ПРОГНОЗ ОСАДОК БОЛЬШЕРАЗМЕРНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ПРИ ПОВЫШЕННОМ ДАВЛЕНИИ НА ОСНОВАНИЯ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Научно-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 ФГБОУ ВО «Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова» (428015, Россия, Чувашская Республика, г. Чебоксары, Московский пр., 15)

Прогноз осадок большеразмерных фундаментов при повышенном давлении на основания

Актуальными являются вопросы фундирования сооружений с высокими значениями средних давлений Р11т1 под подошвой фундамента. При Р„т, достигающих 680 кПА, средняя осадка сооружений достигает S=200-580 мм. При этом резко возрастают вертикальные перемещения после преодоления средних давлений, составляющих Р„т=250-300 кПА. При этом от 60 до 70% деформаций оснований происходит за время строительства, а остальные 30-40% - после окончания монтажа сооружений. При таких высоких значениях средних давлений и осадок немаловажное значение имеют прогнозируемые значения вертикальных перемещений этих сооружений за последующие периоды их эксплуатации. Логарифмическая функция St=S0+A 1п(1+В1) является удачной математической зависимостью для прогноза осадок фундаментов в любой последующий промежуток времени.

Ключевые слова: среднее давление Р1Ш, абсолютная осадка фундамента, инженерно-геологические элементы, высокоточное геометрическое нивелирование, прогноз деформации оснований.

Для цитирования: Соколов Н.С. Прогноз осадок большеразмерных фундаментов при повышенном давлении на основания // Жилищное строительство. 2018. № 4. 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)

Forecast of Settlement of Large-Size Foundations at High Pressures on the Base

Relevant issues are the construction of the foundation of structures with high values of mean pressures under the foundation base. At PImt reaching 680 kPa, the average settlement of the structures reaches S=200-580 mm. At the same time, vertical displacements sharply increase, after overcoming the average pressures constituting PImt=250-300 KnA. Herewith, from 60% up to 70% of deformations of the bases occurs during the construction, and the rest 30%-40% - after the installation of the structures. With such high values of average pressures and settlements of foundations, the projected values of the vertical displacements of these structures during subsequent periods of their operation are of no small importance. The logarithmic function St=S0+A ln(1+Bt) is a successful mathematical dependence for the prediction of settlements of foundations at any subsequent period of time.

Keywords: mean pressure, absolute settlement of foundation, engineering-geological elements, high-precision geometric leveling, forecast of base deformation.

For citation: Sokolov N.S. Forecast of settlement of large-size foundations at high pressures on the base. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2018. No. 4, pp. 3-8. (In Russian).

Здания и сооружения с повышенными нагрузками на их основания относят к объектам первого типа по ответственности согласно классификации ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения». При возведении этих объектов обязательным является проведение геотехнического мониторинга с использованием высокоточного геометрического нивелирования с помощью нивелиров 1-го и 2-го классов точности и инварных реек. В настоящей статье приводятся результаты геотехнического мониторинга осадок фундаментов пяти промышленных объектов (объекты 1- 5) в течение длительного времени, с 1977 г. по настоящее время.

Инженерно-геологические условия строительных площадок строительства объектов 1-5 приведены в табл. 1.

Объекты 1, 2. С поверхности, абсолютная отметка 161 м, до глубины 20 м залегают моренные отложения Валдайского и Московского оледенений, представленные суглинками (слои № 3, 7) и глинами (слои № 1, 4,6), с от-

42018 ^^^^^^^^^^^^^

дельными линзами супесей (слой № 4). Инженерно-геологические разрезы приведены на рис. 1.

Во всей толще морен, кроме включений обломочного материала, имеются линзы и отдельные прослои песков различного гранулометрического состава. Верхняя (Валдайская) морена (слой № 1) отделяется от нижележащей Московской морены (слои № 3, 4, 6, 7) с небольшим прослоем толщиной 0,3-1,1 м межморенных флювиогляциальных песков разного состава (от пылеватых до гравелистых). Песчаный прослой имеет неровный характер (абсолютная отметка его колеблется в пределах 153-155,8 м). Ниже моренных отложений отдельными скважинами вскрыт прослой флювиогляциальных песков толщиной от 0,7-1,1 м. Ледниковые отложения подстилаются известняками подольского горизонта толщиной более 60 м. Известняки верхней части до глубины 4-6 м сильно разрушены и выветрены до состояния крупнообломочного дресвощебе-ночного грунта. Ниже залегают трещиноватые, преиму-

- 3

Подземное строительство

------ЖИЛИЩНОЕ ---

строительство

Научно-технический и производственный журнал

Таблица 1

Нормативные физико-механические характеристики грунтов оснований фундаментов объектов

№ слоя Наименование грунта основания Модуль деформации, МПа Удельный вес, кН/м3 Удельное сцепление, МПа Угол внутреннего трения,град

Объект 1

1 Глины валдайской морены тугопластичные и твердые 36 20,4 0,047 19

2 Водонасыщенные мелкие пески средней плотности 27 20 0,002 28

3 Суглинки московской морены тугопластичные и твердые 38 21,2 0,052 22

4 Глины московской морены тугопластичные и твердые 45 20,2 0,047 20

5 Пески 30 20,2 0,002 31

6 Известняки 70 20,1 7,000 32

Объект 2

1 Глины валдайской морены тугопластичные, твердые 36 20,4 0,047 19

2 Водонасыщенные мелкие пески средней плотности 27 20 0,002 28

3 Пески крупнозернистые и гравелистые средней плотности и плотные 21 20,2 0,002 25

4 Супеси флювиогляциальные 30 21 0,021 22

5 Гравийные грунты флювиогляциальные 36 20,6 0,001 37

6 Глины московской морены от тугопластичной до полутвердой консистенции 45 20,3 0,058 18

7 Суглинки московской морены от мягкопластичной до полутвердой консистенции 38 21,2 0,044 23

8 Известняки 70 20,1 7 32

Объекты 3-5

3 Суглинки аллювиальные хвалынские 15 17,8 0,01 13

4 Подушка из доломитизированного известняка - - - -

5 Глина аллювиальная хвалынская 25 19,7 0,05 10

6 Суглинки аллювиальные 15 19,6 0,015 10

7 Пески разнозернистые 25 20 - 24

Рис. 1. Инженерно-геологические разрезы основания объектов: а — 1; б — 2

щественно крепкие известняки с отдельными прослоями разрушений.

В гидрогеологическом отношении площадки строительства объектов характеризуются наличием трех основных водоносных горизонтов. Первый от поверхности - надвал-

дайский безнапорный горизонт относится к подморенным лескам, супесям и насыпному слою. Глубина залегания колеблется в пределах 0,5-1,5 м от дневной поверхности. Второй напорный Валдайско-Московский горизонт приурочен к прослоям межморенных песков. До начала строитель-

а

Научно-технический и производственный журнал

С±=Т

ШфШ

2

;i

■

I

"ч . ; . 'ч f „>"»»•» »-S -V

•:•'• Л. .•:*.,: s" " :■'■•■'>;

■ I..,?.,«-.--v.-, --Ч-.'. -. 'v ■:,< ' > ■ x-t

.* ■ ■':' v' • ■ -

-v ■■ -■■.-■-',■■■■■■■■■.--.ч "ч•

."-4 -. - - Li -4' fV 1 c."

..V:. " i. .-Д ■ - - -Л..-Ч-

Рис. 2. Инженерно-геологические разрезы объектов: а — 3; б — 4; в — 5

Рис. 3. Объект 1; графики: 1 — средней осадки; 2 — роста среднего давления Рпм на основание

ства при естественном режиме подземных вод пьезометрический уровень располагается на абсолютных отметках 157,5-159,5 м, при этом высота напора составляла 4,55,5 м. Третий напорный водоносный горизонт находится в толще известняков, включая выветрелую зону. Пьезометрический уровень при естественном режиме располагается на отметках 156,5-157 м, а высота напора под кровлей пласта составила 14,5-16 м.

Нормативные физико-механические характеристики грунтов, оснований и фундаментов объектов 1 и 2 приводятся в табл. 1.

Объекты 3-5. С поверхности, абсолютная отметка которой 31 м, до глубины 10 м залегают слабые суглинки, представленные озерно-лиманными хвалынскими отложениями. Фундаменты объектов сооружены на искусственном основании из доломитизированного щебня толщиной 4 м с замещением слоя этих слабых грунтов.

Инженерно-геологические разрезы оснований приведены на рис. 2.

Ниже щебеночной подушки (слой № 2) залегают аллювиальные хвалынские глины (слой № 3) толщиной 7-9 м. Аллювиальные хвалынские пески имеют толщину около 18 м и представлены в основном мелкозернистыми песками. Далее подстилаются аллювиальные пески среднего плейстоцена, вскрытая толщина которого составляет около 20 м. Разведанный уровень подземных вод находится на абсолютной отметке 28 м.

Нормативные физико-механические характеристики инженерно-геологических элементов сведены в табл. 1.

Ниже рассматриваются основные результаты натурных исследований осадок фундаментов объектов 1-5 за период с 1977 по 1999 г. с прогнозом по настоящее время.

Объекты 1 и 2 представляют собой круглые жесткие сооружения высотой 70 м и диаметром 48,8 м [1-4].

4'2018

5

а

в

Подземное строительство

цн .1

Научно-технический и производственный журнал

Б,ммУ

Рис. 4. Объект 2; графики: 1 — средней осадки; 2 — роста среднего давления

Рцтг на основание

Рис. 5. Объект 3; графики: 1 — средней осадки; 2 — роста среднего давления

Рим на основание

Фундаменты объектов заложены на глубину 4,2 м от уровня планировки, а среднее давление при этом составляет РПт, = 680 кПа.

Высокоточные геодезические наблюдения за осадками стенных осадочных марок объекта 1 начаты в апреле 1977 г. после возведения нижней фундаментной плиты.

На основании результатов изменений осадок фундамента построены графики осадок с ростом среднего давления на основание (рис. 3, 4).

Средняя осадка фундамента объекта 1 за строительный период с апреля 1977 г. по июль 1984 г. составила 211,6 мм. С июня 1980 г. по май 1982 г. приращение осадки составило 58 мм, достигнув величины 111 мм. При этом вес сооружения составил 70% проектной нагрузки. Возведение

объекта 1 завершено в июне 1983 г. Наиболее интенсивно протекала осадка фундамента за время с мая 1982 г. по июнь 1983 г. (конец строительства объекта 1). За этот период средняя осадка возросла на 99 мм. После окончания монтажа строительных конструкций и оборудования резко уменьшились скорости осадок. Конечная стабилизированная осадка составила 390 мм. За строительный период произошло 75% средней конечной осадки.

Осадка фундамента объекта 2 протекала более интенсивно по сравнению с объектом 1. Средняя осадка за время строительства с февраля 1983 г. по ноябрь 1986 г. составила 400 мм, а в стабилизированном состоянии 440 мм.

Объекты 3-5 сооружены [5-8] на коробчатых фундаментах с размерами в плане 68,2x68,2 м. Основанием служит

Научно-технический и производственный журнал

5, мм1

Рис. 6. Объект 4; графики: 1 — средней осадки; 2 — роста среднего давления

Рптг на основание

Рис. 7. Объект 5; графики: 1 — средней осадки; 2 — роста среднего давления

Рим на основание

доломитизированный известняк толщиной 4 м. Подошва фундаментов заложена на глубину 6,7 м от уровня планировочной отметки. При этом среднее давление на основание составляет Р11т, = 520 кПА.

Высокоточное геодезическое наблюдение за осадками 15 стенных осадочных марок началось после бетони-

рования нижней монолитной плиты фундамента в начале 1981 г.

По результатам длительных высокоточных геодезических наблюдений за осадками фундаментов построены графики средней осадки с ростом среднего давления на основание, которые приведены на рис. 5-7.

42018

7

Подземное строительство

цн .1

Научно-технический и производственный журнал

Таблица 2

Прогноз осадок фундаментов объектов 1-5 по логарифмической зависимости S1 = S0 + А 1п(1 + №)

Прогнозируемая средняя осадка St

Объект 1 160 + 79,4 ln(1+t/7)

Объект 2 190 + 27,4 ln(1 + 0,611)

Объект 3 325 + 20 ln(1 + 0,66t)

Объект 4 404 + 23,4 ln(1 + 0,5t)

Объект 5 440 + 35,4 ln(1 + 0,89/)

Примечания: 1. Коэффициенты А и В определяются по фактическим кривым осадкам. 2. Время / - в месяцах.

Средняя осадка фундамента объекта 3 за время строительства с марта 1981 г. по ноябрь 1985 г. составила 280 мм, конечная стабилизированная осадка - 390 мм. За строительный период произошло 75% средней конечной осадки.

Осадки фундамента объекта 5 протекали более интенсивно по сравнению с объектом 3. Средняя осадка за время строительства с февраля 1983 г. по ноябрь 1986 г. составила 5 = 400 мм, а в стабилизированном состоянии 5 = 440 мм.

Абсолютная осадка объекта 5 за время строительства (начало в 1985 г.) составила 5 = 410 мм, а стабилизированная на конец 1994 г. 5 = 520 мм.

Анализ осадок фундаментов объектов № 1-5 (рис. 3-7) показывает, что на графиках отчетливо выделяются два

Список литературы

1. 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.

2. 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.

3. Егоров К.Е., Соколов Н.С. Особенности деформаций оснований реакторных отделений АЭС // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1985. № 4. С. 14-17.

4. 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.

5. Соколов Н.С. Деформация основания круглого фундамента на конечном сжимаемом слое. Труды НИИОСП им. И.М. Герсеванова. 1987. Вып. 86. С. 56.

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. 86.

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.

8| -

участка: линейный и нелинейный. Линейный переходит в нелинейный при среднем давлении на основание. PIIml = 250-300 кПа. На нелинейном участке происходит резкое увеличение приращения деформаций с постепенной стабилизацией их во времени.

Важным являются определение величины осадок фундаментов во времени.

В этом отношении логарифмическая формула вида S, = S0 + A ln(l + Bt) является удачной математической зависимостью для прогноза осадок о стабилизации деформации основания, где S0 - осадка за строительный период; A и B определяются по кривым фактических осадок по двум точкам при Sl>S0. Для этого логарифмическое уравнение легко решается, если брать S2=2Sl с начала отсчета при S >S0. В зависимости от времени наблюдений отсчет производится в годах или месяцах.

Пользуясь логарифмической формулой, создается возможность прогнозировать осадки в ограниченном участке времени. При неограниченном увеличении времени значение логарифма стремится к бесконечности. По истечении 3-5 лет следует повторить наблюдения за осадками и откорректировать параметры A и B.

Таким образом, приведенные на рис. 3-7 прогнозируемые графики осадок фундаментов свидетельствуют о хорошей аппроксимации с помощью логарифмической формулы S, = S0 + A ln(l + Bt). Об этом свидетельствуют контрольные измерения абсолютных отметок стенных осадочных марок.

References

1. 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.

2. 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.

3. 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).

4. 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.

5. 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).

6. 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).

7. 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. 86. (In Russian).

8. 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.

^^^^^^^^^^^^^ |4'2018