CC BY
82
Спецвыпуск 1/2009
Беспалова Александра Владимировна аспирант кафедры МГрОиФ Беспалов Алексей Евгеньевич ассистент кафедры МГрОиФ Тер-Мартиросян Завен Григорьевич зав. кафедрой МГрОиФ, профессор, д.т.н., МГСУ, ИЭВПС
МЕТОД РАСЧЕТА ОСНОВАНИЙ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ С БОЛЬШИМ ЧИСЛОМ СВАЙ
На сегодняшний день проектирование объектов строительства при всей сложности формулируемых задач, связанных, в частности, с возведением высотных зданий или иных конструктивно сложных сооружений повышенной ответственности, требует от проектировщика принятия решений, соответствующих современным стандартам качества, безопасности и долговечности. М.И. Горбунову-Посадову принадлежит высказывание: «... Необходимо помнить, что механика грунтов является в первую очередь наукой прикладной, и исследователи должны быть заняты не созданием некоторой чистой науки, а разработкой задач для строительства. Наш долг и наша цель в том, чтобы дать в руки проектировщиков достаточно доступные методы расчета, реально отражающие действительность и дающие эффект надежности и экономии»[1].
В связи с этим в настоящее время актуальной является проблематика разработки новых методик, инстументов проектирования, позволяющих анализировать работу сложных геомеханических систем.
При возведении высотных зданий и сооружений, которые передают значительные нагрузки на грунты основания и конструкции которых являются чувствительными к неравномерным осадкам, часто используются свайные фундаменты большой площади, представляющие собой поле из буронабивных свай, объединенных жестким ростверком, при этом расстояние между сваями не превышает 3-4 диаметра. При расчете подобных фундаментов по II предельному состоянию инженерам-проектировщикам приходится сталкиваться с рядом сложностей. Так, например, для расчета крена требуется учитывать неоднородность напластования грунтового массива, а значит, необходимо с максимальным приближением к реальности смоделировать взаимодействие основания со свайным фундаментом.
В соответствии с МГСН [2] расчеты в сложных случаях (сложная геометрия конструктивного объема здания в плане и по высоте, значительные по величине внецентренные нагрузки, существенная неоднородность строения и свойств грунтов основания и др.) следует выполнять в пространственной постановке, т.е. с использованием программных комплексов, реализующих расчет задач в трехмерной постановке методом конечных элементов.
Однако, на данном этапе развития математического (численного) моделирования, большинство подобных программ несовершенны и имеют ряд ограничений: отношение размера минимального конечного элемента к размеру всей модели, резкое увеличение продолжительности расчета, связанное с обработкой большого числа конечных элементов, что в свою оче-
Спецвыпуск 1/2009
редь вызывает необходимость использования мощных вычислительных машин. Кроме того, необходимо учесть нелинейные свойства деформирования грунтов, слагающих неоднородный массив. Поэтому, расчеты оснований и фундаментов по второму предельному состоянию связаны с определенными допущениями в части выбора расчетных схем основания и расчетных параметров грунтов, зависящих от многочисленных факторов.
В связи со всем вышесказанным нельзя переоценить роль изучения, развития и совершенствования существующих методов количественной оценки взаимодействия группы свай с грунтовым массивом в составе свайного фундамента, с учетом различных факторов (шага, длинны, диаметра свай, величины прикладываемой нагрузки и др.), что в свою очередь позволяет реализовать оптимизацию конструкции фундамента путем управления (регулирования) жесткостью свайно-грунтового массива.
На кафедре МГрОиФ МГСУ был разработан метод приведенного модуля деформации грунто-свайного массива. При расчете с применением данного метода существенно упрощается ввод данных при построении математической модели, а также значительно облегчается процесс анализа результатов расчета взаимодействия свай с грунтом основания методом численного моделирования. Так же была разработана методика определения параметров приведенного модуля деформации грунто-свайного массива, замещающего его жесткостные характеристики. Это научно обоснованный метод количественной оценки взаимодействия группы свай с грунтовым массивом в составе свайного фундамента, необходимый для расчета массивных свайных фундаментных конструкций сложной формы при их взаимодействии с грунтовой средой. Для реализации расчетов при построении геомеханической модели грунто-свайный массив (ГСМ) заменяется линейно-деформируемой средой с приведенным модулем деформации (ПМД). Так как ГСМ представлен в виде массива, обладающего конечной жесткостью, модель в значительной степени приближается к реальным условиям работы свайного фундамента, особенно в случае применения свай большой длины, а так же когда грунтовая толща многослойная.
С учетом гипотезы о совместной работе свай и межсвайного грунта при расстоянии между сваями 2-4ё, ПМД требуется определять, рассматривая НДС фрагмента свайного фундамента с одной сваей. Размеры вырезанного фрагмента должны соответствовать расстоянию между сваями (шаг свай) при квадратном расположении свай в плане (см. рис. 1). Осадка вырезанного фрагмента ростверка с одиночной сваей определяется на основании расчета при условии компрессионного сжатия, позволяющего получить величину совместной деформации сваи и окружающего грунта.
а (кПа) ) ^ | | | | '
Ь=аё
ад
ВЕСТНИК
Спецвыпуск 1/2009
Е
прив Г .
8сР •
Р -(5В + 5с)/2 ф где £ср =--- - среднее значение деформации сжатия, при которой учитывается совместная работа ствола сваи и грунта межсвайного пространства
Разработанный метод моделирования свайных фундаментов обеспечивает достаточную точность получаемых величин деформаций в сравнении с натурными наблюдениями, конечно-элементными и аналитическими методами расчета при значительном упрощении построения КЭ-модели и ускорении процесса вычисления. Он может быть рекомендован для применения в практике строительного проектирования.
Методика определения ПМД для свайных фундаментов применена в МГСУ на кафедре МГрОиФ при расчете конструкции фундаментов зданий для реальных объектов строительства г. Москвы, г. Казани и г. Шатуры.
Список литературы
1. Горбунов-Посадов М.И., Маликова Т.Д., Соломин В.И., Расчет конструкций на упругом основании. М., 1984.
2. МГСН 4.19-2005 «Временные нормы и правила проектирования многофункциональных высотных зданий и зданий-комплексов», - М: 2005.
3. Тер-Мартиросян З.Г., Беспалова А.В., Беспалов А.Е., Применение методики приведенного модуля деформации при расчете массивных свайных ростверков в основании высотных зданий // Труды международной конференции по геотехнике «Развитие городов и геотехническое строительство», Том 3, С-Петербург, 2008. - с. 247-251.
Зерцалов Михаил Григорьевич профессор, д. т. н. Конюхов Дмитрий Сергеевич, профессор, к. т. н.
МГСУ, ИЭВПС, факультет ГСС, кафедра ПОГР
СИСТЕМАТИЗАЦИЯ ПОДХОДОВ К ОСВОЕНИЮ ПОДЗЕМНОГО ПРОСТРАНСТВА КРУПНЫХ И КРУПНЕЙШИХ ГОРОДОВ
Одной из наиболее актуальных проблем современного градостроительства является дефицит городских территорий, присущий в первую очередь, таким мегаполисам как Москва и Санкт-Петербург. Если для большинства российских городов эта проблем решается за счёт увеличения площади городских территорий, то мегаполисы ограничены в этом стремлении существующими и не менее быстро развивающимися пригородами.
Успешное решение проблемы комплексного создания и освоения подземного пространства возможно только на основе системного подхода, позволяющего проектировать не разрозненные и изолированные друг от друга подземные сооружения, а градостроительно увязанную подземную систему, органически вписанную в геоэкологическую среду и связанную с ар-
