CC BY
12Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
УДК 624.15
Н.С. СОКОЛОВ1' 2, канд. техн. наук, директор (forstnpf@mail.ru)
1 ООО НПФ «ФОРСТ» (428000, Россия, Чувашская Республика, г. Чебоксары, ул. Калинина, 109 а) 2 Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова (428015, Россия, Чувашская Республика, г. Чебоксары, Московский пр., 15)
Длительные исследования процессов деформирования оснований фундаментов
при повышенных нагрузках
Безопасность эксплуатации объектов согласно ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения» регламентируются величинами вертикальных осадок и кренов. Рассмотренные в настоящей статье объекты относятся к сооружениям первого класса ответственности. В результате воздействия на их коробчатые фундаменты повышенных нагрузок, достигающих значений средних давлений до Р„ „=680 кПа они получили осадки и крены, превышающие предельно допустимые величины. При этом направление кренов во время возведения объектов меняется от 0 до 360°. Благодаря своевременно принятым техническим и технологическим приемам во время их возведения они эксплуатируются надежно.
Ключевые слова: неравномерная осадка, крен, вертикальные осадки, прогноз деформаций оснований.
Для цитирования: Соколов Н.С. Длительные исследования процессов деформирования оснований фундаментов при повышенных нагрузках // Жилищное строительство. 2018. № 5. С. 3-8.
N.S. SOKOLOV1, 2, Candidate of Sciences (Engineering), Associate Professor, Director (forstnpf@mail.ru, ns_sokolov@mail.ru) 1 OOO NPF «FORST» (109a, Kalinina Street, 428000, Cheboksary, Russian Federation) 2 I.N. Ulianov Chuvash State University (15, Moskovskiy pr., 428015, Cheboksary, Russian Federation)
Long Research in Deformation Processes of Foundation Bases under Increased Loads
Safety of operation of facilities according to GOST 27751-2014 «Reliability of building structures and foundations. The main provisions.» is regulated by the values of vertical settlements and tilts. The objects considered in this article belong to the structures of the first class of responsibility. As a result of the impact of increased loads reaching average pressures up to PIImt=680 kPa on their box-shaped foundations, they received settlements and tilts exceeding the maximum permissible values. In this case, the direction of the tilts during the erection of objects varies from 0 to 360°. Due to timely taking technical and technological methods during their erection, they are operated reliably.
Keywords: uneven settlement, tilt, settlements, forecast of base deformations.
For citation: Sokolov N.S. Long research in deformation processes of foundation bases under increased loads. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2018. No. 5, pp. 3-8. (In Russian).
В настоящей статье рассматриваются основные результаты натурных исследований осадок и кренов промышленных объектов № 1-5.
Инженерно-геологические разрезы и физико-механические характеристики грунтов оснований объектов приведены на рис. 1, 2, (табл. 1 [1]).
Объекты № 1, 2 представляют собой круглые жесткие сооружения высотой 70 м и имеют диаметр 48,8 м. Фундаменты их заложены на глубину 4,2 м от уровня планировки, а среднее давление на основание составляет Рцт, = 680 кПа [2-5].
Для исследования закономерностей деформирования оснований коробчатых фундаментов объектов № 1-5 были организованы высокоточные геодезические наблюдения 2-го класса точности с помощью нивелиров и штриховых инварных реек.
Наблюдения за осадками стенных осадочных марок объекта № 1 начались в апреле 1977 г. после возведения нижней плиты коробчатого фундамента.
5'2018 ^^^^^^^^^^^^^
По результатам измерений вертикальных перемещений осадочных марок объекта № 1 построены графики средней и неравномерной минимальной и максимальной осадок с ростом среднего давления на основание (рис. 1).
Так, средняя осадка фундамента за строительный период с апреля 1977 г. по июль 1984 г. составила 5 = 211,6 мм, а значение неравномерной осадки 5 = 134,7 мм, при этом направление крена а = 350о (рис. 2). С июня 1980 г. по май 1982 г. приращение осадки составило Д5 = 58 мм, достигнув величины Д5 = 111 мм. За этот период значительно возрос крен сооружения в сторону пристроя и достиг 82 мм. При этом вес сооружения составил 70% проектной нагрузки.
Наиболее интенсивно протекала осадка фундамента за период с мая 1982 г. по июль 1983 г. (конец строительства объекта). За это время средняя осадка выросла на Д5 = 99 мм, а неравномерная осадка - на Д5 = 53 мм. После окончания монтажа строительных конструкций и оборудования резко уменьшились скорости осадок и крена.
- 3
Подземное строительство
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
Р.кПа,
КС
МО м д 1
я* м Л6 »7 а м « р1 я и й и 67 М « ¡000 т О? 0Í Ш № Й7 т !б II ¡1 13 и и 16 11 ¡а
ч ^
\ N
\ \
.4 - \ \ \
120 \
\ \ А
!1Й \ • -
180
\
\ 1\ пристрой
Мй Л и
60 41 -1Г, ) Ч 1 ^
ШI
т
Рис. 1. Объект № 1:1 — средняя осадка; 2 —крен; 3 — рост среднего давления на основание
Сектор В
пригр\1
Рис. 2. Объекты № 1, 2: а — схематичный план взаимного расположения фундаментов объектов № 1, 2; б — схемы устройства пригрузов для регулирования кренов
а
Для стабилизации роста неравномерной осадки фундамента объекта № 1 в ноябре-декабре 1983 г. был уложен срочный пригруз весом 5780 кН на консоль фундамента с противоположной стороны от направления крена (рис. 2). Для ускорения процесса стабилизации крена дополнительно уложены регулируемые пригрузы в секторах А и Б по обе стороны от оси 2 весом около 30 тыс. кН. После этих мероприятий рост крена был приостановлен. В стабилизированном состоянии величина неравномерной осадки составила 148 мм, а ее направление а = 348о.
Объект № 2 также построен на естественном основании. Возведение сооружения имеет некоторые особенности по сравнению с объектом № 1. Во-первых, практически за все время строительства объекта № 1 проводилось глубинное водопонижение в котловане блочно-насосной станции (БНС-1). Понижение уровня подземных вод (УПВ) в котловане блочно-насосной станции (БНС-2) началось с 80% проектной нагрузки на фундамент объекта № 2. Во-вторых,
4| -
строительство объекта № 2 велось почти в два раза быстрее по сравнению с объектом № 1.
Высокоточные геодезические наблюдения за осадками стенных осадочных марок начались после бетонирования нижней монолитной железобетонной плиты коробчатого фундамента в конце 1982 г.
На основании исследований результатов осадок и крена фундаментов построены графики средней и неравномерной осадок с ростом среднего давления на основание (рис. 3).
Средняя и неравномерная осадки фундамента объекта № 2 за время строительства составили соответственно 171,3 и 101,8 мм. Средняя осадка в этот период протекала со скоростью 0,164 мм/сут, а скорость неравномерной осадки равнялась 0,1 мм/сут. В период наибольшей интенсивности наращивания нагрузок на основание с сентября 1984 г. по декабрь 1984 г. скорость средней осадки составила 0,12 мм/сут, а интенсивность приложения внешней нагрузки в указанный период составила 55 тыс. кН/мес.
^^^^^^^^^^^^^ |5'2018
Научно-технический и производственный журнал
Рис. 3. Объект № 2:1 — средняя осадка фундамента; 2 — крен; 3 — рост среднего давления под подошвой фундамента Р11т,
Рис. 4. Объект № 1: график нарастания неравномерной осадки (1) с ростом среднего давления (2) на основание
Рис. 5. Объект № 2: график нарастания неравномерной осадки (1) с ростом среднего давления (2) на основание
Скорости протекания средней и неравномерной осадок вили соответственно 0,278 и 0,256 мм/сут, а во время водо-
до и во время водопонижения в котловане БНС-2 суще- понижения эти величины равнялись 0,429 и 0,28 мм/сут.
ственно отличаются между собой. Так, например, скорости Для уменьшения скорости нарастания крена были
средней и неравномерной осадок до водопонижения соста- устроены срочный весом 5800 кН и регулируемый весом
5'2018 5
Подземное строительство
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
Р.кЛв)
№ У -ъ-
Ж /
0 т/ Н2 ЯЗ м м Я7 М « « « м и к 96 97 « 2ЙИ 01 02 03 ы к 06 07 ОЙ « 10 и 12 13 ы п 16 17 >Й
(П
1П
м
—V
пристрой
ш
ж ■И М-16« -М-1
( 7 ИГ г 1 п т. * Ы.7
Г "
ж Л М-П* 4М
№ IX \\ / & чн Ч* и?.- М-10 ¿6
\\ 7 п г- 50 1-31 ж 121 0
да Т
Ч
а-
Ш т 1
Рис. 6. Объект № 3: графики осадок фундамента во времени: 1 — минимальной; 2 — максимальной; 3 — средней; 4 — крена; 5 — роста среднего давления Р1Ы,
Р.кПа
5 >
■V
ГШ и и и? л V ПК Я9 РО « и « « 96 9? м чч 0/ 02 Ы 04 т « и? м 09 10 II 12 и 14 и 16 17 1»
40
60
"Г —*— притрои
РШ т
М-16* МП* М-1
✓
да 4-
т 'г*. )- М-5
/ М-10 М-6
/
V /
400 \ <- / -2
т ш -V -й =4 1 - -V ч +6
ш т ■ч. г
500
&КИ I
Рис. 7. Объект № 4: графики осадок фундамента во времени: 1 — минимальной; 2 — максимальной; 3 — средней; 4 — крена; 5 — роста среднего давления Р1Ы,
51 тыс. кН пригрузы в секторах А и Б (рис. 2), благодаря чему рост крена был приостановлен.
В настоящее время осадки фундаментов объектов № 1, 2 безаварийно эксплуатируются.
Анализируя графики средней и неравномерных осадок на рис. 1 и 3, следует отметить, что на кривых отчетливо выделяются два участка - линейный и нелинейный. Линейный участок переходит в нелинейный при среднем давлении на основание 250-300 кПа. С момента, соответствующего началу нелинейной зависимости графика осадки, нарастание крена тоже приобретает нелинейный характер, т. е. скорости роста крена увеличиваются. Направление крена остается неизменным для обоих объектов (рис. 4, 5).
Объекты № 3-5 сооружены на коробчатых фундаментах с размерами в плане 68,2x68,2 м на искусственном основании из доломитизированного известняка толщиной 4 м.
б| -
Фундаменты объектов заложены на глубину 6,7 м от уровня планировочной отметки. Среднее давление на основание составляет Р11т1 = 520 кПа [6-8].
Наблюдение за осадками 15 стенных осадочных марок начались после бетонирования нижней монолитной плиты фундамента в начале 1981 г.
По результатам длительных геодезических наблюдений за осадками фундаментов построены графики минимальной, средней, максимальной и неравномерной осадок объектов с ростом среднего давления на основание, которые показаны на рис. 6-8. Кроме того, на рис. 9-11 приведены графики изменения величины и направления кренов объектов № 3-5 с ростом среднего давления на основание.
Средняя и неравномерная осадки фундамента объекта № 3 за время строительства с марта 1981 г. по ноябрь 1985 г. составили 280 и 57 мм, конечные стабилизирован-
^^^^^^^^^^^^^ |5'2018
Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
f,Klla
м
т —м-
* к ш я а 4 И » И и а И « » » * « « « ЯЙ * « « « * 1 11 11 п и и « «
s --
46 Л с *
»
1
1 Ч1МЙ
, , * И» щ ФштШ ■Ш
i-16
4
| M-Ii
т
и» \\ / <-в. -J 49, Ни (Н М jtf м-
V !
\ \\ J
м \ 1 f
со ш л ч % / iV= и F+: Ч та Г
s
т ¡00 s
л* we ""Т
Sruu
Рис. 8. Объект № 5: графики изменения осадок фундамента во времени: 1 — минимальной; 2 — максимальной; 3 — средней; 4 — крена; 5 — средней осадки Р11т,
Г
Д1 I А1
Д5 1 1 А5 ■ X
Xjm
окончание строитаьства
Хлм
1 2 3 4 3 6 7 8 9 10
Р. кПа 110 160 200 240 2S0 370 380 460 490 S20
Ш 1 2 3 4 S 6 7 8 9 10 11 13 13 14 15 16
Р, кПа 120 250 270 280 290 310 320 340 340 350 370 400 420 450 500 520
а
в
в
Рис. 9. Объект № 3: а — изменение величины и направления неравномерной осадки; б — схема разбивки фундамента на квадраты; в — таблица роста среднего давления на основание
ные осадки - 390 и 58 мм соответственно. За строительный период произошло 75% средней конечной осадки.
Осадки фундамента объекта № 4 протекают более интенсивно по сравнению с объектом № 1. Средняя и неравномерная осадки за время строительства с февраля 1983 г. по ноябрь 1986 г. составили 400 и 52 мм, а в стабилизированном состоянии - 440 и 54 мм соответственно.
К настоящему времени строительство объекта № 5 завершено. Среднее давление на основание составляет
5'2018 ^^^^^^^^^^^^^
Рис. 10. Объект № 4: а — изменение величины и направления неравномерной осадки; б — схема разбивки фундамента на квадраты; в — таблица роста среднего давления на основание
Р11т1 = 520 кПа. Характерной особенностью деформации основания объекта № 5 является значительная по сравнению с объектами № 3, 4 величина неравномерной осадки, составляющей 75 мм, т. е. крен равен 0,0011.
Для анализа изменения величины и направления крена с ростом среднего давления на основание построены графики, показанные на рис. 9-11. Кривые построены в прямоугольной системе координат с началом, совпадающим с геометрическим центром фундаментной плиты в плане.
- 7
Подземное строительство
цн .1
Научно-технический и производственный журнал
w AI
AS
Где
1
-10 < fl 10 №
Y
■to
■10
>
\ -да
f\
-Й? \
-TO /
-Ml
4 f
4 ■TP
7 ■n
MM 1 2 J 4 3 i 7
P. кПа 200 210 230 230 280 330 380
IJUM
Рис. 11. Объект № 5: а — изменение величины и направления неравномерной осадки; б — схема разбивки фундамента на квадраты; в — таблица роста среднего давления на основание
Цифры на рисунках указывают на циклы наблюдений, соответствующие определенной нагрузке на основание. В каждом цикле наблюдений величина и направление крена определяются радиусом вектором Дh и углом а, отсчитываемым от положительной оси ОУ.
Анализ осадок и кренов объектов № 3-5 (рис. 6-8) показывает, что также на графиках отчетливо выделяются два участка: линейный и нелинейный. Линейный участок переходит в нелинейный при среднем давлении на основание Р = 250-300 кПа. Крен фундаментов появляется еще при небольших нагрузках, и его величина очень незначительна. С момента, соответствующего переходу графика осадок в нелинейный участок, кривая крена тоже меняет линейность, т. е. скорости крена возрастают. С этого же момента меняется направление крена (рис. 9-11) от пристроя в противоположную сторону. Изменение направления крена не наблюдается для фундаментов объектов № 1, 2.
Выводы.
Изменения направления крена объясняются процессом образования уплотненной зоны под подошвой фундамента в основании при среднем давлении Р1Ш = 250-300 кПа. При внешних нагрузках свыше этих давлений существенную роль начинает играть компонента горизонтальных перемещений, увеличивая приращение вертикальных деформаций.
В результате формирования уплотненная зона распирает грунт основания, увеличивая вертикальные и неравномерные деформации фундаментов.
Список литературы
References
1. Соколов Н.С. Прогноз осадок большеразмерных фундаментов при повышенных давлениях на основания // Жилищное строительство. 2018. № 4. С. 3-8.
2. Егоров К.Е., Соколов И.С. Закономерности деформации основания фундаментов, имеющих большую площадь // Сборник трудов Всесоюзного совещания по фундаментостроению «Ускорение научно-технического прогресса в фундаментостроении». М.: Стройиздат,
1987. С. 55.
3. Егоров К.Е., Соколов Н.С. Особенности деформаций оснований фундаментов, имеющих большую площадь // Сборник трудов IV Всесоюзного совещания по фундаментостроению. М.: Стройиздат, 1987. Т. 2. С. 44.
4. Егоров К.Е., Соколов Н.С. Особенности деформаций оснований реакторных отделений АЭС // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1985. № 4. С. 14-17.
5. Соколов Н.С., Ушков С.М. Особенности расчета осадок большеразмерных фундаментов при повышенном давлении на грунты // Материалы научно-технической конференции «Геотехника Поволжья-IV». 4.2. «Основания и фундаменты». Саратов, 1989. С. 34.
6. Соколов Н.С. Совместная работа оснований и фундаментов РО АЭС. Труды НИИОСП им. И.М. Гзрсеванова.
1988. Вып. 87. С. 65.
7. Соколов Н.С. Деформация основания круглого фундамента на конечном сжимаемом слое. Труды НИИОСП им. И.М. Герсеванова. 1987. Вып. 86. С. 56.
8. Соколов Н.С., Ушков С.М. Расчетное сопротивление грунтов в основании большеразмерных фундаментов при повышенном давлении. В кн.: Строительные конструкции. Чебоксары, 1992. С. 66-67.
Sokolov N.S. Forecast of settlement of large-size foundations at high pressures on the base. Zhilishchnoe Stroitefstvo [Housing Construction]. 2018. No. 4, pp. 3-8. (In Russian). Egorov K.E., Sokolov I.S. Patterns of deformation of bases of foundations with a large area. Рарers of The All-Union Conference on foundation engineering «Accelerating scientific and technical progress infoundation engineering». Moscow: Stroiizdat, 1987, pp. 55.
Egorov K.E., Sokolov N.S. Features of deformations of bases of foundations with a large area. Papers of The Fourth All-Union Conference on foundation engineering. Moscow: Stroiizdat, 1987.Vol. 2, pp. 44.
Egorov K.E., Sokolov N.S. Features of the deformations of the bases of reactor departments of Atomic Electric Stations. Osnovaniya, fundamenty I mehanika gruntov. 1985. No. 4, pp. 14-17. (In Russian).
Sokolov N.S., Ushkov S.M. Features of calculating the sediment of large-sized foundations under elevated pressure on soils. Papers of the scientific and technical conference «Geotechnics of the Volga region-IV». 4.2. «Bases and foundations.» Saratov, 1989, pp. 34. Sokolov N.S. Collaboration of the bases and foundations of the Russian NPP. Trudy NIIOSP im. I.M. Gersevanova. 1988, Vol. 87, pp. 65. (In Russian).
Sokolov N.S. Deformation of the base of a circular foundation on a finite compressible layer. Trudy NIIOSP im. I.M. Gersevanova, 1987. Vol. 86, pp. 56. (In Russian). Sokolov N.S., Ushkov S.M. Estimated soil resistance at the base of large-sized foundations at elevated pressure. V kn. Stroitrl'nye constructsii [Building structures]. Cheboksary, 1992, pp. 66-67.
52018
а
в
8
