10694

101

Весьма эффективными в системах сейсмогашения могут быть демпферы сухого трения в виде пакета стальных листов, обжатых высокопрочными болтами, пропущенными через овальные отверстия. В результате сейсмического воздействия возникают взаимные смещения листов пакета. Такие соединения разработаны в НИИ мостов и названы фрикционно-подвижными соединениями на высокопрочных болтах.

Фрикционные связи указанной конструкции характеризуются высокой надежностью, компактностью, простотой изготовления, монтажа и ремонта после землетрясения.

Многие из представленных методов сейсмоусиления требуют дальнейших корректировок в расчетах и проектировании, теоретических и практических испытаний, однако их применение при правильном проектировании может значительно повысить такие характеристики, как: надежность зданий; экономические показатели зданий; отсутствие необходимости восстановительных работ после сильных землетрясений; комфортность проживания для жителей.

Литература

1.Уздин, А.М. Основы теории сейсмостойкости и сейсмостойкого строительства зданий и сооружений/ А.М. Уздин, Т,А. Сандович, Аль-Насер-Мохомад, Самих Амин. – СПб.: Изд-во ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, 1993. – 176 с.

2.Мартынов, Н.В. Аналитический обзор систем и элементов сейсмозащиты на базе резинометаллических и резинопластиковых опор сжатия/ Н.В. Мартынов // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. – 2008. – №2. – С. 21-26.

3.Кузнецов, В.Д. Сейсмоизоляция общественных зданий на основе фторопласта/ В.Д. Кузнецов, В.А. Лядский// Инженерно-строительный журнал. – 2010. – №3. – С. 61-64.

УДК 624.131.1

М.М. Уткин

Некоторые аспекты определения модулей деформации грунтов

Модуль деформации – это один из важнейших параметров, который используется при расчѐте осадок фундаментов зданий и сооружений по всем известным расчѐтным схемам (ЛДП, ЛДС и др.) и грунтовым моделям (линейная, Мора-Кулона и др.).

Однако некоторые геологи к определению модуля деформации относятся халатно. Этот аспект, на мой взгляд, частично связан с отсутствием в нормативных документах (НД) положений, которые чѐтко

102

разъясняют и акцентируют всю значимость данной характеристики, а также высокую ответственность геологов при еѐ определении.

Аспекты нормативных документов:

1)В части 1 раздела 2.4.3 Еврокода 7 [5] сказано: «Многие геотехнические параметры не являются настоящими константами, а зависят от уровня напряжения и режима деформации». Иначе говоря,

значения модуля деформации для одного и того же ИГЭ могут существенно отличаться между собой. Это не должно вызывать удивление, «так как модуль деформации является не свойством грунта, как, например, влажность или плотность, а реакцией на то или иное механическое воздействие» [8]. В отечественных НД аналогичных положений нет.

2)По разделу 1.8 Еврокода 7 [5], для описания деформационных свойств грунтов используются следующие модули деформации: E, E`,

EFDT, EM, Eoed, EPLT, Eu, E0 и E50.

Иначе обстоят дела в отечественных НД. В СНиПе [5] упомянут некий модуль деформации грунта E (один единственный!) без указания на метод определения, режим испытания и т.д. Возникает вопрос, о каком модуле деформации говорится в СНиПе [3]?

ВСП [1, 2] данную путаницу исправили. Также в данных НД упоминается уже о двух модулях деформации. Добавился модуль

деформации грунта по ветви вторичного нагружения Ee.

Пункты 5.3.1 в СП [1, 2] идентичны, т.е. получается, за 7 лет ничего не изменилось.

Вп. 2.10 СНиП [3] (п. 5.3.1 СП [1, 2]) говорится: «… Допускается применять другие параметры, характеризующие взаимодействие фундаментов с грунтом основания и установленные опытным путѐм».

Данное утверждение можно отнести и к модулям деформации грунтов, не приведѐнным в СНиП [3] и СП [1, 2]. Только вот непонятно, в каких случаях необходимо применять так называемые «другие параметры» (и какие параметры к ним относятся?).

3) В п. 5.3.6 СП [1, 2] сказано, применительно для глинистых грунтов: «Для сооружений I и II уровней ответственности значения E по лабораторным данным должны уточняться на основе их сопоставления

срезультатами параллельно проводимых испытаний того же грунта штампами, прессиометрами, а также в приборах трѐхосного сжатия».

Возникает вопрос: зачем определять модули деформации грунтов лабораторным путем, например, с помощью компрессионных испытаний, если они определяются с помощью полевых испытаний штампом? Необходимо отметить, что по результатам штамповых испытаний мы

получаем штамповый модуль деформации грунта Еш, а по результатам компрессионных испытаний – компрессионный модуль деформации Ek, который впоследствии умножается на поправочный коэффициент mk для

103

получения значения Еш. Причѐм коэффициенты mk для разных регионов нашей страны могут существенно отличаться от приведѐнных в СП [1, 2].

Сопоставление лабораторных (компрессионных) и полевых результатов, по определению модуля деформации грунта, целесообразно выполнять только для получения значений коэффициента mk. Соответственно на основе множества сопоставлений результатов испытаний можно получить региональные значения коэффициентов mk. Раньше, кстати, этим занимались тресты инженерно-строительных изысканий. Следует также помнить, что данное сопоставление результатов испытаний ведѐт к увеличению стоимости изысканий.

4) При отсутствии штамповых испытаний модуль деформации грунта можно определить по зависимости (для зданий и сооружений III уровня ответственности), которая приведена в СП [1, 2]:

Однако в СП [1, 2] не указывается, для какой площади штампа (600, 1000, 2500 или 5000 см2) был найден модуль деформации грунта Еш, не указывается способ проведения штамповых испытаний (в шурфах, скважинах или в грунтовом массиве), а также не указывается вид штампа (плоский, винтовой и др.). А это очень важные аспекты, которые непосредственно влияют на величину модуля деформации грунтов [6]!

Наиболее достоверные значения модулей деформации грунтов могут быть получены, когда площадь штампа соизмерима с площадью фундамента, но такие испытания проводятся в исключительных случаях вследствие их высокой стоимости.

Теперь рассмотрим аспекты инженерно-геологических (ИГ)

изысканий:

1)Диапазоны изменения вертикальной нагрузки при испытании грунтов штампами, прессиометрами, а также в компрессионных, трѐхосных и сдвиговых приборах должны соответствовать исходному и дополнительному напряжѐнным состояниям [1, 2, 3, 4, 6, 7].

Например, образец грунта, отобранный с глубины 50 м, испытывается в интервале давлений 100-300 кПа, хотя по НД это давление должно составлять от 900 кПа до значения, предусмотренного программой испытаний или проектного полуторного давления, передаваемого на грунтовое основание (п. 5.4.1.3 ГОСТ [4]).

2)«В компрессионных испытаниях не всегда испытывают грунт в режиме «нагрузка – разгрузка (частичная) – повторное нагружение – догружение», что необходимо для моделирования напряжѐнного состояния грунтов оснований высотных зданий на этапах выемки грунта из котлована, устройства фундамента, его нагружения и догружения основания сверх природного напряжѐнного состояния» [7].

3)Модули деформации для скальных и полускальных грунтов не определяются, а определяется только их прочность на одноосное сжатие,

104

да и то в редких случаях. В п. 5.6.41 СП [1] (п. 5.5.41 СП [2]) сказано:

«Если в пределах глубины Нс, …, залегает слой грунта с модулем деформации Е > 100 МПа, сжимаемую толщу допускается принимать до кровли этого слоя». В большинстве случаев такие значения модулей деформации имеют скальные или полускальные грунты. Однако известно, что модули деформации известняков, которые, кстати, относятся к скальным грунтам, находятся в очень широких пределах (15-250 МПа). Неучѐт этого обстоятельства может привести в некоторых случаях к заниженным расчѐтным значениям осадок фундаментов.

4)Полевые испытания грунтов зондированием, прессиометром и штампом обязательно должны выполняться со дна котлована, а не с уровня природного рельефа, что также подчѐркивается в работе [7].

5)В сводных таблицах физико-механических свойств грунтов, которые приводятся в конце ИГ отчѐтов, встречаются сноски типа: «…

определены по таблицам СНиП (СП) …» даже для зданий и сооружений I

уровня ответственности! Хотя в п. 5.3.18 СП [1] (п. 5.3.17 СП [2]) сказано:

«Для предварительных расчѐтов оснований сооружений I и II уровней ответственности … допускается определять нормативные и расчѐтные значения прочностных и деформационных характеристик грунтов по таблицам приложения Б …. При соответствующем обосновании допускается использовать данные таблиц приложения Б для окончательных расчѐтов сооружений II уровня ответственности,

приведѐнных в табл. 5.11». Вот и получается, что отчѐт по ИГизысканиям для зданий и сооружений I уровня ответственности можно использовать в данном случае только для предварительных расчѐтов.

Хотелось бы подчеркнуть, что при назначении по таблицам СП [1, 2] прочностных и деформационных характеристик грунтов основания, которые можно использовать для окончательных расчѐтов сооружений II уровня ответственности, необходимо приводить соответствующее обоснование, что никогда не делается, да и текст самого обоснования мне

струдом представляется. По СНиП [3] данное обоснование не требовалось проводить. Кроме того, прочностные и деформационные характеристики грунтов, приведѐнные в таблицах СНиП [3] и СП [1, 2]

«вообще не известно как определены» [8].

6)Для зданий и сооружений I и II уровней ответственности модуль

деформации грунта по ветви вторичного нагружения Ee,i необходимо определять лабораторным путѐм (по ГОСТ [4]). Особенно это касается песчаных грунтов.

В Примечаниях к п. 5.6.31 СП [1] (п. 5.5.31 СП [2]) сказано, что

«при отсутствии опытных определений модуля деформации Ee,i для сооружений II и III уровней ответственности допускается принимать

Ee,i = 5Ei». Однако в большинстве случаев это выражение даѐт ошибочные результаты. Г.Г. Болдырев в своей книге [6] приводит результаты компрессионных испытаний песка и тугопластичной глины:

105

«Разгрузка при определении упругого модуля Ee,i была выполнена с 50 кПа. Модуль общей деформации определялся в интервале 100-200 кПа. Для песка Ee = 24 МПа, а модуль деформации E = 18 МПа. Для глины Ee = 33 МПа, а модуль деформации Ee = 3,4 МПа. В первом случае упругий модуль больше общего модуля в 1,33 раза, а во втором случае – в 9,7 раз».

Далее ИГ-отчѐт доходит до бедного геотехника. Очень кратко остановимся только на некоторых аспектах геотехнических расчѐтов:

1)Необходимо учитывать изменение модулей деформации грунтов

взависимости от площади плитного или условного (в случае свайных и комбинированных свайно-плитных (КСП)) фундаментов. Это возможно сделать с использованием модели основания, предложенной Г.К.

Клейном, по которой модули деформации грунтов с глубиной возрастают нелинейно, т.е. E(z) = E0Zn (z > 0, n < 1) [7]. После соответствующих преобразований и упрощений формул Г.К. Клейна, модули деформации грунтов для конкретного фундамента Еф определяются по формулам:

где Аф и Аш = 1 м2 – площадь фундамента и штампа соответственно;

n – коэффициент, определяемый по [7] в зависимости от типа грунта. Было установлено, что модули деформации грунтов в результате

применения данной модели основания увеличились в 1,96-2,74 раза.

2) Если неизвестны модули деформации грунтов при вертикальных нагрузках σ > Σγihi, то существует 2 пути решения данной проблемы [7]:

2.1) Экстраполяция компрессионной кривой за пределами σ = Σγihi. 2.2) Выполнение крупномасштабного виртуального эксперимента. Методика проведения подробно изложена в [7]. В результате

выполнения данного эксперимента получены переменные по глубине модулей деформации грунтов, взамен постоянных по глубине (рис.1).

Однако данная методика требует большой доработки для использования еѐ при расчѐтах модулей деформации грунтов под подошвой условного (свайного или КСП) фундамента, т.к. полученные результаты расчѐтов вызывают большие сомнения.

106

Рис.1. Определение модулей деформации грунтов в ПВК Plaxis 3D Foundation по методу крупномасштабного виртуального эксперимента

(в скобках приведены модули деформации Еi, по данным ИГ отчѐта).

Литература

1.СП 22.13330.2011. Основания зданий и сооружений (Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*)// Минрегион России. – М.: 2011. – 161 с.

2.СП 50-101-2004. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений // Госстрой России. – М.: 2004. – 143 с.

3.СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений // Госстрой

СССР. – М.: ФГУП ЦПП, 1984. – 48 с.

4.ГОСТ 12248-2010. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируем. – М.: ГУП ЦПП, 2000. – 156 с.

5.EN 1997-1. Eurocode 7. Geotechnical design. Part 1: General rules. CEN / TC 250. 2003. ICS: 93.020; 91.080.01.

6.Болдырев Г.Г. Методы определения механических свойств грунтов. Состояние вопроса: монография / Г.Г. Болдырев. – Пенза: ПГУАС, 2008. – 696 с.

7.Тер-Мартиросян З.Г. Геотехнические проблемы высотного строительства // Геотехника. – 2010. – №4. – С. 4-18.

8.Черняк Э.Р. Перчатка брошена: проектировщики должны существенно обновить теорию и практику своей работы // Геотехника. –

2010. – №2. – С. 6-9.

107

УДК 624.011.1:69.059.3

Е.С. Уточкина

Внешнее армирование несущих конструкций углепластиком и углеволокном с целью повышения их несущей способности

Усиление строительных конструкций – неотъемлемая часть процесса строительства и эксплуатации зданий. Наиболее часто встречающиеся причины усиления:

-повреждение строительной конструкции, которое привело к снижению еѐ несущей способности, жесткости и трещиностойкости;

-изменение условий эксплуатации;

-изменение расчетной схемы конструкции;

-необходимость повысить надежность и долговечность конструкции;

-ошибки при проектировании.

Существуют как традиционные способы усиления строительных конструкций:

-увеличение и наращивание сечений элементов;

-установка дополнительного армирования в существующие конструкции;

-устройство обойм из металлических уголков или труб;

-устройство дополнительных опор, подкосов с целью изменения конструктивной схемы элемента;

-устройство дополнительных связей ребер, диафрагм и распорок для увеличения местной и общей устойчивости металлических конструкций;

-обетонирование стальных и каменных конструкций,

так и современные, связанные с применением фиброармированных композитных материалов и продуктов строительной химии для ремонта. Часто, для решения поставленной задачи, необходимо комбинировать и совмещать способы усиления. Применение углеродных материалов в строительстве актуально при решении многих проблем. Технические характеристики углеволокна допускают его применение в самых широких диапазонах – при усилении и ремонте, а также новом строительстве. Как в Европе, так и в России уже существуют реализованные проекты возведения переходов и мостов из композитных материалов (с применением строительных стеклопластиков). Существуют даже проекты возведения масштабных конструкций целиком из углеродного волокнапроект ООО «Интер-Тэк» крытого пешеходного моста в г. Екатеринбурге через реку Исеть (Рис.1).

108

Рис.1. Общий вид торгово-пешеходного моста через реку Исеть в г. Екатеринбурге

Однако столь смелые проекты пока являются экзотикой. На практике дела обстоят хуже – в России не только строительство, но даже ремонт сооружений с использованием материалов нового поколения имеет слабую распространенность, обусловленную, в первую очередь, отсутствием нормативной регулирующей базы и, как следствие, слабым уровнем информированности потенциальных игроков рынка. При этом проблема заключается именно в отсутствии нормативной документации (по проектированию, расчету, проверке качества выполненных работ), а не в качестве самих материалов. Ограничивающим фактором также выступает мнение о высокой стоимости использования композитных материалов, которое чаще всего неверно.

Композитное армирование наиболее оправдано для применения там, где требуется обеспечить надежную эксплуатацию сооружений, в первую очередь для усиления уникальных, дорогих, исторически значимых конструкций, демонтаж и замена которых значительно дороже ремонта или невозможны вообще. Это относится как к сложным конструкциям транспортных, гидротехнических сооружений, памятникам архитектуры, так и к рядовым конструкциям – фундаментам, дверным проемам, несущим элементам перекрытий после перепланировки помещений и т.п. Композитные материалы из углеволокна обладают высокой прочностью на растяжение (до 4800 МПа), коррозионной стойкостью, отсутствуют размерные ограничения по их применению, для выполнения работ не требуются сложное оборудование и оснастка.

109

Механические и другие свойства композита определяются тремя основными параметрами: высокой прочностью армирующего волокна, жесткостью матрицы и прочностью связи на границе матрица-волокно. Механические характеристики применяемых в строительстве волокон композиционных материалов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Механические характеристики волокон

ПЛ - плотность; МУ - модуль упругости; ПР - прочность; УР - удлинение при разрыве; ПТЭ - предельная температура эксплуатации.

Технология усиления строительных конструкций с применением элементов внешнего армирования из углеволокна является в настоящий момент самым современным и «бережным» методом восстановления и повышения эксплуатационных характеристик строительных конструкций. Следует заметить, что качество усиления конструкций композитными материалами системы в большой степени зависит от состояния основания и выполнения требований по его подготовке, а также от соблюдения технологии проведения работ.

Литература

1.Сивовски, Т. Первое в стране применение композитных лент для усиления моста/ Т. Сивовски, В. Радомски// Сер. «Инженерия и Строительство». – 1998. – №7. – С. 382 - 388.

2.ООО «Зика» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://sika.ru.

110

УДК 624.131.536

В.В. Фатеев

Особенности инженерно-геологических и гидрогеологических условий участка, занимаемого сооружениями Загорской ГАЭС

Загорская гидроаккумулирующая электростанция мощностью 1200 тыс. кВт, предназначенная для покрытия пиковых потребностей в электроэнергии г. Москвы и Московской области, проектировалась на р.Кунье на участке, расположенном в 20 км к северу от г. Загорска (г.Сергиев Посад).

В целом рельеф района представляет собой холмистую моренную равнину, расчленѐнную долинами рек, ручьѐв и оврагов. Выбор района строительства ГАЭС во многом определялся характером рельефа и, в первую очередь, глубоким врезом долины р. Куньи по отношению к водораздельным пространствам.

Загорская ГАЭС представляет собой комплекс сооружений (рис. 1):

1-верхний аккумулирующий бассейн – в районе сел Богородское – Шубино – Иудино; 2-сооружения станционного узла (водоприѐмник, трубопроводы и здание ГАЭС) на левом берегу р. Кунья против деревни Выпуклово; 3-нижний бассейн (водохранилище) на р. Кунье с низовой плотиной у поселка Федоровское и отсечной верховой плотиной у города Краснозаводска; 4-подсобные сооружения (базы, посѐлки) и дороги.

Режим эксплуатации ГАЭС, и в первую очередь суточный цикл изменения уровней, характеризуется следующими особенностями: с 16 до 20 часов выработка электроэнергии, при этом уровень в верхнем бассейне срабатывается с отметки 266,5 (НПУ) до отметки 257,5 (УМО), а в нижнем бассейне происходит подъѐм воды с отметки 152,0 (УМО) до 162,5 (НПУ). С 20 до 24 часов – стационарный режим при НПУ в нижнем и УМО в верхнем бассейне. С 0 до 6 часов – заполнение верхнего бассейна до отметки НПУ 266,5 и сработка нижнего бассейна до отметки УМО 152,0. С 6 до 16 часов – стационарный режим при УМО в нижнем и НПУ в верхнем бассейне.

Верхний аккумулирующий бассейн расположен на высоком левобережье р. Куньи (абс. отм. от 235 до 268 м). Территория бассейна с северной и южной сторон ограничена крупными оврагами, направленными в долину р. Куньи, и ответвляющимися от них более мелкими оврагами и отвершками.

Фильтрации по линзам и прослоям в основании дамб, а также общее повышение уровня подземных вод, могут привести к увлажнению склонов и нарушению их устойчивости. В связи с этим в проекте было предусмотрено экранирование глинистыми грунтами песчаных линз и прослоев, вскрываемых в котловане верхнего бассейна. Помимо этого, для уменьшения фильтрации через тело плотины и понижения фильтрационного градиента, с низовой стороны дамб предусмотрено