Зависимость напряженно-деформированного состояния «стены в грунте» от количества буровых свай в пределах котлована | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 19 октября, печатный экземпляр отправим 23 октября.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Научный руководитель:

Рубрика: Архитектура, дизайн и строительство

Опубликовано в Молодой учёный №21 (520) май 2024 г.

Дата публикации: 25.05.2024

Статья просмотрена: 4 раза

Библиографическое описание:

Шеина, Н. А. Зависимость напряженно-деформированного состояния «стены в грунте» от количества буровых свай в пределах котлована / Н. А. Шеина. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2024. — № 21 (520). — С. 147-152. — URL: https://moluch.ru/archive/520/114713/ (дата обращения: 05.10.2024).



В рамках данного исследования выполнен анализ напряженно-деформированного состояния конструкции «стены в грунте» и окружающего массива грунта при разработке котлована в условиях Санкт-Петербурга в программном комплексе Plaxis 2D на двух участках реального объекта. Рассматриваемые участки были аналогичны друг другу в отношении параметров котлована и грунтовых условий, но различались количеством буровых свай, попадающих в сечение. В рамках исследования выполнено сравнение горизонтальных перемещений «стены в грунте» в зависимости от количества буровых свай в пределах котлована по результатам мониторинга и численных расчетов, а также выполнено сопоставление с результатами расчета без учета свай. Сделаны выводы относительно армирующего эффекта свай для массива грунта со стороны действия пассивного давления грунта.

Ключевые слова: буровые сваи, армирование грунта, напряженно-деформированное состояние, ограждающая конструкция, стена в грунте.

В настоящее время новое строительство часто ведется в стесненных условиях на территориях с неблагоприятными инженерно-геологическими условиями. Поэтому в качестве ограждающей конструкции часто применяется «стена в грунте», которая представляет собой монолитную железобетонную конструкцию. Корректная оценка напряженно-деформированного состояния конструкции ограждения способствует экономической эффективности проектных решений, не ущемляя их надежности [1].

Напряженно-деформированное состояние гибких подпорных стенок определяется горизонтальным давлением грунта, которое можно определить аналитическими и численными способами [2]. При этом армирующий эффект от влияния буровых свай на ограждение котлована часто не учитывается. Однако, аналогично технологии укрепления склонов при помощи свай, этот фактор должен способствовать увеличению максимального горизонтального давления, которое способен выдержать грунтовый массив [3].

В рамках данного исследования был выбран объект, расположенный в Приморском районе г. Санкт-Петербурга.

Рассматриваемый объект, представляет собой единое здание, состоящее из трех блоков разной высоты (от 2 до 15 этажей) с двумя подземными этажами. Общий вид здания представлен на рис. 1

Несущие конструкции каркаса здания

Рис. 1. Несущие конструкции каркаса здания

Столь существенное различие в этажности строящегося здания привело к существенной неоднородности плотности свайного поля.

Проектом строительства предполагалась разработка котлована глубиной до 8,2 м с устройством ограждающей конструкции — монолитной железобетонной «стены в грунте» толщиной 0,8 м и глубиной заложения до 26,2 м от уровня земли. «Стена в грунте», размерами 273х180 метров, предусмотрена вокруг внешнего периметра комплекса и имеет нестандартную форму, повторяющую его геометрию. Нижняя часть «стены в грунте» погружена в водоупорный слой грунта, который представляет собой глину. Тип разработки котлована — под защитой пригрузочной бермы и подкосов.

Проектом для комплекса зданий предусмотрен фундамент на буронабивных сваях длиной 37 м от дна котлована и диаметром 1,18 м, выполняемых по технологии «под защитой обсадной трубы». Буронабивные сваи выполняются с выровненной дневной поверхности земли и погружены в глины. Сваи объединены единой ростверковой плитой толщиной от 1 до 2 м. Для обеспечения равномерной деформации всего сооружения буронабивные сваи расставлены в соответствии с рисунком 2.

Схема расположения свай

Рис. 2. Схема расположения свай

Численное моделирование выполнялось в программном комплексе «Plaxis 2D», реализующем решение методом конечных элементов. «Plaxis» используется для решения задач инженерной геотехники и предназначен для всесторонней оценки изменения напряженно деформированного состояния грунтов при производстве работ по устройству фундаментных конструкций и конструкций ограждения котлованов [4].

Работа грунта описывалась упругопластической моделью с упрочнением Hardening Soil model (HS). Основная идея модели упрочняющегося грунта заключается в гиперболической зависимости между вертикальными деформациями и девиаторными напряжениями при первичном трехосном нагружении [4].

Моделирование буронабивных свай выполнено элементом ««Embedded beam» (погруженная балка), который позволяет описать взаимодействие сваи с грунтом по боковой поверхности и под острием, а также учитывает прочность на контакте «массив грунт — свая» [4].

Для сравнительного анализа результатов расчета были проведены расчеты для двух сечений (см. рис. 2) на участке, различающихся по степени армирования сваями.

Общий вид расчетной схемы представлен на рис. 3.

Общий вид расчетной схемы

Рис. 3. Общий вид расчетной схемы

По сечению 1–1 сваи расположены с шагом 3 м, по сечению 2–2 в направлении параллельном ограждению котлована с шагом 6 м.

Результаты численных расчетов представлены на следующих рисунках:

Максимальные горизонтальные смещения для сечения 1–1

Рис. 4. Максимальные горизонтальные смещения для сечения 1–1

Максимальные горизонтальные смещения для сечения 2–2

Рис. 5. Максимальные горизонтальные смещения для сечения 2–2

Максимальные горизонтальные смещения без учета свай

Рис. 6. Максимальные горизонтальные смещения без учета свай

Сопоставительный график результатов численных расчетов

Рис 7. Сопоставительный график результатов численных расчетов

Численные расчеты показали высокую сходимость с натурными данными. Результаты сравнения смещений ограждения котлована сведены в таблицу 1.

Таблица 1

, мм

Сечение 1–1

Сечение 2–2

Без учета свай

Расчет

124,3

145,2

254,2

Мониторинг

128,47

142,4

-

Результаты численных экспериментов и данные мониторинга показали, что буровые сваи в пределах котлована оказывают существенное влияние на конструкцию ограждения, так как повышают приведенные прочностные параметры среды за счет армирования. К максимальному уменьшению перемещений «стены в грунте» приводит усиление наибольшим количеством свай в пределах котлована.

Таким образом, чтобы повысить точность расчетов и снизить затраты на проектирование до стадии производства работ, необходимо учитывать в расчетах влияние свайного поля на ограждение котлована. Учет данного фактора возможен с использованием метода конечных элементов.

Литература:

  1. R. A. Mangushev, I. P. Diakonov, I. B. Bashmakov & D. A. Paskacheva. Calculation method of determining the earth pressure on the diaphragm wall considering the undrained soil behavior // In book: Smart Geotechnics for Smart Societies, 2023, с. 1015–1021.
  2. Мангушев Р.А, Осокин А. И. «Проектирование и устройство подземных сооружений в открытых котлованах»: Учеб. Пособие. М., СПб: Изд-во АСВ, 2013. — 256 с.
  3. Khazaleh M. A. The effect of soil reinforcement of strength of the soil // Sustainable Energy and Environment Review. 2023. Vol. 1. Issue 1. Pp. 68–79.
  4. Мангушев Р. А., Дьяконов И. П., Полунин В. М. «Численные расчеты в геотехнической практике. (Опыт применения конечно-элементного программного комплекса «ПЛАКСИС»)»: учеб.-практич. пособие. М.: Изд-во АСВ, 2022. — 316 с.
Основные термины (генерируются автоматически): свая, грунт, ограждающая конструкция, ограждение котлована, предел котлована, сечение, учет свай, напряженно-деформированное состояние, общий вид, программный комплекс.


Похожие статьи

Разработка проекта производства работ при строительстве зданий на просадочных грунтах

Актуальность выбранной темы диктуется тем, что в настоящее время большое развитие в строительном производстве получает строительство сооружений на слабых водонасыщенных грунтах. По аналитике имеющихся данных, при производстве строительно-монтажных ра...

Оптимизация производства работ при устройстве буронабивных свай в зимний период строительства в Санкт-Петербурге

В данной статье рассмотрена технология по производству буронабивных свай в зимний период, применимая для Санкт-Петербурга. На основании опыта, включающего в себя разработку системы предварительного разогрева бетонной смеси, произведено сравнение затр...

Анализ проведенных работ в области определения модуля деформации для слабых глинистых грунтов

На сегодняшний день развитие исторического города нереально без освоения подземного пространства. До последнего времени глубоких котлованов в среде сложившейся городской застройки не строилось. Причиной этого являются специфические геологические усло...

Влияние разгрузочного модуля на осадки точки дна котлована

В современных условиях невозможно развитие исторического города без использования подземного пространства. Ранее глубокие ямы в городе не использовались из-за специфических геологических условий Санкт-Петербурга, в том числе наличия слабых глинистых ...

Прогноз увеличения во времени несущей способности свай

В статье поставлена цель изучить этапы увеличения несущей способности свай под длительной нагрузкой во времени. В статье рассмотрены испытания свай под длительной нагрузкой и определение изменения несущей способности свай. Проведен сравнительный анал...

Анализ результатов геодезического мониторинга устойчивости линейных опор канатно-кресельной дороги

В статье обсуждается вопрос геодезического мониторинга линейных опор канатно-кресельной дороги, выполняется анализ данных, полученных при проведении 4 циклов измерений, рассматривается проблема водной эрозии, встречающейся на обследуемом горном склон...

Исследование напряженно-деформированного состояния железобетонной балки при наличии трещины

В работе исследовано напряженно-деформированное состояние железобетонной балки при наличии поперечной трещины. Приведена оценка численных результатов значений напряжений при удалении от вершины трещины. Моделирование осуществлялось с использованием п...

Характер образования пластических деформаций в толстых железобетонных балках

В данной статье описывается характер возникновения пластических деформаций бетона в железобетонных балках с большой высотой поперечного сечения. Проводятся расчеты определенного количества толстых балок по нормальным и наклонным сечениям с целью опре...

Планирование экспериментального исследования по оценке прочностных и деформативных параметров ПВХ мембраны

В статье рассматриваются результаты планирования экспериментального исследования гидроизоляционной ПВХ мембраны. Прочностные и деформативные параметры определены как одни из основных показателей, обеспечивающих работоспособность материала при действи...

Выбор технологий возведения зданий в стесненных условиях исторической застройки

В статье рассматривается проблема возведения монолитных зданий в стесненных условиях городской застройки Санкт-Петербурга. При решении проблемы использован метод комплексной экспертной оценки строительных технологий в различных условиях городского ст...

Похожие статьи

Разработка проекта производства работ при строительстве зданий на просадочных грунтах

Актуальность выбранной темы диктуется тем, что в настоящее время большое развитие в строительном производстве получает строительство сооружений на слабых водонасыщенных грунтах. По аналитике имеющихся данных, при производстве строительно-монтажных ра...

Оптимизация производства работ при устройстве буронабивных свай в зимний период строительства в Санкт-Петербурге

В данной статье рассмотрена технология по производству буронабивных свай в зимний период, применимая для Санкт-Петербурга. На основании опыта, включающего в себя разработку системы предварительного разогрева бетонной смеси, произведено сравнение затр...

Анализ проведенных работ в области определения модуля деформации для слабых глинистых грунтов

На сегодняшний день развитие исторического города нереально без освоения подземного пространства. До последнего времени глубоких котлованов в среде сложившейся городской застройки не строилось. Причиной этого являются специфические геологические усло...

Влияние разгрузочного модуля на осадки точки дна котлована

В современных условиях невозможно развитие исторического города без использования подземного пространства. Ранее глубокие ямы в городе не использовались из-за специфических геологических условий Санкт-Петербурга, в том числе наличия слабых глинистых ...

Прогноз увеличения во времени несущей способности свай

В статье поставлена цель изучить этапы увеличения несущей способности свай под длительной нагрузкой во времени. В статье рассмотрены испытания свай под длительной нагрузкой и определение изменения несущей способности свай. Проведен сравнительный анал...

Анализ результатов геодезического мониторинга устойчивости линейных опор канатно-кресельной дороги

В статье обсуждается вопрос геодезического мониторинга линейных опор канатно-кресельной дороги, выполняется анализ данных, полученных при проведении 4 циклов измерений, рассматривается проблема водной эрозии, встречающейся на обследуемом горном склон...

Исследование напряженно-деформированного состояния железобетонной балки при наличии трещины

В работе исследовано напряженно-деформированное состояние железобетонной балки при наличии поперечной трещины. Приведена оценка численных результатов значений напряжений при удалении от вершины трещины. Моделирование осуществлялось с использованием п...

Характер образования пластических деформаций в толстых железобетонных балках

В данной статье описывается характер возникновения пластических деформаций бетона в железобетонных балках с большой высотой поперечного сечения. Проводятся расчеты определенного количества толстых балок по нормальным и наклонным сечениям с целью опре...

Планирование экспериментального исследования по оценке прочностных и деформативных параметров ПВХ мембраны

В статье рассматриваются результаты планирования экспериментального исследования гидроизоляционной ПВХ мембраны. Прочностные и деформативные параметры определены как одни из основных показателей, обеспечивающих работоспособность материала при действи...

Выбор технологий возведения зданий в стесненных условиях исторической застройки

В статье рассматривается проблема возведения монолитных зданий в стесненных условиях городской застройки Санкт-Петербурга. При решении проблемы использован метод комплексной экспертной оценки строительных технологий в различных условиях городского ст...

Задать вопрос