Construction and Geotechnics

Данная статья посвящена анализу результатов первого этапа разработки программы магистратуры «Инновационные технологии малоэтажного строительства». Ориентацию на рынок малоэтажного жилья можно назвать трендом жилищного строительства в нашей стране. Малоэтажное домостроение имеет ряд достоинств по сравнению с многоэтажным. Среди его наиболее существенных преимуществ можно отметить сокращение материальных затрат, высокие темпы строительства, возможность применения энергоэффективных технологий, автономность. Среди сдерживающих факторов, препятствующих широкому внедрению инновационных технологий в нашей стране, - нехватку квалифицированных кадров. Большое внимание в статье уделено дисциплинам, направленным на формирование уникальных профессиональных компетенций магистров. В ходе обучения по программе магистратуры «Инновационные технологии малоэтажного строительства» студенты овладевают навыками оценки геотехнических рисков и геотехнической ситуации при малоэтажном домостроении, умением проектировать энергоэффективные фундаменты и энергоэффективные конструкции, использовать современные строительные материалы и инновационные технологии строительства. Статья представляет интерес для широкого круга инженеров-геотехников и строителей, желающих повысить свою квалификацию, расширить специализацию и приобрести новые профессиональные знания, умения и владения, а также для выпускников нестроительных вузов, желающих пройти профессиональную переподготовку или решить жилищную проблему собственными силами. В основу формирования образовательной программы магистратуры «Инновационные технологии малоэтажного строительства» легли профессиональные стандарты по направлению «Строительство» и пожелания потенциальных работодателей. В статье представлены четко сформулированные цели и задачи разрабатываемой программы магистратуры, которые согласованы с миссией Пермского национального исследовательского политехнического университета и соответствующими запросами потенциальных потребителей программы.

Приведено описание комплексной технологии инженерно-геологических изысканий, включающей зондирование грунтов с одновременным расчетом осадки и крена проектируемого сооружения, а также использование необходимых для этой цели технических и программных средств. Предлагается применение методов статического, динамического и бурового зондирования для исследования свойств грунтов в полевых условиях. С помощью данных зондирования и известных корреляционных уравнений находятся физические и механические характеристики грунтов. Количество точек зондирования грунтов определяется чувствительностью сооружения к вводимым в расчет осадки и крена данным испытаний, которые выполняются непосредственно в полевых условиях. Приведены основные технические и программные средства для испытаний грунтов в полевых условиях и обработки их результатов. Для сбора данных измерений при зондировании грунтов используется пакет «АСИС» и дополнительная программа для их интерпретации. Данные измерений передаются на компьютер в месте проведения полевых испытаний и используются для автоматического определения характеристик грунтов и расчета осадки и крена проектируемого сооружения непосредственно на месте испытаний. При необходимости данные испытаний могут быть переданы на удаленный сервер компании, проводящей изыскания. Расчеты осадок выполняются от среднего давления сооружения на основание по формулам суммирования с учетом неоднородности грунта, полученной по результатам испытаний. Такие расчеты выполняются для каждой точки зондирования или выработки, а не под всей подошвой фундамента. Затем определяются коэффициенты жесткости основания (коэффициент постели) над каждой скважиной, которые затем экстраполируются на всю поверхность основания по формуле Шепарда, причем рассматриваются варианты расчета при различных значениях в формулах аппроксимации Шепарда.

Статья посвящена вопросу определения технологических осадок фундаментов близрасположенных зданий при устройстве стены в грунте траншейного типа. Материалом для ее написания послужили результаты научно-исследовательской работы (НИР), выполненной в 2015 г. на основании государственного задания (заказчик - ФАУ «ФЦС»). В данной статье представлены анализ имеющихся данных мониторинга технологических осадок и существующих методов расчета технологических осадок, а также результаты численного моделирования процесса устройства стены в грунте. Изучение большого количества как зарубежных, так и отечественных источников показало следующее. Технологические осадки варьируются в широком диапазоне - от 1 до 63 мм. Количественная оценка технологических осадок при устройстве стены в грунте траншейного типа производится путем расчета методом конечных элементов, при этом отношение осадки, по данным мониторинга, к расчетной осадке варьируется от 48 до 175 %. Основные стадии моделирования устройства стены в грунте - это откопка траншеи и бетонирование. Выявлены два основных подхода к моделированию стадии откопки траншеи: моделирование откопки путем изменения свойств грунта в пределах траншеи или нагрузкой, эквивалентной гидростатическому давлению глинистого раствора. При моделировании стадии бетонирования, как правило, используется билинейная зависимость, предложенная Лингсом. Важным вопросом для численного расчета технологических осадок является размерность модели. В большинстве изученных работ в расчетах принималась трехмерная модель, которая позволяет учесть размер захватки. Расчет по двухмерной модели приводит к завышенным значениям перемещений грунтового массива. Для проверки методики определения технологических осадок выполнено численное моделирование в PLAXIS 3D с использованием данных площадки строительства многоэтажного здания в Большом Каире. В результате данного моделирования получена неплохая сходимость расчетной технологической осадки с результатами мониторинга (осадка по мониторингу - 7 мм, расчетная осадка - 6 мм). На примере площадки строительства в Большом Каире выполнена оценка влияния различных факторов (расстояние между траншеей стены в грунте и фундаментом здания, длина захватки стены в грунте, нагрузка по подошве фундамента и плотность бентонитового раствора) на технологические осадки. Данная оценка показала важность учета исследуемых факторов для оценки технологической осадки.

Рассматриваются вопросы возведения зданий и сооружений на потенциально опасных оползневых склонах. Показаны преимущества устройства фундаментов в таких условиях в виде свай, задавливаемых в грунт статической нагрузкой. Описываются технологии, применяемые для задавливания свай при новом строительстве и при реконструкции зданий. Предлагается новая эффективная технология возведения комбинированных плитно-свайных фундаментов, позволяющая сократить время и стоимость строительства. Суть данной технологии заключается в том, что благодаря определенной последовательности операций по устройству фундамента и возведению верхних конструкций здания сначала нагрузку от неполностью построенного здания воспринимает плитный фундамент, а далее, по мере возведения здания возрастающая нагрузка передается на задавленные через отверстия в плите сваи. Это позволяет полностью использовать несущую способность как фундаментной плиты, так и свай комбинированного фундамента, сократить количество свай и в определенной степени управлять осадками сооружения в процессе его возведения. Приводятся описание и результаты лабораторных и полевых экспериментов на модели по изучению работы плитно-свайных фундаментов, выполненных по предлагаемой технологии. Данная технология может быть использована как для возведения сооружений на потенциально опасных оползневых склонах, так и в обычных условиях для массового промышленного и гражданского строительства. К настоящему времени разработаны все основные элементы предлагаемой технологии, в частности способ определения несущей способности свай в ходе ее погружения с использованием ползуче-релаксационного режима, технология погружения свай в лидерные скважины и технология увеличения несущей способности погружаемых свай.

В связи с ростом количества строящихся высотных зданий в последнее время инженеры-геотехники сталкиваются с необходимостью выбора и обоснования фундаментов, воспринимающих нагрузки на основание немногим меньше 1 МПа. Этим обусловлено широкое применение фундаментов глубокого заложения из свай различной формы, в том числе баррет. Способные нести большие вертикальные и горизонтальные нагрузки, барреты нашли широкое применение во многих странах. Однако исследования особенностей их работы по сравнению с традиционными сваями сильно отстают от практики. В основном это связано с дороговизной и трудоемкостью проведения натурных экспериментов с данным видом фундаментов. В связи с этим в настоящее время исследования останавливаются на получении несущей способности, осадке и мобилизации сил сопротивления на поверхностях, которые получают с помощью датчиков, устанавливаемых на опытных барретах. Вместе с тем остаются интересными и малоизученными вопросы о взаимодействии баррет с грунтом на расстоянии от боковых поверхностей (проблемы влияния), выбора оптимальной формы (соотношения сторон), шага расстановки по двум направлениям, концентрации напряжений в угловых зонах. Такие задачи можно и нужно решать численными методами для получения качественных результатов, что впоследствии приводит уже к вещественной экономии на практике. ПК PLAXIS 3D позволяет успешно решать названные задачи и составлять алгоритмы для приближения проектных решений к оптимальным. В статье представлены ход и результаты многочисленных конечно-элементных расчетов, направленных на изучение взаимодействия одиночной барреты и баррет в группе с основанием. Получены зоны влияния одиночной барреты по торцам, что позволяет принимать более эффективное их расположение в плане в составе фундамента, что показано путем решения тестовых задач, близких к реальным проектам.

This article considers stamping tests of full-scale models of reinforced foundation pads in real engineering and geological conditions of the city of Perm. These tests entail the final experimental stage in studying the bearing capacity of reinforced foundation pads. Numerical modeling was performed at the first experimental stage, the results of which were used to formulate the basic operation parameters of the reinforced foundation pads. Before the full-scale tests, model stamping tests of various types of reinforced foundation pads had been made and formulated on the basis of the numerical modeling results. The results of the model stamping tests made it possible to clarify the qualitative parameters of the work, to reveal the rational design of the reinforced foundation pads. In order to check the results of numerical modeling and model stamping tests, as well as to find the real bearing capacity of the reinforced foundation pads, full-scale stamping tests of specially prepared reinforced foundation pads were carried out. The main purpose of the experimental work is to obtain real parameters for the operation of reinforced foundation pads. To achieve this goal, certain objectives were identified, such as: - identify the regularity of settlement for the reinforced foundation pads under load by constructing the experimental plots of the "settlement-pressure" dependence; - estimate the bearing capacity at a maximum settlement of 12 cm; - study the stress-strain state of the base of the improved reinforced foundation pad under load by measuring stresses and deformations using soil pressure cells and marks. The solution of these problems will development a technique of calculating the bearing capacity of reinforced foundation pads.

Основной контролируемый параметр при устройстве оснований - это коэффициент уплотнения, однако для прогноза осадок важны деформационные характеристики. Цель исследования - определение взаимосвязи контролируемых параметров на строительной площадке с характеристиками, используемыми при проектировании оснований, что позволит быстро и эффективно контролировать качество произведенных работ, а также прогнозировать осадку насыпных грунтов. Существуют различные методы экспресс-контроля определения плотности насыпных грунтов. Одним из них является метод ударного штампа, реализуемый при помощи динамического плотномера. Актуальной является задача исследования применимости данного метода в промышленном и гражданском строительстве. В данной работе представлены результаты экспериментальных исследований, направленных на оценку применимости прибора ДПГ-1.2 при контроле деформационных характеристик насыпных грунтов. Исследования проводились в лабораторных условиях кафедры «Строительное производство и геотехника» Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ). В качестве контролируемых параметров были приняты коэффициент уплотнения и влажность грунта В качестве измеряемых параметров - компрессионный модуль деформации, динамический модуль упругости, сила и осадка. Объект исследования - однородный крупный песок с максимальной плотностью 1,74 кг/м3 и оптимальной влажностью 14 %. Проведено 18 серий испытаний с различным коэффициентом уплотнения при постоянной влажности. По результатам экспериментальных исследований были получены следующие зависимости: зависимость компрессионного модуля деформации, динамического модуля упругости и пластической осадки от коэффициента уплотнения; зависимость силы удара от пластической осадки. Дополнительно были проведены эксперименты с целью определения глубины сжимаемой толщи от ударной нагрузки. Полученные зависимости были проанализированы с точки зрения влияния коэффициента уплотнения на деформационные характеристики, а также определения границ применимости динамического плотномера при послойном контроле уплотнения насыпного грунта.