CC BY
29Анализ геотехнических проблем проектирования и строительства дорог
Оденбах Ирина Александровна,
доцент, кандидат педагогических наук, Оренбургский государственный университет. [email protected]
Таурит Елена Борисовна,
старший преподаватель, университет
Оренбургский государственный
В данной статье анализируются основные геотехнические проблемы проектирования и строительства дорог. Уделяется особое внимание современным стандартам и нормам, которые являются существенным тормозом в строительстве, в том числе на транспорте. Также в статье описывается состояние проектной базы - стандарты (ГОСТ) и нормы (СП), включая транспортное строительство, - неудовлетворительное и требует скорейшего совершенствования. Фактически этим документам более 30 лет, каких-либо новых моделей, технологий, методик, методов исследований и др. там нет, но вместе с тем по факту появилось много - в том числе зарубежных - технологий, оборудования, приборов в геотехнике, особенно на транспорте, которые уже нашли широкое применение в строительстве. Ключевые слова: природное залегание грунта, геотехническая модель, поровое давление, условная стабилизация, консолидация, несущая способность, акустика в геотехнике, прочность, целостность.
Состояние проектной базы - стандарты (ГОСТ) и нормы (СП), включая транспортное строительство, - неудовлетворительное и требует скорейшего совершенствования. ИПТС-«Транспроект» ранее отмечал серьезные недостатки [1-5] стандартов и норм и то, что процесс актуализации и пересмотра стандартов, начиная с 2010 года, практически не внес ничего нового в строительство, а в ряде случаев допущены ошибки [6-11]. Фактически этим документам более 30 лет, каких-либо новых моделей, технологий, методик, методов исследований и др. там нет, но вместе с тем по факту появилось много - в том числе зарубежных - технологий, оборудования, приборов в геотехнике, особенно на транспорте, которые уже нашли широкое применение в строительстве. Современные стандарты и нормы являются существенным тормозом в строительстве, в том числе на транспорте.
Отметим лишь некоторые из них. Терминология. В СП20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия» введен термин коэффициента надежности по нагрузке от собственного веса строительных материалов (металл, бетон, грунт), и это правильно. Наряду с этим используются другие термины в различных нормах и стандартах: коэффициент запаса, условий работы, неоднородности и др. Все приведенные выше термины имеют, по сути, одну и ту же физическую основу, и поэтому следует привести терминологию к единому и четкому пониманию, что существенно облегчит работу проектировщиков и строителей.
Продолжая эту тему, следует отметить, что значение коэффициента надежности для собственного веса грунта в СП 20.13330.2011 является грубой ошибкой [4], которая перекочевала из СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия», а также распространена на другие СП. И это краеугольный камень проектирования и строительства.
Существующая модель основание-фундамент-сооружение не применима к линейным сооружениям, в частности для мостов, поскольку проектировщик имеет дело с большим набором грунтовых условий, геомассивов, оснований и фундаментов.
х
X
о
го А с.
X
го т
о
ю 3
м о
О)
о
CS
fO Ol
О Ш
m
X
3
<
m О X X
Еще один пример. Условная стабилизация, консолидация. Методики для выполнения полевых испытаний, в частности свай, штампов и др. [10, 11] разработаны более 40 лет назад. Они не соответствуют современным требованиям как по точности измерений осадок, деформаций, так и по интервалам во времени. Устройства для создания нагрузки (домкраты), как правило, не имеют ни жесткой, ни тем более гибкой обратной связи. Наконец, измерение порового давления и учет его в проектах. Известна методика измерения порового давления в процессе погружения зонда при статическом зондировании. Нами доказано [3], что в процессе погружения зонда нельзя получить корректные результаты, поскольку гидро- и газодинамика не может описывать стационарные процессы.
Разработана новая геотехническая модель «геомассив-основание-фундамент-сооружение» [3, 12]. Отличие этой модели от рассмотренной выше заключается в том, что она широко охватывает объекты проектирования и строительства. Особенно она эффективна для мостов и других линейных сооружений. Один из главных выводов этой модели: каждая опора больших и средних мостов рассматривается как отдельное сооружение со всеми вытекающими последствиями. Эта модель широко используется в проектных и строительных организациях транспорта.
Предложен реальный коэффициент надежности по нагрузке от собственного веса грунта [4], он должен быть выше приведенного в СП 20.13330.2011, но лучше его дать с определенным интервалом, причем реальный коэффициент надежности для конкретных объектов должен зависеть от инженерно-геологических условий и оценок физических свойств вида грунта. Эффект Кулачкина-Радкевича - поровое давление внутри песчаной насыпи, образованной гидронамывом, оказалось меньше атмосферного! [1, 3] Этот эффект может быть использован при проектировании и строительстве, поскольку он позволяет учесть некоторый запас по надежности при расчете устойчивости насыпей. Эффект был получен при строительстве мостового перехода через Волгу в Саратове у села Присланное. Там же была сделана оценка устойчивости насыпи с учетом порового давления, что позволило повысить эффективность проекта и строительства [3]. Условная стабилизация, консолидация. В ИПТС-«Транспроект» проведены исследования по изучению процессов нагрузка-осадка и осадка-время при испытаниях свай и штампов статической вдавливающей нагрузкой (для оценки частного значения предельного сопротивления под пятой сваи). Установлено, что процесс осадка-время подчиняется экспоненциальному закону [13]. Причем вид и характер экспоненты зависят от параметров нагрузки, вида и
физико-механических характеристик грунта. Все то же самое справедливо и для консолидации. Исследования в полной мере позволили существенно сократить время испытаний, повысить точность оценок процесса стабилизации и наглядно показать параметры стабилизации.
Мало того, методики оценки частного значения предельного сопротивления при испытаниях свай в транспортном строительстве существенно обновлены и скорректированы. Предложена новая классификация грунта недоуплотненный-нормальноуплотненный-переуплотненный грунт [3]. Природное состояние грунта определяется тектоникой, вулканами, ледниками и др. Учет природного и техногенного состояния грунта может существенно помочь в проектировании и строительстве. Понятие переуплотненного грунта и критерии оценки приведены впервые в МГСН 2.07-01. Эта классификация существенно повышает эффективность проектов и строительства. В Российской Федерации (автодорога Шантала-Клавлино) и за рубежом (Израиль) разрабатывали проекты с учетом этой классификации. Одной из самых затратных технологий в геотехнике является производство свайных работ, оценка несущей способности и качества свай. Существующие методы устройства и испытания свай имеют некоторые недостатки [14]. Они требуют больших трудозатрат и времени и поэтому имеют, как правило, min статистику. Кстати сказать, все динамические методы (DLT, SNT, Profound BV и др.) являются по сути развитием формулы Герсеванова, которой около 100 лет. В итоге должен, по нашему мнению, быть феноменологический подход с минимальным набором параметров - удара, сваи, осадки, что практически и есть в формуле Герсеванова. Здесь к месту привести мнение К. Терцаги: «Лучше знать приблизительно о многом, чем точно о локальном».
ИПТС-«Транспроект» уделяет большое внимание методам испытаний и исследованиям качества свай [15], является лидером в акустике свай и др. железобетонных конструкций, при этом поддерживается сотрудничество с ведущими организациями, в том числе с ИПФ (Институт прикладной физики, Нижний Новгород), Profound BV (Голландия), Piletest (Израиль), PDI (США). ИПТС-«Транспроект» использует достижения ведущих фирм в области акустики свай и др. железобетонных конструкций [16] добавив к этому возможности оценки параметров свай и уширений. В дополнение к этому отметим, что ИПТС-«Транспроект» проводит исследования метода оценки несущей способности свай на основе акустики [15], что вполне соответствует мнению К. Терцаги применительно к геотехнике. Наконец, аналого-дискретная модель грунта, не имеющая аналогов [3].
Появление этой модели позволило в полной мере исследовать процессы нагружения фундаментов. Однако на данный момент использование этой модели имеет ряд трудностей. Во-первых, необходимы новые системы измерений (регистрации) с небольшими инерционными параметрами и аналитическими исследованиями о процессе разрушения. Вместе с тем эта модель имеет большое будущее. Аналого-дискретная модель универсальна и имеет хорошие перспективы распространения на другие материалы - металлы, бетоны, полимеры и др. На 6-м международном форуме АРЕБ («Перспективные задачи инженерной науки», Гонконг, 2005) ана-лого-дискретная модель для металла получила широкую поддержку как перспективное направление в исследовании металлов. В 2014 г. на Международной конференции в Москве (Сопсге1е-2014) аналого-дискретная модель бетона [17] с большим интересом обсуждалась на секции фундаментальных исследований. Дискретность допускает нарушение порядка традиционных фаз нагружения материалов - упругость, пластичность, сухое трение, разрушение.
Таким образом, с вышеизложенного материала, может сделать последующие выводы:
1. Стандарты и своды правил по проектированию и строительству, включая транспорт, не удовлетворяют современным требованиям.
2. Необходимо разработать меры и возможности, в короткие сроки включать научно-технические достижения (НТД) в практику проектирования и строительства на транспорте, используя при этом прошлый опыт внедрения НТД в строительстве.
3. Разработать процедуру составления ежегодного перечня НТД для применения их в проектировании и строительстве на транспорте на основе грантов и его публикацию в центральной печати.
Литература
1. Фундаментальные и прикладные проблемы геотехники / Б.И. Кулачкин, А.И. Радкевич, Ю.В. Александровский, Б.С. Остюков. - М.: РАЕН, 1999.
2. Основы строительной экологии / Кулачкин Б.И., Радкевич А.И., Александровский Ю.В., Ос-тюков Б.С. - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2000.
3. Проблемы и перспективы геотехники / Ку-лачкин Б.И., Радкевич А.И., Соколов А.Д. - М.: РАЕН, 2003.
4. О коэффициенте надежности по нагрузке в геотехнике / Кулачкин Б.И., Бохан М.В., Митькин А.А., Пронюк К.И. // Транспортное строительство. - № 4. - 2010.
5. О научных основах строительных норм / Кулачкин Б.И., Радкевич А.И., Александровский
Ю.В., Остюков Б.С. // Механизация строительства. - № 3. - 2003.
6. СП 20.13330.2011 «Нагрузка и воздействия».
7. СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты».
8. СП 35.13330.2011 «Мосты и трубы».
9. СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений».
10. ГОСТ 5686-2012 «Грунты. Методы полевых испытаний сваями».
11. Руководство по методам полевых испытаний несущей способности свай и грунтов. - М.: Минстрой, 1979.
12. Новая механика грунта / Кулачкин Б.И., Радкевич А.И. // Строительная газета. - 2006.
13. Инновации в геотехнике мостов / Кулачкин Б.И., Митькин А.А., Шмидт Д.Д., При- липу-хов А.Н. // Транспортное строительство. - № 10.
- 2015.
14. Manual Profound SIT-series, software version 7.9. June, 2012. С. 140.
15. Акустика в мостостроении. «Дорожная держава» / Б.И. Кулачкин, А.А. Митькин, В.Н. Сомов, Д.Д. Шмидт, 2014.
16. Joram M. Amir, Erez I. Amir, Modulus of Elasticity in Deep Bored Piles. 2004 // www.piletest. com.
17. Кулачкин Б.И., Митькин А.А., Шмидт Д.Д. Аналого-дискретная модель бетона // Concrete and Reinforced-Clance at Future. III Al Russian (II International) Conference and Reinforced Concrete.
- 2014. - C. 106-115.
Analysis of geotechnical problems of design and construction of roads Odenbach I.A., Taurit E.B.
Orenburg state University.
This article analyzes the main geotechnical problems in the design and construction of roads. Special attention is paid to modern standards and norms, which are a significant obstacle in the construction, including transport. It also describes the status of the project base - the standards (State Standard) and norms (Set of rules), including the construction of transport, is unsatisfactory and requires urgent improvement. In fact, these documents more than 30 years, no new models, technologies, methodologies, research methods, etc. there, but in fact there are many - including foreign technologies, equipment, instrumentation in geotechnical engineering, especially in transport, which have already found wide application in construction. Keywords: natural occurrence of soil, geotechnical model, pore pressure, conditional stabilization, consolidation, bearing capacity, acoustics in geotechnical engineering, strength and integrity. References
1. Fundamental and applied problems of geotechnics / B.I.
Kulachkin, A.I. Radkevich, Yu.V. Aleksandrovsky, B.S. Ostyukov. - M .: RANS, 1999.
2. Fundamentals of construction ecology / B. Kulachkin, A. Radkevich, I. Aleksandrovsky, V. Ostyukov, B.S. - Saratov: Publishing House Sarat. University, 2000.
3. Problems and prospects of geotechnics / B. Kulachkin, A.
Radkevich, A., Sokolov A.D. - M .: RANS, 2003.
4. On the load safety factor in geotechnics / B. Kulachkin, M.
Bokhan, A. Mitkin, K. I. Pronyuk. // Transport construction. -№ 4. - 2010.
X X О го А С.
X
го m
о
ю 3
м о
to
5. On the scientific basis of building codes / B. Kulachkin, A.
Radkevich, I. Aleksandrovsky, B. Ostyukov. // Mechanization of construction. - № 3. - 2003.
6. SP 20.13330.2011 "Load and impact."
7. SP 24.13330.2011 "Pile foundations."
8. JV 35.13330.2011 "Bridges and pipes."
9. SP 22.13330.2016 "Foundations of buildings and structures."
10. GOST 5686-2012 "Soils. Methods of field testing piles.
11. Guidance on methods of field testing of the carrying capacity of piles and soils. - M .: Minstroy, 1979.
12. New soil mechanics / B. Kulachkin, A. Radkevich. // Construction newspaper. - 2006.
13. Innovations in geotechnology of bridges / Kulachkin B.I., Mitkin A.A., Schmidt D.D., Prilipukhov A.N. // Transport construction. - № 10. - 2015.
14. Manual Profound SIT-series, software version 7.9. June, 2012. P. 140.
15. Acoustics in bridge construction. "Road Power" / B.I. Kulachkin, A.A. Mitkin, V.N. Somov, D.D. Schmidt, 2014.
16. Joram M. Amir, Erez I. Amir, Modulus of Elasticity in Deep Bored Piles. 2004 // www.piletest. com.
17. Kulachkin B.I., Mitkin A.A., Schmidt D.D. Analog-discrete model of concrete // Concrete and Reinforced-Clance at Future. III Al Russian (II International) Conference and Reinforced Concrete. - 2014. - C. 106-115.
