книги / Энергоэффективные конструкции в подземном строительстве

Вопросы для самоконтроля

1.Назовите основные виды теплопередачи в грунте.

2.Какой вид теплопередачи преобладает в грунте и почему?

3.Дайте определение плотности теплового потока.

4.Назовите основные теплофизические свойства грунта.

5.Дайте определения основным видам граничных условий.

6.Что описывают начальные и граничные условия?

7.Дайте определение теплоемкости.

8.Дайте определение теплопроводности.

9.Назовите основные физические характеристики грунтов, влияющие на величину их теплоемкости и теплопроводности.

10.Каким образом изменяется величина теплопроводности и теплоемкости грунта при переходе его в мерзлое состояние?

Глава 3 ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ

ФУНДАМЕНТОВ В РЕГИОНАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ Г. ПЕРМИ

В настоящей главе изложены результаты теоретических и натурных исследований работы энергоэффективных фундаментов в геологических и климатических условиях г. Перми. Несмотря на широкое внедрение энергоэффективных конструкций, в практике зарубежного строительства в России примера реализации подобных проектов в настоящий момент нет. Данные исследования были направлены на оценку возможности применения энергоэффективных конструкций зданий и сооружений в реальных условиях (свай, плитных фундаментов, «стен в грунте»). Исследования включили в себя сбор исходных данных для проектирования, проведения численного эксперимента и разработку алгоритма расчета энергоэффективных фундаментов.

Материалы, изложенные в данной главе, будут полезны студентам, магистрам и аспирантам при выполнении научно-исследовательских работ в области проектирования и расчета подземных конструкций зданий и сооружений.

Цели и задачи исследования. Цель данного исследования экспериментальное и теоретическое обоснование общих принципов методики конструирования энергоэффективных конструкций фундаментов в геологических и климатических условиях г. Перми.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

1. Провести мониторинг распределения температурных полей

иизменения уровня грунтовых вод в грунтовом массиве во времени.

2.Определить основные физико-механические и теплофизические характеристики грунтов применительно к типам грунтовых оснований г. Перми.

3.Разработать численную модель взаимодействия конструкций энергоэффективных фундаментов с грунтовым массивом для определения их оптимальных параметров.

4.Разработать методику конструирования энергоэффективных конструкций фундаментов с учетом их параметров и характеристик грунтового основания.

42

3.1. Полевые экспериментальные исследования грунтового массива

Целью полевых экспериментальных исследований грунтового массива являлось определение распределения температурных полей в грунтовом массиве, изменения уровня грунтовых вод, физикомеханических и теплофизических характеристик грунтового массива.

В качестве экспериментальной площадки был выбран участок территории строительного факультета Пермского национального исследовательского политехнического университета, расположенный в Свердловском районе г.Перми.

Постановка задач. При проведении полевых экспериментальных исследований грунтового массива были решены следующие задачи:

–проведены инженерно-геологические изыскания экспериментальной площадки с целью определения физико-механических характеристик грунтового основания. Сопоставить полученные данные с архивными ин- женерно-геологическими изысканиями близлежащей территории;

–определены теплофизические характеристики грунтов основания;

–проведен мониторинг изменения температурных полей и гидрологического режима грунтового основания экспериментальной площадки;

–проведен мониторинг температуры наружного воздуха для оценки ее влияния на колебания температуры в грунтовом массиве; полученные результаты сопоставлены с архивными метеоданными;

–определена методика и подобрано оборудование для проведения работ по мониторингу температурных полей и гидрологического режи-

ма грунтового основания и по определению физико-механических и теплофизических характеристик грунтов.

Для полевых экспериментальных исследований на площадке выполнены три скважины: первая – для отбора образцов грунтов, с целью определения физико-механических и теплофизических характеристик, вторая – для проведения мониторинга уровня грунтовых вод, третья – для проведения мониторинга изменения температурных полей грунтового основания.

3.1.1. Анализ инженерно-геологических условий экспериментальной площадки

При изучении инженерно-геологических условий площадки проведен анализ архивных данных по изысканиям близлежащей территории.

43

Для уточнения информации по инженерно-геологическому строению и физико-механическим свойствам грунтового основания экспериментальной площадки выполнялось бурение скважины, в процессе которого осуществлялся отбор образцов грунта с шагом ≈1,0 м.

Буровые работы производились буровой установкой УБР-2А-2 под защитой обсадной трубы диаметром 146 мм (рис. 3.1). Отбор образцов осуществлялся керном диаметром 127 мм. Отобранные образцы упаковывались и изолировались методом парафинирования. Отбор и упаковка образцов грунта производились в соответствии с требованиями ГОСТ 12071–2000 «Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов».

Рис. 3.1. Буровые работы на экспериментальной площадке

При производстве буровых работ велся журнал буровых скважин. Характеристика мест отбора образцов грунта и напластования грунтов, вскрытых при проходке скважины, приведена в табл. 3.1. Полученные данные о сложении грунтового основания экспериментальной площадки в целом соответствуют геолого-литологическому разрезу, полученному при анализе архивных данных по изысканиям близлежащей территории.

Для получения физико-механических характеристик грунтов основания экспериментальной площадки были проведены лабораторные испытания отобранных образцов.

Работы по определению физико-механических характеристик грунтов проводились на базе экспертной лаборатории кафедры строительного производства и геотехники ПНИПУ.

44

Таблица 3 . 1

Напластования и глубина отбора проб грунтов

Методы проведения испытаний и определенные характеристики грунтов приведены в табл. 3.2.

Основные физические характеристики грунтов определены согласно ГОСТ 5180–84, деформационные и прочностные характеристики – методами, регламентируемыми ГОСТ 12248–96.

При определении деформационных и прочностных характеристик грунтов использовался автоматизированный комплекс АСИС, позволяющий проводить испытания методами одно- и трехосного сжатия и одноплоскостного среза по ГОСТ 12248–96. АСИС подключается к ПК. Проведение испытания и обработка результатов производятся автоматически по средствам программного обеспечения, установленного на ПК. Общий вид АСИС приведен нарис. 3.2.

46

Рис. 3.2. Общий вид АСИС

Для проведения испытания оператор устанавливает образец, выбирает тип проводимого испытания, задает ступени прикладываемой нагрузки и условия окончания испытания (предельные перемещения или условия стабилизации) в соответствии с ГОСТ 12248–96.

После проведенного испытания или серии испытаний, для обработки результатов оператор вводит требуемые физические характеристики образца грунта. Отчет формируется автоматически.

Результаты проведенных лабораторных испытаний отобранных образцов грунта сведены в табл. 3.3.

Анализ данных, приведенных в табл. 3.1 и 3.3 показал:

1.В геологическом отношении экспериментальная площадка сложена четвертичными аллювиально-делювиальными глинистыми грунтами, имеющими в подошве слой гальки до 60–70 % общей толщиной 11,6 м и перекрытыми толщей насыпных грунтов толщиной 6,0.

2.Коренными породами являются аргиллиты, вскрытые на глубине

17,6 м.

3.Насыпные грунты представлены суглинком от тугопластичного до мягкопластичного, в основании с примесью до 60–70 % строительного мусора (щебень, битый кирпич, стекло, дерево).

4.Четвертичные аллювиально-делювиальные отложения представ-

лены в основном глиной от твердой до тугопластичной, подстилаемой галечниковым грунтом с заполнителем твердой супесью (гравия и галь-

ки до 60–70 %).

47

Окончание табл. 3 . 3

49