Размещено на http://www.allbest.ru/

Специальность 05.23.02 - Основания и фундаменты, подземные сооружения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Напряженно-деформированное состояние оснований свайных фундаментов большой площади

Беспалов Алексей Евгеньевич

Москва - 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном строительном университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Тер-Мартиросян Завен Григорьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук Кубецкий Валерий Леонидович

кандидат технических наук Карабаев Мулдаш Измаилович

Ведущая организация: Научно-исследовательский, проектно-изыскательский и конструкторско-технологичекий институт оснований и подземных сооружений им. Н.М. Герсеванова (НИИОСП) - филиал Федерального УП "Научно-исследовательский центр "Строительство"

Защита состоится "02" июня 2009 года в час. мин. на заседании диссертационного совета Д 212.138.08 при ГОУ ВПО Московском государственном строительном университете по адресу: г. Москва, ул. Спартаковская, д. 2/1, ауд. 212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Московского государственного строительного университета.

Автореферат разослан "30" апреля 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Знаменский В.В.

Общая характеристика работы

Актуальность темы.

В настоящее время при возведении высотных зданий и сооружений, которые передают значительные нагрузки на грунты основания и конструкции которых являются чувствительными к неравномерным осадкам, часто используются свайные фундаменты большой площади, представляющие собой поле из буронабивных свай (не менее 100), объединенных жестким ростверком, при этом расстояние между сваями не превышает 3-4 диаметра. При расчете подобных фундаментов по II-ому предельному состоянию инженерам-проектировщикам приходится сталкиваться с рядом сложностей. Так, например, для расчета крена требуется учитывать неоднородность напластования грунтового массива, а значит, необходимо с максимальным приближением к реальности смоделировать взаимодействие основания со свайным фундаментом.

Следует отметить, что несущая способность свайных фундаментов часто недоиспользуется из-за отсутствия надежных методов проектирования по предельным состояниям. Существующие методы расчета свайных фундаментов достаточно условны. Как правило, количество свай для фундаментной конструкции определяют расчетом по принципу простого суммирования несущей способности одиночных свай, полагая, что предельная несущая способность группы свай является простым сложением предельной несущей способности одиночной сваи.

Совершенствование конструкций свайных фундаментов и снижение их стоимости возможны лишь на основе более полного учета взаимодействия свай при количественной оценке НДС грунто-свайного массива.

Реализация количественной оценки НДС свайного фундамента с большим числом свай (не менее 100) возможна только методами численного моделирования (например, МКЭ) с помощью специализированных программных комплексов.

Однако, большинство программных комплексов несовершенны и имеют ряд ограничений: отношение размера минимального конечного элемента к размеру всей модели, резкое увеличение продолжительности расчета, связанное с обработкой большого числа конечных элементов, что в свою очередь вызывает необходимость использования мощных вычислительных машин. Кроме того, необходимо учесть нелинейные свойства деформирования грунтов, слагающих неоднородный массив. В связи с этим возникает необходимость разработки новых методов расчета НДС свайных фундаментов, которые позволили бы упростить алгоритм и сократить время расчета. фундамент свая грунтовый

Цель данной диссертационной работы. Целью настоящей работы является изучение, развитие и совершенствование существующих методов количественной оценки взаимодействия группы свай с грунтовым массивом в составе свайного фундамента, с учетом различных факторов (шага, длины, диаметра свай, величины прикладываемой нагрузки и др.), что позволяет реализовать оптимизацию конструкции фундамента путем управления (регулирования) жесткостью свайно-грунтового массива.

Для этого в качестве расчетной модели рассматривается грунто-свайный массив (ГСМ), взаимодействующий с основанием, а также окружающим грунтом, и имеющий конечную жесткость, которая характеризуется приведенным модулем деформации (ПМД).

Основные задачи исследований. Для достижения поставленной цели были выполнены следующие работы:

1. Проанализированы существующие методики расчета свайных фундаментов с целью обзора современной проблематики анализа работы и моделирования масштабных свайных ростверков;

2. Сформулированы теоретические основы расчета НДС грунтов основания и свайного ростверка и осуществлено обоснование применимости методики численного моделирования;

3. Выбраны параметры расчетной упруго-пластической нелинейной модели грунтов основания;

4. Произведена верификация принятого метода математического моделирования на основании данных натурных испытаний свай большой длины;

5. Разработана методика определения параметра ПМД, призванного заменить жесткостные характеристики ГСМ на основании рассмотрения НДС фрагмента свайного фундамента с одной сваей;

6. Выполнен планированный эксперимент математического моделирования НДС системы фрагмент свайного фундамента - массив грунта;

7. Предложены варианты моделей свайного фундамента в виде объединенного, армированного сваями грунтового массива с приведенными жесткостными характеристиками;

8. Произведен анализ результатов расчета свайных ростверков, состоящих из 9, 25, 35, 49, 63 и 81 свай, с использованием предложенных вариантов моделирования ГСМ;

9. Реализовано сопоставление полученных результатов со значениями, полученными в ходе моделирования работы свай в аналогичной фундаментной конструкции при помощи дискретных объемных элементов;

10. Для оценки точности расчета свайного фундамента по выбранной методике моделирования ГСМ произведены расчеты фундаментной существующей конструкции. Результаты расчета сопоставлены с данными натурных наблюдений и величинами осадок, полученными аналитическим методом по модели грунтового массива ограниченных размеров З.Г. Тер-Мартиросяна.

Достоверность результатов исследований основывается на использовании данных, полученных при мониторинге объектов строительства, то есть на результатах многолетних наблюдений за осадками существующих зданий, а также на экспериментальных и теоретических исследованиях, натурных испытаниях взаимодействия свай с грунтом, в том числе современных методах строительной механики и механики грунтов.

Научная ценность работы заключается в разработке научно обоснованного метода количественной оценки взаимодействия группы свай с грунтовым массивом в составе свайного фундамента, необходимого для расчета массивных фундаментных конструкций сложной формы при их взаимодействии с грунтовой средой. Для реализации расчетов указанных задач, при построении геомеханической модели грунто-свайный массив (ГСМ) заменяется линейно-деформируемой средой с приведенным модулем деформации (ПМД). ПМД отражает жесткость ГСМ и учитывает взаимодействие свай и грунта межсвайного пространства. При этом ГСМ представлен в виде массива, обладающего конечной жесткостью, что в значительной степени приближает модель к реальным условиям работы свайного фундамента, особенно в случае применения свай большой длины. Наряду с этим, рассматривается возможность использования приведенного модуля в случае, когда грунтовая толща многослойная.

Научная новизна данной работы заключается в том, что:

1. Предложено и дано расчетно-теоретическое обоснование модели свайного фундамента в виде грунто-свайного массива (ГСМ), имеющего конечную жесткость.

2. Грунто-свайный массив представлен в виде однородной линейно-деформируемой среды с приведенными жесткостными характеристиками при расчете свайных фундаментов большой площади с большим количеством свай (более 100) по второму предельному состоянию, при расстоянии между сваями 2 - 4 диаметра.

3. Предложены принцип и методика определения величины приведенного модуля деформации (ПМД) грунто-свайного массива.

4. На основании о анализа планирования эксперимента определены основные и определяющие факторы, влияющие на величину ПМД.

5. Рассмотрены возможные варианты применения разработанной методики определения ПМД при расчете свайных фундаментов реальных объектов строительства по второму предельному состоянию.

Практическое значение работы. Полученные в диссертационной работе результаты исследований позволяют:

1. рекомендовать новую модель свайного фундамента в виде объединенного грунто-свайного массива, имеющего конечную жесткость, для упрощения расчета свайных фундаментов с большим количеством свай по второму предельному состоянию;

2. определить приведенный модуль деформации грунто-свайного массива, с учетом длины, шага, диаметра свай, величины приложенной нагрузки и особенностей геологического строения площадки строительства;

3. выбрать оптимальную величину приведенного модуля деформации грунто-свайного массива;

4. учесть неоднородность напластования грунтового массива при моделировании массивных свайных ростверков сложной конфигурации;

5. дать научно-обоснованное решение задач при расчете и проектировании фундаментов зданий и сооружений, имеющих в основании грунто-свайный массив с большим числом свай;

6. снизить продолжительность конечно-элементного расчета, связанную с обработкой сложных математических моделей и требующую использования мощных вычислительных машин;

7. решать широкий спектр задач, связанных с определением степени влиянием работы возводимых свайных фундаментов на объекты окружающей застройки;

8. обеспечить безопасность эксплуатации зданий и сооружений повышенной ответственности (этажности) за счет наиболее полного прогнозного моделирования сложной геомеханической системы;

9. рекомендовать изученный метод для расчета свайных фундаментов многофунциональных высотных зданий и комплексов с целью выполнения п. 6.24 МГСН 4.19-2005.

Реализация работы. Предложенный метод расчета свайных фундаментов разработан на кафедре МГрОиФ МГСУ и применнен при расчете конструкции фундаментов зданий для реальных объектов строительства г. Москвы, г. Санкт-Петербурге, г. Казани и г. Шатуры.

Результаты выполненной работы будут использованы в практике научно-исследовательских работ на кафедре механики грунтов, оснований и фундаментов (МГрОиФ) МГСУ, а также при разработке положений пособия по архитектурно-конструктивным решениям высотных зданий к МГСН 4.19-2005 "Временные Нормы и Правила проектирования многофункциональных высотных зданий и зданий-комплексов в г. Москве" с целью применения результатов исследования в инженерной практике.

Апробация работы. Основные положения работы обсуждались: на 2-й Научно-технической конференции пользователей Plaxis (С-Петербург, 26-27 июня 2007г.), на Международной конференции по геотехнике "Развитие городов и геотехническое строительство" (С-Петербург, 16-19 июня 2008г.), на XII Международной межвузовской конференции "Строительство - формирование среды жизнедеятельности" (Москва, 15-22 апреля 2009).

На защиту выносится:

1. Расчетно-теоретическое обоснование модели свайного фундамента в виде однородной линейно-деформируемой среды с приведенными жесткостными характеристиками для расчета свайных ростверков с большим количеством свай по II-ому предельному состоянию при расстоянии между сваями 2 - 4 диаметра.

2. Методика определения величины приведенного модуля деформации (ПМД) объединенного грунто-свайного массива (ГСМ).

3. Способ представления ГСМ в виде однородной линейно-деформируемой среды.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 4-х печатных работах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, основных выводов, списка литературы, включающего 123 наименования, и приложений. Объем диссертации составляет 172 страницы, включающих 46 иллюстраций, 8 таблиц, список литературы и 30 страниц приложений.

Автор искренне благодарит своего научного руководителя, заслуженного деятеля науки РФ, академика АВН РФ и Нью-Йориской АН, заведющего кафедрой механики грунтов, оснований и фундаментов МГСУ, почетного профессора МГСУ, доктора технических наук Тер-Мартиросяна З.Г., а также выражает признательность всем сотрудникам кафедры МГрОиФ за постоянное внимание и помощь при выполнении настоящей диссертационной работы.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, отмечена научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе приводятся обзор и анализ состояния изученного вопроса.

Рассмотрены современные представления о взаимодействии свайного фундамента с основанием, выполнен анализ результатов существующих методов расчета.

Существенный вклад в свайное фундаментостроение внесли: М.Ю. Абелев, А.А. Бартоломей, Б.В. Бахолдин, В.Г. Березанцев, Н.М. Герсеванов, В.Н. Голубков, М.Н. Гольдштейн, М.И. Горбунов-Посадов, А.Л. Готман, А.А. Григорян, Б.И. Далматов, Н.М. Дорошкевич, Б.И. Дидух, Ю.К. Зарецкий, В.В. Знаменский, В.А. Ильичев, П.А. Коновалов, А.Л. Крыжановский, А.А. Луга, М.В. Малышев, Р.А. Мангушев, Е.А. Сорочан, С.Н. Сотников, З.Г. Тер-Мартиросян, В.М. Улицкий, С.Б. Ухов, А.Б. Фадеев, В.Г. Федоровский, Н.А. Цытович, В.И. Шейнин, C. Terzaghi, J. Hanisch, R. Katzenbach и многие другие.

В настоящее время накоплено большое количество экспериментальных исследований взаимодействия одиночной сваи и свай в ростверке с окружающим грунтом при различных условиях грунтового напластования. При этом задачи и эксперименты часто основываются на варьировании размеров ростверков в плане, количества и диаметра свай.

Отмечаются различия в особенностях работы одиночной сваи, свай в группе при расстоянии между сваями 2-4d и свай в группе при расстоянии между сваями 5-6d. Немаловажно, что понятие предельной нагрузки для одиночной сваи и куста различно, при этом предельную нагрузку для свайных фундаментов следует принимать, исходя из предельной осадки сооружения, а предельная несущая способность свай в составе свайного фундамента превышает несущую способность одиночной сваи. Ряд исследований показывает, что низкий ростверк, опирающийся на поверхность грунта, дает эффект блокирования межсвайного грунта (когда группа свай и межсвайный грунт перемещаются как одно целое), который наблюдался даже при расстоянии между сваями до 4-х диаметров свай.

На основании проведенных экспериментальных и теоретических исследований выявлено, что под острием свай изолинии перемещений выравниваются на глубине 2 диаметра сваи, далее происходит совместная деформация свай и межсвайного грунта.

В работах ряда авторов рассматриваются варианты подхода к расчету свайных фундаментов по I-ому и II-ому предельным состояниям аналитическими методами с учетом различных факторов формирования НДС грунто-свайного массива: взаимное влияние свай в группе, уплотнение грунтов основания при забивке группы свай и т.д. При этом выделяются три группы методов расчета свайных фундаментов: 1) методы, основанные на определении несущей способности одиночной сваи; 2) методы, в которых принято, что свайный фундамент работает как единый массив; 3) методы, учитывающие взаимное влияние свай в группе.

Однако, при всем многообразии подходов и верифицированной точности решения существующие методики расчета свайных фундаментов не позволяют в полной мере учесть взаимодействие фундаментной конструкции с массивом грунта и с окружающей застройкой. В связи с этим актуальной является проблема разработки методики пространственного КЭ моделирования таких масштабных задач.

Во второй главе диссертации отмечается необходимость постановки и решения задач, с применением численных методов, так как, в частности, МКЭ позволяет охватить в расчетной области значительный массив грунта, модифицировать его деформационные характеристики и максимально изучить работу смоделированной конструкции с точки зрения характера и особенностей деформирования.

Анализ существующих программных комплексов, основанных на численном моделировании НДС МКЭ строительных конструкций и массивов грунтов показал, что для численного моделирования НДС грунтовой среды, с целью решения поставленных задач, наиболее удобным является программный комплекс Plaxis 3D Foundation.

В настоящей работе с использованием программного комплекса Plaxis 3D Foundation произведено сопоставление натурных испытаний буронабивных сваи №3,4 на объекте "Шатурская ГРЭС" диаметром Ш750мм, погруженных на глубину 15,0м от дна шурфа, с конечно-элементной моделью. Полученные расчетные значения предельного сопротивления сваи (150,4тс для Rinter=0,9 и 132тс для Rinter=0,8) в достаточной степени коррелируются с натурными испытаниями (151,36тс для сваи №3 и 107,86тс для №4).

Анализ вариантов геотехнического моделирования показал, что упруго-пластическая модель Друкера-Прагера может быть применена для описания НДС ГСМ.

Третья глава посвящена исследованию и детальной разработке способа расчета свайного фундамента большой площади по II-ому предельному состоянию (по деформациям), при условии рассмотрения его в качестве единого вертикально армированного грунто-свайного массива, обладающего приведенными жесткостными характеристиками.

Приведенный модуль деформации грунто-свайного массива (ГСМ) предлагается определять, рассматривая НДС фрагмента свайного фундамента с одной сваей. В соответствии с разрабатываемой методикой размеры вырезанного фрагмента должны соответствовать расстоянию между сваями (шаг свай) при квадратном расположении свай в плане. Осадка вырезанного фрагмента ростверка с одиночной сваей определяется на основании расчета при условии компрессионного сжатия, позволяющего получить величину совместной деформации сваи и окружающего грунта.

Таким образом, расчетная схема включает в себя одну сваю, фрагмент ростверка и объема грунта (см. рис. 1). Граничные условия данной модели приняты следующие: по боковым граням - свободное перемещение в вертикальном направлении (вдоль оси Y) и запрет на горизонтальные перемещения (Ux=Uz=0); по подошве расчетной области - запрет перемещений по всем направлениям (Ux=Uz=Uy=0).

Анализируемые точки:

А - в центре сваи под подошвой ростверка.

В - под нижним концом сваи.

С - в уровне низа свай на границе вырезанного фрагмента массива.

D - на глубине 1,5d от нижнего конца сваи.

E - на глубине 1,5d от нижнего конца сваи на границе вырезанного фрагмента массива.

Рис. 1. Расчетная схема к определению приведенной жесткости ГСМ.

Если обозначить разность осадок между выбранными точками через ДЅ, то разделив ее на длину свай l, получим значения относительной деформации столба высотой l :

и приведенного модуля при заданном диапазоне распределенной нагрузки на ростверк Др, то есть:

.

В ходе формулировки методики определения ПМД ГСМ был выдвинут ряд гипотез (обозначения в соответствии с рис. 1), основные из них:

1) ПМД ГСМ определяется как отношение вертикальной составляющей напряжения к деформации ствола сваи ():

, следовательно (1)

2) Для учета различной степени деформирования ствола сваи и грунта межсвайного пространства, было решено при определении относительной деформации принять среднее значение осадки свай и межсвайного грунта. То есть учесть среднее значение деформации ствола сваи и грунта межсвайного пространства ():

, следовательно (2)

При этом коэффициент Пуассона для приведенного грунто-свайного массива следует определять по формуле:

(3)

С целью определения минимально необходимого количества экспериментов для двух вариантов расчета ПМД, был произведен выбор оптимального пути исследования с помощью средств математического планирования при обработке результатов предварительных опытов.

На основе рандомизированных опытов и априорных представлений, в качестве независимых переменных выбраны: Х 1 - отношение длины сваи к диаметру (l/d); Х 2 -относительное расстояние между сваями (а/d); Х 3 - характеристики грунта под острием сваи; Х 4 - нагрузка на ростверк.



Рис. 2. Относительная сила влияния факторов на степень изменения значений ПМД а) для Е 1, полученных по формуле 1. б) для Е 2, полученных по формуле 2.

Анализ значений коэффициентов регрессии показал, что априорные предположения подтвердились и факторы, влияющие на изменение значения ПМД, можно записать, с учетом их значимости для двух методов определения в следующем порядке:1) относительное расстояние между сваями (шаг свай); 2)длина свай; 3) грунт под острием свай; 4) нагрузка на ростверк.

В ходе исследования особенностей формирования жесткостных характеристик ГСМ с использованием МКЭ было выполнено решение ряда задач, описывающих работу свай переменной длины (l=6ч24м), расположенных с различным шагом (2d, 3d, 4d), под воздействием распределенной нагрузки различной интенсивности (у = 200; 300; 600 кПа). Диаметр свай во всех задачах принят 0,4м, следовательно, соотношение l/d имеет следующие значения: при l=6, 12, 18, 24м l/d =15, 30, 45, 60 соответственно. Во всех задачах основание моделировалось двухслойным.

Для грунта межсвайного пространства было принято достаточно невысокое значение величины модуля деформации Е= 5МПа, модуль деформации рабочего слоя грунта (Ераб.сл.) под пятой сваи принят с вариативными значениями 30, 50, 90 МПа. В таких условиях основная часть сопротивления сваи приходится на нижний несущий слой, который можно назвать рабочим. Подобная схема работы сваи была выбрана как наиболее часто встречающаяся в строительной практике.

На основании полученных величин были построены характерные зависимости, в результате анализа которых были выявлены особенности динамики изменения ПМД. В целом диапазон вариации значений при заданных величинах вертикальной нагрузки, длине, диаметре, шаге свай и характеристиках исследуемого грунтового массива колеблется от 1429 МПа до 5625 МПа для ПМД Е 1 и от 58 МПа до 2392 МПа для ПМД Е 2. Следует отметить, что существуют отличия в тенденции модифицирования величин Е 1 и Е 2.

Кроме того, в работе был изучен ряд тестовых задач о взаимодействии плиты со свайно-грунтовым массивом с ограниченным количеством свай при учете и без учета приведенного модуля деформации.

На начальном этапе исследования было принято решение моделировать свайный фундамент как армированный грунто-свайный массив при помощи трехмерных КЭ в виде линейно-деформируемой среды, обладающей разными геометрическими размерами (см. рис. 3):

Вариант I. Размеры ГСМ в плане повторяют размеры плиты ростверка. Мощность массива равна длине свай.

Вариант II. Размеры ГСМ в плане описывают внешний контур свай, таким образом, что горизонтальная проекция ГСМ меньше горизонтальной проекции плиты ростверка. При этом высота массива равна длине свай.

Вариант III. Свайно-грунтовым массивом заменяются только внутренние сваи фундамента, так что в его площадь ГСМ с ПМД включен массив, содержащий центральные сваи и часть межсвайного грунта, включая середину расстояния между внешними и внутренними сваями. Внешние сваи моделируются объемными элементами (далее pile), обладающими свойствами упругого материала (железобетон). Мощность ГСМ равна длине свай.

Вариант I.	Вариант II.
Вариант III.	Вариант IV.
Рис. 3. Варианты моделей свайного ростверка.

Были рассмотрены ростверки с 9, 25, 35, 49, 63, 81 сваями, диаметром 0,4м. Длина свай в зависимости от задачи принималась 6м (практически не сжимаемый ствол) или 18м (деформация ствола сваи оказывает существенное влияние на формирование величины ПМД). Во всех задачах рассмотрены свайные фундаменты с низким ростверком.

В диссертации подробно описан анализ расчета свайного фундамента, состоящего из 49 свай диаметром 0,4м, объединенных монолитным железобетонным ростверком, шаг свай составляет 3d=1,2 м. Ростверк, высотой hр=0,5м, имеет габариты в плане 8Ч8м.

Анализ полученных результатов расчета (см. рис. 4 и 5) позволяет сделать следующие выводы:

- в качестве основного варианта для представления грунто-свайного массива в виде однородной линейно-деформируемой среды при КЭ-моделировании свайного ростверка рационально использовать модель I, где размеры грунто-свайного массива в плане повторяют размеры плиты ростверка, а мощность массива равна длине свай;

- для описания жесткостных характеристик ГСМ требуется применять методику определения приведенного модуля деформации (ПМД) Е 2 и нприв согласно формуле 2 и 5 соответственно.

Рис.4. Результат расчета свайного фундамента по варианту IV. Изолинии вертикального перемещения. max Uyy=34мм.

Рис.5. Результат моделирования свайного фундамента из 49 свай Ш 0,4м, длиной 6м.

Также в работе произведено сопоставление результатов расчета тестовых задач с величинами, полученными по инженерному методу, предписанному нормативным документом СНиП 2.02.01-83 и по модели грунтового массива ограниченных размеров З.Г. Тер-Мартиросяна. В итоге была получена достаточная сходимость значений максимальных осадок (см. рис.6).

Рис. 6. Графическая интерпретация результатов расчета тестовых задач.

В целях определения применимости выбранного способа моделирования свайных фундаментов были произведены расчеты тестовых задач:

- взаимное влияние рядом расположенных свайных фундаментов

- определение крена фундамента.

Чтобы оценить качество полученных результатов по расчету осадки свайных фундаментов, был смоделирован объект, уже построенный на территории Шатурской ГРЭС по адресу: Московская обл., г. Шатура.

Результаты расчета турбогенератора ТГ-4 К-210, построенного в 1977г. на Шатурской ГРЭС, показали хорошую сходимость значений стабилизированных осадок (8%), величинами приращений осадок, измеренных за время геодезического наблюдения (1977-1992г.). Следовательно, вариант модели объединенного грунто-свайного массива с приведенными жесткостными характеристиками может быть использован для расчета осадки свайных фундаментов, так как полученные результаты КЭ расчета имеют сходимость в достаточной степени (до 15%) с натурными наблюдениями и аналитическими методами расчета.

В четвертой главе описывается опыт применения способа моделирования грунто-свайного массива в виде однородной линейно-деформируемой среды с приведенными жесткостными характеристиками при расчете свайных ростверков с большим количеством свай в геотехнических расчетах объектов строительства в городе Москве, Санкт-Петербурге, Шатуре и Казани.

Для прогноза возможности крена фундамента высотного жилого комплекса "Лазурные небеса" в г. Казани, на кафедре МГрОиФ было принято решение представить свайное поле как объединенный грунто-свайный массив с приведенными жесткостными характеристиками. Расчеты по данной работе были выполнены аспирантом кафедры, инженерами А.В. Беспаловой и А.Е. Беспаловым под руководством З.Г. Тер-Мартиросяна.

Методика ПМД была применена при реализации НТР на кафедре МГрОиФ, МГСУ. С использованием метода моделирования свайно-грунтового массива было произведено геотехническое обоснование проекта высотного жилого комплекса с нежилым первым этажом и подземной автостоянкой в городе Москве. Расчеты по данной работе были выполнены ассистентом кафедры, инженером А.З. Тер-Мартиросяном.

Для расчета взаимного влияния отдельно стоящих свайных ростверков главного корпуса ПГУ-400 на Шатурской ГРЭС по адресу: Московская обл., г. Шатура, было принято решение применить методику ПМД при проведении геотехнического расчета основания и фундаментов.

Одним из первых примеров применения метода ПМД для расчета свайных фундаментов большой площади на кафедре МГрОиФ, под руководством З.Г. Тер-Мартиросяна, является геотехнический расчет Административно-делового центр ОАО "Газпром" в городе Санкт-Петербурге. Расчеты по данной работе были выполнены ассистентом кафедры, инженером А.З. Тер-Мартиросяном

Разработанная методика вошла в состав проекта Пособия к МГСН 4.19-2005 "Высотные здания и комплексы".

Основные выводы

На основании выполненных исследований можно сделать следующие основные выводы по диссертации:

1. В свайных фундаментах с низкими ростверками расчетами с применением МКЭ подтвержден эффект блокирования или омоноличивания грунта межсвайного пространства (когда группа свай и межсвайный грунт перемещаются как одно целое) при расстоянии между сваями до 4-х диаметров свай.

2. Дано расчетно-теоретическое обоснование модели свайного фундамента в виде грунто-свайного массива (ГСМ), имеющего конечную жесткость.

3. В результате проведенного сопоставления натурных испытаний буронабивных сваи с конечно-элементной моделью, описывающей НДС свайно-грунтового массива, обосновано применение упруго-пластической модели Друкера-Прагера для грунтов основания и в межсвайном пространстве.

4. Показано, что учет совместной работы межсвайного грунта и ствола сваи позволяет получить удовлетворительные результаты по определению НДС при расстоянии между сваями до 2ч4 диаметров.

5. Математическое планирование эксперимента показало, что для двух вариантов вычисления ПМД определяющими факторами, влияющими на изменение их значений, являются относительное расстояние между сваями (шаг свай) и длина свай, при этом полученные величины существенно отличаются, то есть варьируются в диапазоне от аЧ106 кПа до аЧ104кПа.

6. Проведенные тестовые расчеты свайных ростверков с количеством свай 9, 25, 35, 49, 63, 81 при различной длине и шаге свай показали:

- в качестве основного варианта для представления грунто-свайного массива в виде однородной линейно-деформируемой среды при КЭ-моделировании свайного фундамента рационально использовать модель I, где размеры грунто-свайного массива в плане повторяют размеры плиты ростверка, а мощность массива равна длине свай;

- для описания жесткостных характеристик ГСМ необходимо применять методику определения ПМД по варианту 2.

7. Сопоставление результатов расчета тестовых задач с инженерными методами, предписанными нормативными документами СНиП и СП, показало сходимость полученных величин максимальных осадок.

8. Сравнение результатов расчета конструкций реального объекта (фундамента для турбогенератора) с данными проведенного геодезического мониторинга и величинами, полученными аналитическими методами, показало их достаточную сходимость.

9. Метод объединенного ГСМ значительно упрощает построения КЭ-модели основания свайного фундамента при большом количестве свай (более 100) и на порядок ускоряет процесс вычисления на ЭВМ.

10. Метод позволяет регулировать (управлять) жесткостью свайно-грунтового массива путем изменения длины свай и расстояния между сваями.

11. Способ моделирования ГСМ в виде однородной линейно-деформируемой среды с приведенными жесткостными характеристиками может быть рекомендован при расчете свайных ростверков с большим количеством свай для применения в практике строительного проектирования. Метод был использован в геотехнических расчетах объектов строительства.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Беспалов А.Е., Беспалова А.В., Карабанов П.В., Тер-Мартиросян А.З., Опыт расчета и конструирования фундаментов высотных зданий в глубоких котлованах, - М., Вестник МГСУ, 2/2008, - с.119-128.

2. Беспалов А.Е., Беспалова А.В., Метод расчета оснований свайных фундаментов с большим числом свай - М., XII Международная межвузовская конференция "Строительство - формирование среды жизнедеятельности", 2009.

3. Николаев С.В., Катценбах Р., Беспалова А.В., Беспалов А.Е., Инструментальный мониторинг фундаментных конструкций и грунтов оснований высотных зданий, - М., Сергеевские чтения, Выпуск 9, 2007 г., - с. 315-319.

4. Тер-Мартиросян З.Г., Беспалова А.В., Беспалов А.Е., Применение методики приведенного модуля деформации при расчете массивных свайных ростверков в основании высотных зданий - С-Петербург, Труды международной конференции по геотехнике "Развитие городов и геотехническое строительство", Том 3, 2008. - с. 247-251.

Размещено на Allbest.ru

...