Барражирующий эффект свайного поля
БАРРАЖИРОВАНИЕ
барражирование — БАРРАЖИРОВАТЬ, рую, руешь; несов. (спец.). О самолётах истребителях: патрулировать по определённому маршруту, охраняя от авиации противника военные или другие важные объекты. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
Барражирование — патрулирование истребительной авиации над определенным районом с целью перехвата и уничтожения средств воздушного нападения противника и обеспечения действий своих сухопутных войск, авиации и кораблей флота. В настоящее время употребляется термин … Морской словарь
Барражирование — I ср. 1. процесс действия по несов. гл. барражировать I 2. Результат такого действия. II ср. 1. процесс действия по несов. гл. барражировать II 2. Результат такого действия. Толковый словарь Ефремовой. Т. Ф. Ефремова. 2000 … Современный толковый словарь русского языка Ефремовой
барражирование — барражирование, барражирования, барражирования, барражирований, барражированию, барражированиям, барражирование, барражирования, барражированием, барражированиями, барражировании, барражированиях (Источник: «Полная акцентуированная парадигма по А … Формы слов
барражирование — барраж ирование, я … Русский орфографический словарь
Оценка барражного эффекта при строительстве заглубленных сооружений на программе ANSDIMAT
Введение
Исходные данные
Расчет барража аналитическим методом
Расчет барражного эффекта методом аналитических элементов
Строительство заглубленных сооружений может стать преградой для движения подземных вод. Локальная непроницаемая преграда в водоносном горизонте приводит к изменению линий тока и перераспределению напоров подземных вод, т.е. проявляется барражный эффект. Перераспределение напоров выражается в подъеме уровней воды со стороны потока перед непроницаемой преградой, а также снижением уровней с противоположной стороны (см. Рисунок 1). Барражный эффект может проявляться очень ярко при большой протяжённости фильтрационной преграды или в условиях высоких градиентов потока подземных вод.
Нормативные документы при изысканиях под строительство предусматривают необходимость проведения оценки изменения гидрогеологических условий на этапе строительства и эксплуатации сооружения. Одним из обязательных направлений такой оценки является расчет барражного эффекта от фундаментов проектируемых зданий, тоннелей, искусственных зон укрепления грунта, или шпунтовых стен и противофильтрационных завес.
В программе ANSDIMAT предлагается несколько способов расчета барражного эффекта. Первый способ может быть применим для относительно простых условий и основывается на быстром и точном аналитическом решении. Второй способ использует расчеты с помощью аналитических элементов для более сложных гидрогеологических условий, а также когда геометрия непроницаемой преграды имеет не правильную форму.
Рисунок 1. Аналитическое решение для расчета барражного эффекта при строительстве непроницаемой стены в грунте
Исходные данные
Для демонстрации возможностей программы ANSDIMAT приведем расчет барражного эффекта на реальном примере. Так, на берегу реки строится промышленное здание. Глубина строительного котлована должна составлять 30 м. Из-за высокой обводненности пород было принято решение отрабатывать котлован под защитой противофильтрационной завесы (ПФЗ) по контуру котлована. Длина ПФЗ составила 800 м, ширина 350 м, глубина ПФЗ 30 м. ПФЗ упирается своим основанием в слабопроницаемый слой глин. Коэффициент фильтрации водоносного горизонта составляет 50 м/сут, а его обводненная мощность 25 м. Толщина стенки ПФЗ составляет 1 м, а его коэффициент фильтрации 0,001 м/сут. По результатам замеров уровней воды в скважинах до начала строительства было установлено, что величина градиента потока подземных вод равна 0,005 м/м, направление на юг в сторону реки (см. Рисунок 2).
Рисунок 2 – Технические и природные условия для расчета барража на площадке строительства
I. Расчет барража аналитическим методом
Для аналитического расчета заходим в меню Файл – Калькулятор гидрогеолога – Подпор, вкладка “Барраж” (см. Рисунок 3).
В доступные поля интерфейса задаем исходные параметры: коэффициент фильтрации горизонта и ПФЗ, градиент потока, длину и ширину ПФЗ.
Программа мгновенно рассчитывает максимальный подъем уровней воды равный 2.0 м, который будет наблюдаться на внешней границе северной стены ПФЗ после ее строительства. Варьируя координатами x и y можно оценить изменение уровня воды за счет барража в любой точке пространства. Профиль изменений уровня с севера на юг через ПФЗ приведен на Рисунке 3. Из него видно, что строительство ПФЗ будет оказывать масштабное воздействие на первоначальное положение уровня грунтовых вод. И только на удалении 5 км от ПФЗ его воздействие снизится до 10 см и менее.
Рисунок 3 – Интерфейс модуля для расчета барражного эффекта и график с основными результатами
II. Расчет барражного эффекта методом аналитических элементов
Для расчета барражного эффекта создается проект через меню Файл – Модель аналитических элементов – Создать проект. К проекту была подготовлена карта размером 7,5 на 4, 5 км. Размеры модели соответствовали размерам карты.
Оценка барражного эффекта производилось при помощи двух расчетов. Первый расчет соответствовал естественным условиям до начала строительства, а второй расчет проводился с ПФЗ по контуру котлована. Разница уровней воды по первому и второму расчетам отвечает изменению гидрогеологических условий, которые вызывает строительство ПФЗ.
Чтобы воспроизвести естественные условия в модели задавался напор на контуре реки (Н=100 м) и на южной границе (Н=113 м). Результаты расчета напоров в естественных условиях показаны на Рисунке4. Из него видно, что структура потока имеет сложную геометрию и контролируется конфигурацией реки. Градиент подземных вод на территории площадки строительства составляет 0,005.
Рисунок 4 – Расчетное распределение напоров подземных вод до начала строительства
Далее на модели задавался контур ПФЗ вокруг котлована. Толщина контура составила 1 м, а коэффициент фильтрации 0,001 м/сут. Разница уровней между естественными условиями и после строительства ПФЗ показана на Рисунке 5.
Максимальный подъем уровней воды составил 2.2 м на северной стене ПФЗ. Это хорошо согласуется с результатами предыдущих расчетов по упрощенному аналитическому подходу (см. Рисунок 3). Однако отметим, что на некотором расстоянии от ПФЗ, расхождения между подходами становятся более существенными. Это объясняется влиянием контура реки, геометрия которого была учтена в модели аналитических элементов. Таким образом, при оценке барражного эффекта на контуре ПФЗ допустимо использовать упрощенный аналитический подход. При необходимости оценивать влияние барражного эффекта от ПФЗ на соседние здания и сооружения следует использовать модель аналитических элементов.
Теплыми оттенками показана область подъема уровня воды относительно естественных условий, холодными – область снижения уровней подземных вод. Подписи на изолиниях указывают изменение уровня воды в метрах: отрицательные значения – подъем, положительные - опускание
Рисунок 5 – Расчет барражного эффекта от ПФЗ
Дополнительно на модели аналитических элементов исследовалась возможность демонтажа ПФЗ. Было оценено, насколько можно сократить эффект барража после строительства котлована за счет частичного демонтажа секций ПФЗ. На модели из контура ПФЗ было изъято 8 секций. Результаты расчетов приведены на Рисунке 6.
Рисунок 6 – Расчет барражного эффекта после демонтажа части секций ПФЗ
2. Деформации зданий при забивке вблизи них шпунта и свай
При погружении шпунта и свай в результате работы сваебойного снаряда в окружающих грунтах возникают колебания. Воздействие этих колебаний на близко расположенные здания или сооружения может привести к повреждению или разрушению конструкций вследствие дополнительных неравномерных осадок оснований, выпирания грунта при потере его устойчивости, действия вибрации на конструкцию, т.е. возникновения усталостной прочности материала конструкций, и т.п. [6, 7, 8,19, 21].
Глинистые грунты в меньшей степени реагируют на вибрацию, чем пески. Для развития деформаций глинистых грунтов требуется продолжительное воздействие вибрации, поэтому при забивке шпунта существующие фундаменты не теряют своей устойчивости, если он забивается до разработки котлована. Иначе реагируют на динамические воздействия водонасыщенные пески и супеси, находящиеся в рыхлом состоянии ( е > 0,70) или в состоянии средней плотности. Существующие фундаменты в таких грунтах могут подвергаться значительным неравномерным осадкам вследствие уплотнения или выдавливания грунта из-под фундаментов. Для прогнозирования возможности уплотнения грунта при динамических воздействиях необходимо знать, при каком уровне колебаний он начинает уплотняться. Обычно это оценивается сопоставлением ускорения колебаний, возникающих при забивке или вибропогружении свай (шпунта), с резким качественным изменением свойств грунта, определяемым экспериментально.
Степень опасности колебаний при забивке свай, вызывающих осадку зданий, существенно зависит от вида грунта, глубины погружения сваи, расстояния от сваи до существующих зданий, размеров сваи и ряда других факторов [22]. Как видно из рис. 2.1, а, амплитуды смещений быстро затухают с увеличением расстояния и существенное их влияние сказывается на расстоянии L = 20 м. Определяющим фактором значений амплитуд смещений являются грунтовые условия. Применение для забивки свай молота меньшего веса также приводит к снижению амплитуд смещений грунта и соответственно зоны их влияния.
С увеличением глубины погружения сваи Н амплитуды смещения могут изменяться в 1,5—2 раза — зоны А и Б (рис. 2.1, б). Наибольшие значения амплитуд наблюдаются при погружении сваи на глубину 3—6 м (зона А — критическая глубина). Однако увеличение амплитуды на глубине может быть, связано с особенностями геологического строения площадки, возможными перерывами (зона Б) в погружении сваи в тиксотропных грунтах (явление засасывания — быстрое восстановление структурных связей между частицами грунта, а также образование их между грунтом и сваей после прекращения забивки).
Для снижения уровня колебаний целесообразно уменьшать частоту ударов и высоту падения молота, увеличивая его вес, а также сокращать время «отдыха» сваи в процессе забивки. Наиболее эффективным для снижения уровня колебаний являются следующие способы погружения свай: в лидерные скважины, в тиксотропной рубашке, вдавливанием и др.
При погружении свай в глинистые грунты нередко происходит подъем грунта и ранее забитых свай. Это весьма распространенное явление чаще всего наблюдается на значительном расстоянии от существующего здания при забивке свай по направлению к нему. В результате поднимаются полы (сделанные по грунту) в подвале или в первом этаже (бесподвальных зданий), фундаменты мелкого заложения, а также и свайные, развиваются деформации несущих конструкций зданий, возникают и другие неблагоприятные явления (рис. 2.2).
Несущая способность ранее забитых свай зависит от их подъема при погружении последующих свай. Это объясняется тем, что свая при погружении в грунт выдавливает его в стороны, а так как сопротивление грунта смещению в стороны в ряде случаев больше, чем вверх, то грунт выпирает вверх, увлекая за собой и ранее забитые сваи (см. рис. 2.2). У сваи, поднятой грунтом, контакт между острием и грунтом нарушается. Полость под острием, по-видимому, заполняется грунтом с нарушенной структурой, сжимаемость которого намного больше, чем сжимаемость грунта в естественном состоянии.
Величина подъема ранее забитых свай зависит от показателя текучести грунта, размеров погружаемых свай, плотности свайного поля, грунтовых условий, скорости и способа погружения и других факторов. На рис. 2.3 показан подъем свай на одной из площадок Ленинграда при забивке сваи А на различную глубину [22].
Из этого рисунка видно, что максимальный подъем имела свая № 14, соседняя со сваей А. Влияние от забивки сваи № 14 распространялось и на сваю № 9, значительно удаленную (до 8500 мм) от забиваемой (по данным О.П. Гузенкова и В.С. Ласточкина, радиус зоны подъема достигал 10 м). Суммарная величина выпора некоторых свай превысила 200 мм. Выпор свай, соседних с забиваемой, начинался даже при небольшой глубине ее погружения (3—5 м). Подъем дна котлована составлял 380—800 мм в зависимости от плотности размещения свай в свайном поле. Размеры зоны влияния, величина подъема ранее забитых свай и дна котлована зависят главным образом от физико-механических свойств глинистых грунтов (от твердого до текучепластичного состояния), расстояний между сваями и порядка забивки свай. Чем меньше показатель текучести глинистых грунтов, тем больше интенсивность подъема ранее забитых свай при погружении последующих.
Сваи, расположенные ближе к границе котлована, испытывают обычно меньшую суммарную величину поднятия, чем сваи, расположенные в середине котлована. По всей видимости, это связано с тем, что последовательное погружение свай приводит к увеличению плотности грунта, поэтому нужно иметь в виду, что забивка на одном и том же расстоянии каждой последующей сваи приводит ко все более возрастающему приравниванию выпора у предыдущей сваи (Гузенков, Ласточкин, 1981 и др.).
С учетом изложенного выше, в ряде случаев целесообразнее применять способ вдавливания сваи. Однако у некоторых грунтов (иольдиевые глины, позднеледниковые ленточные глины и др.), перемятых в процессе погружения свай, существенно ухудшаются строительные свойства (уменьшается сопротивляемость сдвигу, увеличивается сжимаемость). Поэтому для уменьшения возможных деформаций зданий вдавливание свай и шпунта рекомендуется начинать с ряда, расположенного ближе к существующему фундаменту, а сваи применять с меньшей площадью поперечного сечения.
При забивке свай вблизи подпорных стенок необходимо учитывать состав грунта засыпки за стенкой. Если этот грунт будет оседать при сотрясениях, давление на стенку может значительно возрасти; если грунт малосжимаем, он может сдвинуться к стенке, значительно увеличить опрокидывающий момент.
Читайте также: