Способ определения веса намерзающего грунта на стены подземного сооружения при непрерывном морозном пучении грунтового основания под сооружением

 

Изобретение относится к строительству, в частности к области инженерно-строительных изысканий для строительства подземных сооружений на сезонно промерзающих пучинистых грунтовых основаниях. Новым в способе является то, что сначала закладывают в котлован железобетонную раму коробчатого сечения, затем устанавливают на поверхности плиты днища у наружных стен и в середине плиты днища нивелировочные марки в определенном порядке и замеряют прогибы плиты днища по нивелировочным маркам в этих поперечных сечениях от собственного веса коробки, после чего производят обратную засыпку пазух грунтом и вновь замеряют прогибы плиты днища по этим же нивелировочным маркам; по наибольшему прогибу плиты днища за наблюдаемый период определяют расчетным путем вес намерзающего грунта обратной засыпки на стены коробчатой рамы. Технический результат, достигаемый изобретением, состоит в разработке способа определения веса намерзающего грунта на стены подземного сооружения при непрерывном морозном пучении грунтового основания под сооружением, а предлагаемый способ позволит проектировать подземное сооружение на пучинистом основании с учетом дополнительного веса намерзающего грунта, действующего на конструкцию. 1 ил.

Изобретение относится к строительству, в частности к области инженерно-строительных изысканий для строительства подземных сооружений на сезонно промерзающих пучинистых грунтовых основаниях.

Известно устройство для определения сил смерзания грунтов с боковой поверхностью неподвижного фундамента, которые тождественны касательным силам морозного выпучивания. См. книгу "Механика мерзлых грунтов", автор Н.А. Цытович, изд. "Высшая школа", М., 1973 г., с. 94 (1).

Известно также устройство для определения касательных сил морозного пучения для неподвижных фундаментов. См. книгу "Морозное пучение грунтов в расчетах оснований сооружений", авторы В.О. Орлов, Б.Б. Елгин, И.И. Железняк, изд. "Наука" сибирское отделение, Новосибирск. 1987 г., с. 32-42 (2).

Эти устройства предназначены для определения касательных сил морозного пучения для неподвижных фундаментов, используемых при расчете последних на устойчивость от касательных сил морозного пучения.

Однако при проектировании подземных сооружений на пучинистых грунтовых основаниях с допущением перемещения их вверх от сил морозного пучения использование вышеназванных устройств неприемлемо.

Целью предлагаемого изобретения является разработка способа определения веса намерзающего грунта на стены подземного сооружения при непрерывном морозном пучении грунтового основания под сооружением. А предлагаемый способ позволит проектировать подземное сооружение на пучинистом основании с учетом дополнительного веса намерзающего грунта, действующего на конструкцию.

Указанная цель достигается следующим образом.

Предлагаемый способ осуществляют в следующей последовательности. В котлован закладывают на расчетную глубину с промерзающим грунтом основания железобетонную раму коробчатого сечения высотой, равной высоте проектируемого сооружения, устанавливают на поверхности плиты днища у наружных стен и в середине плиты днища нивелировочные марки в определенном порядке по длине коробчатой рамы, по меньшей мере, в шести поперечных сечениях и замеряют прогибы плиты днища по нивелировочным маркам в этих сечениях от собственного веса коробки.

Затем производят обратную засыпку пазух грунтом и вновь замеряют прогибы плиты днища по этим же нивелировочным маркам. С наступлением отрицательных температур наружного воздуха производят регулярно, например подекадно, замеры прогибов плиты днища в течение всего зимнего периода.

По наибольшему прогибу плиты днища за наблюдаемый период определяют вес намерзающего грунта обратной засыпки на стены коробчатой рамы по соответствующей математической формуле.

Близкого аналога предлагаемому способу в общедоступной научно-технической и патентной информации не обнаружено.

На представленном чертеже изображена железобетонная рама коробчатого сечения высотой, равной высоте проектируемого сооружения, заложенная в котлован на расчетную глубину с промерзающим грунтом основания.

Устройство железобетонной рамы коробчатого сечения, посредством которой осуществляют предлагаемый способ состоит из следующих частей и деталей.

Сооружаемый тоннель для реализации предлагаемого способа заглублен в грунт на естественное пучинистое основание 1 котлована. Железобетонная плита лотка 2 жестко соединена со стеновыми панелями 3, на которые шарнирно опирается плита перекрытия 4. Пазухи 5 между котлованом 1 и тоннелем засыпаны песком или местным грунтом.

Для измерения относительного прогиба плиты лотка 2 в нее установлены нивелировочные марки 6 в середине лотка и у стен через каждые 2 метра, например, по длине тоннеля не менее чем в 6 местах (для повышения точности измерения).

Предлагаемый способ определения веса намерзающего грунта на стены подземного сооружения при непрерывном морозном пучении грунтового основания под сооружением осуществляют следующим образом.

На естественное пучинистое основание 1 котлована подземного сооружения, например тоннеля подземного пешеходного перехода, на расчетную глубину с промерзающим грунтом основания укладывают железобетонную раму коробчатого сечения высотой, равной высоте проектируемого сооружения. На поверхности плиты 2 днища у наружных стен и в середине плиты днища устанавливают нивелировочные марки 6 в определенном порядке по длине коробчатой рамы, по меньшей мере, в шести поперечных сечениях для повышения точности измерения. Затем замеряют прогибы плиты 2 днища по нивелировочным маркам 6 в этих поперечных сечениях от собственного веса коробки (плиты 2, стен 3 и плиты перекрытия 4).

После этого производят обратную засыпку пазух 5 грунтом и вновь замеряют прогибы плиты 2 днища по этим же нивелировочным маркам. До начала промерзания пучинистого грунтового основания 1 на это основание передаются нагрузки от собственного веса тоннеля и веса грунта с конструкцией проезжей части дороги. От этих нагрузок лоток 2 тоннеля прогибается (вверх) на определенную величину.

В процессе промерзания пучинистого грунтового основания 1 на плиту 2 днища будет передаваться давление от нормальных сил морозного пучения, возникающего за счет миграции грунтовой воды в зоне промерзания и увеличения объема воды, находящейся в грунте основания 1 при промерзании. Под действием указанных сил тоннель стремится перемещаться вверх. Но этому препятствует постоянный вес тоннеля с конструкцией проезжей части дороги, а также вес намерзающего грунта обратной засыпки на стены АС и ВД (см. чертеж) тоннеля, который (вес) по мере промерзания со стороны тоннеля и поверхности дороги увеличивается непрерывно, достигая своей максимальной величины к концу зимы.

Первое измерение величины прогиба днища 2 лотка производят до начала промерзания грунтов в основании 1 и обратной засыпке 5 тоннеля. Дальнейшие измерения величины прогиба днища 2 лотка производят регулярно, например подекадно, по мере промерзания грунтов в основании 1 и обратной засыпке 5 тоннеля до полного окончания промерзания.

По разнице значений между прогибами днища 2 лотка тоннеля в конце и начале промерзания с учетом известных зависимостей между прогибом плиты лотка тоннеля и действующими на тоннель внешними нагрузками определяют вес намерзающего грунта обратной засыпки котлована на стены подземного сооружения при непрерывном морозном пучении грунтового основания под сооружением по расчетной формуле: где Р_г - вес грунта обратной засыпки, намерзающего на стены тоннеля при морозном пучении основания условно на 1 п. м тоннеля; Р_п - собственный вес стен, плиты днища и перекрытия с грунтом условно на 1 п. м тоннеля; У_ξ=0,5 - выгиб лотка тоннеля при морозном пучении основания, равный разности между конечным и начальным значениями выгиба лотка; У^q_ξ=0,5 - прогиб лотка тоннеля от собственного веса; У^M_ξ=0,5 - прогиб лотка тоннеля от моментов в узлах рамы с учетом дополнительной силы, обусловленной промерзанием грунта к боковой поверхности тоннеля; прогиб от единичной силы; π - постоянная величина, равная ≈3,14; Е₀ - модуль деформации грунта основания;
в - длина рамы тоннеля, принимаемая условно равной 1 м,
при этом высоту коробчатого сечения рамы принимают равной высоте проектируемого подземного сооружения и длину лотка днища коробчатой рамы равной, по меньшей мере, двухкратной ширине рамы, а погонную жесткость стены тоннеля и погонную жесткость плиты лотка рассчитывают и принимают в соотношении, по меньшей мере, как 2,5:1.

Предлагаемый способ позволяет впервые расчетным путем определять дополнительную нагрузку на сооружение, обусловленную примерзанием грунта обратной засыпки к боковой поверхности подземного сооружения на примере тоннеля подземного пешеходного перехода через улицу при непрерывном морозном пучении основания под сооружением.

Предлагаемый способ позволяет производить расчет конструкции подземного сооружения при допущении морозного пучения основания под сооружением, то есть допускает исключение устройств искусственных оснований (фундаментов) под сооружениями, возводимыми на пучинистых грунтах, регламентированных действующими СНиП 2.02.01-83 "Основания зданий и сооружений" и СНиП 2.05.03-84 "Мосты и трубы. Нормы проектирования".

Литература
1. "Механика мерзлых грунтов", автор Н.А. Цытович, изд. "Высшая школа", М., 1973 г., с. 94.

2. "Морозное пучение грунтов в расчетах оснований сооружений", авторы В. 0. Орлов, Б.Б. Елгин, И.И. Железняк, изд. "Наука" сибирское отделение, Новосибирск, 1987 г., с. 32-42.

Формула изобретения

Способ определения веса намерзающего грунта на стены подземного сооружения при непрерывном морозном пучении грунтового основания под сооружением, отличающийся тем, что его осуществляют в следующей последовательности: закладывают в котлован на расчетную глубину с промерзающим грунтом основания железобетонную раму коробчатого сечения высотой, равной высоте проектируемого сооружения, устанавливают на поверхности плиты днища у наружных стен и в середине плиты днища нивелировочные марки в определенном порядке по длине коробчатой рамы, по меньшей мере, в шести поперечных сечениях и замеряют прогибы плиты днища по нивелировочным маркам в этих поперечных сечениях от собственного веса коробки; затем производят обратную засыпку пазух грунтом и вновь замеряют прогибы плиты днища по этим же нивелировочным маркам; с наступлением отрицательных температур наружного воздуха производят регулярно, по меньшей мере, подекадно, замеры прогибов плиты днища в течение всего зимнего периода; по наибольшему прогибу плиты днища за наблюдаемый период определяют вес намерзающего грунта обратной засыпки на стены коробчатой рамы по формуле

где Р_Г - вес грунта обратной засыпки, намерзающего на стены тоннеля при морозном пучении основания условно на 1 п. м тоннеля;
Р_П - собственный вес стен, плиты днища и перекрытия с грунтом условно на 1 п. м тоннеля;
У_ξ=0,5 - выгиб лотка тоннеля при морозном пучении основания, равный разности между конечным и начальным значениями выгиба лотка;
У^q_ξ=0,5 - прогиб лотка тоннеля от собственного веса;
У^M_ξ=0,5 - прогиб лотка тоннеля от моментов в узлах рамы с учетом дополнительной силы, обусловленной промерзанием грунта к боковой поверхности тоннеля;
прогиб от единичной силы;
π - постоянная величина, равная ≈3,14;
Е₀ - модуль деформации грунта основания;
в - длина рамы тоннеля, принимаемая условно равной 1 м,
при этом высоту коробчатого сечения рамы принимают равной высоте проектируемого подземного сооружения и длину лотка днища коробчатой рамы равной, по меньшей мере, двухкратной ширине рамы, а погонную жесткость стены тоннеля и погонную жесткость плиты лотка рассчитывают и принимают в соотношении, по меньшей мере, как 2,5: 1.

РИСУНКИ

Рисунок 1