципи проектування основ ущільнених піщаними палями, випробувана й обгрунтована ефективність застосування нового обладнання як з технічного, так і з економічного боку. Вивченню напружено-деформованого стану слабкої глинистої основи, ущільненої піщаними палями, присвячені експериментальні дослідження С.А. Шашкова .

Експерименти з піщаними палями діаметром 26,5 см і довжиною 6,5 м проводилися на озері Сиваш. У плані піщані палі утворювали рівносторонній трикутник і були влаштовані у вигляді куща з 11 паль, з відстанню між осями палі 1,8 м.

Технологія виготовлення паль складалася з наступних етапів:

1 етап: на місце кожної майбутньої палі встановлювали дерев'яний наконечник, висотою 40 см, і діаметром, рівним зовнішньому діаметру обсадної труби;

2 етап: після занурення труби вимірювали тиск на бічну поверхню обсадної труби за показаннями мессдоз;

3 етап: шаром висотою 1 м засипали пісок, включали вібратор і підводили обсадні труби із ґрунту на висоту 0,8 м. Після цього засипали наступний шар піску і за допомогою вібратора знову витягували трубу.

Через 46 днів після влаштування піщаних паль були відриті шурфи глибиною 1,8 м і відібрані 16 зразків ґрунту з тіла палі, і ґрунтового масиву між ними. Дослідження фізико-механічних властивостей ґрунтів виявили:

- збільшення модуля деформації з 3,20-3,65 МПа до 4,80 МПа для зразків, відібраних на відстані 40 см від бічної поверхні палі, і до 4,60 МПа для зразків, відібраних на відстані 70 см від бічної поверхні палі;

- збільшення кута внутрішнього тертя мулів з 9-11 ° до 17 ° для зразків, відібраних на відстані 40 см від бічної поверхні палі, і до 12 ° для зразків ґрунту, відібраних на відстані 75 см від бічної поверхні палі;

- збільшення величини зчеплення з 0,014-0,019 МПа до 0,026-0,030 МПа для зразків, відібраних на відстані 40 см від бічної поверхні палі, і до величини зчеплення 0,025 МПа для зразків, відібраних на відстані 70 см від бічної поверхні палі.

Таким чином, проведення експериментальних досліджень С.А. Шашкова свідчать про ефективність ущільнення мулів піщаними палями.

Пункт 3. Армування основ. Застосування сучасних геосинтетичних матеріалів

Армування - один з найбільш перспективних методів посилення грунтів. З початком застосування армування в фундаментобудуванню вперше з'являється можливість цілеспрямовано змінювати властивості грунту, отримувати основи з наперед заданими характеристиками міцності. З використанням армування відпадає необхідність проводити трудомісткі і тривалі заходи щодо посилення всієї товщі грунту.

Початок цього напрямку було покладено завдяки роботам французького інженера Henri Vidal. У 60-х роках ХХ століття Henri Vidal запропонував при зведенні насипів використовувати сталеві стрічки як армуючі елементи. Взаємодія між грунтом і армуючим елементами забезпечувалася за рахунок тертя по контуру "грунт-арматура". Офіційно визнане і запатентоване нове поняття армований грунт (армогрунт) знайшло широке застосування в дорожньому будівництві, при влаштуванні насипів, гребель, дамб, підвалин мостів, при зведенні підпірних стін та створенні штучних підстав.

В даний час в якості армуючих елементів виступає велика кількість різних матеріалів. Використання в будівельній практиці металевої арматури у вигляді смуг або сіток в якості армуючих елементів вимагає застосування дорогих антикорозійних заходів, тому останнім часом металеву арматуру практично витіснили синтетичні матеріали (геосинтетики). До основних типів геосинтетичних матеріалів можна віднести геотекстильні матеріали, георешітки, геосітки, геомембрану.

Значний внесок у вивчення роботи армованого підстави внесла Л.М. Тимофєєва.

У роботах автора розглянуті основні види армованих основ:

- з одношаровим армуванням горизонтальними прошарками;

- з багаторядним армуванням горизонтальними прошарками;

- з армуванням вертикальних і похилих палями;

- зі змішаним армуванням тривимірних, двомірний та одномірних елементів різної орієнтації.

Л.М. Тимофєєва запропонувала три основні розрахункові схеми армогрунтових конструкцій:

континуальну - при дисперсному армуванні частинками і короткими волокнами, лінійному і двомірному армуванні з частим розташуванням волокон; дискретну і дискретно-континуальну - при рідкісному розташуванні включень, взаємодією яких можна знехтувати.

Досвід Л.М. Тімофєєвої показав що завдяк включенню в грунт армуючого матеріалу цілеспрямовано можна замінити міцність и деформатівність основи, знизити нерівномірність осідань.

Накопичений досвід по підвищенню характеристик міцності в слабких грунтах за допомогою пальових фундаментів, штучних основ або сучасний геосинтетичних матеріалів дозволив ооюєднати і вдосконалити деякі з методів, відомих науці.

Улаштування земляного полотна на піщаних палях з геотекстильною оболонкою "RINGTRAC", що володіє високою міцністю на розтяг, знайшло широке застосування в Німеччині. Фірма J. Mobius запропонувала виготовляти і встановлювати в слабких глинистих підставах палі особливої конструкції, яка сприймає вертикальне навантаження і передає їх на нижні шари з низькою деформованістю. У грунтову основу віброспособом занурюють сталеву трубу з попередньо сформованим у вигляді рукава геотекстилем. Внутрішній обьем рукава заповнюють грунтом, витягають трубу і ущільнюють засипаючи грунтом. Палі діаметром 0,8 м розташовуються рядами, відстань між рядами - близько 2 м, відстань між сусідніми палями коливається в діапазоні 1,7-2,4 м, довжина в реалізованих проектах дорівнює 8-15 м .

Ефективність зниження деформованості слабких основ, посилених палями з щебеню, армованими по контуру міцним синтетичним полімером, відзначається в багатьох роботах. Використання щебеню замість піску аргументується тим, що зсувна міцність щебеню вище, ніж піску, в результаті чого бічне розтягнення і осьова деформація при стисненні палі з піску більше, ніж при стисненні палі з щебеню. Мінусом даної конструкції є застосування дорогого матеріалу (щебеню) в конструкції палі і значна осьова жорсткість геосинтетичної оболонки, яка може викликати складності в технології пристрою палі.

Д.М. Антоновський, головний інженер представництва HUESKER Synthetic GmbH (ФРН) в Росії, зазначає, що піщані палі повинні спиратися на несучий шар грунту, модуль деформації якого повинен, щонайменше, на порядок перевищувати модуль деформації слабкого, армуючого палями ґрунтового шару основи. У своїх роботах автор описує два принципових способи пристрою піщаних паль. Перший спосіб передбачає виїмку грунту основи під піщані палі і найчастіше застосовується у відносно благополучних грунтово-геологічних умовах при непоганій несучій здатності всіх грунтів основи. При використанні методу екскавації грунту основи під палю (особливо у випадках, коли піщані палі виконують конструктивну функцію вертикальних дренажних елементів) допускається використання геооболонок зі швами, виконаними за спеціальною технологією. Другий спосіб заснований на принципі бічного стискання грунту основи при влаштуванні піщаних паль. При виборі другого способу геосинтетична оболонка для піщаних паль практично у всіх випадках повинна бути проведена за безшовною технологією. Приклад улаштування піщаних армованих паль компанії HUESKER наведено на рис.2.

Рис.2. Приклад улаштування бетонних армованих паль компанії HUESKER:

а) занурення обсадної труби в основу;

б) кріплення геооболонки;

в) оголовок піщаної палі після заповнення;

г) загальний вигляд ділянок пристрою піщаних армованих паль.



Пункт 4. Дослідження напружено-деформованого стану слабкого глинистого ґрунту, підсиленого піщаними армованими по контуру палями в лабораторних умовах

На підставі комплексних експериментальних досліджень в лабораторних умовах виявлено ефективне співвідношення діаметра d до довжини l піщаної армованої по контуру палі, влаштованої в слабкому глинистому грунті.

Для визначення ефективного співвідношення діаметра d до довжини l піщаної армованої по контуру палі, влаштованої в слабкому глинистому грунті, проведені експериментальні дослідженія в лабораторних умовах на маломасштабних моделях. При моделюванні застосовували метод,в якому витримували геометричні, механічні та силові аналоги з реальному об'єкті. Експериментальні дослідження в лабораторних умовах дозволили відобразити

якісну картину роботи слабкого глинистого грунту, з різними варіантами підсилень. Експернменти проводили на маломасштабних грунтових моделях в спеціально сконструйованій стендовій установці, виконаній з металу з розмірами 1400x 1400x2000 мм (рис.3).

Рис. 3. Загальний вигляд експерементальної установки

В якості грунту основи в моделях використовувався суглинок текучепластичної консистенції. Для створення однорідної основи грунт висушували до повної втрати вологості, подрібнювали і з поступовим додаванням необхідної кількості води до постійного обєму грунту в перевантажувальному лотку готували однорідну грунтову пасту. Ґрунтову пасту пошарово укладали в лоток. На кожний шар, заввишки h = 200 мм прикладали навантаження, рівне вазі вищележачих шарів для забезпечення однорідної структури грунту. Висота підстави була прийнята Н = 2000 мм. Для підтримки вологості випробовуваного ґрунту над поверхнею основи наливали шар водьи висотою 3 см. Рівень води над даною поверхнею грунту зберігали до кінця експерименту. По закінченню кожного експерименту грунт з лотка витягували, знову висушували, подрібнювали і для проведення наступного експерименту повторно укладали в лоток. Така технологія дозволяє провести всі модельні експерименти в грунтах з однаковими фізико-механнчними характеристиками і в одинакових умовах, що забезпечує отримання достовірних результатів.

Експериментальні дослідження в лабораторних умовах були розділені на кілька етапів, в яких розглядаються наступні варіанти основ: природну основу (без посилення); основу, посилену піщаною армованою по контуру палею, діаметром d = 200 мм, довжиною І, рівною 400 мм, 600 мм, 800 мм, 1000 мм і 1200 мм (рис.4).

Навантаження на грунтову основу передавали за допомогою редуктора через круглий металевий штамп, діаметром d = 200 мм. Ступінь навантаження становив 1/10 від передбачуваного граничного навантаження на основу і контролювалися за допомогою відтаровані динамометра ДОСМ -5. Кожний ступінь витримували до умовної стабілізації деформації грунту. За критерій умовної стабілізації деформації приймають швидкість осідання штампа, що не перевищують 0,1 мм. Величина граничного осідання штампа у всіх лабораторних експериментах приймалася рівною 0,12 м.

По периметру піщана паля формувалася геосинтетичним матеріалом (геосіткою), виготовленим зі скловолокна, просоченого комплексним полімерним складом.

Рис. 4. Варіанти підсилення:

а) природня основа (без підсилення);

б) основа ,підсилена піщаною армованою по контуру палею d = 200 мм, / = 400 мм;

в) основа ,підсилена піщаною армованою по контуру палею d = 200 мм, / = 600 мм;

г) основа ,підсилена піщаною армованою по контуру палею d = 200 мм, / = 800 мм;

д) основа ,підсилена піщаною армованою по контуру палею d = 200 мм, / = 1000 мм;

е) основа ,підсилена піщаною армованою по контуру палею d = 200 мм, / = 1200 мм.

За результатами даних, отриманих в лабораторних умовах, були побудовані графіки "осідання-тиск" (рис.5) для всіх розглянутих варіантів основ.

Рисунок 5. Експериментальні графіки "осідання- тиск":

а) природня основа (без підсилення);

б) основа ,підсилена піщаною армованою по контуру палею d = 200 мм, / = 400 мм;

в) основа ,підсилена піщаною армованою по контуру палею d = 200 мм, / = 600 мм;

г) основа ,підсилена піщаною армованою по контуру палею d = 200 мм, / = 800 мм;

д) основа ,підсилена піщаною армованою по контуру палею d = 200 мм, / = 1000 мм;

е) основа ,підсилена піщаною армованою по контуру палею d = 200 мм, / = 1200 мм.

На підставі графіків можна зробити наступні висновки:

- влаштування піщаної армованої по контуру палі в слабкому глинистому грунті призводить до збільшення граничного навантаження на штамп від 1,8 до 2,8 рази;

- при значені гранично допустимої осадки штампа, рівний 12 см, тиск на природнуоснову (без підсилення) склав Р = 60 кПа;

на основу, підсилену піщаною армованою по контуру палею з відношенням

d // = 1/2 - Р = 112 кПа;

на основу, підсилену піщаною армованою по контуру палею з відношенням

d '/ = 1/3 - Р = 130 кПа;

на основу, підсилену піщаною армованою по контуру палею з відношенням

d // = 1/4 - Р = 156 кПа; ;

на основу, підсилену піщаною армованою по контуру палею з відношенням

d // = 1/5 - Р = 163 кПа; ;

на основу, підсилену піщаною армованою по контуру палею з відношенням

d // = 1/6 - Р = 168 кПа.

Різниця чисельних значень тиску, прикладеного до штампу на основу, підсилену піщаною армованою по контуру палею з різним співвідношенням діаметра d до довжини /, склала: d '/l = 1/2 і d /l = 1/3 - 13,8%; d /l = 1/3 і d /l= 1/4 - 16,6%; d /l = 1/4 і d /l = 1/5 - 4,3%; d /l = 1/5 і d /l = 1/6 - 2,9%.

З співвідношення різниці чисельних значень тиску, прикладеного до штампу, видно, що збільшення довжини піщаної армованої по контуру палі при співвідношенні d // = 1/4, 1/5 і 1/6 веде до незначного зниження деформованості основи, але до істотних витрат матеріалів, збільшенню вартості виготовлення палі і великими трудозатратами. Аналіз данних дозволив зробити висновок, що ефективність співвідношення діаметра d до довжини l становить 1/4.

Подальші лабораторні дослідження були спрямовані на вивчення напружено-деформованого стану слабкого глинистого грунту, підсиленого піщаною армованою по контуру палею діаметром d = 200 мм і довжиною 1 = 800 мм. Вертикальні напруження і деформації в ґрунтовому масиві замірялися з використанням мессдоз і глибинних гвинтових марок. В якості реєструючої тензометричної апаратури використовувався апробований в численних наукових роботах і відтаровані автоматичний електронний вимірювач деформацій ІТЦ-01. За результатами проведених лабораторних досліджень били побудовані графіки розвитку вертикальних напруг і вертикальних переміщень в масиві грунту, посиленого піщаної армованої по контуру палею із співвідношенням d / 1 = 1/4 (рис.6).

Рис.6. Результати лабораторних досліджень основи, підсиленої піщаною армованою по контуру палею із співвідношенням d / l = 1/4:

а) ізобари розвитку загальних вертикальних напружень в ґрунтовому масиві [кг / см2];

б) ізолінії вертикальних переміщень активної зони ґрунтового масиву [мм].

Аналізуючи отримані графіки можна зробити наступні висновки:

- на останній ступені навантаження концентрація загальних вертікальних напруг в основі, посиленій піщаною армованою по контуру палею, відзначена під штампом і під п'ятою палі, що свідчить про збільшення жорсткості піщаного стовпа;

- деформації тіла піщаної армованої палі призводять до збільшення її поперечних перетинів, в результаті чого відбувається додаткова відсіч грунту, що сприяє збільшенню граничного навантаження.



Висновки

1. На підставі комплексних лабораторних досліджень на дрібномасштабних моделях встановлено, що пристрій армуючого елемента у вигляді геосітки по зовнішньому периметру піщаної палі стискує її поперечні деформації і, відповідно, зменшує осадку за рахунок перерозподілу вертикальних деформацій на грунт, розташований нижче границь армування. Деформація ґрунтової основи, підсеної піщаною армованою по контуру палею від 1,8 до 2,8 рази менше в порівнянні з деформованістю основи без підсилення. армуючий геосітка підсилення глинистий

2.В результаті лабораторних и натурних досліджень вьявлено еффективне співвідношення діаметра d до довжни l піщаної армованої по контуру палі, рівне 1.4. Доведено, що подальше збільшення довжини при заданому діаметрі піщаної армованої по контуру палі призводить до зниження деформованості основи від 1,5 до 4,5% .

3.Підсилення слабких глинистих ґрунтів піщаними армованими по контуру палями дозволяє знизити вартість фундаменту від 1,5 до 2,5 рази, в порівнянні з традиційними типами фундаментів, які використовуються при будівництві мало поверхових будівель.



Список літератури

1) Минаева, А.В. Экспериментально-теоретические исследования работы песчаного армированного массива в водонасьщенном глинистом грунте / А.В. Минаева, А.В. Набоков, Ю.А. Новиков // Научно-технический вестник Поволжья. - Казань, 2011 г. - №1. - С.148-153.

2) Бай ,В.Ф. Исследование напряженно-деформированного состояния основания с внедренной песчаной армированной сваей в натурных условия / В.Ф. Бай, А.Н. Краев, А.Н. Краев, А.В. Набоков, Ю.А. Новиков // Научно-технический вестник Поволжья. - Казань, 2011 г. - №2. - С.30-33.

3) Новиков, Ю.А. Исследование напряженно-деформированного состояния глинистого основания, усиленного песчаньми армированньми сваями / Ю.А. Новиков // Научно-технический вестник Поволжья. - Казань, 2011 г. - №6. - С.225-229.

4) http://konsultaciya.com.ua/gruntovi-i-pishhani-pali.html

5) http://techtrend.com.ua/index.php?newsid=5546

Размещено на Allbest.ru

...