23411-1 (654363), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Гниение свай изменяет свойства основания сооружения в целом. В нем появляются полости, грунт пропитывается органическими остатками свайного фундамента, изменяются его W, r, IL и, как следствие, несущая способность. Эти изменения влияют на устойчивость сооружения.
Таким образом, имеется множество причин деформаций памятников. Разные инженерно-геологические условия строительства и эксплуатации памятников, многообразие современных методов технической мелиорации предполагают разные методы инженерно-геологического изучения взаимодействующей с ними геологической среды.
Инженерно-геологическое изучение основания – одна из наиболее сложных задач, решаемых при оценке инженерно-геологических условий существования памятников. Сооружение построено, и основание малодоступно для традиционных, специальных лабораторных и полевых методов инженерно-геологических исследований. Поэтому при изучении структуры и свойств оснований памятников используются и стандартные, и часто достаточно специфические методы исследований:
А) визуальное обследование фундаментов и оснований сооружений из специально пройденных шурфов;
Б) горизонтальное и наклонное бурение скважин в грунтах оснований памятников с отбором образцов;
В) полевые испытания грунтов оснований памятников (in situ) методами статического и динамического зондирования;
Г) лабораторное изучение состава, состояния, структуры и свойств образцов грунта и других материалов, отобранных из основания сооружения;
Д) оценка гидрогеологических условий, режима и состава подземных вод;
Е) физическое лабораторное и полевое моделирование, математическое моделирование;
Ж) геофизические дистанционные, неразрушающие исследования.
Специфические условия работы и особенности каждого отдельного памятника вносят свою индивидуальную специфику в методику и состав применяемых методов получения информации. Инженерно-геологические исследования выполняются, как правило, в комплексе с конструкторским обследованием сооружения и, соответственно, анализом его структуры, а также археологическими исследовниями.
А. Шурфы проходят вплотную к стене вдоль фундамента и свайного основания с небольшим подкопом под здание и отбором образцов из грунтов основания, свай, натеков, грунтов, залегающих вблизи основания и пр. для лабораторных исследований, перографических, рентгено-структурных и др. анализов, фотодокументации, описания, построения разверток. В шурфах выполняют искиметрию и микропенетрирование. Из них проводят наклонное и горизонтальное, веерное и параллельное бурение и статическое зондирование, вертикальное динамическое зондирование, геофизические и гидрогеологические исследования.
Б. Бурение скважин для изучения состояния основания может выполняться с дневной поверхности и из шурфов под небольшим наклоном к стене сооружения и параллельно дневной поверхности с отбором керна.
Веерное и параллельное, наклонное и горизонтальное бурение из шурфа под основание сооружения достаточно эффективно выполняется с помощью ручного зонда РЗГ?2. Бурение производится короткими заходками пробоотборником диаметром 14 мм, длиной 55 мм. Полученные образцы грунта используются для лабораторных анализов.
В. Бурение грунтов особенно информативно в сочетании с зондированием. Например, оценку основания трапезной Троице-Сергиевой Лавры проводили из шурфов с помощью ручного зонда РЗГ?2, геофизических и лабораторных методов. Для участков здания, расположенных на песчаных грунтах, использовали горизонтальное и вертикальное бурение, а также вертикальное динамическое зондирование. Статическое зондирование выполняли веерным и параллельным способами коническим наконечником диаметром 14 мм с углом при вершине 60°. Сопротивление грунта статическому зондированию определяли манометром МТК на 0.1 МПа. При наличии в основании здания глинистых грунтов, применяли вертикальное и горизонтальное бурение, а также горизонтальное статическое и вертикальное статическое и динамическое зондирование. Для перехода от результатов оценки сопротивления зондированию, получаемых с помощью ручного зонда РЗГ?2, к стандартным, выполнили тарировочные исследования на тарированном участке Сергиев-Посадского полигона МГГА.
В результате проведенных работ для трапезной Троице-Сергиевой Лавры стали известны:
– особенности “инверсионной”, столбчатой структуры грунтов основания;
– четыре типа основания, учитывающих состояние, строение и свойства грунтов, а также расположение и состояние свай- “коротышей”;
– оценки “максимальной” и “действительной свайной пустотности”, изменяющиеся, соответственно, от 4 до 22% и от 0 до 14%;
– три инженерно-геологические элемента в пределах техногенных грунтов основания (ИГЭ 1.2 – 1.4);
– нормативные и расчетные значения прочностных и деформационных параметров грунтов основания;
– расчетные сопротивления грунтов в пределах выделенных типов основания, изменяющиеся от 0.31 до 0.53 МПа.
Нагрузки на основание различных элементов здания, согласно расчетам Е. М. Шмакина, Р. У. Абасова, М. В. Полещенко и А. П. Ющенкова, изменяются от 0.18 до 0.70 МПа. Сопоставление параметров свойств и структуры основания трапезной с действующими на него нагрузками выявило причины и позволило объяснить особенности и перспективы опасных деформаций сооружения.
Г. В основном арсенал лабораторных методов, используемых при изучении оснований исторических сооружений, является стандартным, соответствующим требованиям нормативов. В последнее внемя он дополнен методами петрографического, минералогического, рентгено-структурного анализов.
Д. В значительнйо мере формирование и изменения инженерно-геологических условий памятников определяются гидрогеологическими условиями. Их оценка связана, как правило, с изучением состава и параметров режима вод техногенных отложений в фундаментах сооружения, верховодки и грунтовых вод, исследованием их влияния на миграцию гигроскопической, капиллярной и осмотической воды, формирование конденсатных вод и новообразований солей (“высолов”) [7].
Е. Экспериментальная оценка несущей способности грунтов оснований многих памятников затруднена или невозможна в связи с тем, что сооружение давно построено, а информации о свойствах грунтов основания недостаточно. Поэтому оценку напряженно-деформированного состояния грунтов в основании исторических сооружений можно выполнить методом лабораторного физического моделирования по следующей методике [2].
1. С помощью горных выработок открывают фундамент интересующего нас исторического сооружения и определяют параметры свайного поля: диаметр свай – D0; расстояние между сваями – L0; длину сгнившего отрезка сваи – h; длину сваи – H; а также r0 и W0 грунта под фундаментом.
2. Рядом с сооружением отбирают образцы грунта, использованного строителями для забивки свай. Оценивают W1 и r1 грунта в образцах и вычисляют необходимое количество (n) и диаметр моделей свай, позволяющих при забивке их в грунт, сохранить соотношения: r0 @ r1; W0 @ W1; D0/A0 @ D1/A1; где D1 и A1 – диаметр моделей свай и расстояние между их осями.
3. В грунт, помещенный в кольцо компрессионного прибора в лаборатории (или в площадку для испытания сжимаемости грунта штампом в полевых условиях), сохраняя указанные выше соотношения, забивают n моделей свай и оценивают полевыми или лабораторными методами сжимаемость (E2), r2 и W2 полученных моделей свайного основания исторического сооружения после забивки в него свай.
4. Вынимают модели сваи из грунта, находившегося в кольце компрессионного прибора или под штампом, и для этого грунта с помощью лабораторных или полевых методов определяют все перечисленные выше параметры (r4, W4, E4).
5. Полевыми или лабораторными методами определяют r5, модуль общей деформации (Е5) и мощность (m5) второго слоя грунта, залегающего под сооружением ниже первого слоя грунта со сваями, а также других нижележащих слоев грунта, обуславливающих осадку сооружения при строительстве и эксплуатации.
6. Используя метод математического моделирования напряженно-деформированного состояния многослойного основания сооружения под нагрузкой и полученные в лабораторных или полевых условиях параметры структуры основания (h, H-h, m5 и т.д.), плотности (r2, r4, r5 и т.д.) и сжимаемости (Е2, Е4, Е5 и т.д.) грунтов в основании сооружения, рассчитывают значения его осадки при различной длине отрезков сгнивших свай.
7. Исторические сооружения имеют, как правило, жесткие крестово-купольные или линейные конструкции. Для них опасны неравномерные осадки и сравнительно безопасны равномерные. Для различных участков сооружения по СНиП 2.02.01-83 определяют относительную разность осадок – Ds/L и ее погрешность – ma при интересующей нас доверительной вероятности a, где Ds – разность осадок, а L – расстояние между участками. Полученные для различных участков фундамента значения Ds/L, являющиеся характеристиками состояния отдельных интересующих нас участков основания сооружения, сравнивают с предельными деформациями основания – (Ds/L)u (прил. 4 СНиП 2.02.01-83) и оконтуривают участки основания, находящиеся в устойчивом состоянии – (Ds/L+ma)(Ds/L)u.
8. Интенсивность гниения деревянных свай является непостоянной величиной, зависящей от условий их существования, свойств свай, особенностей контакта свай с фундаментом и т.п. В глинистых водонасыщенных грунтах в условиях плохого доступа кислорода этот процесс протекает со скоростью 0 – 2 см за 10 лет. В сухих песчаных грунтах, в зоне переменного увлажнения сваи гниют со скоростью 1 – 1.5 см в год. За 100 – 200 лет двухметровая свая может сгнить полностью.
На основе оценки состояния различных участков основания сооружения, полученной после расчета для каждого из них величины Ds/L, учитывая указанные скорости развития процесса гниения свай и состояние сооружения на момент оценки, определяют возможные интенсивность и направленность дальнейшего развития деформаций.
9. Определяют среднегодовую скорость развития процесса для разных участков сооружения (Ds/L/Т, где Т – возраст участка сооружения) и прогнозное приращение относительной разности осадок за время t путем расчета отношения Ds/L/Т. Сравнение значения Ds/L+Dst/L/T±ma с величиной (Ds/L)u позволяет выделить участки, имеющие перспективу стать опасными (предельными), и своевременно принять соответствующие меры. Прогнозную оценку состояния сооружения необходимо объединять с другими специальными методами. Значительную помощь в этом могут оказать периодическая оценка его технического состояния и стационарные наблюдения за изменениями положений отдельных элементов сооружения.
Приведенная методика была использована для оценки устойчивости западного прясла южной стены Троице-Сергиевой Лавры. В основании стены залегает 4-х метровая толща покровных суглинков (prQII-III). С помощью горных выработок было установлено, что 2-х метровые сваи, забитые в основание напольной стенки казематов № 2 и 9 южной стены Троице-Сергиевой Лавры в середине XVI в., полностью сохранились (h=0). Под построенной 100 лет спустя надворной стенкой тех же казематов сваи сгнили на 20-30 см от оголовков. В центральной части надворной стены под казематами №№ 7, 8 сваи сгнили не менее, чем на 1.3 м от поверхности. По данным лабораторных исследований плотность суглинков под сооружением 2.03 – 2.06 г/см3 и влажность – 20 – 30%. Расчеты напряженно-деформирован-ного состояния стены показали, что определяющим элементом конструкции является напольная стенка. Моделирование грунтового основания, включающее целые и частично сгнившие сваи, показало, что модули деформации грунта, уплотненного сваями до указанной выше плотности составил 31 МПа, со сгнившими сваями – 10 МПа, неуплотненного суглинка второго слоя – 7 МПа. Оценка изменения напряженно-деформированного состояния двухслойной толщи под передаваемой стеной нагрузкой (0.2 МПа) показала локализацию напряжений в верхнем более плотном слое и максимальную величину осадки в центральной части напольной стенки, не превышающей 5 см. Предельная (Ds/L)u здания с несущими стенами кирпичной кладки без армирования составляет 0.0020. Следовательно, можно полагать, что при длине участка стены (L) – 60 м, критическая Ds равна 12 см, что значительно больше 5 см. Таким образом, можно полагать, что при сохранении условий эксплуатации, основание стены находится и еще долго будет находиться в устойчивом состоянии.
Ж. Перспективными представляются геофизические дистанционные неразрушающие методы, основанные на измерении косвенных параметров. Одним из таких параметров является диэлектрическая проницаемость, значение которой в грунте в основном зависит от содержания воды. Дистанционная оценка диэлектрической проницаемости выполняется с помощью импульсного георадара с широкополосными щелевыми антеннами. Используемые сегодня георадары позволяют обнаружить трехмерно ограниченные объемы тел (сваи и др.), размер которых превышает 14 –20 см. Исследования выполняются на глубину 3 – 4 м. Оценка диэлектрической проницаемости грунта в основании гульбища трапезной Троице-Сергиевой Лавры позволила выявить местоположение и оценить состояние двух свай [4].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
