авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Влияние грунтоцементных конструкций на деформируемость ограждений котлованов в условиях городской застройки

-- [ Страница 2 ] --
  1. площадь поперечного сечения:

(1)

  1. момент инерции поперечного сечения:

(2)

Положение нейтральной оси такой балки вычислялось стандартными методами строительной механики и сопротивления материалов. При этом геометрические характеристики шпунта и армирующих элементов принимать равными, так как положение нейтральной оси в этом случае будет находиться посередине условной балки.

Поскольку рассмотренные задачи решались численными методами с использованием программного комплекса PLAXIS v8 (в плоской постановке задачи), то ограждение моделировалось по 1-й схеме, т.е. с учётом характеристик грунтоцемента. Грунтоцемент рассматривался как материал «грунт» с условными характеристиками – E=450 МПа (проектное значение модуля деформации), с=1000 кПа (проектное значение прочности грунтоцемента), =35o.

Ширина ограждения принималась равной 0,8, 1,2 и 1,6 м, что соответствует 2, 3 и 4 рядам грунтоцементных свай. Глубина котлована Нк принята равной 10 м, заглубление шпунта Ншп=2Нк (в соответствии с рис. 2, а).

а) б)

Рис. 3. Графики зависимостей горизонтальных перемещений ограждения от толщины грунтоцементных конструкций (а) и максимального относительного горизонтального перемещения [] от толщины вертикальной грунтоцементной конструкции (б)

Результаты проведённых расчётов представлены в виде графиков перемещений шпунтового ограждения (рис. 3, а) и зависимости максимального относительного перемещения ограждения от толщины ограждения Вгцк (рис. 3, б).

Зависимость относительного максимального перемещения от толщины ГЦК, полученная по результатам аппроксимации, может быть выражена следующим образом: .

Из приведенных графиков следует, что применение грунтоцементных конструкций позволяет увеличить жесткость ограждения, при этом снижение горизонтальных перемещений практически пропорционально увеличению толщины ограждения. Наиболее оптимальное значение ширины ограждения комбинированного типа составляет 1,2…1,6 м, т.е. 2…4 ряда грунтоцементных свай для котлованов, глубиной до 10-12 м.

Для оценки влияния длины грунтоцементных конструкций рассматривалась задача с различными значениями высоты грунтоцементных конструкций (свай): 10, 12, 14 и 16 м, что соответствует относительным величинам (1; 1,2; 1,4; 1,6)*Нк. Результаты расчёта представлены на рис. 4.

а) б)

Рис. 4. Графики зависимостей горизонтальных перемещений ограждения от длины ГЦК (а) и максимального относительного горизонтального перемещения [] от относительной длины ГЦК (б)

Так как в одноанкерной подпорной стенке максимальные перемещения происходят вблизи или ниже дна котлована, то в этом случае необходимо обеспечить заделку грунтоцементных конструкций и армирующего элемента в грунты ниже дна котлована, т.е. при минимальной длине ГЦК Нгцк=1,2Нк.

Для апробации предложенной методики были произведены соответствующие расчёты реального объекта, площадка строительства которого находилась в центральной части г. Санкт-Петербург. Ограждение котлована, размером 82х67х159х158 м, было выполнено в виде шпунтового ограждения Arcelor AU18. Площадка строительства находится в условиях городской застройки, ближайшие здания располагались на расстоянии 15 м. Для снижения опасных горизонтальных деформаций шпунтового ограждения и увеличения его жесткости, с внешней стороны котлована были выполнены грунтоцементные конструкции (сваи) (рис.2).

 а) б) Конечно-элементная-12

а) б)

Рис. 5. Конечно-элементная (а) и расчётная схема (б) котлована

Расчёты производились с учётом постадийности возведения подземной части объекта, в соответствии с принятым проектом организации строительства.

Устройство подземной части объекта выполнялось методом «top-down», в качестве распорок служили межэтажные перекрытия. Ниже дна котлована (в отметках -12,3…-14,3 м), под плитой основания выполнена грунтоцементная диафрагма, толщиной 2-2,5 м. Расчёт произведен для 4 расчётных схем ограждения: расчёт только шпунтового ограждения (задача 1); расчёт ограждения по методу условной балки (задача 2); расчёт ограждения с учётом характеристик грунтоцемента (задача 3); расчёт ограждения с учётом характеристик грунтоцемента и с учётом изменённых характеристик окружающего массива грунта (задача 4).

Результаты расчёта представлены на рис. 6, а для последней стадии устройства котлована. Проведённые расчёты показали, что при устройстве ограждений комбинированного типа с применением грунтоцементных конструкций, происходит увеличение жёсткости ограждения, что позволяет снизить максимальные горизонтальные перемещения в 3-5 раз по сравнению с ограждением из металлического шпунта.

На основе экспериментальных данных определена зона влияния технологии струйной цементации на окружающий массив грунта при устройстве вертикальных грунтоцементных элементов. На площадке строительства рассматриваемого объекта были проведены исследования по оценке влияния технологии струйной цементации на окружающий массив грунта.

а) б)

Рис. 6. Совмещённый график изогнутых осей ограждения для 4-х схем расчёта (а) и сравнительный график расчётных и экспериментальных величин горизонтальных перемещений ограждения котлована (б): 1 – расчет с учётом характеристик грунтоцемента; 2 – расчёт по методу условной балки (без учёта характеристик грунтоцемента); 3 – ИК №5; 4 – ИК №7; 5 – ИК №15

Строительная площадка находилась в центральной части Санкт-Петербурга с характерными инженерно-геологическими условиями, которые представлены слабыми водонасыщенными пылевато-глинистыми грунтами: насыпным слоем (ИГЭ-1); озёрно-морскими песками пылеватыми (ИГЭ-2) и суглинками пылеватыми текучими (ИГЭ-3); озерно-ледниковыми суглинками пылеватыми, ленточными, текучими (ИГЭ-4); ледниковыми супесями пылеватыми (ИГЭ-5), суглинками лёгкими пылеватыми тугопластичными (ИГЭ-6), суглинками легкими пылеватыми полутвердой консистенции (ИГЭ-7). Указанные грунты подстилаются коренными отложениями вендского комплекса верхнекотлинской подсвиты, представленными пылеватыми глинами. Следует отметить, что грунты ИГЭ-2…ИГЭ-4 обладают тиксотропными свойствами.

На рис. 7 представлена схема расположения опытных площадок, где проводилось статическое зондирование грунтов основания с помощью малогабаритной установки GEOTECH RIG 204D, оборудованной беспроводным зондом типа II (по ГОСТ 19912-2001)1 с целью оценки влияния технологии струйной цементации на окружающий массив грунта при устройстве грунтоцементных конструкций.

 Схема котлована и схема-16

Рис. 7. Схема котлована и схема расположения экспериментальных площадок:

1…5п – обозначение зон и участков котлована; Пл. N1..3 – номера опытных площадок


На 3 опытных площадках было произведено от 6 до 10 пунктов зондирования: площадка №1 (10 пунктов зондирования) находилась на расстоянии 0,3 м от внешней грани ограждения; площадка №3 (8 пунктов зондирования) – на расстоянии 2,3 м от внешней грани ограждения; площадка №3 (6 пунктов зондирования) – на расстоянии 25 м от ограждения котлована, во дворе дома по Минскому пер. Точки зондирования располагались вдоль ограждения на расстоянии друг от друга 1,0 м.

Критерием при оценке изменений свойств грунтов были приняты результаты статического зондирования грунтов основания, выполненные до начала работ по устройству ограждения и откопки котлована

Контроль неизменности вида грунта производился с помощью номограммы Робертсона (Robertson at all, 2001).

Результаты обработки данных зондирования представлены в графическом (в виде графиков параметров зондирования) и табличном виде.

а) б) в)

Рис. 8. Сравнительные графики исходных параметров зондирования и значений, полученных для опытных площадок:

а – удельное сопротивление под конусом, б – удельное сопротивление по муфте трения;

1 – исходные значения; 2 – значения, полученные на площадке №1; 3 – значения, полученные на площадке №2; 4 – значения, полученные на площадке №3


Результаты эксперимента показали, что в зоне равной 2…2,5D, где D – диаметр грунтоцементной сваи, происходит увеличение механических характеристик (модуля деформации и сцепления) окружающих грунтов в среднем на 20-30% по сравнению с исходными значениями. В результате устройства грунтоцементных конструкций (вертикальной «стены в грунте») по технологии струйной цементации наибольшему воздействию подверглись слабые грунты, залегающие на глубинах от 4,2 м до 15,0 м (суглинки пылеватые текучие, суглинки пылеватые ленточные текучие, супеси песчанистые с гравием пластичные, суглинки легкие пылеватые тугопластичные). Проверка неизменности вида (его наименования) грунта по диаграмме Робертсона показала, что исследуемые грунты соответствуют исходным показателям, т.е. изменение вида (наименования) не установлено.

Таблица 1

Сводная таблица значений характеристик грунтов

Увеличение механических характеристик грунтов при устройстве грунтоцементных конструкций происходит за счёт эффекта «клакажа» - инъекции части раствора в окружающий массив грунта при кратковременной закупорке скважины изливающейся пульпой. Излив пульпы происходит через пространство между стенкой скважины и штангой буровой колонны, которое зачастую закупоривается пульпой вязкой консистенции. Вследствие этого давление в размываемой полости повышается, и происходит гидравлический разрыв грунта с образованием трещин, которые заполняются раствором. В результате окружающий грунт представляет собой массив, армированный прослойками из цементного раствора (рис. 9). Данное явление является побочным эффектом технологии струйной цементации, однако оно происходит практически всегда при производстве работ, особенно в условиях слабых пылевато-глинистых грунтов, а также при устройстве диафрагм ниже дна котлована, что необходимо учитывать при производстве работ.

По результатам статистической обработки испытаний грунтоцементных образцов получены зависимости для оценки расчётных механических характеристик грунтоцемента.

Для оценки сплошности и механических характеристик грунтоцементных конструкций на площадке проводился отбор образцов грунтоцемента из тела вертикальных грунтоцементных конструкций по периметру ограждения и из тела горизонтальной диафрагмы, после чего были произведены лабораторные испытания образцов на прочность.

 а) б) Схема возникновения-20

а) б)

Рис. 9. Схема возникновения эффекта «клакажа» (а) и армированный массив вышележащего грунта при устройстве диафрагмы ниже дна котлована (б)

Отбор кернов производился с отметки -4,00 м, что соответствует залеганию песков пылеватых (общее количество 250 шт.) и с отметок -11,00 и -12,00 м, что соответствует залеганию слабых суглинков текучих и супесей пластичных (общее количество 288 шт.). Керны выбуривались длиной в среднем 1,5 м, выход кернов составил 95%, что свидетельствует о сплошности конструкции. Полученные значения прочности грунтоцемента имели достаточно большой разброс (от 0,3 МПа до 28,8 МПа), вследствие чего производилась статистическая обработка результатов.

В итоге были определены значения прочности для расчётов по первой и второй группам предельных состояний. Для расчётов по первой группе значение прочности грунтоцемента на сжатие составило: для песков пылеватых – RI = 4,7 МПа; для суглинков и супесей – RI = 4,4 МПа. Для расчётов по второй группе: для песков пылеватых – RII = 7,9 МПа, для суглинков и супесей – RII = 7,0 МПа. Результаты статистической обработки испытаний грунтоцемента показали, что в условиях слабых водонасыщенных пылевато-глинистых грунтов прочность грунтоцемента практически не зависит от вида грунта.

Так как фактические значения прочности отдельных образцов грунтоцемента на сжатие имели достаточно большой разброс, то назначение проектных величин прочности рекомендовалось производить по следующей методике: назначалось требуемое (проектное) значение прочности грунтоцемента на сжатие Rпр, далее по формулам (3), (4) определялось значение доверительной вероятности Р, которое соответствовало проектному значению прочности. На графике рис. 10 для наглядности представлено вероятностное распределение прочности грунтоцемента на сжатие. Так, вероятность получения минимальной прочности на сжатие Rпр=4,0 МПа составляет Р=0,85, и таким образом это значение прочности можно использовать для расчётов по II-й группе предельных состояний.

(3)

(4)

В большинстве случаев устройства грунтоцементных свай при их контрольных испытаниях определяется значения прочности на сжатие, однако при расчёте грунтоцементных ограждений котлованов немаловажную роль играет модуль деформации грунтоцемента. С целью определения значений модуля деформации грунтоцемента для части грунтоцементных образцов (в количестве 250 шт.) помимо показаний прочности на сжатие фиксировались соответствующие им значения модуля деформации. Так как прочность грунтоцемента напрямую зависит от содержания цемента в объёме обработанного грунта, то очевидно, что и модуль деформации будет также зависеть от количества цемента, т.е. от прочности на сжатие.

В результате испытаний образцов были получены значения прочности грунтоцемента и соответствующие им значения модуля деформации. Так как в данном случае рассматривается показатель прочности на сжатие, то вид грунта не имеет особого значения. С целью определения зависимости модуля деформации грунтоцемента от его прочности на сжатие построен график, представленный на рис. 11. По результатам линейной интерполяции получено выражение, описывающее указанную зависимость:

(5)

Данная зависимость справедлива практически для всех типов грунтов, за исключением крупнообломочных (гравийно-галечниковых) и крупнозернистых песков, так как в них, помимо содержания цемента, существенное влияние на показатели прочности и деформируемости грунтоцемента оказывают также и исходные агрегаты (твёрдые частицы). Если провести аналогию с бетонами, то следует грунтоцемент разделять как минимум на два типа: грунтоцемент – материал, получаемый в пылевато-глинистых грунтах, за исключением торфяных грунтов, аналог цементного (цементно-песчаного) раствора, и грунтобетон – материал, получаемый в средне- и крупнозернистых песках и крупнообломочных грунтах, аналог обычных и мелкозернистых бетонов.

Исходя из полученных выше зависимостей, можно сделать следующие выводы:

  1. при устройстве грунтоцементных конструкций в условиях разнородного напластования слабых водонасыщенных пылевато-глинистых грунтов значения прочности грунтоцемента на сжатие практически не зависит от вида грунта, так как большая часть грунта выносится на поверхность в составе пульпы; агрегаты нижележащих слоёв грунта при выходе на поверхность вместе с пульпой перемешиваются с вышележащими обрабатываемыми слоями, и таким образом тело сваи получается практически однородным по составу (по высоте сваи), что в своё время отмечено Малининым А.Г. (2009). Фактически прочность грунтоцемента получается приблизительно равной прочности цементного камня при заданном водоцементном отношении;

Рис. 10. Осреднённый график вероятностного распределения прочности грунтоцемента на сжатие (для песков пылеватых, суглинков текучих и супесей пластичных)

Рис. 11. График зависимости модуля деформации грунтоцемента от прочности на сжатие

  1. для слабых водонасыщенных пылевато-глинистых грунтов модуль деформации грунтоцемента находится в линейной зависимости от его прочности на сжатие (с точностью, необходимой для инженерных расчётов) в пределах получаемых величин прочности.

Натурными экспериментами подтверждена эффективность применения грунтоцементных конструкций при устройстве ограждений котлованов в условиях слабых пылевато-глинистых грунтов.

Для сравнения расчётных величин горизонтальных деформаций с натурными данными, был проведён анализ инклинометрических наблюдений за перемещениями ограждения строительной площадки. Наблюдения за горизонтальными перемещениями ограждения котлована объекта производились с помощью инклинометрических колонн, которые были установлены по периметру котлована. Данные наблюдений представлены за период экскавации грунта до отметки дна котлована (-12,0 м). На рис. 6, б представлен сравнительный график натурных данных приращений деформаций за период экскавации грунта по шести инклинометрическим колоннам и расчётных величин для схемы с учётом характеристик грунтоцемента (задача 3) и без учёта характеристик грунтоцемента (задача 4) по схеме условной балки.

Приведённые материалы исследования показали, что измеренные горизонтальные перемещения ограждения не превысили расчётных значений, что позволяет сделать вывод об эффективности применения ограждения комбинированного типа. При этом расчёт таких конструкций можно производить по методу условной балки. Расчёт ограждений комбинированного типа с учётом характеристик грунтоцемента следует проводить при наличии данных о механических характеристиках грунтоцемента, полученных непосредственными испытаниями.

Проведённые исследования позволили разработать рекомендации по применению, проектированию и расчёту ограждения комбинированного типа с использованием грунтоцементных конструкций.

Такие конструкции рекомендуется применять для ограждения глубоких котлованов вблизи зданий существующей застройки или для увеличения жёсткости существующего ограждения в ситуациях, связанных с возможным развитием значительных горизонтальных перемещений шпунтового ограждения. Решение о необходимости устройства грунтоцементных конструкций необходимо принимать на основе технико-экономического анализа, а также на основе геотехнического обоснования.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.