|
|
Техническое обследование системыСтр 1 из 12Следующая ⇒ Глава 5 Техническое обследование системы «фундамент-основание». Технические решения по усилению Конструкций
Техническое обследование системы Фундамент-основание При исследовании подземных конструкций существующих зданий и сооружений особое внимание уделяют основаниям и фундаментам. Их выделяют и рассматривают, как систему «фундамент-основание», так как их работа всегда происходит совместно и неразрывно. От поведения и состояния этой системы зависит работоспособность и устойчивость здания. Поэтому в первую очередь стараются обеспечить надежность работы системы «фундамент-основание». Методы исследования оснований Геофизические методы Применение геофизических методов исследования грунтов для целей реконструкции зданий имеет весьма важную роль в инженерно-геологических изысканиях. Актуальность использования геофизических методов обоснована прежде всего плотной городской застройкой с высоким насыщением околодомовых территорий инженерными сетями и другим инженерным оборудованием. В этих условиях закладка разведочных шурфов и бурение скважин сдерживается невозможностью их размещения вблизи здания. Гораздо успешнее поставленные задачи решаются с помощью геофизики, хотя совершенно необходимо такие работы проводить в комплексе с другими методами исследования, например, зондированием и полевыми методами испытания грунтов в скважинах. Однако количество определений и точек зондирования геодезическими методами можно значительно расширить многократно, этим самым попытаться увеличить точность получаемых характеристик. Задачи, решаемые геофизическими методами исследования грунтов следующие: - исследование литологического строения площадки застройки; - определение вида грунта (насыпных, слабых, заторфованных); - однородность массива по физическим свойствам; - измерение плотности и влажности; - приближенная оценка механических свойств грунта (деформативность, прочность); - выявление погребенных структур рельефа; - пенетрационный каротаж; - определение уровня, скорости и направления подземных вод; - выявление пустот на глубине (карсты, заброшенные колодцы, - подземные ходы и т.д.); - обнаружение в грунтах действующих и заброшенных коммуникаций и протечек; - обнаружение погребенных фундаментов; - оценка потенциально опасных в экологическом отношении зон и локальных участков. Методы, которые могут применяться для изысканий при реконструкции, следующие: - инженерная сейсморазведка; - инженерная электроразведка; - радиолокация (метод «Радар»); - радиационные методы измерения плотности и влажности грунтов; - радиометрический метод измерения радиоактивности грунтов; - радиоволновый метод межскважинного просвечивания; - сейсмоакустический метод контроля сплошности и толщины фундаментных конструкций (свай, фундаментов, стен в грунте и т.п.); - электродинамическое зондирование; - электромагнитный метод поиска и прослеживания кабелей и подземных коммуникаций; - вертикальное сейсмическое профилирование. Возможности геофизических методов и средств приведены в табл. 5.2. Таблица 5.2 Методы и средства геофизических работ при реконструкции зданий
Продолжение табл. 5.2
Окончание табл. 5.2
Требования, предъявляемые к геофизическим методам исследования грунтов, следующие: - обязательный предварительный учет инженерно-геологической обстановки на площадке по данным бурения имеющихся скважин, а также использование другой информации прошлых лет для разработки программы работ для выбора сети исследований; - предварительный учет расположения подземных коммуникаций на площадке работ; - обеспечение достаточной глубины исследований, не меньше глубины бурения исследовательских скважин; - возможность выявления слоев и структур массивов грунта, различных по физическим свойствам, установленных при бурении другими способами. В результате проведения геофизических работ должны быть установлены: - литологическое строение площадки; - физико-механические свойства грунтов по корреляционным зависимостям и со статистической обработкой; - степень однородности слоев; - выделение насыпных (сверху) слоев грунта и наличие слабых (заторфованных, рыхлых); - наличие в массиве грунта пустот и погребенных объектов; - положение уровня подземных вод, наличие водоупоров; - положение глубины заложения фундаментов, в т.ч. и свайных. Результаты геофизических методов должны способствовать выбору мероприятий по усилению (укреплению) оснований и уменьшению негативных влияний геосферы на здание. Зондирование Зондирование является одним из эффективных и недорогих способов исследования грунтов в условиях их естественного залегания. Зондирование может применяться как статическое (вдавливание наконечника), так и динамическое (забивка зонда). Зондированием можно устанавливать последовательность залегания слоев грунта с оценкой их плотности, косвенно определять их физико-механические свойства. Автоматизация процессов погружения зондов и компьютерный прием с обработкой получаемой информации о грунтах оперативно ускоряет весь процесс зондирования, позволяющий проводить и обрабатывать множество точек зондирования и укладываться в короткие сроки исследования грунтов. Для целей реконструкции решению поставленных задач наиболее отвечает статическое зондирование. Процесс заключается во вдавливании в грунт с постоянной скоростью конуса диаметром 36 мм и площадью 10 см2, с углом при вершине 60º. Конус закреплен на штангах, свободно перемещающихся во внешней трубе. Применение зондирования регламентируется ГОСТ 19912-2001 «Грунты. Методы полевых исследований статическим и динамическим зондированием». При погружении зонда измеряют удельное сопротивление грунта погружению конуса qс и общее усилие погружению трубы. Разность этих значений дает величину бокового трения QS (см. рис. 5.2). При использовании специального оборудования зонда возможно измерение порового давления в грунте, а также плотности, объемной влажности и естественного гамма-фона грунта. Показатели сопротивления грунта следует регистрировать непрерывно или с интервалами по глубине через 200 мм при скорости погружения 1,2÷0,3 м/мин. По данным измерений при погружении вычисляют значения QS, qс, fc и строят графики изменения этих величин по глубине (см. рис. 5.2). Обработка данных
Рис. 5.2. Статическое зондирование
Прессиометрические методы Основы прессиометрического метода исследования грунтов заложены французским инженером Л. Менаром (pressure − давление). Прессиометры Л. Менара известны с середины XX века. Они нашли применение в деятельности геотехнических фирм многих стран. Активное дальнейшее развитие прессиометрического метода получило в СССР с 70−х годов прошлого века в НИИ оснований им. Н.М. Герсеванова и в УПИ им. С.М. Кирова (В.Б. Швец, Лушников В.В., Елпанов В.Г., Яровой Ю.И., Ямов В.И. и др.). Суть метода заключается в обжатии участка буровой скважины избыточным (против бытового) давлением с измерениями возникающих деформаций грунта по расширению нагруженного участка скважины [28]. В прессиометрическом методе исследования грунтов выразилось оптимальное сочетание точности получаемых результатов со стоимостью проводимых испытаний. В некоторых геотехнических ситуациях этот метод по точности является единственно возможным, например, на большой глубине или в неустойчивых грунтах и т.п. Поэтому исходя из необходимости исследования различных видов грунтов, геотехники-исследователи в ведущих изыскательских организациях, снабжены прессиометрическими установками для слабых водонасыщенных грунтов, просадочных, мерзлых и мерзлых при оттаивании и т.д. С помощью прессиометрии можно получить прямым или косвенным методом механические характеристики грунтов в скважинах, а также вдавливанием, в массив на больших глубинах (> 25 м), в том числе на морских шельфах, что выгодно отличает этот метод от ранее известных. Для целей реконструкции зданий реальные характеристики сжимаемости несущего слоя грунта (модуль деформации) под фундаментами можно определить прессиометрами, используя для этого изыскательские скважины для уточнения строения геологического разреза. Для этого используют радиальный и лопастной прессиометры. Испытания радиальным прессиометром пневматического действия проводят в скважинах по методике ГОСТ 20276-2001 «Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости». Модуль деформации Е, МПа определяют по результатам нагружения грунта (стенок скважины) горизонтальной (радиальной) нагрузкой в стенках скважины с помощью камеры зонда радиального прессиометра (см. рис. 5.3)
Рис. 5.3. Радиальный прессиометр Испытания проводят следующим образом: в камере зонда создают от источника воздуха давление ступенями по 0,025 МПа до соприкосновения упругой оболочки зонда со стенками скважины, что устанавливают по датчикам перемещений. Далее нагружение ведут ступенями, величиной, указанной в табл. 5.4 для соответственного вида грунта и режима испытания. Каждую ступень давлений выдерживают до условной стабилизации деформаций стенок скважины по критерию, не превышающему 0,1 мм за время, указанное в табл. 5.3; 5.5. Таблица 5.3 Критерии условной стабилизации деформаций стенок скважин в зависимости от режима испытаний
Ступени давления назначают по табл. 5.4.-5.6. По данным исследований строят график зависимости перемещения стенок скважины от давления
Таблица 5.4 Величины рабочих ступеней давления при испытаниях радиальным прессиометром
Таблица 5.5
Таблица 5.6
На графике приводят осредняющую прямую методом наименьших квадратов или графически и выделяют прямолинейный участок графика: по оси давления от ро (конец обжатия скважины) до рn (предел пропорциональности). По оси Модуль деформации грунта Е, МПа, вычисляют для линейного участка графика
Для условий реконструкции определение модуля деформации можно вести путем прессиометрических испытаний по быстрому режиму – 80% и по медленному (базовому) – 20% от общего количества испытаний. Метод среза целиков грунта Испытание целиков грунта на срез проводят для определения прочностных характеристик грунта: сопротивления грунта срезу Q, угла внутреннего трения φ, удельного сцепления С для крупнообломочных грунтов, песков и глинистых грунтов. Характеристики определяют по результатам среза целика грунта в откопанном шурфе (см. рис.5.6). На дне шурфа откапывают грунтовый целик по размеру стальной обоймы (кольца). Верхнюю плоскость целика зачищают и накладывают обойму. Прикладывают вертикальную нагрузку Р на целик через обойму. Далее устанавливают домкрат с динамометром и распорным усилием Q между стенкой шурфа и обоймой и осуществляют сдвиг целика, который происходит по фиксированной плоскости касательной нагрузкой при одновременном нагружении целика грунта вертикальной нагрузкой, нормальной к плоскости среза. Сопротивление грунта срезу определяют как предельное среднее касательное напряжение, при котором целик грунта срезается по фиксированной плоскости при заданном нормальном давлении. Для определения С и φ необходимо провести не менее трех испытаний целиков грунта при различных значениях нормального давления при испытании однородного грунта в одной выработке и на одной глубине.
Рис. 5.6. Сдвиги целиков грунта в шурфах Штамповый метод Испытание грунта штампом проводят для определения следующих характеристик деформируемости: - модуля деформации Е, (МПа), для крупнообломочных грунтов, песков, глинистых, органо-минеральных и органических грунтов; - начального просадочного давления рsi; - относительной деформации просадочности Ssi для просадочных глинистых грунтов при испытании с замачиванием, кроме набухающих и засоленных грунтов при испытании с замачиванием. Характеристики определяют по результатам нагружения грунта вертикальной нагрузкой Р на забое шурфа скважины с помощью штампа. Результаты испытаний оформляют в виде графиков зависимости осадки штампа от нагрузки. Тип и площадь штампа назначают в зависимости от испытываемого грунта. Нагружение штампа осуществляют домкратом или тарированным грузом. Подготовка к испытанию При испытаниях в котлованах, шурфах и дудках штамп с плоской подошвой устанавливают на дно выработки (см. рис. 5.7). Для достижения плотного контакта подошвы штампа с грунтом необходимо произвести не менее двух поворотов штампа вокруг его вертикальной оси, меняя направление поворота. После установки штампа проверяют горизонтальность его положения. Погружение винтового штампа производят завинчиванием механически или вручную ниже забоя скважины или с поверхности в массив грунта без бурения скважины. При испытаниях в скважинах глубина завинчивания винтового штампа ниже забоя скважины должна составлять 50 см для глинистых грунтов текучепластичной и текучей консистенции и насыщенных водой песков и 30 см − для остальных грунтов. После установки штампа монтируют устройство для нагружения штампа, анкерное устройство и измерительную систему. Контрольный прогибомер устанавливают на реперной системе, его нить закрепляют к неподвижному реперу, устраиваемому в стене выработки; длина нити должна быть равна длине нити прогибомера, измеряющего осадку штампа. После монтажа всех устройств и измерительной системы записывают начальные показания приборов. Проведение испытания Нагрузку на штамп увеличивают ступенями давлений Δ p. Каждую ступень давления выдерживают до условной стабилизации деформации грунта (осадки штампа). По окончании испытаний выработку следует углубить ниже отметки испытания на глубину не менее двух диаметров штампа для контроля однородности испытываемого грунта. Данные заносятся в журнал испытаний. Обработка результатов По данным испытаний строят график зависимости осадки штампа от давления
Рис. 5.7. Схемы испытаний грунта: а - плоским штампом в шурфе или дудке; б - винтовым штампом в массиве За начальные значения ро и So (первая точка, включаемая в осреднение) принимают давление, равное напряжению σ zg,o, и соответствующую этому давлению осадку; за конечные значения рn и Sn - значения рi и Si, соответствующие четвертой точке графика на прямолинейном участке. Вычисление модуля деформации Е, МПа, и других параметров сжимаемости грунта производят по формулам ГОСТа 20276-99 Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости, п.5.5. Модуль деформации грунта Е, МПа, вычисляют для линейного участка графика
Лабораторные методы Метод определения характеристик физико-механических свойств грунтов устанавливают в программе испытаний в зависимости от стадии проектирования, грунтовых условий, вида и уровня ответственности проектируемых зданий и сооружений. Область применения методов лабораторных испытаний физико-механических свойств грунтов в зависимости от вида грунта приведена в табл. 5.9. При определении характеристик прочности и деформируемости лабораторные образцы грунта ненарушенного сложения должны иметь ориентацию, соответствующую природному залеганию. Образцы грунта природной влажности должны испытываться непосредственно после их изготовления. Форму и размеры лабораторных образцов грунта определяют в зависимости от метода испытаний, а также от свойств самого грунта (способности сохранять форму, наличия включений и т.д.)
Таблица 5.9 Методы определения характеристик грунта
Продолжение табл. 5.9
Продолжение табл. 5.9
Продолжение табл. 5.9
Продолжение табл. 5.9
Окончание табл. 5.9
Нормативная документация для проведения лабораторных исследований свойств грунта: - ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик. - ГОСТ 12071-2000 Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование, хранение образцов. - ГОСТ 20276-99 Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости. - ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация. - ГОСТ 25584-90 Грунты. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации (с Изм. №1). - ГОСТ 24143-80 Грунты. Метод лабораторного определения характеристик набухания и усадки. - ГОСТ 28622-90 Грунты. Метод лабораторного определения степени пучинистости. - ГОСТ 22733 Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности. - ГОСТ 20522-96 Грунты. Метод статистической обработки результатов испытаний. Особенности изысканий Изыскания для реконструкции зданий имеют существенные отличия и свои особенности против обычных стандартных изысканий для нового строительства. Особенности проведения инженерно-геологических изысканий: - изыскания проводятся в стесненной обстановке, что вынуждает применять малогабаритную технику и специальное оборудование, а также ограничивает доступность мест бурения и шурфовки; - затруднение выбора точек зондирования по причине высокой насыщенности околодомовой территории инженерными сетями, что обедняет объем желаемой информации; - программа исследований грунтовой обстановки должна включать изучение влияния техногенных процессов деятельности человека; - учет результатов ранее выполненных инженерно-геологических и гидрогеологических работ; - высокая трудоемкость работ, так как в этой ситуации широко применяется ручное бурение и ручная проходка шурфов; - в процессе инженерно-геологических изысканий рекомендуется отдавать предпочтение полевым методам исследования грунтов, как самым достоверным, а иногда и дешевым; - особое внимание обращают на изменение геологической ситуации, сравнивая изыскания прошлых лет с современными данными, а обнаруженные несоответствия анализируют и находят объяснения (подземные воды, изменения свойств грунтов, химическая агрессия и т.д.). Цели исследований оснований Цели исследований грунтов должны способствовать решению поставленных задач для получения полной информации в соответствии с геотехнической категорией объекта. Основными вопросами для любой категории площадки будут являться: − какие грунты (по классификации) служат основанием фундаментов? − какое литологическое образование является несущим слоем? − какова реальная несущая способность грунтов несущего слоя на момент обследования? − какова гидрологическая обстановка площадки? Какие виды подземных вод присутствуют и на каких глубинах? − в какой степени грунты основания могут быть догружены дополнительной нагрузкой? − как устранить (прекратить) деформации (осадки) грунтов под фундаментами реконструируемого здания? − как избежать возможных деформаций грунтов под фундаментами окружающих зданий? 5.5.3. Техническое задание Исследования оснований должны выполняться в соответствии с техническим заданием и разработанной на его основе программой работ. В техническом задании необходимо указать конструктивные характеристики объекта, его геотехническую категорию, уровень ответственности, а также привести характеристику ожидаемых воздействий объекта на природную среду с указанием прогноза этих воздействий в пространстве и времени. Техническое задание должно быть согласовано с организацией, проектирующей основания, фундаменты и подземные сооружения. Техническое задание и программа работ на исследование оснований для реконструкции зданий должно включать все задачи по обеспечению комплексного изучения инженерно-геологических условий площадки и получения данных для решений по усилению фундаментов или укреплению оснований. Техническо<   Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...  ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...  Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...  Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
= 
(см. рис. 5.3).
, (5.1)
, (5.2)
(см. рис.5.7).
(5.6)
,
;
, (5.7)