Исследование сложного комбинированного основания штампами

При выборе варианта фундаментов 10-этажного крупнопанельного жилого дома предложено применить песчаную подушку на улучшенном грунтовыми сваями основании. Рассматриваемый объект расположен в юго-западной части г. Пензы, во II микрорайоне «Кривозерье — Веселовка». Здание двухсекционное 10-этажное имеет прямоугольную конфигурацию в плане с основными размерами в осях 103,3×17,0 м.

В геоморфологическом отношении площадка расположена в пределах II и III надпойменных терасс р. Пензы, прорезанных долиной ручья Дунай. Поверхность участка сравнительно ровная. Общий уклон поверхности участка в восточном направлении (i=0,03). В геологическом строении участка проектируемого строительства до разведанной глубины 25,0 м принимают участие четвертичные делювиальные отложения (dQ), и аллювиальные отложения (aQ), отложения маастихтского яруса верхнего отдела меловой системы (K2m). С поверхности эти отложения перекрыты почвенно-растительным слоем (pdQIV). Четвертичные делювиальные отложения представлены глинами (ИГЭ-2). Глины зеленовато-серые, мягкопластичные, слюдистые, известковистые, ожелезненные. Вскрываются повсеместно. Мощность делювиальных отложений изменяется от 1,8 до 3,9 м. Четвертичные аллювиальные отложения представлены глинами (ИГЭ-3,4,5). Глины зеленовато-серые, слабослюдистые, слабоопесчаненные, слабоизвестковистые. Вскрываются повсеместно. Мощность аллювиальных отложений изменяется от 14,6 до 16,0 м (рис.1). Нормативное значение модуля деформации для этого слоя — 6,0 МПа.

Рис. 1. Инженерно-геологический разрез

Принятый вариант фундаментов включает устройство комбинированного основания в виде грунтовых свай из песчано-гравийной смеси в пробитых скважинах, по которым выполнялась песчаная подушка. Указанные скважины пробивались по технологии устройства фундаментов в вытрамбованных котлованах. Из-за наличия высокого уровня грунтовых вод пробивка скважин осуществлялась с применением обсадных труб. Для оценки состояния комбинированного основания проведены штамповые испытания. Всего проведены два статических испытания круглым металлическим штампом. Площадь подошвы штампа 1 м 2. 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.

Указанное комбинированное основание включает грунтовые сваи длинной 6,0 м, диаметром 0,9 м и песчаную подушку толщиной 0,8 м. Испытание грунта штампом проводят для определения предельного сопротивления Ри и модуля деформации грунтового основания Е (рис.2).

Рисунок 2. Схема опытного фундамента.

Характеристики грунтового основания определяем по результатам нагружения вертикальной нагрузкой с помощью гидравлического домкрата (рис.3). Конструкция установки должна обеспечивать возможность нагружения штампа ступенями давления по 0,05 МПа, центрированную передачу нагрузки на штамп, постоянство давления нагрузки на штамп.

Рис. 3. Конструктивная схема установки испытания статической нагрузкой. Штамп № 1 и № 2 песчаный свая фундамент

Рис. 4. Испытание статической нагрузкой. Штамп № 1

Тип и площадь штампа назначались в зависимости от испытываемого грунта (табл.5.1 [1]). В данном случае испытания проводились жесткими штампами круглой формы диаметром около 1128 мм с плоской подошвой, площадью А=10 000 см 2=1,0 м 2.

Нагружение производилось ступенями. Величина ступеней загружения — 50 кН. Переход к последующему этапу нагружения совершалось после достижения условной стабилизации деформации штампа. За критерий условной стабилизации деформации принимаем скорость осадки штампа, не превышающую 0,1 ммза 1 час (время указанное в табл.5.2−5.4 [1]). Для контроля перемещений штампа использовались два прогибомера (цена деления 0,01мм).

По полученным в ходе испытаний результатам построены графики зависимости осадки штампов от давления (рис.5).

Рис. 5. Графики зависимостей осадки S от нагрузки F штампов № 1 и № 2

По результатам рис. 5, вычисляем значения модулей деформации.

При статических испытаниях штампа № 1 по оси «1» достигнута средняя осадка 40,72 мм. Усилие в домкратах составляет при этом 400 кН.

Как видно из графика в диапазоне нагрузок до 300 кН зависимость осадки от давления s = f (P) носит практически линейный характер. При указанной нагрузке давление под подошвой штампа составляет:

(1).

гдеА — площадь подошвы штампа, равная 1,0 м 2.

Осадка при давлении Р=300 кПа составляет 21,75 мм. С учетом коэффициента надежности 1,2 можно принять расчетное сопротивление грунтового основания равным R=250 кПа.

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

м (2).

где — коэффициент Пуассона, для глин принимается равным 0,30;

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;

D— диаметр штампа равный 1,128 м;

ДP — приращение давления на штамп в пределах линейной зависимости s = f (P) и равное 300 кПа;

ДS — приращение осадки, обусловленное изменением давления ДP и равное 0,022 м.

Следовательно, по результатам данного нагружения модуль деформации составляет.

По значению модуля деформации грунтовое основание на испытываемом участке следует отнести к среднесжимаемому. По аналогии обработаны результаты штампов № 2, № 3 и внесены в таблицу 1.

Таблица 1 — Результаты испытания штампов № 2 и № 3.

Осредненное значение модуля деформации грунта под штампом принимаем Е=20,7 МПа.

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

(3).

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

n — коэффициент надежности, принимаемый равным 1,15.

Следовательно,.

С учетом результатов штамповых испытаний по определению модулей деформации комбинированного основания выполнены расчеты ленточных фундаментов. Для различных участков здания нагрузки на фундамент изменяются в диапазоне 320ч 630 кН/м и ширина фундамента от 1,2ч 1,6 м. Расчетные осадки получены в пределах 60ч 80 мм, что существенно меньше предельно рекомендуемых значений для здания данного типа.

Библиографический список

• 1. ГОСТ 20 276–99. Межгосударственный стандарт. Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости., М., 1999 г.
• 2. СНиП 20 201−83*. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция. М., 2011 г.