Бюллетень № 1

БЮЛЛЕТЕНЬ № 1
(июнь 2013 года)
ЗАКРЫТОГО АКЦИОНЕРНОГО ОБЩЕСТВА
"ИНВЕСТИЦИОННО-СТРОИТЕЛЬНАЯ КОМПАНИЯ
"МИЛБОР"
Информационно-консультативный вестник
Российская Федерация, г. Сочи,
350065, ул. Чайковского, д. 7/1.
Тел/факс 8 (862) 253 20 03
milbor@bk.ru, http://.zao-milbor.ru
1
ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО
"ИНВЕСТИЦИОННО-СТРОИТЕЛЬНАЯ КОМПАНИЯ "МИЛБОР"
СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ
ИНФОРМАЦИОННО-КОНСУЛЬТАТИВНЫЙ ВЕСТНИК
СТО – 001 - 2013
2
ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЕРВОМУ ВЫПУСКУ БЮЛЛЕТЕНЯ
Мы начинаем выпуск бюллетеня нашего НП с раздела геотехники, в котором при
разработке проектной документации, как показывает практика, чаще всего встречаются
ошибки, материальный эквивалент которых бывает очень большим. Геотехника – это область строительной деятельности, связанная с грунтами. А так как грунты являются основанием для всех зданий и сооружений, напряженно-деформированное состояние которых
напрямую зависит от степени и неравномерности деформаций оснований, то геотехника
фактически охватывает в большей или меньшей степени все разделы проекта, относящиеся
к системе "основание-сооружение". Это и инженерная геология, занимающаяся исследованием грунтов, и механика грунтов, создающая расчетные модели оснований, и проектирование фундаментов и подземных сооружений, и технология производства работ по их
устройству, и мониторинг ведения этих работ и последующей эксплуатации здания.
Настоящий бюллетень не является научным изданием с соответствующим авторским правом. Рассматриваемые в нем положения, использованные в многочисленных изданиях, во многом стали обиходными и нарицательными. Поэтому, приводя те или иные
определения или формулировки, мы не будем строго придерживаться обозначений ссылок
на того или иного автора, приводя в нужных местах только фамилии исследователей и некоторые конкретные издания.
В бюллетене вопросы не будут встроены в строгую логическую систему, как это
принято, например, в учебниках или научных монографиях. В нем будут отражены отдельные, наиболее острые (на наш взгляд) и часто повторяющиеся геотехнические вопросы, с которыми встречаются все проектировщики в своей повседневной работе при проектировании практически всех зданий и сооружений. С таких тем мы и начинает наш обзор.
Однако будут затрагиваться и более сложные темы, но встречающиеся гораздо реже. Их
анализ полезен для формирования цельного представления о работе системы "основаниездание" в нетрадиционных, экстремальных условиях. Некоторые частные темы предполагается рассмотреть в формате "вопрос-ответ", и мы надеемся, что перечень этих вопросов
нам помогут составить члены нашего НП. В наиболее законченном виде вопросы геотехники в изданиях последних лет нашли отражение в книге: В.М.Улицкий, А.Г.Шашкин,
К.Г.Шашкин. Гид по геотехнике (путеводитель про основаниям, фундаментам и подземным сооружениям).-С.-Петербург.-2012.-284с. Примерами из этого издания и ссылками на него мы будем часто пользоваться. Особое же внимание будем уделять буквальному, дословному анализу действующих СНиП, СП, ГОСТ, на некоторые, примелькавшиеся положения которых рядовой проектировщик часто уже и не обращает внимания. А порой именно в этих, традиционных рецептах и положениях и заложен глубокий смысл.
Издание типа настоящего бюллетеня эффективно, когда устанавливается активная
обратная связь авторов с теми, для кого этот бюллетень предназначен. Поэтому Совет НП
"РОПК" (СРО) надеется на активную позицию членов НП и ждет отзывы, пожелания,
предложения по нашей дальнейшей работе в этом направлении.
Доктор технических наук
по специальностям:
05.23.02 "Основания, фундаменты и
подземные сооружения",
05.23.17 "Строительная механика"
Б.А.Гарагаш
3
СОСТАВ И ОБЪЕМ ИНЖЕНЕРНЫХ ИЗЫСКАНИЙ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА
В настоящее время недоброкачественные и/или недобросовестные инженерные
изыскания являются одной из основных причин ошибок в проектах и принятия неэффективных решений. Вопрос настолько важный, что мы приведем обширные выдержки из
вышеназванной книги, где эта проблема проанализирована глубоко.
"…Инженерно-геологические изыскания – это информационный базис для принятия
проектных решений. Чем более туманны и расплывчаты данные изыскания, тем большие
запасы будут заложены в проект разумным проектировщиком. Если же проектировщик неразумен – на базе неполных и недостоверных изысканий он неминуемо примет ошибочные
проектные решения – и тогда жди беды. Таким образом, экономия на изысканиях всегда
обернется для инвестора на несколько порядков большими потерями.
В основе разрабатываемой сегодня в мире теории строительных рисков существует,
например, такое правило. Если на объекте проводились инженерно-геологические изыскания с определением основных свойств грунтов, коэффициент запаса при проектировании
фундаментов принимается равным 1,2. Если же изыскания не проводились, коэффициент
запаса может подпрыгнуть до 4,0…". В данном выпуске приведен анализ возможных потерь в конечной стоимости здания при непродуманном сокращении объема инженерных
изысканий.
Получение необходимой информации о свойствах грунтов площадки строительства
проходит в несколько этапов:
I ЭТАП – составление технического задания и программы инженерных изысканий.
В СНиП 11-02-96 "Инженерные изыскания для строительства. Основные положения" в п. 4.13 имеется прямой запрет на "самодеятельность" при составлении технического
задания: "4.13. … В техническом задании не допускается устанавливать состав и объем
изыскательских работ, методику и технические их выполнения…" А вот в программе проведения инженерных изысканий уточнение объемов и методики проведения работ это делать не только можно, но и нужно, однако об этом немного позже.
II ЭТАП – проходка горных выработок, отбор образцов, полевые работы.
III ЭТАП – лабораторный цикл с отобранными образцами
IV ЭТАП – камеральная обработка результатов, составление технического отчета.
27 декабря 2012 г. в Российской Федерации был принят Федеральный закон ФЗ №
184 "О техническом регулировании", согласно которому обязательное применение СНиП
прекращалось. Сегодня каждый инженер имеет право проводить расчеты по такой схеме и
с использованием таких моделей, которые он считает правильными для проектирования
данного сооружения в конкретных инженерно-геологических условиях.
В практике проектирования возникла уникальная парадоксальная ситуация – требования экспертов государственной экспертизы буквально выполнять положения СНиП по
существу являются нарушением российских законов. Это нововведение, ориентированное
на западную организацию всего процесса изысканий, проектирования, строительства и
эксплуатации объектов капитального строительства, предполагает высокий профессиональный уровень специалистов на всех звеньях этой цепи, а также неминуемый как материальный, так и моральный крах организации, допустившей в своей работе брак по неведению, по неосторожности либо по иным мотивам.
К сожалению, в России в последние 20 лет произошли существенные изменения,
следствием которых явилось снижение качества проектирования и строительства многих
зданий и сооружений. Единая организационная система инженерно-геологических изыска4
ний в виде крупных ТИСИЗов перестала существовать. Появилось множество частных, акционерных и полугосударственных организаций, многие из которых фактически являются
"осколками" прежних ТИСИЗов. Одним "при дележке" активов достались приборы или
часть их, другим – оборудование, третьим – архивы. Некогда единый органичный инженерно-технический персонал распался. Крупные проектные институты, имевшие в своей
структуре геологические отделы и проводившие изыскания собственными силами при постоянной связи с проектировщиками, такие отделы потеряли. Как аргументировано показано в работе [М.Ю.Абелев, К.М. Абелев "Форма взаимодействия между проектными
и изыскательскими организациями в связи с отменой обязательного применения
СНиП".-Основания, фундаменты и механика грунтов.-№4-2006 г., с.25-27], многочисленные геологические организации проводят изыскания с разным уровнем профессионализма и ответственности на разных приборах и по различным методикам. Сегодня многие
изыскательские организации очень не любят проводить испытания грунтов. Они бурят
скважины, берут оттуда образцы грунта, определяют природную плотность и влажность и
строят геологические разрезы. Однако механические свойства грунта (т.е. именно те, что
используются в расчетах) они принимают не по результатам лабораторных испытаний образцов, взятых из конкретной скважины (шурфа) на конкретной глубине, а из существующих справочников, СНиП на проектирование, учебников и т.п. Эти данные могут отличаться от результатов реальных полевых и лабораторных исследований в несколько раз.
Использование этих характеристик при проектировании приводит к тому, что конструкции
фундаментов оказываются необоснованными. В одних случаях имеются многократные
"запасы", в других – возникают деформации сооружений.
Сегодня, по нашему глубокому убеждению, пренебрегать СНиП 11-02-96 "Инженерные изыскания для строительства. Основные положения" и СП 11-105-97 "Инженерногеологические изыскания для строительства" никак нельзя. Мы как сообщество к этому
просто не готовы ни по своему менталитету, ни по существующей неэффективной, правда,
меняющейся, но слишком медленно системе контроля надежности зданий и сооружений
уже на этапе их проектирования и строительства, а не после произошедшей аварии.
Остановимся более подробно на некоторых вопросах при выполнении этапов инженерных изысканий.
I ЭТАП. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ И ПРОГРАММА ИЗЫСКАНИЙ
Что же должно быть в программе изысканий, если пункт 4.13 СНиП 11-02-96 запрещает вмешиваться в техническое задание? Согласно вышеприведенной работе
М.Ю.Абелева и К.М.Абелева там должно быть отражено следующее:
- Указать, какое сооружение предполагается проектировать, сколько этажей, размеры в
плане, наличие стилобатной и подземной частей.
- Оценить, приближенно максимальное давление под подошвой (плитой) фундамента
после окончания строительства.
- Указать глубину скважин с учетом проходки слоев слабых грунтов и несколько скважин на большую глубину, примерно равную двукратной ширине сооружения.
- Указать, что при проходке скважин необходимо отобрать образцы грунта с ненарушенной структурой, а также системы грунтоноса и методы его погружения (задавливание,
забивка, вибропогружение и т.д.).
- Описать, как должны быть консервированы образцы грунта, отобранные из скважин
или шурфов для транспортировки в лабораторию (марля, воск, канифоль, латекс, картонные стаканы и т.д.).
5
- Указать какие характеристики грунтов необходимы данному проектировщику для
расчетов по выбранной схеме (Ео, φ, С), коэффициент постели, второй коэффициент постели - (по модели П.Л.Пастернака и др.).
- Требовать проводить оценку свойств грунтов при природной влажности и при полном водонасыщении, а для химических заводов - и при насыщении образцов растворами,
подобными технологическим.
- В случае наличия насыпных грунтов определить их загазованность, и, в первую очередь, метаном, сероводородом (взрывоопасные), угарным и углекислым газами (удушающие).
- Указать, что все расчетные и рекомендуемые характеристики грунтов должны определяться не по аналогии с результатами исследований грунтов оснований близрасположенных зданий и не с использованием каких-либо таблиц (СНиП, Справочники и т.д.), а
только по данным тех лабораторных и полевых исследований, которые проведены на данной строительной площадке.
- При залегании слоев песка при определении его зернового состава указать на наличие
пылеватых и глинистых частиц (особенно для мелкозернистых и пылеватых песков) для
нахождения плывунных свойств и возможности морозного пучения.
- Привести паспорт каждого лабораторного испытания образца и графики, полученные из
опытов. При этом указать размеры исследованных образцов, конструкцию прибора или
стенда, на которых проводились исследования. Кроме того, следует привести дату метрологического обследования приборов, а также методику выполнения исследований с
указанием длительности опытов (например, методика быстрого сдвига на приборах
плоского среза конструкции Гидропроекта, время опыта 6 мин.).
При проведении полевых исследований с использованием штампов указать, что
опыты продолжались до полной стабилизации осадки штампа при приложенной нагрузке.
Привести результаты зависимости (графики) стабилизированной осадки штампа и зависимость (график) протекания осадки штампа во времени от приложенной нагрузки.
- Для определения характеристик деформируемости использовать прессиометры только
в том случае, когда необходимо найти модуль общей деформации (Ео) в горизонтальном
направлении.
- Если проектирование ведется по нормам, принятым в других странах, указать, какие
дополнительные характеристики, определенные по какой методике и в каких направлениях, необходимы.
- Определять уровень подземных вод (УПВ) на данной площадке с указанием не только
максимальных и минимальных отметок, но и в различные сезоны года. Если изыскания
проводятся на промышленных площадках, где в качестве технологических растворов используются кислоты, щелочи и др., все исследования механических свойств грунтов основания вести на образцах для трех различных случаев: при природной влажности, полном
водонасыщении и при насыщении образцов грунта технологическими растворами.
- Установить вероятность проявления геологических процессов (суффозия, карст, оползень и т.д.), а также наличие радиоактивности.
- В связи с новыми требованиями Санэпиднадзора для перевозки и складирования грунтов на других территориях необходимо установить бактериологический состав почв и
верхнего удаляемого слоя грунтов.
Таким образом, в зависимости от уровня квалификации проектировщика и выбранного им метода расчета фундаментов, изыскатели смогут предоставлять все необходимые
конкретному проектировщику расчетные характеристики грунтов основания гражданских
и промышленных сооружений.
6
Заказчики и проектировщики!
Не позволяйте геологам поставлять вам продукцию
"второй свежести". С вашей стороны нужен действенный контроль за качеством проводимых изысканий, результаты которых приходят к проектировщикам в виде исходных данных. Конструкторы-геотехники, принимайте самое активное участие в детальной разработке программы изысканий. Ведь неформальный подход к сухим цифровым требованиям,
заложенным в нормах, может дать поразительный результат.
ПРИМЕР 1.
Согласно п. 2.15 СНиП 2.02.01-83* "Основания зданий и сооружений" "Количество определений характеристик грунтов, необходимое для вычисления их нормативных и расчетных значений, должно устанавливаться в зависимости от степени неоднородности грунтов
основания, требуемой точности вычисления характеристики и класса здания или сооружения и указываться в программе исследований.
Количество одноименных частных определений для каждого выделенного на площадке инженерно-геологического элемента должно быть не менее шести…" Такое же, но
более расширенное требование содержится в п. 7.16 СП 11-105-97: "… следует обеспечить
по каждому выделенному инженерно-геологическому элементу получение частных значений в количестве не менее 10 характеристик состава и состояния грунтов и не менее 6 характеристик механических (прочностных и деформационных) свойств грунтов…"
Можно получить эти 6 значений с одной стоянки бурстанка (рис. 1,а), тогда будет
учитываться неоднородность свойств инженерно-геологического элемента (ИГЭ) только
по вертикали. Неоднородность свойств ИГЭ в плане здания остается при этом неисследованной. Если в программе изысканий оговорить отбор проб грунта по варианту на рис. 1,б,
то это уже дает конструктору ценную информацию о неравномерности распределения
свойств ИГЭ в плане строительной площадки, что позволяет ему правильно оценить разницу осадок и крены здания, более обоснованно определить напряженно-деформированное
состояние несущих конструкций здания и назначить их армирование. Но при этом упускается изменение характеристик грунта по глубине, которое зачастую бывает весьма существенным. Методически самым правильным решением будет отбор проб грунта по варианту на рис. 1,в, когда можно будет учитывать пространственную изменчивость свойств
грунта. При этом геолог уже не сможет набрать необходимое количество проб грунта из
одной-двух скважин (как это часто встречается), а вынужден будет это делать из большего
количества разных скважин.
«а»
«б»
ИГЭ
Рис. 1.
«в»
ИГЭ
ИГЭ
Схемы отбора проб грунта
Зная параметры пространственной неоднородности слоев грунтового массива, то же
свайное поле подлежит рассчитывать, рассматривая не единичное значение, например,
прочности грунта, а значения, характерные для конкретных точек в плане сооружения. При
этом на каждом участке этого плана количество испытаний свойств грунта должно быть не
менее 6 (требование п. 2.15 СНиП 2.02.01-83*; п. 3.10 ГОСТ 20522-96 "Грунты. Методы
7
статистической обработки результатов испытаний"). Только в этом случае результаты ИГИ
можно будет считать достоверными.
ПРИМЕР 2.
Анализ многих отчетов по инженерно-геологическим изысканиям, выполненный ЗАО
"ИСК "Милбор", показал, что при их проведении для строительства зданий с подвалами и
подземными этажами до 60-70% проб грунтов производилось в верхних слоях грунтового
массива (см. рисунок 2), которые впоследствии практически не использовались. При отрытии котлована эти грунты разрабатывались и вывозились, тем самым "выбрасывались", а
результаты лабораторных исследовании этих слоев грунтов, за которые заказчик заплатил
деньги, становились ненужными. Гораздо полезнее было бы пробы 1, 2 и 3 брать в пределах активной зоны фундаментов для более верной оценки деформирования системы "здание-основание".
Эти слои не
загружены
зданием и
подлежат
экскавации
Активная зона
8
Рис. 2. Схема отбора образцов грунтов
ПРИМЕР 3.
Заказчик урезал смету проведения инженерно-геологических изысканий на 1/3, с 1200000
руб. до 800000 руб., в связи с чем геолог вместо того, чтобы отказаться от проведения работ, в нарушение требований п. 3.10 ГОСТ 20522-96 вместо 6 определений прочности аргиллитов на одноосное сжатие выполнил 4 определения (снизив их количество также на
1/3) и выдал заказчику в отчете соответствующее расчетное значение их прочности.
Рассмотрим последствия таких действий заказчика и геолога на примере конкретного 20этажного дома, для которого были получены следующие 6 значений прочности аргиллита
(для простоты анализа значения приведены с округлениями):
R1 = 1,1 МПа; R2 = 1,2 МПа; R3 = 1,3 МПа; R4 = 1,4 МПа; R5 = 1,6 МПа; R6 = 1,8
МПа.
Вариант 1. Определим расчетное значение прочности по всем 6-ти испытаниям согласно
положениям п.п. 5.2-5.6 ГОСТ 20522-96. Нормативное значение прочности аргиллита согласно формуле (2) составляет
–––
n
Rn=R=1/n×ΣRi = 1,4 МПа.
(нумерация формулы взята из ГОСТ 2052296).
(2)
i=1
Среднеквадратическое отклонение прочности определяем по формуле:
𝑛
𝑆𝑅 = √1⁄(𝑛 − 1) ∑(𝑅𝑛 − 𝑅𝑖 )2
(4)
𝑖=1
Весь расчет удобно провести в таб. 1.
i
Ri, МПа
∆Ri, МПа
∆Ri2, МПа2
1
1,1
0,3
0,09
∑6𝑖=1 ∆𝑅𝑖2 = 0,34 МПа2 .
2
1,2
0,2
0,04
3
1,3
0,1
0,01
𝑆𝑅 = √
1
6−1
4
1,4
0
0
Таблица 1
5
6
1,6
1,8
-0,2
-0,4
0,04
0,16
∙ 0,34 =0,26077 МПа.
Проверяем условие
│Rn-Ri│>νS,
(3)
при котором исключаются максимальные или минимальные значения. В нашем случае левая часть неравенства составляет 0,4 МПа – для R6. При 6 определениях согласно таблице Ж.1 приложения Ж ГОСТ 20522-96 статистический критерий ν равен
2,07. Правая часть неравенства (3) составляет 2,07×0,26077=0,54 МПа. Т.к. левая
часть неравенства (3) меньше его правой части, ни одно из значений прочности Ri не
исключается из обработки.
Коэффициент вариации прочности аргиллита определяется по формуле
VR = SR/Rn
(5)
9
и составляет VR =0,26077/1,4 = 0,1863 (18,63%). Ограничение по п. 4.5 ГОСТ VR ≤
0,30 выполняется.
Для расчетов прочности свай по грунту применяется односторонняя доверительная
вероятность α=0,95 согласно требованиям п. 2.14 СНиП 2.02.01-83* "Основания зданий и сооружений". Тогда при числе степеней свободы К=n-1=6-1=5 по таблице Ж.2
приложения Ж ГОСТ 20522-96 определяем коэффициент tα=2,01. Показатель точности статистической оценки прочности аргиллита определяется по формуле
t ∙V
𝜌𝛼 = α R
(6)
√n
и составляет ρα = 2,01×0,1863 / √6 = 0,153.
Коэффициент надежности по грунту γg определяется по формуле
γg = 1/ (1±ρα)
(7).
Знак (+) или (-) берется из условий повышения безопасности объекта. В рассматриваемом случае это будет знак (-):
γg = 1/ (1-0,153) = 1,181.
Расчетное значение прочности аргиллита одноосному сжатию при проектировании
свайного фундамента данного объекта определяется по формуле
R = Rn/γg
(8)
и составляет R= 1,4/1,181 = 1,185 МПа.
Вариант 2. Произведем точно такое же определение прочности аргиллита из расчета 4-х
испытаний, для чего произвольно исключим, например, R2 и R3 (крайние значения, чтобы не изменять интервал разброса показателей, трогать не будем), см.
табл. 2.
Таблица 2
i
1
4
5
6
Ri, МПа
1,1
1,4
1,6
1,8
∆Ri, МПа
0,375
0,075
-0,125
-0,325
∆Ri2, МПа2
0,1406
0,0056
0,0156
0,1056
–––
Rn = 1,475 МПа;
4
Σ ∆Ri = 0,2675 МПа2;
2
SR = 0,2986 МПа; ν = 1,71;
i=1
νSR = 0,5106 МПа>0,375 МПа;
VR = 0,2986/1,475=0,2024 (20,24%); tα=2,35;
ρα = 2,35×0,2024 / 2 = 0,238; γg = 1/ (1-0,238)=1,312; R=1,475/1,312=1,124 МПа.
Падение прочности против R=1,185 МПа по 1-му варианту составляет
(1,185-1,124):1,185=0,052 (5,2%).
Вариант 3. Исключим из числового ряда значения R3 и R4 (см. табл. 3)
i
Ri, МПа
∆Ri, МПа
∆Ri2,
МПа
1
1,1
0,325
0,1056
2
1,2
0,225
0,0506
Таблица 3
5
6
1,6
1,8
-0,175
-0,375
0,0306
0,1406
10
Rn = 1,425 МПа;
Σ ∆Ri2 = 0,3275 МПа2;
SR = 0,3304 МПа; ν = 1,71;
νSR = 0,565 МПа>0,375 МПа; VR = 0,3304/1,475=0,2319 (23,19%); tα=2,35;
ρα = 2,35×0,2319 / 2 = 0,272; γg = 1/ (1-0,272)=1,374; R=1,425/1,374=1,037 МПа.
Падение прочности против R=1,185 МПа по 1-му варианту составляет 12,5%.
Вариант 4. Исключим из числового ряда значения R4 и R5 (см. табл. 4):
Таблица 4
i
1
2
3
6
Ri, МПа
1,1
1,2
1,3
1,8
∆Ri, МПа
0,25
0,15
0,05
-0,45
∆Ri2,
0,0625
0,0225
0,0025
0,2025
МПа
Rn = 1,35 МПа;
Σ ∆Ri2 = 0,29 МПа2;
SR = 0,311 МПа; ν = 1,71;
νSR = 0,532 МПа>0,45 МПа; VR = 0,311/1,35=0,2304 (23,04%);
tα=2,35;
ρα = 2,35×0,2304 / 2 = 0,271; γg = 1/ (1-0,271)=1,372; R=1,35/1,372=0,984 МПа.
Падение прочности против R=1,185 МПа по 1-му варианту составляет 17%.
Можно еще дополнительно рассмотреть и другие варианты сочетаний из 6 элементов по 2, однако для достижения цели нашего анализа полученных данных
уже достаточно.
Перейдем теперь к анализу экономических последствий действий заказчика и геолога. Изначально при 6 определениях прочности аргиллита в качестве фундамента под здание было запроектировано 386 буронабивных свай (БНС) диаметром 820 мм и длиной 20
м. Общий расход бетона на сваи составил Vбет = π×0,822 /4×20×386 = 4074 м3.
Ориентировочная стоимость 1 м3 железобетонной БНС в деле (с учетом стоимости
материалов, работ, машин, механизмов и пр.) в г. Сочи составляет порядка 30000 руб.
Стоимость свайного фундамента (без учета стоимости ростверка) составила
30000×4074=122220000 руб.
Экономия заказчика на инженерно-геологических изысканиях составила 400000
руб., т.е. 0,327% стоимости свай.
Упрощенно определим объем бетона свай по прочности аргиллита по вариантам 2,3
и 4 пропорционально потере этой прочности по сравнению с вариантом № 1 (табл. 5):
Исключенная пара Ri
Потеря R, %
Увеличение стоимости свай, млн.
руб.
Потеря на 1 руб. снижения стоимости инженерно-геологических
изысканий, руб.
2-3
-5,2
6,355
Таблица 5
3-4
4-5
-12,5
-17,0
15,278
20,777
15,89
38,19
51,94
Таким образом, заказчик, сэкономив 0,4 млн. рублей "на входе", получает подарок
"на выходе" в виде удорожания конечного продукта на миллионы и даже десятки миллионов рублей. Воистину не ведает, что творит!
11
Этот анализ выполнен только по одной характеристике прочности скальных грунтов
– Rc. Для нескальных грунтов по ГОСТ 20522-96 автоматически будут занижены одновременно угол внутреннего трения φ и сцепление С. На оползнеопасном участке это отразится
возрастанием оползневого давления на подпорные стены, увеличением диаметров и армирования свай, сроков производства работ, что вызовет дополнительное удорожание конечного строительства.
Проведенный анализ экономической "эффективности", которую можно назвать экономической "дефективностью", настолько убедителен, что позволяет дать заказчику совет:
иногда следует задуматься о последствиях принимаемых решений, особенно когда они
резко влияют на качество и стоимость конечного продукта. Это полезно.
Извлечения из ГОСТ 20522-96
"Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний"
п. 3.5.
п. 3.6.
п. 3.9.
п. 3.10.
"…Нормативные значения характеристик определяют как среднестатистические, получаемые осреднением их частных значений…
Расчетное значение получают делением нормативного значения на коэффициент надежности по грунту".
"Коэффициент надежности по грунту должен устанавливаться с учетом
изменчивости и числа определений характеристики (числа испытаний)
при заданной доверительной вероятности".
"Применяемые в настоящем стандарте методы статистической обработки используют нормальный или логарифмически нормальный закон
распределения вероятностей".
"Настоящие методы применяют при числе определений характеристик
грунтов или фиксируемых в опытах величин не менее шести".
[Внимание проектировщика: при снижении количества определений признака грунта
менее шести заложенная в расчет математическая база статистической обработки результатов (нормальный или логарифмически нормальный закон распределения вероятностей)
становится неприемлемой, т.к. малая совокупность обрабатываемых чисел становится статистически недостоверной].
II ЭТАП. ПРОХОДКА ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК, ОТБОР ОБРАЗЦОВ,
ПОЛЕВЫЕ РАБОТЫ
Даже самые правильные намерения и решения могут быть опорочены плохим исполнением. Это в полной мере относится и к методам проведения горных работ при инженерных изысканиях для строительства. Начнем с того, что довольно часто геологи при исследовании осадочных скальных пород (аргиллитов, мергелей) проводят бурение без промывки, т.к. промывка – дело хлопотное. Однако при этом реальная степень раздробленности горных пород не улавливается. Кроме того, важным условием прочности грунтов, слагающих откосы, является оценка ориентации внутренних трещин в инженерногеологическом элементе, что требует специфического отбора проб при бурении.
[Совет проектировщику:
включайте в программу инженерно-геологических изысканий требование, чтобы все вынутые при бурении скважины керны выкладывались на площадке с синхронными записями в журнале полевых работ. Тогда, если по записи в журнале на глубине, например, с 9 до 10 м находится аргиллит, а излеченный керн с этой глуби12
ны (при бурении с промывкой) имеет общую длину 60 см, то 40 см, т.е. 40% породы раздроблено. А именно это имеет исключительно важное значение для расчетчика. Выложенные в длину керны в конце смены фотографируются с автоматическим нанесением даты на
кадр, а все извлеченные и уложенные в порядке проходки горные породы сохраняются на
площадке до окончания работ и рекультивации скважин. Это является хорошим контролем
фактического объема выполненных работ].
ПРИМЕР 4.
В качестве примера недобросовестного выполнения инженерных изысканий в оползневой
сейсмически опасной зоне рассмотрим ситуацию, возникшую при проектировании нового
микрорайона на северо-западном крутом склоне г. Бытха в г. Сочи. Заказчик заключил договоры с инженерно-геологической и инженерно-геофизической организациями на проведение изысканий на стройплощадке. При этом геофизическое исследование массива грунта
должно было проводиться из скважин, выполняемых геологами. На определенном этапе
производства работ геологи не допустили геофизиков к скважине, пробуренной до 15 м до
песчаника, по надуманному предлогу, что у бурстанка оборвался трос. Через 3 часа, когда
геофизики вторично обратились к геологам, им было заявлено, что станок отлажен, скважину добурили до 25 м и уже засыпали. То, что за 3 часа пробурить 10 м скальной породы
практически невозможно никаким буровым оборудованием, геологов не смутило. Заказчик
заподозрил, что эти 10 м не бурили вовсе.
По данным геологов с 15 м до 25 м был вскрыт массив скальных пород - песчаник, но
по данным субподрядной организации заказчика - геофизиков по замерам из других точек
на глубине 20-21 м просматривалась зона скольжения, которая в скальном массиве быть не
должна. Заказчик произвел контрольное бурение силами сторонней организации, в результате чего было обнаружено следующее.
Признаки зон ослабления коренных пород определяются в полевых условиях при бурении скважин: по проценту выхода керна на 1 м проходки и по расходу промывочной
жидкости.
Основное бурение геологов проводилось "всухую", поэтому размыв керна и нештатный расход промывочной жидкости не фиксировались. Однако при контрольном бурении
на глубине 22,5 м произошел провал бурового инструмента, а 4м3 промывочной жидкости
ушло за 15 минут. Вывод - была обнаружена ослабленная зона в массиве горной породы.
Это мог быть карст, зона дробления, размягченные разности аргиллитов и алевролитов, которые могут являться глубокими потенциальными поверхностями смещения оползневых
масс грунтов. Линия скольжения, полученная геофизиками, практически совпала с ослабленной зоной, обнаруженной контрольным бурением. Таким образом, контрольное бурение подтвердило, что скважины с 15 до 25 м глубины не бурились вовсе, акты на выполненные работы содержат приписки, а отчет по инженерно-геологическим изысканиям содержит подлог. Кроме того, почти 70% образцов грунта геологами были отобраны из
верхней толщи до глубины 10м. Однако заглубленные на 10м 3 этажа подземной парковки
предопределяют срезку верхних слоев, поэтому дорогостоящая работа, предъявленная геологами к оплате, оказалась бесполезной, так как ее результаты находятся за пределами интересов проектирования.
На рисунке 3 схематически представлено геологическое строение площадки строительства. Если руководствоваться данными первоначальных изысканий геологов, то сваи
фундаментов здания следовало заглублять на 4 м в слой 3. При этом дополнительная
нагрузка на склон от массы зданий, составляющей почти 300 000 тонн, в дождливый период и особенно при сейсмическом толчке с большой вероятностью могла бы вызвать схож13
дение оползня по слою 4, и жизнь 7000 человек была бы в опасности. Поэтому предварительное проектное решение было пересмотрено с заглублением свай на 4 м в слой 5, а слабый контроль со стороны руководства геологической организацией за работой полевой
бригады привел к судебному процессу.
Очень часто, если не повсеместно, нарушаются требования по отбору, упаковке,
транспортировке и хранению образцов грунтов, хотя по этому вопросу имеются очень четкие нормативы.
Извлечения из ГОСТ 12071-2000
"Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов"
п. 8.4.
"Монолит немерзлого грунта… следует немедленно изолировать способом парафинирования, туго обматывая его слоем марли, пропитанной смесью парафина с гудроном. Затем весь монолит в марле надлежит покрыть слоем парафина с
гудроном, обмотать вторым слоем марли, пропитанной смесью парафина с гудроном и еще раз покрыть слоем парафина с гудроном толщиной не менее 2
мм… Смесь парафина с гудроном, применяемая для парафинирования, должна
иметь температуру 55-60°".
[Совет проектировщику:
попытайтесь проверить через заказчика, какой способ
изоляции грунтовых монолитов был использован (получить достоверную, реальную
информацию об этом, вообще-то, проблематично)]
14
п. 9.5.
п. 9.8.
п. 9.7.
п. 9.6.
"…упакованные монолиты следует хранить в помещениях или камерах, в которых воздух имеет относительную влажность 70-80% и температуру плюс 210°С…"
"Монолиты грунта, имеющие повреждения изоляционного слоя, дефекты упаковки или нарушение условий хранения, допускается принимать к лабораторным испытаниям только как образцы грунта нарушенного сложения".
"При длительном хранении монолитов немерзлых грунтов их необходимо покрыть влажной тканью или влажными опилками".
"Срок хранения упакованных образцов грунта нарушенного сложения, для которых требуется сохранение природной влажности, с момента отбора до начала лабораторных испытаний не должен превышать 2 суток…"
[Совет проектировщику:
сличите даты отбора монолитов немерзлого грунта и
даты производства лабораторных испытаний (они должны быть отражены в паспортах испытаний образцов грунта)]
ПРИМЕР 5.
ЗАО "ИСК"Милбор" разрабатывало конструктивную часть проекта 4-этажного общественного здания в пос. Дагомыс г. Сочи и курировало проведение инженерных изысканий. При бурении грунтовые воды на площадке строительства были обнаружены на глубине 1,2 м, а их установившийся уровень составил 0,8 м от поверхности земли. Т.е. образцы грунта, взятые с глубины ниже 1,2 м, в естественном состоянии находились ниже УГВ.
К нашему удивлению по итогам лабораторных испытаний грунты показали степень набухания 3-4%, а графики компрессионных испытаний имели вид "а", а не "б" (см. рисунок 4).
«а»
е
е
«б»
искажение
набухание при
увлажнении
0
σ
0
σ
Рис.4. Графики компрессионных кривых образцов грунта, находящегося в естественных
условиях в водонасыщенном состоянии.
Из 11 испытанных образцов 8 имели график типа "а", а только 3 – график "б". Предпринятое расследование этого парадокса выявило, что, во-первых, отобранные образцы грунта
были плохо упакованы, с нарушениями требований ГОСТ 12071-2000. Во-вторых, с момента отбора образцов до даты их испытания прошло почти 2 месяца. Все это время образцы дожидались своей очереди на испытание, находясь на подоконнике и активно высыхая. Поэтому при увлажнении образцов во время компрессионных испытаний они сначала
набухали, добирая потерянную при "ожидании" воду, и только потом уплотнялись. По
15
представлению ЗАО "ИСК "Милбор" 8 результатов испытаний грунта были заказчиком забракованы и не оплачены.
ПРИМЕР 6.
С наивысшим взлетом фантазии геологов ЗАО "ИСК "Милбор" столкнулось при анализе
отчета об инженерно-геологических изысканиях, выполненных для проектирования и
строительства гостиницы в пос. Красная Поляна г. Сочи. При геологическом описании
площадки мы неожиданно натолкнулись на название реки Западный Дагомыс вместо
Мзымты или Лауры. Видимо, отчет формировался ножницами путем вырезания подходящих формулировок из архивных материалов, которые были под рукой, потому что р. Западный Дагомыс находится от строительной площадки на расстоянии почти 100 км.
Сейсмичность площадки определялась ударом кувалды по металлическому листу,
положенному на земную поверхность, с замерами колебаний с помощью датчиков, размещаемых в виде кос длиной 10-15 м. Для оценки сейсмичности, пусть и глубоко неточной,
этот способ допускается. Но когда по итогам удара кувалды исполнители этого "экспрессметода" выдали, опираясь, видимо, на свою интуицию, и количество слоев грунта, их
мощность, физико-механические и деформационные характеристики (детальный гранулометрический состав грунта, его влажность, модуль деформаций, угол внутреннего трения,
сцепление и пр. и пр.), а также их статистические характеристики (математическое ожидание, среднее квадратическое отклонение, коэффициент вариации, хотя ни одна скважина
не бурилась, ни один шурф не был отрыт, ни один образец не был отобран и не испытан),
мы были просто "восхищены" революционным методом геологов повышения производительности своего труда – весь отчет можно было "слепить" в течение 1-2 дней, а деньги с
заказчика взять по полной программе.
Как уже говорилось выше, чрезвычайно важной является достоверная информация
об ориентации трещин в скальном грунтовом массиве (см. рисунок 5).
«а»
«б»
1
1
2
2
Рис.5. Разновидности ориентации трещин в осадочных скальных породах. 1 - аргиллит; 2 внутренние трещины
16
В случае "а", когда трещины ориентированы по склону, устойчивость откоса гораздо ниже,
чем в случае "б", когда они ориентированы поперек склона. Поэтому при отборе проб
грунта важно зафиксировать ориентацию извлеченного образца по сторонам света, поэтому образец при извлечении не должен быть повернут. Для этого применяется специальная
технология с внешним разбуриванием, о чем должна быть внесена соответствующая запись в программу изысканий.
III ЭТАП. ЛАБОРАТОРНЫЙ ЦИКЛ С ОТОБРАННЫМИ ОБРАЗЦАМИ
Для неискушенного и неосторожного проектировщика лабораторные испытания образцов грунтов также создают много "неожиданностей". Во-первых, согласно требованиям
п. 7.16 СП 11-105-97 "…Определения прочностных и деформационных характеристик
грунтов в лабораторных условиях следует производить, как правило, методом трехосного
сжатия (ГОСТ 12248-96) и их результаты использовать для корректировки данных испытаний методом компрессионного сжатия и одноплоскостного среза…" Можно с уверенностью сказать, что почти во всех изысканиях испытания образцов грунта проводятся только
на компрессионных приборов одноосного сжатия. При этом моделируется загружение основания равномерной бесконечно распределенной нагрузкой, как это показано на рис. 6,а,
когда любые элементарные кубики однородного грунта, находящиеся на одном уровне,
хотя и неравноотстоящие друг от друга, деформируются одинаково. В действительности
же при загружении грунтового основания не бесконечной, а конечной нагрузкой, даже при
однородном грунте находящиеся на одном уровне, разноотстоящие от центра загружения
элементарные кубики грунта, нагружаются неодинаково. Уловить особенности изменения
соотношений между σх, σу, σz в компрессионных приборах не представляется возможным.
Наиболее существенно противоречие между сложившимся порядком проведения
лабораторных испытаний образцов грунтов и реальным изменением напряженнодеформированного состояния грунтового массива проявляется при проектировании зданий
с глубокими котлованами для подземных этажей. Обращаем внимание проектировщика,
что Федеральным законом РФ от 28 ноября 2011 г. № 337-ФЗ к уникальным объектам согласно статье 481 Градостроительного кодекса РФ относятся здания с заглублением подземной части (полностью или частично) ниже планировочной отметки земли более чем на
15 м вместо 10 м по старой редакции ГК РФ. Т.е. наличие 5-ярусной подземной стоянки
уже не переводит здание ни в 1-й повышенный уровень ответственности согласно ГОСТ
27751-88 "Надежность строительных конструкций и оснований" [вошедшему в "Перечень
национальных стандартов и сводов правил (частей таких стандартов и сводов правил), в
результате применения которых на обязательной основе обеспечивается соблюдение требований Федерального закона "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений", утвержденному распоряжением Правительства РФ от 21 июня 2010 г. № 1047-р], ни
в 1а-особо высокий уровень и ни в 1б-высокий уровень ответственности согласно ГОСТ Р
54257-2010 "Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения и
требования", введенному в действие с 01.09.2011, но не вошедшему в соответствующий
Перечень, утвержденный Правительством РФ. Такие здания теперь относятся к сооружениям с нормальным уровнем ответственности, хотя сложность геотехнических вопросов
для них выросла на порядок.
Кроме обозначенной на рис. 6 неоднородности напряженно-деформированного состояния (НДС), присущего даже однородному упругому полупространству при его загружении конечной нагрузкой, для глубоких котлованов возникает еще одна причина проявления неоднородности НДС за счет нарушения сплошности в самом полупространстве.
17
Так, при отрывке котлована с нижних слоев грунта снимается бытовое давление, которое
при глубине котлована, например, 15 м достигает 0,25-0,28 МПа. За счет этой разгрузки
дно котлована приобретает "строительный подъем", величина которого может быть значи-
«а»
σ1= σ z
q
σ1
σ1
σ3
σ3
σ2
σ2
σ2
σ 2= σ x
σ 3= σ y
σ3
σ2
σ2
σ3
σ3
σ1
σ1
σ1
l1
l2
«б»
q
𝜎2′
𝜎1′
𝜎3′
𝜎3"
σ1
σ3
𝜎1"
σ2
σ2
𝜎3′
𝜎1′
σ3
𝜎2′
𝜎1"
𝜎2"
σ1
l1
𝜎2"
𝜎3"
l2
Рис. 6. Ориентация главных напряжений в элементарных частицах грунта, находящихся на
одном уровне, но не равноудаленных от центра загружения: l1≠l2, σ'1≠σ''2, σ'2≠σ''2, σ'3≠σ''3
тельной. В зонах, близких к стенкам котлована, вертикальное давление σ1 равно 0, в то
время как за гранью котлована σ2 и σ1 не равны нулю. Это приводит к переориентации
направления эллипсоида напряжений, когда определяющими напряжениями в грунте у по18
верхности дна котлована будут напряжение σx, и σy , а не σz, и дно котлована может быть
разуплотнено.
Последующее загружение котлована вызывает "погашение" строительного подъема,
только после которого будут возникать вертикальные осадки от массы возводимого здания. Расчет осадок здания с глубоким котлованом необходимо проводить с учетом траектории нагружения грунтового основания, поэтому лабораторные испытания образцов
грунта необходимо проводить в приборах трехосного сжатия с регулируемыми боковыми
напряжениями, а не в приборах одноосного сжатия. В противном случае результаты расчетов осадок здания могут быть настолько далекими от реальности, что пропадает даже
смысл проводить такие испытания грунтов в одометрах.
Неверный расчет осадок тесно увязан с неправильной оценкой глубины сжимаемой
толщи грунта под фундаментами. А ведь согласно требованиям СП 11-105-97, п. 8.5 (цитата): "Глубины горных выработок при изысканиях для зданий и сооружений, проектируемых на естественном основании, следует назначать в зависимости от величины сферы взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой и, прежде всего, величины
сжимаемой толщи с заглублением ниже нее на 1-2 м..."
Однако вопросы расчета осадок, величины сжимаемой толщи, учета траектории
нагружения основания будут более подробно рассмотрены во втором выпуске бюллетеня.
Здесь же хочется еще раз обратить внимание проектировщика на то, что назначение глубины горных выработок при инженерно-геологических изысканиях – вопрос не праздный,
и его нельзя пускать на самотек, ориентируясь только на финансовые ограничения заказчика. Лучше откажитесь от предложения, чем сделаете неверно.
Остановимся еще на двух моментах лабораторных испытаний грунтов.
ЗАО "ИСК "Милбор столкнулось в некоторых отчетах инженерно-геологических
изысканий с данными, по которым глинистые и суглинистые грунты имели степень влажности Sr больше единицы на 15-20%.
[Для справки:
Полезная книга:
степень влажности (водонасыщения) – это отношение объема воды, находящейся в порах грунта, к объему самих пор грунта.
А.К.Бугров "Механика грунтов". Учебное пособие.-С-Петербург.2004 г.-258с.]
С такими же несуразностями неоднократно сталкивались и другие специалистыгеотехники. Наиболее глубокий анализ этого явления приведен в статье В.Г.Столярова "О
противоречивости результатов стандартных методов определения физических характеристики грунтов".-Основания, фундаменты и механика грунтов".-№1-2010 г.-с.2-6. В настоящем Бюллетене приведем лишь краткие выводы из этой работы и рекомендации, с которыми трудно не согласиться.
1.
Имеют место методические ошибки при лабораторном определении физических характеристик грунта по ГОСТ 5180-84 "Грунты. Методы лабораторного определения
характеристик грунтов". В грунтах имеется вода гидравлически свободная с плотностью
ρw=1,0 г/см3, рыхлосвязанная и прочносвязанная с плотностью до 1,2…2,4 г/см3. В ГОСТ
5180-84 плотность воды (без разграничений на виды) принимается равной 1,0 по умолчанию. При определении влажности грунт нагревают до 105-107°С, при этом из него удаляется не только вода, находящаяся в порах, но и часть воды, входящей в состав слагающих
грунт минералов (гипс, монтмориллонит, каолинит и др.), а также некоторых органических
примесей. Например, монтмориллонит при нагревании до 105°С приобретает парагонитоподобную структуру, т.е. структуру иного минерала, и в итоге получаются искаженные
19
значения плотности твердых частиц исследуемого грунта. В реальных же условиях из
грунта испаряется гидравлически свободная вода и часть рыхлосвязанной, но не прочносвязанная.
Такая лабораторная методика, завышающая влажность грунта, занижает его плотность, которая используется в расчетах деформаций основания, а также в определении бокового давления на подпорные стены. Осадки здания, рассчитанные на базе этих данных,
получаются завышенными, а приведение их к требуемому уровню приводит к удорожаю
объекта. Кроме того, заниженная плотность грунта вызывает неоправданное завышение
бокового давления и, как следствие, неоправданное увеличение диаметра свай подпорных
стен, их армирования, а в ряде случаев даже замену однорядного свайного фундамента
двухрядным.
Излишний запас в проектируемой конструкции – это свидетельство непрофессионализма звена "геолог-конструктор". Профессиональный конструктор-геотехник
заложит запас только там, где он необходим, а профана не спасет и многократный
перерасход материала. (В.М.Улицкий, А.Г.Шашкин, К.Г.Шашкин. Гид по геотехнике
(путеводитель по основаниям, фундаментам и подземным сооружения.-С/Петербург.-2012
г.-284с.).
2.
Некорректное определение влажности и плотности частиц грунта приводит к
неточностям оценки объема защемленного воздуха в грунте, а последствия этого уже
намного серьезнее. При взрывах в полностью водонасыщенных песках или при сейсмических толчках скорость распространения образующейся ударной волны составляет 15001600 м/с, а давление на фронте ударной волны достигает нескольких десятков и сотен мегапаскалей. Наличие в таком грунте 2-4% всего объема пузырьков защемленного газа снижает скорость распространения взрывных волн до 150-400 м/с, а давление в 10-20 раз. Количество воздуха в грунте отражается на балльности строительных площадок, сложенных
грунтами, содержащими защемленный газ.
Таким образом, методическая некорректность ГОСТ 5180-84, проявляющаяся в занижении плотности грунта, может привести к занижению сейсмического воздействия
на здание и недостаточному обеспечению его безопасности.
[Совет проектировщику:
рекомендуется указывать в программе инженерных изысканий (на что он имеет право) высушивать все пылеватые глинистые грунты в сушильном шкафу при 80°С в течение 8 ч (вместо 5 ч при 105°С) как для загипсованных грунтов по ГОСТ 51820-84].
В ряде случаев во время землетрясений возникают катастрофические осадки грунтовых оснований, вызванные разжижением грунтов. Типичным примером сейсмического
разжижения грунтов является землетрясение в Ашхабаде 1948 года. В результате резкого
снижения несущей способности грунтовых оснований зданий и сооружений город был почти полностью стерт с лица земли. Погибло более 80 тысяч человек. В большей степени к
разжижению склонны слабые, водонасыщенные илистые, песчаные, супесчаные грунты, в
которых явление резкого снижения деформационных и прочностных характеристик, а
также тиксотропии при динамических воздействиях выражено наиболее ярко.
Эти факты указывают на необходимость исследования потенциала сейсмической
разжижаемости грунтов, которые будут служить основанием для проектируемых объектов.
До 70-х гг. прошлого века не существовало надежных методов оценки потенциала
разжижаемости грунтов в условиях сейсмического возбуждения. В настоящее время, согласно работам московского ООО "НПФ "Спецстрой-Изыскания", "МосДорГеоТреста", С.20
Петербургской группы компаний "Геореконструкция" и некоторых других организаций,
использование современных динамических стабилометров дает естествоиспытателям широкие возможности по прогнозированию поведения грунтовых массивов при возникновении землетрясений. При этом было разработано несколько методов лабораторного определения потенциала разжижаемости грунтов под действием циклических нагрузок:
 циклический прямой сдвиг;
 циклический крутильный сдвиг;
 циклические трехосные испытания;
 виброиспытания в стабилометрических камерах большого диаметра в диапазоне частот акселерограммы реального землетрясения.
Два последних способа наиболее информативны.
Рис. 7. Циклические трехосные испытания крупного неоднородного песка, отобранного в
Имеретинской низменности г. Сочи с глубины 5,0 м. Стабилометр GIESA UP-25а. Траек-
21
тория нагружения: по гидростатической оси – в режиме консолидации, в девиаторной
плоскости – в режиме сдвига.
На рисунке 7 в качестве примера приведены результаты циклических трехосных испытаний грунтов оснований при проектировании олимпийского объекта "Тематический
парк (Парк приключений)", выполненных в испытательной лаборатории "МосДорГеоТрест" под руководством к.г.-м.н., д.ф.-м.н., чл.-корр. РАЕН О.Р.Озмирова в соответствии
с методикой, рекомендованной мировым сообществом геотехников (Proceedings of the
NCEER Workshop on Evaluation of Liquefaction Resistance of Soil. Solt Lake City, Jan., 5-6,
1966) согласно ASTM D5311-96. Параметры прогнозируемого землетрясения были приняты в соответствии с рекомендациями МАГАТЭ: интенсивность сейсмического воздействия
I = 9 баллов по шкале MSK-64, максимальное горизонтальное ускорение Аmax = 0,33g.
Из графика видно, что при 19-кратном цикле нагружения относительная деформация
грунта увеличивается с 0,020 до 0,150, т.е. в 7,5 (!) раз. Неучет этого явления может привести к провальным осадкам фундаментов, разрушению здания и гибели людей.
ДЛЯ СПРАВКИ:
Нормативные требования к объему инженерных изысканий
ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИЗ СНИП 11-02-96 "ИНЖЕНЕРНЫЕ ИЗЫСКАНИЯ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ"
п. 4.3.
"В состав инженерных изысканий для строительства входят следующие основные их виды:
- инженерно-геофизические,
- инженерно-геологические,
- инженерно-метеорологические,
- инженерно-экологические,
- изыскания грунтовых строительных материалов и источников водоснабжения на базе подземных вод".
[Совет проектировщику:
проверьте, все ли обязательные разделы инженерных
изысканий имеются в отчете]
п. 4.13.
"Предусмотренные в техническом задании требования к полноте, достоверности, точности и качеству отчетных материалов могут уточняться исполнителем инженерных изысканий при составлении программы работ и в процессе
выполнения изыскательских работ по согласованию с заказчиком.
В техническом задании не допускается устанавливать состав и объем изыскательских работ, методику и технологию их выполнения…"
[Совет проектировщику:
убедите заказчика, что ему целесообразно при составлении технического задания привлекать на своей стороне конструктора-геотехника,
который будет отслеживать не только (и не столько) стоимость проведения изысканий, а в первую очередь их объем, состав, методы производства изысканий, не допуская лишних работ, но не пропуская важных, существенно влияющих на качество
изысканий и, как правило, на стоимость конечной продукции]
п. 6.2.
"В состав инженерно-геологических изысканий входят:
сбор и обработка материалов изысканий прошлых лет;
22
дешифрование космо-, аэрофотоматериалов и аэровизуальные наблюдения;
маршрутные наблюдения (рекогносцировочное обследование);
проходка горных выработок;
геофизические исследования;
полевые исследования грунтов;
гидрогеологические исследования;
сейсмологические исследования;
сейсмическое микрорайонирование;
стационарные наблюдения;
лабораторные исследование грунтов и подземных вод;
обследование грунтов оснований существующих зданий и сооружений;
камеральная обработка материалов;
составление прогноза изменений инженерно-геологических условий;
оценка опасности и риска от геологических и инженерно-геологических
процессов;
составление технического отчета".
Необходимость выполнения отдельных видов инженерно-геологических работ,
условия их комплексирования (при инженерно-геологической съемке и др.) и заменяемости следует устанавливать в программе инженерных изысканий на основе технического
задания заказчика и с учетом стадийности проектирования, сложности инженерногеологических условий, уровня ответственности проектируемых зданий и сооружений
(геотехнических категорий объекта).
[Совет проектировщику:
проектировщику, в первую очередь конструкторугеотехнику, следует принимать самое активное участие в составлении программы
инженерных изысканий, где он, понимая работу сооружения и грунтового основания
под нагрузкой гораздо глубже, чем геолог, может внести существенные уточнения в
состав изучаемых характеристик, методику их получения, последовательность разгрузки-нагружения основания и многое другое. На это он имеет право согласно СНиП
11-0-96 и СП 11-105-97].
Отдельные советы по программе инженерных изысканий
1.
При проведении гидрогеологических изысканий, особенно на строительных
площадках, где грунтовые воды обладают гидростатическим напором, обязательно предусматривайте определение не только коэффициента фильтрации грунта (что производится
лабораторным путем), а также скорость движения воды в массиве грунта, которое производится путем контрольных откачек подкрашенной воды из скважин. Именно этот параметр может определить технологию производства работ по закреплению слабого грунта,
по созданию противофильтрационных завес, а также может сильно повлиять на саму конструкцию фундаментов.
2.
Если по изысканиям прошлых периодов известно, что в основании имеются
глинистые водонасыщенные грунты, закладывайте в программу изысканий определение
реологических характеристик грунтов путем проведения длительных компрессионных или
стабилометрических испытаний. Это дает возможность более точно оценить осадку фундаментов в условиях полной стабилизации.
23
3.
Требуйте от геологов, чтобы в отчете по инженерным изысканиям в полной
мере, т.е. на каждое испытание грунта, прикладывался паспорт испытаний со всеми заполненными графами – привязка к местности и глубине отбора образца, дата его отбора, дата
испытания и все другие показатели, определенные соответствующим ГОСТ. Как показано
В.М.Улицким, для того, чтобы определить один параметр механических свойств одного
слоя грунта, необходимо не менее шести испытаний. Если в геологическом разрезе присутствуют пять слоев, то общее количество механических испытаний достигнет ста. Все
они в виде графиков должны быть приложены к отчету. Эти "иллюстративные материалы"
используются опытными расчетчиками, что позволяет им принять более обоснованное и
экономичное решение. А это уже существенная экономия средств и сокращение сроков работ. Если паспортов испытаний в отчете нет, это означает, что геологи сделали только половину работы, а свойства грунтов выдумали.
4.
В горных местностях, которых много на территории Краснодарского края, при
проектировании не только комплексов застройки, но и отдельных зданий, очень полезны
результаты аэрокосмической съемки, которые позволяют обнаружить либо уточнить местоположение тектонических разломов. А так как на разломе и в ближайшем приближении
к нему возведение капитальных зданий запрещается, то эта информация может привести к
такой корректировке генплана, которую заказчик даже не мог себе представить.
5.
Не пренебрегайте геофизическими исследованиями, причем в полном объеме.
На примере рис. 3 было показано, как добросовестные геофизики предупредили широкомасштабный обман заказчика геологической бригадой, производящей бурение скважин и
отбор образцов. В практике ЗАО "ИСК "Милбор" был случай, когда подробные геофизические работы, выполненные по дополнительной программе ЗАО, позволили уточнить модуль деформации нижних слоев основания четырех 32-этажных зданий, первоначально
выполненных обычным лабораторным способом, с 15-16 МПа до 93 МПа. А для высоких
тяжелых зданий требования II группы предельных состояний (осадки, разница осадок,
крены) могут иметь решающее значение.
6.
Вопрос исключительной важности – применение методик исследования грунтов, адекватных (соответствующих) процессу деформирования грунтового основания за
весь период. Проведение лабораторных испытаний при тех уровнях напряжений σz, σx и σy
, которые соответствуют условиям разгружения и последующего нагружения основания
(отрывка котлована и снятие вертикального бытового давления, создание условий превалирования горизонтальных составляющих напряжений в массиве, затем последовавшая загрузка дна котлована возводимым зданием), т.е. с учетом траектории создания напряженно-деформированного состояния в грунтах основания, позволит в значительной степени
приблизить прогнозируемые расчетом деформации основания к реальным. Учет особенностей деформирования оснований согласно траекториям его нагружения, близким к фактическим, обеспечивает достоверную безопасность возводимого сооружения. На это нельзя
жалеть ни времени, ни средств.
7.
Настоятельно рекомендуем в программу инженерных изысканий закладывать
мониторинг осадок зданий, начиная с момента устройства фундамента, путем установки
настенных марок. Стоимость этих работ незначительная, а польза от них очень большая.
Замеры осадок следует проводить не реже одного-двух раз в месяц, а также после возведения каждого подземного и надземного яруса, когда можно довольно-таки точно оценить
нагрузку, передаваемую на основание. Результаты этих замеров деформаций системы
"здание-основание" в виде отдельного сшива следует передавать заказчику для занесения
им как "нулевого отсчета" в технический паспорт здания, наличие которого согласно
ГОСТ Р 53778-2010 "Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга техниче24
ского состояния" стало обязательным для каждого капитального здания. А в сейсмически
активных районах обновление параметров деформирования здания должно проводиться
25
3
а)
1
4
1
5
б)
4
3
4
2
6
Δh
фиксируется
2
1
5
в)
МН 10
МН 1
МН 9
МН 2
МН 8
МН 3
МН 7
МН 4
МН 6
МН 5
Рис.8. Установка настенных марок при возведении здания: а – при работе в котловане, когда пазухи еще не засыпаны;
б – при возведении надфундаментной части здания; в – план настенных марок; 1 – настенная марка в фундаменте; 2 –
то же, в стене дома; 3 – нивелир; 4 – геодезическая рейка; 5 – пазухи котлована; 6 – репер.
26
каждые 5 лет. Самая простая конструкция настенных марок (а они должны быть выполнены в антивандальном варианте) приведена на рис. 8.
В заключение данного выпуска уместно еще раз провести выдержку из обращения
В.М.Уманского к заказчику: "…Чем требовательнее проектировщик при приемке исходных данных, тем легче будет с ним работать. Идеальный вариант – когда инженерные
изыскания заказывает тот, кто будет их использовать при проектировании... Когда затрагиваются проблемы прочности, надежности и устойчивости конструкций, Настоящий Проектировщик становится несговорчивым. Он никогда не пойдет на компромиссы в ущерб безопасности жизнедеятельности… Только на такого проектировщика можно положиться.
Опираться можно только на то, что сопротивляется. Иначе провалитесь, как в болото. Таков закон сопромата. Он работает и в науке, и в бизнесе. Опираться на "ватных" подчиненных – это конец любого дела".
Очень часто проектные решения, особенно базирующиеся на ущербных инженерных изысканиях, выдаваемые за "смелые" и "экономичные" – ничто иное, как воровство
надежности у объекта. Это не экономия денег, а отложенные риски, за которые кому-то
придется платить. И если инвестор за это отвечает кошельком, то проектировщик - головой.
Ни для кого не секрет, что за последние 20 лет наше строительное сообщество поразил вирус некомпетентности и недобросовестности. Особенно заметно это в разделе инженерных изысканий, где гораздо труднее обнаружить брак по сравнению, например, с монтируемой колонной, к которой всегда имеется свободный доступ для контрольного определения прочности бетона и армирования.
Навести порядок в проведении и повышении качества инженерных изысканий можно только строгим контролем со стороны заказчика и проектировщика при полном
понимании ими требований к геологам, которые они предъявляют.
[Совет члену НП:
распечатывайте бюллетени по мере их выпуска и собирайте в отдельный сборник, чтобы удобный бумажный вариант всегда был под рукой]
27