Монографію присвячено оцінюванню НДС основ стовпчастих пальових фундаментів. Шляхом фізичного та чисельного моделювання встановлено основні закономірності залежності частки навантаження, що сприймають палі та ростверк таких фундаментів, від геометричних параметрів фундаменту, виду грунту основи технології влаштування паль (без виймання та з вийманням грунту). Виявлено кращу реалізацію роботи бурових паль у групі у порівнянні з забивними. Висвітлено особливості поведінки пальових фундаментів з коротких паль і ресурси їх несучої здатності. Запропоновано при проєктуванні пальових фундаментів враховувати ступінь реалізації несучої здатності паль і ростверку у складі фундамента. Наведено кількісні залежності цих параметрів від різних факторів.

Мета роботи - вивчення влаштування фундаментів на грунтах, що змінили свої властивості в процесі експлуатації, а також розглянути посилення грунтів шляхом підвищення їх несучої здатності, застосування фундаментів, здатних сприймати негативні впливи просідання грунтів. Методи дослідження. В інженерно-геологічних і гідрогеологічних умовах при будівництві використовуються традиційні способи фундування. Аналіз досвіду фундування в геологічних умовах дозволяє запропонувати до застосування нові й ефективні типи фундаментів і сучасні технології. Особливість методу глибинного ущільнення полягає в тому, що відповідно до сумарної епюри розподілу за глибиною тисків від навантаження фундаментів, власної ваги грунту і навантаження від сил тертя, що виникають при просіданнях оточуючих грунтів, відбуваються зміни в лесовому масиві за його глибиною. При проектуванні фундаментів на лесових породах існує два основних напрямку, особливості яких необхідно враховувати: виняток неприпустимих осідань при розрахунку фундаментів за II групою граничних станів та конструктивні заходи щодо виключення (обмеження) осідань. Зведення будівель на просідаючих грунтах займає особливе місце в теорії і практиці будівництва. Це пояснюється, з одного боку, досить чутливою реакцією просідаючих грунтів на зовнішні впливи (зміна вологості, додаткового тиску від споруджуваних будинків і споруд та ін.), з іншого - розширюється спектр об'єктів, що будуються (висотні будівлі житлового та громадського призначення, великі виробничі та фабричні споруди, будівельні комплекси та ін.). Наукова новизна. Вибір раціональної схеми усунення просідаючих властивостей основи в залежності від типу просідання. Практична значимість. Від прийнятого проектного рішення залежать в значній мірі вартість і матеріаломісткість об'єкта, терміни будівництва, а також його експлуатаційна надійність. Результати. Раціональні рішення з конструкції основ і фундаментів досягаються на основі сумісного врахування особливостей грунтових умов майданчика, закономірностей розвитку просідань, конструкційних особливостей будівель, умов їх експлуатації, наявності можливих джерел замочування.

Удосконалено конструктивно-технологічне рішення посилення фундаментів із забивних призматичних паль у складі стрічкового ростверку внаслідок підведення під існуючі ростверки ребристої монолітної плити, конструкція і стадійність зведення якої залежить від зміни напружено-деформованого стану (далі - НДС) системи "деформована будівля – забивні призматичні палі у складі стрічкового ростверку – грунтова основа зі слабким підстильним шаром". На натурному об'єкті удосконалено систему геотехнічного моніторингу системи "деформована будівля – палі у складі стрічкового ростверку – основа зі слабким підстильним шаром" (далі - ДБ) до, в процесі й після підведення під ростверки плити. Досліджено процеси самоущільнення насипних і намивних пісків у часі. Удосконалено конструктивно-технологічне рішення посилення фундаментів шляхом підведення під ростверки ребристої плити. Розроблено просторову числову модель системи ДБ для ітераційного моделювання методом скінченних елементів, щоб ураховувати фактичну жорсткість існуючих паль, яка призвела до появи тріщин у стінах. Обгрунтовано на її базі конструкцію (жорсткість) і стадійність посилення пальового фундаменту ребристою плитою, основою якої є намивні самоущільнені піски, що за умов включення в роботу перерозподілять НДС у складових системи, визначено 23 критичні значення додаткового розкриття існуючих і появу нових тріщин, що зменшить небезпеку технологічного процесу посилення фундаментів.

На основе оригинальной расчетной методики созданы модели для частей и системы в целом - турбоагрегат - фундамент - основание. Рассмотрена система с паровой турбинной генераторной установкой мощностью 500 МВт. Построены специфические геометрические и оригинальные расчетные модели, в которых подробно смоделированы части корпусов цилиндров низкого давления. Проведены серии расчетов для вынужденных колебаний частей корпусов цилиндров низкого давления при переходном процессе. Определены листы внешнего корпуса с наибольшими отклонениями амплитуд колебаний при переходном режиме. Использован метод конечных элементов.

На основе оригинальной расчетной методики созданы модели для частей и системы в целом - турбоагрегат - фундамент - основание. Рассмотрена система с паровой турбинной генераторной установкой мощностью 500 МВт. Построены специфические геометрические и оригинальные расчетные модели, в которых подробно смоделированы части корпусов цилиндров низкого давления. Проведены серии расчетов для вынужденных колебаний частей корпусов цилиндров низкого давления при переходном процессе. Определены листы внешнего корпуса с наибольшими отклонениями амплитуд колебаний при переходном режиме. Использован метод конечных элементов.

Проведено моделирование и анализ колебаний в вертикальной плоскости вблизи частоты основной моды для системы турбоагрегат-фундамент-основание. Построенные расчетные модели позволяют учесть особенности взаимодействия рассмотренной системы. Проведен расчет вынужденных колебаний. Модели и проведение расчетов выполнено с помощью метода конечных элементов. В результате расчетов сделаны выводы по улучшению рассмотренных в работе вибрационных характеристик.

Індекс рубрикатора НБУВ: Н582 + Н581.12

Рубрики:

Фундаменти

Механічні властивості та деформації ґрунтів

Шифр НБУВ: Ж60802 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Наведено результати експериментальних досліджень, в яких розглянуто питання міцності та деформації грантових основ при взаємодії з короткими палями-колонами, забивними і набивними, що знаходяться під дією вертикальних і горизонтальних навантажень, встановлені закономірності спільної роботи паль-колон з ґрунтами, на основі проведених досліджень обраний економічний варіант палі-колони, запропонований розрахунок палі-колони з розширенням.

На шахтах України спостерігались випадки аварійних станів шахтних вентиляційних установок під впливом техногенної пневматичної ерозії грунтової основи. Техногенна пневматична ерозія грунтової основи відбувається внаслідок розгерметизації вентиляційної камери. Внаслідок впливу градієнта пневматичного тиску між поверхнею і внутрішніми шарами грунтового масиву відбувається просочування атмосферного повітря крізь грунт до вентиляційної камери, що призводить до висихання скелету грунту та дефляції його частинок. Цей процес, в перспективі, спричиняє нерівномірні осідання і руйнування залізобетонних конструкцій фундаменту. Для вказаних випадків запропоновано і впроваджено принцип підсилення монолітних залізобетонних фундаментів із застосуванням буронабивних паль, які влаштовують за периметром фундаменту, утворюючи разом з низьким ростверком і залізобетонною обоймою підсилення конструктивну систему, яка забезпечує передавання навантаження на непошкоджені шари грунтової основи.

Проаналізовано способи монтажу паль шляхом їх вдавлювання в грунт. Такі способи застосовують під час облаштування фундаментів із паль. Під час аналізу було виявлено недоліки способів монтажу, до яких можливо віднести складність, велика енергоємність, необхідність буріння свердловини, підвищена небезпека та за реконструкції споруд поява дефектів (тріщин) і навіть їх руйнування. Перевагами даних способів є підвищена несуча здатність одиниці об'єму паль, зменшення часу та затрат будівництва за рахунок попередньої закупівлі паль заводського виготовлення, зняття технологічних обмежень на строки монтажу паль, зниження енергоємності будівництва, досягається ущільнення грунтів, підвищення темпів будівництва, екологічна чистота та безшумність технології вдавлювання, будівництво фундаменту без облаштування котловану, відсутність руйнування (збереження цілісності) паль, рівномірна усадка фундаментів з паль, виправлення проектних помилок, можливість оцінки несучої здатності палі у процесі монтажу, розширення типів грунтів, у яких можливе облаштування фундаменту із паль, можливість облаштування фундаментів на зсувонебезпечних територіях, можливість облаштування фундаменту без демонтажу інженерних мереж та комунікацій, можливість облаштування фундаментів на обводнених грунтах з високим ступенем рухомості підземних вод та зменшення вартості і збільшення темпів облаштування ростверку. Аналіз даних способів надав змогу поставити задачі для подальших наукових досліджень, розробки нового способу вдавлювання паль з врахуванням виявлених недоліків.

Представлено аналіз конструктивних особливостей, недоліків та переваг фундаментних паль з теплообмінниками та без них їх. Встановлено, що більшість паль має складну форму теплообмінника або самої палі. Теплообмінники можуть бути одинарні, подвійні та потрійні U-подібної, W-подібної та спіральної форми. Найбільш перспективними є палі з U-подібними теплообмінниками. Їх застосування виключає механічне навантаження на стіни будівлі. Немає додаткових втрат на буріння свердловини. Вони мають збільшену теплову ефективність і низькі гідродинамічні втрати на перекачку теплоносія. Особливо це справедливо при використанні теплообмінників з паралельними подвійними U-подібними трубами. В таких конструкціях проблема порушення герметичності зведена до мінімуму і, відповідно, досягається належний рівень екологічної безпеки. Водночас, використання рідини як теплоносія, за рахунок зміни температури, тиску та її об'єму може призвести до руйнування, спочатку труб теплообмінників, а потім і конструкції палі. Наявність розчиненого кисню в рідинному теплоносії сприяє появі наскрізної корозії труб теплообмінників і, як наслідок, руйнуванню залізобетонної конструкції палі в цілому. Використання труб теплообмінників у якості арматури також може приводити до їх ушкодження і, відповідно, до приведених вище проблем. Проведений аналіз відомої інформації стосовно фундаментних паль дозволяє сформувати вимоги до перспективних конструкцій енергетичних паль і в перспективі дасть можливість розробити нову конструкцію забивної палі з U-подібним теплообмінником в якій враховані всі приведені в роботі недоліки. Перш за все потрібно провести оптимізацію конструкції теплообмінника, а саме, геометрію поперечного перетину труб, форму укладки труб в тілі палі, методи фіксації труб теплообмінника в тілі палі та кількість таких фіксаторів.

Установлено закономірності утворення форм, розмірів і властивостей грунтів "зони впливу" фундаментів (збірні палі та блоки різної форми, які занурюють у грунт молотами, вібруванням, вдавлюванням: монолітні набивні фундаменти і палі, що влаштовують у виготовлених пробиванням, віброштампуванням, розкочуванням порожнинах, у т. ч. з розширеннями з втрамбованого щебня чи бетону) і штучних основ (з поверхневим або глибинним ущільненням грунтів), які споруджуються без виймання грунту. Саме параметри "зони впливу" є визначальними під час оцінювання напружено-деформованого стану системи "основа - фундамент". Удосконалено польові та лабораторні методи дослідження властивостей грунтів "зони впливу": пенетрацію; зондування; обертальне зрушення. Теоретичне обгрунтування досліджень проведено вирішенням пружно-пластичної задачі нелінійної механіки грунтів з урахуванням процесів ущільнення грунтів під час зведення фундаментів. Розроблено й впроваджено нові конструкції фундаментів і обладнання для їх виготовлення, а також практичні методи їх проектування та технології.

Представлено аналіз конструктивних особливостей, недоліків та переваг фундаментних паль з теплообмінниками та без них їх. Встановлено, що більшість паль має складну форму теплообмінника або самої палі. Теплообмінники можуть бути одинарні, подвійні та потрійні U-подібної, W-подібної та спіральної форми. Найбільш перспективними є палі з U-подібними теплообмінниками. Їх застосування виключає механічне навантаження на стіни будівлі. Немає додаткових втрат на буріння свердловини. Вони мають збільшену теплову ефективність і низькі гідродинамічні втрати на перекачку теплоносія. Особливо це справедливо при використанні теплообмінників з паралельними подвійними U-подібними трубами. В таких конструкціях проблема порушення герметичності зведена до мінімуму і, відповідно, досягається належний рівень екологічної безпеки. Водночас, використання рідини як теплоносія, за рахунок зміни температури, тиску та її об'єму може призвести до руйнування, спочатку труб теплообмінників, а потім і конструкції палі. Наявність розчиненого кисню в рідинному теплоносії сприяє появі наскрізної корозії труб теплообмінників і, як наслідок, руйнуванню залізобетонної конструкції палі в цілому. Використання труб теплообмінників у якості арматури також може приводити до їх ушкодження і, відповідно, до приведених вище проблем. Проведений аналіз відомої інформації стосовно фундаментних паль дозволяє сформувати вимоги до перспективних конструкцій енергетичних паль і в перспективі дасть можливість розробити нову конструкцію забивної палі з U-подібним теплообмінником в якій враховані всі приведені в роботі недоліки. Перш за все потрібно провести оптимізацію конструкції теплообмінника, а саме, геометрію поперечного перетину труб, форму укладки труб в тілі палі, методи фіксації труб теплообмінника в тілі палі та кількість таких фіксаторів.

За числовим методом граничних елементів проведено дослідження несучої спроможності стрічкових однорядних пальових фундаментів з кількістю паль в стрічці від однієї палі до шести, проаналізовано характер розподілу сил тертя по боковій поверхні стрічкових пальових фундаментів, нормальних напружень під нижнім кінцем їх з метою прийняття оптимальної кількості паль в стрічці. Пальові фундаменти відомі і широко використовуються в будівництві. В сучасному висотному будівництві їх широко застосовують замість розповсюджених раніше стрічкових фундаментів. Цьому сприяли такі фактори: створення раціональної конструкції пальових фундаментів, в результаті чого вони стали рентабельними і конкурентоспроможними зі стрічковими фундаментами; використання пальових фундаментів відповідає вимогам індустріальності, зниженню кошторисної вартості та трудомісткості будівництва; масове будівництво споруд, які вимагають фундаментів з мінімальними загальними і нерівномірними осадками. Це сприяло підвищенню цікавості до їх проектування та методів прогнозування їх поведінки під навантаженням. Перевагою пальових фундаментів є малі осідання, це вельми важливо для висотних споруд, яким властива велика жорсткість і, відповідно, велика чутливість до нерівномірних осідань. Не дивлячись на широке використання пальових фундаментів, ще недостатньо вивчені численні фактори, що впливають на несучу спроможність і осідання паль в їх роботі в складі різних пальових фундаментів в різних грунтових умовах. Це пояснюється надмірною складністю та трудомісткістю проведення натурних досліджень пальових фундаментів. Запропоновано новий метод з точнішими передумовами для описання деформативності найвживаніших в висотному будівництві пальових фундаментів. Одержані дані про закономірності зростання загального зусилля на фундамент зі збільшенням кількості паль і зміни середнього навантаження на палю в складі стрічкового однорядного пальового фундаменту. Крім того, стрічкові пальові фундаменти дозволяють зменшити кількість використаного матеріалу і вартість будівництва, що є досить важливим для інвестора. Здійснено порівняння числових досліджень з експериментальними даними за величиною несучої здатності стрічкових пальових фундаментів.

На шахтах України спостерігались випадки аварійних станів шахтних вентиляційних установок під впливом техногенної пневматичної ерозії грунтової основи. Техногенна пневматична ерозія грунтової основи відбувається внаслідок розгерметизації вентиляційної камери. Внаслідок впливу градієнта пневматичного тиску між поверхнею і внутрішніми шарами грунтового масиву відбувається просочування атмосферного повітря крізь грунт до вентиляційної камери, що призводить до висихання скелету грунту та дефляції його частинок. Цей процес, в перспективі, спричиняє нерівномірні осідання і руйнування залізобетонних конструкцій фундаменту. Для вказаних випадків запропоновано і впроваджено принцип підсилення монолітних залізобетонних фундаментів із застосуванням буронабивних паль, які влаштовують за периметром фундаменту, утворюючи разом з низьким ростверком і залізобетонною обоймою підсилення конструктивну систему, яка забезпечує передавання навантаження на непошкоджені шари грунтової основи.

Під час проєктування важливо знати не лише структуру та навантаження будівлі, але також і властивості грунтів основи. Ігнорування властивостей грунту може призвести до проєктування неправильної конструкції фундаменту, а згодом спричинити руйнування у конструкціях будівлі, оскільки загальновідома функція фундаменту полягає в перенесенні впливу навантаження на грунт. Для менших будівель зазвичай не проводять інженерно-геологічних досліджень, а основні дані про територію, де планується будівництво, отримують з архівних звітів. А геологи визначають рекомендовані значення дисперсії для одиничних геологічних властивостей, що відображається на несучій здатності конструкції грунту та розмірах підошви фундаменту. Результати проведених експериментів надано оцінкою несучої здатності грунту з погляду зміни механічних властивостей грунту. Вплив параметрів міцності на зсув грунту та несучу здатність дуже важливий, особливо в разі зміни кута внутрішнього тертя. Визначивши правильні значення кута тертя, можна розрахувати точне значення несучої здатності грунту для проєктування оптимальної конструкції фундаменту без руйнувань, тоді як використання хибних параметрів зсуву грунту може призвести до локальних руйнувань. Тому найважливішим для проєктування правильної конструкції фундаменту є саме визначення величини внутрішнього кута тертя грунту. Крім того, базовий моніторинг грунту за рахунок різних параметрів міцності у разі зміни консистенції грунту та спостереження за зміною несучої здатності грунту також підтвердили важливість оцінювання інженерно-геологічних вишукувань для оптимального проєктування фундаментних конструкцій.

Розроблено нову ефективну конструкцію стрічкового фундаменту з повздовжнім вирізом по підошві, вдосконалено відповідні методики розрахунку. Проведено патентний пошук і проаналізовано експериментально-теоретичні дослідження існуючих конструкцій умовно стрічкових (протяжних) фундаментів (переривчастих, ламаних тощо) та методик визначення несучої здатності, розрахункового опору і деформацій їх ґрунтових основ. Розроблено та запатентовано конструкцію стрічкового фундаменту з повздовжнім по підошві вирізом, що заповнюється низькомодульним матеріалом, яка дозволяє підвищити розрахунковий опір ґрунту основи до 70 % порівняно із традиційним стрічковим фундаментом. Проведено польові великомасштабні експерименти та теоретичні дослідження взаємодії фундаментів із повздовжнім вирізом по підошві з основою, удосконалено методики визначення розрахункового опору й осідань таких фундаментів. Створено комп'ютерну програму "Стрічковий фундамент з вирізом" для автоматизації розрахунків і вибору раціональних параметрів фундаментів за прийнятими нормативними обмеженнями.

Метою роботи є розробка експериментально-методичних засад діагностики залізобетонних паль (ЗП) у ґрунті з можливістю визначення дефектів розмірами менш ніж 50 % від їх поперечного перетину. Здійснено експериментальні дослідження та математичне моделювання технічного стану (ТС) ЗП при різних видах дефектів стовбура паль. Уперше розроблено методику, проведено експерименти і отримано нові дані про ТС непорушених ЗП і ЗП з дефектами в поперечному перетині з реєстрацією відлунь двох типів хвиль. Удосконалено чисельний метод розрахунку хвильових процесів в ЗП на основі хвильової факторизації. За допомогою бази даних експериментальних досліджень, записаних приладом ТКС-1 та цифровим осцилографом Metrix OX 8020, тепер можна в реальних умовах порівняти такі фактори, як тип молотка і тип датчика та оцінити їхній вплив на характер сигналограми, що важливо для вдосконалення існуючої методики проведення випробувань ТС ЗП у натурних умовах, а також у сукупності з матеріалами математичного моделювання. Дані дослідження є експериментально-теоретичною основою для створення методики оцінки ТС ЗП з визначення дефектів, які складають 30% і більше від площі поперечного перерізу палі в найвужчому місці дефектного відрізка.

Досліджено взаємодію з ґрунтовою основою великорозмірних плитно-пальових фундаментів багатоповерхових будівель. Предмент дослідженя - параметри великорозмірного плитно-пальового фундаменту з регулярним розміщенням паль. Запропоновано нову розрахункову схему взаємодії ґрунтової основи з конструкцією плитно-пальового фундаменту, яка враховує почергове формування двох стисливих товщ; розроблено новий метод визначення основних параметрів плитно-пальового фундаменту з першочерговим включенням в роботу плити ростверку та обмеженням осідань його основи величиною зазору між плитою й палями; уперше встановлено залежність деформування і втрати несучої здатності щодо ґрунту окремих секцій натурної двосекційної палі у разі дії вдавлюючих статичних навантажень; на підставі досліджень уперше експериментально обґрунтовано застосування запатентованого способу "ONLY-DOWN" випробування ґрунтів багатосекційними палями для виявлення залежності деформування і визначення граничної несучої здатності паль на вдавлююче навантаження. Розроблено нову конструкцію плитно-пальового фундаменту багатоповерхової будівлі, застосування якої приводить до ефективного використання механічних властивостей ґрунтової основи; розроблено спосіб випробування ґрунтів багатосекційною палею значної несучої здатності на вдавлююче навантаження, за допомогою якого можна виявити залежність деформування кожної секції та несучу здатність палі; запропоновано методику визначення осідань одиночних паль від впливу довантажувальних сил тертя, яка дозволяє врахувати початкові осідання паль під час деформації плити в складі плитно-пальового фундаменту і скоригувати величину зазору між плитою й палями; розроблено методику моделювання системи "плитно-пальовий фундамент - основа" з визначенням довантажувальних сил тертя по бічній поверхні паль у складі плитно-пальового фундаменту та їх початкових осідань із застосуванням методу скінченних елементів.

Індекс рубрикатора НБУВ: Н582.5-028.1

Рубрики:

Пальові фундаменти (пальові підвалини)

Шифр НБУВ: РА444260 Пошук видання у каталогах НБУВ