Обладая меньшей материалоемкостью и стоимостью, например, по отношению к плитным фундаментам, данные фундаменты имеют меньшие осадки, что весьма важно при проектировании, где основным является расчет по второй группе предельных состояний, а именно обеспечение условия sp<[s]. Меньшие осадки фундамента, включающего в себя выпуклые вверх оболочки, обусловлены большим боковым обжатием грунта в активной зоне основания и как следствие повышением его жесткости [1-3, 8].
Цель исследования
При расчете осадки данных фундаментов необходимо учитывать повышение жесткости основания в активной зоне, например, как это предложено в [3], сопоставлением расчетных величин бокового давления под фундаментом и зависимостью повышения модуля деформации грунта определенного вида от величины бокового обжатия на глубине его расположения. В результате выполненных в [3] исследований предложен коэффициент формы kф , как отношение средних осадок: kф= sшт / sоб, где sшт – осадка фундамента с плоской контактной поверхностью, sоб – осадка фундамента оболочки с выпуклой вверх контактной поверхностью.
Данный коэффициент учитывает разницу в деформируемости основания в зависимости от формы контактной поверхности нагружения, а именно особенности взаимодействия фундаментов с плоской и выпуклой вверх поверхностью по отношению к грунту.
Метод исследования
Для верификации расчетного прогноза осадки ленточно-оболочечных фундаментов на грунтовом основании, работающих на вертикальную статическую нагрузку, было выполнено сопоставление экспериментальных данных взаимодействия крупномасштабной модели ЛОФ, с сильносжимаемым грунтовым основанием, с расчетными данными.
Теоретические расчеты проводились в разработанной авторами программе [5] с использованием контактной модели Фусса-Винклера и коэффициентов постели, полученных на основе метода послойного суммирования, с различным его распределением, с учетом и без учета коэффициента формы, а также в программе Plaxis 8.2, с использованием упругопластической модели Мора-Кулона.
Экспериментальные данные принимались по результатам испытания ЛОФ на экспериментальной площадке в г. Тюмени (табл. 1).
Таблица 1
Значения физико-механических характеристик грунтов экспериментальной площадки
|
Вид грунта |
W, % |
Wl, % |
Wp, % |
Ip, % |
IL, д.ед |
|
|
|
е, д.ед |
|
|
|
|
|
Суглинок 0-1,2 |
14 |
31 |
16 |
15 |
<0 |
20,5 |
17,9 |
27 |
0,50 |
0,75 |
13 |
45 |
9,8 |
|
Глина 1,2-3,5 |
33 |
35 |
17 |
18 |
0,89 |
18,4 |
13,8 |
27 |
0,95 |
0,93 |
14 |
11 |
4,6 |
|
Суглинок 3,5-5,5 |
26 |
31 |
17 |
14 |
0,64 |
19,5 |
15,4 |
27 |
0,74 |
0,94 |
8 |
7,8 |
3,3 |
|
Суглинок 5,5-6,5 |
23 |
23 |
12 |
11 |
1,0 |
19,3 |
15,6 |
26,9 |
0,71 |
0,86 |
23 |
16,2 |
5,7 |
, кН/м3
, кН/м3
, кН/м3
, д.ед
, град
, кПа
, МПа
В качестве модели был представлен фундамент в виде двух продольных и двух поперечных ленточных фундаментов и пологой цилиндрической оболочки нулевой Гауссовой кривизны, закрепленной в продольных ленточных фундаментах (рис. 1). Соотношение длины и ширины фундамента выбраны исходя из возможности рассмотрения средней его части и грунтового основания в условиях плоской деформации, толщина оболочки 5 мм. Общий вид исследуемого фундамента представлен на рисунке 2. Всего в контактную зону фундамента было установлено 25 мессдоз. В активную зону основания было внедрено 19 грунтовых мессдоз и 16 глубинных марок (рис. 1).
Рис. 1. Оснастка грунтового основания глубинными мессдозами и марками
|
|
|
|
Рис.2. Общий вид исследуемого фундамента |
Рис. 3. Нагружение исследуемых фундаментов статической нагрузкой |
Нагружение фундамента производилось до среднего давления равного 109кПа, что соответствовало 0,9R - расчетного сопротивления грунта для слабого подстилающего слоя в виде текучепластичной глины, залегающей на глубине 1,2 м.
Нагружение фундамента на экспериментальной площадке велись при помощи фундаментных блоков ФБС 24.6.6 (рис. 3). Общая нагрузка от фундаментных блоков составила 871 кН.
Результаты исследования
При сопоставлении теоретических и экспериментальных данных установлено, что предложенная в [7] теория расчета, на основе использования гипотезы Винклера-Фусса, с достаточно высокой точностью описывает деформирование ленточно-оболочечного фундамента на грунтовом основании (рис. 4). При этом расчет с использованием экспериментального коэффициента постели, принятого по конечной ступени нагружения (кривая 1), прогнозирует деформирование оболочки с точностью до 12% по всей длине, осадку ленточного фундамента с точностью до 9%. Расчет по СП [6] с использованием штампового модуля деформации Ешт и определением постоянного коэффициента постели k(x)=const в пределах каждой ступени нагружения, учитывающего коэффициент формы (кривая 2), в данной задаче kф=1,146, прогнозирует деформирование оболочки с точностью до 35% по всей длине, осадку ленточного фундамента с точностью до 12%. При тех же исходных данных, но использовании логарифмического закона изменения k(x) [4] (кривая3), деформирование оболочки прогнозируется с точностью до 15% по всей длине, осадка ленточного фундамента с точностью до 16%. Расчет по СП [6] с использованием штампового модуля деформации Ешт и определением постоянного коэффициента постели k(x)=const в пределах каждой ступени нагружения (кривая 5), не учитывающего коэффициент формы дает завышенные значения осадки. Так, расчетная осадка ленточного фундамента отличается от экспериментальной на 25%, осадка оболочки на 20-40%.
Расчет в программе Plaxis 8.2, с использованием упругопластической модели Мора-Кулона, дает близкие к экспериментальным данным, погрешность до 6%, осадки ленточного фундамента, однако значительно завышает осадки оболочки, что говорит о большей, по отношению к действительности, распределительной способности модели грунтового основания.
Рис. 4. Экспериментальные и теоретические значения осадок ленточных фундаментов, при различных k(x), объединенных цилиндрическими оболочками: 1 – k(x)- экспериментальный, на конечной ступени нагружения;2 - k(x)=const по СП с учетом коэффициента формы kф; 3 – k(x) по логарифмическому закону по СП с учетом коэффициента формы kф; 4 –упругопластический расчет в Plaxis 8.2; 5 - k(x)=const по СП без учета коэффициента формы kф.
Выводы
Таким образом, при расчете осадки ЛОФ следует использовать как верифицированные программные продукты, например, Plaxis 8.2, так и программные продукты, использующие контактные модели основания. При этом основным является вопрос адекватного назначения модуля деформации грунта или коэффициента постели, что в данном случае связано с учетом коэффициента формы.
Рецензенты:Миронов В.В., д.т.н., профессор, профессор кафедры «Водоснабжение и водоотведение» ФГБОУ ВПО ТюмГАСУ, г. Тюмень;
Чекардовский М.Н., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Теплогазоснабжение и вентиляция» ФГБОУ ВПО ТюмГАСУ, г. Тюмень.