Диссертация (Основы и методы уплотнения грунтов оснований для возведения зданий и сооружений)

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего образования«Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»На правах рукописиМИНАЕВ ОЛЕГ ПЕТРОВИЧОСНОВЫ И МЕТОДЫ УПЛОТНЕНИЯГРУНТОВ ОСНОВАНИЙДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ05.23.02 – Основания и фундаменты, подземные сооруженияДиссертация на соискание ученой степени докторатехнических наукНаучный консультантакадемик РАН, д.т.н., проф.Ю.С.

ВасильевСанкт-Петербург - 2017Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего образования«Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»На правах рукописиМИНАЕВ ОЛЕГ ПЕТРОВИЧОСНОВЫ И МЕТОДЫ УПЛОТНЕНИЯГРУНТОВ ОСНОВАНИЙДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ05.23.02 – Основания и фундаменты, подземные сооруженияДиссертация на соискание ученой степени докторатехнических наукНаучный консультантакадемик РАН, д.т.н., проф.Ю.С. ВасильевСанкт-Петербург - 20172ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………стр.81.СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ………………………………………. 241.1.Общие сведения ………………………………………………….1.2.Анализ исследований поверхностного уплотнения24грунтов оснований ………………………………………………… 261.3.Анализ исследований уплотнения грунтов основанийтяжелыми трамбовками…………………………………………….1.4.Анализ исследований уплотнения грунтов основанийвзрывным методом……………………………………………….1.5.3442Анализ исследований глубинного уплотнения песчаныхоснований установкой продольного вибрирования ….................

561.5.1.Анализ существующих предложений по совершенствованиюметода глубинного уплотнения грунтов основанийвиброустановкой ……………………………………………………1.6.59Анализ других известных методов глубинного уплотнениягрунтов оснований…………………………………………………701.7.Выводы и задачи исследований…………………………………… 832.ВЫБОР МЕТОДА ВИБРОДИНАМИЧЕСКОГОГЛУБИННОГО УПЛОТНЕНИЯ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВОСНОВАНИЙ…………………………………………………….912.1.Общие положения………………………………………………….912.2.Основной фактор для оценки применения различныхвибродинамических методов глубинного уплотненияоснований…………………………………………………………..923стр.2.3.Основополагающие сведения по назначению параметровуплотнения оснований вибродинамическими методамипо существующим рекомендациям………………………………962.4.Выводы по главе 2…………………………………………………. 973.ИССЛЕДОВАНИЯ УПЛОТНЕНИЯВОДОНАСЫЩЕННЫХ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВОСНОВАНИЙ СПОСОБОМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГОВЗРЫВАНИЯ ЗАРЯДОВ ………………………………………..993.1.Постановка задачи исследований…………………………………993.2.Теоретические исследования влияния разгрузки грунтана последовательность взрывания зарядов ……………………3.3.Сравнительные натурные исследования способовпоследовательного и одновременного взрывания зарядов…….3.4.100112Теоретическое обоснование временного интервала междувзрывами последовательных зарядов по результатам натурныхисследований ……………………………………………………….

1193.5.Методика назначения параметров уплотнения оснований припоследовательном взрывании зарядов …………………………3.6.Выводы и рекомендации по результам исследованийв главе 3…………………………………………………………….4.122124ИССЛЕДОВАНИЯ УПЛОТНЕНИЯ ПЕСЧАНЫХГРУНТОВ ОСНОВАНИЙ ДВУХМАССНОЙ ТЯЖЕЛОЙТРАМБОВКОЙ …………………………………………………..1264.1.Постановка задачи исследований ………………………………… 1264.2.Сравнительные теоретические исследования разработанного иизвестного варианта двухмассной трамбовки …………………1284стр.4.3.Теоретическое обоснование интервала времени между ударамиотдельных частей двухмассной трамбовки………………………4.4.140Натурные исследования уплотнения водонасыщенныхпесчаных грунтов основания разработанной тяжелойдвухмассной трамбовкой………………………………………….4.5.150Рекомендации по назначению параметров двухмасснойтрамбовки для уплотнения грунтов оснований …………………1574.6.Конструктивное решение двухмассной трамбовки ......................1584.7.Выводы, основные результаты и рекомендации по результатамисследований в главе 4 …………………………………………… 1625.ИССЛЕДОВАНИЯ УПЛОТНЕНИЯ ПЕСЧАНЫХГРУНТОВ ОСНОВАНИЙ ВИБРОУСТАНОВКОЙМОДЕРНИЗИРОВАННОЙ КОНСТРУКЦИИ ………………..

1655.1.Постановка задачи исследований…………………………………. 1655.2.Теоретическое обоснование метода уплотнения грунтоввиброустановкой типа «ёлочка»……………………………….5.3.Натурные исследования уплотнения грунтов основаниявиброустановкой конструкции ВНИИГС ………………………..5.4.166178Сравнительные натурные исследования уплотнения грунтовоснования виброустановкой конструкции ВНИИГС имодернизированной конструкцией виброуплотнителя…………5.5.Методика выбора параметров уплотнения основанийусовершенственной виброустановкой ………………………….5.6.182187Выводы и рекомендации по результатам исследованийв главе 5 …………………………………………………………….1915стр.6.ИССЛЕДОВАНИЯБЛИЗЛЕЖАЩИХСПОСОБАЗДАНИЙВИБРОДИНАМИЧЕСКОГОИСПОЛЬЗОВАНИИМЕТОДОВИ СООРУЖЕНИЙВОЗДЕЙСТВИЯГЛУБИННЫХУПЛОТНЕНИЯЗАЩИТЫОТПРИДИНАМИЧЕСКИХВОДОНАСЫЩЕННЫХПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЙ……………………..1956.1.Основная идея и пути её реализации ………………………..…...1956.2.Теоретические основы предлагаемого решения для условийлабораторных экспериментальных исследований………………6.3.197Исследования степени и стабильности аэрации грунтовойводонасыщенной среды …………………………………………… 2096.4.Методика и результаты лабораторных исследованийвоздействия трамбовки на грунты основания при наличии зоныаэрирования грунта………………………………………………… 2166.5.Теоретическое обоснование вибродинамической защиты прииспользовании глубинных динамических методов уплотненияпутем аэрировании грунта по периметру уплотняемогооснования …………………………………………………………..6.6.224Рекомендации по применению глубинных динамическихметодов уплотнения при создании виброзащитногоаэрированного слоя в грунтах основания ……………………….6.7.Опытное апробирование защиты близлежащих зданий отвибродинамического воздействия………………………………..6.8.229237Выводы и рекомендации по результатам исследованийв главе 6 ……………………………………………………………2386стр.7.ИССЛЕДОВАНИЯ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВАУПЛОТНЕНИЯ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ПЕСКОВОСНОВАНИЙ …………………………………………………….2417.1.Постановка задачи исследований ………………………………...

2417.2.Сравнительные натурные исследования различных методовзондирования грунтов оснований………………………………..7.3.243Анализ полученных данных исследованийметодов зондирования ……………………………………………… 2507.4.Выводы и рекомендации по результатам исследованийв главе 7 ……………………………………………………………. 255ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМВЫПОЛНЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ…………………………………257ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ267ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………….

280СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………........................ 282ПРИЛОЖЕНИЯ: …………………………………………………………..3021.Справка о внедрении результатов исследований,рекомендаций и научно-практических разработок настроительстве комплекса защитных сооружений (КЗС) идругих объектах ОАО «Гидропроект» и ОАО «Ленгидропроект» (ОАО « РусГидро»)………………………..2.302Справка о внедрении динамических методов глубинногоуплотнения (взрывами, тяжелой двухмассной трамбовкой,виброустановкой) на строительстве комплекса защитныхсооружений Санкт-Петербурга от наводнений.………………3037стр.3.Расчет ожидаемого (включая фактический) экономическогоэффекта от внедрения виброустановки ВУУП-12 настроительстве комплекса защиты Санкт-Петербурга отнаводнений ………………………………………………………4.307Справка о выполненных опытно-производственныхразработках для уплотнения гравийно-галечниковых грунтовна строительстве Ирганайской плотины………………………5.313Справка о перспективном внедрении самоходной ударнойустановки с тяжелой двухмассной трамбовкой для уплотнениягрунтов на строительстве Нижне-Бурейской ГЭС……………..3158ВВЕДЕНИЕАктуальность темы исследований и степень ее разработанности.Уплотнение грунтов является эффективным приемом улучшения физикомеханических свойств оснований в грунтовых сооружениях, как это отмечается вработах Герсеванов Н.М., Флорин В.А., Маслов Н.Н., Савинов О.А., Иванов П.Л.,Далматов Б.И., Березанцев В.Г., Петрухин В.П., в том числе ныне работающие:Ильичев В.А., Абелев М.Ю., Тер-Мартиросян З.Г., Виноградов В.В.,ШепитькоТ.В.,Васильев Ю.С., Ватин Н.И., Бугров А.К., Мангушев Р.А., Верстов В.В., БадьинГ.М., Силкин А.М., Улицкий В.М., Курбацкий Е.Н., Ашпиз Е.С., НикифороваН.С.,Кузахметова Э.К., Кудрявцев С.А.

Уздин А.М., Белаш Т.А., ПономарёвА.Б.,Дудлер И.В., Крутов В.И. и зарубежные профессора и известные специалисты :Терцаги К. (Austria – USA), Seed H.B., Idriss I.M., Boulanger R.W. (USA), Ishihara K.,Towhata I., Кокusho T., Tanaka T., Iwasaki Y. (Japan), Shin E.C. (Korea), Varaksin,S.(France), Hamidi, B.(Australia), Grabe, J., Heins, E., Hamann, T. (Germany),Dembicki E. (Poland), Никитенко М.И. (Белорусь), Жусупбеков А.Ж., Исаханов Е.А., Достанова С.Х., Хомяков В.А.

(Казахстан), Усманов Р.А. (Таджикистан) [1-22]и многих других.Это позволяет существенно повысить или даже преумножить несущуюспособность основания и, следовательно, значительно увеличить передаваемуюнагрузку от зданий и сооружений на единицу его площади, повыситьустойчивость и крутизну откосов грунтовых сооружений, уменьшить фильтрациюкак в пределах всего сооружения, так и через отдельные его элементы, обеспечитьустойчивость структуры грунтов при воздействии динамических (сейсмических,волновых, фильтрационных и т.п.) нагрузок, нарастить полученный объемсооружений при складировании материалов и т.д., тем самым повыситьнадежность и экономичность сооружений.9Как показали последние проработки автора диссертации, уплотнению могутбыть подвергнуты практически любые грунты *) и другие материалы оснований, втом числе зольные грунты, жесткие бетонные смеси и т.д.В данной диссертации рассматриваются и разрабатываются в основномдинамические методы уплотнения различных грунтов оснований, а также случаи,когда эти методы могут быть успешно реализованы на практике для уплотнениядругих видов грунтов при возведении зданий и сооружений.Автором диссертации был предложен нетрадиционный подход, состоящий втом, чтобыпо величине вибродинамического воздействия выбрать методглубинного уплотнения различных грунтов оснований и без увеличения основныхпараметров величин вибродинамического воздействия (массы заряда, веса ивысоты сбрасываниятрамбовки,вынуждающей силывибропогружателя),происходящих в грунтах.

Задача исследований состояла научно обосновать иразработать эффективные способы вибродинамическогоуплотнения грунтовоснований, позволяющих (увеличить глубину уплотнения и достигаемуюплотность уплотнения, обеспечить равномерность уплотнения грунта по глубинеуплотняемого основания) и снизить величину вибродинамического воздействияна близлежащие здания и сооружения.На основании этого автор диссертации развил классические разработкипроф.

Иванова П.Л. и доказал преимущества способа последовательноговзрывания зарядов по сравнению с одновременным взрыванием зарядов приплощадочном уплотнении грунтов оснований. Автор усовершенствовал методуплотнения грунтов тяжелыми трамбовками подтвердив, что предложенная имвпервыедвухмасснаятрамбовка имеет преимущества по сравнению сзапатентованными традиционными, одномассными, применяемыми известной-----------------------------------------------*Под терминами «несвязные» и «слабосвязные» грунты специалисты обычно понимают песчаныегрунты, иначе – грунты с незначительными структурными связями10французскойфирмойвиброуплотнения«Менар»,грунтовсовершенствовалоснованийсметодиспользованиемглубинноговиброустановкиконструкции ВНИИГС с уплотнителем типа «ёлочка» путем модернизацииконструкции виброуплотнителя при размещении пространственных элементов внижней его части.Дляуплотнениярасширенияавторобластидиссертациипримененияпредложилвибродинамическихидоказалметодовэффективностьпринципиально нового решения по защите близлежащих зданий и сооруженийпри использовании вибродинамических методов уплотнения путем созданияаэрированного слоя грунта по периметру уплотняемого основания.Задача по подготовке песчаных грунтов оснований актуальна для возведениядамб и грунтовых плотин в гидроэнергетическом строительстве, при устройствеоснований на намывных территориях для гражданского и промышленногостроительства, в мостостроении, в дорожном и других видах строительства.Основная цель работы состоит в обосновании выбора метода и основныхпараметров вибродинамического уплотнения различных грунтов оснований длявозведения зданий и сооружений, а также разработка их эффективных способов.Задачи исследований.1.