Экономя ресурсы и средства
Метод статического зондирования для грунтов Санкт-Петербурга

Устройство фундаментов в непростых, с геологической точки зрения, условиях Санкт-Петербурга требует тщательного подхода к исследованию грунтов, применению новых технологий и методов. Одним из самых прогрессивных и результативных является сегодня метод статического зондирования.

Об этом методе рассказывают директор МВП «Фундамент» В. Е. Бардин и кандидат геолого-минералогических наук, доцент М. С. Захаров.

Применение метода статического зондирования позволяет детально изучить состав, состояние и свойства сложных, непредсказуемых грунтов Санкт-Петербурга, а это, как правило, оборачивается значительной экономией материалов, энергоресурсов, времени и средств. Опираясь на данные проведенного статического зондирования, можно не только уточнить посадку здания или сооружения на местности, но и выбрать оптимальный тип фундамента.
Методически статическое зондирование грунтов должно в первую очередь учитывать требования отечественного стандарта (ГОСТ 19912-2001 «Грунты. Межгосударственный стандарт. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием. Москва «МНТКС. 2001). Однако он ориентирован на устаревшую технику и технологии.

В связи с предстоящим вступлением в ВТО наша страна подписала международные требования, изложенные в рекомендациях Международного общества по механике грунтов и фундаментостроению. Сегодня они закреплены в Европейских нормативных документах (Eurupean Preststandart JCS Eurocode 7: Jcotechnical desighn 91.080.01/93.020).
Именно с учетом этих требований разработана современная зарубежная техника, применяемая в России. С помощью этой техники и методики статического зондирования решаются задачи проектирования и расчета оснований.

Стандартный зонд зарубежного производства в ходе статического зондирования дает значения лобовых и боковых сопротивлений с учетом порового давления. При применении отечественного зонда без замера порового давления получаются заниженные значения лобовых сопротивлений и фиксируются завышенные значения боковых сопротивлений, существенно зависящих от конструкции применяемых зондов.
Результаты зондирования с учетом порового давления могут использоваться для определения расчетных сопротивлений Rо (МПа) оснований мелкого заложения. Это особенно актуально для Санкт-Петербурга, где капитальному ремонту и реконструкции подлежит основная масса старых зданий, имеющих ленточные бутовые фундаменты мелкого заложения. Это наиболее приемлемый, оперативный, экономически выгодный и экологически чистый метод исследования. Последнее обстоятельство особенно важно, так как грязный процесс бурения на улицах Петербурга вряд ли уместен.

Проведением работ методом статического зондирования занимаются сегодня многие строительные компании Петербурга. У ЗАО «Геостатика» создан свой алгоритм, позволяющий выполнять расчеты забивных и буронабивных свай последовательным заполнением командной строки программного пакета Total Commander 6.0.

Отечественный СП 5-102-2003 «Проектирование и устройство свайных фундаментов п. 7.3.7 допускает определение сечения длины и несущей способности свай аналитически расчетным методом. Несущая способность свай подтверждается испытаниями забивных свай динамической (ударной или вибрационной) нагрузкой по ГОСТ 5686. Если несущая способность сваи определена расчетом, в том числе по результатам динамических испытаний свай, то коэффициент надежности принимается равным 1,4 (СНиП 2.02.03-85 п.3.10).

Подсчет несущей способности сваи по результатам динамических испытаний ведется по отказам в целом по свае без определения по лобовому сопротивлению и сопротивления по боковой поверхности. При прорезании глинистых грунтов мягко- и текучепластичной консистенции, что в Санкт-Петербурге встречается повсеместно, отдых свай должен составлять не менее 20 суток. А это зачастую неприемлемо из-за сроков испытаний и высоких затрат.
Поэтому целесообразнее несущую способность свай определять по результатам статического зондирования на зарубежной технике, разработанной по методике европейского стандарта. В этом случае коэффициент надежности принимается равным 1,25. Чем меньше коэффициент надежности, тем достовернее результаты определения несущей способности свай.

Результаты статического зондирования с учетом порового давления в сочетании с традиционными лабораторными исследованиями грунтов позволяют спроектировать надежные и экономичные фундаменты зданий. МВП «Фундамент» проводит эту работу совместно с проектными институтами города, такими как «Проектный институт № 1», «Ленгражданпроект» и др.

Анализ несущей способности свай показал, что в слабых грунтах доли несущей способности по лобовым и боковым составляющим примерно равны. При заглублении свай в сравнительно плотные грунты это соотношение резко меняется по лобовым составляющим до 20%, по боковым до 80%.

При проектировании свайных фундаментов с учетом прочности по материалу следует выбирать по возможности сваи меньшего сечения, т. к. в этом случае повышается несущая способность свайного поля и экономится железобетон (см. рис. 1).
площадь сечения сваи F=35x35=1225 см2
Рис. 1. Забивные железобетонные сваи с шириной грани 35 и 40 см периметр сваи Р=4х35=140 см
отношение площади к периметру n=F/P=1225/140=8,75
аи F=40x40=1600 см2
периметр сваи Р=4х40=160 см
отношение площади к периметру n=F/P=1600/160=10
При переходе от свай сечением 35х35 к сваям с более широкой гранью 40х40 см площадь сечения и, соответственно, объем сваи увеличивается на 30%. Периметр же сваи увеличивается всего на 15%.
Несущая способность сваи на 60–70% зависит от площади боковой поверхности сваи. Увеличивать площадь сечения сваи невыгодно. Однако очень перспективно применение свай с сечением в виде креста. Чем меньше отношение площади сечения к периметру, тем экономичнее применение свай (см. рис. 2).
Рис. 2. Применение свай с сечением в виде креста площадь сечения сваи
F=35x35-4х10х10=825 см2
периметр сваи Р=4х35=140 см
отношение площади к периметру n=F/P=825/140=5,9

Испытания проводятся по ГОСТ 5686-78 с помощью установки для статического зондирования свай. Этот норматив предусматривает минимальные сроки «отдыха» свай после погружения, в течение которых испытываемые сваи набирают расчетную нагрузку. Поскольку в глинистых грунтах «отдых» идет продолжительное время, увеличивая его, можно получить несколько большую расчетную нагрузку на сваю.

Расчет ленточных фундаментов и фундаментных плит на упругом основании проводится различными методами. Основным является метод М. И. Горбунова-Посадова. Ученым составлены таблицы, позволяющие определить реактивные давления по подошве, изгибающие моменты и перерезывающие силы.

Продолжаются аварии на зданиях и сооружениях, фундаменты и основания которых рассчитаны по гипотезе Винклера. Суть ее заключается в том, что в балках наибольший прогиб находится под нагрузкой. Когда создавалась теория расчета гибких плит по гипотезе Винклера, были допущены упрощения, облегчающие расчет. В современных условиях при наличии программных комплексов для расчета фундаментов устраняется главное преимущество винклеровского расчета – сравнительная простота.
Допущенные упрощения не выявляются в расчете фактических краевых давлений под подошвой фундаментов, вследствие чего в отдельных случаях идут перегрузки оснований и недопустимые осадки и крены. Таким образом, назрела необходимость проанализировать работу фундаментов зданий и сооружений, рассчитанных по гипотезе Винклера.

Елена Рачкова