Определение модуля деформации закрепленного грунтового основания по данным штамповых испытаний и геотехнического мониторинга

Введение. Широко распространенные на Юге России просадочные грунты создают ряд проблем и опасностей, связанных с высокой вероятностью возникновения просадок оснований фундаментов в случае превышения начальной просадочной влажности и начального просадочного давления. Учет данного фактора очень важен на всех стадиях жизненного цикла здания или сооружения, особенно на этапе проектирования, когда должны быть разработаны научно обоснованные конструктивные и технологические решения, обеспечивающие надежную эксплуатацию объектов в рассматриваемых сложных инженерно-геологических условиях. В настоящей статье выполнен анализ действующих федеральных и территориальных нормативно-технических документов в области проектирования зданий и сооружений на просадочных грунтах; на основе численного эксперимента показана некорректность результатов, получаемых в ряде случаев по нормативным методикам; предложен новый метод расчета, основанный на определении модуля деформации закрепленного грунтового основания по данным штамповых испытаний и геотехнического мониторинга.

Материалы и методы. В исследовании проводились: – анализ существующих подходов и методов к проектированию оснований и фундаментов в условиях просадочных грунтов;

– численные эксперименты, включающие расчеты по нормативным методикам с вариацией исходных данных как по начальным характеристикам грунтов, так и по технологическим параметрам закрепления, и статистическую обработку их результатов;

– анализ результатов ранее выполнявшегося авторами геотехнического мониторинга зданий, построенных на закрепленных грунтах, и экспериментальных исследований деформационных свойств с применением запатентованного устройства;

– определение основных факторов, влияющих на проектные решения по усилению грунтового основания и фундаментов здания, воспринимающих сложный комплекс эксплуатационных нагрузок и установление новой зависимости модуля деформации закрепленного грунта от его начального модуля деформации и процента армирования.

Результаты исследования. Установлено, что существующие методики расчета закрепленных оснований не обеспечивают достаточную точность для определения прогнозируемых осадок зданий и сооружений, и полученные расчетные значения не всегда соответствуют фактически возникающим деформациям оснований и фундаментов. Установлена зависимость модуля деформации закрепленного грунтового основания от начального модуля деформации грунта и процента его армирования цементно-песчаным раствором. Разработан новый метод расчета, основанный на определении модуля деформации закрепленного грунтового основания по данным штамповых испытаний с применением запатентованного устройства и геотехнического мониторинга.

Обсуждение и заключение. Установлено, что модуль деформации закрепленного методом цементации грунтового массива нелинейно зависит от процента армирования грунта цементно-песчаным раствором и начального модуля деформации грунта, при этом указанная зависимость описывается уравнением поверхности второго порядка общего вида. Рекомендовано использовать полученные зависимости при проектировании технологических параметров закрепления в условиях просадочных грунтов Ростовской области.

1. Осипов В.И., Аникеев А.В., Бурова В.Н., Козлякова И.В., Постоев Г.П., Еремина О.Н. и др. Геологический риск урбанизированных территорий. Монография. Москва: РУДН; 2020. 312 с.

2. Осипов В.И., Карпенко Ф.С., Румянцева Н.А. Активная пористость и ее влияние на физико-механические свойства глинистых грунтов. Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2014;(3):262–269. URL: https://naukarus.com/aktivnaya-poristost-i-ee-vliyanie-na-fiziko-mehanicheskie-svoystva-glinistyh-gruntov (дата обращения: 12.06.2023).

3. Osipov VI. Density of clay minerals. Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2012;48(6):231–240. https://doi.org/10.1007/s11204-012-9153-0

4. Трофимов В.Т. Опыт создания системы буронабивных грунтовых свай как эффективный метод глубинного укрепления массива просадочных лессовых грунтов. Инженерная геология. 2018;13(4–5):120–122.

5. Ананьев ВП. Лёссовые породы и инженерная геология. Известия Ростовского государственного строительного университета. 2011;(15):36–40.

6. Ананьев В.П., Потапов А.Д., Филькин Н.А. Специальная инженерная геология. Москва: ИНФРА-М; 2016. 263 с.

7. Мангушев Р.А., Осокин А.И., Усманов Р.А. Устройство и реконструкция оснований и фундаментов на слабых и структурно-неустойчивых грунтах. Монография. Санкт Петербург: Лань; 2021. 460 с. URL: https://reader.lanbook.com/book/171863?demoKey=167bac60ad16c29a83a26c6b02ef6ff5#2 (дата обращения: 12.06.2023).

8. Галай Б.Ф., Сербин В.В., Галай О.Б. Опыт уплотнения просадочных грунтов на Северном Кавказе. Геотехника. 2018;10(5–6):42–50. URL: https://www.geomark.ru/articles/opyt-uplotneniya-prosadochnykh-gruntov/ (дата обращения: 12.06.2023).

9. Черкасов С.М. Расчет величины деформаций лессовых просадочных грунтов от собственного веса и сравнение с результатами опытных работ. Научное обозрение. 2014;11(3):746–749.

10. Dolzhikov P., Prokopov A., Akopyan V. Foundation Deformations Modeling in Underworking and Hydroactivated Rocks. In: Proceedings of the International Scientific Conference Energy Management of Municipal Transportation Facilities and Transport EMMFT 2017. Series: Advances in Intelligent Systems and Computing. Cham: Springer Publ.; 2018. P. 647–654. https://doi.org/10.1007/978-3-319-70987-1_69

11. Akopyan V, Akopyan A. Experimental and Theoretical Investigation of the Interaction of the Reinforced Concrete Screw Piles with the Surrounding Soil. In: 2nd International Conference on Industrial Engineering (ICIE-2016). Series: Procedia Engineering. Amsterdam: Elsevier Publ.; 2016. P. 2202–2207.

12. Жур В.Н., Александров А.П., Куликов А.С. Анализ просадочных процессов при компрессионном сжатии глинистых грунтов Ростовской области и Республики Калмыкия. Инженерный вестник Дона. 2021;73(1). URL: http://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2021/6801 (дата обращения: 12.06.2023).

13. Прокопова М.В., Прокопов А.Ю., Жур В.Н. Усиление просадочных грунтов под существующей застройкой г. Ростова-на-Дону. Труды Ростовского государственного университета путей сообщения. 2016;(4):79–87.

14. Прокопова М.В., Прокопов А.Ю., Жур В.Н. Исследование свойств лессовых просадочных грунтов Восточного Донбасса. В: Сборник научных трудов Международной научно-практической конференции «Транспорт: наука, образование, производство». Ростов-на-Дону: Ростовский государственный университет путей сообщения; 2017. С. 354–358.

15. Prokopov A., Zhur V., Medvedev A. Application of the Cartographic Method of Research for the Detection of the Dangerous Zones of Mining Industrial Territories. In: Proceedings of the 27th Russian-Polish-Slovak Seminar, Theoretical Foundation of Civil Engineering. MATEC Web of Conferences. 2018;196:03009. https://doi.org/10.1051/matecconf/201819603009

16. Гиря Л.В., Белаш В.В., Хоренков С.В., Петров К.С. Контроль качества производства работ по закреплению грунтов основания с использованием метода георадиолокационного подповерхностного зондирования. Инженерный вестник Дона. 2013;27(4). URL: http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2056 (дата обращения: 12.06.2023).

17. Гапонов Д.А., Фоменко Л.Н., Шеремет Р.Д. Применение георадара для контроля качества закрепления грунтов. Инженерный вестник Дона. 2016;42(3). URL: http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2016/3724 (дата обращения: 12.06.2023).

18. Prokopov A., Prokopova M., Rubtsova Ya. The Experience of Strengthening Subsidence of the Soil under the Existing Building in the City of Rostov-on-Don. In: Proceedings of the International Science Conference “Smart City” (SPBWOSCE 2016). MATEC Web of Conferences. St. Petersburg: EDP Sciences Publ.; 2017. P. 02001. https://doi.org/10.1051/matecconf/201710602001

19. Прокопов А.Ю., Сычев И.В. Определение деформационных характеристик грунтового массива, преобразованного по технологии армирования грунта цементно-песчаным раствором. Инженерный вестник Дона. 2019;54(3). URL: http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/N3y2019/5809 (дата обращения: 12.06.2023).