Инженерная геология для строительства и реконструкции объектов
Инженерно-геологические изыскания - качество, надежность, опыт
Тел. : +7-495-772-51-15
+7-925-772-51-15

Геология для высотного строительства

Механика грунтов - прикладная наука, количественно оценивающая НДС (то есть напряженно-деформированное состояние) массивов грунтов, являющихся основанием-средой различных инженерных сооружений. Взаимодействие сооружений с грунтовым массивом определяется весьма сложным характером, который изменяется во времени и в пространстве. Точность и достоверность количественной оценки этих взаимодействий во многом определяют эксплуатационную безопасность строящихся сооружений на обозначенный проектной документацией отрезок времени.

Весь мировой опыт возведения и эксплуатации крупных сооружений и высотных зданий подтверждает, что нередко аварии и негативные явления связаны с недостаточно полной изученностью геологических условий и ошибочным или неточным прогнозированием геомеханических процессов, имеющих место в грунтовых массивах. Следовательно, можно утверждать, что основной и наиболее актуальной проблемой при разработке проектных решений конструкций фундаментов высотных и тяжелых зданий и сооружений является обеспечение геотехнической и геомеханической безопасности. Вот почему нормативные документы жестко ограничивают допустимые пределы осадок и кренов фундаментов подобных сооружений.

Количественное прогнозирование осадок и кренов высотных зданий и сооружений возможно только на основе полноценных инженерно-геологических изысканий с использованием методов теоретической и прикладной геомеханики. Прогноз предусматривает:

- обеспечение выполнения инженерно-геологических изысканий, объем и содержание которых будут соответствовать данной повышенной категории ответственности проектируемых объектов;
- выбор расчетной геомеханической модели основания и механической модели грунтов основания в соответствии с инженерно-геологическими условиями строительной площадки, конструктивными особенностями фундаментов, а также физическим состоянием (соотношением "плотность-влажность") и составом грунтов основания;
- правильное определение параметров деформируемости и прочности грунтов основания с учетом исходного НДС грунтов оснований, масштабов проектируемого сооружения (т.е. большей глубины зоны деформирования основания), закономерностей формирования и трансформации НДС в процессе выемки грунта из котлована и последующего устройства подземной части сооружения;
- грамотное использование современных методов численного моделирования (расчета) НДС грунтов основания, позволяющих учитывать физическую и геометрическую нелинейность деформирования грунтов, поэтапность строительства нулевого цикла, жесткость подземной части конструкций сооружений и др.

Очевидно, что стопроцентного выполнения перечисленных выше условий удается достигнуть далеко не всегда. Следовательно, возможны и расхождения между прогнозируемыми и фактическими значениями осадок и кренов сооружений в целом, а также контактными напряжениями и деформациями под подошвой плиты, усилиями в конструкциях несущего каркаса подземной части здания и др. Положение настолько серьезно, что в проектах, например, фундаментных плит предусматриваются инженерные мероприятия по адресной корректировке жесткости основания с тем, чтобы гарантировать ее обеспечение на всех этапах строительства сооружения, при сдаче его в эксплуатацию и в эксплуатационный период. Инженерные методы используются и для того, чтобы сблизить прогнозные и фактические значения деформаций, наблюдаемые в процессе строительства и эксплуатации зданий.

Несовладение прогнозируемых и фактических осадок и кренов для сооружений рассматриваемого масштаба в мировой практике высотного строительства явление достаточно характерное. Оно обусловлено следующими обстоятельствами:

- увеличением площади контакта сооружения с основанием и, вследствие этого, значительным возрастанием объема грунтов, взаимодействующего с сооружением;
- относительным увеличением роли природных (начальных) напряжений в грунтовом массиве, величины которых оказываются сопоставимыми с напряжениями, обусловленными внешним инженерным воздействием;
- возрастанием передаваемых на грунты основания контактных и суммарных напряжений в пределах активной зоны деформации;
- увеличением количества факторов, оказывающих существенное влияние на взаимодействие системы "основание - подземная часть сооружения".
- усложнением технологии производства работ нулевого цикла, что связано с использованием глубоких котлованов и сложных схем крепления откосов, с проходкой закрытых или открытых выработок, возникновением проблем, связанных с водопонижением, ускорением консолидации и преобразованием механических свойств грунтов, с внедрением новых схем и методов производства земляных работ.

Нужно подчеркнуть, что достоверность прогноза НДС системы "основание-сооружение" определяется, в первую очередь, степенью совершенства выбора геомеханической модели основания и описания механических свойств грунтов, а также правильностью формулировки начальных и краевых условий рассматриваемого массива. Для определения НДС системы "основание-сооружение" важную роль имеет процедура численной реализации краевых задач.

Исключительно сложная физическая природа грунта, реально дискретного, многофазного, с выраженными реологическими свойствами, к сожалению, определяет тот факт, что даже в наиболее совершенной постановке, с использованием последних достижений теории механики грунтов, не удается достаточно точно описать его механическое поведение в условиях пространственного НДС при существующем разнообразии начальных условий и сопутствующем изменении характеристик физического состояния грунта. Поэтому в общем случае и не представляется возможным оценить соответствие между результатами расчета (прогноза) НДС системы "основание-сооружение" и данными непосредственных наблюдений. Для сооружений массового строительства подобная работа выполнена и представлена в ГОСТах,СНиПах и СП в виде соответствующих рекомендаций, например, ограничения мощности сжимаемой толщи, чем гарантируется достаточная близость прогнозных и фактических данных.

В случае сооружений, заглубленных на 8-15 м и более, с площадью опирания свыше 50 х 50 м, с контактными напряжениями по подошве фундаментных плит, превышающими 800 кН/м2, подобного опыта строительства и достоверных результатов его обобщения в настоящее время не существует. Более того, учитывая индивидуальность проекта каждого из подобных сооружений, трудно ожидать в ближайшее время разработки некоторых упрощенных схем расчета с поправочными коэффициентами, гарантирующими сближение результатов прогнозов и наблюдений на строительных площадках.

Таким образом, в современной геомеханике можно констатировать наличие как минимум несоответствия, если не противоречия. С одной стороны, в сфере обоснования проектных решений сооружений повышенной ответственности имеются большие возможности численного расчета с использованием упругой и упруго-пластической модели. С другой стороны, в совокупности возможностей нет уверенности в близком соответствии прогнозируемых и фактических данных по НДС системы "основание-сооружение".

В каждой конкретной ситуации по инженерно-геологическим условиям, принятым конструктивным решениям надземной конструкции и методам производства работ указанное несоответствие может оказаться различным, и, не исключено, недопустимым. Выходом из этой ситуации является комплексирование нескольких методов математического прогноза НДС системы "основание-сооружение" в сочетании с привлечением для получения и анализа результатов, полученных в различных организациях. Более того, с целью максимального учета погрешностей схематизации необходимо рассматривать несколько вариантов прогноза НДС, отличающихся, как минимум, по следующим позициям:

1) принципам построения, структуре и параметрам геомеханических моделей для определения НДС грунтов основания: ограничения по глубине и по ширине, различные пограничные условия и пр.;
2) по методам получения информации для определения расчетных пара метров ИГЭ основания: это могут быть либо полевые методы определения физико-механических свойств грунтов, либо лабораторные трехосные испытания.

Полевые методы, при всей условности интерпретации полученных данных, имеют те плюсы, что непосредственно отражают фактическое начальное напряженное состояние грунтового массива и, в результате, в меньшей степени искажают природную структуру грунта. Более того, они позволяют наиболее детально учесть природную неоднородность грунтового основания как в плане, так и по глубине. В этом случае уместно выполнение численного расчета в упруго-пластической постановке.

Что касается лабораторных испытаний, то наряду с недостатками (проблема отбора образцов грунта, практически, умозрительные представления о начальном природном НДС основания), они имеют и положительные качества. В частности, позволяют проследить влияния напряженного состояния и траектории нагружения на деформируемость грунтов, а также учесть технологические особенности выполнения земляных и монтажных работ как фактор формирования НДС системы "основание-сооружение". Численный расчет механического поведения грунтов в этом случае предпочтительнее выполнять на основе теории пластичности упрочняющейся.

Нет необходимости подчеркивать, что как полевые, так и лабораторные исследования физико-механических свойств грунтов должны выполняться с использованием современных технических средств (штампы, лопастные и радиальные прессиометры, установки динамического и статического зондирования, стабилометры и приборы истинного трехосного сжатия) по программам, учитывающим особенности инженерно-геологического строения основания, конструкций проектируемых сооружений и производства работ нулевого цикла. Следует исходить из того, что указанные исследования выполняются на самом высоком профессиональном уровне. Ошибки, несовершенство аппаратуры и методики интерпретации экспериментальных данных должны быть сведены к минимуму. В противном случае появляется уверенность в недопустимом расхождении расчетных данных и результатов непосредственных измерений.

Изложенное выше позволяет заключить, что достоверное прогнозирование НДС массивов грунтов, взаимодействующих с подземной частью высотных зданий и сооружений повышенной ответственности, является сложной и комплексной задачей, решение которой возможно лишь при совместной работе инженеров-геологов, геотехников и теоретиков-расчетчиков.

Для этого необходима специализированная организация, располагающая современным геотехническим оборудованием и высококвалифицированными специалистами. Наша компания имеет колоссальный опыт геологических изысканий для высотного строительства, мы имеем честь предложить свои услуги  инвесторам и застройщикам с полной ответственностью.

Высотное строительство

Автор базового материала: З.Тер-Мартиросян

Сегодня: 04.05.2012

Быстрый переход: Главная - Зачем нужны инженерно-геологические изыскания - Геология для высотного строительства

Инженерная геология

Ищете качество, надежность и опыт? Тех, кто не подведет ни в техническом, ни в организационном плане? Считайте, что нашли. Наша компания осуществляет деятельность в области инженерно-геологических изысканий с 1992 года. В штате только аттестованные специалисты с высшим профильным образованием и с серьезным опытом практической работы.

Предлагаем свои услуги юридическим и физическим лицам в Московском и близлежащих регионах. С нами работать удобно. Мы - признанные в инженерной среде профессионалы, которые любят и отлично знают свое дело.