Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ аварий и недостатков технологий производства работ при устройстве оснований и фундаментов сооруженрій, пристраиваемых к существующим зданиям на слабых грунтах 12
1.1. Изучение особенностей учета специфических свойств слабых водонасыщенных глинистых и насыпных грунтов при выборе технологий устройства оснований и фундаментов зданий 12
1.2. Анализ особенностей проведения геотехнического сопровождения при строительстве зданий на застроенных городских площадках с водонасыщенными глинистыми и насыпными грунтами 16
1.3. Изучение технологий устройства оснований и фундаментов зданий и сооружений на слабых водонасыщенных глинистых и насыпных грунтах.
1.3.1. Анализ технологий устройства искусственных оснований на слабых водонасыщенных глинистых грунтах 19
1.3.2. Анализ особенностей устройства оснований и фундаментов v зданий и сооружений на насыпных грунтах 21
1.3.3. Анализ существующих технологий устройства свайных фундаментов зданий и сооружений на слабых грунтах 22
1.3.4. Анализ особенностей устройства свайных фундаментов на слабых водонасыщенных глинистых грунтах 28
1.4. Изучение изменения физико-механических характеристик грунтов в основании существующих зданий на слабых грунтах 31
1.4.1 .Увеличение плотности и изменение влажности грунтов в основании существующих зданий 31
1.4.2. Изменение прочностных и деформационных характеристик грунтов в основании существующих зданий на слабых грунтах 33
1.4.3. Изучение изменений свойств грунтов оснований существующих зданий при их разгрузке 36
1.5. Анализ деформаций существующих и строящихся зданий происшедших из-за нарушений требований технологии производства работ при устройстве оснований и фундаментов на слабых грунтах 38
1.6. Изучение выполнения технологического регламента и технологического испытания при строительстве сооружений вблизи существующих зданий на слабых грунтах 47
1.7. Выводы по главе 1 52
ГЛАВА 2. Исследование эффективности технологий устройства свайных фундаментов для пристраиваемых многоэтажных жилых зданий на слабых грунтах 54
2.1. Задачи исследований 54
2.2. Инженерно-геологические условия экспериментальных площадок 56
2.3. Методика проведения исследований технологий устройства свайных фундаментов сооружений пристраиваемых к существующим зданиям на водонасыщенных глинистых и насыпных грунтах 60
2.4. Результаты исследования изменения во времени несущей способности свай фундаментов зданий на слабых грунтах 68
2.5. Результаты проведенных исследований эффективных технологий погружения свай вдавливанием вблизи существующих зданий на слабых грунтах 76
2.6. Выводы по главе 2 83
ГЛАВА 3. Исследование параметров влияния забивки свай вблизи существующих зданий и сооружений, расположенных на слабых грунтах 85
3.1. Задачи исследований 85
3.2. Анализ результатов изучения влияния забивки свай на существующие здания и сооружения 86
3.3. Определение параметров колебаний грунта при забивке свай 88
ЗАИсследование колебаний грунта при забивке свай 90
3.5. Результаты изучения влияния размеров свай на колебания грунтов основания 97
3.6. Результаты исследования влияния колебания фунта при забивки свай на конструкции зданий 102
З.б.Выводы по главе 3 : 107
ГЛАВА 4. Исследование влияния колебаний грунта при забивке свай на здания и сооружения сейсмометрическим методом 109
4.1 .Задачи исследований 109
4.2. Инженерно-геологические условия экспериментальной площадки 110
4.3. Аппаратура и методика измерений 112
4.3.1. Состав измерительного комплекса и его параметры 112
4.3.2. Подбор сейсмометра для регистрации на объекте 111
4.3.3. Выбор методики обработки сейсмических записей 125
4.3.4. Схема наблюдений на объекте 125
4.4. Характеристики ударных воздействий на грунте 126
4.4.1. Картина колебаний при забивке соседних свай 126
4.4.2. Характеристики сигналов: абсолютные уровни, спектры и поляризация колебаний при забивке сваи 127
4.4.3. Изменение параметров ударов во времени и затухание воздействий после остановки забивки 137
4.5. Воздействие ударов на существующее здание 139
4.5.1. Распределение воздействий по высоте здания 139
4.5.2. Измерения в точках возможных максимальных воздействий 139
4.5.3. Распределение воздействий по плану здания 143
4.6. Выводы по главе 4 143
ГЛАВА 5. Рекомендации по обеспечению эффективности производства работ нулевого цикла сооружений возводимых вблизи существующих зданий на слабых грунтах 148
5.1. Основные требования по выбору технологии устройства фундаментов сооружений вблизи существующих зданий 148
5.2. Рекомендации по эффективному проведению геотехнического мониторинга при различных технологиях возведения зданий 151
5.3. Выбор метода устройства оснований и фундаментов новых сооружений примыкающих к существующим зданиям 154
5.4. Основные требования к проектированию свайных фундаментов вблизи существующих зданий 158
Основные выводы 164
Список использованной литературы
- Анализ особенностей проведения геотехнического сопровождения при строительстве зданий на застроенных городских площадках с водонасыщенными глинистыми и насыпными грунтами
- Методика проведения исследований технологий устройства свайных фундаментов сооружений пристраиваемых к существующим зданиям на водонасыщенных глинистых и насыпных грунтах
- Определение параметров колебаний грунта при забивке свай
- Состав измерительного комплекса и его параметры
Введение к работе
В последние годы увеличивается объемы строительства различных ,0, зданий и сооружений на застроенных территориях городов. Во многих слу чаях новые здания пристраиваются к уже существующим зданиям, по этажности они часто превышают старые. При строительстве примыкающих сооружений, нагрузки действующие на грунты оснований фундаментов существующих зданий увеличиваются. В конструкциях строящихся зданий принимаются много решений на основе последних достижений строительной науки.
Среди существующих зданий и сооружений имеются не только здания (W; с большими сроками эксплуатации, но и здания, построенные в последние годы на слабых водонасыщенных грунтах, с разными конструкциями фундаментов. Новое строительство во многих случаях становится причиной неравномерных и недопустимых деформаций существующих зданий, часть из которых была снесена или реконструирована.
Основной причиной разрушения и деформирования существующих зданий стало увеличение дополнительных нагрузок на грунты их основания от пристраиваемых зданий, изменение характеристик грунтов в основаниях существующих зданий при изменении уровня подземных вод, динамические воздействия при строительно-монтажных работах по возведению строящегося рядом здания и т.д.
В связи с этим, для пристраиваемых зданий, особое значение приобрела проблема технологии устройства оснований и фундаментов с учетом изменения характеристик грунтов в основаниях существующих зданий в процессе их эксплуатации от техногенных и природных факторов, а также тех-нического состояния их конструкций. Решение этой важной проблемы сопряжено со многими трудностями, для решения которых требуется проведение большого количества лабораторных и натурных исследований.
Сложность заключается в том, что существующие технологии устройства оснований и фундаментов пристраиваемых зданий не гарантируют ,0; обеспечение эксплуатационной пригодности существующих сооружений, даже при применении свайных фундаментов, особенно в тех случаях, если грунтовая толща основания сложена водонасыщенными глинистыми грунтами, насыпными грунтами, заторфованными или пучинистыми грунтами.
Во многих случаях технологические решения по переустройству, усилению (восстановлению) фундаментов, упрочнению оснований зданий в пределах зоны влияния нового строительства с применением свайных фундаментов часто разрабатываются с учетом только конструктивных требований кц на основе общепринятых способов технологии производства работ и без уче та особых свойств грунтов основания.
Совершенствование технологий устройства свайных фундаментов существующих и пристраиваемых зданий представляется актуальной работой, имеющей важное научное и практическое значение.
Решение данной проблемы должно базироваться на обобщении многочисленных результатов теоретических и экспериментальных исследований, / связанных с выполнением инженерно-геологических изысканий, анализа применяемых технологий по устройству свайных фундаментов, развитием методов обследования оснований и фундаментов существующих зданий.
В процессе работы над диссертацией все исследования были выполнены с проведением анализа выполнения требований нормативных документов, принятых в последние годы, с целью обеспечения производства строительных работ с хорошим качеством, и обеспечения сохранности существующих зданий.
На территории г. Москвы строительство вблизи существующих зданий в городских условиях регулируется сведущими нормативными документами: «Инструкция по проектированию и устройству свайных фундаментов зданий и сооружений в г. Москве». Правительство Москвы, Москомархитектура, 2001 г., «Рекомендации по проектированию и устройству оснований и фундаментов при возведении зданий вблизи существующих в условиях плотной і , застройки в г. Москве» Правительство Москвы, Москомархитектура, 1999 г.,
«Рекомендации по проектированию и устройству оснований, фундаментов и подземных сооружений при реконструкции гражданских зданий и исторической застройки» Правительство Москвы, Москомархитектура, 1998 г., «Рекомендации по обследованию и мониторингу технического состояния эксплуатируемых зданий, расположенных вблизи нового строительства или реконструкции» Правительство Москвы, Москомархитектура, 1998 г.
Анализ показывает, что отсутствуют эффективные технологии устрой ,щ), ства свайных фундаментов новых зданий, пристраиваемых к существующим зданиям в стесненных городских условиях, которые позволяют учесть их техническое состояние, изменение характеристик грунтов оснований в результате различных воздействий и обеспечить высокую производительность работ.
Целью диссертационной работы явилась разработка эффективных технологий устройства свайных фундаментов зданий, пристраиваемых к существующим зданиям на слабых грунтах и разработка эффективных методов сохранности существующих зданий.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
- изучены специфические свойства слабых грунтов (водонасыщенных глинистых, насыпных, заторфованных);
- исследованы технологии производства работ по устройству оснований и фундаментов с учетом специфических свойств слабых грунтов;
„, - изучены основные факторы, вызывающие деформирование и разру шение существующих зданий при строительстве вблизи них новых сооружений на слабых грунтах;
- исследованы особенности устройства свайных фундаментов пристраиваемых сооружений из забивных и вдавливаемых железобетонных свай, 0) в том числе с применением лидерных скважин на слабых грунтах;
- изучены особенности возникновения вибрационных воздействий в слабых грунтах оснований при забивке свай;
- осуществлен выбор оптимальной технологии производства сваебойных работ для пристраиваемых зданий с различным техническим состоянием в сложных грунтовых условиях;
разработаны рекомендации по выбору эффективных технологических решений при проектировании и производстве работ для пристраиваемых зда щ(, ний в сложных грунтовых условиях.
Научная новизна работы состоит в том, что:
- разработана методика оценки и выбора рациональных технологических решений по возведению фундаментов в условиях застроенных территорий;
- обоснованы и экспериментально установлены технологические регламенты, комплекты машин, механизмов и оборудования, обеспечивающие качественное устройство свайных фундаментов сооружений, пристраиваемых к существующим зданиям на слабых грунтах с полным обеспечением их эксплуатационной пригодности.
- получены количественные значения ряда технологических параметров при устройстве свайных фундаментов сооружений вблизи существующих зданий на слабых грунтах;
- разработаны технологические требования, определяющие качество ,N устройства свайных фундаментов вблизи существующих зданий и методы производства работ, позволяющие уменьшить динамические воздействия на существующие здания от погружения свай;
- установлены пределы эффективного применения лидерных скважин при погружении свай ударным способом и методом вдавливания вблизи су 1 ществующих зданий.
Практическое значение работы заключается в следующем:
- разработаны нормативы проведения полевых исследований несущей способности свай с учетом тиксотропних свойств грунтов;
- определены значения колебаний в грунтах при забивке свай в зависимости от грунтовых условий площадок, размеров свай и применяемого оборудования;
- повышена достоверность прогноза неравномерных деформаций суще- 7 ствующих зданий на слабых грунтах при устройстве вблизи свайных фундаментов пристраиваемых зданий по различным технологиям;
- разработаны эффективные способы погружения свай ударным методом и методом вдавливания на площадках со слабыми грунтами вблизи существующих зданий;
- разработан и внедрен в практику устройства свайных фундаментов на слабых грунтах комплекс конструктивных и технологических решений;
- разработана методика оценки влияния различных силовых воздействий на конструкции существующих зданий в зависимости от вида и состояния грунта в их основаниях, методов производства работ;
На защиту выносятся следующие положения диссертации:
1. Результаты исследований основных причин потери эксплуатационной пригодности существующих зданий на слабых грунтах при производстве вблизи них строительно-монтажных работ по устройству свайных фундамен vf тов.
2. Методика оценки и выбора эффективных технологий устройства оснований и свайных фундаментов зданий, пристраиваемых к существующим зданиям на слабых грунтах.
3. Результаты натурных исследований обеспечения эксплуатационной пригодности существующих зданий на слабых грунтах, при различных тех- I «і нологиях устройства свайных фундаментов.
4.Методика выбора эффективных видов строительной техники и оборудования с учетом возможностей уменьшения динамических воздействий при сваебойных работах в сложных грунтовых условиях.
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на научных конференциях и семинарах в МГСУ, ГАСИС и НИИОСП, а также на заседаниях научно-технических советов строительных организаций Московской области.
Внедрение работы. Основные результаты научных исследований внедрены при разработке проектов и при строительстве монолитных зданий вблизи существующих сооружений в г. Химки Московской области.
Публикации. Основное содержание выполненных научных исследований изложено в 17 научных статьях.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка использованной литературы, имеющей 104 наименования. Об-щий объем диссертации составляет 166 страниц, в т.ч. 139 страниц машинописного текста, 33 рисунка и 2 таблицы.
Автор выражает огромную благодарность своему научному руководителю, Лауреату Государственной премии СССР, Заслуженному строителю России, доктору технических наук, профессору М.Ю.Абелеву за помощь и поддержку в процессе работы над диссертацией. Особую благодарность выражаю Генеральному директору ЗАО «Хим кинское СМУ МОИС-1» кандидату технических наук, доценту В.Г.Щерба за помощь, оказанную при проведении исследований.
Анализ особенностей проведения геотехнического сопровождения при строительстве зданий на застроенных городских площадках с водонасыщенными глинистыми и насыпными грунтами
Для обеспечения высокого качества возведенных зданий и сооружений геотехническое сопровождение необходимо проводить с первого шага строительного процесса - с оценки инвестиционной привлекательности объекта строительства.
В начальном этапе разработки проектов строительства на застроенных территориях проводиться определение стоимости устройства фундаментов для новых зданий или усиления фундаментов существующих зданий и со оружений. j? Предварительная оценка геотехнической ситуации требует решения (в первом приближении) трех задач [3,4,5, 29, 30, 31,41, 73, 94, 96, 100]: определения возможного типа фундаментов строящегося сущест вующего здания, которые обладали бы необходимой надежностью и обес печивали безопасность окружающей застройки; выбора щадящей (Под щадящей здесь и далее подразумевается тех нология, не оказывающая негативного воздействия на грунты основания и соседние строения в конкретной геотехнической ситуации) технологии работ . нулевого цикла; оценки необходимости усиления основания и фундаментов сосед них зданий. Для предварительной оценки геотехнической ситуации необходима полная информация об инженерно-геологических условиях площадки строи тельства, по архитектурно-планировочным и конструктивным решениям зда ния или сооружения.
Ф Категория ответственности нового строительства определяется в зави симости от класса ответственности здания или сооружения (в соответствии со СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»). К 1, 2 и 3 категории ответственности нового строительства относятся здания и сооружения соответственно 1, 2 и 3 класса ответственности по СНиП 2.01.07-85.
Категорию технического состояния существующих зданий или сооружений попадающих в зону влияния нового строительства рекомендуется определять по ВСН 490-87, в которых содержится наиболее полная классифи-кация дефектов конструкций. Разделение зданий и сооружений на категории (1, 2 и 3) произведено с учетом их назначения и конструктивных особенностей а также имеющихся в их конструкциях деформаций.
В отечественной и зарубежной нормативной литературе оценка геотех нической ситуации выполняется, исходя из представленных выше двух групп категорий. Такой подход вполне достаточен для обеспечения надежности собственно объекта нового строительства, но не гарантирует сохранности окружающей застройки. В связи с этим при рассмотрении геотехнической ситуации представляется целесообразным ввести категорию риска для существующей застройки, обусловленного новым строительством [94, 95, 96].
Определение категории риска (1, 2 и 3) при новом строительстве в условиях городской застройки произведено с учетом расстояния между существующими и строящимися зданиями и условий влияния техногенных факторов на существующие здания при ведении строительных работ.
Геотехническая категория сложности нового строительства или реконструкции подлежит уточнению на всех этапах геотехнического сопровождения.
При разработке мероприятий по обеспечению сохранности существующих зданий и сооружений, попадающих в зону влияния нового строительства неотъемлемой частью геотехнического сопровождения являются инженерно-геологические изыскания и обследование оснований и фундаментов существующих зданий и сооружений.
Инженерно-геологические изыскания включают выполнение шурфов с обследованием фундаментов и грунтов основания, бурение скважин с отбором образцов, статическое и динамическое зондирование, лабораторные исследования грунтов и материала фундамента, обследование свай с определением длины, сплошности и с уточнением несущей способности.
Инженерно-геологические исследования грунтов площадки устанавливают последовательность и выдержанность напластования грунтов, наличие линз и пластов сильносжимаемых грунтов. Количество скважин определяется объемом предыдущих изысканий, сложностью геологического строения участка и геотехнической категорией сложности сооружения.
Методика проведения исследований технологий устройства свайных фундаментов сооружений пристраиваемых к существующим зданиям на водонасыщенных глинистых и насыпных грунтах
1. Изучение опыта строительства и эксплуатации зданий и сооружений показывает, что причинами значительных деформаций зданий и сооружений, требующих усиления или упрочения оснований и фундаментов не только в период эксплуатации, но и чаше всего при пристройках к ним новых сооружений, являются как ошибки допущенные при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации.
2. Для обеспечения требуемых качеств строительной продукции- возведенных зданий и сооружений геотехническое сопровождение необходимо проводить с первого шага строительного процесса - с оценки инвестиционной привлекательности объекта строительства.
3. Как показывают исследования, в процессе уплотнения грунтов оснований под нагрузкой от зданий изменяются их основные прочностные и деформационные характеристики. Это в основном происходит в связи с изменением напряженного состояния грунта, плотности, влажности, а также со сложными физико-химическими процессами, происходящими в грунте.
4. Изменение свойств грунтов под нагрузкой выражается прежде всего в увеличении плотности. При действующих в основании давлениях в диапазо не 0,15 - 0,3 МПа это увеличение может достигать 5 - 15% от начальной плотности. По данным П. А. Коновалова, при нагрузках от 0,3 до 1 МПа плотность увеличивается на 10 - 25%.
5. А.Г. Ройтман в условиях Москвы наблюдал увеличение сцепления суглинков с начальным коэффициентом пористости 0,48 - 0,52 и с = 0,01 МПа при давлении 0,75 МПа в 2 раза; при давлении 0,25 МПа -в 5 раз. При этом угол внутреннего трения для тугопластичных суглинков при изменении давления и с течением времени не изменялся.
Вследствие увеличения значений прочностных характеристик возрастает и расчетное сопротивление. По данным М.Ю. Абелева, П. А. Коновалова и Е. А. Сорочана, такое увеличение для глинистых грунтов составило 56%, для песчаных - 44%.
6. Напряженное состояние грунтов в основании фундаментов эксплуа тируемых зданий в процессе формирования зон уплотнения может много кратно изменяться под влиянием: проходки вблизи здания глубоких выработок; изменения горизонта подземных вод, особенно при наличии слабых слоев грунта в пределах сжимаемой толщи; вибрационных воздействий от работающего оборудования, динамических воздействий от транспорта и пр.
7. Многочисленный анализ аварий и деформаций различных зданий и сооружений расположенных в различных городах Московской области в том числе в г. Химки возникших при ведении работ нулевого цикла в условиях городской застройки, свидетельствует о наличии некоторого разрыва между проектами строительства пристраиваемых зданий и окружающих их сущест вующих сооружений и их практической реализацией.
Исследования, проведенные на территории Московской области, показывают, что, несмотря на принимаемые меры, не уменьшается количество деформаций и разрушений существующих зданий при пристройках к ним новых сооружений. Имеются случаи одновременной деформации существующих и пристраиваемых зданий. Значительное количество этих деформаций произошло при устройстве свайных фундаментов.
Большое разнообразие грунтовых условий строительных площадок, особенно в городских условиях, где грунты подвержены многочисленным техногенным воздействиям, не позволяет вести разработку общих требований к устройству свайных фундаментов забивкой или вдавливанием. Во многих случаях отсутствует комплексный анализ всех вопросов касающихся всего длительного строительного процесса, начиная от проведения инженерно-геологических изысканий до сдачи готового объекта и организации нормальной эксплуатации построенных сооружений.
Исследования показывают, что свая и грунт образуют своеобразную сложную систему, характеризующуюся целым комплексом специфических свойств. Однако для успешного описания каждого конкретного явления, происходящего в этой системе, из числа многочисленных свойств последней следует учитывать только те из них, которые оказываются решающими для данного явления.
Экспериментальные исследования проводились на многих строительных площадках г. Москвы и Московской области ( строительные площадки в городах Химки, Руза, Мытищи, Сергиев посад, Люберцы, Домодедово и т.д.).
Основная часть исследований проводилась на более чем 20 объектах строительства 17-22 этажных монолитных зданий в городских условиях г. Химки, расположенных по следующим адресам: Юбилейный проспект, д. 7, пересечение Юбилейного проспекта и ул. Панфилова города, ул. Строителей, корпус 5 в микрорайоне № 12 и т.д.
Определение параметров колебаний грунта при забивке свай
При строительстве в стесненных городских условиях, при реконструкции зданий в комплексе зданий и сооружений, при выборе метода устройства фундаментов, а также при неизбежном применении свайных фундаментов основным вопросом является установление влияния забивки свай на существующие здания.
Впервые исследование влияния забивки свай на близкорасположенные здания производилось Ф.А.Кирилловым и СВ. Пучковым в 1935 году [45]. Они описали методику инструментальных наблюдений за колебаниями грунта и некоторые закономерности их изменения при забивке деревянных свай для устройства одной из набережных в Санкт-Петербурге (Ленинграде).
В Санкт-Петербурге (Ленинграде) в 1971 г. были остановлено устройство свайных фундаментов вблизи учебного корпуса ЛЭТИ вследствие значительных его повреждений. Фундаменты строящегося здания перепроектировали с целью уменьшения количества свай, забиваемых в непосредственной близости от существующего корпуса, что задержало строительство более чем на 6 месяцев [45].
Имеется пример забивки свай вблизи существующего здания в Москве. Сваи забивались под корпус ВНИИлитмаш в котловане вблизи трехэтажного административного корпуса постройки 1900 г., реконструированного в 1965-1967 гг. Шпунтовое ограждение котлована было выполнено недоброкачественно, при забивке свай произошли осадка здания на 20-30 мм и сдвиг ближней к свайному полю стены в сторону котлована, в стенах здания образовались недопустимые трещины. Устройство свайного фундамента было приостановлено. Производилось усиление конструкций здания, и после этого были возобновлены работы по погружению свай.
Забивка свай вблизи трехэтажного здания Белорусского вокзала в Москве вызвала появление трещин в существующем здании. Торец здания дли ной около 8 м, примыкавший к площадке строительства, был разорван сквозной трещиной с шириной раскрытия более 30 мм. Отколовшаяся часть здания была полностью разобрана ввиду ее аварийного состояния, и после окончания сваебойных работ была вновь выстроена.
Обеспечение безопасности зданий, вблизи которых производится устройство свайных фундаментов возможно только на основе разработки методов прогноза с учетом конструктивных особенностей существующих зданий, грунтовых условий площадок строительства.
Исследования показывают, что уровень колебаний грунта при забивке свай невелик, и при распространении их в грунтовом массиве в нем не наблюдается никаких деформационных явлений, за исключением, может быть зоны вокруг сваи радиусом до двух-трех диметров свай. Работы по успешной забивке свай вблизи зданий показывают, что колебания, передаваемые от грунта зданиям, во многих случаях не являются причинами их разрушений. В тех случаях, когда наблюдались небольшие разрушения, то они произошли из-за нахождения конструкций на стадии полного износа. Чем больше износ, тем более и степень разрушения.
Существующие здания и сооружения при забивке вблизи них свай в основном были разрушены при возникновении неравномерных осадок грунтов в их основаниях. Исследования показывают, что дополнительную осадку грунтов вызывает прохождение волн от забиваемых свай. Осадки развиваются во времени в зависимости от количества ударов молота и от интенсивности колебаний. Изучение взаимосвязи между колебаниями грунта и неравномерными деформациями зданий необходимо начинать с изучения параметров колебаний грунта или, точнее, волновых полей смещений, скоростей или ускорений смещения грунта при колебаниях. [2, 3, 45]
Грунты представляют собой природные образования, состоящие из твердой, жидкой и газообразной фаз. Механические свойства жидкого и газообразного компонентов сравнительно легко и достаточно полно определяются их плотностью и скоростью распространения в них звука. Механическое поведение твердого компонента при различного рода воздействиях отличается сложным характером, нестабильностью характеристик и зависит от множества факторов.
Состав измерительного комплекса и его параметры
Для задач обследования воздействия ударных сигналов на грунты и со оружения допустимо применение разных типов датчиков: сейсмометров СВ 5, С-5-С, СМ-3 и СМ-ЗКВ, и при зашкале колебаний - акселеромеров, например S1073, что позволяет регистрировать в точке 3 компоненты вектора скорости смещений или ускорений. Для скоростей смещений (С-5-С, СМ-3,
СМ-ЗКВ) ориентация осей в точке - вертикальная (Z) и взаимно перпендикулярные горизонтальные (по странам света и по направлениям вдоль и вкрест . основной горизонтальной оси здания). Для акселерометра часто (в том числе для S1073) ориентацию осей делают изотропной в пространстве, тогда можно установить датчик ,например, следующим образом - ось 1 - вкрест оси здания, оси 2 и 3 под углами 120 относительно друг друга, все оси под углами 5444 от вертикали.
Сейсмометры перед экспериментом проходят калибровку на виброплатформе, что позволяет пересчитать сигналы в абсолютные уровни скоростей смещений или ускорений. Амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) . сейсмометров приведены на рис. 4.5. Разные типы СМ-3 (с высокоомной и низкоомной катушками) дают разброс в чувствительности на порядок. По чувствительности можно выстроить шкалу: наибольшая - у сейсмометра СМ-ЗКВ; С-5-С и СМ-3 сравнимы, но С-5-С - более низкочастотный, СВ-5 (вертикальный датчик сейсморазведки и ГСЗ) занимает промежуточное положение, начиная с 5 Гц и выше. АЧХ акселерометров показывает, что эти датчики хороши при обследовании крупных сооружений и высотных зданий \ или вблизи низкочастотных излучателей сигналов.
При экспериментах на площадке в г. Химки использовались два типа сейсмометров: СМ-ЗКВ (три отдельных датчика в каждой точке - вертикальный и два горизонтальных) и КМВ - трехкомпонентный датчик, разработанный в ОИФЗ РАН, в котором использованы чувствительные элементы от сейсмометра СВ-5, но три компоненты собраны в одном конструктиве. АСЧХ для КМВ соответствует кривой для СВ-5. Сейсмометр КМВ существенно более прост в эксплуатации, чем СМ-ЗКВ т.к. не требует настройки при установке и консервации при перемещении из точки в точку. Немаловажны при производстве наблюдений также меньшие габариты и вес КМВ.
Определяющим для выбора типа сейсмометра является то, чтобы частотная полоса регистрируемого сигнала укладывалась в интервал столоооб-разной части АЧХ сейсмометра.
На площадке в г. Химки эксперименты были начаты с пробной регистрации микросеисм на грунте вблизи пункта забивки свай. Были записаны пробы колебаний: "спокойный участок" и "забивка" с использованием 3-компонетной расстановки СМ-З KB и КМВ. Направление осей регистрации -X - горизонтальная, на источник, Y - горизонтальная, вкрест, Z - вертикаль ная. На рис. 4.6. приведены спектры мощности сигналов, соответствующих описываемым ситуациям. Спектры для записей при забивки свай соответствуют не единичному удару, а серии ударов. без ударов, грунт СМ-3 t Гц 100 ЩЦ. хІО імм/с Лц 1 Е Рис.4.6. Спектры мощности сигналов. 122 Анализ графиков показывает следующее: - частоты, характерные для удара, лежат в диапазоне 5-20 Гц, - спектры записей, содержащих удары, для разных компонент (вертикальной и горизонтальных) - подобны как по частотному составу, так и уровням, - типовой спектр мощности удара, вычисляемый как разность спектров записей микросейсм с ударом и без него, представлен колоколообразной кривой (см. верхний график) с максимумом на 10 Гц, - максимум на типовом спектре удара на частотах около 1 Гц соответствует серии ударов, производимых с интервалом примерно 1 с (см. рис. 4.7.), - спектры записей, произведенных сейсмометрами КМВ и СМ-ЗКВ подобны в той мере, в которой подобны ситуации забивки соседних свай.
Подтверждение последнему мы видим на рис. 4.7, где сравниваются записи, произведенные сейсмометрами КМВ и СМ-ЗКВ.
