Заказать звонок
email: int207@mail.ru
Современное страхование строительных рисков

Марк Юрьевич АБЕЛЕВ, доктор технических наук, профессор, директор Центра инновационных технологий в строительстве, e-mail: int207@mail.ru

Ирина Давидовна МАХОВА, кандидат технических наук, доцент, зам. директора, e-mail: int207@mail.ruЦентр инновационных технологий в строительстве Института ДПО ГАСИС НИУ «Высшая школа экономики»,117418 Москва, ул. Профсоюзная, 33, корп. 4

Аннотация. Практика страхования строительных рисков показала, что в результате ее внедрениясущественно возрастает качество работ как при проведении инженерных изысканий, так и припроектировании промышленных и гражданских объектов. Процесс строительства промышленных, гражданскихи транспортных сооружений занимает длительное время, которое проходит от начала проведения инженерногеологических изысканий до полного завершения строительства. Во многих случаях ошибки, допущенныепри проектировании, могут проявиться только после окончания строительства. Повышенные требованияк страхованию риска гражданской ответственности позволяют повысить качество строительно-монтажныхработ, провести дополнительные экспертизы и предупредить возможные ущербы. В настоящее времяинвесторы предъявляют высокие требования к финансовой устойчивости строительной компании, для нихважна связь между риском и доходностью. Кроме того, возрастает интерес к качеству управления на всехэтапах реализации строительных проектов. Последствия неуправляемых рисков, связанных с ошибкамина этапах проектирования, неудовлетворительным качеством материалов, нарушениями при ведениистроительно-монтажных работ, продемонстрировали многочисленные техногенные аварии последних лет.Сделан вывод о том, что страхование строительных рисков позволит существенно повыситьответственность всех участников строительного процесса за соблюдение действующих строительным норми правил, а также усилить контроль качества строительно-монтажных работ.Ключевые слова: страхование строительных рисков, качество строительно-монтажных работ, строительныйпроцесс, качество управления, экспертиза, техногенные аварии.

Внастоящее время, в связи сповышением требований ккачеству и стоимости строительства,страхование строительномонтажныхработ стало актуальнойзадачей. С помощью этогомеханизма дополнительно можноснизить влияние нарушенийстроительных норм, а такжеуменьшить убытки при осуществлениистроительно-монтажныхработ (СМР). Страховые компаниидолжны принимать во вниманиеновые возможности в организациистроительства и развиватьсяс учетом специфики и сложностистроительства в России(огромная территория с различнымиприродно-климатическимиусловиями) [1–4].

Страхование строительных рисков– обязательная часть строительногопроцесса. Во всехстранах Европы, Азии и Северной Америки ни одно строительствоне ведется без участия страховыхорганизаций. Начиная ссередины 1987 г. в России страхованиестроительных рисковпроводилось как обязательноемероприятие на стадии инженерно-геологических изысканий, наэтапе проектирования промышленных,гражданских и транспортныхсооружений, а также впроцессе выполнения строительно-монтажных работ.

В федеральном законе РФ от27.12. 2002 г. № 184 «О техническомрегулировании» указывалось,что проектирование строительныхобъектов не должнопроводиться только по действующимстроительным нормам иправилам, а возможно применениеболее современных методоврасчета конструкций сооружений,отличающихся от СНиП. Вэтой связи считалось необходимым,чтобы у авторов этих методови предложений (проектировщиков,строителей) была застрахованапрофессиональная ответственность.Часто такое требованиевыдвигалось заказчиком какобязательное условие заключениядоговоров.

Обычно процесс строительствапромышленных и транспортныхсооружений занимает длительноевремя, которое проходитот начала проведения инженерно-геологических изысканийдо завершения строительства,поэтому многие ошибки могутпроявиться только после окончаниястроительства. Таким образом,повышенные требования кстрахованию риска гражданскойответственности могут существенноповысить качество строительно-монтажных работ, обеспечитьпроведение дополнительнойэкспертизы и предупредитьвероятные ущербы.

Многие заказчики в требованияхк организациям, которыеучаствуют в конкурсе на строительствотого или иного объекта,ставят в качестве обязательногоусловия страхование ответственностиработников организаций,участвующих в проекте, что можетбыть обеспечено страховымполисом, стоимость которого непревышает 1 %.

В течение 2014–2017 гг. объемыстрахования строительныхрисков резко сократились, в связис тем, что правительством былопринято неудачное решение осокращении «стоимости строительства» за счет выведения изсостава строительных смет расходовна страхование, допускавшихсяранее в размере до 1 %сметной стоимости проекта.

В результате в практике инженерныхизысканий, проектированияи строительства были допущеныошибки, которые раньшепредупреждались на стадиистрахования, что привело к выполнениюдополнительных дорогостоящихработ для восстановленияэксплуатационной пригодностисооружений, которые небыли компенсированы за счетстрахования.

Далее рассмотрим требованияподрядчиков к страхованиюстроительных рисков.

Инвесторы предъявляют высокиетребования к финансовой устойчивостистроительной компании,для них важна связь междуриском и доходностью, и вопросо зрелости компании и перспективахее развития всегда стоитперед ними. Возрастает интересинвесторов к вопросам прозрачностиоперационных процессов,а также к качеству управления навсех этапах реализации строительныхпроектов. Последствиянеуправляемых рисков, связанныес ошибками проектирования,неудовлетворительным качествомматериалов, нарушениямипри ведении СМР, показалимногочисленные техногенныеаварии последних лет. По оценкаманалитиков, на строительномрынке закончился период, когдаогромные комплексы возводилисьбез должных требований кбезопасности и элементарногострахования строительно-монтажныхрисков. Таким образом,отношение к страхованию строительныхрисков становится гораздоменее формальным.

Еще одна причина, по которойподрядчики сейчас повышаюттребования к страхованию строительныхрисков, – договорстрахования становится необходимымдля участия в государственныхтендерах и аукционах повыбору подрядчика на строительство.Договор, заключенныйс авторитетной страховой компанией,зачастую становится конкурентнымпреимуществом, а работас профессиональным страховщикомпозволит снизить расходына страхование, закладываемыев смету, без ущерба для качествауправления рисками.

Например, строительные организации,которые участвуют ипобеждают в конкурсах на сооружениеобъектов, финансируемыхтакими организациями, какМеждународный и Европейскийбанк реконструкции и развития,где в контрактную стоимостьвключена страховка, давно ужене представляют своей работыбез управления рисками и страхования.С отечественными инвесторамии заказчиками дело обстоитхуже. Особенно ярко этопроявляется в жилищном строительстве,где инвестор, заказчики подрядчик – часто по сутиодна и та же организация, финансированиекоторой происходитиз одного источника. В этомсегменте строительного рынкастрахование СМР развито хужевсего.

После сдачи строительнойкомпанией в эксплуатацию объектаи по окончании гарантийногопериода (до двух лет) все рискилежат только на владельценедвижимости. Если в компаниине ведется анализ рисков и процедуры внутреннего контроля заизменением риска, то руководительработает «вслепую», неосознавая картины своих операционныхи производственных рисков,лишая тем самым трудовойколлектив четких должностныхобязанностей по их контролю.

Процесс страхования долженбыть организован, как система,структура и функциональныесвязи которой наиболее эффективносоответствуют цели – комплекснойзащите строительныхорганизаций и объектов от негативныхпоследствий рисков. Иначеговоря, необходимо организоватьсистемное взаимодействиестроительных и страховыхорганизаций с момента технико-экономического обоснованиястроительства каждого сложногообъекта.

Оценка максимальных «потенциальных» ущербов (убытков)осуществляется по единому алгоритмуи на основе математическойстатистики. После выявленияи оценки строительно-монтажныхрисков должно быть приняторешение о дальнейшем управленииими. Значительнаячасть рисков устраняется приразработке проекта. Другаячасть снижается путем формированияразумных резервов. Третьириски перераспределяютсяпод ответственность других участниковстроительного процесса.Страховая компания может такжепредложить страхователюспособы минимизации части рисковна строительной площадке(частичное изменение технологииработ, введение дополнительнойохраны стройплощадки)с условием снижения страховоготарифа при их выполнении.

Еще одна важная часть сотрудничествастроительной компаниисо страховщиком – мониторингрисков в ходе строительныхработ. Специалисты страховойкомпании проводят постоянныймониторинг рисков на строительныхплощадках, контролируякачество строительных работ,соблюдение технологий,проведение превентивных мероприятий,направленных на снижениерисков, в том числе и тех,которые могут привести к ущербудля строительного объекта итретьих лиц.

Главный момент для всегопроцесса страхового сопровождениястроительного объекта –регулирование убытков, позволяющееопределить подлинноекачество услуг, предоставляемыхстраховщиком. Поскольку регулированиеубытков является завершающимзвеном в цепочкеотношений «страхователь–страховщик», его качество в большойстепени зависит от уровнявыполнения страховщиком всехпредыдущих этапов работы.Страховая компания, оказывающаяуслуги по управлению техническимирисками, должна иметьне только опыт страхования, но истатистику учета рисков при типовомстроительстве, а такжезнать технологические процессыв строительной индустрии. Тольков этом случае она сможетобеспечить реальное страхованиетехнических рисков, гарантирующеене только получение доходадля страховой компании, нои возмещение ущербов в полномобъеме для страхователей, предложитьсвоим клиентам эффективнуюзащиту от рисков [5–7].

В ы в о д

Практика строительства в Россиии во многих странах мира показала,что страхование строительныхрисков является однимиз основных факторов, обеспечивающихвысокое качество работ,выполненных на всех этапахжизненного цикла объекта (проведениеинженерно-геологическихизысканий, проектированиеи т. д.).

При наличии страхования повышаетсяответственность всехучастников строительного процессаза соблюдение действующихстроительным норм и правил,а также лиц, применяющихсовременные методы проектированиязданий, еще не опробованныев различных природно-климатическихи грунтовых условиях.

Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками

Марк Юрьевич АБЕЛЕВ, доктор технических наук, профессор, директор, e-mail: int207@mail.ru

Центр инновационных технологий в строительстве Института ДПО ГАСИС, НИУ «Высшая школа экономики»,117418 Москва, ул. Профсоюзная, 33, корп. 4

Никита Валерьевич РОМАНОВ, директор по развитию, e-mail: nikita.romanov@menard-mail.comООО «ФРЕЙССИНЕ» – представитель компании «Menard» (Франция) на территории РФ, 115054 Москва,ул. Щипок, 11, стр. 1

Ольга Васильевна КОПТЕВА, аспирантка, e-mail: mocka@list.ruФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»,129337 Москва, Ярославское ш., 26

Аннотация. Рассматривается отечественный и зарубежный опыт применения тяжелых трамбовокпри уплотнении грунтовых оснований зданий и сооружений, а также дальнейшее развитие этого методаи технологий производства работ по уплотнению грунтов. Установлены пределы применимости этого методав зависимости от степени влажности грунтов, показаны возможности использования уплотненного основанияв качестве искусственного основания промышленных, гражданских и транспортных сооружений. Суть этогометода заключается в улучшении механических свойств грунтов путем передачи ударных воздействий высокойэнергии на рыхлые грунты. При применении тяжелых трамбовок важным элементом является контролькачества уплотнения. Данный метод, в сравнении с применением свайных фундаментов, позволяет устраиватьгрунтовые основания, значительно сокращая сроки и стоимость выполнения работ в сложныхинженерно-геологических условиях.Ключевые слова: уплотнение грунта, тяжелые трамбовки, основания сооружений, влажность грунта, сложныеинженерно-геологические условия.

Метод уплотнения грунтов тяжелымитрамбовками в последнеевремя успешно применяетсяпри строительстве на слабыхгрунтах различной степенивлажности. Впервые этот методбыл предложен проф. Ю. М.Абелевым в 1939 г. для уплотненияслоя просадочных лёссовыхгрунтов. Специальные исследованияпо пределам применимостиэтого метода и возможностииспользования различного технологическогооборудования вНИИОСП им. Н. М. ГерсевановаЮ. М. Абелевым, В. И. Крутовым,В. Б. Швецем и их учениками.Экспериментальные исследованиявелись в различных регионахУкраины, Молдавии, Белоруссии,Северного Кавказа и СреднейАзии.

Первые натурные и лабораторныеисследования показали,что, применяя метод тяжелыхтрамбовок при строительстве напросадочных лёссовых грунтах, возможно ликвидировать свойствопросадочности в пределахслоя до 4 м. В дальнейшем делалисьпопытки в Таджикистане использоватьболее тяжелые трамбовкимассой 10–12 т, которыесбрасывали с высоты 10–11 м.

Следует отметить, что во Франциикомпания «MENARD» на основеанализа многочисленныхопытов, выполненных в СССР,предложила применять тяжелыетрамбовки с массой падающегогруза 20 т. В первой серии испытанийбыли задействованы трамбовкимассой 8 т, которые сбрасывалис высоты 10 м. На специальноразработанной установкестало возможным сбрасыватьтрамбовки массой до 170 т с высотыдо 30 м.

Особенности исследований,выполненных во Франции под руководствомЛ. Менара, заключалисьв том, что возникла реальнаявозможность уплотнения грунтовтяжелыми трамбовками нижеуровня грунтовых вод, т. е. частигрунтового массива основания изводонасыщенных грунтов.

Исследования, выполненные вРоссии М. Ю. Абелевым и В. И.Крутовым, показали, что присбрасывании тяжелых трамбовокс экскаваторов типа Э-10011грунт уплотнялся только в тех случаях,когда не менее чем 30 %пор оставались заполненнымивоздухом, т. е. степень влажностиуплотненных грунтов принималасьравной 0,7 и менее. Опытыприменения трамбовок массой6–7 т, сбрасываемых с высоты7–8 м, вызывали разуплотнениеводонасыщенных глинистых и насыпныхгрунтов. Поэтому в первомнормативном документе, которыйбыл выпущен НИИОСП им.Н. М. Герсеванова (Инструкция поповерхностному уплотнению грунтовоснований зданий и промышленныхсооружений тяжелымитрамбовками СН-31-58), не рекомендовалосьуплотнять этим способомводонасыщенные грунты.

В 1961 г. М. Ю. Абелев предложилсбрасывать трамбовкимассой 6–7 т с высоты 6–8 мпри уплотнении водонасыщенныхлёссовых грунтов при строительствеАлтайского моторногозавода. Новая технология заключаласьв следующем. Посколькупри трамбовании условно считается,что толща уплотняемогогрунта не превышает 3,5 м (т. е.грунты в этом слое характеризуютсявеличиной скелета грунта,при которой просадочные грунтыстановятся непросадочными призамачивании), было предложенопровести дополнительные мероприятия.Так, до начала работ,при наличии верхних водонасыщенныхгрунтов, отрывалисьтраншеи, заполняемые негашенойкомовой известью, а такжешлаком. В некоторых случаяхвместо траншеи устраивали отдельныевертикальные скважины,которые заполняли негашенойкомовой известью. В результатегрунты верхнего слоя, ранеене уплотняемые тяжелыми трамбовками,имели степень влажностименее 0,7 (т. е. менее 70 %пор верхнего слоя грунтовогооснования были заполнены водой)и возникали условия длянормального применения методатяжелых трамбовок.

Технология производства работс использованием экскаваторовтипа Э-10011 заключалась втом, что с одной стоянки в планепо дуге круга сбрасывали трамбовкутаким образом, чтобы каждыйее след перекрывал предыдущийна полследа. С каждойстоянки экскаватора трамбовкисбрасывали по дуге так, чтобы накаждую точку основания трамбовкападала 10–12 раз. Затемэкскаватор отъезжал на одинслед и трамбование проводилосьпо следующей дуге.

По этой технологии были эффективноуплотнены просадочныелёссовые грунты до плотностискелета 1,65 т/м3. При таких и больших значениях грунты переставалибыть просадочнымипри замачивании.

Исследуя изменение плотностигрунта при динамическом нагружении(трамбовании) и сравниваярезультаты со статическимиспытанием, Л. Менар построилграфики (рис. 1), которые хорошоиллюстрируют большую разницурезультатов статических идинамических испытаний.

Оптимальную величину уплотнения Л. Менар предложил приближенноопределять по формуле d = mh, где m Ц масса трамбовки, т; h Ц высота

Эта формула была проверенапри проведении экспериментов в Швеции. Получено подтверждение возможности ее применения для глинистых полутвердых и твердых грунтов. При уплотнении песков рыхлых и средней плотности эффект уплотнения оказался меньше на 45 % по сравнению с расчетными значениями.

Л. Менар предложил использовать комбинированный метод трамбования: сначала трамбовать грунтовое основание трамбовками массой 12 т (точки для трамбования выбираются на основе полевых опытов), затем разрыхленную поверхность между следами от очень тяжелых трамбовок уплотнять более легкими трамбовками (доуплотнение).

На основании экспериментальных данных Л. Менаром были построены графики зависимости –S (напряжения–осадки) для динамических испытаний и при зондировании (рис. 2).

Много работ Л. Менара посвящены вопросам трамбования больших толщ (более 12 м) водонасыщенных грунтов. Он считал, что в процессе трамбования в грунте образуются различные каналы, по которым вода из грунта отжимается, и грунт уплотняется.

 

В 1996 г. во Франции способ уплотнения грунтов особо тяжелыми трамбовками был запрещен, так как ряд оснований сооружений, уплотненных таким способом, стали деформироваться.

Однако причины неравномерногоуплотнения грунтовоснований сооружений не быливыяснены.

Тем не менее опыт примененияметода уплотнения грунтов тяжелымитрамбовками как небольшоймассы (5–8 т), так и оченьбольшой (более 100 т) показываетего высокую эффективность,но при этом необходимо учитывать,что прочностные и деформативныехарактеристики грунтовзависят от многих факторов, втом числе и от степени водонасыщенияуплотняемых трамбовкамиверхних слоев грунтов основания.Об этом говорит и анализ многочисленныхэкспериментальныхисследований, выполненных в Ростове,Дагестане, на юге Украиныи в других регионах.

Большинство исследователей(Д. Д. Баркан, Ю. М. Абелев,Л. Р. Ставницер, Ю. К. Зарецкий,Л. Менар, Х. Юранд, Р. С. Вейтен)считают, что уплотняемыегрунты могут рассматриватьсякак упругопластические или упруговязкопластические,имеющиебольшие значения деформации.По мнению этих ученых,при падении трамбовки на грунтыоснования верхний слой грунтапереходит в состояние пластическоготечения.

В работе Ю. К. Зарецкого отмечается,что особенностью пластическихдеформаций верхнегослоя уплотняемой толщи грунтовпри использовании тяжелыхтрамбовок является некотороезапаздывание проявления пластическихдеформаций по отношениюк действующим напряжениям.

Некоторые авторы при описаниипроцессов динамическогодеформирования грунтов считают,что возрастание прочностиуплотненных грунтов определяетсяуменьшением коэффициентапористости.

Согласно работам Ю. М. Абелеваи М. Ю. Абелева [1–3], определяласьэффективность уплотнениягрунтов при применениитяжелых трамбовок для промышленногои гражданскогостроительства.

Л. Менар запатентовал тяжелуютрамбовку впервые во Франциив 1970 г. Впоследствии тяжелаятрамбовка также была запатентованав некоторых другихстранах, например в Австралии в1981 г. Сама по себе тяжелаятрамбовка является одним из старейшихметодов усиления грунтов,применявшимся еще в древностипри строительстве храмов.

По мнению Л. Менара, сутьэтого метода заключается в улучшениимеханических свойствгрунтов путем передачи ударныхвоздействий высокой энергии нарыхлые грунты. Воздействие создаетволны различных характеристик в уплотняемой толще. Внеобводненных грунтах ударныеволны перемещают частичкигрунта и переупаковывают их вболее плотное сложение (по аналогиис тестом проктора). В полностьюобводненных грунтахтакже происходит процесс уплотнения,но с отсрочкой на квазимоментальноелокальное разжижение.В обоих случаях уплотнениетяжелой трамбовкойпозволяет уменьшить пористостьгрунта и увеличить площадь контактачастиц грунта, что непосредственноприводит к улучшениюфизических и деформационныххарактеристик уплотняемыхгрунтов.

На сегодняшний день максимальнаямасса тяжелой трамбовкисоставляет 170 т. Она былаприменена в 1978 г. (на базе «Гига-машины») для проекта уплотнениятерриторий взлетно-посадочнойполосы (ВПП) аэропортаНиццы (рис. 3).Наиболее эффективным методомсброса трамбовки являетсясвободный сброс, поскольку приэтом отсутствуют потери на трениестальных канатов и барабанов.Однако при таком вариантесброса процесс присоединениятрамбовки к сбросной системеможет быть очень длительным. В то время как ударный цикл тяжелойтрамбовки на полусвободномсбросе занимает около минуты,процесс присоединения свободноупавшей трамбовки может занятьдо 5 мин. Моментальное освобождениетрамбовки при полностьюсвободном сбросе вызываетинерционный отскок мачты кранаи блокировку канатов, что можетвывести кран из строя.

В настоящее время разработанновый вариант системы сброса(рис. 4), названный MARS(Menard Automatic Release System– автоматическая система сбросаМенар). Данная система позволяетсбрасывать трамбовки массой35 т с высоты 25 м, что дает возможностьуплотнять грунты набольшую глубину (более 10 м).

Один из главных вопросов, стоящихперед инженером-проектировщикомпри оценке возможностиприменения тяжелой трамбовки,– определение эффективнойглубины уплотнения. Посколькутяжелая трамбовка являетсяметодом поверхностного уплотнениягрунтов, очевидно, чтопри ее использовании имеютсяограничения, основной из которых– эффективная глубина уплотнения,зависящая от энергииудара. Единичную энергию удара,принято выражать в ньютонах наметр, умножая вес трамбовки Wна высоту падения H.

В европейских странахдля оценки толщиныуплотнения грунтовогооснования применяетсяследующая эмпирическаяформулаD  c HW ( ),где с = 0,7–0,9 – коэффициент,учитывающий используемоеоборудование; 
= 0,5– для неоднородных песчано-глинистых грунтов;  =0,7 – для однородных среднезернистыхи мелких песчаныхгрунтов.

Процесс применения тяжелойтрамбовки предполагает многократныйее сброс в след по запроектированнойсетке. Характеристикиуплотнения основаниязависят от таких параметров, какшаг трамбования, количествопроходов, масса и конфигурациятрамбовки, высота сброса и т. д.(рис. 5).

Трамбование поверхностигрунтового массива происходит внесколько фаз в шахматном порядке(рис. 6), что позволяет равномерноуплотнить проектныйобъем грунта без необходимоститрамбования «след в след». Послекаждой фазы уплотнения следызасыпают материалом площадкиили привозным материаломи разравнивают с помощьюбульдозеров. При необходимостиконечная фаза трамбования можетсостоять из уплотнения «следв след» для доуплотнения приповерхностнойзоны грунтового основания,находящейся в разрыхленномсостоянии.

Контроль качества уплотнениягрунта при применении тяжелыхтрамбовок – важный элемент работы(см. таблицу).

Иногда, при уплотнении водонасыщенныхпылевато-глинистыхгрунтов (мелкие и пылеватые пески,супеси), тяжелая трамбовкаможет вызвать резкий скачок поровогодавления в грунте. В этихслучаях предусматривается мониторингпорового давления, чтобыисключить риск разжижениягрунтов и потери устойчивости основанийсооружений (рис. 7).

Примером могут служить испытаниятерриторий контейнерноготерминала порта Усть-Луга. Сампроект состоял в уплотнении от 4до 7 м образованных территорийна площади 161 000 м2 (рис. 8).

При этом на всей глубине уплотнениясогласно требованиямпроектировщиков необходимобыло обеспечитьмодуль общей деформацииEy  25 МПа,что соответствует лобовомусопротивлениюпри статическом зондированииqc = 9 МПа.

Приемо-сдаточныеиспытания после уплотнениягрунтового основаниятяжелой трамбовкойпоказали, что образованныйобъем грунтабыл уплотнен трамбовкой дотребуемого модуля общей деформацииEy  25 МПа, а по фактупревысил требуемое значениев отдельных местах площадки(рис. 9).

На данный момент не существуетединой формулы зависимостипри трамбовании тяжелымитрамбовками интенсивности вибрацииот расстояния и приложеннойэнергии, поэтому применяютсяэмпирические зависимости,полученные в результате мониторингадесятков объектов.

 

Практически во всех странахсуществуют свои нормативные документы,регламентирующие вибрационныеограничения при проведенииработ нулевого цикла.В ы в о д ы1. Специальные исследования,проведенные в натурных условияхпо определению эффективностиуплотнения грунтов тяжелымиВ европейских странахдля оценки толщиныуплотнения грунтовогооснования применяетсяследующая эмпирическаяформулаD  c HW
 ( ),где с = 0,7–0,9 – коэффициент,учитывающий используемоеоборудование;= 0,5– для неоднородных песчано-глинистых грунтов; =0,7 – для однородных среднезернистыхи мелких песчаныхгрунтов.Процесс применения тяжелойтрамбовки предполагает многократныйее сброс в след по запроектированнойсетке. Характеристикиуплотнения основаниязависят от таких параметров, какшаг трамбования, количествопроходов, масса и конфигурациятрамбовки, высота сброса и т. д.(рис. 5).Трамбование поверхностигрунтового массива происходит внесколько фаз в шахматном порядке(рис. 6), что позволяет равномерноуплотнить проектныйобъем грунта без необходимоститрамбования «след в след». Послекаждой фазы уплотнения следызасыпают материалом площадкиили привозным материаломи разравнивают с помощьюбульдозеров.

При необходимостиконечная фаза трамбования можетсостоять из уплотнения «следв след» для доуплотнения приповерхностнойзоны грунтового основания,находящейся в разрыхленномсостоянии.Контроль качества уплотнениягрунта при применении тяжелыхтрамбовок – важный элемент работы(см. таблицу).Иногда, при уплотнении водонасыщенныхпылевато-глинистыхгрунтов (мелкие и пылеватые пески,супеси), тяжелая трамбовкаможет вызвать резкий скачок поровогодавления в грунте. В этих случаях предусматривается мониторингпорового давления, чтобыисключить риск разжижениягрунтов и потери устойчивости основанийсооружений (рис. 7).Примером могут служить испытаниятерриторий контейнерноготерминала порта Усть-Луга. Сампроект состоял в уплотнении от 4до 7 м образованных территорийна площади 161 000 м2 (рис. 8).При этом на всей глубине уплотнениясогласно требованиямпроектировщиков необходимобыло обеспечитьмодуль общей деформацииEy  25 МПа,что соответствует лобовомусопротивлениюпри статическом зондированииqc = 9 МПа.Приемо-сдаточныеиспытания после уплотнениягрунтового основаниятяжелой трамбовкойпоказали, что образованныйобъем грунтабыл уплотнен трамбовкой дотребуемого модуля общей деформацииEy  25 МПа, а по фактупревысил требуемое значениев отдельных местах площадки(рис. 9).На данный момент не существуетединой формулы зависимостипри трамбовании тяжелымитрамбовками интенсивности вибрацииот расстояния и приложеннойэнергии, поэтому применяютсяэмпирические зависимости,полученные в результате мониторингадесятков объектов.Практически во всех странахсуществуют свои нормативные документы,регламентирующие вибрационныеограничения при проведенииработ нулевого цикла.

 

В ы в о д ы

  1. Специальные исследования,проведенные в натурных условияхпо определению эффективностиуплотнения грунтов тяжелыми трамбовками в России, Франциии других странах, показали, чтовозможно уплотнять большиетолщи слабых водонасыщенныхпесчаных и глинистых грунтов сиспользованием металлических ижелезобетонных трамбовок массойдо 10 т, сбрасываемых с высотыдо 7 м для устройства искусственныхоснований промышленныхи гражданских сооружений.
  2. При строительстве аэродромови промышленных сооруженийс большой площадью (более5000 м2), а также при строительстветранспортных сооруженийна слабых водонасыщенных глинистыхгрунтах, залегающих наглубину более 12 м, возможноиспользование тяжелых трамбовок,сбрасываемых с высотыбольше 20 м, предложенныхфирмой «MENARD» (Франция).
  3. Исследования толщи уплотненногогрунта после трамбованияпоказали, что в большинствеслучаев степень уплотнения существенноизменяется в пределахтолщи уплотняемых грунтов. Глубинауплотнения грунтов основанияпри использовании тяжелыхтрамбовок принимается в зависимостиот расчетных характеристикпрочности и деформируемостигрунтов, принятых в проектах.
  4. Исследованиями процессовуплотнения тяжелыми трамбовкамилёссовых просадочныхгрунтов при замачивании установлено,что при достижении плотностисухого грунта 1,65 т/м3 иболее грунты становятся непросадочнымипри водонасыщении.
  5. При уплотнении толщ насыпныхгрунтов различного происхожденияэффективность применениятяжелых трамбовок зависитот свойств насыпных грунтов.Величина уплотненной зоныпри этом определяется по результатамопытного трамбованияконтрольных участков на площадкестроительства.
  6. Применение тяжелых трамбовокпозволяет устраивать болееэкономичные грунтовые основанияпо сравнению со свайнымифундаментами и значительносокращать сроки и стоимостьвыполнения работ при устройствегрунтовых оснований всложных инженерно-геологическихусловиях.
Исследование процессов уплотнения большой толщи водонасыщенных глинистых грунтов в основании Главного медиацентра в Сочи

Игорь Вячеславович АВЕРИН, генеральный директор, e-mail: i.averin@mail.ru

Ульяна Андреевна КОРАБЛЕВА, главный геолог, e-mail: info@mosgeolog.ru

Анастасия Валерьевна КАБЛУКОВА, инженер-геолог, e-mail: info@mosgeolog.ru

ООО «Инженерная Геология», 121351 Москва, ул. Ярцевская, 16

Аннотация. Предложен комплекс методов контроля в рамках выполнения геотехнического мониторинга пристроительстве сооружений на слабых грунтах с использованием современного геотехнического оборудования.Исследования проводились в Сочи на территории Имеретинской низменности. При строительстве сооруженийна слабых водонасыщенных глинистых грунтах обычно применяют различные предпостроечные технологии,основанные на ускорении процесса консолидации. К таким технологиям в первую очередь относится установкавертикальных песчаных прорезей, песчаных или пластиковых дрен, перекрытых с поверхности мощным слоемпесчаного пригруза. Насыпной слой обеспечивает как уплотнение консолидируемой толщи, таки горизонтальный отвод дренажных вод. Строительство, как правило, начинают на этапе, когда несущейспособности слабых грунтов после проведенного уплотнения будет достаточно для восприятия нагрузокот строящихся зданий и сооружений. Уникальность воздения Главного медиацентра и проведенныхисследований обусловлена тем, что в силу значительного дефицита времени, связанного с началом проведенияXXII зимних Олимпийских игр, здание начали строить без заранее проведенной консолидации слабых грунтов,а уплотнение мощной толщи лагунных отложений происходило одновременно со строительством объекта.Ключевые слова: слабые водонасыщенные глинистые грунты, геотехнический мониторинг, геотехническоеоборудование, консолидация, поровое давление, горизонтальные подземные деформации, инклинометрическиеисследования.

Сооружения, возведенные наслабых водонасыщенныхглинистых грунтах с модулем общейдеформации менее 5 МПа,испытывают значительные осадки,обусловленные процессамиконсолидации грунтов в основаниизданий. Под воздействиемдополнительных нагрузок от сооруженияпроисходит уплотнениеводонасыщенных глинистыхгрунтов, которое в связи с низкойих водопроницаемостью характеризуетсязначительной продолжительностью,и, как следствие,в течение достаточно длительноговремени происходитосадка сооружения, оказываявлияние на условия его строительстваи эксплуатации [1]. Приэтом помимо возможных деформацийсооружения, возведенногона водонасыщенных глинистыхгрунтах, в ряде случаев быстрое приложение внешней нагрузкипри строительстве зданийсопровождается возникновениемизбыточного порового давленияв грунтах, что приводит к снижениюпоказателей их прочностныхсвойств и потере устойчивости,выражающихся в развитии валоввыпирания грунта попериметрусооружения [2]. Наиболее эффективнойтехнологией подготовкиоснования в данном случае, приотсутствии мероприятий, ускоряющихконсолидацию слабыхгрунтов, будет устройство уплотненнойпесчано-гравийной илигравийной подушки [3, 4], что ибыло реализовано при возведенииГлавного медиацентра в Сочи.

Мониторинг и изучение процессовконсолидации слабыхглинистых грунтов проводили натерритории Имеретинской низменности,на площадке строительстваздания Главного медиацентра.Основные методы исследованияи приборы, используемыепри наблюдениях, достаточнохорошо себя зарекомендовалипри оценке эффективностиразличных методов консолидационногоуплотнения слабыхглинистых грунтов на экспериментальномполигоне, которыйтакже был расположен в Имеретинскойнизменности [5].

Инженерно-геологические условияна участке мониторингахарактеризуются наличием вверхней части геологическогоразреза толщи слабых грунтовзначительной мощности (от 5 идо 40 м), неровным залеганиемкровли подстилающих песчаныхи гравийных грунтов. Слабыегрунты представлены лагуннымисуглинками и глинами, водонасыщеннымии имеющими консистенциюот тугопластичной до текучей,различной степени заторфованности,а также с прослоямии линзами торфов. При освоениитерритории с поверхностипроводили отсыпку техногенныхгрунтов, создавших дополнительнуюпригрузку толщи слабыхгрунтов. На рассматриваемомучастке было возведено многофункциональноездание переменнойэтажности (два–три этажа),разделенное антисейсмическимишвами на серию секций.

В пределах площадки строительствабыла оборудована сетьинструментальных наблюдений,ориентированных на контрольосадок поверхности опытнойплощадки, порового давления впределах всей толщи слабыхгрунтов, а также горизонтальныхподземных деформаций грунтовогомассива по периметру всегосооружения. Наблюдения за вертикальнымиосадками осуществлялис использованием геодезическихмарок, расположенныхравномерно по площади на поверхностифундаментной плитыотсеков здания. Периодичностьзамеров – 1 раз в месяц методамигеодезического нивелирования.Для наблюдения за поровымдавлением применяли пьезометрическиедатчики струнноготипа, а за подземными деформациями– комплект инклинометрическогооборудования, состоящегоиз специализированныхгибких труб и регистраторапроизводства компании «Geokon» (США). Дополнительно впределах участка для взаимнойувязки всех измеряемых параметровпостоянно контролировалиметеообстановку с помощью автоматическойметеостанции.

Мониторинг и изучение процессовконсолидации слабыхглинистых грунтов на территорииИмеретинской низменности выполняли в течение 1,5 лет. Поданным наблюдений за динамикойповерхности площадки, намомент окончания наблюденийабсолютная осадка по всем секциямфундамента составила всреднем 749 мм, изменяясь дляотдельных секций от 277 до 1147мм. Максимальные осадки отсековздания фиксировали в первыемесяцы после бетонированияфундаментной плиты. Толькоза первый месяц после бетонированияфундаментной плитыосадка достигала 25 % суммарнойосадки за весь период наблюдений(рис. 1).

Анализ данных абсолютнойдеформации отсеков в увязке сособенностями инженерно-геологическогостроения территориипозволяет сделать следующийвывод: значения осадок, зафиксированныхгрунтовыми реперами,находятся практически в прямойзависимости от мощностислабых грунтов, залегающих в ихосновании. Первая условная группасекций здания Главного медиацентра,максимальные осадкиS > 900 мм, расположена в восточнойчасти сооружения в зонеразвития максимальных мощностейслабых грунтов Н > 7 м.Вторая группа секций отнесена кдиапазону развития мощностейслабых грунтов Н = 5…7 м. Осадкиэтих отсеков, зафиксированныев ходе геодезического мониторинга,в основном лежат в диапазоне600–800 мм. Третья группасекций с минимальными осадкамиS < 500 мм, расположена вюго-западной части сооружения взоне развития минимальных мощностейслабых грунтов Н < 5 м.

Характер развития деформацийсооружения по площади участкаприведен на трехмернойпространственной модели развитияосадок здания (рис. 2). Полученнаяобщая картина пространственногораспределениядеформаций здания практическиполностью повторяет поверхностьдревнего рельефа, развитогодо начала накопления в этойчасти низменности слабых глинистыхгрунтов лагунных отложений.Зона максимальных деформацийнаходится в восточной частиплощадки, которая соответствуетобласти развития максимальноймощности слабых грунтовв местах наибольших глубиндна древней лагуны.

Наблюдения изменчивости поровогодавление в грунтах проводилидо начала строительства. Втолще слабых водонасыщенныхглинистых грунтов, когда началисьстроительные работы, сталичетко прослеживаться измененияпорового давления, имеющиеразнонаправленный характер, –рост в строительный период и постепенноеснижение на постстроительномэтапе (рис. 3).

В целом амплитуда измененияпорового давления за весьпериод наблюдений превысила13 кПа. Рост порового давленияв результате создания техногеннойнагрузки составилпорядка 6 кПа. В дальнейшемв постстроительный период,наблюдалось постепенное снижениепорового давления, достигшегов абсолютных значениях7,5 кПа.

Как показали результаты исследований,проведенных в аналогичныхинженерно-геологическихусловиях, процесс консолидациитакже сопровождаетсяувеличением основных прочностныхи деформационных характеристикслабых грунтов. При изучениистепени влияния песчаногопригруза в Калининграде [6] слабыйглинистый грунт уплотнилсянастолько, что после консолидациибыл переклассифицированиз ила текучей консистенции вглину мягкопластичной консистенции,а его модуль деформациив 20 раз превысил первоначальноезначение.

Наиболее активная фаза сниженияпорового давления хорошокоррелируется с периодомразвития осадки рассматриваемогоотсека (до 12–17 мм/мес),зафиксированного геодезическиминаблюдениями. В периодпостепенной относительной стабилизациипорового давлениянаблюдается и постепенное затуханиескорости развития осадкиотсека (в среднем до 3–5 мм).Вместе с тем следует отметить,что наблюдениями не была зафиксированаполная стабилизация порового давления в постстроительныйпериод, что указываетна незавершенность формированиялитотехнической системына участке возведения зданияи возможность развития дальнейшихосадок, в том числе в результатединамических и сейсмическихвоздействий.

Контроль горизонтальных деформаций,проведенный на участкестроительства здания Главногомедиацентра (рис. 4), позволилзафиксировать амплитудуи направление перемещения подземныхпрослоев при деформациисооружения в наиболее активнойфазе.

Результаты контроля горизонтальныхперемещений показали,что в процессе нагружения грунтовогооснования наблюдаетсявыпор грунта от здания в сторонуувеличения мощности слабогогрунта (дна древней лагуны), максимальноезначение которогоприходится на центральнуючасть толщи. Данный метод геотехническогомониторинга представляетвозможность своевременнооценить степень аварийнойситуации и оперативно применитьпроектные решения приизвестных подземных деформациях,глубине их развития и направленииперемещения. Крометого, этот метод необходимо использоватьпри оценке степенивлияния строительной площадкина соседние территории, в томчисле на здания окружающей застройки.

В ы в о д ы

Исследования по геотехническомуконтролю за процессамиконсолидации слабых глинистыхгрунтов в основании строящегосясооружения позволили сформулироватьследующие выводы.

  1. Примененный комплекс исследованийс использованиемсовременного геотехническогооборудования хорошо зарекомендовалсебя в данной работе,позволил с высокой точностьюосуществить геотехнический контрольза основными параметрамиконсолидации грунтовогомассива. Его можно рекомендоватьк применению в аналогичныхинженерно-геологическихусловиях.
  2. Анализ данных абсолютнойдеформации отсеков в увязке сособенностями инженерно-геологическогостроения территориипоказал, что значения осадок,зафиксированных грунтовымиреперами, находятся практическив прямой зависимости отмощности слабых грунтов, залегающихв их основании. Приэтом осадка уже за первый месяцпосле бетонирования фундаментнойплиты составила 25 %суммарных величин, полученныхза весь период наблюдений.
  3. Динамика снижения поровогодавления в слабых глинистыхгрунтах хорошо коррелируетсяс динамикой развития осадкирассматриваемых отсеков. Впериод постепенной относительнойстабилизации порового давлениянаблюдается и постепенноезатухание скорости развитиявертикальной осадки отсеков.Однако проведенные наблюденияне зафиксировали полнойстабилизации порового давления.Это можно объяснить незавершенностьюформированиялитотехнической системы и возможностьюразвития дальнейшихосадок, например при сейсмическихвоздействиях.
  4. Результаты контроля горизонтальныхперемещений показали,что в процессе нагруженияоснования наблюдается подземныйвыпор грунтового массива отздания в сторону увеличениямощности слабого грунта. Данныйметод геотехнического мониторингапри развитии аварийнойситуации представляет возможностьсвоевременно применитьнаправленные проектныерешения при известных подземныхдеформациях, а также оценитьстепень влияния строительнойплощадки на соседние территориии здания окружающейзастройки
Экспериментальные исследования характеристик деформируемости грунтов в лабораторных и полевых условиях

Марк Юрьевич АБЕЛЕВ, доктор технических наук, профессор, директор, e-mail: int207@mail.ru

Центр инновационных технологий в строительстве Института ДПО ГАСИС НИУ «Высшая школа экономики»,117418 Москва, ул. Профсоюзная, 33, корп. 4

Игорь Вячеславович АВЕРИН, кандидат технических наук, генеральный директор, e-mail: i.averin@mail.ruООО «Инженерная Геология», 121351 Москва, ул. Ярцевская, 16

Рустам Рамазонович БАХРОНОВ, кандидат технических наук, e-mail: bahronov@mail.ruАНО «Центр содействия «Эксперт», 129090 Москва, Астраханский пер., 1/15

Ольга Васильевна КОПТЕВА, аспирантка, e-mail: okopteva@hse.ru

ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»,129337 Москва, Ярославское ш., 26

Аннотация. При проектировании фундаментов зданий и сооружений должны быть выбраны такиеэкономичные и надежные проектные решения, которые обеспечивают наиболее полное использованиепрочностных и деформационных характеристик грунтов. Часто истинные значения физико-механическиххарактеристик грунтов в отчетах по инженерным изысканиям даются в завышенном или заниженном виде,что приводит к наиболее сложным или наоборот упрощенным проектным решениям по фундаментам. Приэтом основным недостатком является неправильное определение деформационных свойств грунта, особенномодуля деформации. Приведены результаты экспериментальных исследований характеристикдеформируемости слабых водонасыщенных глинистых грунтов в лабораторных, полевых и натурных условиях.Показано, что определение деформационных характеристик различных видов грунтов должны выполнятьсяс учетом их специфических свойств, поскольку существуют различия между результатами лабораторныхиспытаний в компрессионных приборах и исследованиями деформационных характеристик грунтов, которыеопределялись в натурных условиях с использованием штампов площадями 600 и 3000 см2. Установлено, что вприродных условиях в слоях слабых водонасыщенных глинистых грунтов существует постоянное поровоедавление, которое должно быть учтено при расчете фундаментов промышленных сооружений по предельнымдеформациям. Исследование порового давления в толщах слабых водонасыщенных глинистых грунтов показало,что его величина может быть использована при определении прочностных и деформационных характеристикданного вида грунтов.

Ключевые слова: характеристики деформируемости грунтов, слабые водонасыщенные глинистые грунты,модуль деформации, поровое давление.

Работы, выполненные при инженерныхизысканиях, проектированиии в процессе строительствадолжны обеспечить возведениезданий или сооружений,отвечающих всем требованиямнормативных документов РФ какпо качеству, так и по безопасности.Анализ опыта строительствапоказывает, что основную частьнарушений норм составляютошибки, допущенные в процессепроведения инженерно-геологическихизысканий. Далее происходитнеправильное проектированиеоснований и фундаментов,корректировка проектов в процессестроительства объектов ит. д.

Согласно действующему нормативномудокументу (СП47.13330.2012 «СНиП 11-02-96Инженерные изыскания длястроительства. Основные положения») результаты инженерныхизысканий должны быть достовернымии достаточными дляобоснования конструктивных иобъемно-планировочных решений,установления проектныхзначений и характеристик зданийили сооружений, мероприятийинженерной защиты и по охранеокружающей среды. Расчетныеданные в составе результатов инженерныхизысканий должнысодержать прогноз их измененияв процессе строительства и эксплуатациизданий.

В СП 22.13330.2011 «СНиП2.02.01-83* Основания зданий исооружений» указано, что припроектировании оснований ифундаментов должны быть предусмотренырешения, обеспечивающиенадежность, долговечностьи экономичность на всехстадиях строительства и эксплуатациисооружений. Необходимопроводить технико-экономическоесравнение возможных вариантовпроектных решений длявыбора наиболее экономичногои надежного проекта, обеспечивающегополное использованиепрочностных и деформационныххарактеристик грунтов и физико-механических свойств материаловфундаментов и других подземныхконструкций.

Изучение опыта строительствав стесненных условиях городов ив сложных грунтовых условияхпоказывает, что до сих пор имеютсяслучаи нарушений методикипроведения исследований физико-механических характеристикразного типа грунтов как вполевых, так и в лабораторныхусловиях. При этом часто истинныезначения характеристикгрунтов в отчетах по инженернымизысканиям даются в завышенномили заниженном виде.Ошибочное или специальное завышениезначений физико-механическиххарактеристик грунтовприводит к более простым проектнымрешениям по фундаментами в итоге к большим и неравномернымосадкам строящихсясооружений. Если же значенияхарактеристик грунтов занижены,то проектные решения пофундаментам значительно усложняются(например, свайныефундаменты разного типа, которыене будут добиты до проектныхотметок и срезаны и т. д.).При этом основным недостаткомявляется неправильное определениедеформационных свойствгрунта, особенно модуля деформации.

К сожалению, многие специалистыне учитывают спецификупроведения натурных, полевых илабораторных исследований приопределении характеристик деформационныхсвойств грунтов.В 1930-х гг. в результате исследований,выполненных в НИИ основанийи подземных сооруженийим. Н. М. Герсеванова, былоустановлено, что при определениидеформационных характеристикгрунтов в компрессионныхприборах их значения существенноотличались от деформационныххарактеристик этих жегрунтов, полученных в полевых инатурных условиях [1, 2].

Попытка установить «коэффициентыперехода» от результатовлабораторных исследований к результатам,полученным в натурныхусловиях, была неудачной,поскольку для грунтов различногопроисхождения эти коэффициентысущественно различались.

Опыты проф. Ю. М. Абелева[1], которые проводились в1932–1960 гг. на образцах лёссовыхпросадочных грунтов, отобранныхв районах городов Кемерово,Новокузнецка и других, показали,что характеристики деформируемостилёссовых грунтови величина их относительнойпросадочности существенно зависятот размеров образцов грунта,используемых в лабораторныхопытах, а также от размеровштампов, по которым определялисьзначения характеристик деформируемости(модуль общейдеформации грунтов).Исследования [2–5], проведенные для грунтов различногопроисхождения, показали, что взависимости от их свойств, а такжеот пористости и влажности,коэффициенты переходов отзначений характеристик деформируемости,полученных в лабораторныхусловиях, к характеристикам,определенным штампами,изменялись в больших пределах– от 2 до 18. Именно поэтомув современной геотехникевозникла необходимость исследоватьгрунты с учетом их различногопроисхождения, а не искатьобщий коэффициент переходаот результатов компрессионныхопытов к характеристикам,которые определялись безучета происхождения и специфическихсвойств грунтов.

Для определения характеристикдеформируемости грунтов,залегающих на большой глубине,часто применяются штампы площадью600 см2 различной конструкции(пористые, с неровной нижнейповерхностью, с предварительнойподготовкой дна скважиныцементным раствором, в которуюопускается штамп, и т. д.).

 

Анализ большого количестварезультатов испытаний (более130 опытов) грунтов штампамиуказанной площади показалибольшой разброс значений приопределении деформационныххарактеристик (модуль общей деформации).Даже в тех случаях,когда штампы до условной одинаковойстепени консолидации нагружалисьв течение 10–14 сут,был отмечен существенный разброспоказателей деформационныхсвойств (до 360 %).

Много исследований былопроведено на площадках, сложенныхна большой глубине слабымиводонасыщенными глинистымигрунтами. Такие грунтыбыли обнаружены инженерно-геологическими изысканиямипри строительстве спортивныхсооружений в г. Сочи. В основанииздания медиацентра слабыеводонасыщенные глинистыегрунты характеризовались толщинойдо 28 м. Максимальнаятолща грунтов (илов) в основанииотдельных сооружений достигала36 м [6].

Сопоставление результатов определения деформационныххарактеристик слабых водонасыщенныхглинистых грунтов, которыеопределялись на глубине 10,14, 20 и 23 м с использованиемпористых штампов площадью600 см2, показало, что значенияхарактеристик деформируемостив соседних скважинах отличаютсяна 40–55 %. Возниклопредположение о том, что деформациигрунтов в основанииштампов полностью не проявляютсяв связи с возникновениемпорового давления. Для подробногоизучения этого явленияпробуривались в ряд скважины,через каждые 1–1,7 м. В соседнейскважине, где был установленштамп площадью 600 см2(практически на этих отметках),находился датчик порового давления.Всего было установленопять таких датчиков с точностьюизмерения 0,002 МПа.

К сожалению, при нагруженииданных штампов на глубине 10 и14 м были зафиксированы разныезначения показателей деформируемостигрунтов, а такжеразные значения порового давления.Из большого количестваобследованных штампов, установленныхна глубине 8, 10 и 14 м,только в трех исследованиях быловыявлено, что возникающее восновании штампа поровое давлениесущественно определяетхарактеристики деформируемостислабых водонасыщенныхглинистых грунтов.

Дальнейшие исследования сиспользованием штампов большойплощади (3000 см2), установленныхна слабых водонасыщенныхглинистых грунтах вшурфах глубиной 5,2 м, показали,что значения модуля общейдеформации, полученные по результатамиспытаний этих штампов,отличались на 60–85 %.

В этой связи были проведены экспериментальные исследования,когда с помощью статическогозондирования устанавливалисьдатчики порового давленияна некоторой глубине в пределахэкспериментального участка.Приближенно определяли участкиразвития грунтовых зон, гдевозникали повышенные значенияпорового давления в процессеконсолидации (рис. 1).

Большое количество инженерно-геологических исследованийс применением статического идинамического зондированиябыло выполнено при строительствесооружений на территории,которая относится к стадиону вг. Калининграде.

Площадка размещения комплексастроящегося стадиона расположенана о. Октябрьский в г.Калининграде и сложена большойтолщей илов (3–5 м) и торфов(2–4 м). По предварительнымпроектам строительства стадиона,вся территория этого островадолжна быть засыпана слоемпесчаных грунтов толщинойдо 6 м (инженерная подготовка).При этом учитывалось, что отсобственной массы песчаногогрунта произойдут дополнительные,часто неравномерные осадкислабых грунтов основания(ил, торф), и процесс уплотненияслабых водонасыщенных грунтовбудет, вероятно, происходитьв соответствии с теориейфильтрационной консолидации,а из слоев ила и торфа вода будетотжиматься в дренажные поверхности.Для оперативного наблюденияза процессами уплотненияслабых водонасыщенныхгрунтов были установлены дополнительныедатчики поровогодавления, которые свидетельствовалио фактических процессахконсолидации грунтов. Крометого, для общего контроля качестваинженерной подготовки, выполненнойсверху слоя илов иторфов, проводилось статическоезондирование с использованиемустановки типа Geomil, Голландия(рис. 2).

Данные наблюдения за осадкамислоя песчаной подушки, отсыпаннойвыше илов и торфов,свидетельствуют о том, что процессыфильтрационной консолидациипроисходят устойчиво ианалитические расчеты удовлетворительносходятся с данныминатурных наблюдений.

Результаты исследований показали,что слабые водонасыщенныеглинистые грунты в природномзалегании содержат поровуюводу в напряженном состоянии(природное поровое давление).Это явление должноучитываться и в расчетах устойчивостиоснований сооружений,расположенных на таких грунтах,а также при расчетах осадокгрунтовых толщ и деформацийотдельных промышленных и гражданскихсооружений.

Наблюдения за процессамиуплотнения песчаного пригрузочногослоя (инженерная подготовка)позволили сделать вывод, чтоосадка созданной насыпи произошланеравномерно и составилаот 3 до 5 м. Контрольные исследованияпутем проходки дополнительныхскважин на глубинудо 7 м и многочисленные опытыпо измерению порового давленияпоказали, что в пределахизученной большой территорииимеются зоны, где инженернаяподготовка вызвала уплотнениеслабых водонасыщенных глинистыхгрунтов и появление поровогодавления. Остаточное поровоедавление определяется величиной,которая зависит от начальногопорового давления, получаемогопо результатамфильтрационных опытов в лабораторныхили полевых условиях.

Контрольные исследованияопределения остаточного поровогодавления в слое илов и торфов,которые залегают ниже инженернойподготовки, удовлетворительносовпали с результатамиисследования фильтрационныххарактеристик этих грунтовв лабораториях Москвы и Калининграда.

В ы в о д ы

 

  1. Проведенные лабораторные,полевые и натурные исследованиясвидетельствуют, что определениедеформационных характеристиккаждого вида грунтов должновыполняться с учетом их специфическихсвойств, посколькудля каждого вида грунтов существуютразличия между результатамилабораторных испытаний(компрессия) и исследованиямидеформационных характеристикгрунтов, которые определялись внатурных условиях с использованиемштампов площадями 600 и3000 см2.
  2. Соотношение между деформационнымихарактеристикамидля грунтов различного происхожденияи различных физическихсвойств не могут быть установленыс высокой точностью, необходимойдля расчетов фундаментовпромышленных и гражданскихсооружений по предельнымсостояниям.
  3. В результате изменения водонасыщенияслабых глинистыхи лёссовых просадочных грунтовзначения деформационных характеристик,определенных в лабораторныхи в полевых условиях,существенно различаются, поэтомудолжны быть установленына основе специально проведенныхопытов.
  4. Исследование порового давленияв толщах слабых водонасыщенныхглинистых грунтов показало,что его величина служитнадежным индикатором степениуплотнения слоя грунтов в данномнапряженном состоянии иможет быть использована приопределении прочностных и деформационныххарактеристикданных грунтов.
  5. В природных условиях в слояхслабых водонасыщенных глинистых грунтов существует постоянноепоровое давление, котороедолжно быть учтено при расчетефундаментов промышленных игражданских сооружений по предельнымдеформациям.
Оценка устойчивости склонов в условиях сейсмического воздействия

Олег Владимирович ЗЕРКАЛЬ, кандидат геолого-минералогических наук, зав. лабораторией инженерной геодинамики и обоснования инженерной защиты территорий, e-mail: igzov@mail.ru

Игорь Константинович ФОМЕНКО, доктор геолого-минералогических наук, профессор, e-mail: ifolga@gmail.com

Кай КАН (КНР), аспирант, e-mail: kevinkang8@mail.ru

ФГБОУ ВО «Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова», 119991 Москва, Ленинские Горы, 12

ФГБОУ ВО «Российский государственный геологоразведочный университет им. С. Орджоникидзе»,117997 Москва, ул. Миклухо-Маклая, 23

Аннотация. Значительная часть территории Российской Федерации располагается в зоне возможныхземлетрясений с интенсивностью 7 баллов и выше, которые могут сопровождаться вторичнымисейсмодислокациями, например сейсмогенными оползнями, являющимися наиболее катастрофичными.Действующие нормативные документы, регламентирующие вопросы проектирования промышленныхи гражданских объектов в условиях сейсмического воздействия, вопросы оценки развитиясейсмогравитационных дислокаций не рассматривают. В статье на примере модельного склона выполненаколичественная оценка его устойчивости с использованием квазистатического и динамического анализа,получены значения коэффициентов устойчивости. Величина коэффициента устойчивости, рассчитанногона основе квазистатического анализа, несколько меньше его минимальных значений, определенных на основединамического анализа. Отмечена консервативность полученных количественных оценок склона в условияхсейсмического воздействия, что требует дополнительного анализа при обосновании мероприятийпо обеспечению устойчивости склона в сейсмических условиях для зданий и сооружений промышленногои гражданского назначения.Ключевые слова: сейсмогенные оползни, количественная оценка устойчивости склонов, квазистатическийи динамический анализ, сейсмическое воздействие.

По данным Секретариата Международнойстратегии уменьшенияопасности бедствий ООН,землетрясения по своим разрушительнымпоследствиям, социальными материальным потерямзанимают одну из ведущихпозиций среди природныхкатастроф [1]. Сильные землетрясения– существенный фактор,негативно влияющий на промышленныеи гражданские объекты,поэтому требует учетасейсмического воздействия припроектировании. В пределахРоссийской Федерации в зоневозможных землетрясений с интенсивностьюсвыше 7 баллов,потенциально несущих угрозуразрушительных воздействийдля объектов строительства, находитсяболее 30 % площадистраны (согласно ОСР-2015-В иСП 14.13330.2014 «СНиП II-7-81*

Строительство в сейсмическихрайонах»).

Вместе с тем, землетрясенияинтенсивностью 6–7 баллов ивыше, помимо собственно динамическоговоздействия на зданияи сооружения, сопровождаютсявторичными геологическимиявлениями, наиболее катастрофичныеиз которых – сейсмогенныеоползни и обвалы [2]. Социальныеи экономические потери,обусловленные сейсмогеннымиоползнями, могут составлятьдо 70 % всех вызванных землетрясениемжертв, не связанных сразрушениями зданий, а в рядеслучаев – превышать потери отсейсмогенных обрушений сооружений[3]. Только за период с2004 г. по 2010 г. в результатесейсмогравитационных явленийпогибло порядка 48 тыс. человек[4]. Приведенные данные показываютуровень потенциальной«вторичной» сейсмической опасностидля промышленных и гражданскихзданий и сооружений,расположенных в густонаселенныхрегионах, таких как СеверныйКавказ или Черноморскоепобережье Кавказа, южная, наиболееосвоенная часть Сибири иДальнего Востока.

В то же время действующиенормативные документы вопросывозможного влияния сейсмогенныхоползней на безопасностьзданий и сооружений неучитывают. Они либо ориентированына решение задач проектированияотдельных объектов вусловиях возможного сейсмическоговоздействия, но без рассмотрениявероятного развитиясейсмогравитационных дислокаций(СП 14.13330), либо определяюттребования к изучению,оценке и прогнозу склоновыхпроцессов, но без учета воздействиясейсмичности на их развитие(СП 47.13330.2016 «СНиП11-02-96 Инженерные изысканиядля строительства. Основные положения»; СП 116.13330.2012«СНиП 22-02-2003 Инженернаязащита территорий зданий и сооруженийот опасных геологическихпроцессов»).

В настоящей статье рассмотреныизвестные подходы к количественнойоценке устойчивостисклонов в условиях сейсмическоговоздействия.

Оценка устойчивости склоновпри сейсмическом воздействии.В СП 14.13330 предусматриваетсяучет сейсмических нагрузок сприменением квазистатическогои динамического анализа. Проведемна примере модельногоучастка склона сравнительныйанализ результатов, получаемыхс использованием каждого изметодов. Количественная оценкаустойчивости склона с учетомсейсмического воздействия проводиласьв специализированномпрограммном комплексе «Geostudio».

В качестве модельного былвзят склон крутизной 40°, слагаемыйвыветрелыми разностямиаргиллитов (средняя плотность –1,8–2,2 г/см3, сцепление – 10кПа, угол внутреннего трения28°). В частности, склоны близкогостроения широко развиты впределах пос. Красная Поляна(г. Сочи). Количественная оценкаустойчивости склона, выполненнаяс использованием методаМоргенштерна–Прайса [5], основанногона равновесии сил имоментов, показала, что склон васейсмических условиях находитсяв условиях предельногоравновесия, т. е. коэффициентустойчивости Куст близок к 1.

Расчет устойчивости склона сучетом сейсмического воздействияна основе квазистатического анализа. При квазистатическоманализе эффект от землетрясениямоделируется введением дополнительнойсилы (горизонтальнойи вертикальной), определяемойследующим образом [6]:

FagW K W chhch  ; (1)FagW K W cvvcv  , (2)где ah и av – горизонтальное и вертикальноесейсмическое ускорение соответственно;g – ускорение силы тяжести;W– вес грунта; Kch и Kcv – горизонтальныйи вертикальный коэффициентсейсмичности соответственно.

Значение горизонтального коэффициентасейсмичности принималосьв соответствии с таблицей.Расчет устойчивостисклона выполнялся с учетоможидаемого 8-балльного сейсмическоговоздействия по квазистатическойсхеме анализа. Врасчет закладывались величиныгоризонтального и вертикальногосейсмического ускорения для8-балльного землетрясения согласноЕврокоду 8 «Проектированиесейсмостойких конструкций». В соответствии с даннымдокументом расчетные сейсмическиесилы инерции FH и FV,действующие на массив в горизонтальноми вертикальном направлении,при квазистатическоманализе записываются в виде:

FH = 0,5aW; (3)FV = ±0,5FH, если аvg/аg > 0,6; (4)FV = ±0,33FH, если аvg/аg  0,6; (5)где а – отношение расчетного ускорения грунта ag к ускорению силы тяжестиg; аvg – расчетное ускорение грунта ввертикальном направлении; W – весоползающего массива.При определении направлениягоризонтальной сейсмическойсилы в сторону склона рассматриваетсянаиболее неблагоприятноенаправление [7].

При определениизнака в формуле длярасчета силы инерции FV, действующейв вертикальном направлении,следует исходить из принципасамого неблагоприятногосочетания, т. е. знак выбираетсятакой, при котором Куст склонабудет меньше. При оценке устойчивостибыли приняты: Kch = 0,1;Kcv = ±0,033 (наиболее неблагоприятноенаправление вертикальнойсоставляющей – вниз).

При расчетах по квазистатическойсхеме был получен коэффициентустойчивости Куст = 0,79,т. е. при заданных параметрахсклон при 8-балльном землетрясениитеряет устойчивость (величинаКуст снижается более чем на20%по сравнению с асейсмическимиусловиями).

Расчет устойчивости склона сучетом сейсмического воздействияна основе динамического анализа. При динамическом анализерасчет устойчивости склонаосновывается на использованииакселерограмм, позволяя учитыватьпродолжительность и интенсивностьземлетрясения. Оценкаустойчивости склона при сейсмическомвоздействии в ПК «Geo-Studio» осуществляется следующимобразом. На первом этапе,на основе статического анализа,определяется начальное поле напряжений,действующее в массиве.Далее выполняется динамическийанализ, оценивающий изменениенапряженно-деформированногосостояния массивапри прохождении сейсмическихволн. В основе динамическогоанализа лежит конечно-элементноерешение уравнения движенияследующего вида:[K ]{d}  [D]{v}  [M ]{a}  {F }, (6)где d – смещение; v – скорость; a – ускорение;[K] – матрица жесткости;[D] – матрица затухания колебаний;[M] – матрица масс; {F} – вектор узловыхсил.

В рамках настоящих исследованийбыл выбран метод увеличенияускорения реальной акселерограммы.Для расчета устойчивостисклона с учетом сейсмическоговоздействия на основединамического анализа были использованымодифицированныеданные по Рачинскому землетрясению[8]. В соответствии с положениямиСП 14.13330 за исходныеамплитудные характеристикиколебаний грунта принимаютсяускорения 200 см/с2 присейсмичности 8 баллов. Поэтомугоризонтальная акселерограммабыла модифицирована путемувеличения пика горизонтальногоускорения до 0,2g. В средеGeoStudio модель является двухмерной.Поэтому для расчетабыла выбрана акселерограммапо направлению север–юг. Такжедля использования при анализебыла модифицирована вертикальнаяакселерограмма (пикгоризонтального ускорения былувеличен до 0,13g).

При расчетах по динамическойсхеме был получен минимальныйкоэффициент устойчивостиK устmin = 0,82, что ниже Куст, определенного для статическихусловий, но нескольковыше Куст, найденного с использованиемквазистатическогоанализа с учетом сейсмическоговоздействия такой же интенсивности(Куст = 0,79).

Вместе с тем в ряде работпредлагается в качестве результирующегозначения Куст при выполнениидинамического анализарассматривать среднее значениеполученного Куст [9]. Для анализируемого участка был определенK устср = 1,04, что вышеКуст для асейсмических условий,и, что очевидно, неверно характеризуетустойчивость склонапри сейсмическом воздействии.

В ы в о д

В настоящее время действующиенормативные документы, такиекак СП 14.13330.2014, СП47.13330.2016 и СП 116.13330.2012 практически не учитываютвопросы возможного воздействиясейсмичности на активизациюоползней и, в конечном итоге,влияния развития склоновыхдеформаций сейсмогенного характерана безопасность зданийи сооружений.

На сегодняшний день разработаныметоды количественнойоценки устойчивости склонов вусловиях сейсмического воздействия,основанные на применениикак квазистатического, так идинамического анализа, позволяющиехарактеризовать изменчивостьсостояния склонов приземлетрясениях, давая, в целом,результаты с достаточно хорошейсходимостью. Полученныена примере модельного склонавеличины Куст, рассчитанные наоснове квазистатического анализа,несколько меньше минимальныхвеличин Куст, определенныхна основе динамического анализа.При этом очевидно, что учетреальных акселерограмм при динамическоманализе способствуетбольшей правдоподобностиполучаемых результатов.

Следует отметить, что непосредственнопри сейсмическомвоздействии устойчивость склоновне остается неизменной –расчетная величина Куст колеблетсяпри прохождении сейсмическойволны, изменяясь от минимальныхзначений (при направлениивертикальной составляющейсейсмических сил вниз) до максимальныхвеличин (при направлениивертикальной составляющейвверх). Предполагая, что нарушениеустойчивости склона не обязательнопроисходит мгновеннопри сейсмической нагрузке, следует также допустить, что K устmin,получаемый при динамическоманализе, является излишне консервативным,требуя дополнительногоанализа при обоснованиимероприятий по обеспечениюустойчивости склона при землетрясениях.Кроме того, можнопредположить, что более реалистичнуюхарактеристику устойчивостисклона при землетрясениипокажет величина K устдин в диапазонеот K устmin до Куст (статическиеусловия). Однако в рассматриваемомслучае результаты квазистатическогоанализа представляютсясущественно заниженными,предопределяя избыточность мероприятийпо обеспечению устойчивостисклона в условиях сейсмическоговоздействия.

Проектирование зданий и сооружений, подвергающихся динамическим воздействиям

Юрий Тихонович ЧЕРНОВ, доктор технических наук, профессор, е-mail: jurychernov@gmail.com

ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»,129337 Москва, Ярославское ш., 26

Аннотация. Представлены общие рекомендации по проектированию и эксплуатации зданий и сооружений,подвергающихся динамическим воздействиям. Приводятся требования к уровням и характеру вибраций,которые устанавливаются в зависимости от реакции людей, условий нормальной работы технологическогооборудования, общей реакции зданий (интегральной оценки), а также возможного развития незатухающихосадок. Отмечены основные этапы, которые следует включать в общую программу по определению уровнейколебаний в зависимости от положения источника – внутри сооружения (внутренние источники) и вне его(внешние источники). Приведены два примера очевидных ошибок, допущенных при проектировании зданий,связанных с динамическими воздействиями. На обогатительных фабриках, где установлены грохоты, неучитывалась близость частот собственных колебаний соседних пролетов и частот возмущения. Возбуждалисьрезонансные колебания, уровни которых на порядок превышали нормируемые СН.2.24/2.1.8.566-96«Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий». Другие случаи связаныс развитием значительных осадок зданий, до 20–50 см от виброактивного оборудования – кузнечныхи штамповочных молотов. В этих случаях удовлетворялись требования СП 26.13330. Однако уровни ускоренийколебаний значительно превышали рекомендуемые в технической литературе – более 40 см/с2.Ключевые слова: динамические и вибрационные воздействия, проектирование зданий и сооружений, осадкизданий, уровень колебаний, нормирование.

Вибрационная безопасность,связанная с динамическимивоздействиями на окружающуюсреду – людей, здания и сооружения,транспортные магистрали,трубопроводы и т. д., – однаиз важных составляющих общейпроблемы – экологической безопасности.

Многообразие источников, характераи уровней воздействий,способов передачи, реакции людейи конструкций практическиисключает возможность разработкиобобщающих рекомендацийпо учету подобных воздействий.

Однако можно выделить некоторыеосновные проблемы, которыеприходится решать как припроектировании, так и при строительствеи эксплуатации сооружений,подвергающихся динамическимвоздействиям: 

  • выявление источников и характеравоздействий; 
  • расчет или оценка (главнымобразом от внешних источников)реакции сооружений на динамическиевоздействия; 
  • определение динамическиххарактеристик элементов конструкций(частот собственных колебаний); 
  • нормирование уровней колебанийв зависимости от типа сооружений (промышленные, жилые,общественные здания), отназначения помещений, вида деятельностинаходящихся в нихлюдей, виброчувствительногооборудования; 
  • характер и уровни колебанийфундаментов сооружений илиповерхности грунта на площадкестроительства (возможность развитиядополнительных осадок,связанных с вибрациями).

Несущие конструкции зданий исооружений, подвергающиеся динамическимвоздействиям, проектируютсяс учетом положенийнормативных (ГОСТ 12.1.012–90«Вибрационная безопасность.Общие требования»; СН.2.24/2.1.8.566-96 «Производственнаявибрация, вибрация в помещенияхжилых и общественных зданий»; СП 26.13330.2012 «СНиП2.02.05-87 Фундаменты машин сдинамическими нагрузками) и инструктивныхдокументов по динамикесооружений [1–3].

Динамический расчет несущихконструкций промышленных зданийи сооружений на действиеэксплуатационных нагрузок отвнутренних источников или систематическихвнешних воздействий,большей частью связанных странспортными магистралями,как правило, носит поверочныйхарактер. Его цель – проверитьдопустимость перемещений ивнутренних усилий в конструкцияхпри совместном действии статическойи динамической нагрузок,имея в виду выполнение требований: 

  • по прочности, выносливости,деформативности конструкций; 
  • санитарно-гигиенических норм; 
  • по технологии производственныхпроцессов; 
  • по ограничению уровней дополнительныхосадок зданийвследствие воздействия вибраций,передающихся через конструкцииили через грунт на фундаменты.

При расчетах сооружений надинамические воздействия аналитическимиили численными методаминеобходимо определять частотысобственных горизонтальныхи горизонтально-вращательныхколебаний зданий, а для отдельныхэлементов конструкций,главным образом перекрытий, –частоты вертикальных колебаний.

Возможность возбуждения колебанийв резонансной области(зоне) оценивается расчетом с использованиемданных о характерединамических воздействий, амплитудныхзначениях, частотномспектре и динамических характеристикахэлементов конструкций.

При близких расчетных значенияхчастот собственных колебанийэлементов конструкций зданийи составляющих частотногоспектра воздействий от внешнихисточников следует выполнитьинструментальное обследованиеколебаний поверхности грунтана площадке, цель которого: 

 

  • определить вид колебаний –периодические, свободные, случайныеи т. п.; 
  • вычислить частотный спектр; 
  • определить амплитудные значенияперемещений, скоростей иускорений из записей в реальномвремени, оценить уровень колебаний фундаментов и связаннуюс этим возможность развития дополнительных осадок.

 

Колебания поверхности грунтана строительной площадке илифундаменте, возбуждаемые внутреннимии внешними источниками,расположенными на расстояниименее 700 м, не должны превышатьпредельных значенийуровней колебаний (скоростей иускорений), выше которых возможноразвитие незатухающихосадок. Если при инструментальномобследовании колебанийили расчетом установлен недопустимовысокий уровень колебанийконструкций, который чащевсего связан с возбуждениемоколорезонансных режимов, необходимопредусмотреть специальныемероприятия (изменениерасположения машин, применениевиброизоляции, балансировка,уравновешивание и изменениечисла оборотов машин ит. д.), позволяющие уменьшитьколебания, см. разд. 6 [1].

Существенное увеличение поперечныхсечений и армирования,а также изменение конструктивныхсхем элементов несущихконструкций в целях пониженияуровня колебаний, связанное созначительными дополнительнымизатратами, допускается лишьв отдельных случаях и должнообосновываться технико-экономическимрасчетом, подтверждающимэкономическую целесообразностьпроведения мероприятийконструктивного характера.

Результаты динамическогорасчета строительных конструкцийдля тех производств, где динамическиенагрузки являютсяосновными (обогатительные, текстильныефабрики и т. п.) могутвлиять на выбор конструктивнойсхемы и размеры поперечных сеченийи пролетов элементов, еслиспециальные мероприятия поуменьшению колебаний оказываютсянедостаточно эффективными,экономически нецелесообразнымиили технически невыполнимыми.

Машины, установки и оборудование,создающие значительныединамические нагрузки, рекомендуетсярасполагать на полупервых этажей многоэтажныхзданий или на отдельных фундаментах,не связанных с каркасом.При необходимости устанавливатьмашины и оборудованиес динамическими нагрузками наперекрытиях, желательно располагатьих на возможно большемудалении от приборов I и II классачувствительности к колебаниям,см. п. 5.2 и п. 8.9 [1]. Например,размещать машины и приборыв разных концах зданий ина различных этажах.

Источники динамических воздействий могут классифицироватьсякак внутренние, расположенныенепосредственно в сооружениях,так и внешние.

К внутренним источникам относятсяразличные виды технологическогооборудования, напримермашины ударного действия(молоты, штампы, испытательныемашины и т. п.) и с периодическими(гармоническими)нагрузками (насосы, вентиляторы,турбины, компрессоры ит. п.). Нерегулярные динамическиевоздействия связаны с движущимисямеханизмами, потокомлюдей, аварийным разрушениемотдельных элементов.

При проектировании зданий ссистематическими воздействиямиот виброактивного оборудования(внутренних источников) достаточнополную информацию о характереи уровне колебаний даютрезультаты динамического расчета,важный этап которого – определениединамических характеристикконструкций (частот, жесткости).Эта информация совместнос данными о характере воздействий(уровнях, частотном составе)позволяет избежать повышенныхуровней вибраций, как правило,в резонансных зонах.

Необходимые рекомендации,включающие общие положенияпроектирования, расчета, выборарасчетных схем, способов защитыот вибрации, из которыхнаиболее эффективным являетсявиброизоляция, содержатся внормативных документах (ГОСТ12.1.012–90, СП 26.13330) и техническойлитературе [1, 2, 4–8].

К основным внешним источникам,воздействия от которых передаютсячерез грунт на строительныеплощадки, фундаментысооружений и далее на элементыконструкций, следуют отнести:транспортные магистрали с интенсивнымдвижением (автомобильныеи железные дороги, линииметрополитена, трамвайныелинии), промышленные и строительныеплощадки, удаленныеменее чем на 700 м от зданий [1,4, 9]. Обширные и профессиональнопроанализированные материалыпо мониторингу транспортныхвибраций даны в работе[9].

Большинство из названных источниковвозбуждают колебания,которые передаются нафундаменты зданий и могут провоцироватьразвитие дополнительныхосадок, что в свою очередьвызывает развитие трещин,а иногда и разрушение отдельныхэлементов. Наиболее частоэто наблюдается во многих городскихзонах [4, 6, 9].

Во многих случаях колебанияперекрытий, возбуждаемые внешнимиисточниками, могут превышатьпредельно допустимые, в частности,нормируемые СН.2.24/2.1.8.566-96. Повышенные уровнивибрации отдельных элементовконструкций также связаны с резонанснымирежимами.

Прогноз уровней колебанийфундаментов конструкций отвнешних источников и возможныхдополнительных осадок настадии проектирования во многомможет иметь лишь качественныйхарактер. Это связано смногочисленными факторами,от которых зависит реакция зданий:уровни и характер воздействий(в большинстве случаевимеют случайный характер), однородностьсреды, через которуюраспространяются вибрации,вид грунта на площадке,конструктивное решение зданий.

Наиболее полную информациюоб уровнях колебаний, динамическиххарактеристиках несущихконструкций и их отдельныхэлементах, источниках и характеревоздействий, в том числеот внешних источников, можнополучить из результатов инструментальныхисследований колебаний(как экспериментальных,так и натурных). Эта информацияво многих случаях позволяет выбратьоптимальный способ сниженияуровня вибраций.

Нормируемые параметры колебаний,их нормативные или рекомендуемыепредельные значениясодержатся в нормативной(СН.2.24/2.1.8.566-96, СП26.13330.2012), справочной [7]и технической литературе [4, 6,9]. В частности СН 2.24/2.1.8.566-96 устанавливают предельныеуровни вибрации в зависимостиот назначения помещений,вида воздействий и т. д. иявляются обязательным для исполнениядокументом для организацийи частных лиц. Классификацияоборудования по чувствительностик колебаниям (скоростям)основания (9 классов)дана в работах [1, 6, 7].

Во многих странах [10–12], втом числе и в России [6], имеютсярекомендации по приближенной(интегральной) оценке реакциизданий на действие вибраций (вибростойкости).Нормируются ускоренияи скорости. Наиболееполная и детальная оценка вибростойкостисодержится в нормахЧехии, в которых регламентируются«приведенные значения параметровколебаний для различныхклассов вибростойкости конструкций», см. табл. 16.7 [6].

Важная инженерная проблема– определение или оценка параметрови уровней колебанийфундаментов зданий, выше которыхвозможно развитие незатухающихосадок. В работах ведущихспециалистов в области динамикигрунтов [4, 13, 14] показано,что определяющим параметромколебаний в этом случаеявляется ускорение, величинакоторого зависит от вида грунтаи статической составляющей давления.По предложению О. А.Савинова [3, 4] приближеннопредельные значения ускоренийможно принимать равными 15см/с2 для слабых грунтов и 25см/с2 – для плотных.

В заключение отметим два характерных случая, когда инженерныеошибки, связанные с недостаточнойинформацией, привелик серьезным последствиямдля зданий. Первый случай –обогатительные фабрики алмазодобывающейпромышленности.При установке грохотов наверхних отметках перекрытий счастотами возмущения 12,5 Гц,ячейки соседних пролетов имелиразмеры 66 м или 612 м. Первыесобственные частоты в этихпролетах, в зависимости от дополнительныхмасс (оборудования),составляли 12–15 Гц. Уровниколебаний в отдельных пролетахпочти на порядок превышалипредельно допустимыеСН.2.24/2.1.8.566-96.

Второй случай связан с развитиемзначительных осадок зданийот виброактивного оборудования– кузнечных и штамповочных молотов,расположенных на относительнонебольшом расстоянии,до 30 м и более, в промышленнойзоне, см. табл. 5.1 [4].

Большие дополнительные осадки,до 20–50 см, развивалисьпри работе кузнечных молотов илесопильных рам и в меньшейстепени от ковочных и штамповочныхмолотов. Величина осадкизависела также от конструкциифундамента здания. Во всехслучаях удовлетворялись требованияСП 26.13330.2012: по ограничениюуровней колебанийфундаментов под оборудованием;условие п. 5.2.23 данногосвода правил, связанное с ограничениемуровней скоростей колебанийв зависимости от видавоздействий.

Однако в большинстве случаевне удовлетворялось требованиепо ограничению уровней ускорений– более 40–80 см/с2.

В ы в о д ы

  1. Динамические воздействияна сооружения могут создаватьсерьезные проблемы при строительствеи эксплуатации зданий исооружений, возбуждая колебанияконструкций, уровни которыхпревышают предельные значения,установленные нормативнымидокументами, провоцируютпоявление и развитие трещин,разрушение отдельных несущихэлементов [15].
  2. Одной из основных причин,вызывающих повышенные уровнивибраций и связанное с этимпревышение нормируемых предельныхуровней, является возбуждениеколебаний (при близкихзначениях собственных частоти частот возмущения) резонансныхколебаний.
  3. Недостаточно изученная кнастоящему времени, однакоочень важная проблема – развитиезначительных дополнительныхосадок зданий, связанных свибрациями, в зависимости отуровня колебаний фундамента,вида грунта, статической составляющейнапряжений и т. п. Ориентировочныезначения предельныхуровней ускорений приведеныв этой в статье.
  4. Учет рекомендаций нормативныхи инструктивных материаловв большинстве случаев позволитудовлетворить все необходимыетребования по ограничениюуровней колебаний.
Допуски к работам СРО
Отзывы
В.А. Ильичёв Президент РОМГГиФ, Академик РААСН, д.т.н., проф.

Уважаемый Марк Юрьевич!Российское общество по механике грунтов, геотехнике и фундаментостроению выражает благодарность коллективу АНО «Центр содействия «Эксперт» за многолетнюю деятельность в деле образования и научных исследований в нашей области.Мы ценим Ваш высокий профессионализм, ответственность и серьезное отношение к поставленным задачам.Особо следует отметить проводимые Вами регулярные научно-практические конференции и семинары по устройству и проектированию фундаментов в сложных грунтовых условиях, а также современные технологии, применяемые в фундаментостроении. На своей площадке Вам удалось объединить ведущих специалистов и ученых-практиков, разработчиков нормативных документов и передовых методов и материалов. Надеемся, что и впредь данные мероприятия будут проводиться регулярно.Со своей стороны, РОМГГиФ готов оказывать любую научную поддержку в деятельности вашей организации на основе действующих Положений по Миссии и Этике РОМГГиФ.Успехов и удачи Вам и сотрудникам Вашей компании!

В.В. Семкин Генеральный директор к.т.н., член Президиума Российского общества по механике грунтов, геотехнике и фундаментостроению

Уважаемый Марк Юрьевич! Фирма "Балтий" выражает Вам и всему коллективу АНО "Центр модействия "Эксперт" искреннюю благодарность за плодотворное сотрудничество, профессионализм и ответственность, проявленные во время совместной работы с Вами.Абелев М.Ю. и специалисты АНО "Центр содействия "Эксперт" неоднократно привлекались для проведения научно-технического сопровождения строительства сложных, уникальных и тенических сложных объектов и результатьм этой работы были профессиональные технические решения, позволяющие повысить экономическую эффективность проектов при обеспечении их конструктивной безопасности ка в период строителства, так и при далнейшей эксплуатации.Мы надеемся, что Вы останетесь нашим доюрым партнером, способным на решение всех вопросов, возникающих в процессе проектирования и строительства зданий и сооружений в сложных грунтовых условиях.Искренне желаем вам и всему Вашему коллективув профессинального роста, финансовой стабильности и надеемся в будущем неоднокрастно сотрудничать с Вами.

И.В. Аверин Генеральный директор ООО «Инженерная Геология»

Уважаемый Марк Юрьевич!Практика строительства показывает, что, несмотря на существующие нормыпо инженерным изысканиям, учет мнения ведущих и фундаментальныхспециалистов при проведении работ на территориях со сложными грунтовымиусловиями никогда не будет лишним. Команда АНО «ЦС «Эксперт» подруководством профессора, д.т.н. М. Ю. Абелева зарекомендовала себя каквысококвалифицированные, ответственные специалисты и надежные партнеры.ООО «Инженерная Геология» в течение многих лет сотрудничает с АНО«Центр содействия «Эксперт» при внедрении и повышении эффективностисовременных методов инженерных изысканий. При совместных консультацияхбыли обсуждены и в дальнейшем в деятельность ООО «Инженерная Геология»были внедрены современные стандарты, новые методики и методы исследований врамках комплекса инженерно-геологических изысканий для строительства. Подруководством д.т.н., профессора М.Ю. Абелева были разработаны специальныерекомендации, которые были удачно использованы при изысканиях в сложныхгрунтовых условиях. При этом, после выполнения контрольных инженерногеологическихизысканий удалось достичь значительного экономического эффектапри строительстве нулевого цикла зданий и сооружений на таких объектах, как:Олимпийские сооружения в Имеретинской низменности в г. Сочи, Футбольныестадионы в г. Ростов на Дону, Нижнем Новгороде и Калининграде, Жилогомикрорайона в г. Люберцы МО.Надеемся на дальнейшее плодртвс ное и взаимовыгодноесотрудничество.