Cтроительные объекты высокого уровня ответственности

 

ЗДАНИЯ ПОВЫШЕННОЙ ЭТАЖНОСТИ (г. МОСКВА)

b_400_400_16777215_00___images_articles_lab10_objects_building_image_01.jpg

Высотные здания относятся к сооружениям I (повышенного) уровня ответственности, что предусматривает при инженерно-геологических изысканиях для них обязательное проведение натурных (полевых) испытаний грунтов основания. Существующие полевые методы исследования грунтов в скважинах (статическое зондирование, прессиометрия, винтовая лопасть-штамп) надежно используются только до глубин 10- 15 м. Кроме того, применение прессиометров ограничено грунтами, не обладающими резко выраженной анизотропией их свойств в горизонтальном и вертикальном направлениях. Испытания грунтов статическими нагрузками в шурфах, дудках, котлованах с помощью плоских горизонтальных штампов, по сути являющихся моделями фундаментов, наиболее полно отражают поведение грунтов в основании сооружений. Однако, при вскрытии грунтового массива котлованом или иной выработкой происходит разгрузка напряжений и зачастую разуплотнение грунтов.

Этого можно избежать при испытании грунтов в приборах трехосного сжатия. Испытываются грунты, отобранные с глубин вплоть до 100 и более метров; образцы грунтов при испытаниях приводятся в напряженно-деформированное состояние адекватное природному; измеряется поровое давление в грунте, а при необходимости моделируется противодавление в поровой воде, возникающее при наличии напорных вод.

Выполненные на ряде объектов в г.Москве полевые штамповые и лабораторные трехосные испытания, дали материал для сопоставительного анализа результатов и привели к выводу об использовании при изысканиях для сооружений повышенного уровня ответственности комплекса методов, уточняющих и дополняющих друг друга.

Испытания статической нагрузкой проводились круглым штампом площадью 2500 см2.

В состав установки для испытаний грунтов штампом входят:

  • штамп круглый (1) диаметром 56,4 см;

  • гидравлический домкрат (2) с максимальным усилием до 20 т;

  • насосная станция (3) с манометром, создающая давление до 100 атм;

  • грузовая платформа (6) с пригрузочными бетонными блоками (7);

  • 3 упорных рамных репера (5), с установленными на них устройствами для измерения осадок штампа (4) (прогибомеры Максимова).

 

Трехосные испытания для определения модуля общей деформации Ео и прочности грунтов проводились с использованиемстабилометров СТ-70С в дренированном режиме по схемам анизотропного сжатия и осевого раздавливания.

Полученные данные позволили сопоставить итоги натурных испытаний грунтов штампами и лабораторных испытаний тех же грунтов при трехосном сжатии.

Как показывает анализ, результаты полевых штамповых испытаний хорошо согласуются с данными трехосных испытаний по методике осевого раздавливания. Трехосные испытания позволяют моделировать различные напряженные состояния грунтов, при этом модуль деформации определяется при объемном давлении, соответствующем бытовому давлению в точке массива. При увеличении объемного давления, т.е. при увеличении глубины залегания образца, модуль деформации грунтов также увеличивается. При испытании грунтов по схеме анизотропного сжатия происходят осевые деформации образцов при ограниченных боковых деформациях, т.е. моделируется условия близкие к компрессионному испытанию грунта, что обусловливает наиболее высокие значения Ео.

Результаты определения модуля деформации грунтов, проведенные полевыми и лабораторными методами

Тип грунта

Значения модуля деформации грунтов, определенное  полевыми и лабораторными методами, МПа

Штамповые испытания

Компрессионные испытания

Испытания в стабилометре

По схемедевиаторного раздавливания

По схемеанизотропного сжатия

Суглинки полутвердые

-

13

15

-

Суглинки полутвердые, с прослоями супеси и гнездами песка пылеватого

 

 

3,6

 

 

16

 

 

3,7

 

 

14

Пески пылеватые, средней плотности, влажные и водонасыщенные

 

 

34

 

 

43

 

 

36

 

 

55

 

Зачастую, в качестве оснований зданий повышенной этажности, проектируемых и возводимых на территории г. Москвы, выбираются верхнекаменноугольные породы касимовской свиты воскресенской подсвиты. Породы представляют собой красноцветные терригенно-карбонатные образования, сформировавшиеся в ходе циклической смены тектонических и природно-климатических условий морского бассейна. Характерная особенность толщи - незакономерное чередование слоев обломочного дисперсного и органогенного сцементированного материала, т.е. мезослой толщи воскресенских пород включает макрослои с разительно отличающимися свойствами. Такое строение характерно для, т.н. композиционных материалов, т.е. неоднородных (гетерогенных) материалов, состоящих из двух и более компонент, взаимно нерастворимых и не диффундирующих, т.е. с четкой границей раздела.

Скальные и полускальные породы этого слоя представлены известняками и мергелями; дисперсную часть слоя составляют суглинки, красные и пестрые, известковистые, тонкодисперсные, пылеватые, хорошо отсортированные. Достоверность определений свойств этих пород обусловливает надежность, устойчивость, качество и долговечность возводимых на них сооружений. Важным является то, что эти породы выбираются зачастую в качестве основания для зданий повышенной этажности, проектируемых на территории г. Москвы.

При оценке свойств этих пород наиболее значимые затруднения вызывает их разнородность, т.е. существенные изменения характеристик в пределах слоя. В полевых испытаниях, при попадании в активную зону сжатия грунтов под штампом толщи скальных и полускальных пород, полученные значения прочности и деформируемости оказываются завышенными, и , наоборот, штампы, установленные на дисперсных глинах и суглинках дают заниженные результаты. Более массовые лабораторные испытания позволили получить широкий спектр значений характеристик, полученных на образцах, представляющих собой различные композиционные сочетания. При этом основная возникающая задача – правильная интерпретация и анализ полученных данных.

Стандартные компрессионные и сдвиговые испытания, проводимые на образцах малых размеров (высотой до 2,5 см), характеризуют свойства лишь дисперсной составляющей слоя и дают заниженные результаты. В приборах трехосного сжатия СТ-70С испытываются образцы высотой до 15 – 17 см, представленные чередованием скальных и дисперсных слоев, таким образом, при действии вертикальной раздавливающей нагрузки, наиболее адекватно моделируются условия работы грунта в природном массиве под давлением от сооружений. Слоистое строение толщи обусловливает также выраженную анизотропию прочности и деформируемости в горизонтальном и вертикальном направлениях, что вызывает трудности при анализе и интерпретации результатов определений, выполненных прессиометрами. Образцы из скважины со сплошным отбором Реконструкция строения грунтовой толщи Оценка соотношения содержания суглинков и мергелей.

Образцы из скважины со сплошным отбором

Реконструкция строения грунтовой толщи

Оценка соотношения содержания суглинков и мергелей

 

В разрезе грунтовых оснований высотных сооружений наряду с дисперсными глинами и суглинками, участвуют скальные и полускальные мергели, доломиты и известняки различного состава. Определения предела прочности, а также деформируемости скальных и полускальных пород выполняются в лаборатории с помощью испытательного комплекса Controls 50-С36/G2 для статических трехосных испытаний.

Цилиндрические образцы скальных грунтов диаметром 54,7 мм и высотой 109 мм вырезаются при помощи специальной фрезы, а кубические образцы – с помощью абразивной режущей насадки.

Трехосное сжатие скальных грунтов производится в камере при объемных нагрузках до 70 МПа; осевое раздавливание выполняется на 150-тонном прессе марки 50-С36/G2 с блоком управления DIGIMAX. Результаты испытаний регистрируются автоматически и представляются в виде графиков зависимостей различных параметров эксперимента.