Ильичев В.А.,

Ставницер Л.Р.,

Шишкин В.Я.

В крупных городах и мегаполисах резко выросла и продолжает нарастать вибрационная нагрузка от транспорта на грунты оснований фундаментов зданий. Песчаные грунты, как правило, при этом  уплотняются и дают неравномерные осадки. Здания деформируются, возникают трещины в несущих конструкциях, что препятствует дальнейшей нормальной эксплуатации сооружений. Для таких зданий разрабатываются мероприятия по снижению вибрационного воздействия транспорта.

В связи с ограниченностью свободных площадей, ростом плотности населения и снижением объёмов государственного финансирования застраиваются территории вблизи тоннелей метрополитена и транспортных магистралей. Для снижения вибрационного воздействия используются дорогостоящие виброизоляторы или другие методы снижения вибрационного воздействия.

Наиболее эффективно в таких случаях использовать методы улучшения свойств грунтов основания. Одним из таких методов является уплотнение грунта щебеночными сваями с помощью пневмопробойников.

Пневмопробойник это агрегат весом от 90 до 500 кг диаметром от 90 до 245 мм (в зависимости от марки ), длиной около 1,5 м, развивающий энергию удара от 60 до 230 кДж/мин. от компрессора производительностью от 8 до  12 мЗ/мин. Как правило, пневмопробойники имеют возможность ревер-сивного (обратного) движения.

Технология устройства щебеночных свай включает:

• устройство вертикальных или наклонных скважин под фундаментом с помощью пневмопробойника;
• заполнение скважин мелким щебнем;
• уплотнение щебня тем же пневмопробойником до требуемой плотно-сти;
• цементация всех щебеночных свай на последнем этапе.

Применение такой технологии в г. Москве, на объектах: ул. Верхняя Радищевская дома 6 и 7 , ул. Покровка, здание фабрики «Рот-Фронт» и Мос-ковский Почтамт (ул. Мясницкая, 26), не только позволило в 1,5 - 2,5 раза увеличить расчетное сопротивление грунтов основания, но и позволило сни-зить вибрационное воздействие: от метрополитена - в 10 раз; от автомобильного транспорта - в 5 раз.

При обследовании этого выдающегося памятника архитектуры, было установлено, что расположенные на насыпных грунтах ленточные и столбчатые бутовые фундаменты нуждаются в усилении в связи с развитием неравномерных деформаций. Исследования показали, что причиной деформаций является неблагоприятное влияние вибрации от расположенного под зданием тоннеля метрополитена и от интенсивного движения автотранспорта по Мясницкой улице. Произошло ухудшение свойств грунтов также вследствие их замачивания техногенными водами.

Проект усиления грунтов основания под фундаментами стен и колонн почтамта предусматривал устройство щебеночных свай в наклонных скважинах, с помощью пневмопробойника типа ИП-4603. Это самодвижущаяся машина, корпус которой под воздействием ударника забивается в грунт, образуя скважину диаметром 130 мм. Обратному движению корпуса препятствуют силы трения между его поверхностью и грунтом. Для возврата корпуса в исходное положение служит реверсное устройство. После извлечения пневмопробойника в скважину засыпают расчетный объем смеси песка со щебнем и вновь погружают пневмопробойник на всю глубину скважины. При этом песчано-щебеночная смесь втрамбовывается в стенки скважины, образуя под фундаментом уплотненную область. Процесс повторяется до достижения расчетной глубины уплотнения, после чего скважина тампонируется цементным раствором. Качество уплотнения контролируется опреде-лением плотности грунта непосредственно под подошвой фундамента.

Эта технология усиления оснований под существующими фундамен-тами защищена патентом № 2026926 , согласно которому установлено сле-дующее требуемое количество инертных материалов (см. таблицу).

По этой методике составлена компьютерная программа и выполнены расчеты грунта как армированного основания [1] применительно к фундаментам здания московского Почтамта для проектирования усиления их ос-нований набивными сваями.

При разработке технологии устройства щебеночных свай определены оптимальное их число n под фундаментом и глубина проходки S при уплотнении щебня в скважине. Оказалось, что значение S составляет не менее 1,5 метров, а n - не менее 10. При этом достигаемое значение расчетного сопро-тивления армированного основания Ra, в достаточной степени превышает среднее давление под подошвой фундамента, равное 250 кПа. В проекте усиления основания принято n = 12, что повысило расчетный модуль деформации до 21 МПа, при котором дополнительная осадка фундамента не превышает 2 см. Это меньше допустимого значения  для данного здания.

В связи с тем, что здание Почтамта подвергается вибрации от воздействия транспортных источников, была поставлена задача инструментального обследования его фундаментов, состоящего из регистрации колебаний от транспорта до и после завершения работ по усилению основания, а также от технологических ударных воздействий пневмопробойника при проходке скважин и уплотнении в них смеси песка и щебня.

Для записи вибраций использован комплект аппаратуры, включающий в себя трехканальный виброизмеритель типа SМ - 231 фирмы RFТ (Германия) с интегрирующим усилителем и блоком питания; пьезоэлектрические акселерометры типа КВ - 12 (рабочий диапазон частот 1 ... 250 Гц); осциллограф Н - 115 с ультрафиолетовой регистрацией исследуемых процессов. Тарировка комплекса произведена по каждому каналу на вибростенде ВЭДС - 400 в диапазоне частот, вдвое перекрывающем спектр воздействий от транспорта. Вибродатчики устанавливались в трех взаимно перпендикулярных направлениях на обрезы фундаментов в специально отрытых шурфах.

Записи колебаний, полученные до усиления основания, показали, что их уровень по амплитудам не превышал 1,5 мкм и не представлял опасности для несущей способности строительных конструкций. Амплитуды колебаний от подвижного состава метро и наземного транспорта оказались соизмеримыми и превалировали в горизонтальном направлении, параллельном Мясницкой улице, причем от метро наибольшие амплитуды появились в вы-сокочастотной части спектра (45 ... 75 Гц), а от автотранспорта - при низкочастотных колебаниях (1,5 ... 3,0 Гц).

Технологические колебания при производстве работ по усилению основания регистрировались в нескольких режимах работы пневмопробойни-ка: в начале проходки скважины и на различных глубинах, в режиме «реверс» при извлечении пневмопробойника из пробитой скважины и при повторных проходках с уплотнением песчано-щебеночной смеси в процессе образования набивной сваи. Частотный диапазон колебаний оказался узко-полосным (25 ... 30 Гц) и практически независящим от глубины погружения пневмопробойника. Наибольшие амплитуды регистрировались, как правило, в начальной стадии проходки, их максимумы не превышали 3,8 мкм для вертикальных компонент и 3,5 мкм - для горизонтальных, что ощутимо в радиусе 3 ... 4 м от скважины, но многократно меньше допустимых пределов, и не представляет опасности для несущей способности фундаментов и строительных конструкций.

После завершения работ по усилению основания набивными сваями был выполнен инструментальный анализ параметров вибрации фундаментов по результатам измерений вибродатчиками, установленными в тех же точках, что и на первом этапе виброобследования до начала работ. Сопоставление результатов этих измерений показало значительное уменьшение уровня колебаний от транспортных источников. В частности, до усиления основа-ний наибольшая амплитуда вертикальной составляющей колебаний достигла 1,5 мкм, а после - лишь 0,25 мкм, при этом соответствующие горизонтальные компоненты вибрации уменьшились в 6 ... 10 раз.

Следует отметить, что выполненные работы наиболее существенно повлияли на снижение высокочастотных вибраций от поездов метро. Если до усиления оснований максимумы амплитуд колебаний четко просматривались на частотах 45 ... 75 Гц, то после усиления лишь в диапазоне 25 ... 31 Гц наблюдались горизонтальные составляющие с амплитудами до 0,15 мкм.

Наибольшие амплитуды вибрационных воздействий от движения автотранспорта после усиления оснований проявились на несколько более высо-ких частотах (8 ... 14 Гц), чем до усиления (1,5 ... 3,0 Гц), но не превышали 0,25 мкм для вертикальных и 0,2 мкм - для горизонтальных компонент, что в несколько раз меньше уровня соответствующих амплитуд колебаний, зарегистрированных до проведения работ по устройству набивных свай.

Список  литературы

1. Горбунов-Посадов М.И., Ильичёв В.А., Кругов В.И. Основания, фундаменты и подземные сооружения. Справочник проектировщика. Под общей ред. Е.А. Сорочана и Ю.Г. Трофименкова. -М: Стройиздат, 1985.