Риск, незнание или безответственность?
Расчеты фундаментов без исходных данных

Давление от огромного веса высотного здания воспринимает фундамент и грунт, на котором он стоит. Определение механических свойств грунта – половина успеха расчета фундамента. Однако некоторые видные ученые заявляют, что прочностные свойства грунтов не имеют физического смысла.

Ситуация с определением свойств грунтов оказалась настолько неразрешимой, что некоторые видные ученые заявили, что прочностные свойства грунтов вообще не имеют физического смысла.

Можно ли решить задачу из двух действий, начиная со второго и полностью игнорируя первое?
Нет! А некоторые утверждают, что можно.

Если исходные данные определены неверно, то какими бы тонкими методиками расчета ни пользовались – окончательный ответ будет заведомо неверным.

О неготовности расчетной базы к проектированию фундаментов высотных зданий говорит главный геолог отдела инженерной геологии ГУП «Трест ГРИИ» к.т.н. член экспертной строительной комиссии при Жилищном комитете Администрации СПб Е. Н. Богданов.

– Евгений Николаевич, в чем проблема?
– В том, что вопросы определения прочностных свойств грунтов находятся в неразрешенном и критическом состоянии. А грунты между тем определяют экономику строительства.
Еще в 1973 году Международный конгресс по механике грунтов признал ситуацию с определением механических свойств кризисной. За прошедшее время положительных изменений не произошло.
В одном из отчетов по инженерно-геологическим изысканиям можно найти для протерозойской глины j =220°, с = 0,02 МПа. Те же значения j и с приведены в Пособии к СНиП 2.02.01-83 в табл.104, но для торфа. Эти грунты разделяет миллиард лет. Этот пример наглядно иллюстрирует всю глубину проблемы.
Кризисная ситуация возникла из-за произвольного подхода к подготовке и проведению сдвиговых, в равной степени и трехосных (стабилометрических) испытаний, полностью или частично изменяющих исходное состояние грунтаи приводящих к самым разным результатам.

Отсюда и люди, имеющие отношение к грунтам, часто непрофессиональны. В отчетах по изысканиям и в расчетах фундаментов они могут приводить любые значения механических свойств грунтов – неподготовленные заказчики примут их и оплатят.
В этой ситуации можно удивляться не тому, что дома стоят, а тому, что они не так часто падают.

– Много домов падает?
– По статистике, каждые три-четыре дня в стране рушится одно здание. Экспертами приводятся многочисленные официальные причины, приведшие к этим авариям. Но, по моему глубокому убеждению, основанному на 45-летнем научном и практическом опыте в двух областях – в строительстве и инженерной геологии, основная причина аварий – неисследованность грунтов.
Вот простая мысль: грунт в твердом и в текучем состоянии не может держать одинаковое давление. Но откройте страницу 106 Пособия – и окажется, что может. Эта таблица переписывается из одного нормативного документа в другой с 1948 года.

– Почему так?
– Потому что наша нормативная и расчетная база создавалась в 30–50-е годы прошлого века, когда строили в основном пятиэтажки.Сегодняшние высотные здания требуют иного подхода к изучению грунтов, иных расчетных, пока не найденных схем.

Зададимся вопросом: какими значениями механических свойств должен обладать грунт, чтобы воспринять давление от веса современных высотных зданий? Сцепление должно измеряться килограммами на кв. см, а не их десятыми долями, как зафиксировано в СНИПах и во многих отчетах.

Опорными слоями для фундаментов высотных зданий с большими давлениями на грунт могут стать грунты твердой консистенции с отрицательными значениями показателя текучести (JL<0).

В нашем регионе этими показателями могут обладать нижние слои ледниковых отложений, кембрийские глины, вендские (протерозойские) глины, притом не всякие, а отвечающие определенным конкретным условиям.
Но если вы внимательно прочитаете наши нормативные документы, то поймете, что для таких ответственных сооружений, какими являются высотные здания, методы определения механических свойств грунтов и методы расчета отсутствуют.

Расчеты свайных фундаментов по СНиП 2.02.03-85 и СП-102-2003 ведутся по показателю текучести, определяемому по простейшим физическим свойствам грунта. Предельным значением показателя является JL=0. Знание прочностных свойств грунта вовсе не требуется. Таким образом, официальной расчетной базы нет.

– А статическое зондирование, пробные сваи?
– Статическое зондирование для большинства тяжелых сооружений окажется неприменимым по причине достижения зондировочной установкой предельной мощности. Для высотных зданий требуются сваи большого сечения и часто большой длины. Испытания подобных свай окажутся невыполнимыми. Эталонные сваи теоретически необоснованны.

– Вы за изучение механических свойств грунтов?
– Да, об этом говорят и нормативные документы: при изысканиях для свайных фундаментов должны быть определены физические, прочностные и деформационные характеристики, необходимые для расчетов по предельным состояниям. Причем определены для всех грунтов разреза, в том числе на 5–15 и более метров ниже предполагаемой глубины погружения свай.
Тем удивительнее, что особых повышенных требований к грунтам опорного слоя ни по числу опробований, ни по показателям свойств не предъявляется. Если так, то всегда ли нужно бурить по кембрийским или протерозойским глинам 15–20 метров?

Основным методом получения прочностных и деформационных свойств в лабораторных условиях становится метод трехосного сжатия. С его результатами должны сравниваться результаты сдвиговых и компрессионных испытаний.

По моему убеждению, компрессионные испытания не имеют право быть использованными для определения модуля деформации грунта исходного состояния. Каждая точка компрессионной кривой – это новое состояние грунта. К тому же по ГОСТ 12248-96 метод не распространяется на грунты с показателем текучести
JL < 0,25.

Про сдвиговые и трехосные испытания. Официально признаны две методики – консолидировано-дренированное (КД) и неконсолидировано-недренированное (НН) – испытания. Предполагается, что КД применяется для грунтов, находящихся в стабилизированном состоянии, НН – в нестабилизированном. Не ясно, какую работу грунта отражают эти методики и когда каждая из них должна применяться.

– Каким вам видится выход?
– Методика КД не должна применяться совсем. Испытанию после уплотнения разными давлениями подвергаются разные грунты одного состава. Получаемые параметры не являются ни углом внутреннего трения, ни сцеплением.
Методика НН характеризует нестабилизированное, а значит, не допустимое для работы сооружения состояние грунта и также должна быть отвергнута.

Нам нужно научиться определять прочностные свойства грунта естественного сложения. Для чего сдвиговые и трехосные испытания должны проводиться в диапазоне давлений (нормальных или боковых), конкретном для данного состояния грунта.
Это и есть путь к преодолению кризиса в механике грунтов и расчетах оснований, прежде всего свайных.
В свое время великий Терцаги высказал убеждение, что разработка метода определения несущей способности свай по прочностным свойствам грунтов станет значимым событием века. Его надо разработать. Не уходить от решения этого вопроса ни инженерам-геологам, ни тем, кто называет себя геотехниками, делая вид, что проблемы не существует.

В апреле прошлого года в Санкт-Петербурге прошла Международная конференция по теме «Город и геологические процессы и явления». В сборнике конференции есть моя статья «Грунты как причина аварий и разрушения зданий и сооружений». Почитайте, там все расписано глубже.

– Но все же здания строятся, расчеты ведутся, значит, и расчетные схемы работают?
– Действительно некоторые геотехники утверждают, что обладают совершенными, тонкими методами расчета оснований. Но при этом они признают, что достоверные исходные данные о свойствах отсутствуют.
Тогда встает вопрос: как и чем определяется уникальность и надежность методики расчета, если нет достоверных данных? Похоже, что это неприкрытая игра слов.
При незнании свойств грунтов единственной возможностью уйти от ответственности и как-то себя подстраховать – создать невероятный запас прочности фундаментов и конструкций. То есть, как вы понимаете, зарыть деньги в землю.
По большому счету можно утверждать, что научного взгляда на механические свойства грунтов нет вообще. Эта тема еще не разработана наукой. А успех людей основывается на интуиции.

– Евгений Николаевич, ваш вывод.
– Сегодня, как никогда, требуется непредвзятый пересмотр многих положений инженерной геологии, механики грунтов, расчетов оснований. И начать следует с механических свойств грунтов. После чего нужно создавать настоящие методики расчетов, которых сейчас нет. Такая трагичная ситуация с грунтами имеет место не только в нашем городе, но и в целом по стране.

Таким образом, проблема пересмотра отношения к механическим свойствам грунтов становится не только технической, но и нравственной проблемой. Похоже, что многие не хотят ее решения.

Беседовал Владимир Хохлев

Тел. 710-4430

От редакции
Поднятые в материале проблемы, связанные с грунтами как основаниями сооружений, представляются чрезвычайно актуальными и даже несколько запоздавшими в освещении.
СГХ приглашает принять участие в начатом обсуждении инженеров-геологов, геотехников, проектировщиков и всех заинтересовавшихся читателей.