Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ особенностей возведения оснований и фундаментов зданий при вибрационных воздействиях 12
1.1. Влияние изменения физико-механических характеристик грунтов при вибрационных воздействиях на выбор технологии 12
1.2. Основные параметры вибрационных воздействий, влияющие на возведение подземной части зданий 22
1.3. Требования санитарных норм к допустимым уровнях вибрации 34
1.4. Систематизация факторов, влияющих на осадки фундаментов при строительстве зданий, подверженных вибрационным воздействиям 37
1.5. Основные подходы к разработке технологий производства работ при устройстве оснований и фундаментов зданий, расположенных вблизи источников вибрационных воздействий .40
Выводы по главе 1 44
Глава 2. Экспериментальные исследования технологических параметров устройства оснований и фундаментов зданий, расположенных вблизи источников вибрационных воздействий 46
2.1. Постановка задачи выбора рациональных технологий 48
2.2. Параметры вибрационных воздействий, влияющие на разработку технологии производства работ .57
2.3. Влияние вибрации от движения автомобильного транспорта на технологию устройства оснований и фундаментов зданий 62
2.4. Влияние вибрационного воздействия от движения железнодорожного транспорта на технологию устройства оснований и фундаментов 64
2.5. Влияние вибрации от движения поездов метрополитена на технологию устройства оснований и фундаментов 66
2.6. Результаты инструментальных исследований уровня вибрации вблизи линий метрополитена . 67
2.7. Разработка технологии защиты здания от вибрационных воздействий 88
Выводы по главе 2 .90
Глава 3. Разработка технологии возведения уплотненного грунтового основания вблизи источников вибрационных воздействий 92
3.1. Основные подходы к разработке технологии устройства уплотненного песчаного основания зданий и сооружений на слабых грунтах .92
3.2. Состав и последовательность технологических процессов и операций устройства песчаной подушки 95
3.3. Выбор средств механизации .103
3.4. Разработка мероприятий по обеспечению качества работ при подготовке и устройстве песчаной подушки 108
3.5. Обеспечение безопасности производства работ 115
Выводы по главе 3 116
Глава 4. Практическая реализация технологии устройства уплотненного грунтового основания (песчаной подушки) в экспериментальном строительстве 117
4.1. Характеристика экспериментального объекта и обоснование необходимости устройства искусственного основания 117
4.2. Исходные данные для технологического проектирования
4.3. Технология и организация производства работ при устройстве песчаной подушки 125
4.4. Контроль качества производства работ по результатам статического зондирования и штамповых исследований уплотненного песчаного основания 136
4.5. Организация инструментального мониторинга на экспериментальном объекте .142
4.6. Инструментальное исследование колебаний грунта на экспериментальном объекте 146 Выводы по главе 4 .152
Заключение 155
Список использованной литературы 159
Приложения
Приложение А 169
Приложение Б 179
Приложение В 184
- Основные параметры вибрационных воздействий, влияющие на возведение подземной части зданий
- Результаты инструментальных исследований уровня вибрации вблизи линий метрополитена
- Разработка мероприятий по обеспечению качества работ при подготовке и устройстве песчаной подушки
- Контроль качества производства работ по результатам статического зондирования и штамповых исследований уплотненного песчаного основания
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Технология устройства оснований и фундаментов зданий вблизи источников вибрационных воздействий является сложной проблемой. Это объясняется тем, что в настоящее время при строительстве на слабых водонасыщенных глинистых грунтах, на песчаных грунтах различной плотности и в других сложных грунтовых условиях произошли аварии и деформаций строящихся и существующих зданий, расположенных вблизи источников вибрационных воздействий. До настоящего времени при устройстве оснований и фундаментов зданий строительные технологии выбирались без полного учета влияния вибрационных воздействий на конструкции и дополнительные осадки зданий. Исследования показывают, что вибрации существенно влияют на физико – механические свойства грунтов. Под влиянием вибраций снижаются устойчивость и сопротивление грунтов внешним нагрузкам, происходят дополнительные осадки фундаментов зданий.
В глинистых грунтах, особенно, пластичной и текучей консистенции, при вибрационных воздействиях отмечается резкое «разжижение». Разжижение свойственно и водонасыщенным песчаным грунтам, особенно, пылеватым и мелким.
При проведении земляных работ по уплотнению песчаных грунтов оснований вибрационными катками и вибротрамбовками вблизи линий расположения инженерных коммуникаций необходимо учесть, что возможные вибрационные воздействия могут привести к разрушению стыковых соединений. Под влиянием вибрационных воздействий подземные и надземные конструкции зданий получают колебания, близкие к резонансным. При этом возникает опасность обрушения конструкций, особенно бетонных и железобетонных с низкими значениями прочности бетона.
Для исключения больших и неравномерных деформаций зданий и сооружений, расположенных вблизи источников вибрационных воздействий и для снижения уровня вибраций в зданиях должны быть разработаны новые технологии устройства оснований и фундаментов, учитывающие изменения физико-механических характеристик грунтов при вибрационных воздействиях и обеспечивающие виброзащиту зданий. Это позволит снизить уровни колебаний до значений, допускаемых нормативными документами РФ.
Степень разработанности темы. В разработку методов возведения
оснований и фундаментов в сложных грунтовых условиях внесли вклад многие
российские и зарубежные ученые: М.Ю. Абелев, Н.М. Герсеванов, М.Н.
Гольштейн, Г.И. Жинкин В.В. Жихович, П.Л. Иванов, В.А. Ильичев, В.И.
Крутов, Н.С. Никифорова, Л. Р. Ставницер, Д.Ю. Чунюк и др. Исследования в
области виброзащиты зданий проводили известные ученые – М.А. Дашевский,
В.А. Ильичев, Е.М. Л.С. Максимов, Миронов, В.Л. Мондрус, В.Г. Таранов, Ю.Т.
Чернов, И.С. Шейнин и др. Однако, до сих пор проблема разработки
технологии возведения грунтового основания для зданий, расположенных
вблизи источников вибрационных воздействий, решается применительно к
конкретным условиям строительства и обосновывается результатами
мониторинга за состоянием грунтов на строительной площадке. Обеспечение
безопасности производства работ нулевого цикла зданий и сооружений требует
регламентации состава и последовательности технологических процессов и
операций, проведении верификации и установлении рациональных
строительно-технологических характеристик грунтов, с использованием современного оборудования для устройства оснований вблизи источников вибрационных воздействий.
Целью диссертационной работы является разработка эффективных технологий устройства оснований и фундаментов зданий, расположенных вблизи источников вибрационных воздействий и способов защиты зданий от вибрационных воздействий.
Для достижения цели поставлены следующие задачи:
обобщение и анализ факторов, влияющих на особенности технологии устройства оснований и фундаментов зданий вблизи источников вибрационных воздействий;
анализ отечественного и зарубежного опыта устройства искусственных оснований вблизи различных видов источников вибрационных воздействий и виброзащиты зданий и изучение источников вибрационных воздействий на строящиеся здания;
- организация и проведение натурных исследований технологических
процессов устройства фундаментов на экспериментальных объектах вблизи
линий метрополитена в г.Москве;
разработка состава и последовательности технологических процессов, их основных параметров, в том числе контролируемых для обеспечения качества производства работ с исследованием установленных зависимостей изменения прочностных и деформационных свойств разных грунтов при различных видах вибрационных воздействий;
практическая реализация разработанной технологии при производстве работ в экспериментальном строительстве.
Объектом исследования является организационно-технологический процесс возведения оснований из уплотненных грунтов вблизи источников вибрационных воздействий.
Предметом исследования являются параметры технологических процессов при возведении основания из уплотненных грунтов вблизи источников вибрационных воздействий.
Научная новизна работы состоит в разработке, экспериментально-
теоретическом обосновании и верификации рациональных параметров
технологических процессов и контролируемых параметров качества
производства работ с регламентацией состава, последовательности
технологических процессов и операций при возведении уплотненных песчаных оснований зданий, расположенных на слабых грунтах и в зоне влияния вибрационных воздействий.
В рамках исследования получены следующие основные научные результаты:
-регламентация состава и последовательности технологических
процессов устройства уплотненных грунтовых оснований в зоне влияния вибрационных воздействий;
-параметры технологических процессов, верифицированные результатами экспериментальных исследований;
- зависимости для определения рациональных параметров строительно-
технологической характеристики основания из песчаной подушки для
возведения строительных объектов в зоне влияния вибрационных воздействий;
получены количественные значения технологических параметров защиты зданий, расположенных в зоне влияния вибрационных воздействий.
верификация соответствия контролируемых параметров качества производства работ в сложных грунтовых условиях.
Теоретическая значимость работы состоит в формировании научно-обоснованного подхода и разработке параметров технологических процессов и контроля качества производства работ при возведении оснований и фундаментов в сложных грунтовых в зоне действия вибрационных воздействий для совершенствования организационно-технологического моделирования работ нулевого цикла.
Практическое значение работы заключается в следующем:
разработана эффективная технология устройства искусственных оснований для защиты зданий от вибрационных воздействий с учетом грунтовых условий площадок строительства;
основные результаты научных исследований использованы при разработке организационно-технологической документации для возведения экспериментальных объектов в сложных грунтовых условиях.
Методология исследования базируется на систематизации научных трудов отечественных и зарубежных ученых и специалистов в области технологии и организации строительства зданий и сооружений в сложных грунтовых условиях и подверженных вибрационным воздействиям и организационно-технологического моделирования в этой области.
Методы исследования включали: общелогические – анализ, обобщение, аналогия, эмпирического исследования – наблюдение, эксперимент, описание, измерение и сравнение; теоретические – идеализация и формализация, а также систематизация научных знаний применительно к теории и практике организационно-технологического моделирования возведения оснований и фундаментов в сложных грунтовых условиях.
На защиту выносятся следующие положения диссертации:
1. Результаты полевых и лабораторных исследований закономерностей изменения прочностных и деформативных характеристик грунтов оснований зданий при вибрационных воздействиях, определяющие технологические параметры устройства оснований и фундаментов зданий.
-
Состав и последовательность технологических процессов устройства оснований и фундаментов зданий, расположенных вблизи источников вибрационных воздействий в сложных грунтовых условиях.
-
Результаты натурных исследований комплексных способов защиты зданий, расположенных вблизи источников вибрационных воздействий, при устройстве оснований по разработанной технологии.
Личный вклад автора. Личное участие автора в полученных научных
результатах заключается в постановке задач исследований, выборе объектов и
методов исследования, разработке основных положений, определяющих
научную новизну и практическую значимость работы, получении и анализе
результатов экспериментальных исследований, в том числе на основании
последующего мониторинга состояния экспериментальных объектов,
разработке состава и последовательности технологических процессов, а также их рациональных верифицированных параметров для технологии возведения оснований зданий вблизи источников вибрационных воздействий.
Достоверность результатов исследования обеспечивается
использованием тарированного оборудования и приборов,
стандартизированных методик их применения, а также согласованностью экспериментальных данных с последующими результатами мониторинга экспериментальных объектов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на семинарах и конференциях 2010-2017 годах:
на VIII научно-практической конференции "Пути развития науки и образования в проектировании, строительстве и реконструкции зданий и сооружений – 2010 г.";
на Международной научной конференции «Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании», НИУ МГСУ, 16-17 ноября 2016 года.
-научных семинарах кафедры «Инновационные технологии в
строительстве» ГАСИС НИУ ВШЭ, посвященных проблемам строительства в сложных грунтовых условиях и современным методам исследований грунтовых оснований, 2010-2016 гг.
Публикации. Основное содержание выполненных научных
исследований изложено в 12 научных статьях, опубликованных в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованной литературы, имеющего 112 наименования и двух приложений. Общий объем диссертации составляет 184 страницы, в т.ч. 25 рисунков и 25 таблиц.
Основные параметры вибрационных воздействий, влияющие на возведение подземной части зданий
Научных работ, посвященных изучению влияния вибраций на свойства грунтов значительно больше работ, связанных с ударными воздействиями. Как правило, эти работы характеризуют более четкая постановка задачи и соответственно эксперимента, что позволяет дать практические рекомендации [7, 9, 10, 13, 16, 1740, 41, 43, 45-52, 65, 78, 79, 95-100]. Главным образом, исследовалось влияние на свойства грунтов гармонического воздействия вид q(t)= Q0.sint, где Q – амплитуда силы, (рад/с) – круговая частота. Как уже отмечалось выше, влияние вибраций на свойства определяется не только видом и состоянием грунта, но и характеристиками самого воздействия (частотой, амплитудой), а также наличием статической составляющей. Наибольшее количество работ этого направления посвящено исследованию песчаных грунтов при вибрационных (главным образом гармонических) воздействиях.
В экспериментальных работах. Баркана Д. Д [9] оценивалось влияние амплитуды и частоты колебаний на изменение плотности песчаных грунтов. Барканом Д. Д. впервые, было показано, что разрушение структуры и уплотнение песчаных грунтов определяются ускорением, а не амплитудой или частотой. При вибрировании песка с различными амплитудами и частотами уплотнение зависело главным образом от ускорений. В достаточно плотных грунтах после стабилизации осадки фундамента от статической нагрузки динамическая нагрузка практически не вызывает дополнительной осадки. Дополнительные осадки проявляются после достижения определенного динамического давления или ускорения колебаний в слабых водонасыщенных песчаных грунтах – критического динамического давления или критического ускорения колебаний.
Как показал анализ результатов ранее выполненных исследований по многим из вышеперечисленных вопросов, касающихся влияния динамических нагрузок на осадки фундамента, сегодня не существует единого мнения, какой параметр динамического нагружения оказывает преобладающее влияние на дополнительную осадку. Так, в работах в качестве такого, параметра называется ускорение колебаний. В то же время в ряде работ делают вывод о преобладающем влиянии динамического давления. В подтверждение того или иного тезиса были выполнены большое число экспериментов в лотках, а также ряд штампо-вых полевых испытаний.
При исследованиях, проведенных в НИИОСП им. Н.М.Герсеванова была применена экспериментальная установка, которая состояла из фундамента-источника и шести фундаментов-приемников. Основанием фундаментов служили аллювиальные, отложения толщиной до 20 м — мелкозернистые пески, на глубине 12 м, переходящие в среднезернистые. Модуль деформации мелкозернистых песков Е = 23 МПа, плотность = 1,95 т/м3, угол - внутреннего трения = 28—30. Источником вибрации являлся вибратор, установленный на квадратном железобетонном штампе F - 3. Дополнительная статическая нагрузка создавалась подрессоренными железобетонными блоками [100]. Схема с подрессоренными пригрузами приближала условия опытов к натурным, а также позволяла изменять динамическое воздействие на основание независимо от статического. Были проведены четыре опыта на водонасыщенном грунте (продолжительность вибрации в каждом опыте составляла от 40 до 100 ч при разном уровне динамического воздействия) и два аналогичных опыта на грунте естественной влажности. Осадки фундаментов относительно заглубленной ре-перной системы измерялись с точностью до ± 0,01 мм. В процессе опытов периодически производились измерения амплитуд вертикальных колебаний фундаментов.
В НИИОСП им. Н.М. Герсеванова основная серия опытов проводилась на водонасыщенном основании. В этом случае уровень подземных вод поднимался до подошвы фундаментов путем затопления опытного котлована. Аналогичный эксперимент был выполнен при сохранении статического давления на фундаментах, частоте возбуждения 9 Гц и моменте дебалансов вибратора 44 Нм. Результаты этих экспериментов показывают, что на водонасыщенном основании фундаменты, статическое давление под которыми не превышало 0,25 МПа, практически не испытали, дополнительных осадок. В то же время фундамент не понятно откуда взяты эти фундаменты испытывал осадку со скоростью 0,2 - 0,3 мм/сут, а фундамент — осадку со скоростью 0,05 мм/сут. На грунте естественной влажности таких осадок не наблюдалось. Результаты всех опытов показывают, что изменение ускорения колебаний (более чем в 2 раза) не оказывает заметного влияния на осадки фундаментов. Кроме того, при близких ускорениях колебаний фундаментов отмечены разные скорости осадок фундаментов нагруженных различно. Дополнительной осадки при действии динамической нагрузки на малонагруженном фундаменте не наблюдается. И наоборот, при одинаковых статических давлениях большая скорость осадок у фундамента с большим динамическим давлением (или при равных динамических давлениях большая скорость у фундаментов с большим статическим давлением). Кроме описанных опытов были проведены еще два длительных опыта и несколько менее продолжительных при других параметрах динамической нагрузки. Во всех опытах характер осадок фундаментов оставался постоянным. Таким образом, можно констатировать, что давление под подошвой фундамента (статическое -динамическое) оказывает определяющее влияние на осадки фундаментов. Имеющиеся предложения по учету динамических воздействий при расчете осадок можно разбить на две группы [100].
Причиной деформаций и разрушений зданий и сооружений являются неравномерные и большие осадки грунтов основания. Осадки в пределах первой фазы по классификации Герсеванова Н.М., могут возникнуть в неводонасы-щенных песчаных грунтах только при условии, что степень их плотности в условиях естественного залегания ниже максимальной структурной плотности, т.е. Id Id0 , и в толще основания есть зоны, в которых ускорение колебаний превосходит критическое значение ( кр). Последний параметр, по рекомендации Савинова О.А.[88], вычисляется после высушивания образца грунта и уплотнения на вибростоле с ускорением до 2gпри одновременном действии нормального давления 0,04-0,05 МПа. По данным Савинова О.А.[88], максимальная структурная плотность Ido для песков находится в следующих пределах:
- крупнозернистые пески - 0,55 - 0,60;
- среднезернистые - 0,58 - 0,60;
- мелкозернистые - 0,80 - 0;82.
Критическое ускорение колебаний грунта рекомендуется определять по результатам опытов. При отсутствии опытных данных можно принимать для слабых грунтов кр= 15 см/с2, а для плотных кр = 30 см/с2.
На время уплотнения оказывает влияние гранулометрический состав песка – сухие крупнозернистые пески уплотняются быстрее, чем мелкозернистые. Время уплотнения до полной стабилизации определяется, главным образом, интенсивностью воздействия. Например, уплотнение слоя мелкозернистого песка толщиной 16 см при амплитуде колебаний 0,07 мм и частоте 11 Гц, т.е. при амплитуде ускорений 33.4 см/с2 (0,04 g, где g – 980 см/с2 – ускорение свободного падения) продолжалось при работе вибратора 6 суток, при этом полной стабилизации осадки не было. При ускорении 1-3 g основная часть осадки происходила в течение 10-30 минут. В другом опыте на поверхности мелкозернистого песка в баке объемом 1,5 м3устанавливался бетонный штамп размерами в плане 30х50 см. В опытах, проведенных, к штампу прикреплялся вибратор, вызывавший колебания с амплитудой 0,05 мм и частотой 25 гц, что соответствует амплитуде ускорений 123102 см/с2 или 0,26 g. Малозатухающая осадка штампа наблюдалась в течение 10 ч работы вибратора.
По экспериментальным данным Жихович В.В. [43] некоторое влияние на время уплотнения сухих песчаных грунтов оказывает частота колебаний. При одинаковых величинах ускорений колебаний время уплотнения песка увеличивается с уменьшением частоты и соответствующим увеличением амплитуды колебаний. В одном из опытов при изменении частоты колебаний от 450 до 1000 кол/мин время уплотнения слоя песка толщиной 7 см уменьшилось с 30 до 14 мин.
В результате длительного вибрационного воздействия при постоянном ускорении колебаний песок приобретает новую плотность [100].
Значения pst,maxи pd, max (в зависимости от того, какой параметр варьируется) определяются по результатам штамповых испытаний. Методика проведения штамповых испытаний описана в рекомендациях НИИОСП им. Н.М. Герсева-нова и Днепропетровского института инженеров железнодорожного транспорта [100].
Идея снижения расчетного сопротивления грунта при расчете фундаментов, подвергающихся действию статических и динамических нагрузок, была впервые высказана Барканом Д.Д.[9], который ввел коэффициент уменьшения допустимого давления на грунт в зависимости от ускорения колебаний фундамента. Не останавливаясь здесь на достоинствах и недостатках этого и других методов, развивающих данную идею, отмечается, что в действующем нормативном документе содержится выражение, в соответствии с которым среднее статическое давление под подошвой фундамента на естественном основании р для всех типов машин должно удовлетворять условию
Результаты инструментальных исследований уровня вибрации вблизи линий метрополитена
Ниже приводятся результаты обследований зданий, расположенных источников вибрационных воздействий, выполненных мной под руководством Дашевского М.А., Чернова Ю.Т. и Чунюка Д.Ю.
Экспериментальный объект №1. Площадка строительства Соборной мечети расположена по адресу: Выползов пер., д. 7, стр. 1. Обследование преследует цель дать прогноз уровня структурного шума и вибрации в помещениях зданий и определить необходимость устройства виброзащиты для выполнения требований Санитарных Норм РФ СН 2.2.4/2.1.8.566-96 и СН 2.2.4/2.1.8.562 - 96 для общественных зданий.
В состав комплекса Соборной мечети входят подлежащие реконструкции, существующие здания мечети и духовного управления мусульман. Согласно данным ОАО «Метрогипротранс», здание мечети расположено на расстоянии более 30 м в плане от перегонных тоннелей глубокого заложения (глубина по своду - около 35 м) между станциями «Новослободская» - «Проспект Мира» Кольцевой линии Московского метрополитена, а здание Духовного управления расположено на расстоянии 7 м в плане от этих перегонных тоннелей.
Согласно данным инженерно-геологических изысканий, основание под зданиями сложено в основном двумя типами грунта:
- суглинком и супесью (до глубины около 29 м);
- известняком (ниже 29 м).
Ранее проектом предусматривалось устройство свайного фундамента, опирающегося на слой известняка. Высота подвала - около 4,0 м, длина свай -25,0 м. Таким образом, концы свай, опёртые на слой известняка, были расположены всего на 6,0 м выше свода тоннеля.
На площадке также было рассмотрено устройство висячих свай-РИТ, длиной от 9,0 до 16,0 м.
Многочисленными обследованиями в г. Москве установлено, что вибрация верхнего строения пути, возникающая при движении поездов метрополитена, передаётся через грунт на фундамент здания и вызывает в помещениях вибрацию и структурный шум.
Оценка результатов измерений выполнялись по методике ООО «ВИБРОСЕЙСМОЗАЩИТА», приведенной ниже. В качестве исходных данных используются результаты инструментального обследования площадки строительства и измерение уровня вибрации грунта и фундаментной плиты здания, расположенного на площадке строительства. После получения прогнозируемых уровней вибрации и структурного шума в помещениях здания выполняется их сравнение с требованиями Санитарных Норм РФ СН 2.2.4/2.1.8.566-96 «Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий» и СН 2.2.4/2.1.8.562 - 96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки».
Согласно данным изысканий в геологическом отношении, под асфальтобетонным покрытием до глубины 0,9 - 4,4 м от уровня пола верхнего подвала и 0,7 - 3,4 м от уровня пола нижнего подвала, площадка практически повсеместно перекрыта слоем насыпного грунта (t-QIV). В районе скважины № 23 насыпные грунты отсутствуют. Насыпной грунт песчано-глинистого состава, с включениями строительного мусора, слежавшийся, влажный и насыщенный водой. В техническом заключении указано, что толщина насыпных грунтов в местах отсутствия скважин может превышать максимально зафиксированную.
Под насыпными грунтами, а в местах их отсутствия (в районе скважины № 23) – непосредственно под асфальтобетонным покрытием, на глубине 0,9 -4,4 м от уровня пола верхнего подвала 7 - 3,4 м от уровня пола нижнего подвала, на абсолютных высотных отметках порядка 137,10-143,51 м, повсеместно залегают среднечетвертичные моренные отложения (g-QIID), представленные суглинками. Суглинки мягкопластичной и тугопластичной консистенции, опес-чаненные, с включением гравия и щебня известняка до 10%. Преимущественное распространение в толще моренных отложений имеют суглинки тугопла-стичной консистенции, суглинки мягкопластичной консистенции залегают в кровле и подошве толщи в виде прослоев и линз толщиной до 2,3 м.
Толщина моренных отложений составляет порядка 0,6 - 8,0 м. В районе скважины № 10 моренные отложения отсутствуют.
Под моренными отложениями, а в местах их отсутствия (в районе скважины № 10) - непосредственно под насыпными грунтами, на глубине 3,3 - 10,5 м от уровня пола верхнего подвала и 3,6 - 7,8 м от уровня пола нижнего подвала, на абсолютных высотных отметках порядка 132,80 - 140,83 м, залегают среднечетвертичные флювиогляциальные отложения периода между окским и днепровским оледенениями (fg-QIIO-D), представленные песками и супесями.
Преимущественное распространение имеют супеси, пески развиты практически повсеместно и залегают на различных глубинах в виде прослоев и линз толщиной до 7,0 м.
Супеси пластичной консистенции, пылеватые, слюдистые, с прослоями и линзами песка до 10 см. Пески по гранулометрическому составу пылеватые и мелкие. По данным бурения, лабораторных исследований и данным статического зондирования пески средней плотности. По степени водонасыщения пески относятся к насыщенным водой.
Общая толщина флювиогляциальных отложений составляет порядка 6,3-15,4 м.
Измерение вибрации выполнялось с помощью 6-ти канальной системы измерения вибрации «Orchestra» с вибропреобразователями АР98-100-01 (сертификат ФГУ «Ростест-Москва» о калибровке средства измерения № 2373К/441).
Вибропреобразователь АР98-100-01 устанавливается свободно, непосредственно на объект измерения (в данном случае - на грунт и фундаментную плиту здания, расположенного на площадке строительства), и позволяет зарегистрировать ускорения вертикальных или горизонтальных колебаний в пределах 310-3 - 500 м/с2 в диапазоне частот 0,5 - 12000 Гц.
6-ти канальная система измерения вибрации «Orchestra» подключается к персональному компьютеру и позволяет осуществлять запись колебательного процесса на жесткий диск.
В процессе измерений производится спектральный анализ вертикальных и горизонтальных колебаний с помощью системы цифровых фильтров, соответствующих классу 0 по международному стандарту IEC1260 (требования IEC1260 более жесткие, чем требования ГОСТ 17168 - 82). Кроме того, осуществляется запись вертикальных и горизонтальных колебаний, позволяющая при обработке визуально оценить и исключить из рассмотрения случайные удары и др. помехи. Для измерений принимаются следующие параметры: тип осреднения - линейное, время осреднения - 1000 мс.
Направление колебаний при измерении вибрации, вызванной движением поездов метрополитена:
Z - вертикальные колебания грунта или фундаментной плиты;
X - горизонтальные колебания грунта или фундаментной плиты (поперек тоннеля);
Y - горизонтальные колебания грунта или фундаментной плиты (вдоль тоннеля).
В процессе измерений не было зафиксировано колебаний грунта или фундаментной плиты, вызванных движением поездов метрополитена, что объясняется практически полным отражением волн от границы «известняк» - «суглинок».
Обоснование этого явления проиллюстрировано ниже определением доли волнового излучения, проходящего через границу раздела сред известняк -суглинок. Коэффициент отражения для случая падения плоской звуковой волны на границу раздела двух сред равен
Разработка мероприятий по обеспечению качества работ при подготовке и устройстве песчаной подушки
Для обеспечения качества работ при вскрытии котлована согласно СП 45.13330.2012 «Земляные сооружения, основания и фундаменты» (Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87) должны быть предусмотрены следующие мероприятия.
Виды контроля при вскрытии котлована:
- соблюдение необходимых недоборов грунта, недопущение переборов и нарушения структуры грунта основания;
- недопущение нарушения структуры грунта при срезке недоборов, подготовке оснований и укладке конструкций;
- предохранение грунтов оснований от подтапливания подземными и поверхностными водами с размягчением и размывом верхних слоев основания;
- соответствие характеристик вскрытых грунтов основания предусмотренным в проекте;
- достижение достаточного и однородного уплотнения грунтовых подушек;
- достаточность примененных мер по защите грунтов основания от промерзания;
Мероприятия по сохранению природной структуры и свойств грунтов в основании включают:
- защиту котлована от попадания поверхностных вод;
- исключение притока воды в котлован через дно;
- исключение динамических воздействий во время откопки котлованов землеройными машинами с помощью защитного слоя грунта недобора;
- защиту грунта основания от промерзания.
Требования к обеспечению качеству устройства песчаной подушки содержат следующие мероприятия.
1. Устройство грунтовых подушек следует производить с соблюдением следующих требований:
а) грунт для устройства грунтовой подушки должен уплотняться при оптимальной влажности;
б) отсыпку каждого последующего слоя надлежит производить только после проверки качества уплотнения и получения проектной плотности по предыдущему слою.
Полевое оперативное исследование качества уплотнения песка выполняется статическим плотномером СПГ-1М статического действия с силоизмерительным устройством с ценой деления 2кГс. (рисунок 3.2).
СПГ-1М предназначен для ускоренного операционного контроля качества уплотнения грунтов при устройстве искусственных оснований зданий и сооружений. Его допускается применять для зондирования любых грунтов, содержащих не более 15% твердых включений крупностью свыше 2 мм.
При использовании плотномера СПГ-1М для контроля плотности уплотненного искусственного основания, результаты должны быть подтверждены результатами лабораторных исследований.
При исследовании качества устройства песчаной подушки в основании корпуса используется рабочий стержень с усеченным конусом. После определенного количества проходов катка в уплотненном основании делается углубление глубиной 10-12 см и стержень вдавливается в вертикальном положении. После заглубления стержня до указанного места снимается показание. Показания плотномера сравнивается со специальным графиком и устанавливается коэффициент уплотнения песка (рисунки 3.3 и 3.4).
Контроль уплотнения грунта методом динамического зондирования малогабаритным забивным зондом позволяет получить экспресс данные о степени уплотнения грунта непосредственно на площадке строительства.
Выполнение зондирования малогабаритным зондом позволяет контролировать степень уплотнения слоя грунта на глубину до 0,7 м. Это является (помимо получения экспресс данных о степени уплотнения грунта) дополнительным преимуществом, по сравнению с определением плотности методом вырезного кольца.
Суть метода заключается в том, что погружение зонда в грунт производится сбрасыванием груза, который перемещается по направляющей и ударяет о наковальню, коаксиально соединенную со штангой. Длина штанги - 720 мм. Нижний конец штанги соединен с наконечником, выполненном в виде конуса с углом при вершине 60 град. Диаметр наконечника равен 18 мм, диаметр штанги - 10 мм.
Погружение зонда производится при числе ударов в залоге равном 5 и 10. После выполнения определенного залогом числа ударов фиксируется общая глубина погружения и погружение зонда за залог.
Определение плотности сухого грунта и степени его уплотнения осуществляется на основании градуировочных зависимостей, полученных в результате проведения необходимых полевых и лабораторных работ.
Кроме того для контроля качества и установления степени уплотнения песка выполняется комплекс лабораторных работ, который включает:
- определение гранулометрического (зернового) состава песка ситовым методом;
- определение влажности песка;
- определение плотности песка;
- определение плотности сухого грунта для песка;
- определение максимальной плотности и оптимальной влажности песка;
- определение коэффициента уплотнения песка;
Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов грунта – песка производилось в соответствии с ГОСТ 12071-84.
Определение гранулометрического (зернового) состава песчаного грунта ситовым методом выполняется в соответствии с ГОСТ 12536-79. «Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава». Для разделения грунта на фракции применялись сита с размером отверстий 10; 5; 2; 1; 0,5мм.
Просеивание грунта производится без промывки водой. Фракции грунта, задержавшиеся после просеивания на каждом сите и прошедшие в поддон, переносятся в заранее взвешенные стаканчики (бюкса) и взвешиваются.
Контроль качества производства работ по результатам статического зондирования и штамповых исследований уплотненного песчаного основания
Основной целью исследований была оценка качества уплотнения искусственного песчаного основания, определение его деформационных свойств, а также определение полного комплекса физико-механических характеристик грунтов естественного горизонта ниже песчаной подготовки.
Для решения поставленных задач были предусмотрены следующие виды работ:
- статическое зондирование грунтов – 10 т.з.;
- испытания грунтов статическими нагрузками плоским штампом S=3000 см2 - 5 испытаний.
Исследования включают в себя: изучение деформационных свойств и степени уплотнения искусственного песчаного основания методом статического зондирования и плоским штампом S = 3000 см2.
Этот метод включает измерение сопротивления грунта устойчивому и не прерывному проникновению конического пенетрометра, оснащенного внутренними датчиками. Измеряемыми величинами являются глубина проникновения (пенетрации), сопротивление конуса, трение муфты.
Статическое зондирование грунтов проводилось у шурфов специализированной установкой «GeoMil» (производства Netherlands), смонтированной на большегрузном автомобиле КАМАЗ (рис.4.10, 4.11).
Исследования проводятся на глубину до 10 м. В процессе испытаний контролируется степень уплотнения песчаного грунта искусственного основания (фиксация данных производится с интервалом 2 см) и физико-механические характеристики подстилающих грунтов естественного горизонта (фиксация данных производится с интервалом 20 см). Последующий анализ результатов испытаний и сравнение их с данными ранее выполненных инженерно геологических изысканий позволит выявить возможные изменения свойств грунтов в процессе строительства проектируемого комплекса.
В качестве упора, для обеспечения заданного давления под подошвой штампа, был использован строительный экскаватор.
Опыты по испытанию грунтов штампом заключаются в натурном моделировании процесса деформирования объема грунта под нагрузкой, отвечающей нагрузке от будущего сооружения. Штамповые испытания грунтов проводились согласно ГОСТ 20276-99 «Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости» (рис. 4.11).
Испытания проводились из шурфов сечением до 1,5 1,5 м и глубиной 0,30 – 0,40 м. Перед испытанием в шурфе производится зачистка (планировка) поверхности грунта, после чего на дно выработки устанавливается перфорированный жесткий штамп с плоской поверхностью площадью 5000 см2.
Время условной стабилизации деформаций при испытаниях, согласно ГОСТ 20276-99, было, принято 0,5 часа.
За условную стабилизацию принималось приращение осадки штампа, не превышающее 0,1 мм за вышеуказанное время.
Согласно результатам статического зондирования, с поверхности до глубины 0,00 – 0,24 м песчаная подготовка сложена песками рыхлого сложения. Ниже, в диапазоне глубин 0,12 – 0,56 м, при среднем разбросе 0,20 – 0,40 м, залегают уплотненные пески средней плотности. С глубины 0,32 – 0,56 м от уровня дневной поверхности залегают насыпные пески плотного сложения.
В таблице 4.6 представлены диапазоны глубин залегания плотных песков в каждой точке статического зондирования и пределы лобового сопротивления qз характеризующие их степень уплотнения. Для полного понимания таблицы, следует отметить, что согласно МГСН 2.07.01 «Основания, фундаменты и подземные сооружения», при qз 7 МПа пески характеризуются, как плотные.
Как видно из таблицы 4.6 степень уплотнения насыпных песков в основном многократно превышает граничное условие qз = 7 МПа, при котором пески классифицируются из средней плотности в плотные.
Для выявления закономерности распределения песков, различающихся по степени уплотнения с глубиной, были построены инженерно-геологические разрезы с изолиниями показателей лобового сопротивления грунта (по данным статического зондирования), характеризующего степень уплотнения насыпной толщи.
По результатам проведенных испытаний определены следующие деформационные характеристики исследуемых грунтов:
В точке испытаний № 1
Модуль деформации по первичной ветви нагружения Е = 40,4 МПа.
Модуль деформации по вторичной ветви нагружения Ее = 233,8 МПа;
Модуль упругости Еупр = 341,8 МПа.
В точке испытаний № 2
Модуль деформации по первичной ветви нагружения Е = 42,6 МПа;
Модуль деформации по вторичной ветви нагружения Ее = 296,2 МПа;
Модуль упругости Еупр = 423,1 МПа.
В точке испытаний № 3.
Модуль деформации по первичной ветви нагружения Е = 36,8 МПа;
В точке испытаний № 4.
Модуль деформации по первичной ветви нагружения Е = 32,2 МПа;
Модуль деформации по вторичной ветви нагружения Ее = 272,0 МПа;
Модуль упругости Еупр = 370,2 МПа.
В точке испытаний № 5.
Модуль деформации по первичной ветви нагружения Е = 30,7 МПа;
В точке испытаний № 6.
Модуль деформации по первичной ветви нагружения Е = 39,7 МПа;
Модуль деформации по вторичной ветви нагружения Ее = 269,3 МПа;
Модуль упругости Еупр = 317,3 МПа.