Деформация здания в результате разработки траншеи

Деформация здания в результате разработки траншеи под тепломагистраль и технологическая осадка при укреплении его основания

В настоящее время в условиях стесненности строительства в мегаполисе – в Москве весьма актуальной задачей является прогнозирование развития осадок зданий во времени при устройстве вблизи них выемок. В июне 2008г. вблизи 8-этажного кирпичного дома № 3 по Малому Демидовскому переулку в г. Москве производилась откопка траншеи для устройства тепломагистрали. Расстояние от стены до края траншеи, глубиной 4м, составило 2м. Крепление котлована должным образом не было произведено, в результате чего здание получило осадку, по приближенной оценке равную 20-30мм. Наблюдения за осадкой начали производится через 1-1,5 месяца после её начала. График развития осадок наиболее характерной марки №8 приведен на рис. 1.

Рис. 1 Графики осадки для точки №8

В инженерно-геологическом отношении площадка сложена до глубины 8,1-8,6 м песчаным грунтом, УГВ находится на глубине 5,4м. Непосредственно под подошвой ленточного фундамента дома, шириной 1,8 м, с давлением под подошвой 333кПа, глубиной заложения 3,4 м находятся рыхлые пески (ИГЭ-3а) мелкие влажные, насыщенные водой, толщиной слоя 1,6м. Ниже залегают пески (ИГЭ-3б) мелкие, пылеватые, малой степени водонасыщения и насыщенные водой, средней плотности, толщиной слоя 3,7м, подстилаемые суглинками (ИГЭ-5) полутвердыми, толщиной 3,4-5,5м. Для укрепления основания здания был разработан и реализован проект инъекции суспензии «Микродур» в основании здания под фундаментом глубиной 2,5 м. Всего под торец здания общей длиной 10,0 м было инъецировано 30т суспензии «Микродур» марки R-X/Eplus в течении 30 дней.

Анализ графиков осадок здания по маркам 6-10 показывает, что в начальный период наблюдений с 24.08.2008г. по 24.09.2008г. (30 дней) происходит осадка здания от влияния отрывки вблизи торца здания траншеи для тепломагистрали. В этот период осадку здания можно трактовать как первичное уплотнение вновь образовавшейся структуры песчаного грунта под фундаментом в результате смещения грунтов основания в сторону выемки. Такое смешение может сопровождаться разрыхлением песка в результате его дилатансии, а также механической суффозии. Последующая длительная осадка с 30 дня (24.09.2008г.) по 267 день наблюдений можно квалифицировать, как осадку вторичного уплотнения в результате объемной ползучести песков основания. Начиная с 267-го дня и по 325-й день было произведено укрепление песков основания фундаментов деформированного здания суспензией «Микродур». В результате закачки суспензии «Микродур» пески основания вновь приобрели новые свойства: произошло их интенсивное увлажнение, произошло также временное на период твердения «Микродур» уменьшение трения между частицами песка, вследствие проникновения между ними более мелких увлажненных частиц суспензии.

Осадка в период с 267 по 325 день наблюдений носит характер ползучести. В этот период деформации ползучести предположительно развиваются в пределах глубины массива грунта (ИГЭ-3а), укрепляемого микродуром. Затем после затвердевания микродура происходит перераспределение давления от фундаментов на глубине через укрепленный массив на подстилающий грунт (ИГЭ-3б), где также происходит первичное уплотнение – на графиках осадки это видно, как некий перегиб графика осадки, начиная с 325-го дня, с которого происходит вторичная осадка уплотнения – ползучесть подстилающих грунтов.

Для численного моделирования описанных явлений использован программный комплекс PLAXIS 8.2 Brinkgreve, R.B.J., (2002г.) с комбинированным использованием моделей грунта Мора-Кулона для расчета в стадии первичного уплотнения и модели ползучести слабого грунта (SSCM) для расчета осадок ползучести.

Всего было рассмотрено девять расчетных стадий, включающих стадии первичного уплотнения грунта, на которых поведение грунта описывалось моделью Мора-Кулона и стадии ползучести, имеющих следующие продолжительности: стадия 2 - 30 дней, стадия 4 – 237 дней, стадия 7 - 58 дней и стадия 8 – 108 дней.

Параметр модели ползучести слабого грунта - Сα , определен нами исходя из обратного пересчета осадок ползучести по формуле [Kerry Rowe, R.и др.(2000г.)]:

где:

S- в нашем случае наблюдаемая осадка ползучести на каждой из стадий расчета, приведенных в таблице 1; D - толщина слоя грунта, в котором происходит ползучесть, принятая для стадий 4,7 и 8 равной 2,5м, как глубина наиболее интенсивного изменения полных вертикальных расчетных давлений под фундаментом по графику для 1-й стадии расчета (историческая осадка); Сα – индекс ползучести определяемый из формулы (1);

tp - время окончания первичного уплотнения, принятое по графику рис.1 равным для стадий 2, 3 - 30 дней, для стадий 7 и 8 соответственно - 8 и 7 дней.

Другой параметр модели SSCM индекс сжимемости - Сс определен для грунтов 3а, 3б и обратным пересчетом из формулы, связывающей его с модулем деформации грунта [Kerry Rowe, R.и др.(2000г.)]:

где:

σ - действующее давление под подошвой фундамента.

Параметры моделей на всех стадиях расчета и результаты расчетов приведены в таблице 1. По результатам расчетов здание претерпевает историческую осадку фундамента (1-ая стадия, табл. 1) равную 32,18мм. От начала устройства траншеи и ее обратной засыпки в течении 30 дней фундамент дает дополнительную осадку от первичного уплотнения вновь образовавшейся структуры песчаного грунта равную 44,17мм. В последующие 237 дней (стадия 4, табл. 1) осадка фундамента здания увеличивается на 2,36мм в результате ползучести грунтов, интенсивность которых наблюдается до глубины 2,5м ниже подошвы фундамента (см. по тексту выше). В процессе укрепления песков основания фундамента дома путем закачки суспензией «Микродур» осадка, характеризуемая первичным уплотнением в течении 8 дней и последующей ползучестью грунтов в течении 58 дней увеличивается на 7,48мм. в течении 7 дней, залегающих ниже отметки закачки суспензии, а также в результате ползучести этих грунтов продолжительностью 108 дней (стадии 8 и 9, табл. 1). На рис.1 приведены расчетные и фактические кривые осадок в зависимости от времени для точки № 8. Расчетная схема моделируемого фундамента представлена на рис. 2.

Рис. 2 Расчетная схема и эпюра напряжения

Анализ графика показывает, что общая расчетная осадка здания превышает наблюдаемую, что вполне объяснимо, т.к. расчетом PLAXIS определена историческая осадка здания, полная осадка здания от влияния прокладки тепломагистрали, а наблюдения за домом начались лишь спустя 1-1,5мес после ее начала, что позволило зафиксировать наблюдениями лишь заключительную часть осадки от разработки траншеи. Характер графиков расчетной и фактической осадок совпадает, что свидетельствует о правильно выбранных расчетных параметрах модели грунтов.

Наиболее интересными следствиями выполненных расчетов по результатам частичных наблюдений осадок оказались возможности определения исторической (полной) осадки здания и прогнозирования развития осадки здания в последующие периоды, когда наблюдения за ним будут отсутствовать. Для уточнения данной методики прогнозирования осадки желательны лабораторные длительные компрессионные испытания параметров SSCM грунтов с целью определения индексов сжимаемости Сс, ползучести Сα, и набухания Сs и сопоставление их значений с полученными по описанной выше методике, а также исследования прочностных и деформационных характеристик укрепленных микродуром грунтов.