Исследование влияния уширения фундаментов в вытрамбованных котлованах на осадку

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УШИРЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ В ВЫТРАМБОВАННЫХ КОТЛОВАНАХ НА ОСАДКУ

Глухов В.С.

Хрянина О.В.

Глухова М.В.

В последние десятилетия сформировались и успешно развиваются технологии устройства фундаментов, сопровождающиеся не извлечением, а вытеснением грунта с формированием уплотненной области основания [1, 2]. К числу таких технологий можно отнести и фундаменты в вытрамбованных котлованах (ФВК). Указанные фундаменты устраиваются с уширением, которое формируется путем втрамбовывания щебня в забой скважины. Особенность ФВК состоит в том, что в процессе устройства фундаментов котлован не отрывается, а вытрамбовывается с помощью свободного падения инвентарной трамбовки с высоты 3-10 м. После вытрамбовывания в котлован подается бетонная смесь или устанавливается подобный по форме трамбовки сборный бетонный блок, добиваемый затем до проектного положения. Под подошвой и вокруг боковых граней фундамента создается уплотненный массив грунта повышенной прочности и несущей способности. Внешние нагрузки передаются фундаментом с уширением вначале на уплотненный грунт, а затем на грунты природного сложения. Наличие уплотненной области способствует существенному повышению несущей способности, что позволяет существенно снизить размеры фундамента.

Несущая способность ФВК главным образом определяется характеристиками грунтового основания и геометрическими параметрами уширения. Все известные методы устройства уширения с использованием щебня предусматривают создание одного «кольца» уширения [3]. Авторами предлагается устройство двух - трехуровнего уширения и методика расчета осадки при условии, что создается не одно, а несколько «колец» уширения, как показано на рисунке 1. Указанный прием позволяет увеличить толщину высокомодульной активности зоны сжатия грунтового основания. Образование уширения в трех уровнях достигается за счет того, что при пробивке котлована первый уровень уширения формируется ниже проектной отметки подошвы фундамента. После этого отметка низа трамбовки поднимается на заданный уровень и втрамбовывается щебень для формирования второго уровня. Подъем отметки трамбования каждого последующего уровня составляет порядка 0,8 от диаметра трамбовки по низу. фундамент котлован грунтовой свая

Рис. 1. Схема расчета деформаций грунтового основания при помощи программы «Осадка»:1, 2, 3, 4 - соответственно контуры уширения фундамента, второго уровня, третьего уровня, уплотненной зоны грунта

В настоящей работе изучалась зависимость деформации грунтового основания от размеров трехуровнего уширения. Исходные данные для расчета осадки следующие: объемный вес грунта равный 17 кН/м3; модуль деформации грунта E = 8 МПа; объемный вес щебня - 20 кН/м3; модуль деформации щебня Eщ = 40 МПа; объемный вес уплотненного грунта - 20 кН/м3; модуль деформации уплотненного грунта Eу = 25 МПа.

Осадка определяется для нагрузки NII в диапазоне от 200 до 800 кН с шагом 200 кН. Схема расчета с помощью программы «Осадка» представлена на рисунке 1.

Рис. 2. График зависимости осадок от нагрузки при уширениях 1 - одно; 2 - двух; 3- трехуровневом

Как следует из указанной схемы более 85% вертикальных напряжений szp реализуется в пределах малосжимаемого грунтового основания, состоящего из втрамбованного щебня второго и третьего уровня уширения с модулем деформации Eщ » 40 МПа и уплотненной области грунта с модулем деформации Eу » 25 МПа. Оставшиеся 15% вертикальных напряжений перераспределяются в слоях грунтового основания природного сложения.

Результаты расчетов показывают, что при одинаковой нагрузке на фундамент, но при разноуровневых уширениях достигается значительное отличие деформации грунтового основания. Указанное может существенно расширить применение рассматриваемых фундаментов в широком диапазоне грунтовых условий.

Из графика (рис. 2) видно, что осадка при одном кольце уширения значительно превышает осадку, которая имеет место при трех уширениях. При двухуровневом уширении осадка уменьшается с 84,0 мм до 60,0 мм, т.е. в 1,4 раза. Отличие при втором и третьем кольцах уширения порядка 20%. Отсюда можно сделать вывод, что наиболее обоснованно выглядит втрамбовывание щебня в двух уровнях.

Рассматриваемые предложения авторов апробированы при строительстве ряда объектов [4, 5, 6]. В частности, ФВК с двухуровневым уширением были применены при устройстве фундаментов 9-ти - 25-ти этажного жилого дома по ул. Молодогвардейской, д.15 в г. Москве. Особенности площадки строительства заключались в наличии шести слоев достаточно слабых грунтов с уровнем грунтовых вод практически на отметке низа подошвы плитного ростверка. Сформировать уширение в водонасыщенных слоях супеси и суглинках, обеспечивающих требуемую несущую способность, оказалось весьма сложным.

Положительный результат был достигнут при формировании двухуровневых уширений свай. Надежность на данном объекте подтверждена результатами статических испытаний шести свай в диапазоне вертикальных нагрузок от 1500,0 до 2100,0 кН.

В определенной степени подобный подход использован при устройстве фундаментов Логистического комплекса на площадке вблизи пос. Толмачева в Новосибирской области [7]. Указанная площадка относиться к I типу грунтовых условий по просадочности. Для уменьшения расчетных осадок уширение сваи выполнялось комбинированным, часть которого выполнялась путем втрамбовывания песка средней крупности, а другая часть из щебня. На этапе завершения указанного двухуровневого уширения осуществлялся динамический контроль [8]. Последний заключается в определении «отказа». Если при проектном объеме втрамбованного щебня «отказ» превышал проектное значение, количество щебня увеличивалось. Динамический контроль выполнялся для каждой без исключения сваи.

Характерной особенностью площадки строительства торгово-развлекательного комплекса «Фантастика» по ул. Родионова-Деловая в Нижнем Новгороде является наличие в основании слабых водонасыщенных глинистых грунтов мягкопластичной консистенции с показателем текучести IL=0,5ч0,7 и модулем деформации Е=5,0ч6,0 МПа. Гидрогеологические условия площадки характеризуются наличием грунтовых вод на глубине 4,0ч6,0 м от дневной поверхности грунта [9].

Устройство рассматриваемых фундаментов с уширением только из щебня в данных грунтовых условиях не позволяет получить требуемой несущей способности в виду наличия в основании слабых грунтов. Авторами предложен вариант ФВК с уширением из щебня на комбинированном грунтовом основании. Последнее включает песчаную подушку, сформированную путем втрамбовывания песка средней крупности (рис.3). В процессе втрамбовывания песка образуется уплотненная область основания с улучшенными строительными свойствами. Одновременно сформированная втрамбованием песка подушка существенно повышает расчетное сопротивление под подошвой уширения из щебня.

Предложенный вариант относиться к категории фундаментов, при устройстве которых имеет место уплотнение околосвайного и подстилающих песчаную «подушку» грунтов. Расчетным несущим слоем у фундаментов служит суглинок мягкопластичный, водонасыщенный и несущая способность ФВК определяется по слою, подстилающему уплотненную зону из песка.

Наличие под уширением песчаной подушки ведет к перераспределению вертикальных напряжений в последней и тем самым обуславливает снижение давлений на подстилающий слабый слой мягкопластичного водонасыщенного глинистого грунта. Однако, характерной особенностью последнего является малоэффективное уплотнение при вытрамбовывании.

Исходя из вышеизложенного, авторы считают, что наиболее достоверным является расчет осадки вести без учета уплотнения слоя слабого водонасыщенного глинистого грунта, принимая значение модуля деформации соответствующем грунту естественного сложения. При этом для инженерных расчетов осадки рекомендуется определять, рассматривая грунтовое основание в виде линейно-деформируемого полупространства, по методу послойного суммирования.

Рис. 3. Расчетная схема фундамента в вытрамбованном котловане с уширением: 1 -- уширение из щебня; 2 -- песчаная подушка; 3 -- зона уплотненного грунта

Использование указанной расчетной модели грунтового основания оговаривается условием, что давление на грунт не должно превышать расчетного сопротивления основания. Другими словами должна выполняться проверка подстилающего слабого слоя по формуле:

, (1)

где уzр и уzg -- вертикальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента по формуле 5.9 [10].

В случае, когда давление на подстилающий слой превышает расчетное сопротивление последнего, расчет осадки допускается вести с учетом нелинейности при обязательном учете условия, что давление на слабый слой РI не превышает расчетного допускаемого давления Рр.д.. Последнее определяется из выражения:

РI ? Рр.д.= гс·Рu / гn ,

где Рu - предельное сопротивление основания, определяемое в результате расчета грунтового основнаия по несущей способности по формуле 5.32 [1];

гс и гn - коэффициенты, соответственно условия работы и надежности (раздел 5.7 [10]).

При проектировании данного объекта нагрузки на ФВК составляют порядка NII = 1200 кН. Расчетная осадка фундамента в традиционной линейной постановке составляет 6,5 см. При расчете деформаций грунтового основания по смешанной схеме, когда учитываются нелинейный характер зависимости S = f(P) за пределами расчетного сопротивления, величина осадки составляет 9,4 см. Указанное на 45 % больше по сравнению с линейной постановкой задачи.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод, что при применении фундаментов в вытрамбованных котлованах на слабых водонасыщенных грунтах эффект уплотнения практически отсутствует и осадку следует определять с учетом возможной нелинейности. Указанное позволяет существенно повысить надежность инженерных расчетов.

В целом формирование многоуровневых уширений позволяет существенно уменьшить расчетные осадки и увеличивать допускаемые нагрузки на фундамент, что может существенно расширить применение рассматриваемых фундаментов в широком диапазоне грунтовых условий и вносить существенные коррективы в стоимость строительства.

Библиографический список

1. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83). М.: НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, 1986. 415 с.

2. СП 50-101-2004. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений. М., 2005.

3. Хрянина О.В., Ежов Д.А. Влияние диаметра уширения на несущую способность фундаментов в вытрамбованных котлованах // Актуальные проблемы современного фундаментостроения с учетом энергосберегающих технологий: материалы III Междунар. науч.-практ. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2013. С. 118-122.

4. Глухов В.С., Хрянина О.В., Глухова М.В. Формирование улучшенного основания фундаментов в вытрамбованных котлованах на слабых грунтах // Актуальные проблемы современного строительства: материалы Междунар. науч.-техн. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2013. С.70-73.

5. Глухов В.С., Хрянина О.В., Глухова М.В. Повышение несущей способности фундаментов в вытрамбованных котлованах на слабых грунтах // Актуальные проблемы проектирования и возведения зданий и сооружений с учетом энергосберегающих технологий и методов строительства: материалы II Междунар. науч.-практ. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2012. С.143-147.

6. Глухов В.С., Хрянина О.В., Глухова М.В. К расчету грунтового основания фундаментов в вытрамбованных котлованах // Актуальные проблемы современного строительства: материалы Междунар. науч.-техн. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2013. С.73-76.

7. Деготьков В.В., Хрянина О.В., Глухова М.В. Фундаменты в вытрамбованных котлованах на просадочных грунтах Новосибирской области // Актуальные проблемы проектирования и возведения зданий и сооружений с учетом энергосберегающих технологий и методов строительства: материалы Междунар. науч.-практ. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2011. С. 106-110.

8. Глухов В.С., Хрянина О.В., Глухова М.В. Оценка несущей способности свай в пробитых скважинах по результатам динамического контроля // Актуальные проблемы проектирования и возведения зданий и сооружений с учетом энергосберегающих технологий и методов строительства: материалы II Междунар. науч.-практ. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2012. С.147-150.

9. Глухов В.С, Хрянина О.В., Глухова М.В. Пути уменьшения деформаций грунтового основания фундаментов в вытрамбованных котлованах с уширением // Актуальные проблемы проектирования и возведения зданий и сооружений с учетом энергосберегающих технологий и методов строительства: материалы II Междунар. науч.-практ. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2012. С. 150-152.

10. СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция. М., 2011.

Размещено на Allbest.ru