Существующие методы расчетов зданий и сооружений на пучинистых грунтах
Характерной особенностью совместной деформации пучинистых грунтовых оснований с фундаментами малоэтажных зданий, надземных и подземных сооружений является то, что, в целом деформации прогиба или выгиба отдельных участков по их длине и времени носят случайный характер. Это объясняется существенно, вероятностным характером процессов промерзания и пучения грунтов, обусловленным случайным сочетанием большого количества фактов, изменяющихся в сложной коррелятивной взаимосвязи, не поддающихся предварительной количественной оценке.
Предлагаемые методы расчета малоэтажных зданий с фундаментами в продольном направлении при неравномерном морозном пучении грунта путем решения дифференциальных уравнений оси изогнутой балки с использованием переменного коэффициента постели, в частности; изменяющиеся по форме косинусоиды по длине фундамента (В.С. Сажин, В.Я. Шишкин, А.С. Волох) в целом, на наш взгляд, объективно отражая процессы взаимодействия пучинистого грунта с фундаментом не позволяют достаточно надежно определить количественные значения коэффициента постели пучинистого мерзлого основания.
Это обусловлено влиянием на прочностные и деформационные характеристики мерзлых грунтов таких факторов: как время действия нагрузки, температура грунта, давление от фундамента (Вялов С.С., Зарецкий Ю.К., Городецкий С.Э.). при этом все эти факторы изменяются по глубине промерзания по времени в результате чего под фундаментами образуется достаточно жесткая монолитная мерзлая плита из грунта, работающая совместно с фундаментом и стеной здания.
Существующие в настоящее время в России методики и рекомендации по проектированию и расчету малозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах не учитывают:
*прочностные и деформационные характеристики сезонно промерзающих пучинистых грунтов с учетом длительности действия напряжений во времени; т.е. напряженно-деформационное состояние (НДС) мерзлого грунта не рассматривается;
*условия равновесия между напряжениями в грунте от фундаментов и напряжениями морозного пучения с учетом их распределения по ширине и длине фундаментов в процессе послойного выпучивания грунта под ними;
*дополнительные крутящие и изгибающие моменты, действующие на фундаменты, стены, простенки и колонны при неравномерном промерзании и пучении грунтов под ними.
Поэтому существующие расчетные схемы и модели взаимодействия малозаглубленных фундаментов малоэтажных зданий и свайных фундаментов с пучинистыми грунтами в большей части отражают частные задачи конкретных исследований, которые часто решаются эмпирическими методами расчетов.
Новизна научных разработок
Нами на основании комплекса теоретических, лабораторных и длительных натурных исследований (1976-2005 годы) взаимодействия сезонно промерзающих пучинистых грунтов с малозаглубленными фундаментами малоэтажных зданий, надземными и подземными сооружениями и свайными фундаментами с учетом распределения напряжений в грунте от них по глубине промерзания и прочностных и деформационных характеристик мерзлых грунтов по времени с соблюдением условий равновесия между напряжениями в грунте от фундаментов и напряжениями морозного пучения установлены ранее неизвестные, принципиально важные закономерности для определения количественных значений величины выпучивания фундаментов и подземных сооружений и дополнительных усилий в них: впервые решена задача о распределении напряжений (нормальных сил) морозного пучения по ширине и длине фундаментов по глубине промерзания с их количественными значениями, в зависимости от действующих нагрузок, размеров фундамента, с соблюдением условий равновесия между нагрузкой и давлением пучения. Что подтверждено свидетельством на научную гипотезу [1] (см. рис.1) и тестированием величинывыпучивания фундаментов в натурных условиях [25,32,46];
впервые научно обоснована расчетная схема взаимодействия фундамента с промерзающим пучинистым грунтом по его подошве и боковой поверхности с учетом длительной прочности мерзлого грунта на растяжение и сдвиг с соблюдением условия равновесия, позволяющее определить распределение давления от фундамента по глубине промерзания и соответственно, величину послойного выпучивания грунта, как в обратной засыпке, так и под подошвой фундамента по мере промерзания грунта [25,32,43,44] (см.рис.2 и 3);
научно обосновано определение зависимости степени пучинистости грунта от давления в лабораторных условиях с учетом сжатия образца грунта и деформации конструкции неподвижного закрепленного на его поверхности динамометра для измерения максимального значения давления пучения испытуемого грунта, что подтверждено патентами на изобретение и полезную модель [8,35.32,47] (см. рис.4);
впервые установлена зависимость прогибов отдельных участков подземных надземных сооружений от величины их морозного выпучивания с учетом их изгибной жесткости [17,21,30.40] и на этой основе приняты конструктивные решения для неотапливаемых зданий [2], водопропускных сооружений [3], одноэтажного холодильника с камерами [4], тоннеля подземного пешеходного перехода [9], отстойника [5], прямоугольного емкостного сооружения [6], фундамента многоэтажного здания [10], фундамента-опоры для технологических трубопроводов [11], возводимых на пучинистых грунтовых основаниях, новизна технических решений которых подтверждена патентами на изобретения и полезные модели [2-6,9-11] см.рис.5 и 6);
впервые предложен способ определения дополнительной нагрузки на подземное сооружение от намерзания грунта обратной засыпки на его боковые поверхности [16], что подтверждено патентом на изобретение [7];
где l - коэффициент относительной гибкости сооружения, hff – величина выпучивания фундамента; a, b – экспериментальные коэффициенты.
впервые научно обоснована расчетная схема взаимодействия одиночных свай и свайного ростверка с пучинистым грунтом по подошве ростверка и боковой поверхности свай с учетом длительной прочности мерзлого грунта на растяжение и сдвиг с соблюдением условия равновесия между удерживающими и выпучивающими силами, позволяющее определить распределение давления от одиночной сваи и свайного ростверка по глубине промерзания и соответственно, величину послойного выпучивания грунта вокруг одиночной сваи, самой сваи, а также ростверка свайного фундамента и усилия в них, что подтверждено натурными исследованиями, а новизна патентом на изобретения [34].
Перечень патентов на изобретения и полезные модели и научных работ
1. Гипотеза о распределении нормальных сил морозного пучения по подошве твердомерзлого слоя грунта под фундаментами, автор Абжалимов Р. Ш. //Научные открытия (сборник кратких описаний научных открытий, научных идей, научных гипотез - 2004). М: Российская академия естественных наук, 2004, выпуск 1, с 46-47.
2. Патент на изобретение №1203208, МПК7 Е 04 В 1/00. Неотапливаемое одноэтажное здание, возводимое на пучинистых грунтах. /Р. Ш. Абжалимов. Приоритет 13.12.2001. // Опубл. 07.01.1986, Бюл., №1.
3. Патент на изобретение №1474206, МПК7 Е 01 В 5/100. Водопропускное сооружение под насыпью на пучинистых грунтах. /Р. Ш. Абжалимов. Приоритет 26.06.1985. // Опубл. 23.04.1989. Бюл., №15.
4. Патент на изобретение №2206686, МПК Е 04 H 5/100. Одноэтажный холодильник с камерами, возводимый на пучинистом грунтовом основании. /Р. Ш. Абжалимов. Приоритет 29.11.2001. //Опубл. 20.06.2003, Бюл., №17.
5. Патент на изобретение №2206667, МПК. Подземное сооружение типа отстойник, возводимое на пучинистых грунтовых основаниях. /Р. Ш. Абжалимов. Приоритет //Опубл. 20.06.2003, Бюл., №17.
6. Патент на изобретение №2224844, МПК . Прямоугольное закрытое емкостное сооружение для водоснабжения и канализации типа резервуара, возводимое на пучинистых грунтовых основаниях. /Р. Ш. Абжалимов. Приоритет //Опубл. 27.02.2004, Бюл., №6.
7. Патент на изобретение №2184375, МПК G 01 N 33/24. Способ определения веса намерзающего грунта на стены подземного сооружения при непрерывном морозном пучении грунтового основания под сооружением. /Р. Ш. Абжалимов. Приоритет 06.12.2000. //Опубл. 06.12.2000, Бюл., №18.
8. А. С. №25518 на полезную модель МПК RU 7E02D 1/00. Устройство для определения величины морозного пучения грунтов от давления. /Р. Ш. Абжалимов. Приоритет 13.12.2001. //Опубл. 10.10.2002, Бюл., №28.
9. А. С. №18544 на полезную модель. Тоннель, возводимый на пучинистых грунтовых основаниях. /Р. Ш. Абжалимов. Приоритет 12.01.2001. //Опубл. 27.06.2001., Бюл., №18.
10. А. С. №18406 на полезную модель МПК 7Е 02D 27/35. Фундамент многоэтажного здания, возводимого на пучинистых грунтовых основаниях. /Р. Ш. Абжалимов. Приоритет 20.02.2001. //Опубл. 20.06.2001., Бюл., №17.
11. А. С. №119292 на полезную модель МПК 7Е 02D 27/02. Фундамент-опора для технологических трубопроводов, возводимых на пучинистых грунтовых основаниях. /Р. Ш. Абжалимов. Приоритет 02.03.2001. //Опубл. 20.08.2001., Бюл., №23.
12. Р. Ш. Абжалимов. Экспериментальная проверка устойчивости подземных переходов на пучинистых грунтах. //Основания, фундаменты и механика грунтов, 1981, №3. с.10-12.
13. Р. Ш. Абжалимов. Опыт строительства подземных переходов на пучинистых грунтах. //Транспортное строительство, 1982, №7, с. 13-14.
14. Р. Ш. Абжалимов.Лабораторные исследования морозного пучения. //Основания, фундаменты и механика грунтов, 1982, №5, с. 20-22.
15. Р. Ш. Абжалимов. Остаточные деформации конструкций подземных переходов на пучинистых грунтовых основаниях. //Основания, фундаменты и механика грунтов, 1983, №2, с. 8-10.
16. Р. Ш. Абжалимов. О дополнительной нагрузке, возникающей вследствие намерзания грунта обратной засыпки на стенки подземного перехода. //Основания, фундаменты и механика грунтов. 1987, №6, с. 29-31.
17. Р. Ш. Абжалимов. Расчет подземных пешеходных переходов при неравномерном морозном пучении основания. //Основания, фундаменты и механика грунтов. 1989, №2, с. 16-17.
18. Р. Ш. Абжалимов. О влиянии грунта обратной засыпки на напряженное состояние подземных сооружений при морозном пучении их оснований. //Проблемы развития транспортных и инженерных коммуникаций. –М.: 1999, №2, с. 32-34.
19. Р. Ш. Абжалимов. К расчету трубопроводов на мелкозаглубленных фундаментах при пучинистых грунтовых основаниях. //Транспортное строительство. 1999, 11, с. 28-30.
20. Р. Ш. Абжалимов. К расчету резервуаров на пучинистых грунтах. //Промышленное и гражданское строительство. 2000, №1, с. 45-46.
21. Р. Ш. Абжалимов. К расчету малоэтажных зданий на мелкозаглубленных фундаментах в пучинистых грунтах. //Транспортное строительство. 2001, №3, с. 13-16.
22. Р. Ш. Абжалимов. Опы строительства жилого дома на подсыпке при глубоком сезонном промерзании грунтов. //Промышленное и гражданское строительство. 2001, №4, с. 49-51.
23. Р. Ш. Абжалимов. К инженерному расчету свайных фундаментов с ростверками на пучинистых грунтах. // Проектирование и строительство в Сибири. 2002, №1, с. 38-40.
24. И. Н. Любчич, Р. Ш. Абжалимов. Использование пучинистых грунтов сезонного промерзания в качестве оснований для малоэтажных зданий и подземных сооружений в регионах Сибири. //Архитектура и строительство Сибири. 2002, №7, с. 42-43.
25. Р. Ш. Абжалимов. К расчетной схеме взаимодействия пучинистого грунта с боковой поверхностью мелкозаглубленного ленточного фундамента. //Промышленное и гражданское строительство: 2003, №3, с. 43-45.
26. Р. Ш. Абжалимов, А. Г. Голубев. Опыт строительства свайных фундаментов с ростверками на пучинистых грунтовых основаниях в г. Омске. //Вопросы фундаментостроения и геотехники. г. Омск.:СибАДИ, 2002, с. 11-17.
27. Р. Ш. Абжалимов, А. И. Бааль. Использование пучинистых грунтов сезонного промерзания в качестве оснований под отстойники очистных сооружений. //Промышленное и гражданское строительство. 2003, №12, с. 27-28.
28. Р. Ш. Абжалимов. Гипотеза о распределении нормальных сил морозного пучения по подошве твердомерзлого слоя грунта под фундаментами. //Основания, фундаменты и механика грунтов. 2004, №1, с. 23-28.
29. Р. Ш. Абжалимов. К расчетной схеме взаимодействия пучинистого грунта с ростверками свайных фундаментов. //Транспортное строительство. 2004, №6, с. 13-17.
30. R. Abzhalimov, I. Lyubchich. Use of seasonally-frozen heaving soils as a foundation of underground structures. //Proceconference «Geotechnical problems on construction of large – scale and unione projects». – Almaty, 2004.- p. 121-124.
31. Р. Ш. Абжалимов. К анализу причин аварии двух крупнопанельных домов в Московской области. //Актуальные проблемы проектирования и устройства оснований и фундаментов зданий и сооружений. (Международная научно- практическая конференция). г. Пенза.: ПГУАС, 2004, с. 4-6.
32. Р. Ш. Абжалимов. К определению величины выпучивания малозаглубленных фундаментов на сезонно промерзающих грунтах. //Взаимодействие сооружений и оснований: методы расчета и инженерная практика. Международная конференция по геотехнике. Санкт – Петербург, 26-28 мая 2005, с 11–17 .
33. Р. Ш. Абжалимов, И. Н. Любчич. К определению прочностных и деформационных характеристик сезонно промерзающих грунтов. //Промышленное и гражданское строительство. 2005, №9, с.9-11.
34. Патент на изобретение. №2260094, МПК 7Е 02D 27/14. Свайный фундамент, возводимый на пучинистом грунтовом основании. /Р. Ш. Абжалимов. Приоритет 21.04.2004. //Опубл. 10.09.2005. Бюл.№25.
35. Патент на изобретение. Заявка №2005109183/03(010863) МПК 7 Е 02D 1/00. Способ определения степени морозного пучения грунта в зависимости от давления фундамента на грунт. /Р. Ш. Абжалимов. Приоритет 31.03.2005. //Решение о выдаче патента на изобретение о ...
36. Патент на изобретение. Заявка №2005129663/20 (033280),МПК 7Е 02D 27/14. Жесткое однослойное армобетонное аэродромное покрытие, возводимое на пучинистом грунтовом основании. Приоритет от 22.09.2005.
Поиск
Реквизиты
