Сборник трудов конференции СПбГАСУ ч

Раздел 4. Лабораторные и полевые исследования грунтов и фундаментных конструкций…

логарифмические уравнения линии тренда для одного и того же грунта различаются исключительно свободным членом. Это позволяет сделать вывод о том, что закон развития деформаций вследствие виброползучести будет идентичным для одного и того же грунта. Несмотря на то, что логарифмическая зависимость не позволяет получить полную стабилизацию дополнительных деформаций, можно считать что она имеет затухающий характер, т.к при t , 0.

Рис. 4. Зависимость развития относительных деформаций z от количества циклов N вибрационного нагружения с частотой 50 Гц

Рис. 5. Зависимость относительных деформаций z от времени нагружения t в секундах для испытаний четырех образцов грунта при частоте 20 Гц

31

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

Рис. 6. Зависимость относительных деформаций z от времени нагружения t в секундах для испытаний четырех образцов грунта при частоте 50 Гц

На основе подробного анализа выполненных динамических испытаний песчаных грунтов можно сделать следующие основные выводы:

1.Стабилизация относительных деформаций при проведении вибрационных испытаний песчаных грунтов в условиях трехосного сжатия при частоте 20 Гц и амплитуде девиаторного нагружения 30 кПа (4,5 % от общей вертикальной нагорузки) наступила в среднем после 4500 с.

2.Стабилизация относительных деформаций при проведении вибрационных испытаний песчаных грунтов в условиях трехосного сжатия при частоте 50 Гц и амплитуде девиаторного нагружения 30 кПа (4,5 % от общей вертикальной нагорузки) наступила в среднем после 4000 с.

3.При проведении динамических испытаний песчаных грунтов в вибростабилометре решающую роль играет время вибрационного нагружения, так как является фактором, учитывающим и частоту, и количество циклов

ввиде:

32

Раздел 4. Лабораторные и полевые исследования грунтов и фундаментных конструкций…

Литература

1.Амбриашвили Ю.К., Ананьин А.И., Барченков А.Г. и др./ Под ред. Коренева Б.Г.

иА.Ф. Смирнова Динамический расчёт специальных инженерных сооружений и конструкций. – М. : Стройиздат, 1986 г.

2.Вознесенский Е.А. Динамическая неустойчивость грунтов. – М.: Издательская группа URSS, 1999 г.

3.Вознесенский Е.А. Поведение грунтов при динамических нагрузках. – М.: Изд-во МГУ, 1997 г.

4.ГОСТ 12248-2010 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости. – М.; 2012 г.

5.ГОСТ 20522-96 Грунты. Методы статической обработки результатов испытаний. –

М.; 1996 г.

6.Ишихара К. Поведение грунтов при землетрясениях. – С.-Пб.; АСВ, 2006 г.

7.Красников Н.Д. Динамические свойства грунтов и методы их определения. – Л.; Ленстройиздат, 1970 г.

8.Технический отчет «Определение коэффициентов виброползучести песчаных грунтов на объекте: «Строительство автомобильной дороги Дрожжино – Боброво – Лопатино» по адресу: МО, Ленинский муниципальный район, Булатниковское сельское поселение». – М.; МГСУ, 2013 г.

9.Тер-Мартиросян А.З., Мирный А.Ю., Сидоров В.В. Лабораторные испытания грунтов в Московском государственном строительном университете (МГСУ-МИСИ). – М.; журнал "Инженерные изыскания", выпуск №8, 2013 г.

10.Тер-Мартиросян А.З. Остаточные деформации и напряжения в грунтвой среде при действии циклической нагрузки. // Сборник научных трудов XXIII Международной межвузовской научно – практической конференции молодых учёных, докторантов и аспирантов "Строительство – формирование среды жизнедеятельности", 14-21.04.2010. –

М.- стр. 815-819, Москва, 2010 г.

11.Тер-Мартиросян З.Г. Механика грунтов., Москва: АСВ, 2009 г.

12.Тер-Мартиросян З.Г., Тер-Мартиросян А.З. Деформации ползучести грунтов при циклическом и вибрационном воздействиях. // Труды XVIII Польско – Российско – Словацкого семинара "Теоретические основы строительства" Москва – Архангельск

01-05.07.2009. – стр. 473-480, Варшава, 2009 г.

13.Тер-Мартиросян З.Г., Тер-Мартиросян А. З. Остаточные напржения в грунтах при циклическом нагружении // Труды XVII Польско – Российско – Словацкого семинара "Теоретические основы строительства" Варшава 02-06.06.2008. – стр. 278-283, Зилина, 2008 г.

14.Тер-Мартиросян З.Г. Реологические параметры грунтов и расчёты оснований сооружений – М. : Стройиздат, 1990 г.

15.Тер-Мартиросян З.Г., Николаев А.П., Тер-Мартиросян А.З. Остаточные деформации и устойчивость массивов грунтов при сейсмических воздействиях. // Научно – технический журнал "Вестник МГСУ". – стр. 41-47 – М. 2008 г. – 2.

16.Эксплуатационная документация к комплекту оборудования для испытаний в условиях трехосного сжатия 63кН APSGmbH "WilleGeotechnik". Германия, ГёттенгенРосдорф, 2012 г.

33

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

УДК 624.131

В.Н. Парамонов, В.В. Набоков (ПГУПС)

ВЛИЯНИЕ УСТРОЙСТВА БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ ПОД ЗАЩИТОЙ ОБСАДНОЙ ТРУБЫ НА ОКРУЖАЮЩИЙ МАССИВ ГРУНТА

Введение

В соответствии с требованиями современных Российских норм, расчет оснований проектируемых зданий выполняется, в первую очередь, по второй группе предельных состояний. При строительстве зданий в условиях плотной городской застройки регламентируются как осадки проектируемых зданий, так и дополнительные осадки окружающей застройки. Допустимые дополнительные осадки существующих зданий на порядок ниже допустимых осадок вновь проектируемых зданий. В связи с этим расчет оснований для проектируемых зданий в условиях плотной городской застройки требует более жестких ограничений по осадкам, чем для зданий, проектируемых на свободной территории. Инженерно-геологические условия Санкт-Петербурга характеризуются наличием мощной толщи слабых после- и позднеледниковых отложений. Для снижения осадок проектируемых и окружающих зданий в абсолютном большинстве случаев новые здания возводятся на сваях, передающих нагрузку на нижние, менее сжимаемые слои основания.

Территориальными нормами ТСН 50-302–2004 «Проектирование фундаментов зданий и сооружений в Санкт-Петербурге», динамические методы погружения свай допускаются за пределами 20-метровой зоны от контура соседнего здания. На меньших расстояниях динамические методы погружения свай допускаются только на основе результатов специальных исследований. Поэтому, как правило, в этих случаях проектируются буронабивные сваи.

Одной из наиболее щадящих по отношению к окружающей застройке считается технология устройства свай под защитой обсадных труб. Однако, из практики строительства в Санкт-Петербурге известно немало случаев деформаций существующей застройки на этапе устройства таких свай.

Один из случаев аварийных деформаций существующего здания при устройстве свай приведен в статье А.Б. Фадеева, В.Н. Парамонова (1996). Для защиты существующего здания проектом было предусмотрено устройство между проектируемым и существующим зданиями разделительной стенки из буронабивных свай длиной 23м и диаметром 1200 мм. При выполнении работ по устройству БНС в стенах дома возникли многочисленные трещины, одна из трещин имела раскрытие до 8..10 см. Осадки здания достигли 96 мм, причем они распространились на расстояние более 30 м от свайного поля. В статье была выдвинута гипотеза о том, что аварийные деформации здания произошли вследствие наплыва грунта в скважину и, как результат, чрезмерное превышение объема извлеченного грунта над проектным. Впоследствии

34

Раздел 4. Лабораторные и полевые исследования грунтов и фундаментных конструкций…

эта гипотеза повторялась в ряде статей и выступлений на конференциях, однако непосредственных исследований этого явления не проводилось.

1.Экспериментальные исследования

1.1.Исследование технологии устройства свай под защитой обсадных труб

Для исследования явления наплыва грунта в скважину, пробуриваемую под защитой обсадных труб, на участке строительства Западного Скоростного Диаметра в Санкт-Петербурге нами были проведены специальные наблюдения за устройством буронабивных свай. Свайные фундаменты опор эстакады состояли из буронабивных свай диаметром 1000, 1200 и 1500 мм (рис. 1). Длина свай составляла от 25 до 32 м. Сваи выполнялись четырьмя различными буровыми установками: «Junttan PM28», «Casagrande B250», «Liebherr LB28», «Soilmec SR60».

Рис. 1. Свайное поле под опору эстакады из буронабивных свай диаметром 1200мм

35

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

Наблюдения включали в себя сравнение проектного и фактического объёма грунта, извлечённого из скважины в процессе бурения по мере погружения обсадных труб, а также сравнение проектного объёма и фактического количества затрачиваемого бетона, приходящегося на одну скважину.

Инженерно-геологические условия строительной площадки достаточно сложные. Текучие суглинки залегают с абсолютной отметки порядка 0.0…минус 1.0 м, толщина слоя составляла порядка 15 м (рис. 2), что существенно усложняло производство работ (рис. 3).

Рис. 2. Геолого-литологический разрез скважины

Превышение фактического объема грунта над проектным было выявлено в процессе разбуривания скважины в зависимости от глубины погружения обсадных труб. Вследствие недостаточной мощности буровой установки процесс погружения труб разбивался на следующие этапы.

1. На первом этапе погружались только 3 секции обсадных труб (первая секция имела длину 4,5 м, последующие – 4 м). Учитывая, что абсолютная отметка поверхности грунта составляла плюс 2,0 м, а верха обсадной трубы над буровым столом 3,70 м, то обрез столба обсадных труб находился на отметке минус 8,8м. До этой отметки разбуривания скважины существенных различий между проектным и фактическим объёмом грунта не наблюдалось.

36

Раздел 4. Лабораторные и полевые исследования грунтов и фундаментных конструкций…

Рис. 3. Подготовительные работы

2.На втором этапе работ трубы погружались до отметки минус 12,8 м, наблюдалось плавное увеличение превышения фактического объёма грунта над проектным.

3.На третьем этапе труба погружалась до отметки минус 16,8 м. Этот этап является ключевым, наблюдалось резкое превышение увеличения фактического объёма извлеченного грунта над проектным. По геологической скважине видно, что на данном этапе происходит разбуривание слабых текучих суглинков (см. рис. 2). Было замечено, что при повторном погружении шнека забой всегда оказывался выше, чем отметка низа рабочего органа при выполнении предыдущей операции. Средний подъём составлял около 0,5 м за каждую операцию шнека при прохождении одной обсадной трубы. Отмечен эффект «вакуумного насоса», сопровождавшийся характерным всасывающим звуком.

На отметках от минус 7,0 до минус 15,0 м в некоторых случаях на один проход шнека требовалось до 15мин. При подъёме шнека он затягивал окружающие слои грунта и мощности буровой установки не хватало для его подъёма.

Рассчитаем проектный объем грунта (Vпр), приходящегося на одну обсадную трубу.

Vпр = πR²·h:

37

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

где R – радиус обсадной трубы (0,6 м), h – длина секции обсадной трубы (4,0 м); Vпр = 3,14·0,6²·4,0 = 4,5 м³ – на одну секцию обсадной трубы

Фактически же, по замерам, было извлечено порядка 8,5 м3, что практически вдвое превышает проектный объём грунта.

4. На четвёртом и пятом этапе работ погружались ещё две секции обсадных труб до отметки минус 24,8 м. На этих этапах работ превышение объёма отсутствовало. После завершения бурения общее превышение извлеченного грунта над проектным составило порядка 8 м3 (рис. 4). При последующем бетонировании также было выявлено, что превышение фактического объёма бетона над проектным составило порядка 4 м3 (рис. 5).

5.

Рис. 4. Зависимость превышения объема грунта над проектным по глубине погружения обсадных труб для буронабивных свай диаметром 1200 мм, изготовленных установкой Casagrande B250

38

Раздел 4. Лабораторные и полевые исследования грунтов и фундаментных конструкций…

Рис. 5. Сравнение проектного и фактически извлеченного объема грунта скважины диаметра 1200 мм

Оценим превышение объема бетона Vб над проектным объемом сква-

жины Vпр:

Vпр = πR²·H,

где R – радиус обсадной трубы (0,6 м), H – глубина скважины (31,2 м).

Vпр = 3,14·0,6²·31,2 = 35м3

Vб = 43 м3.

Абсолютное превышение объема бетона:

Vx = Vб – Vпр = 43м3 – 35м3 = 8м3.

Относительное превышение:

Vб/ Vпр = 8/35 * 100% = 23%.

В процессе наблюдений за изготовлением свай было выявлено, что общее превышение фактического объёма грунта на одну скважину составляло от 5 до 67 %. Расход же бетона практически соответствовал объему извлеченного грунта, среднее относительное превышение объема бетона над про-

39

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

ектным объемом скважины составило порядка 17 % на 53 выборочно взятые буронабивные сваи. Таким образом, превышение объема извлеченного грунта коррелирует с объемом превышения бетона.

1.2. Экспериментальные наблюдения за осадками поверхности грунта вокруг скважин

На этой же площадке нами выполнены экспериментальные исследования осадок примыкающей территории в процессе устройства свай диаметром 1000 и 1200 мм буровой установкой Сasagrande B250. Исследования проводились на трех различных выборочно взятых скважинах.

Серия экспериментов включала в себя определение зоны влияния – «зоны опасности» производства работ для окружающего массива грунта. Перед началом экспериментов были установлены поверхностные репера через 1 м от края скважины. Репера представляли собой закладные детали – пластины

10 10 см, к которым приваривались арматурные стержни длиной 50 см. Предварительно радиус зоны влияния был принят равным 5 м. Схема расположения реперов на трех экспериментальных площадках приведена на рис. 6–8.

Геодезическая съемка отметок реперов выполнялась на каждом этапе погружения труб и разбуривания. Конечные осадки грунта представлены в таблицах на рис. 6–8.

Рис. 6. Схема расположения контрольных марок и величины осадок скважины № 1

40