Delist.ru

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

Автор: Медведев Сергей Назарович

В лабораторных и полевых условиях были изучены механические свойства грунтов экспериментальных площадок. Эти свойства определяют особенности поведения грунтов под нагрузкой. Механические свойства необходимы для расчета размеров фундаментов и прогноза осадки основания. Прочность грунтов - предельное сопротивление сдвигу оценивалась в соответствии с законом Кулона по значениям удельного сцепления С и угла внутреннего трения ?. Сжимаемость грунтов оценивалась по модулю деформации Е.

Исследования показывают, что за счет цементирующего действия льда, содержащегося в порах, деформационно-прочностные свойства мерзлых грунтов в десятки раз выше, чем свойства талых.

При проектировании и устройстве фундаментов малоэтажных зданий были использованы деформационно-прочностные свойства грунтов в талом состоянии, так как под подошвой промерзание обычно не допускалось. На рис. 1. показаны зависимости Модуля общей деформации исследованных мерзлых грунтов от температуры.

Рис. 1. Зависимость модуля деформации образца мерзлого грунта от температуры: 1- песок; 2 – суглинок и 3 – глина.

При исследованиях был установлен значительный рост удельного сцепления С и угла внутреннего трения ? глинистого грунта при охлаждении. Результаты исследований приведены на рис. 2.

Рис. 2.. Зависимость прочностных показателей суглинка от температуры: 1 – сцепление – С, 2 – угол внутреннего трения - ?

Опыты показали, снижение температуры мерзлого грунта в от - 2 до – 10 °С привело к увеличению значения Модуля общей деформации грунта от 3,8 до 4,5 раза. При снижении температуры грунта от 0 до – 3 °С привело к увеличению значений удельного сцепления С и угла внутреннего трения ? от 6,1 до 8,8 и от 4,1 до 5,6 раза соответственно.

Третья глава диссертации посвящена исследованию процессов промерзания грунтов в основании фундаментов малоэтажных зданий на сезоннопромерзающих грунтах.

Основной задачей исследований являлось исследование факторов, влияющих на принятие конструктивных решений, и технологий производства строительных работ при возведении зданий на сезоннопромерзающих грунтах. Были проведены наблюдения за температурой грунта на экспериментальных площадках в г. Улан-Удэ. На площадке залегает мягкопластичный суглинок, растительность отсутствует, а зимой поверхность очищается от снега. Измерения выполнялись с помощью датчиков (терморезисторов), установленных в забое трех буровых скважин на глубине 0,5; 1; 1,5 м. Самый верхний датчик был размещен на глубине 1 см от поверхности. Отметим, что кривая изменения температуры грунта следует за кривой изменения температуры воздуха с задержкой 1-2 месяца. Максимально теплым грунт становится в августе-сентябре, а наибольшее охлаждение достигается в марте-апреле. Амплитуда колебаний температуры с увеличением глубины существенно уменьшается. Так, на глубине 1,5 м она в два раза меньше, чем на глубине 0,5 м.

При выполнении опытов в скважины опускались пластмассовые обсадные трубы, обладающие низкой теплопроводностью, а в их внутреннюю полость устанавливались пористые вкладыши для предотвращения конвекции. Опыты показали наибольшую эффективность установки датчиков температуры на различной глубине в стенке одной скважины. В качестве датчиков также можно использовать термопары (медь - константан, нихром - никель) или терморезисторы.

Согласно СНиП 2.02.01 - 83* нормативная глубина сезонного промерзания грунта принимается равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов (по данным наблюдений за период не менее 10 лет) на открытой, оголенной от снега горизонтальной площадке при уровне подземных вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания

При использовании результатов наблюдений за фактической глубиной промерзания следует учитывать, что она должна определяться не по глубине проникания в грунт температуры 0 °С, а по температуре, характеризующей согласно ГОСТ 25100-82 переход пластичномерзлого грунта в твердомерзлый

Экспериментальные исследования были организованы с учетом практики проектирования и строительства, с учетом требований строительных норм и правил. Согласно действующим нормам, нормативную глубину сезонного промерзания грунта dfn, м, при отсутствии данных многолетних наблюдений следует определять на основе теплотехнических расчетов. Для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м, ее нормативное значение допускается определять по формуле

где Mt - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, принимаемый по СНиП по строительной климатологии и геофизике, а при отсутствии в них данных для конкретного пункта или района строительства - по результатам наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях с районом строительства; d0 - величина, принимаемая в зависимости от вида грунта, м.

Значение d0 для грунтов неоднородного сложения определяется как средневзвешенное в пределах глубины промерзания.

Значение d0 в формуле (1) для площадок, сложенных неоднородными по глубине грунтами (при наличии нескольких слоев с различными значениями d0i), определяется как средневзвешенное по глубине слоя сезонного промерзания.

В первом приближении рекомендуется принимать значение нормативной глубины промерзания dfn, полученное по формуле (1), исходя из предположения, что весь сезоннопромерзающий слой сложен грунтом одного вида, имеющим коэффициент d01. Значение d01, принимаемое как среднее из величин d0i, используется для уточнения нормативной глубины промерзания dfn и средневзвешенного значения d0 с учетом фактической толщины каждого слоя грунта.

При определении нормативной глубины сезонного промерзания грунта по формуле (1), сумму абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур наружного воздуха следует принимать по СНиП 23-01-99*.

Для природных условий Республики Бурятия, где нормативная глубина промерзания грунта превышает 2,5 м, значение нормативной глубины промерзания определялось теплотехническим расчетом в соответствии с требованиями СНиП по проектированию оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах.

По формуле (1) нормативная глубина промерзания глинистого грунта экспериментальной площадки в г. Улан-Удэ составляет 2,68 м.

Экспериментальные исследования промерзания грунтов в полевых условиях выполнялись с помощью специальных приспособлений, термометров или датчиков температуры, размещаемых в одной или нескольких буровых скважинах.

Для предварительных расчетов степень пучинистости грунта определялась по значению относительной деформации морозного пучения, полученному по результатам испытаний образцов грунта в специальных установках, обеспечивающих промораживание образца исследуемого грунта в заданном температурном и влажностном режимах, и измерение перемещений его поверхности.

Испытания проводились на образцах грунта ненарушенного сложения с природной или заданной влажностью или на искусственно приготовленных образцах с заданной плотностью и влажностью, значения которых устанавливаются программой испытаний в зависимости от возможных изменений воднофизических свойств грунта в процессе строительства и эксплуатации сооружения.

Испытания проводились не менее чем для трех параллельных образцов исследуемого грунта.

Значение относительной деформации морозного пучения вычислялось как среднее арифметическое результатов параллельных определений в процессе опытов. В случае если разница между параллельными определениями превышает 30%, число определений следует увеличить.

При проведении исследований перед началом строительства зданий были организованы стационарные наблюдения за морозным пучением грунтов. Обычно они сопровождались замерами температуры. До начала сезонного промерзания на опытной площадке устанавливались марки-пучиномеры. Применялись марки с винтовыми лопастями и обсадными трубами, предотвращающими смерзание вертикальных стержней с грунтом. Пучение на заданной глубине определялись нивелировкой верхних концов марок.

+= 0,16, толщиной 2 м - ?fh = (36,5-9,4)/200 = 0,14 и толщиной 3 м - ?fh = (36,5-1,9)/300 = 0,12.

Рис. 3. Деформации морозного пучения грунтов экспериментальной площадки в г. Улан-Удэ

Четвертая глава диссертации посвящена исследованию эффективных технологий устройства оснований и фундаментов малоэтажных зданий на сезоннопромерзающих грунтах. Как показали исследования, многие аварии и деформации малоэтажных зданий на площадках с большими значениями глубины промерзания грунтов оснований в Бурятии, во многих случаях ошибки были при проектировании оснований и в процессе производства строительно-монтажных работ.

Проектирование и выбор способа устройства оснований при строительстве экспериментальных малоэтажных зданий на сезоннопромерзающих грунтах производилось с учетом природно-климатических условий Республики

При этом особое внимание уделялось выбору типа основания (естественное или искусственное), конструкции и размерам фундаментов обоснованному выбору комплекту машин и механизмов для устройства с учетом их механических параметров и стоимости выполняемых работ.

Выбор глубины заложения фундаментов малоэтажных производился с учетом исследуемых способов защиты грунтов основания от промерзания.

Для выбора эффективных методов защиты грунтов основания от промерзания и пучения и разработки технологий их устройства были тщательно изучены, существующие конструктивные, мелиоративные, теплоизоляционные и другие специальные мероприятия, применяемые при возведении малоэтажных зданий.

На многих объектах, где произошли неравномерные деформации фундаментов, для борьбы с промерзанием грунтов основания применялась теплоизоляция из слоя опилок, шлака, керамзитового гравия, пенопласта, специальных ковров. Изучение причин деформаций фундаментов показало, что не была обеспечена необходимая теплоизоляция, а в ряде случаев неправильное устройство пенопласта и других теплоизоляционных материалов привело к промерзанию грунтов оснований.

На ряде объектов, которые получили деформации при неравномерных осадках оснований и фундаментов в результате промерзания грунтов, была изучена эффективность применения следующих способов для уменьшения касательных сил морозного пучения грунтов:

- обмазка боковой поверхности фундамента битумом, дегтем;

- покрытие боковой поверхности фундамента полимерными пленками;

- устройство наружной противопучинной оболочки сухого песка, гравия или щебня (при отсутствии кольматации мелкими частицами) и т.д.

На основе анализа деформаций зданий было установлено, что нарушения технологий их устройства привели к неравномерным деформациям при сезонном промерзании и оттаивании грунтов.

При исследованиях особое внимание уделялось созданию эффективных методов защиты фундаментов отапливаемых зданий от воздействия промерзания грунтов применением теплоизоляционных материалов.

загрузка...