Покращення роботи ґрунтової подушки за допомогою жорсткої горизонтальної плити

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Покращення роботи ґрунтової подушки за допомогою жорсткої горизонтальної плити

І.В. Маєвська

к.т.н., доцент,

Н.В. Блащук

к.т.н., доцент,

Т.О. Бондар

магістрант

Вінницький національний технічний університет

Одним із варіантів покращення властивостей слабких ґрунтів є часткова заміна їх ґрунтовими подушками. Недоліком цього методу є необхідність влаштування глибокого котловану. Для зменшення глибини котловану і збільшення ефекту від ґрунтової подушки запропоновано використання бетонної плити в основі ґрунтової подушки. Наведено результати фізичного та чисельного моделювання роботи стовпчастого фундаменту на ґрунтовій подушці.

Ключові слова: фундамент, слабкі ґрунти, ґрунтова подушка, горизонтальне армування основи.

И.В. Маевская, Н. В. Блащук, Т. А. Бондарь

Улучшение работы грунтовой подушки с помощью жесткой горизонтальной плиты

Одним из вариантов улучшения свойств слабых грунтов является частичная замена их грунтовыми подушками. Недостатком этого метода является необходимость устройства глубокого котлована. Для уменьшения глубины котлована и увеличения эффекта от грунтовой подушки предложено использование бетонной плиты в основании грунтовой подушки.

Ключевые слова: фундамент, слабые грунты, грунтовая подушка, горизонтальное армирование основания.

І.V. Mаyevska, N.V. Blashchuk, T.O. Bonda

IMPROVEMENT WORK OF SOIL PILLOWS THROUGH HARD HORIZONTAL PLATE

One way to improve the properties of soft soils is partial replacement of soil pillows. The disadvantage of this method is the need for placement of a deep pit. To reduce the depth of excavation and increase the effect of soil pillow proposed use in concrete slab on ground of soil pillow. The results of physical and numerical modeling of pier foundation on the soil pillow.

Key words: foundation, soft soils, soil pillow, horizontal reinforcing the basics.

Постановка проблеми в загальному вигляді та її зв'язок із важливими практичними завданнями

При розміщенні будівлі на основі, що включає шари слабких ґрунтів, деформації яких можуть бути неприпустимими для надфундаментних конструкцій, в практиці проектування використовують попереднє ущільнення слабких ґрунтів або влаштування пальових фундаментів, що призводить до суттєвого збільшення вартості робіт нульового циклу. Для зменшення вартості було запропоновано метод влаштування ґрунтової подушки з бетонною плитою в основі.

Аналіз попередніх досліджень ґрунтових подушок, в основі яких розміщена бетонна плита показав, що:

- розміри бетонної плити в основі ґрунтової подушки повинні бути більші ніж розміри підошви фундаменту;

- визначати осідання фундаменту на ґрунтовій подушці, що підстилається бетонною плитою, згідно чинних норм [2] із застосуванням теорії пружності не можна, також не придатна для цього розрахунку теорія пружності для багатошарових середовищ;

- розрахунок фундаменту на ґрунтовій подушці, що підстилається бетонною плитою, має ґрунтуватись на даних експериментальних досліджень або даних чисельного моделювання;

- не доведена економічна доцільність використання бетонних плит в основі ґрунтових подушок у порівнянні із звичайними ґрунтовими подушками.

- виконані експериментальні дослідження не висвітлили в повній мірі особливості роботи фундаменту на ґрунтовій подушці, в основі якої влаштовано бетону плиту, під навантаженням.

Постановка завдання

В зв'язку з цим необхідними є фізичні та чисельні дослідження НДС систем «фундамент-ґрунтова подушка-бетонна плита» та «фундамент-ґрунтова подушка».

Основний матеріал і результати

ґрунтова подушка бетонна плита

Для обґрунтування даного методу будівництва на основах, що складені слабкими ґрунтами, було проведено фізичне та чисельне моделювання.

Фізичне моделювання виконувалось в лотку розмірами 1,2Ч1,8Ч1,0 м з моделями фундаментів безпосередньо на пухкому піску і на ґрунтових подушках з ущільненого піску з використанням підстилаючої плити та без неї.

Прийнятий масштаб фізичного моделювання 1:15. Розміри підошви моделей фундаментів (металеві) 10Ч10 см, 15Ч15 см та 20Ч20 см, що відповідає розмірам фундаментів 1,5Ч1,5 м, 2,25Ч2,25 м та 3Ч3 м відповідно.

Було проведено 5 дослідів (рис. 1) з такими конструктивними рішеннями:

1) фундамент 10Ч10 см на слабкій основі (рис.1а);

2) фундамент 20Ч20 см на слабкій основі (рис.1б);

3) фундамент 20Ч20 см на ґрунтовій подушці (рис.1в);

4) фундамент 10Ч10 см на ґрунтовій подушці, що підстилається плитою (рис.1г);

5) фундамент 15Ч15 см на ґрунтовій подушці, що підстилається плитою (рис.1д).

Рис. 1. Конструктивні рішення фундаментів для фізичного моделювання

Ґрунтова подушка влаштовувалась із щільного піску середньої крупності товщиною 7 см, що в масштабі моделювання відповідає 1 м. Піщана подушка попередньо улаштовувалась у спеціальній обоймі і переносилась на місце досліду з метою збереження властивостей пухкого піску основи під подушкою.

Для передачі і вимірювання навантаження використовувались відповідно автомобільний домкрат та динамометр. В якості опорної системи для домкрата було використано металеву раму. Моделі в усіх дослідах завантажувались ступенями по 50-100 кг за стандартною методикою до руйнування основи.

На рис. 2 наведено графіки залежності осідання-навантаження для всіх виконаних дослідів.

При збільшенні розмірів підошви фундаменту з 10Ч10 см до 20Ч20 см навантаження на фундамент в цілому зросло з 150 кг до 350 кг.

При застосуванні традиційної ґрунтової подушки (без підстилаючої бетонної плити) і розмірах підошви 20Ч20 см навантаження збільшилось до 400 кг і досягається воно при менших загальних деформаціях.

Рис. 2. Графіки залежності осідання-навантаження: 1 - фундамент 10Ч10 см на слабкій основі; 2 - фундамент 20Ч20 см на слабкій основі; 3 - фундамент 20Ч20 см на ґрунтовій подушці; 4 - фундамент 10Ч10 см на ґрунтовій подушці, що підстилається плитою; 5 - фундамент 15Ч15 см на ґрунтовій подушці, що підстилається плитою

При моделюванні роботи фундаменту розмірами 10Ч10 см на ґрунтовій подушці, що підстилається бетонною плитою, загальне навантаження не дуже значне (250 кг), але загальні деформації менші.

При незначній зміні розмірів підошви фундаменту (від 10Ч10 см до 15Ч15 см) ефективність застосування ґрунтової подушки з підстильною плитою збільшується.

Чисельне моделювання НДС систем «фундамент-ґрунтова подушка-бетонна плита» та «фундамент-ґрунтова подушка» виконувалося в програмному комплексі Plaxis 3D Foundation, обґрунтування використання якого для розрахунків фундаментів мілкого закладання наведено в [3].

При чисельному моделюванні були прийняті наступні передумови і параметри:

- модель ґрунту основи - пружно-пластична модель Кулона-Мора;

- основа однорідна, ґрунт - суглинок (16 кН/м³, 10 кПа, 10є, 0,35, 8 МПа)

- модель стовпчастого фундаменту;

- ґрунтова подушка - піщана (18,7 кН/м³, 1 кПа, 35є, 0,3, 32 МПа) товщиною 1 м;

- бетонна плита товщиною 150 мм, що влаштовується в основі ґрунтової подушки;

- розміри розрахункової області в плані 40х40 м.

При моделюванні роботи стовпчастого фундаменту були враховані наступні фази роботи:

- робота ґрунтової товщі без фундаментів (початкова фаза);

- влаштування плити в основі ґрунтової подушки, ґрунтової подушки та стовпчастого фундаменту;

- робота фундаменту під дією вертикального навантаження.

На рис.3 показано характер розподілення вертикальних напружень під підошвою фундаменту.

а б

Рис.3. Характер розподілення вертикальних напружень під підошвою фундаменту: а) ґрунтова подушка; б) ґрунтова подушка, що підстилається бетонною плитою

На першому етапі чисельного моделювання було виконано моделювання роботи фундаменту розмірами 1,5Ч1,5 м на ґрунтовій подушці без та з бетонною плитою в основі. При навантаженні на фундамент 300 кН осідання склало 14,33 мм та 10,72 мм відповідно, що підтвердило позитивний ефект від влаштування бетонної плити в основі ґрунтової подушки.

На другому етапі для визначення доцільності використання ґрунтової подушки з бетонною плитою в основі було виконано моделювання роботи фундаменту розмірами підошви 3Ч3 м на ґрунтовій подушці, що підстилається бетонною плитою, та було підібрано розміри фундаменту на ґрунтовій подушці без бетонної плити в основі при сталій величині навантаження.

При навантаженні 2160 кН осідання фундаменту на ґрунтовій подушці з бетонною плитою в основі склало 86,41 мм. Необхідні розміри фундаменту на ґрунтовій подушці без бетонної плити в основі 4,8Ч4,8 м, величина осідання 88,3 мм при навантаженні 2160 кН. Витрати бетону для влаштування бетонної плити в основі 3,75 м³, витрати на влаштування фундаменту у варіанті без плити в основі ґрунтової подушки більші на 3,5-4 м³ у порівнянні з фундаментом на ґрунтовій подушці з бетонною плитою в основі. Враховуючи, що для влаштування бетонної плити використовується бетон низького класу (наприклад, С8/10), а для влаштування фундаменту бетон С16/20 або С20/25 з армуванням та необхідність влаштування опалубки, економічну доцільність застосування бетонної плити в основі ґрунтової подушки обґрунтовано.

Висновки

1. Чисельним моделюванням за методом скінчених елементів досліджено НДС систем «фундамент-ґрунтова подушка-бетонна плита» та «фундамент-ґрунтова подушка».

2. При фізичному моделюванні встановлено, що наявність бетонної плити в основі ґрунтової подушки зменшує загальні деформації основи під фундаментом. Це також підтверджено результатами чисельного моделювання.

3. Влаштування бетонної плити в основі ґрунтової подушки дозволяє зменшити розміри підошви фундаменту та досягнути більш економічних рішень при проектуванні фундаментів на ґрунтових подушках.

Література

1. Довнарович С. В. Способы строительства на слабых грунтах без их упрочнения / С. В. Довнарович // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 1991. - №5. - С. 8-11.

2. Основи та фундаменти будівель та споруд. Основні положення проектування:

ДБН В.2.1-10-2009 - [Чинні від 2009-07-01]. - К.: Мінрегіонбуд України, 2009 - 104 с. - (Державні будівельні норми України).

3. Маєвська І. В. Урахування роботи ростверку у складі стрічкових пальових та підсилених палями фундаментів: монографія / І. В. Маєвська, Н. В. Блащук. - Вінниця: ВНТУ, 2013. -168 с.

Размещено на Allbest.ru