CC BY
58
ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ, ПОДЗЕМНЫЕ СООРУЖЕНИЯ
УДК 69.058.8
ВЕШНЯКОВ ВИКТОР АЛЕКСАНДРОВИЧ, v. veshnyakov@bk. ru,
НЕВЗОРОВ АЛЕКСАНДР ЛЕОНИДОВИЧ, докт. техн. наук, профессор, a. l. nevzorov@yandex. ru,
Северный (Арктический) федеральный университет,
163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОЛЕБАНИЙ ГРУНТА ПРИ ЗАБИВКЕ СВАЙ
Приведены результаты натурных измерений параметров колебаний грунта при ударном погружении свай. Получена зависимость вертикальных пиковых скоростей грунта от расстояния.
Ключевые слова: забивка свай, колебания грунта, измерения вибрации.
VESHNYAKOV, VICTOR ALEXANDROVICH, v. veshnyakov@bk. ru
NEVZOROV, ALEXANDER LEONIDOVICH, Dr. of tech. sc., prof.,
a. l. nevzorov@yandex. ru
Northern (Arctic) Federal University,
17 Northern Dvina emb., Arkhangelsk, 163002, Russia
EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS OF GROUND VIBRATION PARAMETERS AT IMPACT PILE DRIVING
Results of natural measurements of ground vibration parameters at impact pile driving are given in the article. Dependence of the ground vertical peak velocities on distance is received.
Keywords: impact pile driving, ground vibration, vibration measurements.
Инженерно-геологические условия г. Архангельска в большинстве случаев обусловливают возведение зданий, сооружений и коммуникаций на свайных фундаментах. Относительно невысокая плотность застройки и наличие соответствующего оборудования у подрядных организаций определяют практически повсеместное применение ударного метода погружения.
Согласно нормам [1, 2], безопасным для существующих зданий считается погружение свай на расстоянии более 25 м. При меньшем расстоянии не-
© В. А. Вешняков, А. Л. Невзоров, 2010
обходимо провести обследование зданий для выявления их конструктивных особенностей и технического состояния, определить допустимое значение вертикальной скорости колебаний. В случае необходимости принимаются меры по снижению влияния забивки свай.
Если в окружающей застройке находятся здания, чувствительные к динамическим воздействиям, например жилые дома со значительным износом, а также здания, имеющие историческую или культурную ценность, производитель работ, как правило, увеличивает указанное расстояние до 50-100 м.
Анализ технических актов, научно-исследовательских отчетов по мониторингу динамических воздействий на строительные конструкции жилых домов при погружении свай, выполненных кафедрой инженерной геологии, оснований и фундаментов АГТУ в 2002-2007 гг., показал, что более чем в половине случаев прогнозируемые по указаниям [2] скорости колебаний существенно превышают фактические значения.
В данной работе приводятся экспериментальные данные по определению параметров колебаний грунта, возникающих при ударном погружении свай, на площадке с характерными для г. Архангельска инженерно-геологическими условиями.
Строительная площадка расположена в центре города на ул. Чумбарова-Лучинского. Напластование грунтов и их свойства приведены в табл. 1.
Таблица 1
Инженерно-геологические условия строительной площадки
£0 Грунт Генезис Мощность слоя, м Плотность, г/см3 Влажность, д. ед. Модуль деформации, МПа Угол внутреннего трения, ° Удельное сцепление, кПа Показатель текучести
і Насыпной грунт 2,7-3,1 - - - - - -
2 Торф PIV 2,4-2,7 0,96 6,11 0,3 - - -
3 Суглинок 0,9-2,1 1,95 0,29 5,6 9 25 0,46
4 Суглинок g 2ііі 2,1-2,5 2,14 0,17 14,0 12 46 0,37
5 Суглинок 0,6-2,0 2,03 0,20 7,0 15 15 0,50
6 Суглинок g1III 0,8-1,3 2,10 0,19 16,8 11 66 0,22
7 Суглинок тш > 5,9 2,07 0,17 27,3 20 70 -0,38
После разработки котлована глубиной 1,7-2,1 м оставшийся слой насыпного грунта мощностью 0,9—1,0 м служил основанием для рельсового пути копровой установки. Промерзание дна котлована не превышало нескольких сантиметров.
Рис. 1. Система координат при измерениях:
1 - акселерометр; 2 - погружаемая свая
Использовались сваи заводского изготовления длиной 11 м, сечением 30x30 см. Их погружение велось штанговым дизель-молотом С-330 с массой ударной части 2,5 т.
Измерения выполнялись трехкомпонентным акселерометром типа СМО-5 фирмы Оига1р с частотным диапазоном от 0 до 100 Гц и пределом измерения ± 1g. Запись данных на флеш-карту производилась регистратором модели ОБК-24 производства ОеоБЮ. В регистраторе используется 24-разрядная технология преобразования сигнала, дающая 224 уровней квантования. При соответствующих уровнях усиления фиксируются
_о
изменения ускорения до 10 g.
Система координат измерений приведена на рис. 1. Для получения зависимости параметров колебаний от расстояния датчик устанавливался на различном удалении от погружаемой сваи на поверхность грунта и на голову ранее погруженных свай. Заметим, что отметка верха свай превышала отметку дна котлована на 0,25-0,55 м.
Применявшееся сейсмическое оборудование позволяло вести мониторинг всего процесса погружения сваи, а прикладные компьютерные программы -осуществить анализ измерений.
В первые 4 м погружения, когда свая проходила слабые грунты, выполнялись одиночные удары, что связано с установкой вертикальности сваи и большими значениями отказов. При достижении острием сваи ледниковых отложений работа дизель-молота становилась устойчивой. Для погружения сваи на проектную глубину в морской суглинок (ИГЭ-7) дизель-молот совершал, как правило, более 400 ударов (рис. 2, а). По мере погружения сваи значения отказов уменьшались и возрастала высота падения молота, о чем свидетельствует увеличение времени между ударами А?уд (рис. 2, б). На последний метр погружения, когда острие сваи находилось в ИГЭ-7, приходилось 2/3 всех ударов, а отказ от одного удара снижался до 0,7-3,0 мм.
Согласно [3], основным параметром, используемым для оценки динамического воздействия на здания, является пиковое значение скорости колебаний Уреак. С помощью прикладной программы ОеоЭЛБ выполнялась обработка измеряемых параметров ускорений. Интегрированием получены значения скоростей, определены их пиковые значения по трем осям при разной глубине погружения свай (рис. 2, в).
На любом расстоянии от погружаемой сваи, при размещении датчика на поверхности грунта или на ранее погруженной свае, пиковые значения скорости увеличиваются с глубиной погружения. При достижении концом забиваемой сваи твердого морского суглинка (ИГЭ-7) происходит резкое снижение отказа и увеличение значений Уреаи (рис. 3).
Рис. 2. Результаты измерений колебаний грунта при расположении датчика на его поверхности на расстоянии 29,1 м от источника: а - число ударов; б - время между ударами; в - пиковые значения скоростей по трем осям
Экспериментальные исследования параметров колебаний грунта 169
1 реакг см/с
0.8
0.6
0.4
0.2
0 5 10 15 20 25 г.м
Рис. 3. Зависимость средних значений вертикальных пиковых скоростей от расстояния (пояснения в табл. 2)
Анализ показал, что вертикальные Уреак, г ранее забитых свай меньше, чем поверхности грунта. Видимо, это связано с тем, что значительная часть энергии переносится рэлеевскими волнами, а ранее погруженные сваи испытывают меньшие воздействия, т. к. они менее податливы из-за сил трения грунта по боковой поверхности сваи и анкеровки сваи в твердом суглинке. При достижении сваей проектных отметок ранее погруженные в ИГЭ-7 и находящиеся на расстоянии от нее не более чем на 10-12 м сваи будут испытывать Уреак, г не меньше, чем поверхность грунта. В этом случае слой твердого морского суглинка является «волноводом» энергии удара по близкорасположенным сваям.
Среднее значение вертикальных пиковых скоростей (см/с) можно определить по следующей зависимости:
Уреак,; = , (1)
где к , 5 - параметры, зависящие от места размещения датчика и слоя, в котором расположено острие погружаемой сваи (табл. 2); г - расстояние, м.
Таблица 2
Параметры к и 5
Номер графика (рис. 3) Значения параметров Коэффициент детерминации Я2 Размещение датчика Положение нижнего конца сваи
к 5
1 1,10 1,03 0,85 На свае ИГЭ-6
2 1,01 0,81 0,91 На грунте ИГЭ-6
3 5,64 1,37 0,94 На свае ИГЭ-7
4 2,28 0,91 0,97 На грунте ИГЭ-7
Заметим, что при прогнозировании параметров колебаний по [2] расчет ведут для наиболее прочного слоя грунта толщиной не менее 0,5 м, зале-
гающего на глубине 6-8 м от дневной поверхности или дна котлована. В нашем случае это ИГЭ-4. Прогнозируя уровень колебаний грунта с коэффициентом затухания 0,04, получаем зависимость 2 на рис. 4, которая для рассматриваемых расстояний расположена существенно выше зависимости 1, соответствующей экспериментальным данным. Прогноз скорости колебаний по [2] с учетом свойств наиболее прочного слоя данной строительной площадки (ИГЭ-7) также дает завышенный результат, но оказывается более близким к натурному по затуханию величины Vpeak, z с расстоянием.
1 peak :, см/с
1.2
1.0 0,8 0.6
0.4 0,2
0 5 10 15 20 25 г.м
Рис. 4. Зависимость значений пиковых вертикальных скоростей грунта от расстояния:
1 - экспериментальная зависимость при погружении свай в ИГЭ-7; 2, 3 - расчетные зависимости по [2] с учетом свойств ИГЭ-4 и ИГЭ-7 соответственно
Приведенными в табл. 2 значениями параметров можно пользоваться для оценки уровня динамического воздействия на строительных площадках с аналогичными инженерно-геологическими условиями при использовании дизель-молота С-330 (частный случай ИГЭ). Эффект влияния нагрузки на колебания ранее забитых свай может оцениваться численным моделированием, например, с помощью прикладной программы Dynamics расчетного комплекса Plaxis. Возможность ее использования для прогноза колебаний зданий показана в работе [4].
Библиографический список
1. Проектирование и устройство свайных фундаментов. Design and construction of pile foundations : СП 50-102-2003. - СПб. : ДЕАН, 2004. - 192 с.
2. ВСН 490-87. Проектирование и устройство свайных фундаментов и шпунтовых ограждений в условиях реконструкции промышленных предприятий и городской застройки. -Взамен ВСН 358-7б; введ. 1987-07-01. - М. : Минмонтажспецстрой СССР, 1988. - 27 с.
3. ГОСТР 52892-2007. Вибрация и удар. Вибрация зданий. Измерение вибрации и оценка ее воздействия на конструкцию. - Введ. с 2008-10-01. - М. : Стандартинформ, 2008. - 15 с.
4. Вешняков, В.А. Прогнозирование колебаний фундаментов деревянных зданий при производстве сваебойных работ / В. А. Вешняков, А. Л. Невзоров // Городское строительство на слабых грунтах: матер. междунар. науч.-практич. конф.: Вестн. АГТУ. - Архангельск : АГТУ, 2007. - Вып. 69. - С. 37-40.
