Особенности формирования и трансформации контактных напряжений плитных фундаментов с учетом поэтапности и несимметричности приложения нагрузки

5. Инструкция по управлению рисками при строительстве тоннельных сооружений. Международная тоннельная страховая группа. Мюнхен. 2006г.

6. Чунюк Д.Ю. Обеспечение безопасности и снижение рисков в геотехническом строительстве. - Вестник МГСУ №2. Москва, МГСУ, 2008г., с.107-111.

7. Чунюк Д.Ю. Снижение рисков при освоении подземного пространства городов. - «4-е Денисовские чтения». «Проблемы обеспечения экологической безопасности строительства». Москва, МГСУ, 2008г., с.113-119.

Чунюк Дмитрий Юрьевич

доцент, кандидат технических наук

МГСУ, факультет ГСС, кафедра МГрОиФ

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И ТРАНСФОРМАЦИИ КОНТАКТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПЛИТНЫХ ФУНДАМЕНТОВ С УЧЕТОМ ПОЭТАПНОСТИ И НЕСИММЕТРИЧНОСТИ ПРИЛОЖЕНИЯ НАГРУЗКИ

С развитием новых технологий проектирования и строительства в нашей стране и, в связи необходимостью увеличения этажности зданий, размеров их в плане (увеличение жилой и полезной площади), в настоящее время остро встает вопрос учета влияния на напряженно деформированное состояние грунтового массива неравномерности возведения зданий и сооружений, а так же поэтапности приложения нагрузки на фундаменты.

Примером этому может служить строительство протяженных в плане или высотных зданий на плитных фундаментах, которые нагружаются поэтапно либо захватками, а так же при возведении подземной части здания в глубоком котловане. Как правило, при устройстве котлованов таких зданий используется шпунтовое ограждение или метод "стена в грунте" с распорными системами, упираемыми в пионерную часть фундаментной плиты. В этих случаях фундаментная плита нагружена по контуру реакциями опор распоров ограждения котлована.

При данных технологиях возведения НДС грунтового массива претерпевает существенные изменения в процессе строительства, которые не учитываются в данный момент в расчетных схемах, но имеют большое влияние на деформируемость здания и общую устойчивость конструкций здания. В сложившейся инженерной практике расчет ограждения котлована ведется с помощью специальных программ, таких как WALL 3 и Фундамент, которые учитывают только работу самого ограждения котлована по двум группам придельных состояний и выбранной системы дополнительного распорного или анкерного крепления. Но дополнительное крепление зачастую выполнено не в виде горизонтальных распорок и анкеров, а в виде все тех же наклонных распорок, упираемых в фундаментную плиту и передающих на нее значительные нагрузки, достигающие 350тс и более. Под действием этих нагрузок фундаментная плита претерпевает значительные деформации, помимо этого возникает еще и горизонтальное смещение. И это нагрузки, на которые фундаментную плиту не проверяли и не учитывали при конструировании и расчете деформаций.

Это только одна сторона проблемы, вторая заключается в том, что при деформации фундаментной плиты, а при выполнении ее небольшими захватками - сдвига, появляются дополнительные деформации ограждения котлована, не учтенные расчетом, которые, в свою очередь могут вызывать сверх нормативные деформации окружающих зданий.

Есть еще одна задача при проектировании плитных фундаментов, которую стараются обойти инженеры-конструкторы и о которой мы начали говорить в самом начале - это учет неравномерности возведения здания.

Если взять отдельный случай проектирования здания, то что мы можем увидеть? На первом этапе проектирования собирается расчетная схема здания (как правило, с помощью программ Lira, Stark и т.д.), включающая все несущие элементы. Грунтовый массив в данном случае задается через коэффициент постели. Схема запускается на расчет, и на выходе мы получаем готовое армирование всех конструкций и максимальные деформации. Это порядок расчета общепринят, но с точки зрения работы основания, может быть приемлем для зданий точечных, то есть не развитых в плане с постоянной этажностью. Данные программы не имеют должного аппарата, для решения задачи поэтапности и неравномерности возведения здания, но на практике мы видим, что развитые в плане здания возводятся неравномерно. Причин этому много, но есть и самые распространенные с которыми приходится встречаться. Заказчик торопится выйти из "нуля", чтобы начать продавать площади. Здания в Москве имеют развитые подземные части (подземные гаражи), выступающие за габариты здания, строительство которых притормаживают, с целью убыстрения строительства высотной части. И, через несколько месяцев строительства, можно увидеть следующую картину: одна часть объекта возведена в монолите почти полностью, а другая часть имеет только фундаментную плиту.

На примере нескольких объектов, авторами были составлены расчетных схемы зданий, сложных в плане, переменной этажности, учитывающие неравномерность загружения основания. Как показали расчеты: на некоторых этапах строительства деформации зданий (крены и разность осадки) в несколько раз превышают допустимые. Как следствие этого деформации и напряжения в конструкциях не учтенные при расчете по общепринятой схеме. Или, если проще говорить, поля армирования конструкций и распределения усилий не соответствуют определенным для конечной схемы. Это достаточно сложная проблема, и в данный момент ее можно решить только одним способом. На стадии проектирование в ПОС и ППР, четко прописывать этапность возведения здания (если при проектировании использовались программы с контактной моделью грунта), не допуская отклонений в монтаже конструкций. Или же, если есть такая необходимость, как возведение здания определенными этапами, проверять деформации и напряжения в конструкциях расчетом на каждом этапе строительства. Расчетный аппарат для этого сейчас имеется.

Помимо решения практических задач авторами, с целью изучения распределения контактных напряжений и изменений напряженно-деформированного состояния грунтового массива, при различных случаях приложения нагрузки и разработки инженерного метода расчета, учитывающего данные факторы на первом этапе изучения данного процесса, были проведены численные эксперименты с применением программы PLAXIS 2d.

Рис.1. Расчетная схема. Вертикальные перемещения.

В расчетной схеме моделировалась работа фундаментной плиты на основании сложенном песчаными и пылевато-глинистыми грунтами. Было решено 6-ть задач. В первой задаче - нагрузка на фундаментную плиту передавалась сразу по всей длине, т.е. моделировался самый распространенный случай. Во второй задаче нагрузка прикладывалась к плите равномерно, но в 4-и этапа. И в последующих задачах нагрузка прикладывалась неравномерно (вначале в центре, потом на краях плиты), так же в 4-и этапа.

Проведенные расчеты показали различие в конечных деформациях плиты при полном загружении и поэтапном неравномерном загружении. Так же были получены напряжения в грунтовом массиве, которые подтвердили ранее сделанные выводы.

На данном этапе производится постановка задачи для трехмерной модели с учетом неравномерности загружения основания, а так же напряжений, вызванных работой распорной системы ограждения котлована.

Ярных Вячеслав Федорович

старший преподаватель кафедры МГрОиФ факультета ГСС МГСУ, ИЭВПС

К ВОПРОСУ ОБ УЧЕТЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГРУНТА

Современные тенденции в строительной отрасли диктуют новые правила. Крупные мегаполисы перестают разрастаться и занимать большую площадь за счет застройки прилегающих территорий - не позволяют, например, города-саттелиты. Решением проблемы роста городов остается только более эффективное использование тех земель, которые уже освоены. Нет возможности застраивать целые территории - будем застраивать точечные участки, нет возможности расти вширь - будем расти ввысь, попутно продолжая осваивать подземные пространства. В частности, в рам-