Проведены экспериментальные исследованиямодели гибкого фундамента в условиях плоской деформации на естественном основании и с введением армирующих прослоек. Выявлены зависимости внутренних усилий в фундаменте от жесткости основания под краем фундамента, за счет введения геотекстиля. Показана возможность использования определенных технологических приемов с целью управления распределением усилий в модели гибкого фундамента.
Ключевые слова: армирование, геотекстиль, основание, гибкий фундамент.
С целью экспериментальной оценки влияния степени и способа армирования грунтов на деформации гибких фундаментов и грунтов основания проведены исследования с моделью гибкого фундамента в условиях плоской деформации в малом поворотном лотке с размерами 1,4ґ0,8ґ0,475 м. Стенки лотка были выполнены светопрозрачными из оргстекла толщиной 20 мм для наблюдения за деформациями песчаного основания. Для исключения распора боковых стенок от давления грунта они усилены металлическими уголками. В опытах использована модель гибкого фундамента шириной b = 0,45 м и длиной l = 0,475 м, выполненная из листовой стали марки ВСт3пс6 толщиной h = 0,0021 м и гибкостью t = 1757. Прочность стали оценивалась величиной предела текучести, который для стали марки ВСт3пс6 равен 240 МПа [1].
Нагрузка на фундамент прикладывалась пневматически через загрузочный шток и жесткую траверсу, который устанавливался на оси симметрии модели фундамента. Нагрузка прикладывалась ступенями N = 0,25 кН до 6,25 кН (начало образования пластических деформаций в материале модели фундамента). Каждая ступень нагрузки выдерживалась во времени в течение 15 минут для стабилизации деформации песчаного основания.
Для измерения деформаций, определения напряжений в модели гибкого фундамента, а затем и изгибающего момента, на поверхности модели наклеивались тензорезисторы марки КФ-5–400 [2]. Напряжения в конструкции модели фундамента определялись через измеренные значения деформации и модуль упругости стали, равный Е = 2‘108 кПа. Расположение тензорезисторов на модели гибкого фундамента показано на рис. 1. Измерения перемещений модели гибкого фундамента и поверхности песчаного основания проводились индикаторами часового типа ИЧ-10.
Рис. 1. Схема нагружения и расположения тензрезисторов
Основанием служил песок морской кварцевый охристый, средней крупности из карьера п. Городище Пензенской области, гранулометрический состав определен ситовым методом с промывкой водой в соответствии с ГОСТ 12536–79 (рис. 2).
Рис. 2. Интегральная кривая гранулометрического состава
Песчаное основание создавалось в лотке путем равномерной отсыпки песка в воздушно-сухом состоянии слоями по 2 см с постоянной высоты 30 см [3]. Это позволило создать однородную укладку песка в массиве основания при коэффициенте пористости е = 0,62. В результате среднее значение плотности песка составило 16,2 кН/м3. Согласно [4], данное основание из мелкого песка относится к категории средней плотности. Плотность основания контролировали взвешиванием с определением удельного веса и коэффициента пористости режущим кольцом. В процессе укладки песка на определенном уровне размещались армирующие сетки.
Рассмотрены два случая. В первом случае используется основание в естественном состоянии. Во втором случае, в песчаный грунт под консолью фундамента, введен геотекстиль (рис. 3). Ширина сетки, Вs, принималась равной 11 см при одноярусном заложении (рис. 3 а) и 21 см при одно- и двухъярусном заложении сетки (рис. 3 б, в), на глубине равной 0,035 ширины фундамента b. В дальнейшем основание без армирования будем называть «естественным основанием», а основание с армированием — «усиленным основанием» [5].
Рис. 3. Схема расположения геосеток
Нагрузка на фундамент прикладывалась ступенями N = 0,25 кН до 6,25 кН (начало образования пластических деформаций в материале модели фундамента).
Сравнение эпюр изгибающих моментов (рис. 4, 5) модели гибкого фундамента на естественном и усиленном основаниях, при упругой работе грунта основания (рис. 4), показывает похожий характер их развития, однако введение одного ряда сеток практически не приводит к уменьшению значений изгибающего момента на краях фундамента, хотя в центральном пролете произошло уменьшение значений изгибающего момента в 2 раза для сетки Bs = 11 см и в 1,5 раза для сетки Bs = 21 см. Введение второго ряда сеток шириной 21 см приводит к уменьшению значений изгибающего момента на консолях в 10 раз и росту его в месте приложения внешней нагрузки в 4,8 раза по сравнению с однорядным расположением сетки Bs = 21 см. Для сетки Bs = 11 см в месте приложения силы момент незначителен.
Рис. 4. Эпюры изгибающих моментов при нагрузке N = 0,25 кН
Рис. 5. Эпюры изгибающих моментов при нагрузке N = 6,25 кН
В процессе нагружения (рис. 5) при нагрузках на стадии образования областей сдвига произошло возрастание значений изгибающих моментов в центральном пролете для естественного основания в 7,8 раз, для усиленного с сеткой Bs = 11 см в 20 раз, для сетки Bs = 21 см в 10 раз, для двухъярусного расположения сеток Bs = 21 см в 12 раз. На консолях в процессе нагружения также произошло возрастание моментов почти в 4 раза, а в месте приложения силы — в 5 раз и более.
Теоретические исследования [6...8] и выполненный эксперимент позволяет сделать вывод о зависимости внутренних усилий в фундаменте от жесткости основания под краем фундамента, за счет введения геотекстиля, и показывает на возможность использования определенных технологических приемов с целью управления распределением усилий в модели гибкого фундамента.
Литература:
1. Хрянина, О. В. Экспериментально-теоретическая оценка совместной работы конструкции гибкого фундамента с армированным основанием [Текст]: дис. … канд. техн. наук: 05.23.01 / О. В. Хрянина. — Пенза, 2005. — 236 с.
2. Мельников, А. В. Прочность и деформируемость слабых грунтов оснований, усиленных армированием [Текст]: монография / А. В. Мельников, О. В. Хрянина, С. А. Болдырев. — Пенза: ПГУАС, 2014. — 176 с. — 500 экз. — ISBN 978–5-9282–1039–7.
3. Хрянина, О. В. Методика подготовки образцов-близнецов песчаного грунта / О. В. Хрянина // Вопросы планировки и застройки городов: сб. науч. ст. — Пенза, 2002. — С. 144–146.
4. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости [Текст]: ГОСТ 12248–2010. — Взамен ГОСТ 12248–96; введ. 01.01. 2012.
5. Болдырев, Г. Г., Хрянина, О. В. Оценка влияния эффекта армирования на напряженно-деформированное состояние песчаного основания / Г. Г. Болдырев, О. В. Хрянина // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. — 2003. — № 1 (7). — С. 222–225.
6. Болдырев, Г. Г., Хрянина, О. В. Армирование оснований гибких фундаментов / Г. Г. Болдырев, О. В. Хрянина // Геотехнические проблемы строительства крупномасштабных и уникальных объектов: сб. науч. ст. — Алматы, 2004.
7. Болдырев, Г. Г., Хрянина, О. В. Экспериментально-теоретические исследования взаимодействия гибкого фундамента с армированным основанием / Г. Г. Болдырев, О. В. Хрянина // Строительство и реконструкция деревянных жилых домов: сб. науч. ст. — Архангельск, 2002.
8. Болдырев, Г. Г., Хрянина, О. В. Армирование грунта с целью выравнивания прогиба ленточного фундамента / Г. Г. Болдырев, О. В. Хрянина // Актуальные проблемы современного строительства: сб. науч. ст. — Пенза, 2001.
