Численное моделирование влияния упрочнения грунтового массива цементно-песчаной инъекцией на деформации основания

Abstract

Актуальность. В последние годы строительной практики все чаще приходится проектировать объекты с наращиванием этажности на фундаментах, не рассчитанных на это. Использование этих земельных участков без специальной инженерной подготовки невозможно. Особенно перспективным становится метод инъекционного закрепления грунтов, т. к. позволяет снизить материалоемкость и стоимость усиления фундаментов, повысить распределительную способность основания. Цель работы: изучить напряженно-деформированное состояние грунтового основания, усиливаемое инъекциями. Методы исследования: анализ материалов инженерно-геологических изысканий для проектирования объекта и подборка картографического материала; определение прочностных и деформационных характеристик грунтов лабораторными и полевыми методами; изучение напряженно-деформированного состояния грунтовых массивов с помощью специального программного комплекса на базе метода конечных элементов. Результаты. Для оценки изменения напряженно-деформированного состояния грунтового массива выполнено моделирование для трех случаев: до реконструкции; при наращивании этажности сооружения; после усиления фундамента буроинъекционными сваями. Расчеты вертикальных перемещений грунтовой толщи составили до реконструкции 3,67 мм, во втором случае - 7,9 мм, в третьем - 6,5 мм. На основе результатов численного моделирования установлено, что применение грунтоцементных конструкций для усиления грунтового основания позволяет увеличить жёсткость основания и снизить его вертикальные перемещения на 20 %. Определены гипотетические деформации грунтового основания при изменении механических свойств несущего слоя основания до оптимальных значений. В дальнейшем следует уделить внимание таким вопросам, как определение геометрических размеров зоны закрепления; установление физико-механических характеристик грунтоцемента; разработка методики управляемого инъекцирования грунтового массива до оптимальных прочностных и деформационных характеристик закрепляемого грунта.

In the last few years of buildings the objects are developed increasing the number of storeys on foundation not designed for this purpose. It's absolutely impossible to use such construction sites without specific engineering survey. In this case, the most perspective is the soil reinforcement method as the latter decreases the material consumption and underpinning expenses and increases the distribution of base load-bearing capacity. The aim of the research is to study the stress-strain state of subsoil and estimate the reinforcement impact on the load-bearing capacity and foundation deformation. The methods used in the study: the analysis of materials of engineering-geological researches for designing object. Strength and deformation characteristics of soils were determined by the laboratory and field methods. The jet grouting was applied in reinforcement of building foundations. This technique depends on the characteristic features of the foundation soil, relevant type of foundation and surrounding conditions. The numerical analyses were carried out with three typical load intensities, proving that the intensity of the foundation settlement being influenced by the growth of soil stiffness and strength. The results. Simulation determines the stress-strain changes of soil mass under constructed building and predicting changes under conditions of underpinning by bored piles. Vertical soil displacements is 7,9 mm before underpinning, while it is 6,5 mm after underpinning. It is defined that the use of jet structures to strengthen the ground base allows increasing the rigidity of the base and reducing its vertical movement by 20 %.The hypothetical displacements of the base to the optimal values were identified at varying its mechanical properties.