CC BY
49
СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ И МАТЕРИАЛЫ
УДК 624. 131. 35
B.А. Бабелло, к. техн. н., доцент, чл. - кор. МАНЭБ, ЧитГУ
Научные интересы: геомеханика проектирования и обследования инженерных сооружений
C.В. Смолич, к. техн. н., доцент, декан геологического
факультета ЧитГУ
Научные интересы: геометрия недр, рудничная геологии, морозное пучение грунтов, сдвижение горных пород, оценка проектных решений, математическое моделирование физических процессов и горной промышленности
М.В. Романова, стажер-исследователь, специалист в области инженерной геологии, ЧитГУ
Научные интересы: изучение механических свойств грунтов и горных пород, область прогнозирования свойств грунтов и методы их исследования
В статье рассмотрены проблемы безопасной эксплуатации зданий и сооружений. Отражена необходимость обеспечения надежности основания и сооружения в целом. Показаны неблагоприятные последствия, которые могут возникнуть в результате разрушения или чрезмерных деформаций основания, и необходимость учета этого явления в расчетах инженерных сооружений.
Проведены исследования в области определения механических свойств грунтов.
Предложено руководство для составления региональных таблиц нормативных и расчетных показателей свойств грунтов г. Чита. Предложена методика оценки вычисления надежного основания ■
TO QUESTION ABOUT RELIABILITY OF THE BASES OF THE BUILDINGS CHITA
In article are considered problems to safe usage of the buildings and buildings. Reflected need of the provision to reliability of the basis and buildings as a whole. They Are Shown disadvantage consequences, which can appear as a result of destructions or overweening deforming the basis, and need of the account of this phenomena in calculation of the engineering buildings.
The Organized studies in the field of determinations mechanical characteristic soil.
К ВОПРОСУ О НАДЕЖНОСТИ ОСНОВАНИИ СООРУЖЕНИЙ г. ЧИТА
Offered manuain of the sheduling the regional tables normative and accounting factors characteristic soil Chita. The Offered methods of the estimation of the calculation of the reliable basis ■
* * *
В решении проблемы безопасной эксплуатации зданий и сооружений обеспечение надежности грунтового основания играет существенную роль.
На работу и эксплуатацию сооружений огромное влияние оказывают природно-климатические условия и воздействия внешней среды. В первую очередь это относится к грунтовым основаниям сооружений, так как они являются одним из наиболее ответственных элементов системы основание -фундамент - сооружение. Разрушение или чрезмерные деформации основания часто приводят к выходу из строя всего инженерного сооружения. Известно, что грунты представляют собой сложные многофазные дисперсные системы, поэтому общеизвестны трудности, связанные с созданием моделей, достаточно точно описывающих их напряженно-деформированное состояние и пригодных для практических инженерных расчетов. Неоднородность грунтов и подверженность их постоянному влиянию различных факторов чрезвычайно осложняют задачу надежного определения и прогноза изменения свойств грунтовых оснований. Однако именно изменчивость свойств грунтов должна рассматриваться не как препятствие, а как одна из главных физических предпосылок к применению теории надежности оснований сооружений на вероятностно-статистической основе.
Вопросы надежности проектирования оснований зданий и сооружений не так часто поднимаются в литературе. Однако практика проведения изысканий
под строительство различных объектов и исследования в области определения механических свойств грунтов показывают, что в ряде случаев наблюдаются значительные отклонения между значениями механических свойств грунтов, полученных по результатам натурных испытаний, лабораторных опытов и значений, рекомендуемых СНиП. Вследствие чего было разработано руководство для составления региональных таблиц нормативных и расчетных показателей свойств грунтов [2]. Попытка авторов составить подобные таблицы для наиболее характерных грунтов г. Чита позволила сделать некоторые интересные выводы.
Сравнение значений механических свойств грунтов, полученных при натурных испытаниях и в результате лабораторных опытов, показали, что по всем параметрам наблюдается значительный разброс (табл. 1).
Коэффициенты вариации изменяются 7,4 %...104,8 %. Причем разброс полученных значений по результатам полевых (натурных) испытаний выше, чем значений, полученных по данным лабораторных опытов. Данный факт объясняется тем, что в натурные испытания вовлекаются массы грунта большего объема и на значение определяемого показателя начинают влиять макронеоднородности грунта, которые не могут быть выявлены в результате проведения лабораторных опытов. Наблюдается значительное отклонение определенных региональных значений механических свойств грунтов и от значений, рекомендуемых СНиП [3]. Напри-
мер, абсолютно большая часть грунтов г. Чита имеют твердую консистенцию, для которых значения в СНиП вообще не приводятся. Поэтому вопрос определения надежности проектирования оснований под здания и сооружения остается открытым.
Так как механические свойства грунта являются результатом обычных измерений, для анализа надежности полученных значений справедливо воспользоваться теорией ошибок измерений [1]. Основным расчетным показателем при проектировании оснований является осадка фундамента, которая согласно СНиП вычисляется по формуле метода послойного суммирования:
(1)
2=1
где Б - конечная осадка фундамента, см;
в - корректирующий коэффициент, отн. ед.;
Р; - среднее дополнительное давление в 1-м расчетном слое грунта, кгс/см2;
И; - толщина 1-го расчетного слоя грунта, см;
Е; - модуль деформации 1-го слоя грунта, кгс/см2;
1 = 1,2,...,п - порядковый номер расчетного слоя грунта.
Таблица 1
Сравнительные характеристики прочностных и деформационных свойств грунтов
Наименование показателя Полевые испытания Лабораторные опыты Полев. К = Лабор.
Среднее Стандарт Коэф. вариации, % Среднее Стандарт Коэф. вариации, %
Песок средней крупности
Модуль деф., кгс/см2 261,7 110,8 42,4 228,4 76,1 33,3 1,146
Коэф. сцепл., кгс/см2 0,156 0,156 100,0 0,214 0,143 66,9 0,729
Угол вн. трен., градусы 32,4 7,86 24,2 30,9 4,34 14,0 1,048
Пески пылеватые и мелкие
Модуль деф., кгс/см2 243,1 90,6 37,3 218,8 80,4 36,8 1,111
Коэф. сцепл., кгс/см2 0,096 0,101 104,8 0,099 0,102 103,6 1,058
Угол вн. трен., градусы 33,1 2,42 7,3 31,3 2,42 7,7 0,970
Супесь и суглинки
Модуль деф., кгс/см2 268,6 129,5 48,2 190,5 64,7 34,0 1,410
Коэф. сцепл., кгс/см2 0,299 0,112 37,4 0,294 0,091 30,8 1,020
Угол вн. трен., градусы 29,6 10,10 34,1 27,9 6,06 21,7 1,061
Продифференцировав упомянутую формулу в соответствии с правилами теории погрешностей измерений, можно получить выражение для вычисления погрешности осадки фундамента для т слоев грунта:
££■ =
установленный предел:
=5?
У=1
Е
■/Р+
Е
■&+
2
Е
■ Е
,(2)
где ДБ - погрешность определения конечной осадки фундамента, см;
в - корректирующий коэффициент, отн. ед.;
Р] - среднее дополнительное давление в ]-м слое грунта, кгс/см2;
И] - толщина ]-го слоя грунта, см;
Е] - модуль деформации ]-го слоя грунта, кгс/см2;
ДР - погрешность определения давления, кгс/см2;
ДН - погрешность определения толщины слоя грунта, см;
ДЕ - погрешность определения модуля деформации в слое грунта, кгс/см2;
] = 1,2,...,ш - порядковый номер слоя грунта.
Зная значение погрешности осадки фундамента, и полагая, что распределение вероятностей погрешностей подчиняется нормальному закону, можно в соответствии с положениями теории вероятности определить вероятность выхода полученных расчетных осадок за
ред) = ФИ-ф
/с
(3)
где Р(8>8пред.) - вероятность превышения расчетной осадки заданного предела;
Б - конечная осадка фундамента,
см;
БПред. - предельная осадка фундамента, см;
Ф - функция Лапласа;
ДБ - погрешность определения конечной осадки фундамента, см;
Предлагаемый метод вычисления надежности основания прост по своей сути, не требует определения большого числа дополнительных параметров. Он позволяет провести анализ влияния того или иного параметра на результаты расчета осадки и внести коррективы в точность их определения.
Например, анализ формул (2) и (3) для данных г. Чита показал, что основную погрешность в расчет осадок вносит погрешность определения значения модуля деформации грунта, так как коэффициент вариации при его определении достигает 48,2 % для супеси и суглинков (табл. 1). При этом, если его значение высоко, вероятность ошибиться при определении расчетных осадок мала. А если значение низко, вероятность ошибки резко возрастает и следует проводить дополнительные опыты для снижения погрешности его определения (рис. 1).
Рис. 1. Вероятность ошибки в расчетах осадки фундамента в зависимости от значения модуля деформации определенного по натурным испытаниям
(Один из вариантов расчета для суглинков г. Чита при коэффициенте вариации для модуля деформации, равном 48,2 %)
Особое значение предлагаемая методика оценки надежности оснований приобретает для районов с термодинамически неустойчивыми высокотемпературными многолетнемерзлыми породами (Забайкалья). Это связано с активностью и развитием посткриогенных геологических процессов и возможной трансформацией механических свойств грунтов в виду потепления климата и увеличивающейся техногенной нагрузки на грунтовое основание. Все эти причины приводят к деформациям и уменьшению надежности функционирующих инженерных сооружений. Это, в свою очередь, становится причиной геотехнического риска, связанного с деформированием оснований и фунда-
ментов зданий и сооружений, в том числе и коммуникаций.
Анализируя общую обстановку, сложившуюся в настоящее время в г. Чита, следует признать, что к постановке и повышению информативности инженерно-геологических и инженерноэкологических изысканий уделяется недостаточное внимание. Специалисты проектных и строительных организаций, инвесторы-застройщики явно недооценивают роль упомянутых изысканий. Например, происходит частая замена реальных разведочных выработок архивными данными, назначение физико-механических характеристик грунтов по таблицам СНиП и косвенным данным и т. п.
Все это негативно влияет не только на достоверную оценку надежности оснований сооружений, но и на возможность проведения мониторинга грунтов, находящихся в зоне влияния сооружений.
Нам представляется, что в рассматриваемой ситуации применение предлагаемой методики оценки надежности основания позволит изыскателям и проектировщикам избежать грубых ошибок при проектировании инженерных сооружений, а также снизить геотехнический риск, связанный со строительным освоением территорий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Папазов М.Г., Могильный С.Г. Теория ошибок и способ наименьших квадратов. -М.: Недра, 1968. - 304 с.
2. Руководство по составлению региональных таблиц нормативных и расчетных показателей свойств грунтов / ПНИИИС Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1981. -55 с.
3. СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и
сооружений». Госстрой СССР. - М.:
Стройиздат, 1983.
