Динамический метод определения статической несущей способности фундаментов в вытрамбованных котлованах гидротехнических сооружений

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 624.138.22

ДИНАМИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАТИЧЕСКОЙ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ФУНДАМЕНТОВ В ВЫТРАМБОВАННЫХ КОТЛОВАНАХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Бекбасаров И.И.

Алимбаев Б.А.

Ряд гидротехнических сооружений (акведуки, селепроводы, лотки и др.) имеют большую протяженность в плане, которая может изменяться от десятков метров до нескольких километров. Для фундаментов опор и стоек таких сооружений характерна крайняя неоднородность основания, которая выражается в разности состава и свойств грунтов. Кроме того, протяженные сооружения часто устраиваются в просадочных, засоленных и биогенных грунтах, а также пересекают овраги, речки, заболоченные, оползневые, селеопасные и затопляемые участки. Причем, не исключено, что из перечисленного набора неблагоприятных условий большинство их них может встречаться в пределах одного и того же сооружения. Практически под каждой опорой (стойкой) или под каждой группой опор (стоек) протяженного сооружения грунтовые условия могут быть различными. Это вызывает сложности в оценке несущей способности фундаментов данных сооружений в полевых условиях. Традиционно для гидротехнических сооружений компактных в плане, для определения несущей способности их фундаментов проводятся статические испытания опытных фундаментов в 2-3 характерных точках площадки, отличающихся грунтовыми условиями. Для протяженных же гидротехнических сооружений такой подход недостаточно приемлем. Это прежде всего вызвано тем, что существенно увеличивается количества статических испытаний фундаментов, а также повышаются затраты труда, времени и денежных средств на их проведение. Кроме того, проведение испытаний в труднодоступных местах и к тому же в местах отдаленных от населенных пунктов иногда технически невозможно. Поэтому, наиболее приемлемыми видами фундаментов под протяженные гидротехнические сооружения являются такие фундаменты, оценку несущей способности которых можно производить в процессе их устройства без проведения статических испытаний опытных фундаментов. Одним из разновидностей таких прогрессивных фундаментов являются фундаменты, устраиваемые в вытрамбованных котлованах (ФВК). Несущая способность ФВК может быть оценена по результатам вытрамбовывания их котлованов непосредственно в полевых условиях.

В настоящее время существует ряд формул, предложенных специалистами для расчета статической несущей способности ФВК по результатам вытрамбовывания их котлованов /1- 6/. Как уже отмечалось в работе /7/, для этих решений характерен ряд недостатков. Одним из существенных из них является то, что динамическое сопротивление, определяемое по ним, без каких либо обоснований принимается авторами за статическую несущую способность ФВК. В лучшем случае в их состав вводятся коэффициенты, которые одновременно учитывают следующие многоликие факторы: неодинаковость динамического сопротивления грунта и статической несущей способности; несовершенство теоретических основ самих формул, явление выпора грунта. Причем, эти коэффициенты определяются специалистами без учета фактических соотношений динамического сопротивления грунтов котлованов и статической несущей способности ФВК. Последнее в свою очередь обусловлено тем, что до настоящего времени эксперименты по установлению реальных соотношений между рассматриваемыми параметрами специалистами не проводились.

В связи с изложенными обстоятельствами, а также для адаптации динамической формулы, предложенной в работах /7,8/ к условиям определения статической несущей способности ФВК, были проведены соответствующие динамические и статические испытания в полевых условиях.

Испытания проводились на площадке, сложенной просадочным суглинком и на экспериментальном полигоне в насыпном, супесчаном грунте. Сведения о физических характеристиках грунтов в местах вытрамбовывания котлованов приведены в таблице 1.

Таблица 1 Сведения о грунтах и трамбовках

Подготовка котлованов производилась с помощью установки, конструктивные особенности которой рассмотрены в работе /9/. Для вытрамбовывания котлованов использовались трамбовки квадратной формы в плане и высотой 40см. Размеры трамбовок в плане указаны в таблице 1.

Динамические испытания проводились путем нанесения удара трамбовкой по грунту котлована (в конце вытрамбовывания котлована) с определенной высоты с одновременной регистрацией необходимых параметров. Статические же испытания фундаментов проводились до состояния, при которых графики «осадка - нагрузка» имели криволинейный характер, т.е. имело место упругопластическое деформирование грунтов основания. Это обусловлено тем, что в большинстве случаях, при не достижении предельного состояния грунтового основания, статическая несущая способность ФВК устанавливается специалистами при расчетных осадках, соответствующих криволинейному характеру деформирования грунтов.

Результаты динамических и статических испытаний представлены соответственно в таблице 2 и на рисунке 1. По результатам динамических испытаний выполнен расчет значений динамического сопротивления грунтов котлованов внедрению трамбовки по формуле (1), которая была предложена автором ранее 7,8

,

,

,

,

где - коэффициент перехода от расчетного значения динамического сопротивления грунта котлована к его фактическому значению), равный 0,8568;

- вес трамбовки и каретки сбрасывания, кН;

- высота сбрасывания трамбовки до поверхности грунта площадки, м;

- глубина вытрамбовываемого котлована до рассматриваемого удара, м;

- высота подскока трамбовки от дна котлована после ударного контакта

с грунтом, м;

- упругое перемещение грунта дна котлована в конце удара трамбовки,

м;

- перемещение трамбовки, в пределах которого проявляется сила

сопротивления грунта стенок котлована движению трамбовки вниз, м;

- сила трения (качения или скольжения), кН, определяемая по формуле (9) или (10) /7/);

- полное перемещение трамбовки в грунте при ударе, м;

- сила сопротивления атмосферного воздуха движению трамбовки

до ударного контакта с грунтом стенок котлована, кН, определяется по формуле (11) /7/);

- суммарное значение силы упругого сопротивления грунта стенок котлована движению трамбовки вниз и силы атмосферного воздуха, зажатого между подошвой и дном котлована, кН, определяется по формуле (12) или (13) /7/); фундамент гидротехнический котлован грунт

- сила упругого обжатия грунта стенок котлована, препятствующая обратному движению трамбовки, кН, определяется по формуле (14) /7/);

- остаточное перемещение трамбовки в грунте при ударе, м.

Результаты расчетов сведены в таблицы 2 и 3. Отношение статической несущей способности ФВК к динамическому сопротивлению грунтов основания в виде коэффициента представлено в таблице 3.

Таблица 2 Результаты динамических испытаний грунтов котлованов

Таблица 3 Результаты сравнения динамического сопротивления грунтов котлованов и статической несущей способности ФВК

Из таблицы 3 видно, что значения коэффициента изменяются от 0,069 до 0,306, а статическая несущая способность ФВК в 3,27-14,4 раза меньше динамического сопротивления грунтов котлованов. Для установления закономерностей изменчивости соотношений между рассматриваемыми параметрами применительно к другим грунтовым условиям и к ФВК с иными размерами, были обработаны и

Рисунок 1

Зависимость осадки ФВК от вертикальной статической нагрузки выполнены расчеты коэффициента по экспериментальным данным работ /5,6/. Выбор этих данных вызван тем, что только они являются наиболее полными для выполнения расчета динамического сопротивления по формуле (1). В таблице 4 приведены результаты произведенных расчетов.

Таблица 4 Результаты определения коэффициента

Примечание. В дно котлованов втрамбован щебень.

Из таблицы 4 видно, что значения коэффициента изменяются от 0,47 до 0,73, а статическая несущая способность ФВК с уширенным основанием в 1,37-2,13 раза меньше динамического сопротивления грунтов котлованов. Сравнение данных, при- веденных в таблицах 3 и 4, показывает, что с увеличением величины статической несущей способности ФВК увеличиваются и значения коэффициента . Из рисунка 2 (построенного по данным таблиц 3 и 4) следует, что эта зависимость при 100 кН математически описывается выражением (6), а при больших величинах - выражением (7)

,

,

где и - коэффициенты, соответственно равные 0,0033 и 0,052;

и - коэффициенты, соответственно равные 0,0002 и 0,3772.

Величина достоверности аппроксимации для выражения (5) составляет 0,7540, а для выражения (6) - 0,7497 .

На основе формул (5) и (6) можно получить формулы, по определению статической несущей способности ФВК по величине динамического сопротивления грунтов котлована ударному внедрению трамбовки в виде

,

,

Формула (7) приемлема при 100 кН, а формула (8) - при больших значениях.

Зависимость коэффициента от несущей способности

ФВК

Рисунок 2

Таким образом, определение статической несущей способности ФВК следует производить в следующей последовательности:

- выполняются динамические испытания грунта котлована;

- определяется динамическое сопротивление грунта котлована внедрению трамбовки по формуле (1);

- определяется статическая несущая способность ФВК по формуле (7) или (8).

Литература

Власов Ю.В., Ивашкин С.В., Колмогоров Ю.П. Динамический метод определения несущей способности столбчатого фундамента в вытрамбованном котловане. Тезисы докладов Х Всесоюзного научно-технического совещания «Закрепление и уплотнение грунтов в строительстве». Москва, 1983, С. 131-133.

Сальников Б.А., Бадеев А.Н., Определение несущей способности фундаментов в вытрамбованных котлованах динамическим способом // Транспортное строительство, 1988, №6, С.29-30.

Борисов В.П., Немов В.Г. Энергетический метод определения несущей способности пирамидальных фундаментов // Межвузовский сборник научных трудов «Основания и фундаменты в геологических условиях Урала». Пермь, 1989, С.61-69.

Борисов В.П. Определение несущей способности фундамента в щебеночно-глинистой рубашке или ядре // Межвузовский сборник «Исследование оснований и фундаментов в сложных грунтовых условиях». Казань, 1985, С.20-25.

Усманов М.М., Гончаров Б.В., Шеменков Ю.М. Расчет несущей способности фундаментов в вытрамбованных котлованах по динамической формуле // Труды 5 Международной конференции по проблемам свайного фундаментостроения. Москва, 1996, С.123-127.

Балабанов А.В., Гончаров Б.В., Шеменков Ю.М. Динамический метод контроля несущей способности фундаментов в вытрамбованных котлованах // Труды Международного семинара по механике грунтов, фундаментстроению и транспортным сооружениям. Москва, 2000, С.147-149.

Бартоломей А.А., Бекбасаров И.И. Определение динамического сопротивления грунта погружению трамбовки при вытрамбовывании котлованов // Сборник научных трудов ПГТУ. Пермь, 2002, С.22-30.

Бекбасаров И.И. Определение силы динамического сопротивления грунта внедрению трамбовки при вытрамбовывании котлованов. Тезисы Региональной конференции «Строительство на структурно-неустойчивых грунтах». Самарканд, 1992, С.72-73.

Шилибеков С.К., Бекбасаров И.И., Джанузаков Б.Б. Результаты исследований процесса вытрамбовывания котлованов различных форм под фундаменты // Межвузовский сборник научных трудов «Основания и фундаменты в геологических условиях Урала». Пермь, 1986, С. 61- 67.

Аннотация

Представлен метод расчета статической несущей способности фундаментов гидротехнических сооружений по результатам вытрамбовывания их котлованов.

Б?л макалада гидротехникалы? к?рылымдарды? то?па?тап дайындал?ан ?азан ш?нкырларда орнатыл?ан іргетастарыны? ж?к к?теру ?абілетін аны?тайтын динамикалы? ?діс келтірілген.

The Presented method of the calculation steady-state carrying abilities foundation hydrotechnical of the buildings on result ramming their foundation pit.

Размещено на Allbest.ru