Вопросы оценки и использования ресурсов фундаментов и грунтов в их основании на современном этапе развития строительства особенно актуальны. В Магнитогорске, несмотря на его относительную молодость (70 лет), имеется множество поврежденных из-за неравномерных осадок фундаментов жилых и общественных зданий, которые нуждаются в восстановлении. Кроме того, проводится реконструкция зданий различного назначения с увеличением нагрузки на существующие фундаменты. Возможность восстановления и реконструкции зданий требует оценки ресурсов не только надземных конструкций. Не менее важной задачей является оценка состояния фундаментов и грунтов оснований, для чего проводились экспериментально-теоретические исследования.

В экспериментальных исследованиях использовались малогабаритное буровое оборудование и установка для статического зондирования грунтов. Бурение фундаментов проводилось с отбором образцов, которые использовались для определения прочности бетона по данным их испытания на сжатие. Погружение зонда позволяло получать непрерывные по всей глубине зондирования значения удельного сопротивления грунта под конусом зонда q_з и сопротивления по боковой поверхности зонда f_з, с которыми эмпирическими зависимостями связаны механические характеристики и некоторые показатели физического состояния грунтов. По их величинам устанавливались границы, а также прочностные и деформативные свойства различных по составу и состоянию грунтовых слоев. При этом использовалась методика, основанная на приемах, изложенных в [1].

Согласно современным взглядам, наибольшую информацию о грунтах можно получить по удельному сопротивлению погружению конуса зонда q_з. Первоначально по измеренным значениям q_з проводится визуальное выделение расчетных грунтовых элементов (РГЭ). Нормативное значение удельного сопротивления погружению конуса q_зn принимают равным среднеарифметическому значению q_з для каждого РГЭ и вычисляют по формуле

_,  (1)

где n – число определений характеристики; q_зi– частные значения характеристики, получаемые по результатам отдельных i- х опытов.

Для исключения возможных ошибок, оставшихся после анализа опытных данных, выполняется статистическая проверка. Исключаются те частные (максимальные или минимальные) значения q_з для которых выполняется условие

,  (2)

где ν – статистический критерий при двусторонней доверительной вероятности a=0,95, принимаемый по табл. Ж.1 [1] в зависимости от числа определений n значений q_з; S – среднеквадратичное отклонение значений q_з, вычисляемое по формуле

_.  (3)

Если какое-либо значение характеристики исключено, следует для оставшихся данных заново вычислить q_зn по формуле (1) и S по формуле (3).

В соответствии с ГОСТом [1], для каждого РГЭ вычисляются коэффициенты вариации по формуле

  (4)

и проверяют условие

  . (5)

где V_доп – допустимое значение коэффициента вариации, принимается равным 0,3.

Если коэффициенты вариации превышают указанное значение, проводится более детальное разделение массива грунта, все расчеты повторяются, пока для каждых вновь выделенных РГЭ не выполнится условие (5). При выполнении условия находится показатель точности определения среднего значения q_з для каждого РГЭ по формуле

,  (6)

где t_α – коэффициент, принимаемый по табл. Ж.2 прил. Ж [1] при односторонней доверительной вероятности a=0,85 и числе степеней свободы К=n–1.

Расчетное значение удельного сопротивления погружению конуса q_зр вычисляется по формуле

,  (7)

где γ_g  – коэффициент надежности по грунту, вычисляемый по формуле

  (8)

Подсчитанные таким образом для различных РГЭ расчетные значения q_зр используются для определения по нормам [2] прочностных и деформационных характеристик грунтов. Сопоставление результатов испытания зондированием и испытанием штампов показало их хорошую сходимость с зависимостями, приведенными в нормах [2]. По полученным характеристикам находят расчетное сопротивление грунтов основания с учетом уплотнения в период эксплуатации, по которому выясняют наличие резервов.

Данная методика использована при изучении грунтов основания административно-бытового корпуса (АБК) рудника, проведенного в июне 2001 г. в связи с реконструкцией.

АБК представляет собой 2-этажное здание с продольными несущими стенами толщиной 0,52 м из кирпича и двумя рядами несущих кирпичных столбов. К торцам здания примыкают одноэтажные пристройки, причем в осях “1–3” имеется подвал, в котором расположена котельная (рис. 1). Предварительно на территории АБК были проведены инженерно-геологические изыскания. Расчетное сопротивление грунтов, рассчитанное по характеристикам, определенным лабораторными методами, составило 150 кПа. Проектом реконструкции предусматривалось усиление фунда­ментов в осях “1–3” и “12–13” для надстройки на один этаж торцевых пристроек. Для уточнения характеристик грунтов были проведены дополнительные изыскания с использованием статического зондирования. Бурение скважин и вдавливание зонда велось с помощью универсальной малогабаритной зондировочно-буровой установки УЗБ–5М конструкции Л.С. Амаряна (ПНИИС). Статическое зондирование осуществлялось комплектом ПИКА–2Н, разработанным НИИОСПом. Из-за расположения в подвале оборудования не удалось пробурить тело фундамента и исследовать уплотненное состояние грунтов. Расположение точек зондирования в подвале показано на рис 1. Предварительно через бетонный пол подвала пробуривались скважины до отметки подошвы фундамента, через которые погружался зонд. Измеряемые показатели списывались с цифрового экрана через каждые 0,2 м.

 

Рис. 1. План подвала с указанием точек статического зондирования

В соответствии с изложенной методикой массив грунта по результатам статического зондирования был разделен на три РГЭ, для каждого из которых определено расчетное значение q_зр (табл. 1).

  По расчетным значениям q_зр в соответствии с [2] были найдены величины j_II и с_II , использованные для определения расчетного сопротивления грунтов оснований по формуле (7) норм проектирования [3]. Результаты расчётов приведены в табл. 2.

Таблица 2

Давления на основания и расчетное сопротивление грунтов 

Фактическое давление по подошве фундаментов значительно превышало расчетное сопротивление грунтов, найденное по результатам статического зондирования только под фундаментами по осям “Г–2” и “В–2”. Эти фундаменты были усилены. По остальным осям усиление не производилось. Расчетная дополнительная осадка наиболее нагруженных ленточных фундаментов по оси “1” составила 1,57 см.

Работы по реконструкции были завершены зимой 2002 г. Произведенный в июне 2002 г. визуальный осмотр здания не выявил следов дополнительных осадок фундаментов. Это означает, что наличие резервов основания в целом было определено верно.

Список литературы

1. ГОСТ 20522–96. Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний. М.: Стройиздат, 1997.

2. СП 11-105–97. Инженерно-геологичес­кие изыскания для строительства. М.: Стройиздат, 2000.

3. СНиП 2.02.01 – 83. Основания зданий и сооружений. М.: Стройиздат, 1985.