Автореферат диссертации (Совершенствование грунтовых анкерных конструкций раскрывающегося типа в гидротехническом строительстве)

На правах рукописиГалимов Илья МидхатовичСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГРУНТОВЫХ АНКЕРНЫХКОНСТРУКЦИЙ РАСКРЫВАЮЩЕГОСЯ ТИПА ВГИДРОТЕХНИЧЕСКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕСпециальность 05.23.07 – Гидротехническое строительствоАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 20192Работа выполнена в ФГБОУ ВО «Национальный исследовательскийМосковский государственный строительный университет».Научный руководитель:Левачев Станислав Николаевичкандидат технических наук, профессорОфициальные оппоненты: Готман Наталья Залмановна, доктортехнических наук, ФГБОУ ВО «Российскийуниверситет транспорта (МИИТ)», кафедра«Автомобильные дороги, аэродромы, основанияи фундаменты», профессорЕсиновский Виктор Аронович, кандидаттехнических наук, ООО «Экспертный центр побезопасности гидротехнических сооружений«Гидротехэкспертиза», главный инженерВедущая организация:ФГБОУ ВО «Государственный университетморского и речного флота имени адмиралаС.О.

Макарова» (г. Санкт-Петербург)Защита диссертации состоится «21» мая 2019 г. в 15.30 (по местномувремени) на заседании диссертационного совета Д 212.138.03, созданного набазеФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московскийгосударственный строительный университет», по адресу: 129337, г. Москва,Ярославское шоссе, д.26, 9-я студия «Открытая сеть».С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотекеФГБОУВО«НациональныйисследовательскийМосковскийгосударственный строительный университет» и на сайте www.mgsu.ru.Автореферат разослан «___» ___________ 2019 г.Ученый секретарьдиссертационного советаБестужеваАлександра Станиславовна3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы диссертационного исследования.На сегодняшний день одними из распространенных и в то же времяперспективныхконструкцийтранспортаконтинентальногоигидротехническихшельфасооруженийявляютсяводногозаанкерованныеконструкции различного назначения.

Известны многочисленные примерыприменения прогрессивных конструкций в составе заанкерованных тонкихстенок (для крепления грунтовых откосов, при возведении различного видаподпорных стенок, при строительстве подземных сооружений и т.д.). Кданному виду гидротехнических сооружений следует отнести сооруженияконтинентального шельфа (плавучие платформы с анкерными, якорнымисистемами, ветряные электростанции), оградительные (волноломы) ипричальные сооружения, судоходные сооружения и т.д. В качестве анкерныхустройств в составе перечисленных сооружений широко применяютсягрунтовые анкеры, при использовании которых отмечается исключительноположительный эффект.

Так, при строительстве глубоких котловановприменениегрунтовыханкеровпозволяетнетолькоокружающуюконструкцию сделать легкой, но и вести строительно-монтажные работырядом с существующими сооружениями без опасения за развитие в нихчрезмерных деформаций.Однойизгидротехническомсамыхширокостроительствеприменяемыхявляетсяконструкцийбольверк.Больверквтонкостенное подпорное сооружение, воспринимающее горизонтальнуюнагрузку от грунта обратной засыпки за счет заделки стенки в грунте, а такжес помощью анкерных тяг, служащих для восприятия и перераспределенияусилий, действующих на анкеруемые лицевые элементы подпорных стен.Надежность и рентабельность данного вида сооружений подтверждается4многолетним опытом строительства больверков, как в мировой, так и вотечественной практике.В настоящее время в гидротехническом строительстве заанкерованныеконструкции применяются при возведении причалов, набережных, камершлюзов, швартовых пал, берегоукрепительных сооружений и т.д.

Крометого, следует отметить, что анкерные устройства достаточно широкоиспользуются в гидротехнических сооружениях континентального шельфа,основное назначение которых связано с освоением богатств мирового океана.Данные сооружения возводятся и эксплуатируются в сложных условиях,обусловленных значительными глубинами, суровым климатом и т.д., чтоделает анкерное и якорное крепления весьма эффективными устройствами,удерживающими плавучие платформы, а в ряде случаев сооружения сподобными крепежными якорными системами безальтернативны.Основное преимущество заанкерованных и заякоренных сооруженийобусловлено их высокой технологичностью, относительной простотойвозведения, низкой материалоемкостью.Втожевремя,несмотрянаширокуюраспространенностьзаанкерованных сооружений, анкерные устройства и, в особенности,анкерные тяги, являются самым «уязвимым» конструктивным элементомданных сооружений, уровень безопасности которых в целом в наибольшейстепени зависит от их состояния.

Одна из самых распространённых причинаварий таких сооружений заключается в отказе (обрыве) анкерных тяг.Из всего множества конструктивных решений анкерных устройствцелесообразно выделить несколько типов: железобетонные (в том числебуроинъекционные), металлические (в том числе раскрывающиеся) исинтетические.Раскрывающиесяметаллическиеанкерныесистемы(сраскрывающимся наконечником) типа «Manta Ray» и буроинъекционныеанкерные конструкции типа «Титан» являются одними из инновационных5решений конструкций анкерных устройств, которые пользуются большойпопулярностью за рубежом и начинают всё шире применяться вотечественной гидротехнике.

Данные устройства имеют довольно широкоеприменение: крепление подпорных стен, шпунтовых ограждений, стенкотлованов и траншей, закрепление высотных конструкций, различныхинженерных сетей, крепление георешёток и других удерживающих грунтсистем.Однако,впроцессеизученияработыраскрывающихсяметаллических анкерных систем было выявлено, что данные конструкциигрунтовых анкеров имеют определенный резерв несущей способности,обусловленный включением в работу дополнительного массива грунта.Исследование нацелено на выявление и анализ факторов, влияющих наувеличение несущей способности раскрывающихся металлических анкерныхсистем, а также на решение практической задачи по совершенствованиюконструкцийгрунтовыханкеров,обладающихбольшейнесущейспособностью в сравнении с существующими конструкциями.Степень разработанности темы.

При работе над диссертацией былоустановлено, что исследованиями по данному направлению в частиразработкиметодоврасчетаразличныханкерныхконструкций(фундаментов) занимались Агамирзян А.С., ГорбуновПосадов М.И.,ДжиоевЛ.Н.,МариупольскийЛ.Г.,ТалановГ.П.,ТерновыйВ.И.,Тер-Мартиросян З.Г. и др. В то же время достаточно перспективным являетсянаправление,связанноесрешениемпрактическихзадачпозаключаетсявсовершенствованию конструкций грунтовых анкеров.Цельдиссертационногоисследованиясовершенствовании грунтовых анкерных конструкций раскрывающегосятипа и разработке оптимальной методики их расчета.Задачи диссертационного исследованияВ диссертационной работе сформулированы и решены следующиеосновные задачи:6 на основе анализа теоретических и экспериментальных исследованийопределеныанкерныхосновныенаправленияконструкцийсовершенствованияраскрывающегосятипаигрунтовыхразработанаихрациональная конструкция; осуществленыэкспериментальныелабораторныеиполевыеисследования особенностей работы грунтовых анкерных конструкцийраскрывающегося типа под воздействием выдергивающей нагрузки; выполнено численное моделирование работы грунтовых анкерныхконструкций в программно-вычислительном комплексе Midas GTX NX; разработана методика расчета с использованием основных положенийСП24.13330.2011дляопределениянесущейспособностиусовершенствованной грунтовой анкерной конструкции раскрывающегосятипа.Объектомдиссертационногоисследованияявляютсягрунтовыеанкерные конструкции раскрывающегося типа.Предметомспособностьидиссертационногодеформативностьисследованиягрунтовыхявляетсяанкерныхнесущаяконструкцийраскрывающегося типа.Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем: определены особенности разрушения грунта при воздействии нагрунтовые анкерные конструкции раскрывающегося типа выдергивающейнагрузки; выявлены закономерности распределения напряжений в грунте привзаимодействиисраскрывающимсяанкером,иполученыихколичественные значения для песчаных грунтов; разработана методика расчета с использованием основных положенийСП24.13330.2011дляопределениянесущейспособностиусовершенствованной грунтовой анкерной конструкции раскрывающегосятипа.7Практическаяи теоретическаязначимостьдиссертационнойработы состоит в следующем: разработана конструкция металлического грунтового анкера с двойнымрядом раскрывающихся анкерных плит, обладающего возможностьюпроверки несущей способности при вводе в эксплуатацию; приведеныразработаннойрекомендацииконструкциипоэффективномугрунтовогоанкеравприменениюгидротехническомстроительстве; разработан научно-обоснованный подход к определению несущейспособности двухрядных анкерных систем раскрывающегося типа.Методикадиссертационногоисследования.Вданнойдиссертационной работе методика исследования заключалась в проведениикомплекса теоретических и экспериментальных работ, а также численногомоделирования, что позволило разработать конструкцию металлическогогрунтового анкера с двойным рядом раскрывающихся плит на однойанкерной тяге.

В результате экспериментальных исследований в полевых илабораторных условиях, получены данные для теоретического анализа иобобщения, что в конечном итоге послужило основанием для разработкиметодики расчета несущей способности грунтовых анкерных конструкций сдвойным рядом раскрывающихся плит на одной анкерной тяге.Методологиядиссертационногоисследованиязаключаетсявиспользовании общенаучных методов исследований: теоретических ипрактических. Практические методы с учетом специфики исследованиявключают в себя моделирование и осуществление экспериментов.Теоретическиеметодытрадиционными(результатовсвязаныстатистическимиэкспериментов),аспланированиемметодамитакжесобработкианализомтехнологических особенностей анкерных конструкций.Положения, выносимые на защиту:экспериментов,информацииконструктивно-8 метод увеличения несущей способности анкерных конструкцийраскрывающегося типа путем применения второго ряда анкерных плит; конструктивные решения грунтового анкера с двойным рядом раскрывающихся анкерных плит; результатыэкспериментальныхисследованийвзаимодействияанкерных конструкций раскрывающегося типа (в том числе с двойнымрядом раскрывающихся анкерных плит) с песчаным основанием; методикаСПрасчетасиспользованиемдля24.13330.2011определенияосновныхнесущейположенийспособностиусовершенствованной грунтовой анкерной конструкции раскрывающегосятипа.Личныйвкладдиссертационногоавторазаключаетсяисследования,ввыполненииэкспериментальных исследований, обработке,постановкезадачтеоретическихианализе и обобщении ихрезультатов, в разработке усовершенствованной грунтовой анкернойконструкции раскрывающегося типа и методики расчета для определениянесущей способности.