Учет технологии устройства буронабивных свай в расчетах устойчивости ограждения глубокого котлована
Беспалов Алексей Евгеньевич
кандидат технических наук, доцент, НИУ МГСУ, alex9263265017@gmail.com
При построении расчетных моделей (расчетных схем) необходимо учитывать инженерно-геологические условия, конструктивные особенности и особенности технологии возведения подземной части сооружения, возможность изменения свойств грунтов в процессе строительства и эксплуатации сооружения, действующие нагрузки и воздействия, влияние на объект внешней среды, а также, при необходимости, возможные геометрические и физические несовершенства. Тем не менее, в ряде случаев не все технологические особенности при разработке глубоких котлованов и возведении подземной части сооружений удается учитывать в полной мере. Детализация моделирования технологических этапов разработки глубоких котлованов и возведения подземной части сооружений как правило упирается в возможности применяемого программного продукта.
В статье приводится анализ результатов расчетов устойчивости ограждающей конструкции глубокого котлована с учетом детализации этапности строительных работ при возведении свайного фундамента из буронабивных свай.
Ключевые слова: глубокий котлован, устойчивость, ограждение котлована, буронабивные сваи, расчетная модель.
Согласно п. 5.1.10 СП 22.13330.2016 [1], объект строительства и его основание должны рассматриваться в единстве, то есть с учетом взаимодействия сооружения с основанием. При построении расчетных моделей (расчетных схем) необходимо учитывать инженерно-геологические условия, конструктивные особенности и особенности технологии возведения подземной части сооружения, возможность изменения свойств грунтов в процессе строительства и эксплуатации сооружения, действующие нагрузки и воздействия, влияние на объект внешней среды, а также, при необходимости, возможные геометрические и физические несовершенства.
Тем не менее, в ряде случаев не все технологические особенности при разработке глубоких котлованов и возведении подземной части сооружений удается учитывать в полной мере. Детализация моделирования технологических этапов разработки глубоких котлованов и возведения подземной части сооружений как правило упирается в возможности применяемого программного продукта. Например, выполнение расчетов в трехмерной постановке в отличие от плоской постановки угловых распорных креплений позволяет получить более точную картину распределения усилий между несущими конструкциями и соответственно оптимизировать конструктивные решения.
В качестве примера положительного опыта детализации технологических этапов строительства рассмотрим результаты математического моделирования возведения здания в котловане глубиной 16 м.
Особенностью данного проекта является наличие в разрабатываемой при откопке котлована толще грунта насыпных грунтов, представленных супесями твердыми с прослоями пластичных, влажными, слежавшимися, с прослоями суглинков тугопластичных и песков средней крупности, с примесью органического вещества, с включениями от 10 до 25% дресвы, щебня, мусора строительно-бытового (ИГЭ-1а), мощностью 1,0-28,0 м. Прочностные параметры ИГЭ-1а для расчета по несущей способности (0,95): с=20 кПа, ф=13°. В этой связи проектом предусмотрено выполнение ограждения котлована из буросекущих свай 0 750 мм с тремя ярусами раскрепления (распорки, подкосы). Развитая подземная часть здания диктовала существенные ограничения в габаритах грунтовых призм: запроектирована двухступенчатая грунтовая призма с крутизной откосов 1:1 (см. рисунок 1).
Стандартные расчеты подобного конструктивного решения в плоской постановке закономерно показали неустойчивость системы «Грунтовый массив - ограждение котлована», расчетное значение коэффициента устойчивости =1,01) меньше допустимых значений, установленные СП 45.13330.2017 [2].
Кроме того, проектом было предусмотрено выполнение свайного поля из буронабивных свай 0 800 мм, шагом 1,8 м, при этом бурение скважин под сваи выполняется с отметки пионерного котлована (см. рисунок 2). Таким образом, в расчете устойчивости грунтовой призмы необходимо учитывать влияние технологических процессов выполнения свайного поля из буронабивных свай.
X X
о
го А с.
X
го т
о
2 О
м
Сл>
fO
сч
0 cs
иэ
01
о ш m
X
<
m о x
X
Рисунок 1 Характерный разрез ограждения котлована (на этапе разработки грунта под защитой грунтовой призмы)
Рисунок 2 Фрагмент план расположения буронабивных свай и берм
V
V
Б)
□ C-ikuldtiO- □ ж
1.000
fir*« о.оос
| < Г |
ОЮГ hut | Оом |
г ,, . ^ ш я—» - ,ш
Рисунок 3 Расчетная схема на этапе моделирования разработки котлована под защитой грунтовой призмы
В)
Рисунок 4 Результаты расчета на этапе моделирования разработки котлована под защитой грунтовой призмы: А) Изополя общих деформаций грунтового массива; Б) Изополя общих деформаций колонн, состоящих из буронабивных свай и «холостой» проходки, заполненной щебнем на «тощем» бетоне; В) значение коэффициента устойчивости на этапе разработки котлована под защитой грунтовой призмы (Ph/c reduction).
Математическое моделирование по оптимизации проектных решений и последовательности выполнение строительных работ по устройству фундамента и подземной части здания с разработкой глубокого котлована выполнено структурным подразделением НИУ МГСУ - Институт научно-технического сопровождения строительства (ИНТСС).
В качестве расчётной трехмерной модели был выбран грунтовый массив, вмещающий в себя фрагмент наиболее глу-
бокой части котлована, с габаритами в плане 91*67 м неоднородного сложения с изменяющейся мощностью слоев, согласно данным геологических изысканий (см. рисунок 3).
Целью выполнения расчетов в пространственной постановке был учет устройства с отм. 142,650 (отметка верхней бермы) в рассматриваемой области котлована буронабивных свай с заполнением «холостой» проходки щебнем на «тощем» бетоне и влияния данных работ на несущую способность (устойчивость) системы «Грунтовый массив - ограждение котлована» при разработке котлована под защитой двухступенчатой грунтовой призмы.
Моделирование НДС системы и анализ результатов проводились с учетом этапности технологии производства работ и исходного НДС массива грунта. На рисунке 4 представлены результаты расчета на этапе моделирования разработки котлована под защитой грунтовой призмы.
По результатам выполнения конечно-элементного моделирования системы «Грунтовый массив - ограждение котлована» в пространственной постановке сделаны следующие выводы:
1. Устройство буронабивных свай с заполнением «холостой» проходки щебнем на «тощем» бетоне с отметки грунтовой бермы положительно влияет на устойчивость грунтового массива при дальнейшей разработке котлована под защитой грунтовой призмы. Расчетное значение коэффициента устойчивости kst =1,549 превышает минимально допустимые значения, установленные СП 45.13330.2017 [2] для временных выемок (не менее 1,167) - устойчивость обеспечена.
2. Таким образом, особенность технологии устройства буронабивных свай была использована в том числе для реализации грунто-бетонных элементов, «армирующих» слабые насыпные грунты.
3. Повышение устойчивости «армированного» грунтового массива при разработке котлована под защитой грунтовых призм позволили оптимизировать ранее принятые конструктивные решения: снижение армирования буронабивных свай в ограждении котлована, изменение их сечение и шага, а также подтвердить (обосновать) возможность реализации грунтовой призмы в требуемых габаритах.
4. По результатам выполнения поверочных расчетов в пространственной постановке внесены изменения в проект в части конструктивных решений, последовательности и технологии выполнения строительных работ на объекте.
Литература
1. СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений».
2. СП 45.13330.2017 «Земляные сооружения. Основания и фундаменты».
3. Абрамова В.П., Леденёв С.П., Кудрявцев С.А., Кажар-ский А.В. Расчет устойчивости ограждения котлована при использовании технологии струйной цементации. Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке. 2021. Т. 1. С. 553-557.
4. Айгумов М.М., Хабибулаев Р.Ш. Обеспечение устойчивости грунтовой стенки котлована при производстве земляных работ. Совершенствование методов гидравлических расчетов
водопропускных и очистных сооружений. 2020. Т. 1. № 1 (45). С. 45-49.
5. Молчанов В.С., Линовский С.В., Маньшин А.Г., Якуш-кина Т.А. Ликвидация последствий снижения устойчивости бортов котлована. В сборнике: Актуальные вопросы архитектуры и строительства. Материалы XII Всероссийской научно-технической конференции. Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин); Российская академия архитектуры и строительства. 2019. С. 46-50.
6. Мустакимов В.Р. Исследование устойчивости сооружений и стен глубокого котлована. Евразийский союз ученых. 2018. № 3-2 (48). С. 23-28.
7. Рудской И.С., Есипов С.М. Технология обеспечения надежности и устойчивости ограждения котлована. Инновационная наука. 2022. № 12-2. С. 19-22.
8. Соколов Н.С. Технология обеспечения устойчивости ограждения котлована. Строительные материалы. 2018. № 12. С. 81-90.
Consideration of technology for the installation of bored piles in the
calculations of the stability of the fencing of a deep excavation Bespalov A.E.
NRU MGSU
JEL classification: L61, L74, R53
When constructing calculation models (calculation schemes), it is necessary to take into account engineering and geological conditions, design features and features of the construction technology of the underground part of the structure, the possibility of changing soil properties during the construction and operation of the structure, acting loads and impacts, the impact on the object of the external environment, as well as, if necessary, possible geometric and physical imperfections.
Nevertheless, in a number of cases, not all technological features in the development of deep pits and the construction of the underground part of the structures can be fully taken into account. Detailing the modeling of the technological stages of the development of deep pits and the construction of the underground part of structures, as a rule, rests on the capabilities of the software product used. The article provides an analysis of the results of calculations of the stability of the enclosing structure of a deep pit, taking into account the detailing of the stages of construction work during the construction of a pile foundation from bored piles. Keywords: deep pit, stability, pit fencing, bored piles, design model. References
1. SP 22.13330.2016 "Foundations of buildings and structures".
2. SP 45.13330.2017 "Earthworks. Foundations and Foundations.
3. Abramova V.P., Ledenev S.P., Kudryavtsev S.A., Kazharsky A.V. Calculation of the
stability of the pit enclosure when using the technology of jet grouting. Scientific, technical and economic cooperation of the Asia-Pacific countries in the 21st century. 2021. Vol. 1. S. 553-557.
4. Aigumov M.M., Khabibulaev R.Sh. Ensuring the stability of the soil wall of the pit
during earthworks. Improving the methods of hydraulic calculations of culverts and treatment facilities. 2020. Vol. 1. No. 1 (45). pp. 45-49.
5. Molchanov V.S., Linovsky S.V., Manshin A.G., Yakushkina T.A. Elimination of the
consequences of reducing the stability of the sides of the pit. In the collection: Topical issues of architecture and construction. Materials of the XII All-Russian Scientific and Technical Conference. Novosibirsk State University of Architecture and Civil Engineering (Sibstrin); Russian Academy of Architecture and Construction. 2019. S. 46-50.
6. Mustakimov V.R. Study of the stability of structures and walls of a deep pit. Eurasian
Union of Scientists. 2018. No. 3-2 (48). pp. 23-28.
7. Rudskoi I.S., Esipov S.M. Technology for ensuring the reliability and stability of the
excavation fencing. Innovative science. 2022. No. 12-2. pp. 19-22.
8. Sokolov N.S. Technology for ensuring the stability of the excavation fencing.
Construction Materials. 2018. No. 1-2. pp. 81-90.
X X О го А С.
X
го m
о
2 О
м
CJ