ООО Архитектурная Производственная Компания

СТАБИЛИЗАЦИЯ ОСНОВАНИЯ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ В Г.ХАБАРОВСКЕ

В.А.Титаев, Э.Ш.Меламед

Статья опубликована в издании «Транспортное строительство в условиях климата Дальнево-сточного региона: Сб. науч. тр. / Дальневосточный государственный университет путей со-общения. – Хабаровск: ДВГУПС, 2000. С.31-38.»

На протяжении пяти последних лет сотрудники очистных сооружений горячего водоснабжения г.Хабаровска, расположенных вблизи п.Берёзовка, наблюдают процесс трещинообразования в конструкциях каркаса, ограждении и железобетонных резервуарах. Следует отме-тить, что стыки между сборными железобетонными элементами пря-моугольных резервуаров регулярно заделывались специальными со-ставами с целью ликвидации протечек воды. Через некоторое время протечки возобновлялись. Для изучения причин трещинообразования, а также с целью разра-ботки мероприятий по нормализации эксплуатации ответственных для города сооружений, были приглашены сотрудники кафедры "Строи-тельные конструкции" Дальневосточного государственного универси-тета путей сообщения.
При детальном анализе объекта выявлено:

уклон площадки незначительный на юго-восток, в сторону сущест-вующего ручья;

грунты представлены преимущественно суглинками серовато-коричневого или серого цвета комковатой и слоистой текстуры, Е=17…24 МПа, на глубине 5,4…8,3 м расположен слой мягкопла-стичных суглинков Е =8,2 МПа, имеется уклон напластования суг-линков в сторону ручья 8О…16О.

естественное сложение грунтов нарушено в результате устройства котлованов под фильтры и отстойники.

дренаж, перехватывающий верховодку отсутствует. Можно предположить, что верховодка, попадая в насыпной грунт котлованов, фильтруясь попадает на водоупорный слой и естественно течет в юго-восточном направлении в сторону ручья, образуя тонкий слой не имеющий (или имеющий очень малый) коэффициент сцепле-ния (рис. 1). По этому направлению могут произойти подвижки грунто-вой массы под действием собственного веса и веса сооружений. Анализируя схему расположения отстойников и фильтров. Можно предположить, что здания перемещаются в сторону ручья. Это под-тверждается характером деформаций и динамикой образования тре-щин в конструкциях сооружений, а также данными геодезических на-блюдений. Таким образом, процесс деформирования, на наш взгляд, обу-словливается следующим:

при отсутствии организованного дренажа верховодка проникает в фильтрующий грунт и по «водонепроницаемым» суглинкам течет в строну ручья, образуя с одной стороны «смазку», с другой стороны, вымывая мелкую фракцию из насыпного грунта, вызывает дополни-тельные вертикальные и горизонтальные смещения фундаментов резервуаров;

неравномерная деформация углов отстойников приводит к значи-тельным деформациям продольных стен отстойников;

в следствие сдвижки основания вертикальные швы расходятся и в результате образуются значительные протечки воды;

кроме того, на принятую схему деформаций указывают и наруше-ния герметичности фланцев труб, заделанных в торцевые стены резервуаров. Характер и величина их деформации подтверждают направление деформации основания отстойников. Для принятия мер по стабилизации деформаций грунтовой массы основания определялись величины дополнительных усилий дейст-вующих на несущие конструкции отстойников и фильтров. В качестве основного расчетного метода используется Метод ко-нечных элементов в форме метода перемещений, реализованный в ВК МИРАЖ 4.3, разработанный НИИАСС г.Киев.
При расчете приняты следующие предпосылки:

используется гипотеза об упругой деформации грунтового основа-ния;

рассматривается узкая полоса склона шириной 1 м (плоско дефор-мированное состояние);

каждый слой грунта описывается характеристиками грунтов, опре-деленными при инженерно-геологических изысканиях;

граница слоёв грунта смоделирована специальными элементами, учитывающими наличие (отсутствие) трения между слоями. Расчетная схема учитывает полосу длиной 156 м и глубину 19,5 м. В отсутствие данных об уровне грунтовых вод, а также отсутствии достоверных механических характеристик слоев грунта, проведены расчеты по следующим вариантам:

вариант 1 – скольжение массива грунта по двум плоскостям;

вариант 2 – скольжение массива грунта по верхней плоскости;

вариант 3 – скольжение массива грунта по нижней плоскости;

вариант 4 – скольжение массива грунта отсутствует. Анализируя перемещения грунта, влияющие на деформации зданий отстойников и фильтров, приходим к выводу, что наиболее опасным является вариант 2, при котором горизонтальные деформации фундаментов составляют 101,1 мм (табл.1).

На основании полученного было принято решение по стабилизации деформаций основания с помощью подпорного устройства в виде ряда буронабивных свай, объединённых ростверком для выравнивания деформаций и перераспределения усилий. Глубина заложения свай определяется из условия анкеровки свай в слое тугопластичных суглинков исходя из данных инженерной геоло-гии участка и данных расчётов. Предложено устройство буронабивных свай диаметром 60 см и длиной 12 м. Для варианта 2 с учетом буронабивных свай, проведен расчет и получены необходимые данные для армирования буронабивных свай. Величины максимальных горизонтальных перемещений фунда-мента при наличии и отсутствии свай приведены в табл.2.

Таким образом, введение свай в грунтовую толщу уменьшает горизон-тальные деформации грунта на порядок. Полученные усилия позволили определить количество арматуры в свае. По расчету для наиболее загруженного участка сваи для кольцевого сечения требуется – Аs =100,5 см2 [1]. Расстояние между сваями назначено исходя из теории арочного эффекта [2]. При таком назначении расстояния между сваями грунт между ними продавиться не может вследствие образования так называемых «несущих тел». Схема работы представлена на рис. 2. При смещении части грунта происходит перераспределение давления со смещающейся массы грунта на смежные с ней неподвижные, при этом грунт со смещающейся частью образует несущее тело. Введем допущение, что каждое несущее грунтовое тело представ-ляет собой свод с двухшарнирной параболической аркой (рис. 3).

Реакция Rv будет погашаться трением в пяте арки и сцеплением с соседней неподвижной зоной грунта на протяжении f - расстояния, на котором сопротивление сдвигу эффективно. При единичной толщине слоя (арки), используя теорию прочности Мора-Кулона

Обозначим через Eоп горизонтальное давление для единичной тол-щины грунтового массива с осреднёнными характеристиками. Примем Еоп=qv , тогда окончательно, стрела подъема определится:

Поскольку перераспределение сдвигающего давления происходит по линии над пятой «условной арки», то соотношение между давлениями в двух направлениях можно принять равным отношению распора арки к перпендикулярной ему реакции

При определении расстояния «b» учтём коэффициент заполнения свободного пространства удерживающими элементами (отношение свободного пространства ко всему пространству, занятому удержи-вающей конструкцией). Из практики установлено, что среднее значение этого коэффициента v=0.5, поэтому примем, что половина сдвигающего давления воспринимается непосредственно удержи-вающими элементами, а половина - образующимися грунтовыми телами. Следовательно, горизонтальное давление полученное в расчете необходимо умножить на коэффициент «v».
Eоп в сечении к-к1 (см. Рис.1) равно

В соответствии с гипотезой «арочного эффекта» полное давление между удерживающими элементами (сваями) должно уравновеши-ваться сопротивлением сдвигу по двум вертикальным поверхностям среза, т.е.

В случае возможности водонасыщения грунтов и перехода их в пластическое состояние критическое расстояние определится по тео-рии пластичности (формула Р. Хилла)

Если условно принять, что по высоте вертикального сечения сдви-гающее давление распределено равномерно, то

Так как минимальное расстояние между сваями принимается 3d или 1,8 м, а при полном водонасыщении требуется два ряда свай, то примем шахматное расположение свай через 2 м между сваями в каждом ряду, тогда b/2=1 м < 1,44 м, т.е. непродавливание грунта в случае его водонасыщения обеспечивается. Конструктивно принимаем расстояние между рядами 1,5 м (см. Рис. 4).

Предложенный вариант стабилизации грунтового массива учитывает наихудшее состояние грунтов и сработает в том случае если остано-вить фильтрационный унос грунта.

Литература

Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструк-ций из тяжелых и легких бетонов без предварительного напряже-ния арматуры (к СниП 2.03.01-84)./ ЦНИИпромзданий Госстроя СССР, НИИЖБ Госстроя СССР. - М.:ЦИТП Госстроя СССР, 1989. - 192 с.
Гинзбург Л.К. Противоползневые удерживающие конструкции. М.:Стройиздат, 1979.