Сборник трудов конференции СПбГАСУ 2014 ч
.1.pdf
Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…
Низ ограждающего элемента находится на отметке – 22,0 м, длина элемента в этом случае составляет 25,0 м. Основание несущего элемента находится на отметке – 29,0 м, длина несущего элемента составляет 32,0 м. Основание несущего элемента в данном случае находится в слое полутвердых суглинков и обеспечивает надежную анкеровку лицевой стенки.
Конструкция лицевой стенки состоит из прямоугольных в плане ограждающих элементов сечением 7,0 0,8 м, и несущих элементов Т-образного
вплане сечения, габаритными размерами 2,8 2,8 м (толщина стенки элемента составляет 0,8 м). Расстояние между несущими Т-образными элементами
вплане составляет 9,8 м.
Конструкция выполняется из бетона класса прочности В30, марки по водонепроницаемости W10. В зависимости от вертикальной планировки площадки строительства причальная стенка может устраиваться по схеме свободной консоли с усилением контрфорсами и по схеме заанкеренной конструкции. В качестве дополнительных контрфорсов и анкерных конструкций используются Т-образные несущие элементы выполняемые по технологии «стена в грунте».
Применение технологии «стена в грунте» для устройства причальной стенки в порту города Певек Чукотского АО.
Инженерно-геологиче- ские условия площадки строительства порта Певек осложняются развитием больших мощностей отложений многолетнемерзлых грунтов. Инженерно-геоло- гические изыскания на площадке строительства были выполнены в 2011 году ОАО «Фундаментпроект».
В строении площадки принимают участие гравийно-галечниковые грунты с суглинистым и супесчаным заполнителем (содержание заполнителя до 45…50 %) и супесчанно – суглинистые грунты с содержанием крупнообломочных включений до 20…25 %. На глубинах 25,0…30,0 м от поверхности залегают дресвяные и щебенистые грунты коры выветривания.
Основание представляет собой многолетнемерзлую монолитную и слоистую криолитовую структуру. Верхняя часть разреза в береговой зоне представлена сезонно оттаивающими грунтами, на глубину 1,5…3,0 м.
241
Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение
Технологическое задание на устройство причальной стенки содержит требования на устройство лицевой ограждающей конструкции свободной высотой 11,0…12,0 метров, воспринимающей давление грунта и технологические нагрузки. Конфигурация стенки в плане имеет ломаное очертание.
Нормативные требования к причальным сооружениям, возводимым
вусловиях Арктики, регламентируются РД 31.31.55-93. Наиболее критичным параметром проектирования является учет мерзлоты в основании сооружения и возможность ее деградации, термоабразия морских берегов. В связи с этим конструкция причальной стенки должна быть рассчитана на давление грунтов, перешедших в вязко-пластичное состояние.
Вместе с тем, необходимо рассматривать такую технологию производства работ, которая позволит эффективно разрабатывать многолетнемерзлый грунт, не разрушая при этом сплошность криолитоструктуры.
Применение технологии «стена в грунте» полностью удовлетворяет этим требованиям. Пошаговое изготовление конструкции позволяет выполнить ее криволинейной в плане. Конструктивно ограждающая конструкция, выполняемая по технологии «стена в грунте», представляет собой монолитную железобетонную стену, состоящую из двух типов элементов: прямоугольных в плане ограждающих элементов и несущих элементов Т-образного
вплане сечения.
Такая конструкция стены позволяет достичь высокой приведенной жесткости сечения (2,0…2,2 1013 кгсм/м) и обеспечить требуемые величины предельных перемещений верха сооружения в диапазоне 3,0…4,0 см.
Вертикальные несущие и ограждающие элементы имеют разную глубину: ограждающие элементы – 1,2…1,3 Н ( где Н-высота консольной части); несущие элементы – 1,8…2,0 Н , для обеспечения анкеровки в материковый грунт.
Основными преимуществами предлагаемой конструкции выполняемой по технологии «стена в грунте» являются:
большая жесткость поперечного сечения, чем снижается величина горизонтальных перемещений верха конструкции и повышается ее эксплуатационная надежность;
высокая водонепроницаемость конструкции, которая обеспечивает отсутствие фильтрации подземной воды и предотвращает развитие суффозионного разрушения песчаной насыпи;
технологичность изготовления (не требуется доставка на площадку длинномерных трубчатых элементов, выполнение и защита от коррозии равнопрочных монтажных сварных швов, выполнение работ без применения плавсредств), чем достигается сокращение сроков производства работ;
экономическая эффективность (оптимальная стоимость 1 погонного метра лицевой части причальной стенки), что позволит сократить затраты на
ееустройство.
242
Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…
УДК 624.131
А.В. Школа (ОГАСА, Одесса, Украина) А.А. Анискин (Политехника в Вараждине, Хорватия)
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ НА СВОЙСТВА ГРУНТА ОБРАТНЫХ ЗАСЫПОК МОРСКИХ ПРИЧАЛОВ
За счет сравнительно малой энергоемкости транспортировки грузов водным транспортом, развитие водных портов является важнейшим элементом экономик прибережных стран и континентов.
Грузооборот портов определен многими факторами, в частности, глубинами для обработки в гаванях судов значительных водоизмещений.
Для приема современных грузовых судов в портах используются многие конструкции для проектировки и строительства которых необходимо расчитать давления обратной засыпки на тонкие стенки их конструкции, на пример: грузовые причалы, больверки, пирсы.
В настоящее время в основе расчета проектных нагрузок обратных грунтовых засыпок применяються результаты теории Кулона полагая среду засыпки однородной и изотропной. Реальная грунтовая среда, несомненно не является таковой. Поэтому теория Кулона для расчета бокового давления нуждается в развитии и обобщении на учет неоднородности и анизотропии. Оба приведенных фактора – неоднородность и анизотропия, как показывает практика, [9] в значительной мере зависять от строительной технологии образования засыпки, т. е. характера и последовательности создания грунтового массива.
Для примера рассмотрим следующую простейшую модель:
|
q |
q |
q |
= 90° |
|
|
|
|
= 0° |
|
|
а) |
E |
E |
E |
б) |
в) |
|
|
|
Рис. 1. Простейшая модель технологии засыпки |
|
|
243
Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение
Очевидно что боковые давления в приведенных схемах будут отличными, интуитивно можно сделать вывод что в случае а) боковое давление будет максимальным (Е90°), а в случае б) будет минимальным (Е0°) в то время как Е будет находится в интервале между ними. Лабораторная практика также потверждает этот интуитивный вывод. На рис. 2 с помощью предельных примых и предельного круга Мора показаны результаты испытания прямого среза на модельном материяле – рисе, при укладках зерновой среды 0° и 90° по отношении к плоскости среза, при чем максимальное нормальное давление при этом составляло 36 кН/м2.
Рис. 2. а) Схема укладки модельного материала (риса) в камере прямого среза, б) Интер-претация экспериментальных данных на предельном круге Мора
Полученные результаты непосредственно демонстрируют изменение положения предельных прямых Кулона (рис. 2, б), т. е. предельного напряженного состояния что приводит к изменению положения площадок скольжения при наступлении предельного напряженного состояния в идентичных условиях, а как следствие того и изменение величины бокового давления на подпорные стенки.
Разница очевидна, покажем каким конкретным образом можно учесть технологию засыпки описанную показаной моделью.
Для сравнения решим основную задачу предельного равновесия грунтовой массы для однородного изотропного и анизотропного грунтов. Основной задачей будем считать определение направления площадок скольжения за заданную элементарную площадку AB под углом к горизонтали при действуещее на ней напряжении известном по направлению и величине.
В расчетах будем рассматривать однородный анизотропный грунт который удовлетворяет следующим условиям:
( , x, y) ( ), |
c( , x, y) c( ) . |
(1) |
Реальные грунтовые отложения удовлетворяют также зависимостям:
( ) ( ), c( ) c( ) , |
(2) |
где представляет угол наклона площадки AB к горизонтали.
244
Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…
Условие предельного напряженного состояния в главных напряжениях
для анизотропного однородного грунта можно записать в виде: |
|
||||||||
|
|
|
|
|
1 |
2 1 |
2 sin ( ) , |
(3) |
|
где 1 |
|
c ( ) |
и |
2 |
|
|
c ( ) – |
приведенные главные напряжения, |
|
1 |
2 |
||||||||
c ( ) c( )ctg |
– |
давление связности. При повороте площадки AB за |
|||||||
угол для изотропного однороднога грунта не приходит к премене отношения:
( 1 2 ) /( 1 2 ) sin const . |
(4) |
Рис. 3. а) заданная площадка AB, б) система характеристических кругов Голушкевича, в) силовой треугольник
Если воспользуемся понятием об ориентированом круге Мора, придем к известной системе характеристических кругов Голушкевича и основную задачу, как это известно [11], можно решить, как показано на рис 3.
В то время как условие предельного напряженного состояния анизо-
тропного грунта не инвариантно относительно угла .
Автором проф. Школа А.В. [9] разработан и предложен метод для решения основной задачи теории предельного напряжения для анизотропного грунта а корни его лежат в графическом методе системе характеристических кругов Голушкевича. Приведем его основые шаги.
245
Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение
Предположим что показатели анизотропного грунта сдвигу заданы произвольными годографами ( ), c c( ) .
В произвольном масштабе строится площадка AB, которая ориентирована под заданным углом 1 к оси отсчета исходного ( ).
Из точки пересечения луча из точки A под углом ( ) с нормалью к площадке AB описываем окружность проходящую через A и B;
Рис. 4. а) Годограф угла внуереннего трения, б) принцип решения основной задачи для однородного анизотропного грунта
На окружности выбираем произвольную точку D и соединяем ее с концами площадки AB;
По углам ориентации 2 и 3 из годографа ( ), выяснив ( 2) и ( 2), наносим направления F1 и F2, которые приложены в серединах соответствующих отрезков.
Для равновесия линии F, F2 и F3 должны пересекаться в одной точке (т. е. точки е2, е3 и е23 на рис 4б должны совпасть), в противном случае переходим к следуещем положению точки D (рис 4б). Последовательным перебором D приходим к возможным решениям основной задачи.
Приведенное графическое решение задачи громоздко и достижение достаточной точности требует навыков, его аналитичиское решение можно найти в литературе [8, 9].
Внедрением решения на основе данного алгоритма в практические задачи показало что отличия бокового давления по отношению к изотропному грунту состовляют в среднем 30 % [9].
246
Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…
Показанное решение являеться обобщение основной задачи теории предельного равновесия за однородный анизотропный грунт. При ( ) = const. решение вырождается в графическое решение С.С. Голушкевича.
Выводы
Угол внутреннего трения модельного материала (риса) по отношению на технологию засыпки отличается более 15 %. Учет анизотропных свойств в практических задачах следует выполнять при изменениях характеристик прочности грунтов по направлениям сцепления не менее 10 %, а для угла внутреннего трения не менее 5 % [9]. При расчете бокового давления технология засыпки значительно влияет на величину бокового давления на стенки а как показывает практика в среднем около 30 %. Из этого следует что пренебречь анизотропией нельзя.
Литература
1.Основные предпосылки решения задачи учета анизотропии при определении давления сыпучих сред на близкорасположенные стены / А.В. Школа, А.А. Анискин, Б. Солдо // Вестник Одесской Государственной Академии Строительства и Архитектуры –
2012. – В. № 48.
2.Getreidedruck in Silozellen / H.A. Janssen // Z. Ver. Dt. Ing. 39, 1895. – p. 1045-1049.
3.Школа, А.В. Диагностика портовых сооружений. – Одесса, Астропринт, 2010. –
592 с.
4.Кандауров, И. И. Механика зернистых сред и ее применение в строительстве, М.:
Стройиздат, 1966. – 319 c.
5.Цытович, Н. А.: Механика грунтов – 4-е изд. перераб. и доп – М., Госстройиздат, 1963. – 636 с.
6.Боковое давление анизотропных сыпучих сред на близкорасположенные крутые наклонные стенки. решения осесимметричной и плоской задачи / А.В. Школа, А.А. Анискин, Б. Солдо // ЗБIРНИК НАУКОВИХ ПРАЦЬ, Серiя: ГАЛУЗЕВЕ МАШИНОБУДУВАННЯ, БУДIВНИЦТВО, Полтавський нацiональний технiчний унiверситет iменi
Юрiя Кондратюка – 2012. – В. № 4(34) Том 2, стр 296-303.
7.Pressure of isotropic granular medium on closely spaced walls of arbitrary curvature / Aniskin, A.A. // Proceedings of the 5th International Young Geotechnical Engineering Conference – 5iYGEC’13, – 2013 – Volume 2, pp. 535 – 537.
8.Школа, А.В. Боковое давление анизотропных грунтов на сооружения. – Одесса,
МАГ ВТ, 2012. – 219 с.
9.Школа, А.В. Инженерная диагностика портовых гидротехнических сооружений. – Одесса, Рекламсервис, 2011. – 304 с.
10.Соколовский, В.В. Статика сыпучей среды. М., Государственное издательство физико-математической литературы, 1960, 241 с.
11.Голушкевич, С.С. Статика предельных состояний грунтовых масс. М., Гостех-
издат, 1957, 288 с.
247
Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение
УДК 624.131.551.435.8
В.В. Толмачёв1, С.А. Махнатов2, М.М. Уткин1, Н.М. Шувалова3
(1 ОАО «Противокарстовая и береговая защита», г. Дзержинск, 2НИИПТМ № 17, Нижний Новгород, 3 ННГАСУ, Нижний Новгород)
ДЕСЯТЬ ПРИНЦИПОВ РАЗМЕЩЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ОПАСНЫХ ОБЪЕКТОВ В КАРСТОВЫХ РАЙОНАХ
К экологически опасным объектам следует относить, прежде всего, такие сооружения, как основные сооружения атомных электростанций, химических предприятий, нефтепроводы, полигоны захоронения промышленных отходов, крупные водохранилища и т. д. Их особенностью является то, что аварийные ситуации на таких объектах могут влиять на экологическое состояние больших территорий в течение продолжительного времени, соизмеримого с жизнью нескольких поколений. Поэтому при проектировании такого рода строительных объектов «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» (384-ФЗ) предписывает учитывать аварийные расчётные ситуации, имеющие даже малые вероятности их возникновения. К сожалению, в большинстве подзаконных документов (СНиП, СП и др.), даже прошедших процедуру актуализации, это требование практически не развивается применительно к специфике отдельных видов сооружений и к территориям с конкретными опасными геологическими процессами. Неслучайно, в последнее время появился ряд публикаций [1, 2], в которых авторы предлагают свои подходы по решению этих проблем.
Можно считать, что лишь документы МАГАТЭ, а также нормативы, существующие в системе «Росатом» (и то лишь в определённой мере), направлены на обеспечение практически абсолютной безопасности атомных объектов в карстовых районах. Допустимый риск для этих объектов оценивается в пределах 10-6 – 10-7 в год [3, 4, 5]. По нашему мнению, некоторые принципы этих документов полезно использовать также для разработки «Специальных технических условий» (СТУ) при проектировании других экологически опасных объектов. Надо иметь в виду, что нарушения требований этих документов, к сожалению, нередко встречающиеся в проектноизыскательской практике, рано или поздно могут привести к катастрофическим ситуациям.
С учётом этого и нашей практики ниже сформулированы десять положений, которые могли бы быть полезными при разработке таких СТУ применительно к закарстованным территориям.
1. Заказчик в техническом задании на проведение проектноизыскательских работ должен указать характеристики возможных экологических, социальных и экономических последствий при авариях сооружений в результате тех или иных карстопроявлений. Эти характеристики могут вы-
248
Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…
ражаться количественно или хотя бы качественно (вербально). С учётом этого экспертным путём должна быть проведена оценка допустимого риска аварийных ситуаций.
Как показала практика, большинство заказчиков, к сожалению, не способны выполнить эту работу, несмотря на соответствующие требования Федеральных законов.
2.В результате инженерных изысканий должны быть (в соответствие
сСП 116.13330 «Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов») должны быть оценены по крайней мере три типа карстовой опасности (А, В и С):
*Карстоопасность типа А, обусловленная повышенной чувствительностью закарстованных территорий к загрязнению геологической среды, в том числе подземных вод.
Этот тип карстоопасности является основным при проектировании полигонов захоронения отходов, шламонакопителей и т. п. Во многих развитых странах именно карстоопасность типа А, по сравнению с другими типами карстоопасности, учитывается в первую очередь. В районах покрытого карста геологическая среда особенно чувствительна к загрязнениям. К сожалению, здесь карстовые понижения земной поверхности нередко используются для захоронения различных отходов. Примером тому является шламонакопитель «Чёрная дыра», расположенный в промышленной зоне г. Дзержинска Нижегородской области [6]. (Недавно этот объект привлёк внимание даже Президента страны).
Нарушение естественных процессов, происходящих в карстовой среде, способно коренным образом отразиться на экологической и даже социальной обстановке территорий в различных масштабах времени. Риски радиационного, бактериологического, химического загрязнения среды, а также изменения гидрогеологической и геотехнических обстановок в карстовых районах должны быть полностью исключены при создании проектов, хотя бы с той точки зрения, что оценить последствия таких загрязнений долговременного характера очень сложно. К сожалению, это обстоятельство не учитывается даже при создании крупномасштабных проектов. Проект поднятия уровня Чебоксарского водохранилища явное тому подтверждение [2, 6].
*Карстоопасность типа В, обусловленная вероятностями повреждения строительных объектов различными поверхностными карстопроявлениями (провалами, локальными и общими оседаниями, неравномерными осадками и др.).
Известно, что недостаточный учёт этого обстоятельства едва не привёл
каварии на Ровенской АЭС [1, 3]. При проектировании особо ответственных сооружений отдельно должна быть оценена вероятность образования крупных провалов (более 30 м), конструктивная защита от которых принципиально невозможна. Эта вероятность, как правило, весьма мала, но она может быть вполне сопоставима с её допустимыми значениями, например, для та-
249
Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение
ких объектов, как АЭС [4]. В этом случае наиболее целесообразен выбор другой площадки для размещения экологически опасных объектов.
Наша практика контактов с проектно-изыскательскими организациями, застройщиками и даже с представителями властных структур позволяет утверждать, что большинство из названных субъектов при создании экологически опасных сооружений в своей деятельности исповедуют пресловутый «авось». Этот «принцип» не направлен на обеспечение безопасных условий жизни существующего и будущих поколений, а лишь позволяет уменьшить экономические затраты «сегодняшнего дня». Само собой разумеется, такой подход является не только ошибочным, но и заведомо вредоносным для нашей страны.
*Карстоопасность типа С, обусловленная возможными осложнениями при строительстве и эксплуатации подземных сооружений и фундаментов глубокого заложения вследствие наличия и развития подземных карстопроявлений, особенно в активной зоне оснований.
Непонимание этой специфики закарстованных территорий нередко приводит к «неожиданным» авариям после многих лет эксплуатации сооружений. Эта специфика должна приниматься прежде всего при проектировании таких сооружений как тоннели метрополитена, когда в процессе проходки могут выявляться различные локальные карстовые аномальные зоны [7, 8].
К сожалению, многие проектно-изыскательские организации упрощённо подходят к понятию «карстовая опасность», связывая её лишь с образованием карстовых провалов.
3.Закарстованные территории весьма чувствительны к различным техногенным воздействиям. Поэтому оценка карстовой опасности и риска во многих случаях просто не имеет смысла без должного учёта техногенных воздействий. Примерами тому являются: образование крупных провалов на территории г. Березняки, активизация карстовых процессов на Ровенской АЭС, формирование поверхностных карстовых деформаций на берегах Камского и Братского водохранилищ [5].
4.Осуществление противокарстовых мероприятий должно быть обязательным на протяжении всего жизненного цикла объекта. В связи с этим, уже на стадии проектно-изыскательских работ должна планироваться система карстомониторинга с применением, при необходимости, стационарных подземных сигнальных устройств.
5.Противокарстовые мероприятия должны иметь комплексный характер, включая как капитальные, так и регулярные эксплуатационные мероприятия.
6.Для предотвращения ошибок вследствие «человеческого фактора» (в том числе, фальсификаций в проектно-изыскательской деятельности) необходимо планировать дополнительные объёмы изысканий, научно-
250