Изучение напряженно-деформированного состояния грунтового массива и взаимного влияния подземных конструкций существующих и вновь возводимых сооружений в береговой зоне морского порта Тамань

Изучение напряженно-деформированного состояния грунтового массива и взаимного влияния подземных конструкций существующих и вновь возводимых сооружений в береговой зоне морского порта Тамань

А.Ю. Прокопов, В.Ф. Акопян, К.Н. Гаптлисламова

Морской порт Тамань был открыт для оказания услуг в конце 2009 г. [1]. Его основные технические характеристики [2]: назначение - терминал по перевалке наливных пищевых грузов; площадь территории морского порта -36,49 га; площадь акватории морского порта - 89,51 км ; количество причалов - 4; длина причального фронта - 937,0 п. м, пропускная способность грузовых терминалов - 7,1 млн. т/ год; период навигации в морском порту -круглогодичный.Общий планируемый грузооборот по первому этапу развития Порта составит 25,45 млн. т/ год. В настоящее время строительство объектов транспортной инфраструктуры порта продолжают два инвестора: ООО «Пищевые Ингредиенты» и ЗАО «Таманьнефтегаз».

Для оценки возможного влияния нового строительства на техническое состояние существующих портовых сооружений, по заказу проектировщика - ОАО «Промгражданстрой», специалистами кафедры инженерной геологии, оснований и фундаментов (далее - ИГОФ) Ростовского государственного строительного университета в августе 2013 г. были выполнены работы по обследованию оснований и строительных конструкций резервуарного парка пункта отгрузки зерновых на морской транспорт ООО «Пищевые ингредиенты».

Для оценки влияния нового строительства на техническое состояние существующих сооружений резервуарного парка было изучено напряженно-деформированное состояние(далее - НДС) грунтового массива и подземных конструкций существующих и вновь возводимых сооружений с помощью конечно-элементных моделей, разработанных в ПК «Лира».

При разработке моделей учтен опыт, полученный сотрудниками кафедры ИГОФ при создании и совершенствовании методов расчета и

моделирования оснований и свайных фундаментов [3, 4], зарубежный опыт [5, 6], а также новые возможности ПК «Лира. Версия 9.6» [7].

Основными особенностями участка строительства, учет которых обязателен для обеспечения адекватности расчетной модели, являются:

- выделение 4 инженерно-геологических элементов (ИГЭ),согласно [8],в зоне взаимного влияния возводимых и существующих сооружений. Грунты ИГЭ-1, согласно [8], относятся к классу техногенных дисперсных грунтов, к группе связных и несвязных, подгруппе природных перемещенных образований (насыпных), по типу - к минеральным, по виду -к глинистым, крупнообломочным и песчаным грунтам.Грунты ИГЭ-2, 3, 4, согласно [8], относятся к классу природных дисперсных грунтов, к группе связных, подгруппе осадочных, по типу - к минеральным, по виду - к глинистым грунтам;

- площадка относится к подтопленной [9]. При строительстве и эксплуатации сооружений существует опасность формирования горизонта грунтовых вод типа «верховодка» в основании насыпных грунтов.

- повышенная сейсмичность (до 9 баллов);

- возможность активизациисклоновых процессов. Вдоль юго-западной границы участка изысканий, в районе предполагаемого строительства подпорной стены, расположен склон крутизной около 30°. Склон террасирован, задернован. У подошвы склона - выходы грунтовых вод.

С учетом вышеописанных инженерно-геологических условий, разрезов по скважинам и заданных технологических нагрузок была составлена расчетная схема участка склона, учитывающая влияние устраиваемого «Пункта разгрузки автотранспорта» на состояние существующего резервуарного парка. В модели учтены также фактические параметры ростверков и свайных фундамента резервуара, пункта разгрузки автотранспорта, шпунтового ограждения и подпорной стенки(рис. 1).Для обеспечения корректности модели и результатов расчета каждый инженерно-геологический элемент (ИГЭ) включен в модель в виде слоя соответствующей мощности и выдержанности по

линии геологического разреза (рис. 2), для каждого из слоев заданы соответствующие характеристики грунта (модуль деформации, коэффициент Пуассона, удельный вес и др.) и получены значения осадки (рис. 3).

Рис. 1. - Расчетная схема участка склона Морского порта Тамань с расположением взаимовлияющих сооружений

Рис. 2 - Разбивка модели на конечные элементы с учетом напластования ИГЭ

Рис. 3- Изополя вертикальных перемещений

Согласно полученным результатам расчета, осадка основания свайного фундамента составляет 45,4 мм, что значительно меньше предельно допустимой деформации для рассматриваемого резервуара - 150 мм[10].

Горизонтальные перемещения массива грунта сконцентрированы между свайным полем и шпунтовым рядом и не превышают 9,2 мм. Перемещение верха шпунтового ряда равно 1 мм, что сходно с результатами расчета [11].Наибольший поворот вокруг оси, перпендикулярной плоскости разреза, выявлен в шпунтовом ряду и не превышает семи десятитысячных радиана.

По эпюрам распределения напряжений ах ,ау , Тху, можно сделать вывод, что максимальные концентрации напряжений «приняли на себя» элементы с наибольшими жесткостями - железобетонные конструкции. Грунтовый массив, напротив, не имеет ярко выраженных зон концентрации напряжений и они варьируются около нулевых значений.

Подошва условного свайного фундамента существующего сооружения находится на абсолютной отметке +1,300. Таким образом, безопасность строительства и эксплуатации пункта погрузки автотранспор-та,проектируемого на удалении 14 м ниже по склону с абсолютной отметкой подошвы ростверка +10.700 и абсолютной отметкой острия свай +1.700, может быть обеспечена при условии устройства между ним и существующим парком резервуаров шпунтовой стенки, заглубленной ниже подошвы условного свайного фундамента пункта погрузки не менее, чем на 2,7 м. Оценка взаимовлияния указанных сооружений должна производиться на одной модели совместно с оценкой устойчивости склона под нагрузкой и НДС слоев грунтового массива.

Список литературы:

1. Приказ Минтранса Российской Федерации от 23.09.2009 г. № 169 «Об открытии морского порта Тамань для оказания услуг».

2. Распоряжение Федерального агентства морского и речного транспорта от 23.12.2009 г. №АД-277-р «О внесении сведений о морском порте Тамань в Реестр морских портов РФ».

З.Чмшкян, А.В. Взаимодействие конического штампа с неоднородным основанием [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2012, №4. Ч. 2. - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n4p2y2012/1391 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз.рус.

4. Панасюк, Л.Н. Моделирование работы сооружений с учетом проявления неравномерных деформаций в основании / Л.Н. Панасюк, Э.А. Таржиманов, Чантха Хо .[Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2011, №4.- Режим доступа:

http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n4y2011/591(доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз.рус.

5. Oka F., Kimoto S., Adachi T. Calibration of elastoviscoplastic models for cohesive soils. - Prediction, analysis and design in geomechanical applications/ The 11th Conf. of IACMAG. Torino, 2005. Vol.1. P. 449-456.

6. Wu A.K.H. Development of simple pile driving model for axially loaded long piles: a model including pile-soil interaction and energy radiation. Thesis of PhD at the University of Calgary (Canada), 1990., - 298 c. англ. яз.

7. Прокопов А.Ю., Прокопова М.В. Новые возможности моделирования в программном комплексе «Лира 9.6»// Перспективы развития Восточного Донбасса: сб. науч. тр. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2009. - Ч. 1. - С. 160-165.

8. ГОСТ 25100-2011 «Грунты. Классификация»

9. Свод правил СП 47.13330.2012* Актуализированная редакция «СНиП 1102-96 Инженерные изыскания для строительства».

10. Коновалов, П.А. Предельные значения средних и неравномерных осадок металлических резервуаров // Основания, фундаменты и механика грунтов -1985, №5, С.27.

11. Технический отчет по договору № 4.6.16.9-207/13 от 14.08.2013 г. РГСУ с ОАО «Промгражданстрой»: «Оценка технического состояния строительных

конструкций по результатам обследования резервуарного парка пункта отгрузки зерновых на морской транспорт ООО «Пищевые ингредиенты» морской порт Тамань, Темрюкского района, Краснодарского края»/ Рук.договора - А.Ю. Прокопов. - Ростов-на-Дону: РГСУ. - 2013. - 83 с.