Статья опубликована в рамках: LXVII Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 12 июля 2018 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Архитектура, Строительство

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:

Шишкин Г.А. ЗАКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЯ ЖИЛОГО МНОГОКВАРТИРНОГО ДОМА В Г. СЕВЕРОДВИНСКЕ АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ // Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. LXVII междунар. студ. науч.-практ. конф. № 7(66). URL: https://sibac.info/archive/technic/7(66).pdf (дата обращения: 25.11.2024)

Проголосовать за статью

Конференция завершена

Эта статья набрала 0 голосов

Дипломы участников

У данной статьи нет
дипломов

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЯ ЖИЛОГО МНОГОКВАРТИРНОГО ДОМА В Г. СЕВЕРОДВИНСКЕ АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ

Шишкин Глеб Александрович

студент, кафедра инженерной геологии, оснований и фундаментов ФГАОУ ВО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»,

РФ, г. Архангельск

Коптяев Виктор Викторович

научный руководитель,

канд. техн. наук, доцент ФГАОУ ВО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»,

РФ, г. Архангельск

В каждом городе существуют здания, формирующие его исторический облик. Со временем происходят деформации несущих конструкций или разрушение фасадов таких зданий по различным причинам. Таким образом, возникает необходимость проведения капитального ремонта для сохранения исторически ценных зданий.

В 2016 году было проведено техническое обследование жилого многоквартирного дома, расположенного в историческом центре г. Северодвинска на ул. Ленина, 16/1. По результатам обследования на фасаде здания были зафиксированы многочисленные трещины. Одной из причин появления и развития трещин на фасадах здания является неравномерная осадка основания.

Для решения этой проблемы в данной работе рассматривается способ закрепления грунтов основания и расчет осадки в программе «PLAXIS 3D».

В г. Северодвинске неравномерная осадка основания зданий является актуальной проблемой, связанной с особенностями инженерно-геологических условий данной местности. В ходе проведения инженерно-геологических изысканий, было выявлено следующее напластование грунтов: техногенные образования (t_IV), представленные насыпными песчаными грунтами; послеледниковые морские отложения (m_IV), представленные песками мелкими и пылеватыми, а также илом суглинистым водонасыщенным. Инженерно-геологический разрез представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. Инженерно-геологический разрез

Наименование инженерно-геологических элементов и их физико-механические свойства представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Физико-механические свойства грунтов

№ ИГЭ	Наименование грунта	ρ, г/см³	e	W, %	*W_L*, %	*W_P*, %	φ_II, град.	c_II, кПа	Е, МП
1	Насыпной грунт песчаного состава	–	–	15,5	–	–	–	–	–
3	Пески мелкие, средней плотности, водонасыщенные	1,90	0,68	19,6	–	–	36	1	25
4	Пески пылеватые, средней плотности, водонасыщенные	1,92	0,70	23,3	–	–	32	3	15
5	Пески пылеватые, плотные, водонасыщенные	2,02	0,58	20,3	–	–	35	5	36
6	Пески пылеватые, рыхлые, водонасыщенные	1,84	0,82	28,0	–	–	28	0,5	6
7	Илы суглинистые текучепластичные	1,71	1,10	40,1	41,4	27,7	16	17	3,0

Грунтовое основание обследуемого здания характеризуется наличием слоя слабого грунта в виде ила суглинистого текучепластичного мощностью 2,2…3,3 м. За счет этого слоя грунта и возникают неравномерные деформации основания.

Для расчета осадки основания и оценки эффективности закрепления грунтов основания была построена модель в программе «PLAXIS 3D». Модель включает в себя грунты основания, фундамент и нагрузку на обрез фундамента. Все грунты задавались в модели Mohr-Coulomb, фундамент выполнен ленточным, монолитным. Нагрузка на обрез фундамента изменяется от 485 кН/м до 1878 кН/м. Модель для расчета, построенная в программе «PLAXIS 3D», представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Расчетная модель в программе «PLAXIS 3D»

Закрепление грунтов основания моделируется методом струйной цементации (jet grouting) по двухкомпонентной технологии (Jet-2). При двухкомпонентной технологии (Jet-2) для увеличения объема закрепляемого грунта, в отличие от однокомпонентной технологии (Jet-1), дополнительно используется энергия сжатого воздуха, создающего искусственный воздушный поток вокруг струи раствора. Плотность и прочность грунтоцемента ниже на 10-15 %, чем при однокомпонентной технологии (Jet-1), но диаметр грунтоцементных элементов больше и достигает в глинистых грунтах 700 мм, в песках – 1000 мм [1, с. 97].

При проектировании закрепления грунтов основания с помощью цементации прочностные, деформационные и физико-механические характеристики грунтов определяются на основании инженерно-геологических изысканий на участке строительства. При разработке проекта могут назначаться следующие прочностные и деформационные характеристики закрепленных грунтов (грунтоцементных элементов) [2, с. 9]:

– прочность на одноосное сжатие закрепленного грунта ;

– угол внутреннего трения закрепленного грунта ;

– удельное сцепление закрепленного грунта ;

– модуль деформации закрепленного грунта .

Показатели сопротивления сжатию закрепленного грунта, в связи с длительным набором прочности в массиве, следует определять в возрасте 56 суток для песчаных и глинистых грунтов.

Допускается определение класса грунтоцемента, МПа, по следующей формуле:

(1)

где – переходной коэффициент, рассчитываемый для глинистых грунтов по формуле 2, для песчаных грунтов по формуле 3;

– прочность на сжатие образцов цемента, применяемого при закреплении грунта, в возрасте 28 суток, МПа;

(2)

где t – время набором прочности грунтоцемента, равное 56 суткам.

(3)

Значение модуля деформации закрепленного грунта должно назначаться на основании отбора и испытания керна при проведении опытных работ. При проведении численного моделирования для определения модуля деформации закрепленного грунта E_stb, МПа, допускается использовать формулу:

(4)

где – коэффициент, принимаемый равным 70-100 для глин и суглинков, 150-200 для супесей, 200-300 для песков пылеватых и мелких, 300-500 для песков средней крупности и крупных, 500-800 для песков гравелистых.

При проведении численного моделирования прочность на сжатие грунтоцементных элементов допускается принимать по таблице 4.2 [2, с. 10].

Значение коэффициента Пуассона грунтоцемента должно приниматься равным 0,25.

Удельное сцепление закрепленного грунта , кПа, назначается исходя из формул:

(5)

(6)

Значение угла внутреннего трения закрепленного грунта принимается в диапазоне от 24° до 33° в соответствии с таблицей 5.1 [2, с. 10].

Расчетные значения сопротивления грунтоцемента осевому сжатию , МПа, определяется по формуле:

(7)

где – коэффициент надежности для грунтоцемента при сжатии, при расчете по первому предельному состоянию для грунтоцементных элементов, выполненных по методу струйной цементации, а при расчете по второму предельному состоянию .

Согласно методике подсчета расхода цементного раствора, изложенного в СП 45.13330.2017 [1, с. 162], коэффициент заполнения пор цементным раствором равен 0,8. Исходя из этого, будем считать, что коэффициент пористости закрепленного грунта будет уменьшен на 80 %. Плотность грунтов также увеличится за счет заполнения пор цементным раствором, плотность которого приближенно принимаем равным 2,00 г/см³.

Угол внутреннего трения закрепленного грунта принимаем равным углу внутреннего трения незакрепленного грунта , если он согласно таблице 5.1 [2, с. 10] меньше, чем у незакрепленного.

Прочность на одноосное сжатие закрепленного грунта принимаем по таблице 4.2 [2, с. 10] минимально возможным.

Значения физико-механических свойств закрепленных грунтов сведены в таблицу 2.

Таблица 2.

Физико-механические свойства закрепленных грунтов

№ ИГЭ	Наименование грунта (до закрепления)	ρ*_stb, г/см³*	*e_stb*	*R_stb, МПа*	φ*_stb_,_II, градус*	*c_stb_,_II, кПа*	*E_stb, МПа*
1	Насыпной грунт песчаного состава	–	–	–	–	–	–
3	Пески мелкие, средней плотности, водонасыщенные	2,99	0,136	3	36	1200	600
4	Пески пылеватые, средней плотности, водонасыщенные	3,01	0,14	3	32	1200	600
5	Пески пылеватые, плотные, водонасыщенные	3,11	0,116	3	35	1200	600
6	Пески пылеватые, рыхлые, водонасыщенные	2,93	0,164	3	28	1200	600
7	Илы суглинистые текучепластичные	2,80	0,22	5	26	2000	350

Закрепление грунтов основания производилось вдоль наружных стен на глубину до абсолютной отметки на 1 м ниже подошвы слоя ила суглинистого (ИГЭ №7) на всю ширину фундамента и под центр здания. Схема закрепления грунтов основания представлена на рисунке 3, моделирование закрепления грунтов основания в программе «PLAXIS 3D» представлено на рисунке 4.

Рисунок 3. Схема закрепления грунтов основания

Рисунок 4. Закрепление грунтов основания в программе «PLAXIS 3D»

Согласно источнику [3] расстояние между рядами лидерных скважин и расстояние между ними в ряду вычисляются по формулам 8 и 9 соответственно:

(8)

где – расчетный радиус закрепления, м.

(9)

Схема к данному расчету представлена на рисунке 5.

Рисунок 5. Схема к определению расстояния между рядами лидерных скважин и расстояния между ними в ряду

Согласно таблице 16.5 [1, с. 98] при двухкомпонентной технологии (Jet-2) диаметр грунтоцементных элементов в песчаных грунтах составляет 0,8-1,8 м, в суглинках и глинах – 0,6-1,2 м. Для моделирования закрепления грунтов в программе «PLAXIS 3D» был принят диаметр грунтоцементных элементов равным 1,0 м для всех грунтов.

Исходя из этого, расстояние между лидерными скважинами в ряду составило 0,86 м. Расстояние между рядами лидерных скважин превышает минимально допустимое и не влияет на расчеты.

Закрепление грунтов основания проводилось вдоль наружных стен здания с прохождением буровой установки по периметру здания.

Для оценки эффективности данного способа закрепления грунтов основания, было рассмотрено сечение с максимальной осадкой основания до закрепления. Именно в этом сечении выявлена максимальная мощность слоя ила суглинистого.

На рисунке 6 представлено распределение осадки и максимальная осадка до закрепления грунтов основания, рассчитанная в программе «PLAXIS 3D», на рисунке 7 представлено распределение осадки и максимальная осадка после закрепления грунтов основания, рассчитанная в программе «PLAXIS 3D».

Таким образом, значение максимальной осадки уменьшилось с 21,5 см до 4,8 см, что свидетельствует об эффективности данного способа закрепления грунтов основания. Кроме того, закрепление грунтов основания в данном случае решает проблему превышения нормативного значения разности осадок.

Рассмотренный способ закрепления грунтов не только решает проблему неравномерных осадок основания, но также имеет ряд других достоинств. В процессе проведения работ по закреплению грунтов здание сохраняет свою функциональность, не требуется разработка и вывоз грунта, для проведения работ не требуется большое количество рабочих.

Рисунок 6. Осадка до закрепления грунтов основания, рассчитанная в программе «PLAXIS 3D»

Рисунок 7. Осадка после закрепления грунтов основания, рассчитанная в программе «PLAXIS 3D»

Список литературы:

СП 45.13330.2017 Земляные сооружения, основания и фундаменты [Текст]: утв. Минстроем России 27.02.2017: Взамен СНиП 3.02.01-87: дата введ. 27.10.2017 г. – Москва, 2017. – 179 с.
СП 291.1325800.2017 Конструкции грунтоцементные армированные. правила проектирования [Текст]: утв. Минстроем России 15.05.2017: дата введ. 05.05.2017 г. – Москва, 2017. – 41 с.
Основания, фундаменты и подземные сооружения [Текст]: справочник проектировщика / М.И. Горбунов-Посадов [и др.]; Москва: Интеграл, 2007. – 480 с.