Delist.ru

Технология устройства оснований и фундаментов зданий на сезоннопромерзающих грунтах (28.05.2007)

Автор: Медведев Сергей Назарович

- разработаны технологические требования, определяющие качество устройства фундаментов малоэтажных зданий на пучинистых при промерзании

Практическое значение работы заключается в следующем:

- разработаны эффективные способы выполнения земляных работ для больших толщ сезоннопромерзающих грунтов, при устройстве оснований и фундаментов малоэтажных зданий;

- предложена технология устройства защиты пучинистых грунтов оснований малоэтажных зданий от промерзания плитами пенополистирола URSA FOAM;

- разработаны нормативы проведения лабораторных и полевых исследований специфических свойств пучинистых при промерзании грунтов;

- изучены и предложены эффективные технологии земляных работ при устройстве оснований и фундаментов малоэтажных зданий на сезоннопромерзающих грунтах, миниэкскаваторов и миниэкскаваторов-погрузчиков;

- повышена достоверность прогноза неравномерных деформаций существующих малоэтажных зданий на пучинистых при промерзании грунтах;

На защиту выносятся следующие положения диссертации:

1. Результаты исследований основных причин потери эксплуатационной пригодности малоэтажных зданий на пучинистых при промерзании грунтах;

2. Методика оценки и выбора эффективных технологий устройства оснований и фундаментов малоэтажных зданий на пучинистых грунтах.

3. Результаты натурных исследований эффективных конструкций подземных частей малоэтажных зданий на пучинистых при промерзании грунтах;

4. Результаты исследований эффективных видов защиты грунтов оснований малоэтажных зданий от промерзания.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на научных конференциях и семинарах в МГСУ, ГАСИС и НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, а также на заседаниях научно-технических советов строительных организаций Республики Бурятия.

Внедрение работы. Основные результаты научных исследований внедрены при разработке проектов и строительстве малоэтажных зданий.

Публикации. Основное содержание выполненных научных исследований опубликовано в 6 научных статьях.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов, списка использованной литературы, имеющей 114 наименования. Общий объем диссертации составляет 191 страница, в т.ч. 144 страницы машинописного текста, 45 рисунков и 17 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава диссертации посвящена анализу технологий устройства оснований и фундаментов малоэтажных зданий на сезоннопромерзающих грунтах и изучению причин неравномерных деформаций фундаментов.

Исследования показывают, что прочность и долговечность всех конструктивных элементов зданий и сооружений, расположенных на сезоннопромерзающих грунтах можно обеспечить только путем исключения неравномерных и чрезмерных осадок, как в процессе строительства, так и в период эксплуатации.

В главе приведены результаты анализа аварий и деформаций малоэтажных зданий расположенных в Республике Бурятия. Установлены ошибки, допускаемые при выполнении инженерно-геологических изысканий на территориях с большими значениями глубины промерзания грунта и ошибки, допускаемые при разработке проектов малоэтажных зданий. Выявлены ошибки, допускаемые при производстве работ по устройству оснований и фундаментов малоэтажных зданий. Установлены случаи перебора грунта основания при использовании землеройных машин большой мощности, некачественного уплотнения песчано-гравийных подушек. Установлены случаи монтажа конструкций фундаментов на мерзлом (частично мерзлом) основании. Выявлены случаи нарушений технологий устройства теплоизоляционных материалов и элементов для исключения промерзания грунтов оснований зданий. На основе анализа неравномерных осадок фундаментов установлена неэффективность использования полимерных пленок, нефтепродуктов и т.д. для защиты грунтов оснований от промерзания и исключения смерзания грунта с материалом фундамента.

Для обеспечения обоснованности и эффективности применяемых технологий устройства оснований и фундаментов зданий и способов защиты грунтов оснований необходимо правильное определение свойств грунтов. В главе приведены результаты изучения существующего порядка классификации сезоннопромерзающих грунтов и особенности изучения их физических свойств, а также результаты анализа существующих методов исследования прочностных и деформативных характеристик сезоннопромерзающих грунтов в лабораторных условиях. На основе анализа аварий и деформаций более 111 зданий, которые имеют различные конструктивные решения (кирпичные, панельные, каркасные и т.д.) установлено, что во многих случаях результаты лабораторных исследований не были подтверждены результатами полевых изысканий грунтов.

Неправильное определение консистенции глинистых грунтов (IL), степени влажности (Sr) песков гравелистых, крупных и средней крупности, а также мелких и пылеватых песков и неправильное определение количества мельче 0,05 мм, привело к неправильному установлению пучинистости грунтов оснований.

При проектировании малозаглубленных фундаментов для легких зданий необходимо предусмотреть мероприятия, направленные не на преодоление сил морозного пучения, а на снижение вызванных ими деформаций до предельно допустимых величин для конкретного здания или сооружения.

Согласно действующим нормам для исключения недопустимых осадок фундаментов зданий на пучинистых грунтах глубина заложения фундаментов принимается ниже глубины сезонного промерзания.

Исследования показывают, что в тех случаях, когда в слое сезонного промерзания имеются грунты, способные воспринимать нагрузку от сооружения, такое решение будет явно нерациональным. В первую очередь это относится к малоэтажным зданиям. Был изучен опыт возведения малозаглубленных фундаментов. Для защиты их основания от промерзания и пучения применяют конструктивные, мелиоративные, теплоизоляционные и другие специальные мероприятия.

Анализ неравномерных деформаций фундаментов показал, что применение указанных выше мероприятий не всегда обеспечивает их эксплуатационную пригодность. На ряде объектов строительства малоэтажных зданий было установлено, что было допущено промерзание основания после отрывки котлована из-за нарушений технологии производства работ и это служило причиной неравномерной осадки фундаментов зданий при весеннем оттаивании грунта. Были установлены также неравномерные осадки и деформации зданий, где для исключения опасности касательных сил морозного пучения, возникающих при смерзании пучинистого грунта с боковой поверхностью фундамента были произведены: обмазка боковой поверхности фундамента битумной мастикой, покрытие боковой поверхности фундамента полимерными

Вторая глава диссертации посвящена исследованию физико - механических свойств мерзлых грунтов при разработке технологий устройства фундаментов зданий на сезоннопромерзающих грунтах.

Как показали проведенные исследования, во многих случаях значение физико-механических характеристик грунтов оснований зависит от их дисперсности. Дисперсность грунта можно оценить по удельной площади поверхности, которая представляет собой площадь поверхности частиц, содержащихся в 1 г сухого грунта. Обычно ее определяют адсорбционными методами, полагая, что масса вещества, адсорбированного образцом, прямо пропорциональна суммарной поверхности содержащихся в нем частиц. Чем мельче частицы, тем больше их удельная площадь поверхности.

В грунтах поверхность частиц за счет действия сил различной природы притягивает к себе молекулы воды, формируя пленку связанной влаги. Благодаря большей упорядоченности структуры свойства воды в пленке резко отличаются от свойств свободной или гравитационной воды. Плотность составляет 1,2… 1,5 г/см3, полное замерзание наступает при температуре при очень низких температурах, а вязкость в несколько раз превышает вязкость обычной воды. Сила притяжения пленки к поверхности частиц определяется давлением, которое достигает десятков и даже сотен МПа. По мере удаления от поверхности частиц возрастает хаотичность в расположении молекул воды, и связанная влага постепенно переходит в свободную.

Опыты показывают, многие свойства грунтов определяются количеством содержащейся в них связанной воды. В пылевато-глинистых грунтах с удельной площадью поверхности S = 50..150 м2/г при толщине пленки ? = 2·10-9 м и плотности ?w = 1,2… 1,5 г/см3 масса связанной влаги, приходящаяся на 1 г твердых частиц, составляет 0,12…0,36 г. Природная влажность обычно изменяется от 0,15 до 0,40. В таких грунтах практически вся вода является связанной. Частицы контактируют друг с другом через вязкий слой пленочной влаги, обеспечивающий подвижные, восстанавливающиеся связи. Благодаря этому пылевато-глинистые грунты обладают пластичностью. Из-за маленьких значений удельной площади поверхности и соответственно содержания связанной влаги пески не обладают пластичностью.

Опыты показывают, что различие в содержании связанной влаги проявляется и при замораживании пылевато-глинистых грунтов и песков.

Исследования физических свойств сезоннопромерзающих грунтов оснований были проведены при строительстве 12 малоэтажных зданий на территории Республики Бурятия.

В процессе исследований устанавливались четыре характеристики мерзлых грунтов: плотность, плотность частиц, суммарную влажность, влажность за счет незамерзшей воды. Для сравнения полученных данных, влажность грунта за счет незамерзшей воды определяли калориметрическим, криоскопическим и контактным способами. Влажность грунта за счет незамерзшей воды определялась контактным способом – путем измерения миграционного потока незамерзшей пленочной влаги из мерзлого грунта и др. Исследование высушенного и талого образцов грунта показало, что влага будет мигрировать из влажного образца в сухой до тех пор, пока в них не произойдет выравнивание толщины пленок связанной воды. Этот процесс наблюдался и при отрицательной температуре. Незамерзшая пленочная влага перемещается из мерзлого грунта в находящийся в контакте с ним предварительно высушенный и охлажденный образец. Определив через сутки, после начала опыта влажность второго образца, определяли значение влажности грунта за счет незамерзшей воды для исследуемого грунта при заданной температуре.

Было установлено, что содержание незамерзшей воды существенно зависит от состава грунта, а значит от его удельной площади поверхности, показателей пластичности и других характеристик, связанных с дисперсностью.

При устройстве оснований и фундаментов зданий на сезоннопромерзающих грунтах и при применении различных способов защиты грунтов от промерзания важным является правильное определение теплофизических свойств грунтов. Эти свойства определяют особенности процесса теплообмена в грунтах. Результаты этих исследований необходимы также для прогноза глубины промерзания и оттаивания грунтов оснований зданий.

Теплопроводность грунта - теплофизическая характеристика грунта, определяющая его способность проводить тепло и численно равная плотности теплового потока в нем при градиенте температур равном единице. Единица измерения - Вт/(м·°С), [ккал/(м·ч·°С)]. В лабораторных условиях, на образцах, отобранных из грунтов экспериментальных площадок, были исследованы связи между влажностью грунтов и коэффициентом теплопроводности.

Методы измерения теплопроводности делятся на стационарные и нестационарные в зависимости от того, остается постоянным или изменяется во время эксперимента температурное поле внутри образца.

Метод стационарного теплового режима - метод определения теплопроводности грунта по измеренному при испытании установившемуся (неизменному во времени) тепловому потоку через исследуемый образец при постоянных температурах и его противоположных поверхностях. Исследования проводились согласно #G0ГОСТ 26263-84 «#G1#G0Грунты. Метод лабораторного определения теплопроводности мерзлых грунтов».

Теплопроводность грунтов определялась на образцах ненарушенного сложения с природной влажностью и льдистостью при естественных или расчетных температурах, значения которых устанавливаются программой испытаний.

Изучение зависимости коэффициента теплопроводности от температуры показало, что двукратный рост влажности глинистого грунта привел к увеличению коэффициента теплопроводности на 50...70 %, а при переходе из талого в мерзлое состояние величина коэффициента теплопроводности (?) увеличилась в 1,2-1,3 раза. При опытах наблюдалось плавное понижение характеристики коэффициент теплопроводности (?) при охлаждении мерзлого

загрузка...