Решение задачи обеспечения геомеханической безопасности сооружений ПГС повышенной ответственности
Характерными особенностями сооружений ПГС повышенной ответственности в современной строительной практике являются:
- значительное увеличение площади опирания на грунты основания (до 3 тыс. кв. ми более);
- увеличение контактных напряжений на подошве (например, фундаментах плит) до 50–80 тс/кв. м и более;
- заглубление подземной части сооружении до 15–20 м и более;
- сложные технологические схемы выполнения работ «нулевого цикла»;
- распространение зоны влияния строящегося сооружения на соседние.
С геомеханической позиции это соответствует резкому возрастанию объема «мягкого» грунта в пределах активной зоны деформации основания (до 50–70 м и более). В пределах указанной толщи природные (начальные) напряжения оказываются сопоставимыми или доминируют над напряжениями от возводимого сооружения. Имеют значение не только природные напряжения на настоящий момент времени, но и на значительном отрезке предыстории формирования основания и в период эксплуатации построенного сооружения. Надежными средствами инструментального или расчетного определения природного напряженно-деформированного состояния (НДС) современная геомеханика не располагает. Механический же отклик, основанный на силовых внешних воздействиях, определяется (в самом упрощенном варианте) суммой природных напряжений и напряжений от инженерного воздействия. Если роль природных напряжений невелика (традиционная практика строительства) и доминируют напряжения от строящегося сооружения, то оказываются оправданными упрощенные схемы их учета (СНиП, СП). При равновесном или доминирующем значении природных напряжений низкий уровень надежности определения их значений эквивалентен достаточно низкому уровню прогноза механического отклика, основанного на внешних силовых воздействиях.
Так как механический отклик грунтов основания зависит от напряженно-деформированного состояния, определяющее значение имеет не только начальное НДС, но и интервал изменения напряжений и деформаций. В традиционной практике это 0–40 тс/кв. м. При этом в традиционной практике превалирует процесс монотонного нагружения, в современной — существенная разгрузка (разработка глубокого котлована) и повторное загружение (строительство сооружения). Расширение интервала изменения напряжений и более сложные траектории их изменения тоже снижают достоверность описания механического поведения грунтов. На траекторию изменения напряжений определяющее влияние оказывает принятая схема производства работ «нулевого цикла» при возведении наземной части здания. Расширение интервала изменения напряжений, увеличение активной зоны деформации выдвигают на первый план такие сложные для прогноза процессы, как первичная и вторичная консолидация (неоднородность основания по фильтрационным свойствам и скорости ползучести грунтов).
Достоверность прогноза НДС системы «основание-сооружение» определятся в первую очередь мерой совершенства описания механических свойств грунтов, а также правильностью формулировки начальных и краевых условий. Важную роль, но второго плана (при современных широких возможностях вычислительной техники), имеет процедура численной реализации краевых задач.
Исключительно сложная физическая природа грунта (реально-дискретного, многофазного, с выраженными реологическими свойствами), к сожалению, определяет тот факт, что даже в наиболее совершенной постановке (с использованием последних достижений теории механики пластически упрочняющихся материалов) не удается достаточно точно описать его механическое поведение в условиях общего вида пространственного НДС при возможном разнообразии начальных условий и сопутствующем изменении характеристик физического состояния. Поэтому не представляется возможным (в общем случае) оценить соответствие между результатами расчета (прогноза) НДС системы «основание-сооружение» и данными непосредственных наблюдений. Для традиционных со-оружений такая (сопоставительная) работа выполнена. Обобщение ее результатов нашло отражение в ГОСТax, СНИПах и СП в виде соответствующих рекомендаций (например, ограничение мощности сжимаемой толщи). Этим гарантируется достаточная близость данных расчетного прогноза и непосредственных наблюдений.
В случае сооружений, заглубленных на 8–15 м и более, с большой площадью опирания (50x50 м и более), с контактными напряжениями по подошве фундаментных плит до 80 кгс/кв. см и более, подобного опыта строительства и результатов его обобщения нет. Тем более, учитывая индивидуальность проекта каждого из подобных сооружений, трудно ожидать разработки со временем некоторых упрощенных схем расчета с поправочными коэффициентами, гарантирующими сближение данных расчетов и непосредственных наблюдений.
Таким образом, для решения современных проблем геомеханики в области расчетного обоснования проектных решений сооружений повышенной этажности имеются большие возможности численного расчета с использованием упругой и упруго-пластичной расчетной модели, модели пластически упрочняющейся грунтовой среды. Но в совокупности возможностей итог такой, что нет уверенности в близком соответствии прогнозируемых и фактических данных по НДС системы «основание-сооружение». В каждой конкретной ситуации по инженерно-геологическим условиям, принятым конструктивным решениям надземной конструкции и методам производства работ указанное несоответствие может оказаться различным и, не исключено, недопустимым. Что в этой сложной ситуации следует считать целесообразным?
Необходимо получить и проанализировать результаты нескольких отличающихся вариантов математического прогноза НДС системы «основание-сооружение».
Вариант, когда для определения расчетных параметров ИГЭ основания используются данные полевых методов определения деформационных свойств. Полевые методы, при всей условности интерпретации полученных данных, имеют тот большой плюс, что апосредованно отражают фактическое начальное напряженное состояние грунтового массива и в меньшей степени нарушают природную структуру грунта.
Относительно низкая стоимость получаемой информации позволяет наиболее детально отразить природную неоднородность грунтового основания в плане и по глубине. В этом случае уместно выполнение численного расчета в упруго-пластической постановке.
Другой вариант, когда для определения параметров расчетной модели ИГЭ основания используются лабораторные данные трехосных испытаний. Минусы — проблема отбора образцов грунтов (реконсолидации) и практически умозрительные представления о начальном (природном) НДС основания. Плюсы — отражение влияния напряженного состояния и траектории нагружения на закономерности деформируемости грунтов и возможность учесть влияние на НДС системы «основание-сооружение» технологических особенностей выполнения земляных и монтажных работ.
В этом случае уместно выполнение численного расчета с использованием вариантов описания механического поведения грунтов на основе представленной теории пластически упрочняющейся среды.
И еще один вариант, когда на основе анализа полученных данных необходимо «выстрадать» усилия в основных опорных элементах несущего каркаса здания, определить деформацию, например, фундаментной плиты из собственной плоскости и получить распределение контактных напряжений и необходимое армирование плиты.
«Выстраданные» данные приобретают права эталона по той причине, что при их подтверждении в процессе строительства и эксплуатации гарантируется геомеханическая безопасность сооружения. В процессе эксплуатации сооружения фактические данные могут существенно отклоняться от эталонных по многим причинам, например, изменение гидрогеологического режима основания или развитие суффозионных процессов.
«Выстрадать» эталонные данные необходимо не только на момент окончания строительства и сдачи сооружения в эксплуатацию. Важно получить данные на нескольких этапах строительства, чтобы иметь возможность проследить — благоприятен или нет «подход» к эталонным параметрам в строительный период. Это задача геомеханического сопровождения (мониторинга) объекта строительства повышенной ответственности.
В случае недопустимого расхождения заблаговременно выявляется необходимость откорректировать напряженное состояние основания адресно и дозированно, чтобы изменить его «жесткость». Важно, чтобы возможность корректировки напряженного или физического состояния грунтов основания была заранее предусмотрена проектом (а не в качестве противоаварийного мероприятия).
В арсенале современной геотехники имеется целый ряд средств, позволяющих изменить напряженное состояние основания в заданной области с целью увеличения модуля деформации или «закрепить» грунт физико-химическими средствами с этой же целью. При этом важны возможность повторения мероприятия и гарантия необратимости достигнутого эффекта упрочнения. Если необходимость упрочнения выявлена на предшествующей стадии строительства, то последующая стадия должна (по данным фактических измерений) подтвердить достаточность предпринятого мероприятия.
Гарантировать необходимый эффект разового упрочнения так же трудно, как и достоверно рассчитать НДС системы «основание-сооружение» повышенной ответственности.
Акт близкого соответствия прогнозируемых значений опорных усилий, деформации основания, контактных напряжений по подошве фундаментных плит сооружений повышенной ответственности должен быть основным документом о «здоровье» сооружения. Если «здоровье» нарушено в процессе строительства или эксплуатации, то в качестве лекарства необходимо рекомендовать адресное управление напряженным или физическим состоянием грунтов основания, предусмотренное проектом сооружения.
| Автор: З. Г. Тер-Мартиросян, А. Л. Крыжановский Дата: 23.04.2007 Журнал Стройпрофиль 3-07 Рубрика: геотехнологии, фундаменты Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |
| Тут Хотели купить пгс цена тут очень устроила соотношение песка и гравия было то что нужно. algnm.ru |