Содержание к диссертации
Введение
1. Градостроительные, геотехнические и геоэкологические особенности инженерной инфраструктуры города Новочеркасска 13
1.1. Город Новочеркасск (справка) 13
1.2. История и особенности строительства города Новочеркасска 15
1.3. Природные, инженерно-геологические и гидрогеологические условия городской среды 21
1.4. Характеристика городской застройки 29
1.5. Специфические условия решения задач фундаментостроения . 37
1.6. Техническое состояние зданий и сооружений города 40
1.7. Обзор литературных источников по проблемам защиты объектов городской застройки от подтопления фунтовыми и техногенными водами. Цель и задачи диссертационной работы... 47
2. Исследование влияния негативных факторов подтопления на основания и фундаменты объектов инженерной инфраструктуры города 58
2.1. Природные и техногенные факторы подтопления 58
2.2. Стадии подтопления, режим грунтовых вод на застроенной территории 62
2.3. Оценка динамики и масштаба подтопления территорий 64
2.4. Факторы, вызывающие ущерб от подтопления городской
территории грунтовыми водами 67
2.5 Информационное моделирование изменения напряженно-деформированного состояния основания при повышении уровня грунтовых вод 73
Выводы по главе 92
Построение информационной модели инженерной инфраструктуры города и схемы микрорайонирования городской застройки 93
Информационная модель инженерной инфраструктуры города 93
Микрорайонирование городской территории по характеру застройки и факторам подтоплении 97
Методика сбора и обобщения справочных материалов о состоянии зданий и сооружений по микрорайонам города 105
Экономические факторы ущерба от подтопления для зданий и сооружений городской застройки 116
Выводы по главе 118
Разработка геотехнических мероприятий повышения эксплуатационной надежности оснований и фундаментов, зданий и сооружений городской застройки . 119
Выбор и обоснование критериев надежности оснований и фундаментов эксплуатируемых объектов строительства 119
Классификация геотехнических мероприятий 121
Мероприятия, направленные на ослабление действия негативных факторов подтопления 122
Мероприятия, направленные на обеспечение эксплуатационной надежности зданий и сооружений городской застройки 124
Мероприятия по обеспечению надежности здания памятника архитектуры федерального значения -Новочеркасского Вознесенского собора 132
Выводы по главе 133
Разработка специализированной геоинформационной системы и рекомендаций, направленных на обеспечение надежности объектов застройки города 134
Разработка специализированной Геоинформационной системы (сГИС) «Подтопление г. Новочеркасска грунтовыми водами» 134
Разработка рекомендаций по обеспечению эксплуатационной надеяаюсти объектов городской застройки 142
Выводы по главе 149
Общие выводы по работе 150
Литература 153
Приложения 165
- История и особенности строительства города Новочеркасска
- Природные и техногенные факторы подтопления
- Информационная модель инженерной инфраструктуры города
- Выбор и обоснование критериев надежности оснований и фундаментов эксплуатируемых объектов строительства
Введение к работе
Актуальной проблемой эксплуатации и развития инженерной инфраструктуры современных городов является обеспечение комфортной, экологически безопасной среды обитания населения.
Общей проблемой эксплуатации урбанизированных территорий является осуществление эколого-реабилитационных мероприятий, направленных на оздоровление городской среды путем приостановления влияния на нее неблагоприятных природных и техногенных факторов. Одним из таких негативных и длительно действующих факторов является подтопление городских территорий грунтовыми водами природного и техногенного характера, которое характерно для большинства современных городских территорий. Этот процесс характерен также для города Новочеркасска, который входит в число примерно 2000 городов мира с населением более 3 00 тыс. человек.
Город Новочеркасск был основан в 1805 году как столица Донского казачества и в последующие годы своего развития превратился в один из крупных промышленных и научных центров Ростовской области и юга России.
Проблемным анализом природной и техногенной среды города установлено, что около 50 % занимаемой территории города подвергается заболачиванию и интенсивному подтоплению грунтовыми водами с высокой минерализацией, агрессивностью и загрязненностью техногенными продуктами.
В целом территория г. Новочеркасска по состоянию почв и подъемных вод относится к зоне чрезвычайной экологической ситуации ЧЭС) в соответствии с принятыми в настоящее время критериями.
Начиная с 1991 г., в городе проводятся комплексные исследования ю оценке состояния экологической среды. В результате интеграции
усилий Администрации города, Комитета по экологии и охране окружающей среды и научных коллективов вузов и НИИ (ЮРГТУ, НГМА, ГХИ и ряда других) накоплен обширный материал по оценке объектов окружающей среды Новочеркасска, разработан экологический паспорт города, подготовлены обосновывающие материалы к разработке программы вывода территории из категории ЧЭС.
Для вывода территории города из категории ЧЭС необходимо создать управляемую инженерно-экологическую систему , обеспечивающую регулирование гидрохимического режима почв, грунтов и грунтовых вод на территории застройки, а также защиту рек бассейна р. Дон от загрязнений техногенными стоками.
Одной из актуальных проблем в рассматриваемом комплексе работ является разработка и осуществление мероприятий, направленных на обеспечение эксплуатационной надежности зданий и сооружений города при воздействии негативных факторов подтопления грунтовыми и техногенными водами. Данная проблема включает в себя решение целого комплекса сложных и взаимосвязанных геоэкологических, геотехнических и градостроительных задач.
Приведенные сведения показывают, что тема диссертационной работы является актуальной и ее разработка обладает научной и практической ценностью как для города Новочеркасска, так и для многих других городов, находящихся в сопоставимых условиях.
В диссертационной работе использована градостроительная, гидрогеологическая, инженерно-геологическая и геотехническая базы информации, имеющиеся в Управлении главного архитектора города Новочеркасска, а также на кафедре «САПР объектов строительства и фун-даментостроение» и кафедре «Геоэкология, гидрогеология и инженерная геология» ЮРГТУ (НПИ). Структура формирования исходной базы информации и ее первоисточники описаны в монографии [24].
Цель диссертационной работы-
Развитие методов обеспечения эксплуатационной надежности оснований и фундаментов, зданий и сооружений при подтоплении городской территории грунтовыми и техногенными водами ( на примере города Новочеркасска).
Задачи исследования-
1. Изучение градостроительных, геотехнических и геоэкологических особенностей инженерной инфраструктуры города Новочеркасска.
2.Исследование особенностей и последствий подтопления зданий и сооружений грунтовыми и техногенными водами.
3. Классификация негативных факторов подтопления, ухудшающих условия эксплуатации оснований и фундаментов, а также в целом объектов городской застройки.
4.Исследования изменения напряженно- деформированного состояния ( НДС ) грунтового основания здания в процессе повышения уровня грунтовых вод в результате подтопления.
Выбор системообразущих особенностей застройки города и разработка принципов микрорайонирования городской территории по геоэкологическим, геотехническим и градостроительным признакам.
Классификация и выбор мероприятий, направленных на повышение эксплуатационной надежности оснований и фундаментов, зданий и сооружений города при воздействии негативных факторов подтопления.
Разработка специализированной Геоинформационной системы (сГИС ), способствующей получению информации для принятия решений по защите городской инженерной инфраструктуры от воздействия подтопления.
Разработка рекомендаций по проектированию, строительству и эксплуатации объектов городской застройки в условиях подтопления.
Научная новизна работы-
Предложен комплексный, системный подход к решению задач фундаментостроения в экологически неблагоприятных условиях городской застройки при воздействии негативных факторов подтопления.
Развиты принципы эколого- геологического и строительного микрорайонирования городской территории на основе выбора системообразующих особенностей городской застройки,, условий эксплуатации строительных объектов при воздействии негативных факторов подтопления.
Разработана информационная модель инженерной инфраструктуры города, позволяющая устанавливать взаимовлияние геоэкологических факторов подтопления и объектов городской застройки.
Исследовано изменение НДС грунтового основания- здания в процессе подъема грунтовых вод и установлен характер дополнительных деформаций зданий и сооружений.
Разработаны принципы и рекомендации, направленные на обеспечение эксплуатационной надежности, строительной и экологической безопасности объектов инженерной инфраструктуры города при подтоплении грунтовыми водами.
Объектами исследования явялются-
основания и фундаменты, здания и сооружения городской архитектурно-строительной системы, взаимодействующей с экологически неблагоприятной природной и техногенной средой.
Практическая значимость работы-
Обобщены сведения о застройке города, специфике фундаментостроения и техническом состоянии зданий, сооружения и инженерных коммуникаций.
Дана классификация негативных факторов подтопления и изучено их влияние на решение задач проектирования, строительства и эксплуатации объектов инженерной инфраструктуры города.
3 Разработаны электронные, карты микрорайонирования территории города по характеру застройки, интенсивности подтопления, агрессивности фунтовых вод и просадочности фунтов при замачивании.
4. Развита методика и представлены данные об ущербе от
подтопления для зданий, сооружений, инженерных коммуникаций, а
также для уникальных зданий и сооружений города, включая основные
памятники истории и архитектуры. Эти данные приведены для микро
районов и для города в целом.
Предложены рекомендации, обеспечивающие повышение эксплуатационной надежности оснований и фундаментов, зданий, сооружений и городских территорий, находящихся в условиях подтопления.
Разработана компьютерная профамма «Специализированная геоинформационная система» (сГИС) для просмотра характера подтопления и негативных факторов подтопления по микрорайонам города для целей проектирования, строительства и эксплуатации объектов инфраструктуры города.
Основные положения, выносимые на защиту-
Методика выбора негативных факторов подтопления, влияющих на состояние оснований и фундаментов, зданий и сооружений.
Принципы и методы геоэкологического и строительного микра-районирования городской застройки.
Результаты исследования изменения НДС фунтового основания зданий и сооружений при повышении уровня грунтовых вод, вызванном подтоплением территории застройки города.
Результаты анализа факторов надежности, снижение которых имеет место при подтоплении.
Методика выбора геотехнических мероприятий, направленных на обеспечение эксплуатационной надежности объектов городской застройки на стадиях проектирования, строительства и эксплуатации объектов застройки.
11 Методы исследования-
-Системный анализ банка информации о состоянии зданий, сооружений и тарриторий застройки города.
-Информационное моделирование поведения объектов застройки при подтоплении.
-Использование принципов построения Геоинформационных систем (ГИС).
Достоверность результатов исследований-
Достоверность научных положений и рекомендаций обеспечивается: использованием реальной базы данных о состоянии городской застройки и характере подтопления, реальной инженерно-геологической характеристики городской застройки; использованием нормативной и научно-технической литературы и результатов исследований других авторов.
Апробация работы-
Основные результаты диссертационной работы обсуждены на научно-технических конференциях ЮРГТУ (НПИ) в 2000 и 2001 гг., на международных научно-практических конференциях «Компьютерные технологии в науке, производстве социальных и экономических процессах» ( ЮРГТУ, 2000 г.), «Моделирование, теория, методы и средства» ( ЮРГТУ, 2001 г.)., «Информационные технологии в обследовании эксплуатируемых зданий и сооружений» ( ЮРГТУ, 2001 г.), на Международной научно-технической конференции «Современные проблемы фундаментостроения» ( ВолгГАСА, Волгоград, 2001 г.).
Внедрение результатов-
Результаты исследований и практические рекомендации, разработанные в диссертационной работе, внедрены в проектных институтах «Донпроектэлектро» (г.Новочеркасск), «СевкавНИПИагропром» (г.Ростов-на Дону ), ОАО «711 Военпроект» (г.Ростов-на Дону) , в на-
учно-производственных фирмах СП «ТОП-ДИЗАЙН» и «Изыскатель», в учебном процессе в ЮРГТУ (НИИ).
Структура и объем работы-
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложения, объем работы 178 стр., в том числе: ПО стр. машинописного текста, 13 таблиц, 29 рисунков, список литературы из 124 наименований.
Публикации-
По материалам диссертационной работы опубликована монографии (в соавторстве) и 7 статей, получено свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.
Автор выражает свою признательность доценту, к.т.н. Скибину Г.М. за консультации при выполнении исследований и специалистам кафедры САПР ОСФ-за помощь в работе.
История и особенности строительства города Новочеркасска
Выбор места строительства новой столицы Области войска Донского, закладка города и его строительство были осуществлены атаманом Матвеем Ивановичем Платовым. Вместе с М. И. Платовым в выборе места для города принимал участие по поручению царя Александра I инженер, генерал-лейтенант Ф. П. Деволан, который составил план нового города.
31 декабря 1804 г. Александр I утвердил место строительства города и 18 (30) мая 1805 г. была осуществлена торжественная закладка г. Новочеркасска.
Приказом Атамана запрещалось закладывать промышленные предприятия на расстоянии ближе 25 верст от города. Это мероприятие было направлено на обеспечение экологически благоприятного состояния городской среды.
Город рос медленно, а качество строительства находилось не на должном уровне. По свидетельству наказного атамана М. Г. Власова (1837 г.), здания Нового Черкасска большей частью не отвечали требованиям того времени. Торговля и промышленность вследствие обособления нового города от транспортных маршрутов были безжизненны, ремесел никаких не существовало, хлебопашество велось в самых мизерных размерах.
В 1854 г. в городе проживало всего около 8 тыс. человек, но Новочеркасск уже принимал облик города. Пролегли широкие улицы, еще не мощеные. На главных площадях города выросли или строились церкви. Появились солидные административные здания, особняки состоятельных казаков, дома генералов и офицеров. С ними соседствовали обыкновенные казачьи курени. В городе был построен гостиный двор и была организована и постоянно действовала крупнейшая на Юге ярмарка. Уже в то время столица казачества отличалась от многих городов России.
В середине XIX века промышленность в черте города имела 2 пивоваренных завода, 6 салотопельных, 2 воскобойных, кожевенный, 26 кирпичных и известковых, 67 кузниц, 31 ветряную мельницу, несколько заводов по производству донских вин. В промышленности было занято всего 700 человек. Однако, этот период развития города пололсил начало техногенным негативным влияниям промышленных предприятий па состояние городской среды.
Во второй половине 1861г. началась прокладка Александро-Грушевской железной дороги. 1 января 1867 г. было открыто движение по Грушевско-Донской дороге. Вскоре она была продлена до Ростова-на-Дону и Владикавказа. В Новочеркасске были построены депо и железнодорожные мастерские. К середине 1890-х годов в городе насчитывалось 143 промышленных здания, которые представляли собой в основном мелкие мастерские. Новочеркасск славился переработкой винограда, имелись крупные заводы -спиртоочистительный и 8 винодельных. Оживленно развивалась торговля с поставщиками товаров из многих городов России.
Крупнейшим событием в развитии города явилось строительство в 1864г. Новочеркасского водопровода длиной в 41 версту. Это был 10-й по счету водопровод во всей России. Забор воды осуществлялся из ключей в районе Аксайской станицы и Большелогской балки. Далее вода текла самотеком до Новочеркасска, затем поднималась на гору в резервуар с помощью паровой машины. По городу вода подавалась самотеком.
Крайне мало уделялось внимания здравоохранению. Часто вспыхивали эпидемии холеры, тифа, оспы, малярии.
В 1853 г. был открыт Донской Мариинский институт - среднее учебное заведение для девушек-дворянок. В 1860 г. было создано второе аналогичное учебное заведение. Войсковое правление открыло сеть военных учебных заведений. В 1883г. был основан Донской кадетский корпус, в 1886 г. учреждены военно-ремесленная школа и реальное училище.
В 1893-1905 гг. было построено здание Новочеркасского Вознесенского кафедрального собора по проекту архитектора академика А. А. Ященко. Строительство осуществлялось инженером-полковником К. X. Лимаренко. Это событие явилось основополагающим в формировании облика города, в духовной жизни населения Донского края. Уникальное здание по своей архитектурной композиции и строительным конструкциям не имеет аналогов.
18 октября 1907 г. состоялось открытие на базе Варшавского политехнического института Донского политехнического института - первого высшего учебного заведения на юге России. В первые же годы Донской политехнический институт стал одним из крупнейших научных центров в России. И до настоящего времени развитие ДПИ - НПИ - НГТУ - ЮРГТУ(НПИ) является определяющей доминантой развития города Новочеркасска как крупного центра подготовки инженерных и научных кадров, как крупнейшего центра отечественной науки.
В 1908 г. население Новочеркасска насчитывало 51215 человек. Закладка основ современной промышленности была проведена в 1932г. с началом строительства паровозостроительного завода, который выдал первую продукцию в 1936 г. В последующем НЭВЗ стал флагманом отечественного электровозостроения. В 1938 г. был создан станкостроительный завод, в 1936 г. - завод «Спецэлеватормельмаш». В 1954 г. была пущена первая очередь трамвайной линии, в этом же году была сдана в эксплуатацию первая очередь электродного завода. Выдал первую продукцию в 1956 г. завод постоянных магнитов.
Этот период развития города характерен началом значительного влияния городской застройки на изменение природных факторов состояния городской среды: нарушение рельефа и условий отвода атмосферных вод, нарушение условий аэрации верхней толщи грунтов за счет застройки и мощения территорий, появление утечек воды из водопровода и техногенных вод промышленных предприятий..
Важным событием в развитии промышленности региона явилось строительство крупнейшей на юге России Новочеркасской ГРЭС, которая в 1965 г. дала первый промышленный ток, а в 1972 г. пущена на полную мощность. В то лее время это означало появление мощного источника весьма интенсивного загрязнения воздушной, водной и грунтовой сред города.
Несмотря на серьезные материальные и кадровые потери, которые понес город в период Великой Отечественной войны, основной промышленный и научно-технический потенциал города был воссоздан в течение 15-20 послевоенных лет.
Создание системы профессиональной подготовки технических и инженерных кадров, начатое в 1907 г. с открытием Донского политехнического института, было осуществлено наиболее интенсивно с 1930 г. по 1955 г. Формирование научно-исследовательских учреждений в основном произошло в период 1958-1968 гг. В 90-е годы в вузах города начала развиваться подготовка специалистов по инженерно-экологическим специальностям.
Природные и техногенные факторы подтопления
В г. Новочеркасске подтоплены территории крупных промышленных предприятий (НЗСП, НЭЗ, НЭВЗ и др.), целые жилые микрорайоны (пп. Молодежный, Хотунок, Новоселовка, Новый городок и др.), улицы по периферии Новочеркасского холма, отдельные здания и культурные сооружения.
Подтопление бывшего Первомайского района в значительной мере обусловлено барражным эффектом скифских глин, препятствующих оттоку грунтовых вод при атмосферном и техногенном инфильтрационном питании.
Основными причинами подъема грунтовых вод в промышленной зоне являются утечки воды в ходе технологических процессов, потери из заводских и районных водонесущих коммуникаций, а также низкая естественная дренированность и барражный эффект корпусов цехов и других сооружений.
В целом по городу из-за аварийности водонесущих коммуникаций, связанной с агрессивным воздействием грунтовых вод, теряется значительное количество воды. По отдельным водопроводным системам эти потери достигают 50 % от объема водозабора.
Техногенный процесс крупномасштабного подтопления территории города грунтовыми водами наносит огромный экономический ущерб его инфраструктуре и имеет неблагоприятные экологические последствия. На застроенной территории города подтопление - один из самых ущербообра-зующих процессов, осложняющих нормальную жизнь горожан, условия строительства и эксплуатации различных сооружений. Подтопление грунтовыми водами вызвало развитие просадочных процессов в лессовидных суглинках и создало серьезную опасность нарушения эксплуатационной надежности зданий и сооружений на значительной части территории города.
Подтопление на территории города проявляется в следующем: 4 в постоянном капиллярном увлажнении стен подвальных помещений, фундаментов и стен 1-х этажей капитальных зданий и индивидуальных домов, подземных водонесущих коммуникаций и других инженерных объектов; 4 в массовом явлении затопления подвалов и подземных коммуникаций, особенно в весеннее время; 4 в заболачивании ряда участков с произрастанием влаголюбивой растительности (камыша, рогоза и др.). Сложившиеся планировочные решения территорий, инженерно-геологические и гидрогеологические условия как старой части города, так и промышленной благоприятствуют развитию подтопления: территории сложены слабопроницаемыми грунтами, которые подстилаются водоупорными слоями (скифскими глинами, аллювиальными глинистыми породами) и характеризуются затрудненным поверхностным и подземным стоком. Крупномасштабное площадное подтопление промышленной части города оказалось неизбежным также в связи с неудачным выбором места застройки (низкая терраса р. Тузлова) и предопределено слабой естественной дренированностью территории, потерей дренирующей роли реки и размещением крупных промышленных предприятий (НЭЗ, НЭВЗ, 1-я очередь НЗСП) вдоль тылового шва первой надпойменной террасы. Подтопление территорий исторической части города, известное с дореволюционных времен, в значительной мере обусловлено естественными факторами - барражным эффектом кровли скифских глин, препятствующих оттоку грунтовых вод, и дополнительной инфильтрацией атмосферных осадков в определенные периоды многолетних климатических циклов. Дополнительное техногенное питание грунтовых вод усиливает масштабы и темпы подтопления этой части города. Развитие процесса подтопления территории города, особенно его промышленной части, происходило по стадиям, соответствующим основным этапам промышленного и гражданского строительства. На стадии строительного освоения территории основными техногенными факторами являлись: изменение условий поверхностного стока в результате проведения планировки поверхности при строительных работах, в том числе засыпки естественных дрен (оврагов, балок), срезки и нарушении растительного покрова; значительный разрыв во времени между земляными и строительными работами нулевого цикла, приводящий к накоплению поверхностных вод в строительных котлованах, траншеях и т. п.; высокая плотность застройки территории, покрытие значительной площади асфальтом и т.д. На стадии эксплуатации промышленных предприятий и жилых массивов основными техногенными факторами подтопления являются: инфильтрация утечек технологических вод, промышленных и хозяйственно-бытовых вод из водонесущих коммуникаций всех видов, отстойников, очистных сооружений, накопителей жидких отходов; изменение теплового и влажностного режимов под зданиями, сооружениями и покрытиями; засоренность ливнестоков и канализации или их отсутствие на отдельных участках; барражный (плотинный) эффект, задержка поверхностных и подземных вод зданиями и сооружениями, дорогами; бессточность планировок территорий ряда микрорайонов, кварталов, оконтуренных дорогами, и др.
Информационная модель инженерной инфраструктуры города
По приведенным исходным данным выполнен расчет основания на 6-ти возрастающих ступенях нагружения с учетом развивающихся с ростом нагрузки областей пластических деформаций в грунте. На каждой ступени нагружения вычислялись значения компонент напряжений и других параметров НДС, а также определялась осадка основания. Составлялись таблицы вычисленных значений, строились графики осадки и изолинии напряжений.
Здесь представлены результаты расчетов для первых ступеней нагру-жения для каждого из трех состояний. Результаты расчета НДС основания для состояния «Е» представлены на рис.2.3- 2.5 в виде компьютерных распечаток, для состояния «К» - на рис.2.6- 2.8 и для состояния «В» - на рис. 2.9-2.11.
Для каждого состояния по приведенным на распечатках исходным данным вычислены: расчетное сопротивление основания, предельная нагрузка на основание, построены для первых ступеней нагружения изолинии компонент напряжений ог, ау и т ,., критерия состояния среды, а также построены графики осадок основания для полного интервала нагрузок для каждого из состояний. Эти графики представляют виртуальные осадки для случаев, когда основание подвержено воздействию возрастающей нагрузки от «нулевой» до «предельной» для каждого из состояний.
По результатам расчетов составлены сводный график осадок (рис. 2.12) и сводная табл. 2.5.По данным табл.2.5 следует, что при последовательном переходе от состояния «Е» к состояниям «К» и «В» (т.е. в процессе подтопления) происходит существенное снижение несущей способности основания. Так, предельная нагрузка, которую способно выдержать основание, снижается после подтопления со 100% (значение до подтопления) до 43 % или почти в 2.5 раза.
Таким образом, в результате подтопления происходит существенное снижение надежности грунтового основания «по несущей способности».Это является результатом ухудшения расчетных характеристик грунта при его взаимодействии с грунтовой водой и результатом изменения расчетной схемы фундамента за счет уменьшения боковой пригрузки грунта, испытывающего взвешивающее действие грунтовой воды в результате водонасыщения грунтового массива после подтопления.
Наиболее важным показателем ухудшения состояния основания является проявление дополнительных осадок фундаментов при подтоплении, что приводит к снижению надежности основания «по деформациям».
Анализ величин ожидаемых осадок и их изменений при подтоплении выполним путем сравнения значений осадок по графикам (рис.2.3, 2.6 и 2.9). Для этого на каждом из графиков указаны значения ожидаемых расчетных осадок при действии одной и той же нагрузки под подошвой фундамента, равной 0,16 Мпа. Эта нагрузка принята нами как действующая нагрузка на основание существующего условного здания, которая остается неизменной в процессе подтопления.
Из графиков на рис.2.3 , 2.6 и 2.9 следует, что с переходом от состояния «Е» к состояниям «К» и «В» происходит значительное увеличение ожидаемой осадки основания при не изменяющейся нагрузке от здания. Эти осадки составляют соответственно 63, 94 и 183 мм.
Таким образом, потенциальное увеличение осадки здания после подтопления составляет 2.9 раза. Этот процесс возрастания осадки происходит во времени с развитием процесса подтопления. Определенная часть осадки здания происходит в начальном периоде эксплуатации, затем осадка может испытывать приращения за счет проявления описанных процессов при подтоплении.
Заметим, что для состояния «Е» вычисленная осадка, равная 63мм, не превосходит предельно допустимую осадку по СНиП [42],которая составляет 80 мм для данной категории здания. С переходом к состоянию «К» и далее к состоянию «В» ожидаемая осадка превысит значение предельно допустимой по СНиП и критерии надежности основания здания «по деформациям» перестанут соблюдаться.
Причинами возрастания ожидаемой осадки фундаментов при подтоплении являются структурные изменения, происходящие в скелете водонасы-щенного грунта вследствие растворения водно-коллоидных связующих компонент, происходят также явления механической и химической суффозии. Это приводит к уменьшению удельного сцепления грунта и, как следствие, модуля деформации грунта и угла внутреннего трения. Возрастание осадки происходит также за счет изменения расчетной глубины сжимаемой толщи основания, которая при водонасыщении массива становится большей.
Совмещенный график осадок (рис.2.12) показывает, что с переходом грунта основания от состояния «Е» к состояниям «К» и «В»,как это отмечено выше, снижается несущая способность основания и растет его деформатив-ность. Снижается «запас прочности» основания. Сравнение нагрузки на фундамент, равной 0.16 Мпа, с предельной несущей способностью основания показывает, что она составляет в состоянии «Е» 0.12 от предельной, в состоянии «К»- 0.16 и в состоянии «В» - всего 0.25 от предельной нагрузки или в 2 раза меньше чем в состоянии «Е».
Изолинии напряжений, показанные на распечатках, позволяют определить значения компонент напряжений в активной зоне основания в процессе подтопления. По их значениям можно выполнить анализ изменения напряженно- деформированного состояния грунтовой среды в процессе подтопления, происходящего в массиве грунтового основания.
Рассмотрим изменение компонент напряжений в точке «М» массива основания, которая находится в вертикальном створе боковой грани ленточного фундамента на глубине, равной его ширине (обозначена на соответствующих рис. 2.3- 2.9.). Эта зона основания является наиболее напряженной и в этой зоне происходит наибольшая часть осадки грунта основания.
Определим значения компонент напряжений в точке «М» по соответствующим изолиниям для состояний» «Е» и «В» и сведем их в табл. 2.6. после их пересчета для одинаковых значений нагрузки от условного здания, принятой равной 0.16 Мпа.
Выбор и обоснование критериев надежности оснований и фундаментов эксплуатируемых объектов строительства
Как известно, подтопление городских территорий грунтовыми водами является интеграционным процессом, который представляет собой следствие изменения режима грунтовых вод от естественных причин (процессов, происходящих в верхних слоях литосферы), от изменения условий отвода поверхностных (атмосферных) вод, от изменения условий испарения грунтовой влаги в зоне аэрации, от проникновения в грунтовый массив технических вод (поверхностных) от утечек водонесущих коммуникаций. С системных позиций комплексный подход к данной проблеме описан в работе [105].
К 1-й группе целесообразно отнести следующие мероприятия: 1. Упорядочение поверхностного стока атмосферных вод путем осуществления следующих мероприятий: 1.1. Улучшение качества вертикальной планировки, обеспечение необходимых уклонов поверхности планировки, реконструкция существующих или устройство новых дорожных покрытий, тротуаров и отмосток вокруг зданий и сооружений. 1.2. Демонтаж объектов некапитального характера, затрудняющих поверхностный отток атмосферных вод с эксплуатируемых территорий. 1.3. Реконструкция или строительство ливнестоков, ливневой канализации. 2. Ограничение поступления в грунт технических вод путем устранения утечек из водонесущих коммуникаций, емкостей для хранения жидкостей в системах водоснабжения, водоотведения, теплоснабжения, технологических системах и др. 3. Улучшение условий аэрации грунтовой толщи в пределах городской застройки. 4. Осуществление мероприятий по понижению уровня грунтовых вод: 4.1. Выполнение дополнительных исследований по изучению специфики подтопления территории городской застройки с выявлением зон локализации техногенных нарушений режима подземных вод, т.е. выявление наиболее интенсивных очагов утечек техногенных вод. 4.2. Выполнение экспертных проработок эффективности различных дренажных систем (локального, систематического, вертикального дренажей) с классификацией их применения в различных микрорайонах города. 4.3. Разработка проектной документации и осуществление понижения уровня грунтовых вод с помощью различных дренажных систем на территориях наиболее подтопленных микрорайонов городской застройки и на территориях локальных объектов. 4.4. Устройство водопонижающих установок на случай аварийного подъема грунтовых вод на особо важных объектах. 4.5. В комплексе работ, предусматривающих устройство дренажных систем, изучение вероятности негативных последствий дренирования грун 124 товых толщ, которые могут вызвать деформации грунтов и осадки зданий, и принятие мер по недопущению указанных явлений. 4.6. Управление системой озеленения в целях устранения аккумулирования грунтовой влаги вблизи объектов застройки. 4.4. Мероприятия, направленные на повышение эксплуатационной надежности зданий и сооружений Мероприятия этой группы носят более индивидуальный, зачастую локальный характер для объектов застройки города, испытывающих негативное влияние факторов подтопления территории грунтовыми и техногенными водами. Для стадии разработки технико-экономических обоснований (ТЭО) мероприятия даны в укрупненном виде и представлены по микрорайонам городской и промьппленной застройки в табл. 4.1 и 4.2. К этой информации также следует добавить данные табл. 4.3 о мероприятиях для отдельных объектов - уникальных зданий, сооружений и крупных жилых зданий. В целях повышения устойчивости и эксплуатационной надежности зданий, сооружений и инженерных коммуникаций предлагаются следующие мероприятия, которые конкретизируются для каждого из микрорайонов (табл. 4:1 и 4.2) и отдельных объектов застройки (табл. 4.3), а также были положены в основу разработанной формы справок (см. монографию [24],прил. 2). Мероприятия по инженерной защите территорий городской застройки, территорий промышленных предприятий и площадок расположения отдельных особо важных объектов от подтопления подлежат комплексной разработке на современном уровне, включая обеспечение геоэкологической безопасности эксплуатации городской застройки. На данном этапе выделим следующие мероприятия инженерно-строительного цикла работ по защите объектов городской застройки: 1. Осуществление локального капитального ремонта несущих конструкций зданий, испытавших негативное влияние факторов подтопления, с целью обеспечения прочности и устойчивости элементов деформированных зданий (стен, опор, колонн, перекрытий, стен и элементов подвалов и цокольных этажей). 2. Капитальный ремонт в целом зданий и сооружений, находящихся в предаварийном состоянии в результате неравномерных деформаций грунтов оснований (влияния подтопления, просадочности грунтов, агрессивности грунтовых вод), включая капитальный ремонт несущих конструкций зданий, элементов инженерных коммуникаций внутри и вокруг здания. 3. Усиление и реконструкция основных несущих конструкций, значительно нагруженных и являющихся аварийно-опасными в промышленных и гражданских зданиях, испытавших неравномерные деформации от подтопления. 4. Укрепление грунтов оснований общее для ЗС и ИК, находящихся в предаварийном состоянии, и локальное для предупреждения развития опасных деформаций, в том числе просадочного характера. 5. Капитальный ремонт и реконструкция инженерных коммуникаций города, которые в результате совместного негативного воздействия факторов подтопления, просадочных грунтов, агрессивного влияния грунтовой воды систематически выходят из строя и имеют недопустимые утечки. 6. Укрепление откосов путем устройства покрытий типа "габион", укрепление грунтов или устройство твердых покрытий, устройство подпорных стен для обеспечения устойчивости откосов с сопутствующим дренажем или водоотводящими лотками. 7. Учет во вновь разрабатываемых проектах специфики строительства и эксплуатации зданий и сооружений в условиях подтопления грунтовыми водами, их агрессивного воздействия на строительные материалы и вероятности просадочных деформаций грунтов.
