CC BY
57
УКД 624.151
Д.А. Потёмкин, канд. техн. наук, доц., +7 921 586 99 61, [email protected] (Россия, Санкт-Петербург, СПбГГИ),
В.Н. Очнев, канд. техн. наук, доц., +7 911 209-41-39, [email protected] (Россия, Санкт-Петербург, СПбГГИ)
МОДЕЛИРОВАНИЕ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ РАЗНОТИПНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ПРИМЫКАЮЩИХ ЗДАНИЙ, ПОСТРОЕННЫХ В РАЗНОЕ ВРЕМЯ
Представлены результаты моделирования напряженно-деформированного состояния слоистого грунтового массива, вмещающего разнотипные фундаменты существующего здания (ленточного типа) и примыкающего к нему проектируемого здания бассейна (железобетонная плита).
Ключевые слова: напряженно-деформированное состояние, фундаменты, совместная работа.
В условиях развитой городской застройки и интенсивного освоения подземного пространства современных мегаполисов часто приходится решать сложные задачи взаимодействия различных сооружений.
В Петербурге имеется множество примеров строительства, когда позднейшее возведение зданий становилось причиной развития аварийных деформаций прилегающих строений [1]. Причинами деформаций являются сооружение котлованов и траншей вблизи соседних зданий, водопониже-ние, дополнительное статическое нагружение основания. Оказавшиеся в зоне распространения дополнительных напряжений фундаменты существующих зданий и сооружений могут получать дополнительную осадку, существенно превышающую допустимое значение. Осадки зданий обусловлены, в основном, деформациями слабых глинистых грунтов, мощность которых достигает 20...30 м практически по всей территории города (в частности, район Васильевского острова).
Например, для центральной части С.-Петербурга характерны следующие инженерно-геологические условия: под насыпным слоем (мощностью до 4 м) на глубине до 7 м залегают дельтовые песчаные отложения; ниже, до глубины 14.18 м - толща слабых моренных суглинков. Слабые глинистые отложения часто подстилаются 4.10 метровой толщей мягкопластичных моренных супесей; кровля полутвердых моренных суглинков находится на глубине 22.28 м [1].
Традиционные методы расчета (по СНиП, СН) не всегда позволяют надежно оценить взаимное влияние зданий. Оценить величину напряжений и деформаций в конструкциях близкорасположенных зданий по методикам действующих нормативных документов (СНиП 2.02.01-83, СП 50101-2004) возможно весьма приблизительно.
Сложность решаемых задач обусловливает необходимость изучения деформационных процессов в пространственной постановке. В настоящее время одним из современных методов расчета напряженно-деформированного состояния конструкций различного назначения, породных и грунтовых массивов является метод конечных элементов (метод численного моделирования). Объемная модель может дать удовлетворительную информацию о напряженно-деформированном состоянии пространственной конструкции. При значительной трудоемкости подготовки модели метод, тем не менее, позволяет получить качественную и количественную картину напряженно-деформированного состояния объектов.
Выполнено моделирование напряженно-деформированного состояния грунтового массива, вмещающего фундаменты существующего здания учебного корпуса и примыкающего к нему проектируемого здания бассейна.
Фундамент существующего здания ленточный (бутовая кладка), фундамент проектируемого здания - железобетонная плита. Геометрические размеры фундаментов в плане: существующее здание - 46*20 м, проектируемое - 30*20 м. Рассматриваемый участок грунтового массива имеет следующие размеры в пространстве: 140 м (по оси X) * 150 м (по оси 7) * 50 м (по оси У).
Массив-основание в районе строительства представлен четырьмя разновидностями грунтов, расчетные физико-механические свойства материалов и грунтов приведены в табл. 1.
Таблица 1
Расчетные характеристики материалов/грунтов
№ п/п Название материал а/грунта Расчетные значения физ.-мех. свойств
Модуль общей деформации, МПа Коэффициент Пуассона Плотность, кг/м3
1 Бутовая кладка фундамента 15000 0,20 2000
2 Бетон (В25) фундамента бассейна 30000 0,20 2500
3 Подготовка под фундамент бассейна (щебень) 15 0,25 1650
4 ГрунтИП (насыпной грунт) 5,0 0,49 1600
5 Грунт ИГ2 (пески пылеватые) 10,0 0,25 1750
6 Грунт ИГ3 (ленточные суглинки) 6,01 0,33 1850
7 ГрунтИГ4 (моренные суглинки) 9,25 0,33 2100
Общий вид фундаментов существующего и проектируемого зданий, взаимное положение фундаментов в пространстве дан на рис. 1. Математическое моделирование совместной работы массива грунтового и двух разнотипных фундаментов указанных зданий выполнено методом конечных элементов. Общий вид модели приведен на рис. 2.
Рис. 1. Общий вид и взаимное пространственное положение фундаментов
Рис. 2. Общий вид модели грунтового массива
Ленточный фундамент существующего здания нагружен весом здания и собственным весом (около 41 т/пог. м).
Нагрузку на фундамент-плиту проектируемого здания бассейна можно разделить на четыре категории:
- собственный вес плиты;
- вес емкости с водой (бассейна) - 2,55 т/м2 на занимаемую площадь;
- точечная нагрузка, передаваемая на плиту колоннами каркаса здания - от 9 до 20 тс (всего 16 колонн по периметру плиты);
- распределенная нагрузка от кирпичных стен здания - 6 т/пог. м.
Расчеты выполнены в четыре этапа:
- смещения грунтового массива, произошедшие за период эксплуатации здания (от уплотнения грунта);
- смещения грунтового массива при отработке котлована под фундамент проектируемого здания бассейна;
- смещения грунтового массива от совместной работы двух фундаментов.
Результирующие смещения учитывают все перечисленные этапы развития напряженно-деформированного состояния грунтового массива. В табл. 2 приведены численные значения результирующих смещений, на рис. 3 дана деформационная схема фундаментов.
Таблица 2
Расчетные значения смещений грунтового массива
№ п/п Этап развития НДС грунтового массива Расчетные значения смещений, мм
Максимальное оседание в мульде, мм Оседание стены, примыкающей к бассейну Оседание стены, противоположной бассейну
1 Оседание грунтового массива при уплотнении от здания «лит. Б» (исторические) 157 116 133
2 Оседание от уплотнения массива и сооружения котлована под фундамент бассейна (общие) 157 (0)* 119 (3) 133 (0)
3 Оседание от уплотнения массива и совместной работы двух фундаментов (общие, полная нагрузка) 163 (6) 154 (35) 135 (2)
4 Результирующие смещения от строительства 6 38 2
*
Примечание: В скобках дан прирост смещений на различных этапах строительства.
Рис. 3. Деформационная схема фундаментов
Таким образом, численное моделирование совместной работы двух разнотипных фундаментов показало, что максимальное оседание в мульде не превышает 40,0 мм (при требованиях строительных норм - до 50,0 мм для подобного рода объектов).
Список литературы
1. Улицкий В.М., Шашкин А.Г. Геотехническое сопровождение реконструкции городов (обследование, расчеты, ведение работ, мониторинг). М.: Изд-во АСВ, 1999.
D. Potyomkin, V. Ochnev
Joint action modeling of the adjoining buildings polytypic bases constructed in different time
The results of stress-strain state modeling of layered ground mass containing polytypic bases of the existing building (tape type) and a projected building of pool adjoining it (a concrete plate) are presented in the paper.
Key words: injection strengthening soil, parallel tunnels, lining, calculation.
Получено 22.09.10
