Полевые исследования комбинированного основания

При строительстве 16-этажного жилого дома № 6 в VI микрорайоне Арбеково г. Пензы были проведены исследования комбинированного основания.

Ключевые слова: грунт, инженерно-геологические изыскания, статические испытания, фундамент на закрепленном основании При строительстве 16-этажного жилого дома № 6 в VI микрорайоне Арбеково г. Пензы взамен составных призматических свай предложен вариант фундаментов на закрепленном основании. Закрепление грунта осуществлялось путем применения технологии раскатывания скважин с последующим заполнением скважин щебнем. Рассматриваемый объект расположен в юго-западной части микрорайона № 6 г. Пензы. Здание односекционное башенного типа имеет прямоугольную конфигурацию в плане с основными размерами в осях 19,38×25,72 м, с выступающими пилонами лоджий.

Инженерно-геологические изыскания были проведены ОАО ПензТИСИЗ в соответствии с требованиями нормативных документов. В геоморфологическом отношении участок располагается в пределах долины ручья. Рельеф участка застройки практически ровный, с общим уклоном на восток. Физико-геологические процессы неблагоприятные и проявляются в заболачивании местности во влажные периоды года в пониженных местах из-за затрудненного стока поверхностных вод.

В геологическом строении площадки до разведанной глубины 42,0 м принимают участие четвертичные аллювиальные отложения (aQ) и отложения маастихтского яруса верхнего отдела меловой системы (K2m), выветрелые в верхней части. Коренные отложения представлены глиной темно-серой, слюдистой, местами маргелистой. Вскрытая мощность коренных глин составляет 13,1 — 19,9 м. Подземные воды вскрыты на глубине 2,1−2,5 м. Несущий слой для рассматриваемого фундамента находится в слое ИГЭ-3: глина аллювиальная, мягкопластичная с показателем текучести YL=0,56ч0,71, непросадочная, среднепучинистая.

Глина однородна по всем физико-механическим характеристикам и залегает непосредственно под почвенно-растительным слоем. Вскрытая мощность слоя 0,8−2,3 м. Нормативное значение модуля деформации для этого слоя — 5,5 МПа (рис.1).

Рис. 1. Характерный геологический разрез

Испытания велись с использованием круглого жесткого штампа площадью 20 000 см2. Проведено три статических испытания грунтового основания, закрепленного щебнем в раскатываемых скважинах. Для загружения использовался домкрат марки ДГ-200. Схема нагружения включала металлическую ферму, реперную систему, пригрузы и гидравлический домкрат ДГ-200. Контроль за перемещением осуществлялся с помощью двух прогибомеров с ценой деления 0,01 мм.

Испытание грунта штампом проводят для определения предельного сопротивления Ри и модуля деформации Е грунтового основания. В рассматриваемом случае основание подготовлено путем закрепления щебнем в раскатанных скважинах. Глубина закрепления щебнем составляет 4,5 м, диаметр 0,25 м.

Рис. 2. Схема плитного фундамента на закрепленном грунтово-щебенчатом основании

Характеристики определялись по результатам нагружения грунта вертикальной нагрузкой с помощью штампа. Конструкция установки должна обеспечивать возможность нагружения штампа ступенями давления по 0,05 МПа, центрированную передачу нагрузки на штамп, постоянство давления нагрузки на штамп.

дом жилой основание комбинированный.

Рис. 4. Испытание статической нагрузкой. Штамп № 1

Тип и площадь штампа мы назначили в зависимости от испытываемого грунта (табл.5.1 ГОСТ 20 276–99). В данном случае испытания проводились жесткими штампами круглой формы диаметром около 1597 мм с плоской подошвой, площадью А=20 000 см2=2,0 м². Штампы № 2 и № 3 были заглублены на глубину 1,0 м.

а) б) Рис. 5. Фрагменты схемы установки статической нагрузкой на глубине 1,0 м. Штампы № 2 и № 3

Нагружение производилось ступенями. Величина ступеней загружения — 50 кН. Переход к последующему этапу нагружения совершалось после достижения условной стабилизации осадки штампа. За критерий условной стабилизации деформации основания принимали скорость осадки штампа, не превышающую 0,1 мм за последние 2 часа наблюдения (время, указанное в табл. 5.2−5.4 [1]).

При испытании глинистых грунтов, контроль за осадками осуществляемся через каждые 15 минут в течении первого часа, 30 мин в течении второго часа, далее через час до условной стабилизации деформации грунта. Для контроля перемещений штампа использовались два прогибомера (цена деления 0,01мм).

По полученным в ходе испытаний результатам построили график зависимости осадки штампов от давления.

Рис. 6. Графики зависимостей осадки S от нагрузки F штампов № 1, № 2 и № 3

На основе анализа графиков (рис.6) определены значения модулей деформации. При статических испытаниях штампа № 1 по осям «6−7» была достигнута средняя осадка 39,45 мм. Усилие в домкратах, составляет при этом 400 кН.

Как видно из графика в диапазоне нагрузок до 400 кН зависимость осадки от давления s = f (P) носит практически линейный характер. При указанной нагрузке давление под подошвой штампа составляет:

(1).

где, А — площадь подошвы штампа, равная 2,0 м².

Осадка при давлении Р=200 кПа составляет 39,45 мм. Предельное сопротивление соответствует осадке 54,40 мм и составляет.

.

Для линейного участка зависимости s = f (P) модуль деформации грунта определяется по формуле (5.2) [1].

(2).

где г — коэффициент Пуассона, для глин принимается равным 0,42;

Kp — коэффициент, принимаемый в зависимости от заглубления штампа и при h/D=0 равен 1,0;

K1 — коэффициент, принимаемый для жесткого круглого штампа равным 0,79 м;

Dдиаметр штампа равный 1,597 м;

ДPприращение давления под штампом в пределах линейной зависимости s = f (P) в диапазоне давлений от 0 до 200 кПа;

ДS — приращение осадки, обусловленное изменением давления ДP и равное 0,039 м.

Следовательно, по результатам данного нагружения модуль деформации составляет.

По значению модуля деформации грунтовое основание на испытываемом участке следует отнести к повышенно сжимаемому.

По аналогии обработаны результаты штампов № 2, № 3 и внесены в таблицу 1.

Таблица 1 — Результаты испытаний штампов № 2, № 3.

Осредненное значение модуля деформации грунта под штампом принимаем Е=5,3МПа.

По результатам трех испытаний принимаем наименьшее значение предельного сопротивления грунтового основания под штампом Ри = 200 кПа согласно п. 5.7.2. [2] при расчете оснований по несущей способности давление под подошвой фундамента Р не должно превышать расчетно-допускаемого Рр.д. Последнее определяется из формулы (5.27).

где с — коэффициент условий работы, принимаемый для глинистых грунтов равным 0,9;

n — коэффициент надежности, принимаемый равным 1,15.

Следовательно:

Результаты проведенных статических испытаний позволяют сделать вывод, что улучшение (закрепление) слоя водонасыщенной мягкопластичной глины путем устройства скважин по технологии раскатывания с последующим заполнением скважин щебнем практически не дает эффекта. Наряду с низкими значениями модуля деформации весьма мало предельное сопротивление «закрепленного» слоя.