Проектирование оснований, усиленных структурными армоэлементами из цементо-грунта
Группой разработчиков НИПП "ИНТРОФЭК" на уровне изобретения предложена технология формирования регулируемых пространственных структур, повышающая надежность армирования структурно-неустойчивых и слабых водонасыщенных грунтов в основании зданий и сооружений. Способ осуществляется в следующей последовательности.
Сначала бурится скважина. На ее стенке выполняется продольный концентратор напряжений. Запирается верхняя часть скважины и в массиве образуется вертикальная плоскость разрыва, которая заполняется под давлением вспененным цементо-грунтовым раствором. При этом образуется армоэлемент. Затем производят выдержку твердеющего материала от 7-ми до 24 часов, зачищают скважину в этом возрасте, выполняют разворот резца под заданным углом и, создавая новый разрыв, формируют структурный элемент требуемой формы и размеров.
Разрывы и армоэлементы могут быть размещены под любыми углами в диапазоне от 0 до 360° в зависимости от поставленных задач, формы фундамента и требуемой степени армирования.
Из созданных структурных элементов компонуют в основании фундаментов зданий и сооружений пространственные структуры. Изменяя длину, толщину, высоту и прочностные показатели твердеющего материала армоэлементов, способ позволяет в широком диапазоне менять степень армирования грунтового массива и его геотехнические характеристики.
Наиболее эффективно применение этого способа при закреплении грунтов под плитными фундаментами через инъекционные трубки (рис.1).
Рис. 1
С целью разработки методики проектирования оснований, усиленных регулируемыми структурными элементами, был проведен анализ методик расчета оснований по деформациям согласно различным нормативным документам (СНиП, СП, ТСН). Сделан вывод о том, что эти методики недостаточно согласуются между собой и обладают рядом недостатков. Так, расчет осадок основания, армированного элементами из цементо-грунта, проводят с использованием средневзвешенного модуля деформации для армированного слоя грунта. Не учитывается фактическое расположение армоэлементов, а параметры закрепления входят в расчеты косвенно.
Для того чтобы при расчетах учитывать влияние различных факторов при любом их сочетании необходимо использовать существующие программные комплексы, основанные на методе конечных элементов, которые позволяют определить деформации армированного основания.
Для проведения численного моделирования НДС оснований, усиленных элементами повышенной жесткости, был выбран программный комплекс "ANSYS", который позволяет моделировать пластическое поведение материала. В расчетах использована упруго-пластическая модель Друкера-Прагера с известными из испытаний грунтов по ГОСТ механическими параметрами (Е, н, С, ). Всего было решено более 200 задач при различных сочетаниях параметров усиления.
На первом этапе была решена серия тестовых задач по исследованию влияния размеров расчетной области основания, размеров конечных элементов на окончательный результат. На частных примерах была показана достоверность результатов вычислений по МКЭ сходимостью с результатами расчета по СНиП (погрешность менее 5%) (рис.2).
Рис. 2 - Деформации однородного основания (поперечный разрез)
Далее были проведены численные эксперименты по взаимодействию плитных фундаментов с основанием, армированным регулируемыми структурными элементами (рис. 3). По результатам определения НДС оснований с различными параметрами закрепления было выявлено существенное влияние каждого из них в отдельности. На рис. 3 показано влияние параметров усиления на деформации основания, определенные по МКЭ и методикам СНиП 2.02.01-83* и СП 50-101-2004.
Рис. 3 - Фундаментная плита на основании, армированном структурными элементами
Рис. 4 - Влияние параметров усиления на деформации основания
Результаты численных экспериментов показали, что при проектировании основания, армированного регулируемыми структурными элементами необходимо учитывать влияние различных факторов (содержание цемента в цементо-грунтовом камне Q, размер ячейки структурных армоэлементов bAe, их толщина дAe, глубина усиленного основания hAe, вынос армоэлементов за грань фундамента dAe) на его осадку.
Для выбора оптимального проектного решения и нахождения значений осадки при различном сочетании параметров пространственных структур необходим большой объем численных исследований. Современные методы планирования эксперимента и обработки его результатов позволяют существенно сократить число необходимых для проведения опытов.
В качестве функции отклика было принято изменение осадки основания SAe/S (SAe - осадка основания, закрепленного структурными элементами, S - осадка естественного основания). Входными параметрами явились факторы, оказывающие существенное воздействие на объект исследования (Q, bAe, дAe, hAe/H, dAe). При планировании применялся центральный композиционный план второго порядка полного факторного эксперимента (ПФЭ). грунт армирование сооружение геотехнический
Для определения SAe и S были выполнены численные эксперименты с использованием программного комплекса "ANSYS". При моделировании был принят жесткий плитный фундамент шириной b=12м и длиной l=24м с физико-механическими характеристиками бетона, т. е. модуль деформации Е=26700МПа, коэффициент Пуассона н=0.1. Давление по подошве принималось р=0.2МПа. Физико-механические характеристики основания следующие: модуль деформации Е=9МПа, коэффициент Пуассона н=0.35 удельное сцепление С=20кПа, угол внутреннего трения =18.
В результате установлена аналитическая зависимость между деформацией основания, усиленного структурными цементно-грунтовыми элементами (SAe/S), и параметрами закрепления:
Sae/S=(1.11 - 0.00163 Q - 0.185 bae + 3.446 дae - 1.009 hae/H -
- 0.121 dAe + 0.0002 Q bAe - 0.0043 Q ДAe - 0.0034 Q hAe/H - 5.9410-4 QdAe +
+ 0.0714 bAe hAe/H - 2.087 дAe hAe/H + 0.0518 dAe hAe/H - 0.0012 Q bAeHAe/H +
+ 0.028 Q ДAe hAe/H+ 7.23810-4 Q dAe hAe/H + 1.9210-5 Q2 + 0.053 bAe2 -
-24.71 дAe2 + 0.321 (hAe/H)2 + 0.015 dAe2)k1 k2.(1)
Здесь:
K2=,
Где Н - глубина сжимаемой толщи;
- средневзвешенный модуль деформации, определяемый пределах H с учетом площади эпюр вертикальных напряжений;
ЕI - модуль деформации слоя.
Для определения оптимального сочетания параметров закрепления автором разработана компьютерная программа "Армомассив 2010".
Программа работает в следующей последовательности.
Сначала вводится информация о размерах фундамента (ширина, длина), давлении по его подошве, глубине заложения фундамента. Далее задаются физико-механические параметры основания плитного фундамента, а также вводится значение осадки естественного основания и назначается величина допустимой осадки здания исходя из требований СНиП.
После этого, на основе введенных данных, программой производится проверка выполнения условия S<SU. Если условие не выполняется, то делается вывод о необходимости укрепления грунтов основания и предлагается ввести значение глубины усиления. При этом начальные минимальные значения параметров Q, bAe, дAe, и dAe уже заданы по умолчанию. Также на этой стадии вычислений предлагается ввести или согласиться с уже введенными значениями единичных расценок на усиление основания.
Далее программой по формуле (1) вычисляется значение осадки основания, усиленного структурными элементами повышенной жесткости и проверяется условие о непревышении допустимого значения. Если условие выполняется, то производится расчет стоимости 1м2 усиления. После перебора всех параметров усиления с использованием вложенных циклов программа выбирает такие их значения, при которых стоимость 1м2 усиления оказалась минимальной. В конце работы на экран выводятся значения этих параметров, осадка усиленного основания и стоимость 1м2 усиления.
Разработанные технология усиления грунтов и методика проектирования оснований, закрепленных регулируемыми пространственными структурами, применены на реальных объектах строительства и позволили снизить расход материалов и производственные затраты.
Похожие статьи
-
Расчет основания и фундамента по второй группе предельных состояний - это расчет по деформациям. Расчет основания и фундамента по деформациям...
-
Определение механических свойств грунта - Проектирование оснований и фундаментов гражданских зданий
1. Определение модуля деформации по результатам испытания ИГЭ 1 штампом. Где - коэффициент зависящий от формы штампа( для круглого сечения =0,79) D -...
-
Проектирование фундамента на естественном основании Выбор и обоснование глубины заложения фундамента Глубина заложения фундамента зависит в основном от...
-
Фундамент нагрузка котлован Расчет кустовых свайных фундаментов по деформациям производится как для условного массивного фундамента на естественном...
-
Принцип проектирования оснований по предельным состояниям взамен принятого по допускаемым давлениям, исходя из условий совместной работы всей конструкции...
-
Расчет деформации основания производится исходя из условия: Где: S - совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом; - предельное...
-
[м], где S - конечная осадка основания; П - число слоев, на которое разделена сжимаемая толща основания Hc; = 0,8 - безразмерный коэффициент; - среднее...
-
Вертикальная сила, действующая в уровне подошвы фундамента, определяется по формуле: , (5.5) Где - нормативная вертикальная нагрузка, ; - вес фундамента,...
-
Проведение геологоразведки перед проектированием оснований и фундаментов резервуаров Геологические и гидрогеологические исследования При проектировании...
-
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПОДОШВЫ ФУНДАМЕНТА - Проектирование оснований и фундаментов гражданских зданий
Исходные данные.: Характеристики грунта несущего слоя: Несущим элементом фундамента является ИГЭ - 1 (суглинок полутвердый) мощностью пласта 5 м со...
-
Характеристика грунта основания Принимаем необходимые для расчета характеристики: ? расчетное сопротивление грунтов основания Rо =(150-200) кН/м2;...
-
Цель Инженерно-геологического изучения оснований промышленных, городских, транспортных и гидротехнических сооружений - Оценка деформируемости и сдвига...
-
Искусственные основания - Фундаменты под резервуары. Решение проблемы протаивания фундаментов
К искусственным основаниям относятся: - искусственно упрочненные грунты основания (путем уплотнения, химического закрепления или забивки бетонных или...
-
Расчет оснований по деформациям - Строительство пятиэтажного отеля "Лабириус"
Выполняем расчет осадки фундамента Методом Послойного суммирования: 1. Строим расчетную схему основания и фундаментов, на которую наносим: геологический...
-
Водопропускные трубы являются наиболее распространенным видом искусственных сооружений на дорогах. В среднем на каждые 1,35 км дороги приходится...
-
Определение глубины заложения фундамента Принятая глубина заложения фундамента соответствует сечению 2-2 dF = 1,65 м от отметки пола подвала, высота...
-
Галерейные жилые дома, Основания. Характеристики грунтов оснований - Строительство и архитектура
Галерейные жилые дома по планировке отличаются от коридорных тем, что входы в квартиры в таких домах устраиваются с поэтажных открытых коридоров-галерей,...
-
Исходные данные: Фундамент стаканного типа под колонну размерами, глубина заложения относительно пола подвала. , , Коэффициенты: - коэффициенты формы...
-
Для расчета принимаем сечение с максимальной расчетной нагрузкой на обрезе фундамента: сечение 5-5 с. Толщу грунта ниже подошвы фундамента разбиваем на...
-
Оценка грунтов основания По исходным физическим характеристикам грунтов основания (табл.2) рассчитываются их производные характеристики. Для глинистого...
-
Объемно-планировочное и конструктивное решения, Основание - Проектирование двухэтажного жилого дома
В данной работе принята бескаркасная конструктивная схема здания с несущими наружными и продольно-поперечными несущими внутренними стенами здания....
-
При проверке по II-ой группе предельных состояний должно выполняться условие: Определение геометрических характеристик условного свайного фундамента: ; ,...
-
Глубина заложения фундаментов Глубина заложения фундамента зависит от грунтовых условий строительной площадки, от глубины сезонного промерзания и...
-
Длина сваи подбирается из условия погружения нижнего конца сваи на 1-2 метра в нижезалегающий более прочный грунт. В соответствии с эти составляется...
-
Расчет по несущей способности основания Определение размеров подошвы фундамента hF, b и l Размеры подошвы фундамента связаны с его высотой hF, исходя из...
-
ВВЕДЕНИЕ - Проектирование оснований и фундаментов гражданских зданий
В курсе "Механика грунтов, основания и фундаменты" особое внимание уделяется вопросам внедрения новейших достижений теории в практику фундаментостроения,...
-
Фундамент монолитный с глубиной заложения 3,46 м. Подошва в плане квадратная со сторонами 3х3 м. При конструировании учитывают, что отношение высоты к...
-
Виды искусственных оснований При строительстве зданий и сооружений повышенной этажности на лессовых просадочных грунтах производятся работы по улучшению...
-
В данном разделе на основе изученного курса "Технология строительного производства" даются краткие указания по производству работ при устройстве...
-
Особенности проектирования строительных конструкций, Расчет фундамента - Индивидуальный жилой дом
Расчет ширины подушки ленточного фундамента под наружную несущую кирпичную стену проектируемого жилого дома, расчет и конструирование подушки ленточного...
-
Таблица. Комбинация усилий M, N и Q от колонны по оси А Случай расчета Первая Вторая Третья N M Q N M Q N M Q Основание 638,01 -204,56 -27,53 558,01...
-
Расчет осадок фундаментов - Расчет и проектирование фундаментов жилого здания
Определить удельный вес грунтов, залегающих в основании фундамента можно по формуле г = с*g, где g=9,81 м/с2 - ускорение свободного падения, в расчетах...
-
Для районов распространения многолетней мерзлоты характерно: Определенное строение толщ горных пород, обусловленное появлением в них льда (как породы) в...
-
Естественные и искусственные основания - Строительство и архитектура
Естественным основанием называется залегающий под фундаментом грунт, имеющий в своем природном состоянии достаточную несущую способность для обеспечения...
-
Под сборные железобетонные колонны применяют железобетонные сборные фундаменты типа стакан. Данный тип фундамента позволяет обеспечить наиболее...
-
Исходные данные: N0II=790кH, M0II=126кН, под железобетонную колонну сечением 510Ч510. Расчет производится для г. Пермь. Назначение глубины заложения...
-
Расчет фундамента в сечении 2-2 Определение глубины заложения фундамента Принятая глубина заложения фундамента соответствует сечению 1-1 бесподвальной...
-
Первой работой, в которой описаны лессовые отложения в районе р. Дона, является исследование Н. Д.Борисяка, опубликованное в 1867 г., Генетическую...
-
При выбранной глубине заложения подошвы фундамента ее площадь предварительно определяется исходя из расчетов по II группе предельных состояний по...
-
Выбор крана осуществляется по техническим параметрам. Выбор крана осуществляется в три этапа: 1) Определим технические параметры : А) Грузоподъемность:...
Проектирование оснований, усиленных структурными армоэлементами из цементо-грунта