CC BY
50
Калошина С.В., Кудашева М.И., Золотозубов Д.Г. Исследование влияния разработки траншеи на дополнительные осадки существующего здания // Вестник ПНИПУ. Строительство и архитектура. - 2018. - Т. 9, № 4. - С. 115-130. DOI: 10.15593/2224-9826/2018.4.11
Kaloshina S.V., Kudasheva M.I., Zolotozubov D.G. Study of the impact of trench development on the additional settlement of the existing building. Bulletin of PNRPU. Construction and Architecture. 2018. Vol. 9. No. 4. Pp. 115-130. DOI: 10.15593/2224-9826/2018.4.11
ВЕСТНИК ПНИПУ. СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА Т. 9, № 4, 2018 PNRPU BULLETIN. CONSTRUCTION AND ARCHITECTURE http://vestnik.pstu. ru/arhit/about/inf/
DOI: 10.15593/2224-9826/2018.4.11 УДК 624.159.2
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗРАБОТКИ ТРАНШЕИ НА ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ОСАДКИ СУЩЕСТВУЮЩЕГО ЗДАНИЯ
С.В. Калошина1, М.И. Кудашева2, Д.Г. Золотозубов1
1 Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия
2 ВНИИ Галургии, Пермь, Россия
О СТАТЬЕ
АННОТАЦИЯ
Получена: 4 сентября 2018 Принята: 22 октября 2018 Опубликована: 28 декабря 2018
Ключевые слова:
численное моделирование, модель Мора - Кулона, модель упрочняющегося грунта, осадка, подтопление, физико-механические свойства, ухудшение характеристик грунтового основания
Одной из проблем при эксплуатации зданий старой постройки является ухудшение характеристик грунтов основания, связанное с их замачиванием из-за протечек коммуникаций. Производить земляные работы рядом с такими объектами следует с применением технологий, исключающих получение дальнейших дополнительных осадок существующего здания.
В статье приводятся результаты численных исследований по оценке влияния ухудшения характеристик грунтов основания на дополнительные осадки здания при отрывке рядом с ним траншеи. При проведении численного моделирования характеристики грунтов для мягкопластичной и текучепластичной консистенций грунта приняты на основе результатов ранее проведенных авторами лабораторных испытаний, для тугопластичной и текучей консистенций грунта - на основе значений, представленных в нормативной и справочной литературе.
Численное моделирование выполнялось для двух вариантов разработки траншеи -без крепления и с креплением стенок. Численное моделирование для первого варианта было выполнено с применением только модели Мора - Кулона, для второго - дополнительно проведены расчеты с моделью упрочняющегося грунта. Расчеты выполнены для наиболее неблагоприятных вариантов расположения областей замачивания грунта в основании существующего здания, при которых подошва фундамента полностью расположена на слабом грунте. Для случая с креплением стенок были выбраны два варианта ограждения: горизонтально-сплошное и смешанное.
В результате проведенного моделирования были получены результаты, позволяющие выявить наиболее неблагоприятные случаи замачивания основания, приводящие к дополнительным осадкам здания при разработке траншеи более предельно допустимых. Необходимо отметить, что при выполнении численного моделирования важной задачей является правильный выбор модели грунта. Использование модели упрочняющегося грунта при моделировании разработки траншеи позволило применить наиболее рациональный с экономической точки зрения вид ограждения котлована.
Также следует отметить, что при наличии в основании существующей застройки областей грунта с ухудшенными характеристиками работы по замене коммуникаций должны сопровождаться мониторингом существующей застройки.
©ПНИПУ
© Калошина Светлана Валентиновна - кандидат технических наук, доцент, e-mail: [email protected]. Кудашева Марина Игоревна - инженер, e-mail: [email protected].
Золотозубов Дмитрий Геннадьевич - кандидат технических наук, доцент, e-mail: [email protected].
Svetlana V. Kaloshina - Ph.D. in Technical Sciences, Associate Professor, e-mail: [email protected]. Marina I. Kudasheva - Engineer, e-mail: [email protected].
Dmitry G. Zolotozubov - Ph.D. in Technical Sciences, Associate Professor, e-mail: [email protected].
STUDY OF THE IMPACT OF TRENCH DEVELOPMENT ON THE ADDITIONAL SETTLEMENT OF THE EXISTING BUILDING
S.V. Kaloshina1, M.I. Kudasheva2, D.G. Zolotozubov1
Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation Institute of Galurgy, Perm, Russian Federation
ARTICLE INFO
ABSTRACT
Received: 4 September 2018 Accepted: 22 October 2018 Published: 28 December 2018
Keywords:
numerical simulation, model MohrCoulomb, model Hardening Soil, settlement, flooding, physico-mechanical properties, deterioration of the characteristics of the foundation soil
The problems in the operation of old buildings is the deterioration of the soil characteristics of the base, associated with their soaking due to leakage of communications. Earthworks near such objects should be carried out with the use of technologies that exclude further additional sediment of the existing building.
The article presents the results of numerical studies to assess the impact of deterioration of the soil characteristics of the base on the additional sediments of the area in the passage near the trench. When carrying out numerical modeling of soil characteristics for soft-plastic and fluid-plastic soil consistencies are taken on the basis of the results of previous laboratory tests conducted by the authors, for refractory and fluid soil consistencies - based on the values presented in the normative and reference literature.
Numerical simulation was performed for two variants of the development of the trench - without the mounting and fastening of the walls. Numerical simulation for the first variant was performed using only the Mora-Coulomb model, for the second - additionally calculations with the model of hardening soil were carried out. The calculations are made for the most unfavorable variants of the location of the soil soaking areas in the base of the existing building, in which the sole of the Foundation is completely located on weak soil. For the case with mounting of the walls was chosen two options for fencing: horizontal, continuous and mixed.
In the simulation results were obtained, allowing to identify the most adverse cases of soaking the base, leading to additional precipitation of the building in the development of trenches more than the maximum allowable. It should be noted that the correct choice of soil model is an important task in the performance of numerical modeling. The use of the model of hardening soil in the simulation of the development of the trench allowed to apply the most rational from an economic point of view the type of protection of the pit.
It should be noted that if there are areas of soil at the base of the existing building with deteriorated characteristics of the work on the replacement of communications should be accompanied by monitoring of the existing building.
© PNRPU
Ухудшение характеристик грунтов оснований зданий старой постройки, даже локальное, может привести к дополнительным деформациям фундаментов и, следовательно, нарушению эксплуатационной пригодности зданий и сооружений. В связи с этим производить работы по замене коммуникаций или другие земляные работы рядом с таким объектом следует с применением технологий, исключающих получение дальнейших дополнительных осадок существующего здания.
Выполненные ранее исследования и проведенные аналитические расчеты показали, что ухудшение физико-механических характеристик грунтов основания фундамента при их водонасыщении приводит к значительному снижению его расчетного сопротивления [1-7].
Исследованиями, связанными с изучением деформаций оснований фундаментов при изменении свойств грунтов и их недостаточной несущей способности, в том числе при водо-насыщении, занимались многие ученые, например Б.Н. Далматов, Н.А. Цытович, В.Б. Швец, М.Ю. Абелев, Б.Л. Тарасов, R. Katzenbach, Е. Schultze и др. [8-11], что говорит об актуальности проведенных нами исследований.
Численное моделирование было выполнено в программном комплексе Plaxis 2D с применением двух расчетных моделей: Мора - Кулона и упрочняющегося грунта. Моделирование работы грунтового основания проводилось для 5-этажного кирпичного здания на
ленточных фундаментах мелкого заложения. Выбор именно такого типа здания обусловлен тем, что в г. Перми достаточно много домов старой застройки [7]. Такие здания, как правило, имеют значительную степень износа коммуникаций водоснабжения и канализации, что и приводит к замачиванию грунтов основания.
В результате сбора нагрузок на обрез фундамента получили следующие значения: от наружных стен - 250 кН/м, от несущих внутренних - 300 кН/м. Ширина подошвы фундаментов составляет соответственно 1,2 и 1,6 м. Расстояние между фундаментами - 6 м. Ширина области ухудшения свойств грунта - 4 м.
При проведении численного моделирования характеристики грунтов для мягкопластич-ной и текучепластичной консистенций грунта приняты на основе результатов лабораторных испытаний [1, 2, 12], для тугопластичной и текучей консистенций грунта - на основе значений, представленных в нормативной и справочной литературе (табл. 1, 2). Лабораторные исследования были выполнены по ГОСТ 12248-2010 для образцов нарушенного сложения [12-15].
Таблица 1
Расчетные значения характеристик глинистого грунта в программном комплексе Plaxis для модели упрочняющегося грунта
Table 1
Calculated values of clay soil characteristics in the Plaxis software package
for the Hardening soil model
Параметр Глинистый грунт тугопластичной консистенции Глинистый грунт мягкопластичной консистенции Глинистый грунт текучепластичной консистенции Глинистый грунт текучей консистенции
Объемный вес грунта Yunsat, КН/М3 18,10 17,95 17,95 17,80
Удельное сцепление сгф кПа 35,10 34,98 19,06 7,92
Угол внутреннего трения ф, град 17,87 17,7 8,0 10,63
Коэффициент Пуассона при разгрузке vur 0,2 0,2 0,2 0,2
Отсчетное давление pref, кПа 100 100 100 100
Коэффициент горизонтальных напряжений при нормальной консолидации = 1- sinф 0,693 0,696 0,658 0,781
Показатель зависимости модуля деформации от напряжений m 0,5 0,6 0,8 0,9
Секущий одометриче-ский модуль деформации Е^, МПа 7,68 2,26 2,01 1,96
Секущий модуль деформации Ее, МПа 7,68 2,26 2,01 1,50
Модуль деформации при разгрузке - повторном нагружении ЕМПа 30,72 9,04 7,32 5,60
Таблица 2
Расчетные значения характеристик глинистого грунта в программном комплексе Plaxis для модели Мора - Кулона
Table 2
Calculated values of the characteristics of clay soil in the software package Plaxis for the model Mohr-Coulomb
Параметр Глинистый грунт тугопластичной консистенции СП 22.13330 Глинистый грунт мягкопластичной консистенции (лабораторные испытания) Глинистый грунт текучепластичной консистенции (лабораторные испытания) Глинистый грунт текучей консистенции, табл. 14 СП 22.13330
Объемный вес грунта Yunsat, кН/м3 18,10 17,95 17,95 17,80
Удельное сцепление с^, кПа 34,40 19,14 9,44 3,92
Угол внутреннего трения ф, град 14,50 14,30 3,50 5,45
Коэффициент Пуассона V 0,38 0,40 0,41 0,42
Модуль деформации Е, МПа 13,60 3,50 4,00 2,67
При выполнении численного моделирования были решены две задачи:
1. Траншея разрабатывается в непосредственной близости от существующего здания, в основании которого залегают глинистые грунты тугопластичной консистенции (рис. 1, а).
2. Траншея разрабатывается в непосредственной близости от существующего здания, в основании которого имеются области глинистого грунта с ухудшенными характеристиками, образовавшиеся в результате протечек из коммуникаций (рис. 1, б, в).
Расстояние от фундаментов до траншеи было принято на основании нормативных данных (табл. 12.5 СП 42.13330.2016), например, для водопровода расстояние должно составлять не менее 5 м. Ширина траншеи была принята равной 1,5 м.
Согласно СНиП 12-04-2002 в глинистых грунтах траншея глубиной до 1,5 м может быть выполнена с вертикальными стенками, траншея глубиной от 1,5 до 3 м должна быть выполнена с откосами.
Первоначально каждая из указанных выше задач была решена для разработки траншеи с откосами без крепления стенок.
Моделирование разработки траншеи рядом с существующим зданием без крепления стенок
Численное моделирование было выполнено с применением модели Мора - Кулона.
Решение задачи 1 предусматривало 2 этапа:
Этап 0 - задание начальных напряжений в грунте (весь грунтовый массив представлен глиной тугопластичной консистенции).
Этап 1 - приложение к грунтовому массиву нагрузок от здания.
Этап 2 - моделирование разработки траншеи.
Рис. 1. Расчетные схемы определения дополнительных деформаций основания фундаментов существующего 5-этажного здания при разработке траншеи: а - при отсутствии в основании областей слабого грунта; б, в - варианты расположения областей замачивания, при которых наблюдается максимальные дополнительные деформации существующего здания; m - заложение откоса (m = 0 при глубине траншеи до 1,5 м, m = 0,25 при глубине более 1,5 м СНиП); A-H - контрольные точки Fig. 1. Calculation schemes for determining additional deformations of the foundations of the existing 5-storey building in the development of the trench: a - in the absence of the base areas of weak soil; b, c - variants of the location of the soaking areas, in which there is a maximum additional deformation of the existing building; m - laying slope (m = 0 at a depth of the trench to 1,5 m, m = 0,25 at a depth
of 1,5 m SNiP [24]); A-H - control points
а
б
в
При решении задачи 2 расчеты производились в 5 этапов по следующим технологическим стадиям:
Этап 0 - задание начальных напряжений в грунте (весь грунтовый массив представлен глиной тугопластичной консистенции).
Этап 1 - приложение к грунтовому массиву нагрузок от здания.
Этап 2 - моделирование процесса замачивания грунта основания путем изменения характеристик грунта заданной области под подошвой фундамента существующего здания (переход глинистого грунта из тугопластичной в мягкопластичную консистенцию).
Этап 3 - поэтапное моделирование ухудшения характеристик грунта заданной области под подошвой фундамента существующего здания (переход глинистого грунта из мяг-копластичной в текучепластичную консистенцию).
Этап 4 - поэтапное моделирование ухудшения характеристик грунта заданной области под подошвой фундамента существующего здания (переход глинистого грунта из теку-чепластичной в текучую консистенцию).
Этап 5 - разработка траншеи.
Расчеты выполнялись для наиболее неблагоприятных вариантов расположения областей замачивания грунта в основании существующего здания, при которых подошва фундамента полностью расположена на слабом грунте [2]. В ходе численного моделирования глубина разработки траншеи принималась равной 1, 2 и 3 м (см. рис. 1).
Результаты численного моделирования были сведены в табл. 3, 4.
Таблица 3
Значения максимальной дополнительной осадки основания фундаментов в контрольных точках
Table 3
The maximum additional deformation of the foundation at the test points
Глубина разработки траншеи, м Максимальная осадка основания фундаментов в контрольных точках, см Максимальная осадка (приложение К, СП 22.13330.2016), см
Дополнительная осадка от разработки траншеи при отсутствии в основании областей увлажненного грунта в т. D (рис. 1, а) Дополнительная осадка от разработки траншеи при расположении области замачивания грунта
под фундаментом по оси «А» в т. H (рис. 1, б) под фундаментом по оси «Б» в т. H (рис. 1, в)
1 2 3 4 5
1 0,01 0,03 0,02 3,00
2 0,03 0,62 0,11
3 0,06 2,92 0,43
Анализ результатов, представленных в табл. 3, 4, позволяет сделать следующие выводы:
1. Разработка траншеи не оказывает существенного влияния на дополнительные осадки основания существующего здания, сложенного глинистыми грунтами тугопластичной консистенции.
2. Наличие в основании фундаментов областей замачивания грунтов с ухудшенными характеристиками приводит к значительному увеличению дополнительной осадки при разработке траншеи. Величина максимальной дополнительной осадки приближается к предельному нормативному значению. При этом относительная разность осадок превышает предельное значение, регламентируемое СП 22.13330.2016, в 3 раза в случае расположения области замачивания под крайним фундаментом.
3. Существенное влияние на значение дополнительной осадки основания существующего здания оказывает глубина разрабатываемой выемки.
Таблица 4
Значения относительной разности осадок фундаментов по осям «А» и «Б»
Table 4
The values of the relative difference of the settlement foundations along the axes "A" and "B"
Глубина разработки траншеи, м Относительная разность осадок основания фундаментов по осям «А» и «Б» Относительная разность осадок (приложение К, СП 22.13330.2016)
Относительная разность осадок от разработки траншеи при отсутствии в основании областей увлажненного грунта (рис. 1, а) Относительная разность осадок от разработки траншеи при расположении области замачивания грунта
под фундаментом по оси «А» (рис. 1, б) под фундаментом по оси «Б» (рис. 1, в)
1 2 3 4 5
1 0,0000 0,0000 0,0001 0,0015
2 0,0001 0,0010 0,0003
3 0,0001 0,0048 0,0008
4. Наихудшим вариантом является расположение области замачивания под крайним фундаментом, расположенным со стороны разработки траншеи (см. рис. 1, б). В этом случае наблюдается резкое увеличение дополнительной осадки и относительной разности осадок при глубине траншеи (3 м), превышающей глубину заложения фундаментов (2 м), что влечет за собой превышение нормативных значений относительной разности осадок фундаментов существующего здания.
Моделирование влияния разработки траншеи с вертикальными стенками
Приведенные выше результаты моделирования показывают, что значения относительной разности осадок превышают нормативные значения для случая расположения областей замачивания под крайним фундаментом существующего здания (см. табл. 4). Это означает, что при разработке траншеи вблизи здания могут развиться опасные деформации основания и может возникнуть аварийная ситуация.
Следовательно, производить работы по замене коммуникаций рядом с таким объектом необходимо с применением технологий, исключающих получение дальнейших дополнительных осадок существующего здания.
Также необходимо учитывать, что работы по замене коммуникаций часто приходится выполнять в весьма стесненных условиях. Поэтому было принято решение смоделировать разработку траншеи с вертикальными стенками с учетом их поэтапного закрепления.
Для моделирования закрепления стенок траншеи были выбраны два варианта ограждения:
1. Горизонтально-сплошное, при котором стенки траншеи крепятся системой металлических стоек, деревянных щитов с обеих сторон и винтовых распорок (рис. 2, а);
2. Смешанное, предусматривающее крепление стенок траншеи с помощью металлического шпунта Л5 со стороны существующего здания и системой металлических стоек, деревянных щитов с противоположной стороны траншеи и применением горизонтальных инвентарных распорок (рис. 2, б).
При решении задачи использовались те же модели грунта, что и в предыдущем случае: модель Мора - Кулона и модель упрочняющегося грунта.
Рис. 2. Схемы крепления вертикальных стенок траншеи: а - горизонтально-сплошное крепление стенок траншеи; б - смешанное крепление стенок траншеи; 1 - зона грунта с ухудшенными характеристиками; 2 - инвентарные винтовые распорки (труба 60x5); 3 - металлические стойки двутаврового сечения I10; 4 - деревянные доски размерами 50x1000x200 мм; 5 - обвязка
швеллером [10]; 6 - шпунтовый ряд Ларсен Л5 Fig. 2. Schemes of fastening of the vertical walls of the trench and the horizontal solid fastening of the walls of the trench; b - mixed mounting of the walls of the tran-neck; 1 - zone soil degraded; 2 - inventory screw spacers (tube 60x5); 3 - metal I-beams I10; 4 - wooden board size 50x1000x200 mm;
5 - binding channel [10]; 6 - earth-retaining sheeting of Larsen L5
а
б
Рис. 2. Окончание Fig. 2. End
Характеристики материалов крепления траншеи представлены в табл. 5, 6. Расчеты производились в 8 этапов по следующим технологическим стадиям: Этап 0 - задание начальных напряжений в грунте (весь грунтовый массив представлен глиной тугопластичной консистенции).
Этап 1 - задание нагрузок от здания на грунтовый массив.
Таблица 5
Характеристики материала ограждения траншеи
Table 5
Characteristics of the fencing material of the trench
Параметр Металлические стойки и деревянные щиты Металлический шпунт Ларсен Л5
Нормальная жесткость ЕА, кН 3,66-105 6,10106
Изгибная жесткость Е1, кНм2 5,32402 1,02405
Вес w, кН/м/м 0,40 2,33
Коэффициент Пуассона у 0,14 0,27
Таблица 6
Характеристики материала раскрепления ограждения траншеи
Table 6
Characteristics of the material of the trench fencing unfastening
№ п/п Параметр Распорка
1 Сечение труба Труба 60x5
2 Площадь сечения А, м2 0,00053
3 Модуль упругости Е, кПа 2,1 • 108
4 Нормальная жесткость ЕА, кН 1,Ы05
5 Шаг 1, м 3
6 Коэффициент Пуассона у 0,27
Этап 2 - моделирование процесса замачивания грунта основания путем изменения характеристик грунта заданной области под подошвой фундамента существующего здания (переход глинистого грунта из тугопластичной в мягкопластичную консистенцию).
Этап 3 - поэтапное моделирование ухудшения характеристик грунта заданной области под подошвой фундамента существующего здания (переход глинистого грунта из мяг-копластичной в текучепластичную консистенцию).
Этап 4 - поэтапное моделирование ухудшения характеристик грунта заданной области под подошвой фундамента существующего здания (переход глинистого грунта из теку-чепластичной в текучую консистенцию).
Этап 5 - устройство ограждения траншеи.
Этап 6 - выемка грунта из траншеи на глубину 1,5 м (1-я захватка).
Этап 7 - устройство раскрепления траншеи.
Этап 8 - выемка грунта из траншеи на глубину 3 м (2-я захватка).
Результаты численного моделирования представлены в табл. 7, 8.
Таблица 7
Значения максимальной дополнительной осадки основания фундаментов в контрольных точках при разработке траншеи глубиной 3 м, расположенной рядом с областью замачивания грунта под крайним фундаментом (см. рис. 1, б)
Table 7
Values of the maximum additional settlement of the basis of the bases in control points at development of the trench depth of 3 m located near area of soaking of soil under the extreme base (Fig. 1, b)
Модель грунта Максимальная осадка основания фундаментов в контрольных точках, см Максимальная осадка (приложение К, СП 22.13330.2016), см
при отсутствии в основании областей увлажненного грунта (Задача 1) при наличии в основании областей увлажненного грунта (Задача 2)
вертикальные стенки траншеи без закрепления смешанное крепление стенок траншеи (т. H) горизонтально-сплошное крепление стенок траншеи (т. H)
Мора - Кулона 0,06 2,92 0,71 1,01 3,00
Упрочняющегося грунта 0,35 1,55 0,41 0,62
Таблица 8
Значения относительной разности осадок фундаментов по осям «А» и «Б» при разработке траншеи глубиной 3 м, расположенной рядом с областью замачивания грунта под крайним фундаментом (см. рис. 1 , б)
Table 8
The values of the relative difference between the settlement foundations along the axes "A" and "B" in the development of the trench depth of 3 m, located next to the area of soil soaking under the extreme foundation (Fig. 1, b)
Модель грунта Относительная разность осадок основания фундаментов по осям «А» и «Б» Относительная разность осадок (Приложение К, СП 22.13330.2016)
при отсутствии в основании областей увлажненного грунта (Задача 1) при наличии в основании областей увлажненного грунта (Задача 2)
вертикальные стенки траншеи без закрепления смешанное крепление стенок траншеи горизонтально-сплошное крепление стенок траншеи
Мора - Кулона 0,0001 0,0048 0,0012 0,0016 0,0015
Упрочняющегося грунта 0,0005 0,0025 0,0007 0,0010
Наличие в основании фундаментов существующего здания области увлажненного грунта с ухудшенными характеристиками приводит к значительному увеличению дополнительной осадки основания от разработки траншеи.
Данное явление связано с тем, что при разработке траншеи грунт основания фундамента существующего здания вблизи выемки получает существенные горизонтальные деформации в сторону выемки, что, в свою очередь, вызывает разуплотнение грунта под ближайшим к траншее фундаментом и приводит к большим осадкам основания в этой зоне (рис. 3).
Рис. 3. Деформационные схемы моделирования разработки траншеи при наличии в основании грунта с ухудшенными характеристиками: а, б - стенки траншеи без крепления с применением модели Мора - Кулона и упрочняющегося грунта соответственно; в, г - смешанное крепление стенок траншеи с применением модели Мора - Кулона и упрочняющегося грунта соответственно Fig. 3. Deformation schemes of simulation of the trench development in the presence of the base soil with degraded characteristics: a, b - the walls of the trench without fastening using the model of Mohr-Coulomb and hardening soil, respectively; c, d - mixed fastening of the walls of the trench using the model of Mohr-Coulomb and Hardening Soil
При таком воздействии фактор наличия области слабого грунта под фундаментом вблизи выемки вызывает увеличение осадки основания фундамента и, как следствие, превышение предельного значения относительной разности осадок (см. табл. 8). По результатам моделирования в ПК Plaxis, крепление стенок траншеи позволило избежать превышения предельного значения дополнительной осадки основания фундаментов существующего здания.
При этом относительная разность осадок находится в пределах нормативных значений, регламентируемых СП 22.13330.2016, в случае применения модели упрочняющегося грунта и превышает предельные значения при расчетах с применением модели Мора - Кулона в случае использования горизонтально-сплошного крепления стенок траншеи.
Опыт применения моделей Мора - Кулона и упрочняющегося грунта другими авторами [Калошина С.В., Шаламова Е.А., Безгодов М.А. Особенности инженерных изысканий и геотехнического моделирования объектов в условиях плотной городской застройки // Академический вестник УРАЛНИИПРОЕКТ РААСН. Екатеринбург: Изд-во РААСН, 2016. № 3. С. 72-78] показывает, что модель упрочняющегося грунта дает более адекватные результаты при разработке выемок. Таким образом, при условии проведения мониторинга за существующим зданием можно вести разработку траншеи с использованием горизонтально-сплошного крепления, которое является более экономичным по сравнению со смешанным.
Выводы
По результатам численного моделирования было установлено:
1. При замачивании грунта основания фундаментов на глубину до 2 м, с учетом перехода глинистого грунта из тугопластичного в мягкопластичное состояние, значения дополнительных осадок основания фундаментов, а также относительной разности осадок фундаментов не превышают предельных значений.
2. Наиболее неблагоприятными являются случаи замачивания основания, при которых подошва фундамента полностью расположена на слабом грунте, при переходе грунта в текучее состояние. В этом случае дополнительная осадка и относительная разность осадок превышает предельные значения, регламентируемые СП 22.13330.2016.
3. Вследствие замачивания происходит изменение физико-механических характеристик и напряженно-деформированного состояния грунтов, что может привести к нарушению эксплуатационной пригодности зданий и сооружений. Особенно опасной является картина неравномерного ухудшения характеристик грунтов основания фундаментов.
4. Наличие в основании фундаментов существующего здания областей грунтов с ухудшенными характеристиками приводит к значительному увеличению значений дополнительной осадки от разработки траншеи, что влечет за собой необходимость закрепления стенок выемки.
5. При выполнении численного моделирования одной из наиболее важных задач является задача правильного выбора грунтовой модели. Использование модели упрочняющегося грунта при моделировании разработки траншеи позволило применить наиболее рациональный с экономической точки зрения вид ограждения котлована.
6. При обнаружении в основании существующей застройки областей грунта основания с ухудшенными характеристиками работы по замене коммуникаций должны производиться с креплением стенок выемки и сопровождаться мониторингом существующей застройки.
Библиографический список
1. Пономарев А.Б., Калошина С.В., Салимгариева Н.И. Влияние процесса подтопления на физико-механические свойства грунтов. // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. - 2013. - № 01, ч. 2. - С. 67-70.
2. Кудашева М.И., Калошина С.В., Золотозубов Д.Г. Влияние процесса водонасыще-ния глинистого грунта основания на дополнительные осадки 5-этажного здания на ленточном фундаменте мелкого заложения // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. - 2018. - Т. 9, № 1. - С. 70-81.
3. Калошина С.В., Пономарев А.Б. Наиболее значимые факторы строительства при возведении зданий в стесненных условиях // Известия Орловского государственного технического университета. Серия: Строительство. Транспорт. - 2007. - № 1/13. - С. 7-10.
4. Скибин Г.М. Моделирование состояния городской застройки в целях обеспечения эксплуатационной надежности оснований и фундаментов, зданий и сооружений при подтоплении: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. - Волгоград, 2005. - 43 с.
5. Винников Ю.Л., Косточка Н.А. Влияние предварительного замачивания лессового массива на показатели сжимаемости грунта // Вестник Пермского национально исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. - 2014. - № 1. -С. 40-48. DOI: 10.15593/2224-9826/2014.1.04
6. Усманов Р.А. Изменение строительных свойств лессовых просадочных грунтов в результате их обводнения в условиях республики Таджикистан // Геотехника: научные и прикладные аспекты строительств надземных и подземных сооружений на сложных грунтах: межвуз. тематич. сб. тр. / СПбГАСУ. - СПб., 2008. - С. 229-237.
7. Золотозубов Д.Г., Мухин К.О. Проблемы усиления и реконструкции бутовых фундаментов при переустройстве подвалов жилых зданий // Вестник Пермского национально исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. - 2015. -№ 2 - С. 75-91. DOI: 10.15593/2224-9826/2015.2.06.
8. Цытович Н.А. Механика грунтов: краткий курс: учеб. пособие. - 6-е изд. - М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2011. - 272 с.
9. Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты: учебник для вузов. -2-е изд. - Л.: Стройиздат, 1988. - 415 с.
10. Пономарев А.Б., Сосновских Л.В., Золотозубов Д.Г. Влияние подтопления территорий на несущую способность грунтов // Актуальные проблемы проектирования и устройства оснований и фундаментов зданий и сооружений: тр. междунар. науч. -практич. конф. 16-17 сентября 2004 г. - Пенза, 2004. - С. 190-192.
11. Cost optimized foundation systems of high-rise structures, based on the results of actual geotechnical research / R. Katzenbach, H. Hoffman, M. Vogler, C. Moorman // Int. Cont. on trends in tall buildings, Sept. 2001. Frankfurt on Main (ed. Konig, Graubner). - P. 421-443.
12. Interaction of the artificial bases with collapsing soils / V. Shokarev, V. Shapoval,
A. Tregub, V. Grechko, A. Shokarev, A. Serdyuk, G. Rozenvasser, M. Kornienko, E. Petrenko, N. Zotsenko, Y. Vynnykov // Geotechnical Engineering in Urban Environments: Proceedings of 14th European Conf. on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering (Madrid, 2007). - Rotterdam: Millpress Science Publish, 2007. - P. 481-486.
13. Болдырев Г.Г. Методы определения механических свойств грунтов. Состояние вопроса. - Пенза: Изд-во ПГУАС, 2008. - 696 с.
14. Комплексная технология инженерно-геологических изысканий / Г.Г. Болдырев,
B.А. Барвашов, И.Х. Идрисов, О.В. Хрянина // Вестник Пермского национально исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. - 2017. - Т. 8, № 3. - С. 22-33. DOI: 10.15593/2224-9826/2017.3.03
15. Болдырев Г.Г., Арефьев Д.В., Гордеев А.В. Определение деформационных характеристик грунтов различными лабораторными методами // Инженерные изыскания. -2010. - № 8. - С. 16-23.
16. Методические рекомендации по сбору инженерно-геологической информации и использованию табличных геотехнических данных при проектировании земляного полотна автомобильных дорог / сост. В.Д. Браславский, В.С. Смирнов. - М.: Союздорпроект, 1981. - 23 с.
References
1. Ponomarev A.B., Kaloshina S.V., Salimgarieva N.I. Vliianie protsessa podtopleniia na fiziko-mekhanicheskie svoistva gruntov [The impact of flooding on physical-mechanical properties of soils]. Akademicheskii vestnik UralNIIproektRAASN, 2013, no. 01, part 2, pp. C. 67-70.
2. Kudasheva M.I., Kaloshina S.V., Zolotozubov D.G. [The influence of the process of water saturation of clay soil of the base on additional drafts of a 5-storey building on a strip foundation shallow]. Vestnik Permskogo natsional'no issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. Stroitel'stvo i arkhitektura, 2018 vol. 9, no. 1, pp. 70-81. DOI: 10.15593/2224-9826/2018.1.07
3. Kaloshina S.V., Ponomarev A.B. Naibolee znachimye faktory stroitel'stva pri vozvedenii zdanii v stesnennykh usloviiakh [The most significant factors of the construction during the construction of buildings in cramped conditions]. Izvestiia Orlovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Stroitel'stvo. Transport, 2007, no. 1 / 13, pp. 7-10.
4. Skibin G.M. Modelirovanie sostoianiia gorodskoi zastroiki v tseliakh obespecheniia ekspluatatsionnoi nadezhnosti osnovanii i fundamentov, zdanii i sooruzhenii pri podtoplenii [he modeling of urban development to ensure operational reliability of bases and foundations, buildings and constructions at flooding]. Abstract of Doctor's degree dissertation. Volgograd, 2005, 43 p.
5. Vinnikov Iu.L., Kostochka N.A. Vliianie predvaritel'nogo zamachivaniia lessovogo massiva na pokazateli szhimaemosti grunta [Influence of preliminary artificial saturation of loess solid on the compressibility ground indices]. Vestnik Permskogo natsional'no issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. Stroitel'stvo i arkhitektura, 2014, no. 1, pp. 40-48. DOI: 10.15593/2224-9826/2014.1.04.
6. Usmanov R.A. Izmenenie stroitel'nykh svoistv lessovykh prosadochnykh gruntov v rezul'tate ikh obvodneniia v usloviiakh respubliki Tadzhikistan [Changing of construction properties of loess subsidence of soils in irrigation in the Republic of Tajikistan]. Geotekhnika: nauchnye i prikladnye aspekty stroitel'stva nadzemnykh i podzemnykh sooruzhenii na slozhnykh gruntakh. Sankt-Peterburgskii gosudarstvennyi arkhitekturno-stroitel'nyi universitet, 2008, pp. 229-237.
7. Zolotozubov D.G., Mukhin K.O. Problemy usileniia i rekonstruktsii butovykh fundamentov pri pereustroistve podvalov zhilykh zdanii [The problems of strengthening and reconstruction of rubble stone footing when rebuilding basements of residential buildings]. Vestnik Permskogo natsional'no issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. Stroitel'stvo i arkhitektura, 2015, no. 2, pp. 75-91. DOI: 10.15593/2224-9826/2015.2.06.
8. Tsytovich N.A. Mekhanika gruntov [Soil mechanics]. 6th ed. Moscow, LIBROCOM. 2011, 272 p.
9. Dalmatov B.I. Mekhanika gruntov, osnovaniia i fundamenty [Soil mechanics, bases and foundations]. 2nd ed. Leningrad, Stroiizdat, 1988, 415 p.
10. Ponomarev A.B., Sosnovskikh L.V., Zolotozubov D.G. Vliianie podtopleniia territorii na nesushchuiu sposobnost' gruntov [The impact of elevated groundwater levels on the bearing capacity of soils]. Proceedings of the International Conference Actual problems of design and construction of basements andfoundations of buildings and structures, 16-17 September, Penza, 2004, pp. 190-192.
11. Katzenbach R., Hoffman H., Vogler M., Moorman C. Cost optimized foundation systems of high-rise structures, based on the results of actual geotechnical research. Proceedings of the International Conference on trends in tall buildings, September, Frankfurt on Main, 2001, pp. 421-443.
12. Shokarev V., Shapoval V., Tregub A., Grechko V., Shokarev A., Serdyuk A., Rozenvasser G., Kornienko M., Petrenko E., Zotsenko N., Vynnykov Y. Interaction of the artifi-
cial bases with collapsing soils. Geotechnical Engineering in Urban Environments. Proceedings of 14th European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering (Madrid, 2007). Rotterdam, Millpress Science Publish, 2007, pp. 481-486.
13. Boldyrev G.G. Metody opredeleniia mekhanicheskikh svoistv gruntov. Sostoianie voprosa [Methods for determining mechanical properties of soils. The state of the question]. Penza, Penzenskii gosudarstvennyi universitet arkhitektury i stroitel'stva, 2008, 696 p.
14. G.G. Boldyrev, V.A. Barvashov, I.Kh. Idrisov, O.V. Khrianina. Kompleksnaia tekhnologiia inzhenerno-geologicheskikh izyskanii [Integrated technology of geotechnical survey]. Vestnik Permskogo natsional'no issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. Stroitel'stvo i arkhitektura, 2017, vol. 8, no. 3, pp. 22-33. DOI: 10.15593/2224-9826/2017.3.03.
15. Boldyrev G.G., Arefev D.V., Gordeev A.V. Opredelenie deformatsionnykh kharakteristik gruntov razlichnymi laboratornymi metodami [The definition of the deformation characteristics of soils by different laboratory methods]. Inzhenernye izyskaniia, 2010, no. 8, pp. 16-23.
16. Braslavskii V.D., Smirnov V.S. Metodicheskie rekomendatsii po sboru inzhenerno-geologicheskoi informatsii i ispol'zovaniiu tablichnykh geotekhnicheskikh dannykh pri proektirovanii zemlianogo polotna avtomobil'nykh dorog [Methodical recommendations for the collection of geotechnical information and geotechnical data using the table in the design subgrade of roads]. Moscow, Soyuzdorproekt, 1981, 23 p.
