Определение предельно допустимых уровней вибраций при забивке свай для инженерных сооружений ТЭЦ ктц-2 «Монди СЛПК»

руемых нами по результатам микрозон-довых исследований как самородная медь и интерметаллические соединения меди и цинка (латунно-желтые зерна). Реже встречаются соединения железа с медью и чистое железо. Помимо этого, были обнаружены единичные зерна самородного алюминия и цинка. Формирование самородных металлов в дан-

ном случае может быть объяснено скоплениями органического вещества. в результате которого образуются микроскопические очаги с резко восстановительными условиями.

Работа выполнена в рамках программы Президиума РАН № 17 «Мировой океан: геология, биология, экология»

Литература

1. Чухров Ф. В., Горшков А. И., Рудницкая Е. С., и др. О вернадите // Изв. АН СССР Сер. геол. 1978. № 6. С. 5—19. 2. Чухров Ф. В., Горшков А. И., Дриц В. А. Гипергенные окислы марганца. М.: Наука, 1989. 208 с. 3. Дубинина Г. А. Изучение экологии железобактерий пресных водоемов // Изв. АН СССР. Сер. биол. 1976. 46. С. 575—592.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫХ УРОВНЕН ОПЕРАЦИЙ ПРИ ЗАБИВКЕ СВАН ДЛЯ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИН ТЭЦ КТЦ-2 «МОНДИ СЛПК»

К. г.-м. н. В. А. Лютоев

valutoev@geo.komisc.ru

В связи с возведением новых инженерных сооружений на территории «Монди СЛПК» руководство данного предприятия обратилось в Институт геологии за помощью в решении возникших производственных проблем — определения амплитуд уровня вибраций от сваебоечных машин по смещению. скорости и ускорению на объектах. находящихся вблизи строительных площадок. При этом наиболее ответственным явилось определение предельно допустимых уровней вибраций в здании ТЭЦ и на фундаменте дымового коллектора.

Геофизическая обсерватория «Сыктывкар» Коми НЦ УрО РАН, имея в наличии соответствующее геофизическое оборудование, взялась за решение этой проблемы. В итоге. полученные результаты работ послужили расширению экспериментальных и теоретических данных по изучению несущих свойств грунтов, дополняя новыми сведениями предыдущие исследования [1—3].

Пункты наблюдений при проведении мониторинга за вибрациями здания ТЭЦ и дымового коллектора приведены на схеме (рис. 1). Здесь же указаны площадки забивки свай перед зданием ТЭЦ и дымовым коллектором, а также расположение сейсмоприемников (2, X, У) для регистрации ударов от свае-боечной машины. Мониторинг за уровнем вибраций проводился в следующей последовательности:

1. Замеры фоновых значений вибросейсмических колебаний на фундаментах дымового коллектора и здания ТЭЦ.

2. Замеры уровня вибраций и вибросейсмических колебаний от ударов

забивки свай на фундаментах дымового коллектора и здания ТЭЦ.

3. Замеры фоновых значений после ударных воздействий на исследуемых объектах, в той же последовательности, как отмечено в пунктах 1, 2.

4. Обработка полученных результатов, выводы.

Вибросейсмические замеры проводились при помощи цифровой сейсмической станции 8БА8, разработанной конструкторским бюро НПП «ГЕО-ТЕХ+» при Геофизической службе России. Цифровая сейсмическая станция состоит из блока сбора и выделения сейсмического сигнала БА88 и комплекта сейсмометров СМ3-КВЭ-И.

Блок сбора накапливал информацию о вибросейсмических воздействиях на каркасном фундаменте ТЭЦ и на фундаментах дымового коллектора в тече-

ние всего времени работы сваебоечной установки. Смещения почвы регистрировались в фоновом режиме на жестком диске компьютера и дискете с комплекта сейсмометров, состоящего из двух сейсмоприемников: горизонталь-ного—X (У) и вертикального—2. Сей-смоприемник X (У) был ориентирован на вибросейсмический источник ударов для получения максимального смещения почвы в плоскости, параллельной дневной поверхности, т. е. регистрировалась прямая сейсмическая волна, несущая основную энергетическую составляющую удара. Вертикальная компонента 2 регистрировала вертикальное смещение почвы, являющейся частью этой энергии и усиленной кратными волнами. Рабочий диапазон частот измеряемых смещений по уровню 0.7 Гц составляет 0.5—40 Гц.

Рис. 1. Схема расположения объектов исследования при определении уровня вибраций

на площадках забивки свай. 1 — пункт наблюдения на ТЭЦ при пробной забивке свай; расположение сейсмоприемников на фундаменте дымового коллектора: 2 — 2, X; 3 — У; 4—расположение сейсмоприемников: на фундаменте ТЭЦ

С помощью блока регистрации и сейсмических приемников были зарегистрированы амплитуды сейсмических сигналов и их частоты. Формулы пересчета смещения почвы в скорость и ускорение были взяты из источников, описывающих физические колебательные процессы [4].

Фоновый уровень вибраций на фундаментах дымового коллектора в момент отсутствия забивки свай достигал величины 40 мкм при преобладающей частоте 12.45 Гц, что составляет амплитуду скорости смещения 0.5 мм/с, а ускорения 0.062 м/с2.

Фоновый уровень микросейсм от ветрового воздействия имел разброс значений 20—80 мкм в полосе частот 0.3—0.9 Гц. Отсюда максимальная амплитуда скорости смещения фундамента дымового коллектора достигала величины 0.072 м/с.

Фоновый уровень вибраций в здании ТЭЦ на каркасе фундамента составил по смещению почвы 80 мкм, по скорости 0.99—1.2 мм/с при преобладающей частоте 12.45 Гц, по ускорению 0.12—0.15 м/с2.

Фоновый уровень амплитуды вибраций на каркасе фундамента ТЭЦ от дальних сваебоечных машин по амплитуде смещения достигал 24 мкм при частоте колебаний 12 Гц, следовательно, скорость смещения фундамента составляла 0.3 мм/с, а ускорение 0.03 м/с2.

Максимальный уровень амплитуды микросейсм в момент отсутствия забивки свай на каркасе фундамента здания (Ъ=0.7 м) ТЭЦ при порывах ветра достигал 56 мкм, при преобладающей частоте 0.4 Гц, следовательно, амплитуда скорости смещения здания составила 0.023 мм/с.

Забивка свай проводилась сваебо-ечной машиной СБМ-3, вес молота составлял 2500 кг, высота свободного падения молота варьировалась от 1.5 до 2.5 м. Сечение свай 3004300 см2, длина свай 12 м. Таким образом, максимальная энергия удара могла достигать 1250 кДж. Эта энергия складывалась из двух составляющих: падения и реакции выброса молота на высоту 2.5 м двигателем внутреннего сгорания.

На первом этапе была проведена пробная забивка свай, которая должна была решить вопрос определения допустимого расстояния, зависящего от максимальных значений амплитуд смещения, скорости и ускорения почвы от фунта до места забивки сваи (предельные значения выбирались подходящими для определенных видов грунтов и фундаментов зданий и сооружений).

Пробная забивка свай проводилась вблизи здания ТЭЦ. Были опробованы три сваи, удаленных от фунта на расстояния: первая свая — 23 м, вторая — 17 м, третья — 12 м. В результате наблюдалась следующая картина:

— с приближением сваебоечной установки к пункту регистрации вибраций из пункта забивки сваи 1 до пункта забивки сваи 3 смещения почвы увеличиваются в 2.89 раза;

—частота колебательных движений в условиях максимальной амплитуды смещения почвы составила 10.0— 12.4 Гц, что иногда фактически совпадало с частотой работы двигателей ЭМУ ТЭЦ;

—коэффициент передачи колебаний в грунте равен примерно 4.3410-5 м-1.

В момент забивки свай на расстоянии 12 м на каркасе фундамента здания ТЭЦ (й=0.7 м) были получены следую-

щие значения: по амплитуде смещения 725 мкм при преобладающей частоте 10 Гц, что соответствует амплитуде скорости смещения 7.25 мм/с, ускорение этого движения 0.73 м/с2. Эти величины являются близкими к предельным для зданий с каркасными фундаментами, стоящих на грунтах второго типа (суглинки).

Учитывая современное состояние здания ТЭЦ и сопоставляя полученные значения, было принято решение отказаться от забивки свай и перейти к бурению шурфов для последующей заливки их цементом.

Второй этап предусматривал забивку свай на площадке вблизи дымового коллектора (рис. 1). Ближайшее расстояние от этой строительной площадки до здания ТЭЦ составляло чуть более 20 м, что было несколько больше, чем предельно допустимое значение, определенное в наших исследованиях. Учитывая вышеприведенные причины и длительность забивки свай, было принято решение — на ближних расстояниях проводить вибросейсмический мониторинг на фундаменте и на некоторой высоте здания. В данной части исследований были получены следующие значения амплитуд смещения, скорости и ускорения:

— в ближних пунктах забивки свай максимальные смещения на каркасе фундамента при частоте 12 Гц (й=0.7 м) по компоненте Ъ достигали 82 мкм, что соответствовало амплитуде скорости смещения фунта 0.97 мм/с, ускорению 0.12 м/с2.

— по компоненте X амплитуда смещения составляла 27 мкм, что соответствовало скорости смещения фунта 0.15 мм/с, ускорению 0.011 м/с2;

Таблица1

Таблица зависимости амплитуд смещения, скорости, ускорения частиц грунта от расстояния при забивке свай вблизи дымового коллектора

№№ сваи А, мкм и, мм/с а, м/с" Ъ Гц Б, м

ъ X У Ъ X У Ъ X У ъ X У

2300 24.0 34.9 23.1 1.08 4.12 2.77 0.0067 0.0500 0.0333 6.2 12.0 12.0 62

2279 24.1 38.8 24.3 1.49 4.66 2.92 0.0092 0.0558 0.0350 6.2 12.0 12.0 56

2335 27.5 42.6 28.4 1.65 5.10 3.41 0.0099 0.0613 0.0409 6.0 12.0 12.0 51

2331 32.0 46.5 29.0 1.92 5.58 3.48 0.0115 0.0669 0.0412 6.0 12.0 12.0 46

2318 34.1 50.4 32.4 2.15 6.05 3.89 0.0135 0.0725 0.0467 6.3 12.0 12.0 41

2327 42.6 55.9 36.5 2.73 6.71 4.38 0.0175 0.0805 0.0526 6.4 12.0 12.0 34

2188 59.2 63.4 46.5 3.55 7.61 5.58 0.0213 0.0912 0.0670 6.0 12.0 12.0 24

2178 84.3 84.3 51.6 5.22 10.12 6.45 0.0320 0.1214 0.0806 6.2 12.0 12.5 21

Примечание: А — амплитуда смещения, и — амплитуда скорости, а — амплитуда ускорения, Е — преобладающие частоты, Б — расстояние от места забивки свай до пункта приема сигнала.

— на каркасе фундамента на высоте 7.5 м максимальные значения колебательных движений при частоте 12.5 Гц по компоненте У составили по амплитуде смещения 570 мкм, по амплитуде скорости смещения 6.84 мм/с, по ускорению 0.82 м/с2. С высотой достаточно сильно меняются значения ускорений. В нашем случае этот график описывается линейной функцией: у=кх+Ь, где к имеет значение 0.12 м/с2 на один метр высоты. Чтобы получить степенную функцию, необходимо измерения проводить на нескольких уровнях высоты здания.

Особое внимание было уделено вибросейсмическому мониторингу двух более близких фундаментов дымового коллектора к ударам сваебоечной машины. Вибросейсмомониторинг проводился на протяжении всего времени забивки свай. Из всего большого массива данных по амплитуде смещения, скорости и ускорения нами были выбраны для вычислений только те, которые представляли для нас наибольший интерес с точки зрения результативности решения поставленной задачи. Таким образом, были обработаны вибросейсмограммы от забивки свай под следующими номерами: 2300, 2331, 2318, 2329, 2327, 2326, 2300, 2279, 2195, 2188, 2187, 2178, 2335, 2175. Результаты обработки приведены в табл. 1.

Из таблицы видно, что по мере приближения забивки свай к фундаменту дымового коллектора, фундамент испытывает все большие амплитуды смещений, скорости и ускорения (табл. 1). Своих максимальных значений они достигают на расстоянии 21 м, где амплитуда смещения имеет величину 84 мкм, амплитуда скорости — 10.12 мм/с, амплитуда ускорения—0.0806 м/с2. Эти вели-

чины являются близкими к предельно допустимым значениям ускорений для третьей категории грунтов. В нашем случае геологический разрез состоит из суглинков (2-я категория грунтов) с переслаиванием водонасыщенных мелкозернистых песков (3-я категория грунтов). Поэтому весь геологический разрез на строительной площадке можно рассматривать как промежуточную категорию грунтов с предельными значениями максимальной амплитуды ускорения (0.08—0.15 м/с2), а не как вторую категорию, с более высокими предельными значениями.

Кроме простой функциональной закономерности изменения значений амплитуд смещения, скорости и ускорения от расстояния источника вибраций были замечены аномально высокие значения, не попадающие в рамки простых функциональных зависимостей. К таким аномальным отклонениям были отнесены значения, отмеченные при забивке свай под номерами: 2329, 2327, 2326, 2195, 2187, 2175. Результаты обработки приведены в табл. 2.

Так, например, при забивке сваи 2327 (расстояние 36 м) амплитуда смещения на горизонтальной компоненте У достигает 340 мкм при преобладающей частоте 9 Гц, что составляет амплитуду скорости смещений фундамента дымового коллектора 40.8 мм/с, а амплитуда его ускорения достигает 0.49 м/с2 . По нашему мнению, это может быть связано со следующими причинами:

1) местное уплотнение грунтов от предыдущих забивок свай;

2) резонансные явления от двух соседних сваебоечных установок (соседний участок на расстоянии 70—90 м);

3) наличие на месте забивки свай технического мусора, увеличивающего площадь сотрясений.

В результате таких аномально высоких и близких ударных воздействий в двух случаях после забивки сваи 2187 на расстоянии 25 м и сваи № 2175 на расстоянии 21 м была замечена раскачка дымового коллектора от просадки грунта под передним фундаментом по отношению к строительной площадке.

Время видимой раскачки на мониторе блока регистрации в первом случае составило 3 минуты. Последующий расчет показал амплитуду смещения фундамента дымового коллектора 11 мкм, амплитуды скорости 0.09 м/с, амплитуды ускорения 0.8Ч10-4 м/с2 (табл. 2, св. 2187) (рис. 2). Во втором случае это были несколько большие величины: видимая раскачка 10 мин, амплитуда смещения фундамента дымового коллектора 70 мкм, амплитуда скорости 0.60 м/с, амплитуда ускорения 5.2Ч10-4м/с2. Преобладающие частоты в первом случае составили 0.86 Гц, во втором — 0.8 Гц.

На основании проведенных работ по оценке вибрационного воздействия на здание ТЭЦ и фундаментов дымового коллектора и восприимчивости геологической среды к ударам сваебоечной машины можно сделать следующие выводы:

— Наибольший фоновый уровень вибраций в здании ТЭЦ проявляется в момент пуска электромашинных усилителей и при вращении ротора в электродвигателях. Ветровое воздействие на наружные стены здания существенных нагрузок на опоры фундамента не передает. В верхней части здания амплитуда колебательных движений возрастает с некоторой функциональной зависимостью. На предельной высоте наших

Таблица2

Таблица аномальных значений зависимостей амплитуд смещения, скорости, ускорения частиц грунта от расстояния

при забивке свай вблизи дышового коллектора

№ А, мкм и, мм/с а, м/с Р Гц 8, м

сваи Ъ X У Ъ X У Ъ X У Ъ X У

2329 141 223 242 11.3 19.2 21.1 0.09 0.165 0.180 8 8.6 8.7 39

2327 195 295 340 23.5 35.4 40.8 0.282 0.425 0.49 12 12 12 36

2326 73 200 294 8.76 24 35.4 0.105 0.288 0.425 12 12 9 34

2195 32 19.1 24 17.8 25 8.4 1.87 0.16 2.89 0.15 1.88 0.07 0.011 1.4x10" 0.035 1.3x10^ 0.014 0.6710 ^ 5.8 0.86 12 0.86 7.5 0.84 29

2187 58 11 48 6.9 45 2.2 3.5 0.09 5.7 0.06 5.9 0.02 0.068 0.8Х10-4 0.021 0.5x10 ^ 0.076 0.1x10^ 6 0.86 12 0.8 13 0.8 25

2175 178 44 290 70 139 43 21.4 0.38 34.9 0.60 16.6 0.37 0.26 3.2x7104 0.42 5.2x10^ 0.2 3.2x10^ 12 0.86 12 0.86 12 0.86 21

70

Ах Ах Ау

0.6

0.38 0.091

V/ Ух Уу

0.52

а/ ах ау

Рис. 2. Диаграммы параметров раскачки

фундамента дымового коллектора. 1 — амплитуда смещения по компонентам 7, X, У, в мкм; 2 — амплитуда скорости по компонентам 7, X, У, в мм/с; 3 — амплитуда ускорения по компонентам 7, X, У, в мм/с2 (Ч10-3 м/с2). Параметры раскачки: Ц — на расстоянии 21 м | | — на расстоянии 25 м

измерений (7.5 м) амплитуды ускорений достаточно высокие, что могло повлиять на выпадение плит в местах, где металлические соединения между плитами подвержены коррозии.

— Пробная забивка свай позволила нам сделать прогноз ожидаемой силы вибраций от сваебоечной машины СБМ-3 в условиях максимально близкой забивки свай от фунта фундамента ТЭЦ и снять риск последствий от разрушения плит здания ТЭЦ.

— Реакция геологической среды на некоторых участках строительной площадки может быть не предсказуемой функционально, так как уровни вибраций на них не зависят от расстояния.

— Амплитуда интенсивности вибраций в процессе забивки свай меняется не только от места забивки, но и от изменения механических свойств грунтов во время самой забивки. Изменение несущей способности грунтов вблизи забиваемой сваи происходит следую-

щим образом: сначала идет уплотнение грунта (регистрируемая амплитуда увеличивается), затем на некоторой стадии забивки грунты могут перейти в плывунное состояние (амплитуда уменьшается).

—В процессе забивки свай на строительной площадке вблизи фундаментов дымового коллектора были замечены два негативных момента, создающие, по нашему мнению, основную опасность:

1. Распределение энергии удара в грунтах второго типа согласуется со степенной функцией ее распределения для данного типа грунтов [5]. С другой стороны, несущая способность грунтов под фундаментами недостаточна при близкой забивке свай, что визуально проявилось на вибросейсмограммах, полученных на расстояниях 25 и 21 м. Они зафиксировали колебания, указывающие на раскачку дымового коллектора от уплотнения грунта вокруг фундамента. Поэтому меньшие расстояния забивки свай до фундамента дымового коллектора недопустимы.

2. Удаленные сваебоечные машины способны влиять на уровень вибраций (в нашем случае произошло увеличение в 5—7 раз), что негативно влияет на устойчивость грунтов в момент кратного усиления волн от нескольких ударов одновременно.

Таким образом, нами были определены предельно допустимые значения амплитуд смещения, скорости и ускорения; предельно допустимые расстояния от места забивки свай до исследуемых объектов.

Литература:

1. Кутергин В. Н. Закономерности изменения свойств глинистых грунтов при вибрации. М.: Наука, 1989. 143 с. 2. Лю-тоев В. А., Лютоева Н. В. Сейсмоустойчи-вость грунтов северной части Волго-Уральской антеклизы // Геология и минеральные ресурсы европейского северо-востока России: Материалы XIV Геол. съезда РК. Сыктывкар, 2004. Т. 2. С. 29—31. 3. Лютоева Н В., ЛютоевВ. А. Сравнение несущих способностей грунтов г. Сыктывкара и за его пределами // Геодинамика и геологические изменения в окружающей среде северных регионов: Материалы Все-рос. конф. Архангельск, 2004. Т. 2. С. 39— 40. 4. Лютоев В. А., АрихинаВ. И., Лютоева Н. В. Применение сейсмологии в решении насущных производственных задач на примере осуществления лесопромышленного проекта «Дракон» // Вестник Ин-та геологии Коми НЦ УрО РАН. Сыктывкар, 2006. № 10. С. 6—10. 5. Проектирование и устройство свайных фундаментов // ВСН-490-87. Минмонтажспецстрой СССР. 1986. С. 26.

Сердечно поздравляем Галину Семеновну

КОЖАГЕЛЬДИНВУ

с юбилеем! Желаем здоровья, счастья и всего наилучшего.

\