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 ||

Деформации грунтового массива и ограждения при разработке котлована в условиях слабых грунтов

-- [ Страница 2 ] --

Устройство шпунтового ограждения на опытной площадке котлована выполнялось при опережающей разработке траншей глубиной порядка 1,5…2 м, в которые погружались шпунтовые сваи. Разработка траншей потребовалась в связи с тем, что в техногенном слое оказалось множество твердых включений, содержащих как строительный мусор, так и конструкции фундаментов ранее снесенных зданий, препятствующих погружению шпунта.

Общий график производства работ по устройству опытного котлована и проведения мониторинга представлен на рисунке 3.

Рис. 3. Продольный и поперечный разрезы опытного котлована

К моменту начала наблюдений в опытном котловане был разработан грунт на глубину 4 м и установлены распорные конструкции (рис. 4, а). Мониторинг проводился при разработке котлована до глубины 8,5 м (рис. 4, б).

 Вид котлована: а – к моменту начала-4

Рис. 4. Вид котлована: а – к моменту начала установки контрольно-измерительного оборудования; б – после откопки до проектной отметки

Контрольно-измерительное оборудование, состоящее из 4 инклинометров, 18 поверхностных геодезических марок и пьезометров, было установлено вблизи котлована (рис. 5). Контрольно-измерительное оборудование у борта котлована, расположенного вдоль оси «А», было установлено в три створа для контроля получаемых данных. Один створ, состоящий только из поверхностных марок и пьезометра, был установлен у торцевой стены котлована.

Рис. 5. Размещение контрольно-измерительного оборудования

на опытной площадке

Наблюдения проводились в течение 90 дней после откопки котлована. В итоге были получены данные о горизонтальных перемещениях ограждения и грунтового массива вблизи него, а также данные о горизонтальных и вертикальных перемещениях поверхности грунта вблизи котлована. Дополнительно велись наблюдения за перемещением верха шпунта.

Конечные максимальные горизонтальные перемещения ограждения составили 40 мм (рис. 6, а). Максимальные горизонтальные перемещения ограждения произошли на глубине 11 м, т. е. ниже дна котлована. Максимальные перемещения грунтового массива на расстоянии 5,5 м от оси шпунта оказались вдвое меньше максимальных горизонтальных перемещений ограждения. Горизонтальные перемещения грунтового массива на расстоянии 11 м от оси шпунта отличаются от перемещений ограждения как по форме, так и по величине. Максимальные перемещения были отмечены у поверхности грунта и составили 15 мм.

Развитие горизонтальных перемещений ограждения и грунтового массива носили четко выраженный затухающий во времени характер (рис. 6 б).

Рис. 6. Данные инклинометрических измерений: а – конечные значения горизонтальных перемещений по данным всех инклинометров; б – развитие горизонтальных перемещений точек, расположенных на различных глубинах, по данным всех инклинометров

Вертикальные перемещения поверхности грунтового массива составили 38 мм (рис. 7, а).

Рис. 7. Данные наблюдений за вертикальными перемещениями марок: а – конечные значения вертикальных перемещений; б – развитие перемещений во времени

Осадки поверхности развивались во всей зоне, где проводились наблюдения. Вертикальные перемещения поверхности грунта также носили затухающий во времени характер.

В третьей главе выполнена оценка достоверности прогноза изменения напряженно-деформированного состояния ограждения котлована и массива грунта с использованием различных методов расчета, обоснован выбор упругопластических моделей грунта для проведения численного моделирования ситуации на опытной площадке. Рассмотрены следующие модели: идеально упругопластическая модель с критерием прочности Кулона-Мора (модель Кулона-Мора), нелинейная упругопластическая модель Шашкина К. Г., Шашкина А. Г., реализованная в программе FEM-Models, нелинейная упругопластическая модель Hardening Soil Model, реализованная в программе Plaxis.

Для аппроксимации зависимости пластической объемной деформации от среднего давления в нелинейной упругопластической модели, реализованной в программе FEM-Models, используется логарифмическая функция:

, (1)

где параметры и определяются на основании опытов. Вид данной зависимости приближенно можно установить по модулю общей деформации грунта.

Для аппроксимации зависимости интенсивности пластических деформаций от интенсивности напряжений используется степенная функция:

, (2)

где параметры – интенсивность деформаций при разрушении образца; с – сцепление; – угол внутреннего трения; – показатель степени, принимаемый на основании экспериментов; .

Образцы слабых глинистых грунтов озерно-морских и озерно-ледниковых отложений, отобранных из скважины, разрушаются без образования поверхности скольжения. Вертикальную деформацию ограничивают величиной 15%, что в неконсолидированно-недренированных испытаниях водонасыщенного образца соответствует осевой деформации 15%.

Вместе с тем, как показали предварительные расчеты, назначение параметров, исходя из данных предпосылок, ведет к завышенным перемещениям ограждения в сравнении с данными, полученными на опытной площадке. Это может говорить о том, что характеристики прочности и деформативности природного грунта выше, а их снижение связано с нарушением природной структуры грунта при его отборе образцов. Для проверки данного предположения при устройстве котлована на одной из строительных площадок, располагавшейся в центре города были отобраны образцы ненарушенной структуры, которые впоследствии подверглись лабораторным испытаниям.

На основании проведенных стабилометрических испытаний образцов грунта ненарушенной структуры, удалось установить, что осевая деформация при их разрушении составляет 10 %, в то время как для тех же образцов нарушенной структуры осевая деформация при разрушении составляла 15% (рис. 8).

Рис. 8. Данные стабилометрических испытаний образцов нарушенной (а) и ненарушенной (б) структуры

Для описания деформационных свойств грунта ненарушенной структуры при проведении стабилометрических испытаний по неконсолидированно-недренированной схеме была предложена зависимость для определения осевой деформации при разрушении образца:

(3)

где k – коэффициент равный 5,4 кН/м2; – недренированная прочность на сдвиг кН/м2.

Было выполнено сравнение данных, полученных на опытной площадке, с результатами расчетов. Расчеты выполнялись инженерным методом Якоби, способом коэффициента постели постоянного и переменного с глубиной, а также при помощи МКЭ с использованием упругопластических моделей грунта. В численных расчетах использовались: модель Кулона-Мора, нелинейная упругопластическая модель HSM, реализованная в программе Plaxis, нелинейная упругопластическая модель, реализованная в программе FEM-Models. Идеология построения двух последних моделей подобна, поэтому результаты, получаемые при их использовании при одинаковых исходных данных, должны быть весьма близки между собой. Подобное совпадение является подтверждением достоверности результатов, получаемых при численном моделировании.

На основании предложенной зависимости, а также на основании данных стандартных инженерно-геологических испытаний были назначены параметры моделей, используемых в расчетах.

Расчеты показали, что перемещения и изгибающий момент в ограждении, полученные на основании расчетов методом Якоби и способом коэффициента постели постоянного и переменного с глубиной превышают наблюдаемые значения (рис. 9).

Рис. 9. Сравнение результатов расчета с данными натурных наблюдений: перемещения (а) и изгибающий момент (б)

Максимальное совпадение с натурными данными демонстрируют результаты расчета с использованием упругопластических моделей, параметры которых подобраны на основании стандартных инженерно-геологических изысканий и формулы (3).

Применение МКЭ позволяет не только получить картину НДС ограждения котлована, но и массива грунта вблизи него. Вертикальные перемещения поверхности грунта, прогнозируемые нелинейными упругопластическими моделями, хорошо совпадают с натурными данными (рис. 10). Картина же осадок поверхности, полученная при использовании модели Кулона-Мора, значительно отличается от наблюдаемой.

 Сравнение данных по вертикальным-20

Рис. 10. Сравнение данных по вертикальным перемещениям поверхности грунта с результатами расчетов

Величины максимальных осадок поверхности грунта вблизи ограждения по данным расчетов соответствуют величинам максимальных горизонтальных перемещений ограждения. По результатам расчетов с использованием нелинейных упругопластических моделей максимум вертикальных перемещений отмечен на расстоянии 11 м от оси шпунта, максимум осадок, наблюдаемый в реальных условиях, отмечен на расстоянии 6,5 м от оси шпунта.

Максимальное горизонтальное перемещение произошло в непосредственной близости от оси шпунта и оказалось равным 25 мм и 24 мм по результатам расчетов с использованием нелинейных упругопластических моделей реализованных в программах FEM-Models и Plaxis, соответственно, что несколько меньше наблюдаемых значений (рис. 11).

 Сравнение данных по горизонтальным-21

Рис. 11. Сравнение данных по горизонтальным перемещениям поверхности грунта с результатами расчетов

По результатам расчетов с использованием модели Кулона-Мора максимальное горизонтальное перемещение составило 29 мм.

В четвертой главе рассмотрены вопросы проектировании ограждающих конструкций в условиях плотной городской застройки на основе нормативных методов расчета. В качестве нормативных рассматривались: расчет по первой группе предельных состояний, учитывающий полную реализацию активного и пассивного давлений, расчет по второй группе предельных состояний с использованием способа коэффициента постели постоянного и переменного по глубине. В последнее время, как правило, рассматриваются варианты устройства одно- и двухуровневых подземных парковок. Глубина вскрытия котлована под одноуровневые подземные парковки составляет 4 – 4,5 м, под двухуровневые 7 – 7,5 м.

Расчетами установлено, что учет таких факторов, как коэффициенты надежности по нагрузке и технологическая нагрузка, может значительно сказаться на результатах расчета (рис. 12).

 Зависимость момента в консольной-22

Рис. 12. Зависимость момента в консольной стенке от глубины разработки котлована

1 – при учете распределенной нагрузки и коэффициентов надежности по нагрузке (20 кПа); 2 – при учете распределенной нагрузки (20 кПа), без учета коэффициентов надежности по нагрузке; 3 – без учета распределенной нагрузки (20 кПа) и коэффициентов надежности по нагрузке

Выполненные расчеты с использованием способа коэффициента постели показали, что устройство консольного ограждения даже при разработке котлована под одноуровневую парковку недопустимо, поскольку даже при значительной жесткости ограждения снизить ее перемещения до величин, не превышающих предельно допустимые значения, не удается.

Для уменьшения параметров ограждения и снижения его перемещений необходимо устраивать раскрепления. Поскольку верхняя толща сложена слабыми сильносжимаемыми грунтами, габариты строительной площадки ограничены примыкающими зданиями и коммуникациями, как правило, устройство анкеров и анкерных стенок оказывается невозможным, требуется устройство распорных креплений.

При глубинах котлованов более 4,5 м в зонах примыкания к существующим зданиям необходимо использовать в качестве ограждающих конструкций раскрепленную железобетонную стенку и предусматривать более сложные конструктивные мероприятия – строительство методом «top-down», глубинное раскрепление и т.п.

Основные выводы

1. Использование существующих методов расчета ограждений для конкретных инженерно-геологических условий при определении как усилий в конструкциях, так и их деформаций приводит к большому разбросу результатов. Целью настоящей работы является оценка и выбор наиболее эффективного метода расчета ограждений для конкретных инженерно-геологических условий (в рассматриваемой работе – для условий центральной части Санкт-Петербурга) на основании сравнения данных натурных исследований и результатов расчетов с использованием различных методов. Для решения данного вопроса необходимо иметь результаты натурных наблюдений.

2. В центральной части Санкт-Петербурга при участии автора диссертации проведен крупномасштабный натурный эксперимент на опытном котловане, глубиной 8,5 м, размерами 31х11,5 м. В качестве ограждающих конструкций на опытной площадке использовалась шпунтовая стенка с одним ярусом распорок, установленных на глубине 3,56 м.

Максимальные горизонтальные перемещения шпунта составили 40 мм и произошли на глубине 11 м. Следовательно, наиболее эффективным является раскрепление ниже дна котлована, которое может быть выполнено, например, по технологии закрепления грунта методом jet-grouting

3. Максимальные вертикальные перемещения поверхности грунта составили 38 мм, произошли на расстоянии 6 м от оси шпунта и соответствуют максимальным горизонтальным перемещениям ограждения. Таким образом, при расчете ограждения, устраиваемого вблизи здания, необходимо чтобы горизонтальные перемещения ограждающих конструкций не превышали величины предельно допустимых дополнительных осадок зданий по ТСН 50-302-2004.

4. В лабораторных опытах отмечено значительное влияние нарушения природной структуры грунта на его деформационные характеристики. Предложен алгоритм, позволяющий определить деформационные характеристики грунта ненарушенной структуры, на основе данных статического зондирования.

Параметры нелинейных упругопластических моделей, назначенные на основе предложенного алгоритма, приводят к результатам, хорошо согласующимся с наблюдениями на опытной площадке.

5. Расхождение с данными наблюдений по величинам максимальных горизонтальным перемещений шпунта составляет 3 % и 17% для моделей, реализованных в программе FEM-Models и PLAXIS соответственно. Расхождение с опытными данными результатов расчета при использовании нормативных методов расчета значительно больше.

6. В последние годы при проектировании зданий в центральной части Санкт-Петербурга, как правило, рассматриваются варианты устройства одно- и двухуровневых подземных парковок. Глубина вскрытия котлована под одноуровневые подземные парковки составляет 4 – 4,5 м, под двухуровневые 7 – 7,5 м, т. е. ниже подошвы фундаментов зданий, что предопределяет устройство ограждений котлованов. В работе рассмотрены варианты устройства ограждений в центральной части города.

Консольные шпунтовые ограждения из расчетов по прочности и по деформациям устраивать недопустимо, необходимо устройство железобетонной стенки. При глубинах котлованов более 4,5 м в зонах вне примыкания к существующим зданиям допустимо использование как шпунтовой, так железобетонной раскрепленных стенок, в зависимости от глубины котлована и инженерно-геологических условий.

При глубинах котлованов более 4,5 м в зонах примыкания к существующим зданиям необходимо использовать в качестве ограждающих конструкций железобетонную стенку с несколькими ярусами распорок и предусматривать более сложные конструктивные мероприятия – строительство методом «top-down», глубинное раскрепление и т.п.

Публикации

1. Сливец, К. В. Экспериментальные и теоретические исследования работы гибкой подпорной стенки / К. В.Сливец // Известия ОрелГТУ. Серия «Строительство. Транспорт». – 2008. – №4, – С. 32-38. (Из списка ВАК).

2. Парамонов, В. Н. Экспериментальная проверка применимости некоторых моделей грунта для расчета ограждений котлованов / В. Н. Парамонов, К. В. Сливец // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. – 2008. – №4. – С. 139-145. (Из списка ВАК).

3. Сливец, К. В. Наблюдения и расчет ограждающих конструкций котлована, разрабатываемого в пылевато-глинистых грунтах / К. В. Сливец // Известия Петербургского государственного университета путей сообщения. – 2007. Вып. 4. – С. 186-194.

4. Сливец, К. В. Натурные наблюдения за деформациями ограждающих конструкций опытного котлована и грунтового массива / К. В. Сливец // Известия Петербургского государственного университета путей сообщения. – 2008. Вып. 3. – С. 226-234.

5. Сливец, К. В., Богданов В. В. Анализ совместной работы стенки и грунтового массива / К. В. Сливец, В. В. Богданов // Геотехника: научные и прикладные аспекты строительства надземных и подземных сооружений / Под ред. Р. А. Мангушева [и др.]. – СПб., 2008. – С. 76-80.



Pages:     | 1 ||
 





 
© 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.