Прогноз развития деформаций фундаментов многоэтажных многосекционных зданий в сложных грунтовых условиях

"Научный аспект №6-2024" - Строительство и арх.

УДК 624.044

Гордиенко Евгений Петрович – студент Архитектурно-строительного факультета Кубанского государственного аграрного университета имени И.Т. Трубилина.

Аннотация: Инженерно-геологические условия большей части территории России являются сложными по тем или иным причинам. Высокий спрос на объекты недвижимости сокращает возможности по подбору участков для строительства. При этом часто встречаются участки с лессовыми, слабыми водонасыщенными песчаными и глинистыми грунтами, неравномерностью залегания слоев грунта и высокой фоновой сейсмичностью, что значительно усложняет задачи, стоящие перед проектировщиками и строителями. В таких условиях прогноз развития процессов, проходящих в основаниях фундаментов, является приоритетным вопросом для возможности безопасной эксплуатации зданий и сооружений. Поэтому задача прогнозирования развития деформаций фундаментов в сложных грунтовых условиях является актуальной.

Ключевые слова: сложные грунтовые условия, деформация фундамента, строительство.

С развитием строительной отрасли здания и сооружения требуют все большей точности прогноза развития деформации во всех элементах конструкций и в грунтах основания. Предсказуемость работы основания имеет важное значение и сказывается на всех элементах реализованного проекта. Возникновение не предусмотренных проектными решениями деформаций в фундаментах может повлечь за собой значительные последствия от нарушения целостности элементов фасада и внутренней отделки, выхода из строя инженерных систем до возникновения аварийных ситуаций, при которых дальнейшая безопасная эксплуатация здания или сооружения невозможна.

Обзор современных методов прогнозирования деформаций фундаментов

В современной строительной практике прогнозирование деформаций элементов конструкций зданий и сооружений сводится к анализированию результатов расчетных моделей зданий и сооружений, созданных на основе проектных технических решений и результатов инженерно-геологических изысканий.

Инженерно-геологические изыскания – комплекс мероприятий по изучению гидрогеологических, геоморфологических и геологических условий территории строительства. Эти данные используются для проектирования сооружений, а отбор проб всех инженерно-геологических элементов и их лабораторные испытания позволяют определить прочностные и деформационные характеристики грунтовых условий площадки строительства.

Грунты состоят из твердой фазы (минеральные частицы), жидкости (вода) и защемленного в порах воздуха. Вода в грунте может быть свободной (подвижной) или связанной (удерживаемой поверхностными силами). Деформация грунта зависит от его объема (уплотнение или набухание), а также от деформационных свойств его компонентов: скелета грунта (ползучесть), поровых воды, паров и газов (сжимаемость). Эти свойства влияют на способность грунта выдерживать нагрузки и определяют его поведение качестве оснований зданий и сооружений. Усложняет задачу прогнозирования деформаций нелинейное поведение грунта по мере передачи основанию нагрузок от фундаментов и вышележащих конструкций.

Для прогнозирования процессов деформации в грунтах на основе данных об их прочностных и деформационных характеристиках, а также неравномерности залегания инженерно-геологических элементов, наличии линз и пустот, используются методы создания расчетных конечно-элементных моделей массива грунта с учетом влияния на него существующей и новой застройки в специализированных программных комплексах, таких как, например, Midas GTS NX.

Этот программный комплекс имеет широкий функционал для создания расчетных моделей конструкций зданий и оснований на основе более 20 различных математических моделей поведения материалов и массива грунта. С его помощью инженеры геотехники могут составить прогноз развития деформаций во всех элементах системы «здание-фундамент-основание».

1

Рисунок 1. Расчетная модель здания и основания в ПК Midas GTS NX

Современные программные комплексы для создания расчетных моделей используют для расчета метод из строительной механики – метод Конечных элементов. Основой метода является разбиение математической модели конструкции на некоторое количество непересекающихся подобластей простой геометрии с конечным размером - конечных элементов. Каждый отдельно конечный элемент должен быть достаточно простым, чтобы имелась возможность легко определить перемещения и напряжения в любой его части по заданным перемещениям узлов.

В современной инженерной практике наблюдение за деформациями зданий и сооружений является неотъемлемой частью строительного процесса. Анализ причин возникновения деформаций проводится как на этапе строительства, так и в период эксплуатации сооружения. Эта информация используется для оценки безопасности и надежности сооружения и принятия необходимых мер по предотвращению возможных аварийных ситуаций.

Для отслеживания развития деформаций в элементах конструкций, в особенности при возникновении не предусмотренных проектом прогрессирующих деформаций, таких как значительная осадка, разность осадков, крен здания, проводится геотехнический мониторинг, представляющий собой систему наблюдения за изменениями в поведении строительных конструкций, основания и окружающего грунта в процессе строительства и эксплуатации сооружения. Мониторинг позволяет своевременно выявлять возможные проблемы, такие как не предусмотренные деформации, осадки и просадки грунта, что позволяет принять необходимые меры для обеспечения безопасности и надежности сооружения.

Результаты геотехнического мониторинга позволяют оценить точность прогнозирования деформаций на основе разработанных моделей и выявить влияние различных факторов на итоговые деформации конструкций зданий и сооружений.

Несмотря на крайне высокую сложность прогнозирования деформаций, ввиду влияния многочисленных комплексных факторов, современные методы прогнозирования деформаций фундаментов зачастую способны обеспечить безопасную эксплуатацию зданий и сооружений на протяжении всего срока службы.

Список литературы

  1. Патент РФ на изобретение №2256748. Свайный фундамент и способ возведения свайного фундамента / Шадунц К.Ш., Мариничев М.Б. // Бюл. изобр., 2005. – № 20.
  2. Шадунц К. Ш. Особенности деформаций днищ резервуаров / К. Ш. Шадунц, М. Б. Мариничев, В. В. Угринов // Промышленное и гражданское строительство. – 2004. – № 3. – С. 28-29. – EDN PLFVSJ.
  3. Мариничев М. Б. Особенности учета инженерно-геологического строения оснований пойменных территорий в сейсмических районах при выборе технических решений фундаментов высотных зданий // Вестник ПНИПУ. – 2018. – № 01 (9) – С. 103−
  4. Ляшенко П.А. Учёт взаимодействия бетонных свай в основании фундамента / Ляшенко П.А., Денисенко В.В., Мариничев М.Б. // Строительство: новые технологии − новое оборудование, 2020, № 6. С. 27-33.
  5. Ляшенко П. А. Сопротивление основания буронабивной висячей сваи внешней нагрузке / Ляшенко П.А., Денисенко В. В., Мариничев М. Б. // Строительство и реконструкция. – 2020. – № 5(91). – С. 22−31.
  6. Патент РФ на изобретение №2303106. Способ возведения плитного фундамента повышенной жесткости / Шадунц К.Ш., Мариничев М.Б., Демченко В.А. // Бюл. изобр., 2007. – № 20.
  7. Учет развития деформаций основания во времени при совместном расчете системы основание-фундамент-здание /  Лучкин М. А.  //  Известия Петербургского университета путей сообщения, 2006
  8. Прогноз деформаций оснований фундаментов существующей застройки в процессе их эксплуатации (на примере города Элисты) / Дорджиев А. А. // Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет - ГУВПО, Волгоград, 2015.- 175 с.

Ключевые слова: сложные грунтовые условия, деформация фундамента, строительство.

Keywords: difficult ground conditions, deformation of the foundation, construction.

Автор: Гордиенко Евгений Петрович