CC BY
14Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
УДК 624.154.5
О.А. МАКОВЕЦКИЙ1, канд. техн. наук; С.С. ЗУЕВ2, зам. ген. директора
1 Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614019, г. Пермь, Комсомольский пр., 29)
2 ОАО «Нью Граунд» (614081, г. Пермь, ул. Кронштадтская, 35)
Опыт проведения полевых испытаний барреты большой длины в условиях плотной городской застройки
Оценка несущей способности сваи аналитическими методами и в дальнейшем проверка этих значений полевыми испытаниями является важным аспектом проектирования свайных фундаментов. В статье приводится опыт организации и проведения полевых испытаний железобетонных баррет с использованием метода волновой теории удара в условиях существующей застройки. Проведена оценка возможности применения этого метода в условиях стесненной строительной площадки. Полученные экспериментальные данные подтверждают обеспеченность несущей способности барреты по грунту с превышением в пределах 5-20% при расчетном уровне вертикальных перемещений. Это показывает хорошую сходимость применяемых при проектировании численных методов моделирования работы длинной барреты в грунте. Испытания баррет проведены без нанесения ущерба их работоспособности. В ходе проведения испытаний подтверждена сплошность и однородность конструкции барреты. Зафиксированные скорости колебаний конструкций окружающей застройки значительно ниже предельно допустимых значений. Колебания материала, вызванные ударом, в большей части распространяются в теле конструкции и резко затухают в грунте за ее пределами.
Ключевые слова: баррета, несущая способность, свайный фундамент, полевые испытания, метод волновой теории удара, плотная городская застройка.
Для цитирования: Маковецкий О.А., Зуев С.С. Опыт проведения полевых испытаний барреты большой длины в условиях плотной городской застройки // Жилищное строительство. 2018. № 9. С. 13-18.
O.A. MAKOVETSKY1, Candidate of Sciences (Engineering); S.S. ZUEV2, Deputy General Director 1 Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky Avenue, Perm, 614019, Russian Federation) 2 JSC "New Ground" (35, Kronshtadtskaya Street, Perm, 614081, Russian Federation)
Experience in Conducting Field Tests of a Barrette of Long Length under Conditions of Dense Urban Development
Evaluation of the bearing capacity of the pile by analytical methods and further verification of these values by field tests is an important aspect of the design of pile foundations. The article presents the experience in organization and conducting field tests of a reinforced concrete barrette with the use of the method of the wave theory of impact under the conditions of the existing development. An assessment of the possibility of using this method under the conditions of the tight construction site is made. The experimental data obtained confirm the providing of bearing capacity of the barrette on the ground with excess within the range of 5-20% at the calculated level of vertical displacements. This shows a good convergence of the numerical methods of modeling of operation of a long barrette in the soil when designing. Tests of barrettes were conducted without damage to their performance. The continuity and homogeneity of the barrette design was confirmed in the course of the test conducting. Fixed speeds of fluctuations of the structures of the surrounding development are substantially below the maximum permissible values. Vibrations of the material caused by the impact, for the most part spread in the body of the structure, and sharply damped in the ground outside its limits.
Keywords: barrette, bearing capacity, pile foundation, field tests, method of wave theory of impact, dense urban development.
For citation: Makovetsky O.A., Zuev S.S. Experience in conducting field tests of a barrette of long length under conditions of dense urban development. Zhil-ishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2018. No. 9, pp. 13-18. (In Russian).
В настоящее время строительство подземных частей зданий в условиях плотной городской застройки ведется методом «1ор-йомп». При выполнении работ этим методом в качестве опор перекрытий подземных этажей используются барреты - глубокие сваи, выполняемые по технологии «стена в грунте» с использованием гидрофрезы или телескопического грейфера. Оценка несущей способности сваи аналитическими методами и в дальнейшем проверка этих значений полевыми испытаниями являются важным аспектом проектирования свайных фундаментов. Известно достаточное количество аналитических методов расчета несущей способности одиночных свай, учитывающих геометрические
9'2018 ^^^^^^^^^^^^^
размеры сваи и физико-механические характеристики грунта. Но зачастую величины, полученные расчетом по этим методам, значительно отличаются от результатов полевых испытаний свай вертикальной нагрузкой. В первую очередь это касается свай большой длины, выполненных в грунте под защитой глинистого раствора. В специальной литературе, посвященной вопросам геотехники, достаточно полно рассматриваются вопросы полевых испытаний свай статическими вдавливающими нагрузками и методом Остербер-га (метод погружного домкрата) [1-9]. Однако выполнение испытаний методом волновой теории удара (метод PDA) представлено не столь обширно [10]. В данной статье авто- 13
Подземное строительство
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
© © <»
Рис. 1. План площадки строительства и испытательные барреты
ры хотели бы поделиться опытом организации и проведения полевых испытаний железобетонных баррет с использованием этого метода в условиях существующей застройки.
Характеристика объекта. Площадка вновь строящегося здания расположена в пределах плотной городской застройки, на месте разобранного жилого дома. В непосредственной близости располагаются существующие жилые здания: восьмиэтажное кирпичное на ленточных буто-бетонных фундаментах на естественном основании 1949 г. постройки и десятиэтажное кирпичное на железобетонной фундаментной плите на естественном основании.
В геологическом строении площадки до изведанной глубины 42 м принимают участие отложения следующих стратиграфических комплексов: с поверхности до глубины 2,15-3,9 м участок покрыт техногенными грунтами. Под насыпью залегает толща флювиогляциальных отложений,
сложенная песками мелкими и средней крупности, с глинистыми прослоями, от рыхлых до плотных, влажных и водонасыщенных. Общая мощность флювиогляциальных отложений составляет 8,6-9,6 м. Ниже на глубине 13-13,6 м залегают коренные верхнеюрские отложения, представленные следующими ярусами: Волжский ярус представлен глинами с прослоями песка, мощность составляет 7-8,7 м; Оксфордский ярус представлен глинами полутвердыми, мощностью 6,8-8,5 м. Под верхнеюрскими отложениями на глубине 28,3-29,7 м залегают верхнекаменноугольные отложения, представленные известняками трещиноватыми, реже щебнем и дресвой известняка. Мощность отложений составляет 3,6-4 м.
Гидрогеологические условия участка характеризуются наличием подземных вод четвертичного и верхнекаменноугольного возраста.
14
92018
Научно-технический и производственный журнал
Баншер вдоль улицы 1-ая Тверская-Ямская
РАЗРЕЗ 1-1
ИГЭ-1 Насыпной грунт
ИГЭ-4, ИГЭ-5 Пески средней крупности, глинистые, рыхлые и средней плотности, от малой степени водонасыщения до насыщенных водой
ИГЭ-2, ИГЭ-3 Пески мелкие, глинистые, средней плотности и плотные, насыщенные водой
ИГЭ-6
Глины с прослоями песка тугопластичные
ИГЭ-7
Суглинки с линзами и прослоями песка тугопла с тичные
ИГЭ-6
Глины с прослоями песка тугопластичные
ИГЭ-8
Глины полутвердые
ИГЭ-11 Известняки доломитизир ованные, трещиноватые, средней прочности
Рис. 2. Разрез подземной части и геологическая колонка
цементация известняка на глубину не менее 1 м от низа барреты
Проектом, разработанным НИИОСП им. Н.М. Герсевано-ва, предусматривается строительство пятиэтажного здания с трехэтажной подземной автостоянкой. Строительство подземной части здания выполняется по технологии «топ-даун». В период разработки котлована перекрытия опираются на промежуточные опоры из стальных двутавров, установленные в барреты сечением 2500x800 мм. Длина барреты
17200 мм. Барреты заглубляются в известняк доломитизиро-ванный трещиноватый средней прочности (ИГЭ-11) (рис. 1, 2).
Для обеспечения надежного контакта пяты барреты с грунтом, а также заполнения возможных дефектов основания под барретами предусматривается цементация известняков на глубину не менее 1 м. Для возможности цементации основания в каркасе барреты предусмотрены металличе-
Подземное строительство
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
Рис. 3. Испытательная установка
ские трубы 0152x4 мм. Общее количество баррет 8 шт. Максимальная расчетная нагрузка на баррету принята 10780 кН. Несущая способность барреты по грунту - 20000 кН, допустимая нагрузка на баррету - 12500 кН.
Согласно требованиям проектной документации необходимо было выполнить полевое определение несущей способности двух выполненных конструкций. Метод проведения испытаний определялся с учетом всех факторов: высокая несущая способность, местоположение площадки строительства и ее стесненность, технологические возможности. Для дальнейшего использования был выбран метод волновой теории удара (метод PDA).
Методика и порядок проведения испытаний. Испытания свай вдавливающей (ударной) нагрузкой основаны на теории распространения упругой волны в одноосном стержне, находящемся в квазиупругой среде, сложенной реальными грунтовыми напластованиями, прорезаемыми испытуемой сваей [11]. Волна инициируется приложением к голове сваи соответствующей вдавливающей (ударной) нагрузки. Сигналы, поступающие от измерительных приборов во время прохождения ударной волны, обрабатываются по специальным программам и представляются на ЭВМ в виде искомой информации о несущей способности сваи. Регистрирующая аппаратура включает датчики: тензометр - измеритель относительных деформаций ствола барреты (Strain Transducer); акселерометр с диапазоном линейной регистрации сигнала 1-7,5 КГц (Piezorezistive Accelerometer) и специализированный компьютер с программным обеспечением фирмы PDI (США). На одну баррету устанавливается две пары датчиков, которые подключаются к регистрирующему компьютеру. Во время испытаний осадка барреты контролируется на основании показаний датчиков-акселерометров.
Испытания баррет ударной нагрузкой состоят из нескольких последовательно выполняемых циклов, каждый из которых включает:
- подъем молота на необходимую высоту; высота подъема молота для каждого удара задается в зависимости от качества получаемых сигналов о прохождении ударной волны по стволу барреты от предыдущего удара;
- сброс молота и передача энергии удара молота на баррету;
- регистрацию величины осадки барреты и сигналов, полученных от измерительных блоков; компьютерную об-
1б| -
Рис. 4. Регистрирующие датчики
работку полученной информации; принятие оперативного решения о высоте подъема молота в очередном цикле.
Во время каждого удара регистрируется информация о сжимающих и растягивающих напряжениях в бетоне барреты, сообщаемой баррете величине энергии удара, сопротивлении грунта погружению, сопротивлении по подошве барреты, максимальном ускорении, структурной целостности тела барреты, осадке барреты. Вся эта информация записывается компьютером, обрабатывается и выдается на дисплей для принятия оперативных решений об энергии удара.
Критерием завершения полевых испытаний является получение качественных и четких сигналов при приложении заданной динамической нагрузки.
Выполнение полевых испытаний. Для испытаний выбраны конструкции, расположенные на осях Б-5 (№ 1) и В-4 (№ 2). Барреты были подготовлены для испытаний: поверхность оголовка барреты была тщательно отшлифована и выровнена по уровню шлифовальной машинкой с алмазным чашеобразным диском. На баррету был установлен молот массой 10 т (рис. 3). Сброс молота осуществлялся краном грузоподъемностью 25 т через специальное гидравлическое сцепное устройство. На расстоянии примерно 2 м от верха барреты были подготовлены две диаметрально расположенные площадки для установки датчиков. Датчики крепились болтами, которые закручивались в специальные стальные дюбели (рис. 4).
На баррету № 1 были выполнены пять ударов, на бар-рету № 2 - четыре. Поскольку испытания проводились в пределах существующей застройки, были проведены замеры уровней вибрации на конструкциях соседних зданий при помощи прибора SVAN 949 (анализатор шума и вибрации). Уровень замеренных скоростей колебаний конструкций на наиболее близко расположенном здании находится в диапазоне 0,017-0,024 см/с, при минимально допустимой величине 0,4 см/с (табл. 7.20 СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты»). Это подтвердило возможность проведения таких испытаний в существующей застройке без каких-либо отрицательных последствий. Кратковременный сильный низкочастотный шум при ударе - единственное отрицательное явление для жильцов.
Анализ полученных данных. Результатами испытаний в цифровом и графическом отображениях являются: несущая способность барреты на сжатие по грунту с распределением по подошве и боковой поверхности; график зависи-
^^^^^^^^^^^^^ |9'2018
Научно-технический и производственный журнал
Нагрузка, кН
2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 22000
200 400 600
3
6
Рис. 5. График осадка — нагрузка
мости «нагрузка - осадка» для верха и подошвы барреты, моделирующий статическое испытание барреты на вдавливание по ГОСТ 5686-2012 «Грунты. Методы полевых испытаний сваями»; характеристики трения слоев грунта по боковой поверхности барреты; качественные характеристики сплошности бетона по длине барреты.
Экспериментальные значения несущей способности барреты по грунту приведены в таблице.
График зависимости осадки верха барреты от нагрузки, моделирующие статические испытания на вдавливание по ГОСТ 5686-2012, приведен на рис. 5. График изменения несущей способности по глубине барреты на каждом метре и с нарастающим итогом, а также характеристики трения боковой поверхности о грунт приведены на рис. 6.
Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что несущая способность барреты по грунту обеспечена с превышением в пределах 5-20% при расчетном уровне вертикальных перемещений. Это показывает хорошую сходимость применяемых при проектировании численных методов моделирования работы длинной барре-ты в грунте.
p\ У 1
1 t i .4
tf $ fti g
V.v
1 M •7
■h
Л-
у -
£
ъ —
i 3,57 1
2 4,18
3 3,97
4 4,04
5 4,411
6 4,96 1
7 4, 8
8 4,56
9 4,54
i0 4,64
ii 5,18
i2 5,89
i3 -- 6,89
Рис. 6. Графики изменения трения по сти по боковой поверхности барреты
0 2 4 6 8 грунту и несущей способно-
Показатель, кН Баррета
№ 1 № 2
Частное значение предельного сопротивления барреты, Fu в том числе по боковой поверхности 21085 6954 24579 8139
Расчетная несущая способность Fi (кН) при у1 = 1 и у8 = 1 210850 245790
Расчетная предельная нагрузка на баррету Fi /ук (кН), при Ук = 1,2 175710 204830
Испытания баррет проведены без нанесения ущерба их работоспособности. В ходе поведения испытаний подтверждена сплошность и однородность конструкции барреты.
Зафиксированные скорости колебаний конструкций окружающей застройки значительно ниже предельно допустимых значений. Колебания материала, вызванные ударом, в большей части распространяются в теле конструкции и резко затухают в грунте за ее пределами.
Опыт проведения полевых испытаний несущей способности длинной массивной железобетонной конструкции (барреты) показывает его возможность для применения в аналогичных грунтовых условиях в пределах существующей городской застройки.
Список литературы
References
Мангушев Р.А. Численные, аналитические и полевые методы оценки несущей способности свай и свай-баррет глубокого заложения в слабых грунтах Санкт-Петербурга. Сб. статей межд. науч.-техн. конференции «Численные методы расчетов в практической геотехнике». СПбГАСУ, 2012. C. 44-52.
Петрухин В.П., Шулятьев О.А., Боков И.А., Шулять-ев С.О. Особенности испытаний свай для высотных зданий на примере башни ОДЦ «ОХТА» // Высотные здания. 2011. № 6. C. 96-99.
Катценбах Р., Шмитт А., Рамм Х. Основные принципы проектирования и мониторинга высотных зданий Франкфурта-на-Майне. Случаи из практики // Реконструкция городов и геотехническое строительство. 2005. № 9. C. 80-99.
Mangushev R.A. Numerical, analytical and field methods of assessment of bearing capacity of piles and piles-Barret of deep laying in weak soils of St. Petersburg. Papers of articles science-technecal conference "Numerical methods of calculations in practical geotechnics". SPBGASU. 2012, pp. 44-52. (In Russian).
Petrukhin V.P., Shulyat'ev O.A., Bokov I.A., Shulyat'ev S.O. A features of piling tests for high-rise buildings on the example of OKHTA tower. Vysotnye zdaniya. 2011. No. 6, pp. 96-99. (In Russian).
Katzenbach R., Schmitt A., Ramm H. Basic principles of design and monitoring of high-rise buildings in Frankfurt am main. Cases from practice. Rekonstruktsiya gorodov i geotekhnicheskoe stroitel'stvo. 2005. No. 9, pp. 80-99. (In Russian).
0
2
4
5
Подземное строительство
Ц M .1
Научно-технический и производственный журнал
4. Шулятьев О.А. Фундаменты высотных зданий // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. 2014. № 4. C. 203-245.
5. Таракановский В.К., Капустян Н.К., Климов А.Н. Опыт мониторинга процессов деформирования в грунтах основания высотных зданий в Москве // Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2010. № 6. C. 555-566.
6. Osterberg J.O. The Osterberg load test method for bored and driven piles - The first ten years // Proceedings of the Seventh International Conference and Exhibition on Piling and Deep Foundations. Vienna. Deep Foundation Institute. 1998, pp. 1.28.1-1.28.11.
7. Fel-lenius B.H., Altaee A., Kulesza R., Hayes J. O-cell testing and FE Analysis of 28m deep barrette in Manila, Philippines // Journal of Geotechnical and Environmental Engineering. American Society of Civil Engineering. 1999. Vol. 125. № 7, pp. 566-575.
8. Hamza M., Ibrahim M.H. Base and shaft grouted large diameter pile and barrettes load tests // Proceedings Geotech - Year 2000, Developments in Geotechnical Engineering. Bangkok, Thailand, 2000. Vol. 2, pp. 219-228.
9. ASTM Standard D 5882 (2000): Standard Test Method for Low Strain Impact Integrity Testing of Deep Foundations, ASTM International, West Conshohocken PA.
10. Харитонов А.Ю. Опыт применения в России испытаний грунтов сваями методом волновой теории удара. Труды VIII научно-практической конференции «Обследование зданий и сооружений: проблемы и пути их. решения». М., 2017. C. 201.
11. ASTM D 4945-00. Standart Test Method for High-Strain Dynamic Testing of Piles.
4. Shulyat'ev O.A. Foundations of high-rise buildings. Vestnik Permskogo natsional'nogo issledovatel'skogo politekh nich-eskogo universiteta. 2014. No. 4, pp. 203-245. (In Russian).
5. Tarakanovskii V.K., Kapustyan N.K., Klimov A.N. Experience in monitoring of deformation processes in soils of high-rise buildings in Moscow. Geoekologiya, in zhenernaya geologi-ya, gidrogeologiya, geokriologiya. 2010. No. 6, pp. 555-566. (In Russian).
6. Osterberg J.O. The Osterberg load test method for bored and driven piles - The first ten years. Proceedings of the Seventh International Conference and Exhibition on Piling and Deep Foundations. Vienna. Deep Foundation Institute. 1998, pp. 1.28.1-1.28.11.
7. Fel-lenius B.H., Altaee A., Kulesza R., Hayes J. O-cell testing and FE Analysis of 28m deep barrette in Manila, Philippines. Journal of Geotechnical and Environmental Engineering. American Society of Civil Engineering. 1999. Vol. 125. No. 7, pp. 566-575.
8. Hamza M., Ibrahim M.H. Base and shaft grouted large diameter pile and barrettes load tests. Proceedings Geotech - Year 2000, Developments in Geotechnical Engineering. Bangkok, Thailand, 2000. Vol. 2, pp. 219-228.
9. ASTM Standard D 5882 (2000): Standard Test Method for Low Strain Impact Integrity Testing of Deep Foundations, ASTM International, West Conshohocken PA.
10. Kharitonov A.Yu. Experience of application In Russia of soil tests by piles by the wave theory of impact. In proceedings of the VIII scientific-practical conference "Inspection of buildings and structures: Problems and ways of their solution". 2017 Moscow, pp. 201.
11. ASTM D 4945-00. Standart Test Method for High-Strain Dynamic Testing of Piles.
_ИНФОРМАЦИЯ
Владимир Якушев возглавил Технический комитет по стандартизации «Строительство»
Министр строительства и жилищно-коммунального хозяйства РФ Владимир Якушев назначен председателем Технического комитета по стандартизации «Строительство» (ТК 465). Соответствующие изменения внесены в Приказ Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии «О техническом комитете по стандартизации «Строительство» (Росстандарт).
Технический комитет по стандартизации ТК 465 «Строительство» создан в октябре 2004 г. и является объединением заинтересованных предприятий и организаций, представителей органов исполнительной власти, которое создано на добровольной основе в целях организации и проведения работ по национальной, региональной и международной стандартизации в области строительства. В настоящее время в состав ТК «Строительство» входит 191 организация.
Целью деятельности ТК 465 является реализация Федерального закона № 184-ФЗ «О техническом регулировании», смежных с ним законодательных актов, принятых технических регламентов, а также содействие повышению эффективности работ по стандартизации на национальном и международном уровнях.
Среди задач комитета: организация разработки национальных и межгосударственных стандартов в строительном комплексе и подготовка их к утверждению в Росстандарте, организация экспертизы проектов национальных, межгосударственных и
международных стандартов, строительных норм и правил, сводов правил, стандартов организаций, зарубежных стандартов и сводов правил и других документов в области стандартизации, осуществление сотрудничества с национальными и зарубежными техническими комитетами в смежных областях деятельности.
Комитет принимает активное участие в работе технических комитетов Международной организации по стандартизации ИСО, Евразийского совета по стандартизации, метрологии и сертификации и Межгосударственной научно-технической комиссии по стандартизации, техническому нормированию и сертификации в строительстве (МНТКС), созданной при Межправительственном совете по сотрудничеству в строительной деятельности, других технических комитетов международных и региональных и зарубежных организаций по стандартизации по профилю деятельности ТК.
Кроме того, ТК 465 участвует в разработке межгосударственных и международных стандартов и предложений относительно позиции Российской Федерации для голосования по проектам международных и региональных организаций по стандартизации и т. д.
Работает комитет на базе подведомственного Минстрою России Федерального центра стандартизации, нормирования и технической оценки соответствия в строительстве (ФАУ «ФЦС»).
По материалам Минстроя РФ
18
92018
