При оценке надежности реконструируемых построек и сооружений, сначала, не-обходимо решение задачки по выявлению и описанию критерий работы составляющих их конструкций из материалов, характеристики которых могут значительно изменяться под воздействием действия изменившейся наружной среды. Обычным материалом такового рода являются грунты оснований сооружений.

В широком смысле грунтовое основание является важным конструктивным эле-ментом, потому что его разрушение либо чрезмерная деформация почаще всего приводит к выходу из строя всего сооружения. Не считая того, грунты представляют собой сложные многофазные дис-персные системы, потому общеизвестны трудности, связанные с созданием моделей, достаточ-но точно описывающих их напряженно-деформированное состояние и подходящих для практиче-ских инженерных расчетов.

Целью исследования является оценка надежности реконструируемого строения опосля его надстройки для изменившихся грунтовых критерий основания опосля поднятии уровня грунтовых вод и роста перегрузки на фундаменты и основания.

В задачку исследования входило по материалам обследования грунтов основания оценить, как поменялись прочностные и деформационные свойства грунта по срав-нению с проектными, проверить их крепкость и эксплуатационную пригодность для рекон-струируемого строения и прийти к выводу о причинах и различии в изменении параметров при уве-личении влажности грунтов основания.

2. Обзор и анализ научно-технической литературы.

В течение почти всех веков способы проектирования и строительства основывались поч-ти полностью на практическом опыте и эмпирических правилах. В те времена все грунты обычно делились на два вида: "не много сжимаемые" либо "плотные" и "очень сжимаемые" либо "слабенькие". У первых сопротивление перегрузке было довольно высочайшим, чтоб соору-жения, стоящие на их, существовали благополучно, не испытывая сколько-либо за-метных деформаций. Ко вторым относили грунты, на которых уже под маленькими давле-ниями происходили небезопасные по величине и неравномерности перемещения фундаментов, приводившие к значимым деформациям сооружений и даже к их разрушению.

Самыми крепкими грунтами являются скальные горные породы, и, естественно, античные строители выбирали для томных сооружений такие участки, на которых эти поро-ды выступали на поверхность либо залегали неглубоко под ней. Все сохранившиеся до на-шего времени большие сооружения древности также были построены на крепких, в основ-ном скальных, грунтах.

Когда же приходилось строить на слабеньких грунтах, на крайние укладывали сплошные слои маловлажного грунта, которые уплотняли по мере отсыпки ногами прогонявшихся вперед и вспять стад скота, а поверх данной нам, так именуемой, "подушечки" устраивалось мультислойное мо-щение из камня либо высушенных на солнце обожженных кирпичей, связанных при помощи битума. Но схожее усиление слабеньких оснований часто оказывалось недостающим, и томные строения разрушались из-за огромных неравномерных осадок.

Фундаменты мостов при неглубокой воде устраивались в виде опиравшихся прямо на дно отсыпок из большого камня либо корзин с маленьким камнем. Естественно, что мосты на таковых опорах существовали недолго - до первого сколько-либо сурового паводка. Потому строители предпочитали устраивать временные плавучие мосты - переправы.

В лесистых районах давно стали крепить слабенькие основания древесными столба-ми-сваями, которые забивали в грунт на близком расстоянии друг от друга. В особенности глубоко сваи забивать тогда не могли, и ежели они не доходили до крепкого грунта, избежать осадок не удавалось. Римляне начали, как все знают, первыми опирать мосты на сваи, но им не постоянно удавалось за-бить их на глубину, накрепко предохранявшую от подмыва. Параллельно со свайными фундамен-тами развивались и совершенствовались мощные конструкции фундаментов глубочайшего зало-жения и технологические способы их устройства. Потому что эти фундаменты доводили до крепких не достаточно сжимаемых грунтов, то неувязка расчета осадок и стойкости их оснований не возникала.

Нередкие случаи деформаций и повреждений построек и сооружений, основанных на не-скальных грунтах, вдохновляли к поискам наиболее действенных способов обеспечения их долговеч-ности и надежности. Поначалу строители сделали вывод, что размеры фундаментов и перегрузки на их должны определяться зависимо от прочности грунтов основания, полагая, что зна-чительные осадки, представляющие опасность для сооружения, являются результатом наруше-ния прочности грунтов. На базе опыта строительства и наблюдений за поведением сооруже-ний в большинстве государств были составлены таблицы так именуемых "допускаемых давлений" на основания, сложенные разными грунтами.

Еще в конце XVIII в. крепкость грунтов стали разглядывать как их сопротивление сдвигу. На данной для нас базе Ш. Все давно знают то, что кулон в 1773 г. разработал метод расчета давления сползающего грунта на подпирающую его стену. Потом главные положения расчета были применены для определения сопротивления оснований разрушению при действии перегрузки от сооружения и для расчета стойкости откосов и склонов.

Но уже в первой половине XIX в. было установлено, что еще до пришествия разру-шения основание испытывает осадки за счет уплотнения грунта под давлением сооружения. Во 2-ой половине XIX в. была решена задачка о распределении напряжений в основании, рас-сматриваемом как гибкий сплошной массив. В первой четверти XX в. К. Терцаги предложил способ расчета осадок вследствие уплотнения грунта и скорости их протекания. На базе этих ис-следований в 30-х годах XX в. сотворена наука Механика грунтов, включающая в себя расчет-но-теоретические базы фундаментостроения.

Огромное значение в формировании и развитии русской школы фундаментострое-ния имели выдающиеся работы Н.М. Герсеванова, Н.П. Пузыревского по совершенствованию конструкций фундаментов и оснований и способов их расчета; исследования Н.Н. Маслова по развитию инженерной геологии и механики грунтов в приложении к строительству больших гидротехнических сооружений; исследования по строительству инженерных сооружений в сложных геологических критериях: на нескончаемой мерзлоте (М.И. Сумгин, Н.А. Цытович), на просадочных грунтах (Ю.М. Возможно и то, что абелев, Н.Я. Денисов, Н.Н.Фролов и др.), в сейсмических районах (К.С. Вообразите себе один факт о том, что завриев, Е.Ф. Саваренский), на массивных толщах, как мы привыкли говорить, водонасыщенных слабеньких или-стых грунтов (Б.Д. Васильев, Н.Н. Маслов). Освоению русскими инженерами способов ме-ханики грунтов в особенности способствовали монографии Н.М. Герсеванова "Базы динамики грунтовой массы" (1937 г.) и учебники по механике грунтов Н.А. Цытовича (1934 г.), Н.Н. Иванова, В.В. Было бы плохо, если бы мы не отметили то, что охотина и др.

В 30-ые годы в СССР был организован единственный тогда в мире Научно-исследовательский институт оснований и фундаментов, которому присвоено имя его создателя - Н.М. Герсеванова, управляющего разработкой первой официальной аннотации по испыта-ниям грунтов (1933 г.) и первых российских норм и технических критерий на проектирование оснований сооружений (1938г.). Научно-исследовательские грунтовые лаборатории, сделанные тогда же фактически во всех больших научно-исследовательских и учебных институтах строи-тельного, гидротехнического и транспортного профилей, также занесли значимый вклад в развитие механики грунтов.

Грунты - это любые горные породы и земли, которые изучаются как многокомпонент-ные системы, изменяющиеся во времени, с целью зания их как объекта инженерной дея-тельности человека. Главным положением грунтоведения является положение о зависимости физико-механических параметров грунтов от их состава, структуры, текстуры и состояния (сначала от плотности - влажности). Крепкие минеральные частички, либо агрегаты, и сплетенная с минералами вода образуют его основную часть - скелет. Вольная вода и газы заполняют по-ровое место. Связи меж минеральными частичками скелета, процентное содержание частиц различных размеров, пористость и вещественный (минеральный) состав материала частиц являются классификационными чертами грунтов. Было бы плохо, если бы мы не отметили то, что в скальных и полускальных грунтах крепкость связей соизмерима с прочностью минеральных зернышек, а пористость почаще всего незна-чительна. В бессвязных (сыпучих) грунтах, сложенных сравнимо большими (различимыми невооруженным глазом) минеральными частичками, пористость значительна.

Более сложными и изменчивыми качествами владеют, как мы с вами постоянно говорим, связные грунты, состоящие в главном из мелких частиц, соединенных в агрегаты, невидимые невооруженным глазом. Агрегаты соединены меж собой эластичными водно-коллоидными либо твердыми кристалли-зационными скелетными связями. Крепкость их ерундова, несоизмерима с прочностью минеральных частиц скелета. Процентное содержание минеральных частиц различных размеров (гранулометрический состав) описывает систематизацию отдельных грунтов, отнесенных к классам связных и бессвязных (глины, суглинки, супеси, мелко- и крупнозернистые пески и т. д.).

Индивидуальностью пористых, связных и сыпучих, грунтов является их способность изменять плотность при сжатии, что сближает их с газами. Необходимо подчеркнуть то, что но в отличие от газов у грунтов большая деформация только отчасти обратима.

Величина большой деформации и ее необратимой составляющей зависит не только лишь от перегрузки, да и от продолжительности действия. Зависимо от продолжительности деяния перегрузки может иметь место одна из 2-ух форм протекания уплотнения - консолидация либо динамиче-ское сжатие. В обоих вариантах необратимая большая деформация происходит за счет уменьше-ния размера порового места и сопровождается переукладкой минеральных зернышек скелета, разрушением структурных связей и образованием новейших.

При консолидации уменьшение порового места сопровождается вытеснением из него воды и газов. Не для кого не секрет то, что величина деформации и скорость процесса зависят не только лишь от перегрузки и прочности, как большинство из нас привыкло говорить, скелетных связей, да и от водопроницаемости, определяемой гранулометрическим составом грунта. При всем этом влажность грунта миниатюризируется.

Крепкость структурных связей в связных грунтах, от которых зависит протекание де-формации формоизменения и большой деформации (обеих ее форм), может в 10-ки и даже сотки раз понижаться либо возрастать с конфигурацией влажности. Это определяется растворением солей, образующих твердые кристаллизационные скелетные связи, и конфигурацией толщины пле-нок водно-коллоидных связей.

Дискретность строения грунтов и физико-механические свойства их составных частей (фаз) определяют закономерности проявления физико-механических параметров грунта в целом.

3.Главные понятия и определения. Причины, определяющие надежность.

Под основанием сооружения понимается массив грунта, деформирующийся от уси-лий, передаваемых на него фундаментами. Отсюда следует, что надежность оснований со-оружений нельзя разглядывать в отрыве от находящихся на их фундаментов и надзем-ных конструкций сооружений. Основание создано для восприятия нагрузок и остальных действий через фундаменты от надземной части сооружения, и возведение его самого по для себя без сооружения и фундаментов лишено практического смысла. Потому под надежно-стью основания сооружения следует осознавать, в сути, надежность 1-го из элемен-тов системы основание - фундамент - надземная часть сооружения. При отсутствии обес-печенной надежности основания вся система является также ненадежной. Наиболее того, нена-дежность основания вызывает, обычно, возникновение таковых деформаций и напряжений в фундаментах и надземных конструкциях сооружения, при которых они стают нена-дежными даже в этом случае, ежели их надежность сама по для себя (без учета воздействия основа-ния) и была обеспечена. В то же время ненадежность фундаментов и надземных конструк-ций сооружения не оказывает обычно прямого воздействия на надежность основания, ежели по-следняя была обеспечена в процессе проектирования с учетом всей совокупы дейст-вующих на нее нагрузок и остальных причин.

Таковым образом, обеспечение надежности работы основания следует разглядывать как метод обеспечения надежной работы всей системы основание - фундамент - надзем-ная часть сооружения. При всем этом аспект надежности 2-ух частей системы (фундамент - надземная часть сооружения) является основным аспектом, ублажение которого обусловливает обеспечение надежности основания и всей системы в целом. Надежность ос-нования - это его способность принимать всю совокупа наружных действий (на-грузки, природно-климатические и технологические причины) в течение данного срока с обеспечением обычной эксплуатации сооружения в целом и расположенного в нем обо-рудования.

Основными факторами, определяющими в общем случае надежность оснований соору-жений, являются:

Количественное описание большей части из перечисленных причин во всей слож-ности их взаимодействия во время фактической работы оснований сооружений обязано выполняться с учетом изменчивости как строй параметров грунтов оснований, так и нагрузок и действий, которым они подвергаются через фундаменты от надземных кон-струкций. По обозначенной причине исследование закономерностей изменчивости физико-механических характеристик параметров грунтов, равно как нагрузок и действий, является принципиальной предпосылкой и основой обеспечения надежности оснований сооружений.

Чем выше качество начальных данных, тем с большей достоверностью проектная надеж-ность основания сооружений приближается к эксплуатационной. В безупречном случае, при пол-ной адекватности содержания проектных расчетов реальным условиям работы основа-ний, проектный уровень надежности совпадает с эксплуатационным. Рвением к этому от-мечены все поиски на пути усовершенствования как расчетных схем, так и способов получения начальных данных о показателях параметров грунтов оснований, отягощениях и действиях, выте-кающих, обычно, из содержания принимаемых расчетных схем и находящихся в тесноватом согласовании с ними. Понятие расчетной схемы системы "основание - фундамент-сооружение" содержит в себе и совокупа всех начальных данных о грунтах, отягощениях и воз-действиях, нужных для ее использования в процессе проектирования.

Принципиальным нюансом обеспечения надежности основания является учет в, как большая часть из нас постоянно говорит, расчетной схеме способности конфигурации параметров грунтов в процессе использования сооружения в итоге продолжительности действия эксплуатационных нагрузок, также с конфигурацией влажности.

4. Лабораторные исследования конфигурации параметров грунтов при повышении УГВ.

Для понятия природы и нрава конфигурации деформационных и прочностных ха-рактеристик грунта при увлажнении из-за увеличения УГВ нами были проделаны ком-прессионные и сдвиговые тесты суглинка. Нами были приготовлены эталоны туго-пластичного суглинка, имеющего проектные влажность W = 12 %, плотность частиц s = 2,7 г/см3 и коэффициент пористости е = 0,6.

Эталоны изготавливались методом изготовления пасты из суглинистого порошка, имеющего влажность на пределе пластичности Wp = 19 % и влажность на пределе текуче-сти WL = 31 %. И действительно, для этого из размельченного и просеянного через сито 0,01 мм воздушно-сухого грунта массой 50 г с добавлением нужного количества воды приготовили пасту. Величину влажности на пределе раскатывания и текучести определяем по формуле:Wp,L = (mвс + mw - md) / md , где mвс - масса пробы воздушно-сухого грунта; mw - масса долитой к грунту воды; md - масса скелета грунта.

Для получения эталона суглинка с данным проектным коэффициентом пористо-сти е = 0,6 и влажности W=12%, обусловили массу грунта последующим образом:ms = d * Vгр , где Vгр - размер грунта в кольце, имеющего размер равный 120 см3 ; d - плотность сухого грунта, d = гр / ( 1 + W) = 1,89 / (1 + 0,12) = 1,69 т/м3; ms = 1,69 * 120 = 202,8 г.

Потом эталоны грунта замачивались до влажности W=27 %, которая соответствует полному водонасыщению грунта при поднятии УГВ. При увеличении влажности измени-лись физические свойства грунта. Сопоставление изменившихся физических показате-лей опосля увлажнения с их проектными показателями показаны в таблице №1.

Таблица №1

Сопоставление физических черт глинистого грунта

Дальше эталоны, имитирующие грунты проектной влажности и пористости верхне-го слоя и с изменившейся влажностью и пористостью опосля увлажнения грунта при под-нятии уровня грунтовых вод под реконструируемым жилым домом, испытывали в одо-метре и в сдвиговом приборе.

Приобретенные результаты представлены в таблицах № 2 и 3.

Таблица №2

Компрессионные тесты грунтов

Таблица №3

Сдвиговые тесты грунтов

Анализируя приобретенные результаты, можно сделать выводы, что физико-механические свойства грунта при его увлажнении значительно меняются, также существенно уменьшаются его прочностные и деформационные свойства.

При изменившихся свойствах грунта несущая способность основания уменьшает-ся, что нужно учесть при реконструкции фундаментов, потому что при всем этом возрастает и перегрузка на их.

Юрченко С.Г., доктор кафедры "Основания и фундаменты" МГУП, Компания B2Building