Придніпровська державна академія будівництва та архітектури

Бабіч Пилип Володимирович

УДК.624.131.5

Особливості розвитку крена прямокутних фундаментів на

водонасиченій основі для шару кінцевої товщини

Спеціальність 05.23.02 - Основи та фундаменти

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Придніпровській державній академії будівництва та архітектури (ПДАБ та А) Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: Заслужений діяч науки і техніки України

доктор технічних наук , професор

Швець Віктор Борисович

Придніпровська державна академія будівництва

та архітектури, завідувач кафедри основ та фундаментів

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор, Петренко Володимир Дмитрович, Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, завідувач кафедри тунелів, основ та фундаментів

кандидат технічних наук, доцент Біда Сергій Васильович, Полтавський національний технічний університет імені Ю. Кондратюка, доцент кафедри видобування нафти і газу та геотехніки.

Провідна установа:

Державний науково-дослідний інститут будівельних конструкцій, відділ основ та фундаментів будівель і споруд у складних інженерно-геологічних умовах, Державний комітет будівництва, архітектури і житлової політики, м. Київ

Захист дисертації відбудеться 5 жовтня 2006 р. о 13.00. годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.085.01 при Придніпровській державній академії будівництва та архітектури (ПДАБтаА) за адресою:

49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського 24 а.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Придніпровської державної академії будівництва та архітектури.

Автореферат розісланий 5 вересня 2006 р.

Учений секретар спеціалізованої

вченої ради К.В. Баташева

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. У практиці інженерної діяльності проблема прогнозування кренів фундаментів займає важливе місце. Згідно з СНіП 2.02.01-83* загальний крен фундаментів будинків і споруджень регламентується так само як їхня середня осадка і відносна різниця осадок.

Наявні в науково-технічній літературі дані свідчать про те, що методи розрахунку кренів фундаментів, які використовуються на денний час, у рамках схеми шару кінцевої товщини в деяких випадках не дають можливості досягти необхідної точності. Так, згідно з даними експериментальних робіт В.Б. Швеця, Е.А. Бауска, В.К. Капустіна і В.Г. Шаповала фактичні значення кренів реакторних відділень Запорізької АЕС у ряді випадків перевищили їхні розрахункові величини.

Із літературних джерел також відомо, що в зв’язку з усе більшим поширенням високих технологій виникає проблема прогнозу розвитку кренів фундаментів у часі. Ця проблема, зокрема, має місце при призначенні часу планового центрування валопроводів турбоагрегатів електростанцій більшої потужності, часу поточної корекції положення шляхів мостових кранів реакторних відділень АЕС, часу рихтування положення фундаментів, на яких змонтоване прецизійне верстатне устаткування типу металообробних центрів і промислових роботів.

Крім того, існуючі у нормативній літературі методи розрахунку кренів фундаментів базуються на використанні моделі основи у вигляді лінійного пружного ізотропного середовища. Ця модель принципово не може бути використана для прогнозу розвитку деформацій основ фундаментів (у тому числі і кренів) у часі. Особливо це стосується лінійно-деформівного шару кінцевої товщини.

Викладене дозволяє зробити висновок про те, що проблема прогнозування кренів фундаментів досить актуальна.

Зв’язок роботи з науковими програмами, темами. Виконана дисертаційна робота є частиною загальної держбюджетної науково-дослідної роботи “Розробка нових методів розрахунку основ і ефективних конструкцій фундаментів у регіональних умовах Середнього Придніпров’я” (№ ГР 0103 U 003113), яка виконувалася на кафедрі основ та фундаментів ПДАБтаА за тематичним планом Міністерства освіти і науки України.

Мета і задачі досліджень. Метою роботи є розробка методики прогнозу кренів окремо стоячих фундаментів у рамках розрахункової схеми ґрунтової основи у вигляді шару кінцевої товщини, враховуючи наявність реологічних процесів (у тому числі фільтраційної консолідації та повзучості ґрунтового скелета).

Для досягнення поставленої мети вирішувалися такі задачі:

- експериментальні дослідження поводження моделей прямокутних фундаментів на однорідній основі з модельного матеріалу, який має властивість повзучості, при ступінчато-зростаючому позацентровому навантаженні. На цьому етапі досліджень була відпрацьована методика експерименту і виявлені якісні закономірності процесу:

- експериментальні дослідження закономірностей розвитку кренів позаценторово навантажених моделей прямокутних фундаментів на ґрунтовій основі з різними текстурними особливостями;

- аналіз даних спостережень за позацентрово навантаженими прямокутними фундаментами в природних умовах;

- розробка теоретичних положень методики розрахунку кренів позацентрово навантажених фундаментів у рамках розрахункової моделі шару кінцевої товщини (у тому числі враховуючи реологічні властивості ґрунту);

- розробка практичних рекомендацій з розрахунку кренів позацентрово навантажених прямокутних фундаментів у рамках розрахункової схеми ґрунтового шару кінцевої товщини (у тому числі враховуючи реологічні властивості основи фундаменту).

Об'єкт дослідження – основа позацентрово навантажених прямокутних фундаментів на ґрунтовому шарі кінцевої товщини.

Предмет дослідження – виявлення закономірностей розвитку кренів позацентрово навантажених прямокутних фундаментів на ґрунтовому шарі кінцевої товщини (у тому числі і водонасиченому) враховуючи повзучість ґрунтового кістяка.

Методи дослідження – експериментально-теоретичні, спрямовані на виявлення напружено-деформованого стану ґрунтових основ позацентрово навантажених прямокутних фундаментів у рамках розрахункової схеми шару кінцевої товщини.

Наукова новизна отриманих результатів:

- запропонований оригінальний алгоритм визначення кренів позацентрово навантажених прямокутних фундаментів на основі у вигляді лінійного пружного ізотропного середовища для розрахункових схем ґрунтового шару кінцевої товщини та абсолютно гнучкого фундаменту;

- вперше у рамках моделі пружної водонасиченої ізотропної основи для розрахункових схем шару кінцевої товщини й абсолютно гнучкого фундаменту отримали рішення задачі про розвиток крену фундаменту в часі; ці результати узагальнені на випадок водонасиченої основи, ґрунтовий кістяк якої має властивість повзучості;

- аналогічні результати отримані для неводонасиченої основи з властивістю повзучості;

- виконані експериментальні дослідження закономірностей розвитку в часі кренів позацентрово навантажених моделей прямокутних фундаментів на водонасиченій та неводонасиченій ґрунтовій основі з різною текстурою і з властивістю повзучості.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблено практичні рекомендації з розрахунку загальних кренів позацентрово навантажених прямокутних фундаментів на ґрунтовому шарі кінцевої товщини враховуючи фільтраційну консолідацію та повзучість ґрунтового скелета основи, а також для випадку одночасного прояву зазначених фізичних процесів. Запропоновані автором рекомендації прийняті до використання в проектній практиці Українського державного інституту з проектування металургійних заводів (УкрДІПроМеЗ). Також ця методика була використана в Запорізькому відділенні Державного НДІБК для оцінки деформованого стану ґрунтових основ і фундаментів реакторних відділень Запорізької АЕС, що підтверджується актом впровадження від 02.09.2005 р.

Особистий внесок здобувача складається з:

- розробки методики випробування моделей позацентрово навантажених прямокутних фундаментів у лабораторних умовах;

- аналізу та узагальнення експериментальних закономірностей розвитку кренів позацентрово навантажених прямокутних фундаментів на ґрунтовій основі, яка має властивість повзучості;

- побудови теоретичних рішень задачі про розвиток у часі крену позацентрово навантаженого прямокутного фундаменту на водонасиченій основі, ґрунтовий скелет якої має властивість повзучості;

- розробки практичних рекомендацій з розрахунку кренів позацентрово навантажених прямокутних фундаментів на ґрунтовому шарі кінцевої товщини з урахуванням реологічних властивостей основи.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи обговорювалися й одержали позитивну оцінку на:

- науково-технічних семінарах кафедри основ та фундаментів, ПДАБтаА (1999-2006 рр.)

- науково-технічній конференції “Проблеми сучасного матеріалознавства”, ПДАБтаА (м. Дніпропетровськ, 1998 р.);

- 4-ій Всеукраїнській науково-технічній конференції “Механіка ґрунтів, геотехніка та фундаментобудування”, ДержНДІБК (м. Київ, 2000 р.);

- 5-ій Всеукраїнській науково-технічній конференції “Механіка ґрунтів, геотехніка та фундаментобудування”, ДержНДІБК (м. Одеса, 2004 р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано сім друкованих робіт, які відображають основні положення дисертації. Дві самостійні роботи містять опис пристрою устаткування і методику випробування позацентрово навантажених моделей фундаментів на ґрунтовій основі (супіску), а також основні результати теоретичних досліджень. У спільних роботах викладені методика і результати випробувань позацентрово навантажених моделей фундаментів на основі з модельного матеріалу, також освітлена методика випробування моделей фундаментів на ґрунтовій основі, результати досліджень, їхній аналіз і узагальнення; наведені основні положення виконаних автором теоретичних досліджень.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, 4-х розділів, висновку, списку використаних джерел та додатків. Вона містить 112 сторінок основного тексту, 58 рисунків, 17 таблиць і додатків на 22 сторінках. Список використаних джерел містить 132 найменування. В основу дисертаційної роботи покладені результати досліджень, проведених автором під керівництвом д.т.н., професора Швеця В.Б. у період 1998-2005 рр. При проведенні теоретичних досліджень автора консультував д.т.н., професор Шаповал В.Г.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі сформульовані актуальність, мета, наукова новизна і практичне значення отриманих результатів, зазначений особистий внесок здобувача, апробація роботи, а також викладено короткий зміст дисертації.

У першому розділі подається аналітичний огляд робіт, присвячених методам розрахунку кренів позацентрово навантажених фундаментів, методам визначення напружено-деформованого стану ґрунтових основ, що протікають у ґрунті з реологічними процесами (точніше, фільтраційній консолідації і повзучості ґрунтового кістяка), моделям і розрахунковим схемам ґрунтових основ, що використовуються для прогнозу кренів позацентрово навантажених фундаментів. Аналіз робіт М.Ю. Абєлєва, І.П. Бойка, С.С. Вялова, Н.М. Герсеванова, М.Н. Гольдштейна, М.І. Горбунова-Посадова, Б.І. Далматова, К.Є. Єгорова, Ю.К. Зарецького, Н.Л. Зоценко, С.І. Кандзюби, Г.К. Клейна, С.Н. Клепікова, Н. Н. Маслова, С.Р. Месчяна, А.А. Мустафаєва, П.Л. Пастернака, А.А. Петракова, Д.Є. Польшина, Н.П. Пузиревського, Є.А. Сорочана, В.А. Флоріна, C.Б. Ухова, Н.А. Цитовича, Г.І. Чорного, В.Г. Шаповала, В.Б. Швеця, А.В. Школи, М. Біо, Г. Бішопа, А. Кезди, Д. Леонардса, К. Терцаги, Л. Шукле та ін. дозволив зробити такі основні висновки:

- обриси фактичних (експериментальних) епюр контактних тисків центрально і позацентрово навантажених фундаментів істотно залежить від середнього тиску під підошвою фундаментів і виду ґрунту, з якого складається основа;

- чим вище середній тиск під підошвою фундаментів, тим більше експериментальні епюри контактних тисків відрізняються від теоретичних, отриманих у рамках моделі основи у вигляді пружного лінійного ізотропного середовища і розрахункової схеми абсолютно твердого фундаменту;

- у нормативних документах немає вказівок на те, як розраховувати залежності “загальний крен – час” позацентрово навантажених фундаментів, при цьому в науковій літературі є лише декілька публікацій присвячених цьому питанню, в яких у якості розрахункової використана схема напівпростору.

У зв’язку з цим був зроблений висновок про те, що проблема розрахунку кренів позацентрово навантажених фундаментів на водонасиченому ґрунтовому шарі кінцевої товщини з властивістю повзучості є досить актуальною. Ця проблема недостатньо досліджена як в експериментальному, так і в теоретичному відношенні. При цьому сучасний стан науки і практики такий, що зазначена проблема має потребу вирішення. У розділі також сформульовані мета та задачі досліджень.

У другому розділі викладені методики проведення і результати випробувань позацентрово навантажених моделей прямокутних фундаментів у лотку, адекватні випробуванням натурних фундаментів. Перехід від випробувань повно розмірних прямокутних фундаментів до моделей був зроблений за методом теорії розмірності і подібності Дідуха Б. І. (така можливість обґрунтована в 80-х роках минулого століття в роботах С. В. Довнаровича). Тут також описані методи і результати визначення деформаційних і реологічних властивостей основи. Розділ має таку структуру. Спочатку представлені методики приготування глинистої пасти, а також пристрою шаруватих ґрунтових основ та основ з модельного матеріалу. Далі представлені результати визначення деформаційних та реологічних властивостей основ, а також опис обладнання використаного для проведення експериментів. Після цього викладені методики та результати випробувань моделей фундаментів на модельному матеріалі і ґрунтовій пасті.

При проведенні експериментальних досліджень була поставлена мета виявити закономірності процесу розвитку в часі кренів моделей фундаментів із прямокутною формою підошви на ґрунтовому шарі кінцевої товщини з урахуванням реологічних властивостей ґрунту і перемінного в часі зовнішнього навантаження. У ході експериментів варіювалися такі фактори: товщина і властивості ґрунтової основи, геометричні співвідношення між довжиною, шириною підошви фундаментів і товщиною ґрунтового шару, величина ексцентриситету діючого на фундамент навантаження, характер зміни зовнішнього навантаження в часі.

Всі експериментальні дослідження були виконані в лотку з прозорими стінками внутрішнім розміром 0,8м на 0,48м і висотою 0,7м. Експерименти були виконані у два етапи. На першому етапі випробувань було проведено 18 дослідів, а на другому – 12 дослідів. За основу на першому етапі досліджень був використаний модельний матеріал, а на другому – глиниста паста та пісок.

На першому етапі випробувань варіювалися геометричні розміри моделей фундаментів і відношення ширини підошви фундаментів до товщини основи. Щоб виключити високу трудомісткість готування ґрунтової пасти і низьку відтворюваність її властивостей у кожному конкретному експерименті, досліди виконувалися на модельному матеріалі (поліуретані), який має реологічні властивості. На другому етапі випробувань варіювалися властивості ґрунту та текстура основи. Ці досліди були виконані на глинистій пасті та піщаній основі зі застосуванням сталевого штампа 100100 мм і товщиною 5 мм, що дозволило змоделювати твердий фундамент. У першій серії випробувався шар суглинку товщиною 100 мм при відношенні =2H/b=2 і співвідношенні розмірів сторін підошви фундаменту =L/b=1. У другій серії була випробувана двошарова основа потужністю 200 мм (нижній шар – суглинок, а верхній – дрібний пісок), товщина кожного шару складала 100 мм. Параметри =2H/b і =L/b у даному випадку дорівнювали відповідно 4 і 1. У третій серії експериментів випробувалася тришарова основа, нижній шар якої - складний суглинок (100 мм), середній – дрібний пісок (100 мм) і верхній – суглинок (50 мм), =2H/b=5 і =L/b=1. Ексцентриситети додатка навантаження дорівнювали 10 і 20 мм. Були зроблені такі висновки:

- розраховані за методикою СНіП і фактичні осадки фундаментів на шарі кінцевої товщини дуже близькі між собою (рис. 1);

- розраховані за методикою СНіП загальні крени фундаментів, як правило, менші від експериментальних (рис.2);

Рис. 1. Залежності “середня осадка – навантаження”, отримані в ході випробувань ґрунтової тришарової основи Н=250 мм.: 1 – ексцентриситет додатка навантаження е=10мм; 2 – ексцентриситет додатка навантаження е=20 мм. Криві 1 і 2 – експеримент, 3 – розрахунок за СНіП 2.02.01-83*.

- крени позацентрово навантажених фундаментів на основі з пилувато-глинистих ґрунтів змінюються в часі (рис. 3).

Рис. 2. Залежності “загальний крен – вертикальне навантаження”, отримані в ході випробувань ґрунтової тришарової основи Н=250 мм. 1,3 – ексцентриситет додатка навантаження е=0,1b=10 мм; 2,4 – ексцентриситет додатка навантаження е=0,2b=20 мм. Криві 1 і 2 – експеримент, 3 і 4 – розрахунок за СНіП 2.02.01-83*.

У третьому розділі представлені результати теоретичних досліджень, спрямованих на розробку методики розрахунку залежностей “загальний крен фундаменту – навантаження” і “загальний крен фундаменту – час”. В усіх випадках були використані розрахункові схеми абсолютно гнучкого фундаменту та ґрунтового шару кінцевої товщини.

При цьому як моделі ґрунтового шару були використані моделі лінійного пружного ізотропного та водонасиченого лінійного пружного ізотропного середовища, моделі спадково-пружного ізотропного та водонасиченого спадково-пружного ізотропного середовища.

Дослідження виконувалися в такій послідовності:

- визначення прогинів водонасиченої основи при впливанні на модель фундаменту перемінної в часі зосередженої сили;

- визначення кренів фундаментів як функції часу;

- надання отриманих у такий спосіб результатів у табличній формі.

Рис. 3. Залежності “загальний крен – час”, отримані в ході випробувань тришарової основи. 1 – ексцентриситет додатка навантаження е=0,1b=10 мм; 2 – ексцентриситет додатка навантаження е= 0,2b=20 мм.

Як базові (тобто фундаментальні) були використані отримані Ю.К. Зарецьким рішення для зосередженої сили в рамках розрахункових схем пружного неводонасиченого і водонасиченого шару кінцевої товщини відповідно.

Для неводонасиченої основи було отримано рішення у вигляді:

де i – крен у напрямку сторони “L”, Q – діюча на фундамент рівнодіюча вертикальних навантажень, е – ексцентриситет її додатка, G – модуль зсуву основи; b і L – розміри підошви фундаменту; Н – товщина ґрунтового шару; ai і d – коефіцієнти апроксимації функції зміщеними поліномами Чебишева виду ; ; bj - коефіцієнти зміщених поліномів Чебишева ступеня i. Рішення (1) було приведене до безрозмірного виду і протабульоване (див. таблицю 1). Обчислення подвійного інтеграла виконувалося методом трапецій.

Аналогічне (1) за формою рішення було отримане для водонасиченого ґрунтового шару кінцевої товщини (через громіздкість воно в цьому рефераті не приводиться).

Таблиця 1

Коефіцієнти Ke, встановлені в рамках розрахункової схеми абсолютно гнучкого фундаменту на шарі кінцевої товщини

Форма фундаменту і напрямок дії моменту | =L/b | Коефіцієнт Ке при =2Н/b, рівному

0,5 | 1 | 1,5 | 2 | 3 | 4 | 5

Прямокутний, з моментом уздовж більшої сторони | 1 | 0,40 | 0,69 | 0,78 | 0,81 | 0,83 | 0,84 | 0,84

1,2 | 0,39 | 0,74 | 0,88 | 0,92 | 0,96 | 0,96 | 0,97

1,5 | 0,38 | 0,78 | 0,98 | 1,06 | 1,11 | 1,13 | 1,13

2 | 0,38 | 0,79 | 1,07 | 1,21 | 1,32 | 1,35 | 1,36

3 | 0,38 | 0,77 | 1,10 | 1,33 | 1,56 | 1,65 | 1,69

5 | 0,38 | 0,76 | 1,08 | 1,34 | 1,71 | 1,92 | 2,03

10 | 0,38 | 0,76 | 1,08 | 1,32 | 1,69 | 1,97 | 2,19

Прямокутний, з моментом уздовж меншої сторони | 1 | 0,40 | 0,69 | 0,78 | 0,81 | 0,83 | 0,84 | 0,84

1,2 | 0,33 | 0,58 | 0,67 | 0,70 | 0,72 | 0,72 | 0,72

1,5 | 0,26 | 0,47 | 0,54 | 0,57 | 0,59 | 0,59 | 0,59

2 | 0,20 | 0,35 | 0,41 | 0,44 | 0,45 | 0,46 | 0,46

3 | 0,13 | 0,23 | 0,28 | 0,29 | 0,31 | 0,31 | 0,31

5 | 0,08 | 0,14 | 0,17 | 0,18 | 0,18 | 0,19 | 0,19

10 | 0,04 | 0,07 | 0,08 | 0,09 | 0,09 | 0,09 | 0,09

Виконані автором теоретичні дослідження дозволили зробити такі висновки:

1. У процесі фільтраційної консолідації крен моделі прямокутного фундаменту, розташованого на шарі кінцевої товщини на інтервалі часу t(0,?), змінюється в 2(1н) рази. При цьому якщо коефіцієнт Пуассона ґрунтового скелета 0,5, то зміни крену в часі не відбувається взагалі.

2. Чим вище значення коефіцієнта Пуассона ґрунтового кістяка водонасиченого шару кінцевої товщини і менше відношення 2Н/b, тим швидше відбувається стабілізація крену фундаменту.

3. Для прийнятих у СНіП 2.02.03-83* співвідношень між товщиною ґрунтових шарів і розмірами сторін прямокутних фундаментів для моделі абсолютного гнучкого фундаменту (ця модель відповідає лінійному закону зміни контактної епюри на межі фундаменту і основи) складена таблиця 1 для визначення коефіцієнтів Кe. Ця таблиця ідентична таблиці 5 на сторінці 40 СНіП 2.02.01-83*, яка складалася для розрахункової схеми абсолютно твердого фундаменту.

4. Якщо перекидний момент діє в напрямку сторони L, то чим менше відношення L/b, тим швидше завершується процес розвитку крену в часі (рис. 4 і 5).

5. Якщо L>b, то чим менше відношення L/b, тим швидше відбувається стабілізація процесу розвитку в часі крену фундаменту (рис. 4 і 5).

Рис. 4. Залежності “відносний крен – логарифм безрозмірного часу”. Крен у бік більшої сторони. Коефіцієнт Пуассона = 0,3. =2H/b=1; 1- L/b = 1,0; 2 - L/b =1,5; 3- L/b =2,0; 4 – L/b = 3,0; 5 – L/b = 4,0; 6 – L/b =5,0; 7 - L/b = 10,0.

Рис. 5. Залежності “відносний крен – логарифм безрозмірного часу”. Крен у бік меншої сторони. Коефіцієнт Пуассона = 0,3, =2·H/b=1; ряд 1 - L/b=1;ряд 2 - L/b=1,5; ряд 3- L/b=2,0; ряд 4 – L/b=3; ряд 5 – L/b= 4; ряд 6 – L/b=5;ряд 7 - L/b=10.

Загалом було зроблено висновок про те, що отримані теоретичні результати мають високу якісну відповідність експериментальним даним і сучасним уявленням про ущільнення водонасичених основ.

У четвертому розділі викладені основні положення запропонованої методики розрахунку загального крену позацентрово навантажених прямокутних фундаментів, приведені нижче по пунктах:

1. Необхідно розрізняти стабілізовані (i) і поточні (it) значення крену:

- під стабілізованим слід розуміти значення крену у момент закінчення терміну експлуатації (tэ) даного класу споруди, для фундаментів якої проводиться розрахунок крену;

- під поточним it значенням слід розуміти крен фундаменту в інтервалі часу 0?t< tэ;

При визначенні стабілізованого крену фундаментів слід розрізняти основи, складені звичайними і структурно-нестійкими грунтами. До структурно-нестійких слід відносити лісові просадні, набухаючі, слабкі пилувато-глинисті водонасичені, заторфовані, засолені і насипні грунти.

2. При визначенні стабілізованих значень крену слід також розрізняти два характерні випадки. У першому випадку середній тиск під підошвою штампу Рср. ? 0,3 МПа, а в другому Рс > 0,3 МПа.

3. Стабілізований крен визначається по формулі (10) на стор. 41 СНіП 2.02.01-83*, тобто

де , Е, Ке, Кm, а, N і е – див. пояснення до формули (10) на стор. 41 СНіП 2.02.01-83*. Якщо основа не складена слабкими грунтами, а середній тиск під підошвою фундаменту Рср.? 0,3 МПа, то коефіцієнт Km у формулі (2) слід визначати по таблиці 3 на стр.39 СНіП 2.02.01-83*, а коефіцієнт Ke – по таблиці 5 на сторінці 40 СНіП 2.02.01-83*. При цьому товщину ґрунтового шару Н слід визначати відповідно до рекомендацій п.2.40 на стр.9 і п.8 стр.39 СНіП 2.02.01-83*.

Якщо основа або складена слабкими ґрунтами, або середній тиск під підошвою фундаменту Рср.>0,3 МПа, або мають місце одночасно обидва обумовлені вище чинники, товщину лінійно-деформованого шару слід приймати в межах від підошви фундаменту до крівлі ґрунту з модулем деформації Е ? 100 МПа. При цьому коефіцієнт Кm слід приймати рівним 1, а коефіцієнт Кe – по таблиці 1.

3. При розрахунку поточних значень кренів фундаментів варто розрізняти 2 варіанти розрахунків:

- коли ступінь вологості основи G < 0,8 розрахунок виконується за формулою (2)

- коли ступінь вологості основи G ? 0,8 розрахунок виконується за формулою (3)

У формулах (2) і (3) прийняті такі позначення:

і – стабілізоване значення крену фундаменту, розраховане по формулі (10) на стор. 41 СНіП 2.02.01-83*; it – значення крену фундаменту в момент часу t (0,tэ);

tэ – час експлуатації даного спорудження; K(t,ф) – ядро повзучості ґрунтового кістяка;

iф (t) – крен фундаменту, зумовлений процесом, що протікає в часі, обтиску рідини з порожнин ґрунту.

4. Ядра повзучості рекомендується визначати за методикою Зарецького Ю.К. (див. “Теорія консолідації ґрунтів”) і Шаповала В.Г. (див. докторську дисертацію) і приймати у виді

K( t,ф) = д exp [-д(t-)];

K( t,ф) = д exp [-д1(t-)] + г exp[-г1 (t- )]; (5)

5. Значення кренів фундаментів, що зумовлені фільтраційною консолідацією, варто розраховувати з використанням таблиць Додатка. При цьому випливає перехід від безрозмірного t* до фактичного t часу з використанням рівності (5)

, (6)

де Сv – коефіцієнт фільтраційної консолідації.

Далі за параметрами н і =2H/b знаходиться відповідному розглянутому типові ґрунтових умов таблиця.

6. Якщо моментне навантаження вимірюється в часі, то його варто замінити ступеневим і далі за формулами (2 - 6) розрахувати значення кренів для кожного ступеня, а отримані результати скласти.

7. Якщо основа має шарувату текстуру, то фактичні значення коефіцієнтів просторової консолідації і ядра повзучості окремих шарів варто замінити їхніми приведеними значеннями. Для досягнення цієї мети варто використовувати такі формули:

K (t,) =; Ai =ki – ki-1 ; (6)

i=1,….n

де Кi(t,) - ядро повзучості i-того шару; Cvi - коефіцієнт консолідації i-того шару; Ai , Ki – див. п.7 СНіП 2.02.01-83*; hi - товщина i-того шару; n – число шарів hi, що залягають у межах лінійно-деформованого шару потужністю H.

Далі у розділі наведено результати перевірки запропонованої методики визначення загальних кренів фундаментів на адекватність експериментові. Для досягнення цієї мети були використані результати випробувань моделей фундаментів та дані натурних спостережень за кренами реакторних відділень Запорізької АЕС (табл. 2).

Таблиця 2

Приведені характеристики основ реакторних відділень Запорізької АЄС, результати розрахунку їхніх загальних кренів відповідно до методики СНіП 2.02.01-83* і запропонованої методики

№

РО |

E,

КПа |

е,

м |

N,

кН·103 |

b,

м |

Н,

м | =

2Н/b |

Km |

Ke |

Iрасч |

I* расч |

Iфакт

1 | 28100 | 0,349 | 0,53 | 2590 | 68 | 73,55 | 2,16 | 1,5 | 0,4832 | 0,352 | 0,888 | 0,92

2 | 27900 | 0,346 | 0,53 | 2590 | 68 | 68,95 | 2,03 | 1,5 | 0,4806 | 0,353 | 0,893 | 0,6

3 | 25500 | 0,357 | 0,53 | 2590 | 68 | 78,55 | 2,31 | 1,5 | 0,4862 | 0,387 | 0,975 | 1,04

4 | 27800 | 0,345 | 0,53 | 2590 | 68 | 31,35 | 0,92 | 1,5 | 0,3892 | 0,287 | 0,712 | 0,274

5 | 28400 | 0,347 | 0,03 | 2590 | 68,5 | 32,8 | 0,96 | 1,5 | 0,3996 | 0,016 | 0,04 | 0,178

6 | 35200 | 0,331 | 0,03 | 2590 | 68,5 | 30,65 | 0,89 | 1,5 | 0,3814 | 0,012 | 0,031 | 0,043

У таблиці 2 прийняті такі позначення: № РО – номер реакторного відділення; Е – приведений модуль загальної деформації; – приведене значення коефіцієнта Пуассона; N – діюча на рівні підошви фундаменту рівнодіюча вертикального навантаження; е – ексцентриситет її додатка; b – ширина підошви фундаменту; Н – товщина ґрунтового шару; - відносна товщина шару, Km і Ke -см. СНіП 2.02.01-83*; Iрасч розраховане за методикою СНіП; I*расч – розраховане за пропонованою методикою та Iфакт – фактичне значення загального крену РО.

Далі представлено матеріали впровадження результатів досліджень у практику.

Зроблено висновок про те, що запропонована методика визначення кренів фундаментів у рамках розрахункової схеми шару кінцевої товщини цілком може бути використана для вирішення практичних задач.

У висновку викладені загальні висновки з проведених досліджень.

У додатку представлені таблиці для розрахунку кренів фундаментів у рамках моделі пружного водонасиченого середовища та дані про впровадження результатів досліджень.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Має місце проблема розрахунку кренів окремо стоячих фундаментів у часі. Ця проблема зумовлена тим, що існує ряд технологічних процесів, в яких необхідно заздалегідь знати, наскільки в майбутній момент часу зміниться крен фундаменту. До таких процесів відносяться виробництво великорозмірних деталей на прецизійних верстатах, робота турбін і генераторів на електростанціях і т.д.

2. Експериментальним шляхом показано, що крени фундаментів на основах із слабких ґрунтів, як правило, перевищують їхні значення, розраховані згідно з рекомендаціями Норм.

3. У ході теоретичних досліджень було встановлене наступне.

3.1. Крени на лінійно-деформованому шарі кінцевої товщини абсолютно гнучких і абсолютно твердих фундаментів із прямокутною формою підошви відрізняються одне від одного. Ця відмінність складає 9...70%, якщо перекидаючий момент діє убік більшої сторони і 33...72 %, якщо перекидний момент діє убік меншої сторони.

3.2. Отримані в рамках теорії спадкоємної пружності аналітичні рішення про розвиток крену фундаменту з прямокутною формою підошви в часі в рамках розрахункової схеми основи у вигляді шару кінцевої товщини дозволили зробити висновок про те, що криві “крен-час” прямокутних фундаментів з різними співвідношеннями сторін подібні.

3.3. Аналіз, отриманого в рамках моделі пружного водонасиченого середовища рішення про розвиток у часі крену фундаменту з прямокутною формою підошви на ґрунтовому шарі кінцевої товщини, дозволив зробити висновок про те, що в даному випадку характер кривої “крен – час” визначається геометричними розмірами фундаменту (довжиною і шириною його підошви), товщиною ґрунтового шару і коефіцієнтом Пуассона ґрунтового кістяка . Зокрема, при >0,5 і інших рівних умовах фільтраційна консолідація зникає, а крен залишається незмінним у часі.

4. Розроблено методику розрахунку кренів фундаментів із прямокутною формою підошви в рамках розрахункової моделі шару кінцевої товщини як функцій часу. У її основу покладено отримані у процесі дослідження рішення про крен фундаменту на водонасиченому лінійно-деформованому шарі кінцевої товщини, повзучість ґрунтового кістяка якого підлягає теорії спадкоємної пружності. Практичні рекомендації прийняті до використання в практиці проектування Українського державного інституту з проектування металургійних заводів (Укргіпромез), що підтверджуються листом № 49/5306 від 16.11 2005 р.

5. Результати досліджень були застосовані Запорізьким відділенням Державного Науково-дослідного інституту будівельних конструкцій (ЗВ НДІБК) при оцінці деформованого стану ґрунтових основ і фундаментів реакторних відділень Запорізької АЕС, що підтверджується актом впровадження від 02.09.2005 р.

6. У даному дослідженні вдалося охопити лише частину проблеми розрахунку кренів фундаментів на ґрунтовому шарі кінцевої товщини. Перспективним є подальше дослідження ефекту початкового напірного градієнта водонасичених основ, складених глинистими ґрунтами.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Бабич Ф.В. Методика исследования кренов моделей внецентренно нагруженных прямоугольных фундаментов //Вісник академії: Науков. та інформ. бюл. /ПДАБтаА. – Дніпропетровськ, 1998. - №8 – С.6-8.

2. Швець В.Б., Бабич Ф.В. Влияние эксцентриситета приложения нагрузки на крен моделей фундамента // Вісник академії: Науков. та інформ. бюл. / ПДАБтаА. – Дніпропетровськ, 1999. - №9 – С.53 - 58. (Внесок здобувача – розробка методики й обробка результатів іспитів моделей прямокутних фундаментів у лотку).

3. Швець В.Б., Бабич Ф.В., Андрєєв В.С. Исследование кренов моделей внецентренно загруженных фундаментов на основании конечной толщины // Проблеми сучасного матеріалознавства: Збірник наукових праць / Мінвуз України. – Дніпропетровськ, 1999. -Вип.8 – С.118-120. (Внесок здобувача – удосконалення методики постановки експериментів).

4. Бабич Ф.В., Швець В.Б. Экспериментальные исследования кренов прямоугольных фундаментов на слое конечной толщины // Будівельні конструкції: Міжвідомчий науково-техн. збірник / НДІБК. – Київ, 2000. - Вип.53/1 – С.314-318. (Внесок здобувача – проведення експерименту, обробка результатів випробувань та їх аналіз).

5. Бабич Ф.В. Метод прогнозирования развития кренов фундаментов на водонасыщенном основании // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. – Дніпропетровськ: ПДАБтаА, 2003. - №12. – С. 4-10.

6. Шаповал В.Г., Бабич Ф.В., Капустін В.В., Шаповал А.В., Андрєєв В.С. Закономерности развития во времени кренов фундаментов с прямоугольной формой подошвы на слое на грунтовом водонасыщенном основании // Будівельні конструкції: Міжвідомчий науково-техн. збірник / НДІБК. – К., 2004. - Вип. 61/1 – С.193-200. (Внесок здобувача – розробка методики розрахунку залежносты “загальний крен фундаменту – час”).

7. Бабич Ф.В., Швець В.Б. Закономерности развития во времени кренов фундаментов сооружений на водонасыщенном основании в рамках расчетной схемы слоя конечной толщины. // Новини науки Придніпров'я: Науково-практичний журнал / ПДАБА, ДДМА. – Дніпропетровськ, 2005. - №3 – С.25-31. (Внесок здобувача – розробка методики визначення кренів фундаментів як функції часу і представлення отриманих таким способом результатів у табличній формі).

Анотація

Бабіч П.В. „Особливості розвитку крена прямокутних фундаментів на водонасиченій основі для шару кінцевої товщини” – рукопис.

Дисертація на здобуття ученого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.02 – Основи та фундаменти. – Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпропетровськ, 2006.

Дисертація присвячена питанням розвитку методів розрахунку кренів фундаментів на ґрунтовій (у тому числі водонасиченій) основі в рамках розрахункової схеми шару кінцевої товщини. При її написанні переслідувалася мета розробити методики розрахунку кренів фундаментів на слабких ґрунтах з урахуванням реологічних властивостей основи.

Основними результатами роботи є:

- експериментальні лабораторні дослідження закономірностей розвитку кренів моделей фундаментів, які мають позацентрово навантаження на основі, що має властивість повзучості, їхній аналіз і узагальнення;

- експериментальні натурні дослідження закономірностей розвитку кренів фундаментів які мають позацентрове навантаження на основі, що має властивість повзучості, їхній аналіз і узагальнення;

- теоретичні дослідження закономірностей розвитку кренів фундаментів які мають позаценторове навантаження прикладене поза центром на основі, що має властивість повзучості;

- методика розрахунку стабілізованих (при t) кренів фундаментів які мають позацентрове навантаження;

- методика розрахунку кренів фундаментів які мають позацентрове навантаження як функції часу.

Ключові слова: основи будівель і споруд, фундаменти які мають позацентрове навантаження; шар кінцевої товщини; фільтраційна консолідація, повзучість, крен фундаменту.

Аннотация

Бабич Ф.В. „Особенности развития крена прямоугольных фундаментов на водонасыщенном основании для слоя конечной толщины”– рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.02 – основания и фундаменты. – Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры, Днепропетровск, 2006.

Диссертация посвящена вопросам развития методов расчета кренов фундаментов на грунтовом (в том числе водонасыщенном) основании в рамках расчетной схемы слоя конечной толщины. При ее написании преследовалась цель разработать методики расчета кренов фундаментов на слабых грунтах при учете реологических свойств основания.

Основными результатами работы являются:

- экспериментальные лабораторные исследования закономерностей развития кренов внецентренно нагруженных моделей фундаментов на обладающем свойством ползучести основании, их анализ и обобщения;

- экспериментальные натурные исследования закономерностей развития кренов внецентренно нагруженных фундаментов на обладающем свойством ползучести основании, их анализ и обобщения;

- теоретические исследования закономерностей развития кренов внецентренно нагруженных фундаментов на обладающем свойством ползучести основании;

- методика расчета стабилизированных (при t ) кренов внецентренно нагруженных фундаментов, согласно которой следует различать стабилизированные (i) и текущие (it) значения кренов. Под стабилизированным следует понимать значение крена в момент окончания срока эксплуатации (tэ) данного класса сооружения, для фундаментов которого производится расчет крена. Под текущим it значением следует понимать крен фундамента на интервале времени 0 ? t< tэ. При определении стабилизированных кренов фундаментов следует различать основания, сложенные обычными и структурно-неустойчивыми грунтами.

Разработана методика расчета кренов отдельно стоящих прямоугольных фундаментов на грунтовом слое конечной толщины. Ее основными отличиями от методики СНіП являются:

- более детальный учет свойств грунтового основания (особо выделяется случай, когда основание сложено слабыми грунтами) и действующих на фундамент нагрузок (рассматриваются случаи, когда среднее давление под подошвой фундамента меньше, либо равно 0,3 МПа и превышает 0,3 МПа);

- учет реологических свойств грунтовых оснований.

Разработанная методика была принята к использованию в проектной практике Украинского государственного института по проектированию металлургических заводов (УкрГИПроМеЗ). Также методика была применена Запорожским Отделением НИИСК для оценки кренов реальных сооружений – реакторных отделений первой и второй очереди Запорожской АЭС.

Ключевые слова: основания зданий и сооружений, внецентренно нагруженный фундамент; слой конечной толщины; фильтрационная консолидация, ползучесть, крен фундамента.

SUMMARU

P.V. Babich. “Peculiarities of development of the roll of the rectangular bases on the water-sated basis for the layer of final thickness”. The Manuscript.

The thesis for obtains the degree of Candidate of Technical sciences. The specialty code is 05.23.02 - bases and foundations. - Pridneprovskaya State academy of civil engineering and architecture, Dniepropetrovsk, 2006.

The thesis is devoted the problems dealing with the development of rating principles for foundation inclinations on a soil (also water-deposited) bed within the framework of rated scheme for ultimate thicknes layer. The aim of the research is to elaborate methods for rating foundation inclinations on soft ground considering rheologic properties of the base.

We have the folloving results:

- experimental laboratory researching the regularity of the development of foundation inclirations (non-centrally loaded foudations on a base having creep), their analysis and generalisation;

- experimental natural researching the regularity of the development of foundation inclirations (non-centrally loaded foudations on a base having creep) their analysis and generalisation;

- theoretical researching the regularity of the development of foundation inclinations (non-centrally loaded foudations on a base having creep);

- methods for rating stabilized (if t ) foundation inclinations (non-centrally loaded foudations on a base having creep);

- methods for rating foundation inclinations (non-centrally loaded foudations on a base having creep) as a time function.

Keywords: footings (beds, nases), non-centrally loaded foundations, ultimate thickness layer, filtration consolidation, creep, foundation inclination.

Підписано до друку 25.05.06 Формат 6Ох84/16. Папір офсетний. Гарнітура Times.

Друк офсетний. Умов. друк. арк.. 1,16 Умов. фабр. вiдб. 1,16 Обл. видавн. арк. 1,19

Наклад 100 прим. Замовлення №125.

Видавництво "Нова Ідеологія".

49044, м. Дніпропетровськ, вул. Гоголя, 15а.

Свідоцтво ДК №191 вiд 20.09.2000р.