Главная Карта сайта Обратная связь Закладки

Кто на сайте?

Сейчас на сайте находятся:
 91 гостей 
Главная Статьи К вопросу обеспечения устойчивости оснований при строительстве зданий и сооружений
Обеспечение устойчивости оснований при строительстве зданий

Широкомасштабное строительство гражданских и промышленных объектов зачастую ведется в сложных геологических и гидрогеологических условиях. Это связано с исчерпанием территорий с естественными ненарушенными массивами горных пород и грунтов, а также изменениями состояния массива и режима грунтовых вод в районах массовой застройки.
Обобщение многолетних обширных исследований сдвижений горных пород при разработке месторождений полезных ископаемых, закономерностей динамики подземных вод, а также анализ разрушений наземных и подземных сооружений, показали определенную связь деформаций и разрушений объектов с устойчивостью массива горных пород.

При строительстве зданий и сооружений наиболее ответственными элементами являются их основания и фундаменты. Часто грунты не могут служить естественным основанием в силу их большой водонасыщенности и структурных особенностей, что может привести к недопустимым деформациям и осадкам сооружений.

Особую опасность представляют случаи, когда при подготовке основания вскрывается горизонт подземных грунтовых вод, способствующий выносу слабого грунта (преимущественно песчаного) из-под основания или фундамента (рис.1).

Схема выноса грунта из-под фундамента Рис. 1. Схема выноса грунта из-под фундамента

Подземные воды (горизонты) приурочены в большей своей части к четвертичным отложениям. Например, на территории Москвы и Московской области четвертичные отложения представлены аллювиальными, моренными и болотно-озерными отложениями мощностью до 20 м. В западной части области превалируют московские и днепровские моренные отложения, состоящие из песков с прослоями гравия и суглинков. В восточной части – озерно-аллювиальные отложения, состоящие в основном из торфа.

Следует отметить, что фактически на всей территории области залегают грунтовые воды на глубине 10-12 м. Водоносный горизонт, имеющий выход на поверхность, обнажения и налегающие на них породы представляют зону сдвижения, в которой происходят вертикальные и горизонтальные подвижки массива пород, вынос обводненного грунта.

Интенсивность выноса грунта зависит от гранулометрического состава и коэффициента фильтрации грунта. Последний определяется как скорость фильтрации объема воды через единицу площади слоя (пласта). Для многих песчано-глинистых грунтов значения этого коэффициента колеблется в пределах одного или нескольких метров в сутки. Но в крупнопесчаных и гравелистых грунтах коэффициент фильтрации достигает величин 100-200 м/сут.[1].

В качестве примера можно привести значения коэффициента фильтрации для наиболее распространенных типов грунтов рассматриваемого региона:

Глины   0,005 м/сут.
Суглинок   0,005 – 0,4
Супесь   0,2 – 0,7
Песок (мелкозернистый)   1,0 – 2,0
Песок (крупнозернистый)   75 – 100
Гравий   150 - 200

В зависимости от состава грунтов могут быть значительными притоки воды в котлованы под фундаменты строящегося здания и сооружения. Расчет водопритоков может быть осуществлен для случая вскрытия безнапорного горизонта и смешанного (безнапорного и частично напорного) (рис.2) [2-3].

В условиях безнапорных вод расчет водопритока определяется по формуле:

(1)

В смешанных условиях объем водопритока определяется по формуле:

(2)

где Q – приток воды в котлован, куб.м/сут.; К – коэффициент фильтрации грунта, м/сут.; Н – мощность безнапорного слоя, м; R – радиус депрессии, м; r0 – приведенный радиус котлована, м; m – мощность напорного слоя, м; S – заглубление дна котлована относительно уровня воды, м.

В случаях больших водопритоков необходимо создавать искусственные основания путем уплотнения или закрепления грунтов механическими и физико-химическими способами.

Для обеспечения устойчивости фундамента при стабилизованной его осадке, как правило, создают жесткий подстилающий слой грунта. Осадку этого слоя можно определить из выражения:

(3)

где U – осадка слоя грунта; α – коэффициент сжимаемости грунта; Р – расчетное давление на грунт; h – мощность слоя грунта; n – коэффициент пористости грунта.

Схема притока воды к котловану в безнапорных водах и в смешанных условиях Рис. 2. Схема притока воды к котловану в безнапорных водах и в смешанных условиях

Следует заметить, что осадки фундаментов поверхностных сооружений, расположенных на слабых грунтах, могут быть определены на основании решения задач общей теории линейно-деформируемых тел. Изменение напряженно-деформированного состояния грунта проявляется в виде вертикальных и горизонтальных сдвижений массива[4].

В результате анализа выполненных исследований установлено, что зону сдвижения представляют водоносный горизонт и вышерасположенные породы. На основании этого появилась возможность определения параметров зоны сдвижения, вызванного обнажением водоносного горизонта и оценки вертикальных и горизонтальных смещений пород до момента строительства сооружения.

На стадии проектирования зданий и сооружений особое внимание должно уделяться предрасчету деформаций в зависимости от движения грунтовых вод, которые оказывают решающее значение в обеспечении устойчивости оснований и фундаментов.

В практике строительства, как правило, расчет вероятной осадки оснований ведется с учетом параметров сжимаемости грунта. При этом в большинстве случаев определяется лишь одна составляющая сдвижений – вертикальная. Однако устойчивость основания и фундаментов во многом определяется величинами горизонтальных сдвижений.

Для исключения деформаций и разрушений фундаментов зданий и сооружений необходимо осуществлять работы по укреплению грунтов в зоне основания. Известны способы поверхностного и глубинного уплотнения глинистых, песчаных, макропористых грунтов с помощью механических устройств.

Широко применяются физико-химические способы укрепления слабых и водонасыщенных грунтов с помощью силикатизации, цементации, битумизации.

При защите от горизонтальных деформаций элементы зданий должны иметь возможность перемещаться в горизонтальной плоскости. Для снижения интенсивности или исключения горизонтальных сдвижений основания эффективно применение шпунтовых ограждений, устройство компенсационных траншей на глубину фундамента здания и др. Следует заметить, что надежность этих средств защиты резко снижается при горизонтальных деформациях поверхности более 6 мм/м.

Для эффективного решения проблемы обеспечения устойчивости оснований и фундаментов при строительстве крупных гражданских и промышленных объектов необходимо создание системы геомеханического мониторинга. Эта система должна включать в себя обследование участка строительства в части геологических и гидрогеологических условий, оценку физико-механических свойств грунтов и их структурно-механических особенностей, наблюдения за сдвижениями массива в зонах предрасчетных деформаций. Особое внимание должно быть уделено оценке водоносных горизонтов, динамике подземных вод.

Информационное обеспечение о геомеханических процессах может осуществляться в режиме непрерывного или дискретно-непрерывного мониторинга. Получаемая в результате мониторинга информация обрабатывается и используется при принятии технических решений.

В настоящее время на горно-нефтяном факультете Московского государственного открытого университета разработана программа проведения исследований по проблеме «Разрушение зданий и сооружений, вызванное сдвижением горных пород», в которую входят гидрогеологические исследования, разработка методик предрасчета сдвижений массива пород, создание системы мониторинга за состоянием объектов.

Актуальность решения этой проблемы обосновывается увеличением случаев деформирования и разрушения строящихся и реконструируемых объектов гражданского и социально-культурного назначения.

 

Литература:

  1. Абрамов С.К. Гидрогеологические расчеты притока воды в котлованы и искусственного понижения уровня грунтовых вод. М., Углетехиздат, 1952.
  2. Ганичев И.А. Устройство искусственных оснований и фундаментов.М., Стройиздат, 1973.
  3. Цытович Н.А. Механика грунтов.М., Стройиздат, 1951.
  4. Под редакцией Смородинова М.И. Справочник. Основания и фундаменты.М., Стройиздат, 1974

Маркшейдерский вестник. 2005. № 3. С. 53-54.

Если понравилась статья и вы хотите

 

Добавлена система комментариев. Вы можете оставлять свои комментарии к статьям. Комментирование доступно без регистрации.


Информация

Система Orphus

Почта (e-mail)

Логин:
?
Пароль:



Присоединяйтесь

MarkscheiderGeo.ru в Google+    MarkscheiderGeo.ru на Facebook

Здравая мысль

Человек и впрямь похож на обезьяну: чем выше он залезает, тем больше он демонстрирует свою задницу.
Фрэнсис Бэкон