Построенные на сваях постройки на кочевьях стали уходить под землю: 5 мнений экспертов (плюсы и минусы)

Мифы про винтовой свайный фундамент — Реальное время

И их эффективное разоблачение

В строительной сфере, как и в любой другой, складывается масса мифов, большинство из которых происходит из недостаточной осведомленности людей о материалах или технологиях. Иногда заблуждения проистекают из общения с неквалифицированными строителями — не секрет, что нарушение технологии может испортить даже самый замечательный материал. Сегодня поговорим о мифах, которые складываются вокруг винтового свайного фундамента.

Плюсы и минусы фундамента на винтовых сваях?

10 Окт Плюсы и минусы фундамента на винтовых сваях?

Posted at 11:52h
in Блог
by dev

Надежность и долговечность здания определяет прочность его основы. Сегодня применяется огромное количество типов фундаментов, среди которых наибольшее количество вопросов вызывает винтовой. В промышленном строительстве такой вид конструкции начал использоваться в середине 19 века вместо бетонной ленты. И только последние 15 лет фундамент из винтовых свай нашел широкое применение у индивидуальных застройщиков при возведении малоэтажных домов.  Высокую популярность такого основания определили многочисленные положительные отзывы о его надежности и многих других преимуществах.  Если грамотно подойти к выбору материала, четко соблюдать технологию строительства, знать все плюсы и минусы винтовых свай для фундамента, можно возвести надежную конструкцию для зданий различного назначения с длительным сроком эксплуатации.

Фундамент на винтовых сваях, плюсы и минусы о котором часто являются предметом споров у застройщиков, подходит для возведения капитальных сооружений. Такое основание не трудозатратно, и по финансам выходит значительно дешевле.

Возведение свайного фундамента применяется в следующих случаях:

1. Слабая почва. Во время дождей такой грунт переувлажняется, что может привести к разрушению здания, если построить его на бетонной ленте. Чтобы этого не допустить, следует перенести нагрузку на более твердые нижние слои почвы.
2. Плотный грунт. Фундамент на винтовых сваях в этом случае позволит сэкономить время, потраченное на возведение дома. Вырыть котлован на твердых почвах без привлечения специальной техники невозможно. К расходам также стоит отнести покупку бетона, арматуры и материалов для опалубки.
3. Сложный рельеф. Строительство дома в местности со сложным рельефом предполагает большое количество земельных работ, предшествующих обустройству основания, чтобы очистить и выровнять участок.

При строительстве домов на винтовых сваях не проводятся объемные работы по расчистке и выравниванию площадки, удалению верхнего слоя почвы и укладке гидроизоляционного материала. Это существенно сокращает сроки возведения и снижает общую стоимость постройки. Глубина погружения свай составляет 1,5-7 м. При необходимости возможно нарастить их до 11 м. Каждая опора выдерживает нагрузки весом до 7 тонн. Этого достаточно для каркасных построек и домов, возведенных с использованием облегченного кирпича, дерева, пористого камня

Фундамент на винтовых сваях делится на четыре вида:

1. Стандартный – применяется для возведения важных элементов строения, обеспечивающих его надежность и устойчивость;
2. Одиночный  –  задача такого основания заключается в поддержке отдельных элементов, применяется оно в том случае, когда требуется пристроить что-то к уже имеющемуся дому;
3. Ленточный  –  сваи располагают под стенами постройки, что позволяет равномерно распределить нагрузки;
4. Свайное поле – представляет собой конструкцию, состоящую из винтовых опор, вкрученных в грунт по всей площади дома. Создается такое основание для тяжеловесных построек.

Фундамент на винтовых сваях – недостатки

Чем плох свайный фундамент? Винтовая опора состоит из металлической основы, поэтому такая конструкция подвергается коррозии. Этот недостаток негативно сказывается на долговечности фундамента и здания в целом. Большинство эксплуатационных минусов проявляются при нарушении технологии строительства. На качество фундамента оказывают влияние многие факторы, определяющее значение имеют следующие:

• марка и толщина стального материала;
• способ создания сварного шва;
• качество швов лопастей свай.

Чтобы увеличить срок эксплуатации свайного фундамента, требуется дополнительная пескоструйная обработка конструкционных элементов основания, предшествующая нанесению  антикоррозийных составов. Конечно, нельзя исключать тот факт, что покрытие может пострадать при вкручивании винтовой сваи в толщу почвы.  Этого можно избежать, если выбрать более качественный металл. Идеальный вариант для изготовления ствола опоры – цельная сталь без следов сварки на поверхности.

Желая возвести капитальный дом для круглогодичного проживания, который прослужит долго, нельзя не брать во внимание и такие недостатки винтовых свай для фундамента, как:

1. Малая несущая способность. Свайно-винтовой фундамент рекомендуется использовать для построек в один-два этажа. Более высокую нагрузку такое основание не выдержит даже при условии обустройства усиленной конструкции. Также этот минус определяет ограничение строительства легкими и небольшими здания, например, из пенополистеролбетона или арболита.
2. Невозможность обустройства подвала. Разрывать грунт для проведения работ по обустройству подвального помещения не рекомендуется, так как при этом можно нарушить его контакт со сваями.
3. Трудозатратная облицовка отмостки и цоколя здания. Отделочные работы необходимы для герметизации подпольного пространства, способствующей снижению риска появления коррозии на винтах.
4. Возможность деформации фундамента. Как правило, она наблюдается, если свайные опоры были вкручены или забиты в заранее сделанные отверстия. Деформироваться основание также может и при неодинаковой глубине размещения винтов.
5. Проседание грунта – этот недостаток винтовых свай возникает при плохом обследовании участка.
6. Точный расчет. Длительный срок службы основы здания зависит от точности проведенных расчетов и правильности составленного чертежа. Сделать это самостоятельно, не имея специальных навыков и знаний, невозможно, а за услуги специалистов придется заплатить.

Стоит также отметить, что свайный фундамент не подходит для проведения работ на каменистой почве, так как вкрутить винтовую опору в такой грунт невозможно.

Несмотря на вышеперечисленные минусы, заменой ленточного фундамента на винтовые сваи пользуются все больше застройщиков. Этому способствует множество  преимуществ, которым обладает такое основание.

Преимущества винтовых свай

Выгодные отличия винтовых свай особенно заметны при возведении небольших сооружений. Идеальной основой для лопастных опор принято считать суглинок и смесь песка со щебнем. В таких условиях возникающий при вкручивании конус из грунта уплотняется и получает прочностные характеристики застывшего бетона.

Говоря о преимуществах винтовых свай, стоит отметить следующие моменты:

1. Винтовой фундамент – выгодное решение для возведения капитального дома на участке со сложным рельефом.
2. Строительство дома на винтовых опорах можно начать в любое время года  – температура и влажность воздуха не влияют на качество и надежность конструкции, так как на глубине погружения свай температура грунта не меняется.
3. Достоинством винтовых свай является их стойкость к воздействиям морозного пучения, возникающего во время промерзания почвы.
4. Короткие сроки строительных работ. При хорошей проходимости грунта, слаженной работе бригады строителей свайное поле под здание средних размеров можно подготовить за один день. При этом сразу же после установки сваи можно обвязать и приступать к возведению стен. Винтовые опоры не нуждаются в усадке и наборе прочности, как монолитные конструкции, строительство которых подразумевает заливку бетонного раствора.
5. Минимальные трудозатраты. Для строительства свайно-винтового фундамента не требуется рыть котлован и выполнять монтаж опалубки. Кроме этого, площадка под такое основание не нуждается в предварительном выравнивании. Это преимущество позволяет обустраивать такое основание в непосредственной близости от ветхих построек, проложенных сетей канализации, водо- и электроснабжения. Возведение монолитных фундаментов сопровождают сильные вибрации грунта, которые могут привести к разрушению постройки. При обустройстве винтовых свай этого можно избежать.
6. Свайно-винтовая конструкция не вытягивает воду из грунта, поэтому стены в доме, построенном на таком фундаменте, всегда будут сухими.
7. При правильном выборе свай, изготовленных из качественной стали, и соблюдении технологии их вкручивания обеспечивается долгий срок службы основания, который исчисляется несколькими десятками лет.
8. Качественная теплоизоляция фундамента обеспечит сухой пол в доме.
9. Конструкция, построенная на винтовых сваях, стоит дешевле, чем ленточный фундамент. Разница составляет не менее 30-40%.  Как известно, возведение фундамента относится к самым затратным этапам строительства дома, поэтому экономия денежных средств будет ощутимой.
10. Сваи можно установить, не используя специальную технику.  Это позволит снизить траты на возведении дома в целом.
11. При устройстве фундамента на винтовых сваях проектирование и монтаж систем канализации и водоснабжения можно проводить, как во время монтажа элементов основания, так и по окончании строительства.

Все вышеперечисленные преимущества фундамента на винтовых сваях имеют место быть только тогда, когда соблюдены все технологические нормы и разработанные нормативы при его возведении. Не менее важно правильно подобрать материалы для строительства такого основания, для чего необходимо учитывать все особенности местности.

Винтовые сваи – за и против

Нельзя сказать, что свайно-винтовой фундамент лучше монолитного.  Каждая конструкция имеет свои особенности возведения, преимущества и недостатки. К тому же и рассчитаны они на разные условия эксплуатации. Однако, все за и против винтовых свай, делают сооружение такого фундамента достаточно ограниченного применения. Его возведение экономически оправдано, если:

• недостатки винтовых свай несущественны или минимизированы – к примеру, малая несущая способность конструкции – это минус, но при строительстве легкого каркасного дома он роли не играет
• такое основание является оптимальным вариантом для данной местности с учетом его рельефа и особенностей грунта.

В заключении стоит еще раз подчеркнуть, что разработку проекта, расчеты и непосредственно возведение свайного фундамента для строительства капитального дома лучше доверить проверенной организации, предоставляющей гарантии на выполненные работы.  Не стоит доверять работу мастерам с улицы, даже если они позиционируют себя настоящими профессионалами. Экономия в такой ситуации получается весьма сомнительной и не исключено, что совсем скоро придется искать специалистов, которые смогут исправить допущенные ошибки. Строительство дома на винтовых сваях, выполненное непрофессионалами, может привести не только к поломке фундамента, но и к разрушению всего здания.

Взвесив все за и против винтовых свай, можно сделать вывод, что такой фундамент является надежной, прочной и экономичной конструкцией. Главное, правильно выбрать материал для его возведения и строго соблюдать технологию строительства без допущения малейших ошибок.

Какая длина винтовых свай необходима для фундамента?

Чтобы фундамент воспринимал нагрузки от здания и передавал их на основание лопасть сваи должна закрепиться в грунте с достаточной несущей способностью мощностью слоя не менее трех диаметров лопасти. Не менее важно при этом подобрать и правильную конфигурацию лопасти, которая минимально нарушит структуру грунта и позволит избежать снижения его несущей способности (подробнее «Ключевые принципы подбора параметров лопастей»).

Грунт с достаточной несущей способностью – имеющий относительно высокие прочностные и деформационные характеристики (подробнее о несущей способности грунта и о том, как она определяется в статье «Несущая способность винтовой сваи»). Он расположен всегда ниже глубины промерзания. Это связано с тем, что в большинстве грунтов в пределах этого слоя происходит действие сил морозного пучения. Что касается регионов с незначительной глубиной промерзания, то здесь необходимо учитывать толщину почвенно-растительного слоя.

Однако интересующий слой может быть расположен на более значительной глубине. Применять в этом случае длинные сваи или другой тип фундамента не всегда целесообразно с экономической точки зрения. Здесь нужна комплексная оценка грунтовых условий в верхней части геологического разреза. Если знать механические характеристики этого слоя, то можно подобрать такой тип фундамента и конструкцию сваи, которые обеспечат надежность и экономичность решения.

Однако если выполнять весь комплекс инженерно-геологических изысканий, то экономии можно не достичь, так как стоимость таких изысканий довольно велика. Как сказано выше, для принятия правильного решения достаточно получить только механические характеристики, поэтому из всего комплекса изысканий можно выполнить часть работ, что поможет значительно удешевить процедуру.

Определить механические характеристики грунта и уровень залегания слоя с достаточной несущей способностью возможно с помощью геотехнических и геолого-литологических исследований. Это простая и сравнительно недорогая процедура, включающая все необходимые исследования (подробнее «Геотехнические и геолого-литологические исследования и измерения коррозионной агрессивности грунтов»).

Часто компании, которые строят фундаменты из винтовых свай, предлагают для уточнения условий участка выполнить пробное завинчивание, которое не является методом исследования грунта.

Для применяющих данный метод основным является принцип: «Если свая тяжело крутится на предполагаемой глубине установки, то ее несущая способность является достаточной», который не обеспечивает получение объективной информации о несущей способности. Во-первых, результаты очень сильно зависят от времени года, когда производят завинчивание, из-за влияния большого количества факторов, таких как: глубина промерзания, степень влагонасыщения и др. Во-вторых, процедура пробного завинчивания не дает никакой информации о типе и свойствах грунта под сваей. Поэтому контроль величины крутящего момента (который может быть определен при пробном завинчивании) должен применяться лишь для подтверждения ранее полученной расчетом предельно-допускаемой нагрузки на сваю.

Продолжающаяся засуха вызывает беспокойство по поводу строительства фундаментов в Бэк-Бэй

Несмотря на недавние дожди, в Бостоне все еще царит сильная засуха. Один из районов, где люди с особым вниманием следят за уровнем воды, — это Бэк-Бэй.

Как и большая часть города, район построен на свалке, а его старые здания стоят на деревянных сваях, которые должны оставаться под водой, чтобы не гнить.

Жизнь на «Сделанной Земле»

За Троицкой церковью Макс Денмат, начальник производственного комплекса, роняет зонд в колодец.

«Я использую эту маленькую катушечную рулетку, чтобы спуститься вниз», — подает звуковой сигнал Денмат. «Он упал, и он издаст звуковой сигнал, когда обнаружит воду. Так что прямо сейчас этот на высоте около 12 с половиной футов. Так что на самом деле он меньше, чем был в прошлом году». Это было примерно на 6 дюймов меньше.

Историческим зданиям Бэк-Бэй нужна вода, чтобы поддерживать их устойчивость.

«Фундаменты всех этих зданий, построенных в тот период, поддерживаются деревянными сваями, которые пробивались через насыпь до глины», — говорит историк Нэнси Сишоулз.«По сути, это были стволы деревьев, которые были лишены всех ветвей. Они были около 30 футов в длину».

Seasholes знает толк в том, как строился Бэк-Бэй. Она является директором и редактором «Атласа истории Бостона», который должен выйти в 2018 году, и она написала «Gaining Ground», рассказ о том, сколько Бостона было построено на том, что она называет «землей».

«Это действительно начало основного заполнения Бэк-Бэй», — говорит Сишоулз, стоя на углу улиц Арлингтон и Бикон.«Бикон-стрит была плотиной, которая шла от Коммон, у подножия Чарльз-стрит, до того места, где сейчас находится Кенмор-сквер, и эта плотина была построена между 1818 и 1821 годами, чтобы запрудить Бэк-Бэй для питания некоторых приливных мельниц».

Тогда район был открытой водой. Перед гражданской войной его начали засыпать.

Троицкая церковь — это массивное каменное сооружение, построенное в 1877 году. Оно стоит на 4500 деревянных сваях, и они должны оставаться под водой, иначе они начнут гнить при контакте с воздухом. .В 2003 году в церкви была завершена резервная система. Если уровень воды упадет слишком низко, колодец автоматически заполнится городской водой Бостона, и эта вода будет распределена под церковью.

Денмат ведет меня под церковь, чтобы увидеть ее в действии. Проходим через кухню в кладовую.

«В этой яме живет поплавок, и когда он обнаруживает, что уровень воды слишком низкий, он включает соленоид, который сообщает воде о начале заполнения», — объясняет Денмат. Соленоид — это электромагнитный клапан.

Напротив церкви Олд-Саут Нэнси Тейлор, старший священник, тоже внимательно следит за уровнем воды, чтобы увидеть, когда колодцы этой церкви нужно будет наполнять.

«И мы близки», — говорит Тейлор. «Мы перешли с измерения раз в месяц на каждые два дня».

Тейлор отмечает, что, в отличие от Тринити, Старая южная церковь, строительство которой было завершено в 1873 году, не имеет автоматической системы пополнения своих колодцев. Поэтому, если уровень воды станет слишком низким, церковь воспользуется более старомодным методом для пополнения колодцев.

«Представьте зеленый шланг, спускающийся в эту маленькую дырочку», — говорит Тейлор. «Зеленый садовый шланг».

Старая южная церковь тоже стоит на тысячах деревянных сваях.

«Представьте себе действительно прочный телефонный столб, целая группа из них, не слишком далеко друг от друга — в трех, четырех футах друг от друга — погружена на 30 футов в насыпь, а затем большие гранитные колпачки наверху их, чтобы создать фундамент », — говорит Тейлор.

«Продолжительная засуха, безусловно, влияет на уровень грунтовых вод, потому что единственное, что пополняет грунтовые воды, — это осадки», — говорит Кристиан Симонелли, исполнительный директор Бостонского фонда подземных вод, некоммерческой организации, созданной город для наблюдения за колодцами в Бэк-Бэй, а также в Фенуэй; юг, запад и север; Форт-Пойнт; и Восточный Бостон.

«Если у нас будет продолжительный период времени, как в этом году, который действительно начался в мае, когда мы начали видеть, что уровни грунтовых вод довольно стабильно падают по всей сети скважин, это оказывает влияние на всю систему, и вы можете видеть, что уровень грунтовых вод начал медленно падать », — говорит он.

Под землей так же уникальна, как и выше

Деревянные сваи — столь давняя проблема в Бостоне, что в городе работают по крайней мере две инженерные фирмы, специализирующиеся на них.

Когда вы входите в конференц-зал в офисе Haley & Aldrich в Чарлстауне, вы видите кусок дерева. Похоже на коряги. Но Майк Этвуд, который помогает клиентам компании-разработчикам решать проблемы строительства под землей, объясняет, что это часть истории Бостона, вершина сгнившей деревянной сваи, вбитой в землю более века назад.

Майк Этвуд из Haley & Aldrich в своем офисе. (Fred Thys / WBUR)

«Свая, которая могла быть, когда они строили здание, диаметром от 10 до 12 дюймов, почти как телефонный столб, может испортиться до этого», — говорит Этвуд.

Этот корявый кусок дерева выглядит так, будто у него есть маленькие веточки — более устойчивые к гниению остатки сердцевины, которые торчат. Этот остаток дерева, съеденный гнилью, когда-то помог удержать коричневый камень в нижней части Бикон-Хилл.

«Итак, когда вы гуляете по улицам Бостона, я представляю, что вы смотрите на красивую архитектуру, и когда вы смотрите на нее, каждое здание выше уровня действительно уникально, не так ли?» — говорит Этвуд. «Ну, аналогично, это может быть состояние ниже уровня».

В другой инженерной фирме — Simpson Gumpertz & Heger в Уолтеме — один из руководителей, Аарон Льюис, ведет меня в лабораторию с увлажнением и контролем температуры, где они испытывают деревянные сваи.

«Эта куча лежит в земле около 120 лет», — говорит он. «Вы можете видеть, как только вы очистите его. Мы срезали верхушку. Он в замечательном состоянии».

Льюис говорит, что они могут видеть, что старые части зданий имеют сваи, которые лучше выдержали испытание временем, потому что они использовали деревья из старовозрастных лесов, которые росли медленнее и имели более толстую сердцевину древесины, которая могла сопротивляться гниению. По мере развития XIX века начали использоваться деревья второго роста, и они быстрее портятся.

Город требует от застройщиков Бэк-Бэй и других районов собирать дождевую воду для пополнения уровня грунтовых вод всякий раз, когда они строят новое здание или ремонтируют старое.

«В конце концов должен пойти дождь»

Вернувшись в офис Бостонского фонда подземных вод, Симонелли говорит, что он пока не особо обеспокоен тем, что засуха нанесет серьезный ущерб.

«Рано или поздно пойдет дождь», — смеется он. Но есть и другие причины, по которым он не так обеспокоен.

«Здания перестроены, поэтому есть много свай, поддерживающих здание, и другая причина в том, что процесс гниения свай — медленный процесс, поэтому нам действительно потребуются годы истощения уровня грунтовых вод, чтобы начать видеть действительно пагубные последствия. эффект на эти здания », — говорит Симонелли.

И самое главное, — отмечает он, — это когда снова идет дождь и уровень грунтовых вод действительно восстанавливается, процесс гниения прекращается, поскольку сваи снова погружаются в воду.

Исправление: Из-за неверной информации, предоставленной WBUR, в более ранней версии этой истории говорилось, что уровень воды в колодце Троицкой церкви был «на фут ниже», чем в прошлом году. Это на 6 дюймов меньше. Мы сожалеем об ошибке.

Крупнейшие подземные искусственные сооружения | Земляные работы

Подземные сооружения сложно построить. Когда мы строим, а не строим, все большее значение приобретают такие вопросы, как почвоведение, структурная стабильность и гидроизоляция.

Как специалисты в области подвалов, подвалов и фундаментов, мы знакомы с уникальными проблемами подземного строительства. Тем не менее, по всему миру есть удивительные подземные объекты, являющиеся чудесами инженерной мысли.

В приведенном ниже списке вы можете прочитать о некоторых из самых больших, самых глубоких и впечатляющих подземных сооружений.

Deepest Станция метро

Арсенальная в Киеве, Украина: 346 футов под землей

Возможно, вы привыкли идти под землей, чтобы успеть на метро, ​​но в Киеве, Украина, до станции метро «Арсенальная» можно добраться за пять минут на эскалаторе.

Находясь на глубине 346 футов под землей, это была самая глубокая станция в мире, когда она открылась в 1960 году, и до сих пор удерживает титул.

Глубина — результат холмистого ландшафта. Город Арсенальная находится на вершине холма, рядом с крутой долиной и рекой Днепр. Станция «Арсенальная» находится далеко под поверхностью, но следующая станция на линии находится на уровне земли. Это позволяет подземному поезду двигаться в основном по ровной дороге, даже если над землей есть большой холм.

Для сравнения, самая глубокая станция метро в системе метро Нью-Йорка — это станция 191-й улицы в Вашингтон-Хайтс. Это 173 фута под землей, примерно вдвое меньше Киевского вокзала.

Самый глубокий подвал

Сиднейский оперный театр, Австралия: 120 футов под землей

Изогнутая линия крыши Сиднейского оперного театра делает его одним из самых характерных зданий в мире. Однако ниже уровня улицы есть огромный подземный гараж, который был назван самым глубоким подвалом в мире.

Автор изображения: Ирина Соколовская — stock.adobe.com

12-этажный гараж простирается на 120 футов под землей. В качестве дополнительной сложности гараж находится всего в 200 футах от восточной стороны Сиднейской гавани и простирается примерно на 91 фут ниже уровня моря.

Интересно, что бетонная конструкция не является типичной подземной площадью. Несмотря на то, что ранние проекты требовали стандартного гаража, правила, касающиеся пожарных лестниц, создавали проблему проектирования, которая затрудняла максимальное использование парковочных мест, а также обеспечение безопасности.

Окончательное решение заключалось в создании структуры, которая представляла собой серию подземных кривых, похожих на двойную спираль. Дизайн был новаторским, и он также решал потребность в структурной устойчивости, безопасности и максимальном количестве доступных парковочных мест.

Проект занял менее 27 месяцев, был завершен раньше, чем планировалось, и уложился в рамках бюджета.

Самый длинный подземный туннель

Готардский базовый туннель, Швейцария: длина 35 миль

Готардский базовый туннель, проходящий через Швейцарские Альпы, является самым длинным туннелем в мире.35-мильный туннель открылся для публики в 2016 году.

Готардский перевал — это место других железнодорожных и транспортных туннелей. Тем не менее, этот туннель является первым, где проложен ровный маршрут через Альпы, не требующий подъема на высоту.

Автор изображения: Леонид Андронов — stock.adobe.com

Около 28 миллионов тонн породы было выкопано, чтобы построить туннель. Изменчивый состав гор означал, что инженеры боролись с 73 различными типами горных пород, некоторые из которых были твердыми, как гранит, а другие — мягкими, как песок.

Северный вход в Эрстфельд, Швейцария, находится в 35 милях от южного входа в Бодио. В самой глубокой точке туннель находится на 8040 футов ниже поверхности. Без вентиляции температура в центре горы может достигать 115 градусов.

Чтобы поместить 35-мильный туннель в контекст, сравните его с туннелем-мостом Хэмптон-Роудс, длина которого составляет всего 3,5 мили, или туннелем Эйзенхауэра через Скалистые горы Колорадо, протяженностью 1,7 мили.

Фундамент самого глубокого здания

Salesforce Tower, Сан-Франциско: на 310 футов ниже существующего уровня

Один из самых глубоких фундаментов зданий в мире находится под башней Salesforce в Сан-Франциско, Калифорния.Завершенный в 2017 году 61-этажный небоскреб высотой 1070 футов опирается на фундамент, простирающийся на 310 футов под землей.

Особого внимания заслуживает конструкция фундамента, поскольку она устанавливает новые стандарты сейсмической безопасности. Команда инженеров предложила фундамент, который позволил выдержать массивный вес здания на сложных грунтовых пластах города и слабых породах. Он также управлял инженерно-геологическими рисками, включая возможное разжижение и чрезмерную осадку.

Фундамент башни Salesforce глубиной 310 футов превосходит фундамент глубиной 282 фута Шанхайской башни, еще одного небоскреба в зоне землетрясения.

Фундамент состоял из бетонной плиты толщиной 14 футов и шириной около акра. Посмотрите на 49 миллионов фунтов бетона, которые заливаются ниже.

В отличие от успеха Salesforce Tower, проект фундамента Millennium Tower в Сан-Франциско был полон проблем. 58-этажное элитное жилое здание было открыто в 2009 году. Оно было построено на фундаменте из бетонных фрикционных свай глубиной от 60 до 90 футов, но не доходило до скалы.К 2016 году здание просело на 16 дюймов, а к 2018 году наклонилось на 14 дюймов.

Конструкция имела явные признаки проблем с фундаментом, включая трещины в основании здания и окружающем тротуаре. Каждый владелец роскошной квартиры потерял в среднем 320 000 долларов в стоимости недвижимости в результате проблем с опусканием, опрокидыванием и фундаментом.

Самый большой подземный город

Каппадокия, Турция: 18 этажей глубиной

Подвиги подземной инженерии не ограничиваются современностью.В Каппадокии, Турция, была сеть удивительных подземных городов, датируемых 1200 годом до нашей эры.

В Деринкую была давняя достопримечательность, где публика могла посетить подземные пещеры. Сейчас известно, что его глубина составляет 18 этажей. Оно было обнаружено в 1963 году, когда турецкий мужчина разрушил стену в своем подвале и обнаружил туннель. С тех пор по всему городу было обнаружено более 600 входов.

ФОТОАЛЕМ — stock.adobe.com

В этом регионе километры туннелей соединяют пещеры Деринкую с более чем 200 другими подземными городами, все из которых были высечены в вулканической породе региона.

В 2013 году в соседнем городе Невшехир было обнаружено новое подземное пространство. По предварительным оценкам геофизиков, это самый большой подземный город в регионе. Его площадь составляет около пяти миллионов квадратных футов, и он простирается до 371 фута под землей, что на 30 процентов больше, чем Деринкую.

Самый глубокий подземный исследовательский центр

Подземная лаборатория Китая Цзиньпин: глубина 7900 футов

Многие из сегодняшних ведущих ученых могут работать над передовыми проектами, проводя свои исследования в подполье.В подземных мирах подземных исследовательских центров эксперименты можно защитить от космического излучения.

Когда чувствительные физические эксперименты проводятся на глубине мили под землей, космический шум уменьшается в 10 миллионов раз.

Самый глубокий подземный исследовательский центр в мире находится под горами Цзиньпин в провинции Сычуань, Китай. На глубине 7900 футов исследователи исследуют темную материю.

Одним из преимуществ конструкции здания является то, что к нему можно попасть по горизонтальной подъездной дороге.Поскольку подземное место находится в центре горы, транспортные средства могут легко добраться до места, не нуждаясь в сложной транспортной системе для управления спуском.

В США самая глубокая подземная лаборатория — это подземный исследовательский центр Сэнфорд в Южной Дакоте, глубина которого составляет 4889 футов.

Этот объект находится в бывшем золотом руднике, и сейчас здесь более 28 активных исследовательских проектов, в том числе по темам исследования физики темной материи и нейтрино.Есть место для расширения, а бывшая шахта простирается на 8000 футов ниже поверхности.

Вам интересно узнать о подвале или подполье под вашим домом? Бесплатный осмотр ведущих специалистов страны по ремонту фундаментов поможет вам решить любые проблемы, подготовиться к погодным явлениям и защитить ваши вложения в недвижимость.

Как построить с твердым фундаментом

«Это было похоже на добавление ножек под стол», — сказал Бернард Ф. Ланган, президент Langan Engineering and Environmental Services, Elmwood Park, N.J., который выступал в качестве геотехнического консультанта по проекту.

В некоторых случаях опоры создаются путем забивания свай из дерева, бетона или стали на место, а не путем сверления отверстий для кессонов. Забивка свай является шумной и вызывает сильную вибрацию, которая может мешать примыканию к зданиям или подземной деятельности. «Но это дешевле, и если вы находитесь достаточно далеко от существующих зданий, это возможно», — сказал Эндрю Дж. Чианчи, вице-президент Langan Engineering.

Для определения состояния грунта перед выемкой грунта компания Langan использует сверло диаметром два дюйма, изготовленное из промышленного алмаза.Ствол бура вытягивает горную породу цилиндрическими кусками длиной около пяти футов, а иногда и меньше. «Чем больше кусок, тем лучше качество камня», — сказал г-н Ланган. По его словам, скала, которая может удерживать небоскребы в центре города, — это твердый неповрежденный сланец.

В районе Таймс-сквер Urban Foundation является субподрядчиком раскопок, которые в настоящее время ведутся для проекта 3 Times Square на Седьмой авеню между 42-й и 43-й улицами. Tishman Real Estate and Construction в партнерстве с Rudin Management возводит 32-этажную офисную башню в качестве североамериканской штаб-квартиры британской информационной компании Reuters.Яма глубиной 32 фута на участке площадью 32 000 квадратных футов вырывается в старых фундаментах снесенных зданий.

«Камень хорош, — сказал Мелвин Фебиш, председатель Urban Foundation. «Старые подвалы были на 10 футов ниже, а мы спускаемся еще на 20 футов для нового уровня подвала». Скала внизу способна нести нагрузку 40 тонн на квадратный фут. При такой несущей способности не требуются ни сваи, ни кессоны.

Три оживленных улицы, метро под ними и два исторических здания окружают территорию.Подрядчики говорят, что они заменяют «плохую» породу на «хорошую» породу, то есть бетон вместо выветренного сланца — под фундаментами примыкающих зданий, чтобы предотвратить их оседание во время и после процесса земляных работ.

На участках, расположенных ближе к рекам Манхэттена, обычно требуются кессоны или сваи. А на многих узких и глубоких участках система распорок для защиты соседних владений и улиц во время строительства является сложной.

Все о строительстве — Frost Science

Новый Музей науки Филиппа и Патрисии Фрост станет местом, где вы сможете узнать все о науке и технике.Так почему бы не получить фору и не узнать немного об инженерных решениях, стоящих за строительством здания? Взгляните на фотографии ниже, чтобы понять, что происходит.

Здесь представлены свайные цоколи с соединяющей их балкой. Прямоугольный колпак на переднем плане имеет под собой 2 литых шнековых сваи, а треугольный свайный колпак имеет 3 сваи внизу. Эти сваи, заглушки и опорные балки не будут видны после постройки здания, но являются важными частями фундамента, который будет поддерживать здания музея и аквариумы.Но что все это значит? Шнековые литые сваи действуют как ножки стола и являются подземной частью фундамента для зданий в таких районах, как Майами, где грунт не обладает высокой прочностью для больших тяжелых зданий. Они сделаны с помощью гигантского полого бурового долота (шнека), который в нашем случае пробуривает до 55 футов (что было определено инженером-геологом). Затем через центр полого шнека в землю вдавливается высокопрочная жидкая бетонная смесь.По мере того, как бетон течет на дно отверстия, шнек медленно извлекается из отверстия, так что отверстие заполняется бетоном, и грязь не может упасть обратно в отверстие. Если сваи являются опорами стола, то заглушек представляют собой столешницы, которые состоят из бетона толщиной около 4 футов. На стройплощадке музея есть свайные заглушки разных размеров. У некоторых есть только одна, две или три сваи, а у некоторых — дюжина или больше, в зависимости от нагрузки, которую они выдерживают. На колпаки свай будут опираться колонны здания музея и опорные колонны Аквариума.Балки класса — это бетонные балки, которые соединяют друг с другом заглушки свай, распределяют нагрузку и помогают стабилизировать заглушки свай, чтобы все элементы системы фундамента были связаны друг с другом.

Большой свайный колпак и арматура составляют начало одного из двух фундаментов башенного крана (которые будут заброшены после завершения строительства). Стальная рама синего цвета, напоминающая старую монтажную конструкцию, является базовой секцией башенного крана. Стальные арматурные стержни (или для краткости « арматура ») обычно встраиваются в сетку внутри бетона, чтобы добавить прочности и долговечности бетонной конструкции.Размеры и расположение арматуры в бетоне разрабатываются инженером-строителем и соответствуют тому, какой вес или «нагрузка» бетон будет выдерживать.

Вот две линии морской воды диаметром 6 дюймов, устанавливаемые из бесшовных рулонов полиэтиленовой трубы высокой плотности длиной 450 футов. Трубопроводы морской воды позволят музею откачивать морскую воду из залива Бискейн для наполнения аквариумных резервуаров и непрерывно добавлять морскую воду, которая теряется при испарении. Насосы будут расположены внутри музея на уровне земли, где большие резервуары для хранения будут хранить морскую воду до тех пор, пока она не понадобится.

Здесь базовая часть башенного крана устанавливается на место перед заливкой бетона. Следите за обновлениями, чтобы увидеть возведенный башенный кран и узнать, как он поможет продолжить строительство!

Анализ влияния подземных выработок на прилегающие здания и окружающую почву на основе теста с масштабной моделью

В городских районах принято строить подземные сооружения рядом с существующими зданиями. Чтобы исследовать влияние земляных работ на соседние существующие здания и окружающую почву, восемь испытаний модели в параллельном масштабе, которые рассматривали процесс вырубки и строительства покрытия, выполняются с двумя типами диаметра опорных свай, двумя типами прилегающей конструкции, и два вида относительного расстояния по горизонтали от выработки в лаборатории.Также представлены и обсуждаются вариации горизонтальных и вертикальных смещений соседних зданий и давления грунта вокруг котлована и фундаментов существующих зданий с различными параметрами. Затем сравниваются и анализируются экспериментальные данные и результаты восьми прототипов конечно-элементных моделей.

1. Введение

Темпы урбанизации продолжают неуклонно расти по всему Китаю. В настоящее время, стремясь поддержать быстрый экономический рост, китайские города сталкиваются со многими насущными проблемами, которые серьезно угрожают городской среде обитания, такими как перенаселенность, нехватка земельных ресурсов, ухудшение загруженности городского транспорта и ухудшение состояния окружающей среды.В процессе городского развития подземное пространство как важный компонент городского земельного ресурса все чаще используется для эффективного решения городских проблем, таких как муниципальный транспорт, предотвращение стихийных бедствий, защита окружающей среды и нехватка земли [1–4]. Использование подземного пространства стало тенденцией в развитии, поскольку земельные ресурсы в городах уменьшились. Поэтому становилось все более обычным рытье подземных сооружений рядом с уже построенными зданиями [5].

Частота проведения открытых и подземных выработок постепенно увеличивается в связи с развитием и модернизацией инфраструктуры и строительством новых зданий. В городских районах существует множество ситуаций, когда предлагается строительство подвала или подземных сооружений, таких как проект подземной гражданской противовоздушной обороны, рядом с существующими зданиями. В этом случае важно оценить влияние земляных работ на окружающий грунт и прилегающие здания, а также оценить осадку грунта для правильного проектирования подземного сооружения.Строительство подземного сооружения часто вызывает оседание грунта, начиная от регионального проседания до мелкомасштабных обрушений, что приводит ко многим проблемам, таким как повреждение здания и разрушение конструкции [6]. В то же время возросла обеспокоенность общественности по поводу воздействия подземных выработок на прилегающие сооружения и коммуникации [7]. Соседние конструкции могут быть деформированы и повреждены в результате земляных работ, вызывая множество проблем, таких как потеря бесценной исторической собственности, удар третьей стороны, задержка строительства и значительное увеличение стоимости проекта.

Теорема подобия — это своего рода принцип, изучающий сходные явления и принципы подобия. Это основа модельного теста, и эту теорему можно применить в новом дизайне модельного теста. Теория подобия масштабной модели объясняет взаимосвязь между масштабной моделью и поведением соответствующего прототипа. Роча [8] систематически описал масштабное моделирование для задач механики грунтов в поле силы тяжести 1 g. Монкарц и Кравинклер [9] считали, что если адекватная модель правильно масштабирует основные особенности проблемы, масштабные отношения между прототипом и моделью существенно не пострадают.В предыдущем исследовании Савваф и Назир [10] проанализировали результаты лабораторных модельных испытаний по влиянию боковых перемещений грунта, вызванных глубокими выемками, на поведение модельного ленточного фундамента, примыкающего к выемке, и обсудили вариации измеренного основания. вертикальные поселения с разными параметрами. Fang et al. [11] провели испытания физической модели строительства автомобильного туннеля и исследовали устойчивость окружающих горных пород в зависимости от различного расстояния между зоной провала и туннеля и углов падения угольного пласта.Ян и др. [12] исследовали механическое поведение типичного сочлененного горного блока, расположенного рядом с подземной выработкой, путем сравнения режимов разрушения численного моделирования с соответствующими экспериментальными результатами физических испытаний сочлененного блока. Шахин и др. [13, 14] изучали влияние существующей строительной нагрузки на деформацию и давление грунта на грунт в неглубоких туннелях с помощью двухмерных модельных испытаний и численного анализа. Kusui et al. [15] провели большое количество туннельных экспериментов в уменьшенном масштабе, чтобы исследовать реакцию неподдерживаемых стен на увеличенное поле напряжений.Xu et al. [16] провели серию испытаний на трехмерном вибростоле для исследования механизма и воздействия сейсмических мероприятий горного туннеля с использованием масштабированной модели, основанной на реальном туннеле. Кроме того, испытание на центрифуге часто использовалось для изучения эффекта земляных работ, а Лиянапатирана и Нишантан [17] и Чжан и др. [18, 19] проанализировали поведение сваи, вызванное выемкой грунта, с помощью метода конечных элементов и центрифужных испытаний. Что касается параметров влияния на строительство котлована, Яширо и др.[20] провели анализ параметров, сосредоточив внимание на покрывающих породах и коэффициенте жесткости грунта с помощью отдельных съемок и численного анализа. Boone et al. [21] представили модифицированный подход для оценки потенциального ущерба и сравнения с историями болезни с использованием строительных данных из большой раскопки с раскосами. Hsiao et al. [22–24] рассмотрели расчетную осадку как нагрузку в контексте анализа надежности и предложили упрощенную модель для оценки потенциала повреждения здания, примыкающего к раскопанной выемке.Лонг [25] суммировал общие тенденции и закономерности, основанные на примерно 300 историях случаев сдвигов стен и грунта в результате глубоких раскопок по всему миру.

В данном исследовании проиллюстрированы некоторые новые аспекты и механизмы влияния подземных выработок с помощью испытаний на масштабной модели и анализа методом конечных элементов. Целью данного исследования является влияние подземных выработок на соседние существующие здания и окружающую почву в случаях различных параметров воздействия, таких как размер опорных свай, нагрузка и слой соседних существующих зданий, а также относительное расстояние по горизонтали от объекта. раскопки.Процесс строительства котлована моделируется путем испытания модели в закрытом масштабе на основе принципа подобия. В этой статье сравнивается и анализируется разница в изменениях горизонтальных и вертикальных смещений существующих зданий и давления грунта возле фундамента существующих моделей зданий согласно восьми параллельным испытаниям различных параметров влияния и анализу численного моделирования.

2. Установка для тестирования масштабной модели

В основе теоремы подобия лежат три принципа подобия, наука об условиях, при которых физические явления подобны.Это связано с анализом размеров и обеспечивает основу для физического моделирования. Теория подобия устанавливает критерии подобия для различных физических явлений и изучает свойства явлений с помощью этих критериев. Физическое подобие — это обобщение элементарного и интуитивно очевидного понятия геометрического подобия. В физике считается, что расчет основывается на первых принципах, если он начинается непосредственно на уровне установленных законов физики и не предполагает таких предположений, как эмпирическая модель и подгоночные параметры.Два геометрических объекта называются подобными, если они оба имеют одинаковую форму, или один имеет ту же форму, что и зеркальное отображение другого. Точнее, одно можно получить из другого путем равномерного масштабирования (увеличения или уменьшения), возможно, с дополнительным перемещением, поворотом и отражением. Это означает, что объект можно масштабировать, перемещать или отражать так, чтобы он точно совпадал с другим объектом. Если два объекта похожи, каждый из них соответствует результату определенного равномерного масштабирования другого.Современная и новая перспектива подобия состоит в том, чтобы рассматривать геометрические объекты подобными, если один кажется совпадающим с другим при увеличении или уменьшении масштаба на каком-то уровне.

В геометрии, если соответствующие геометрические элементы двух фигур или твердых тел пропорциональны, фигуры считаются подобными. Исходя из первого принципа, размер прототипа уменьшается (или увеличивается) на определенную пропорцию для создания модели, а константы подобия параметров следующие: где — параметр геометрического подобия, — длина, и индексы стенд для прототипа и модели соответственно.Целью масштабного испытания является исследование давления грунта и смещения соседних зданий в процессе строительства подземных выработок. В целом, чем больше масштабная модель, тем лучше может быть отражена реальная ситуация с прототипом. Из-за ограничений лабораторных условий и других факторов модель не может быть слишком большой. Обычно параметр геометрического подобия моделированного забоя и открытого откоса принимают равным 50 ~ 100, а параметр геометрического подобия подземной конструкции и тоннеля принимают равным 20 ~ 50.Параметр геометрического подобия принимается равным 15 с учетом условий строительства подземных выработок и модельного полигона, а также влияния грунтовых нагрузок. Испытания экспериментальной модели проводились в бетонном испытательном боксе, имеющем внутренние размеры 5,9 м × 2,4 м в плане и 1,5 м в глубину после того, как он был утрамбован песком на дне испытательного бокса, как показано на рисунке 1.

Принимая во внимание Самая неблагоприятная ситуация при строительстве подземных выработок, грунт, используемый в этом масштабном испытании, представляет собой мелкий песок, плотность песка определена равной 1.56 кг / м ³ , коэффициент пустотности 0,43, влажность 3,43%. Удельный вес частиц почвы измеряли пикнометрическим методом. Было проведено три испытания, получивших среднее значение удельного веса 2,63. Кроме того, оптимальное содержание влаги составляет 10,1%, а максимальная плотность в сухом состоянии составляет 1,875 кг / м ³ по результатам пяти испытаний на уплотнение. Гранулометрический состав был определен с использованием метода сухого просеивания, результаты представлены на рисунках 2 и 3.Коэффициент однородности () и коэффициент кривизны () песка составляли 2,74 и 0,89 соответственно. Испытание на трехосное сжатие было проведено, как показано на рисунке 4, угол внутреннего трения и сила сцепления составляли 30,54 ° и 17 кПа соответственно. А средний модуль сжатия песчаного грунта по трем испытаниям на сжатие составляет 35,53 МПа.

Песок равномерно насыпали в испытательную камеру три раза, чтобы обеспечить однородность плотности песка, и через 72 часа после каждой заливки.Как показано на рисунках 5 и 6, датчики давления почвы (диапазон 0–100 кПа, точность 10 ^–5 кПа, Китай) были закопаны горизонтально в песок после заполнения, которые использовались для измерения изменения давления почвы. И данные датчиков были собраны прибором сбора статической деформации (Donghua Dh4816, Китай). Кроме того, датчики давления почвы были откалиброваны перед тем, как их погрузить в землю путем испытания давления жидкой воды, чтобы определить скорость K датчиков давления почвы.

Как показано на Рисунке 7, датчики давления почвы №№ 101, 102, 103, 106 и 111, 115, 116, 120 и 121 были заглублены на 0,1 м ниже фундамента соседних зданий, а датчики давления грунта №№. 104, 105, 107, 108, 112, 113, 114 и 110 были заглублены на 0,1 м ниже нижней плиты модели подземного сооружения. Кроме того, датчики давления почвы №№. 117, 118 и 119 располагались под номерами. 108, 112 и 113 соответственно, на 0,2 м ниже нижней плиты модели подземного сооружения и №110 находился под № 112 на 0,3 м ниже нижней плиты, которые не показаны на Рисунке 7. Есть двадцать два датчика давления грунта, полностью погруженных в песок.

Горизонтальные и вертикальные смещения были измерены во время масштабных испытаний. Двенадцать циферблатных индикаторов (диапазон 0–10 мм, точность 0,01 мм, Китай) были установлены на магнитных основаниях, соответственно, для отслеживания реакции осадки соседних моделей зданий во время моделирования земляных работ, как показано на Рисунке 8.В дополнение к этому, смежная модель каркасной конструкции была изготовлена ​​из поливинилхлорида, который учитывал линейную деформацию и жесткость, а модели каркасной конструкции подвергались нагрузке с помощью некоторых ящиков с песком на основе аналогичного геометрического параметра.

В таблице 1 показаны параметры влияния каждого теста параллельной шкалы. Нагрузка означает, что конструкция левой рамы представляла собой четырехэтажную модель (жесткость 37,268 Н / мм) с ленточным фундаментом, а конструкция правой рамы была двухэтажной моделью (жесткость 97.3 Н / мм) с колонным фундаментом, а нагрузка B означает, что конструкция левой рамы была восьмиэтажной (жесткость 49,86 Н / мм) с ленточным фундаментом, а правая конструкция рамы была четырехэтажной (жесткость 115,9 Н / мм). ) модель с колонным фундаментом. Эти модели конструкций с силовыми блоками аналогичны прототипам бетонных каркасных конструкций, как показано на Рисунке 9.

Метод разрезания и прикрытия является традиционным методом строительства подземное сооружение: сначала выкапывается покровный грунт, а затем сооружается опорная конструкция (примыкающие сваи) с обеих сторон котлована. Во-вторых, производится выемка грунта при укреплении временной опорной конструкции.В-третьих, поочередно заливают нижнюю плиту, колонны боковых стен и кровлю подземного сооружения. Наконец, строительство подземных выработок завершается после засыпки покровного грунта. Каждое испытание на модели в параллельном масштабе имитировало процесс строительства подземных выработок методом вскрытия и закрытия. Основные этапы испытаний заключаются в следующем: начальное состояние, выемка покровного грунта, строительство опорной конструкции, выемка грунта, строительство подземного сооружения и засыпка покровного грунта, как показано на Рисунке 10.Кроме того, процесс моделирования каждого испытания масштабной модели выполняется вручную, а опорная конструкция моделируется трубой из поливинилхлорида, которая подобна смежным сваям.

Данные испытаний датчиков давления почвы и циферблатных индикаторов собирались через два часа, шесть часов, десять часов и двадцать часов после каждого этапа тестирования. На рисунке 11 представлена ​​масштабная тестовая модель.

3. Смещение смежного здания Модель

В процессе строительства подземных сооружений на соседние здания оказывает влияние разгрузка грунта, опорные сваи, выдавливающие грунт и т. Д., Что может вызвать горизонтальный наклон и вертикальное оседание.Горизонтальные и вертикальные смещения существующей модели каркасной конструкции измерялись циферблатными индикаторами, которые были установлены вверху и внизу моделей смежных конструкций для горизонтального смещения и на ближайшем и самом дальнем от выемки месте для вертикального смещения. Во время каждого теста параллельной масштабной модели этапы сбора данных циферблатных индикаторов показаны в таблице 2.

Измеренные изменения контрастности каждого параллельный тест сверху и снизу соседнего здания показаны на рисунке 12.Кривые показывают, что горизонтальное смещение явно изменяется во время строительства выемки грунта и опорных свай, которые особенно подвержены выжиманию грунта, а влияние на существующие здания на других этапах строительства относительно невелико.

Кроме того, амплитуда изменения и величина горизонтального смещения относительно больше в модельном испытании, в котором и количество структурных слоев, и нагрузка меньше, но диаметр опорной сваи больше.Горизонтальное смещение модели левой смежной конструкции не очевидно, поскольку относительное расстояние по горизонтали от выемки больше, а значение находится в очень небольшом диапазоне. Кроме того, следует отметить, что пиковое значение горизонтального смещения на нижней части модели каркасной конструкции существует в испытании II с наибольшим диаметром опорных свай и наименьшим относительным расстоянием по горизонтали, и воздействие заметно заметно по мере того, как строительство опорных свай.Однако величина и пиковое значение горизонтального смещения структуры правого кадра, очевидно, больше, чем у структуры левого кадра.

Вариации вертикального смещения модели конструкции соседней рамы из каждого испытания модели в параллельном масштабе показаны на рисунке 13. Подобно горизонтальному смещению, пиковое значение вертикального смещения также появляется в испытании II. Можно проверить, что общая величина вертикального смещения в ближайшей точке к выемке грунта относительно велика, а изменение смещения значительно очевидно из-за близости к опорным сваям во время строительства рядных свай.Однако изменения вертикального смещения относительно незначительны при увеличении нагрузки и структурных слоев модели соседнего здания. Кроме того, вертикальное смещение существующей модели рамной конструкции имеет небольшое общее значение в пределах 0,5 мм на самом дальнем расстоянии от котлована, а в некоторых модельных испытаниях имеет место обратный наклон.

Чтобы исследовать влияние земляных работ на соседние здания, горизонтальные смещения, измеренные при каждом испытании масштабной модели в верхней и нижней части левой и правой моделей рамы в испытаниях масштабной модели, вычитаются для получения относительных значений, как показано на рисунке. 14.Кривые показывают, что горизонтальный наклон является значительным при строительстве опорных свай, особенно в испытании II и испытании IV, в котором горизонтальное расстояние больше, а диаметр опорных свай относительно больше.

Таким же образом относительное вертикальное смещение получается путем вычитания вертикальных смещений ближайшего и самого дальнего расстояний от выемки в каждом испытании на масштабной модели, как показано на рисунке 15. В отличие от относительного горизонтального смещения, относительное вертикальное смещение модели правой рамной конструкции в испытании II и испытании IV значительно возрастает по мере того, как конструкция опорных свай и модели соседних зданий, очевидно, проседают из-за относительно небольшого расстояния от котлована.

4. Давление грунта

Сдвиги грунта, вызванные земляными работами, и их воздействие на прилегающие существующие здания являются источником серьезной озабоченности для подземных сооружений. В этой статье анализируется изменение давления почвы вокруг выемки, которое может отражать состояние возмущения Земли в результате строительства выемки. Во время каждого испытания модели в параллельном масштабе этапы сбора данных датчиков давления почвы показаны в таблице 3.

Датчики давления почвы No.112, 118 и 122 были заложены под середину выемки через каждые 0,1 м, что было измерено в ходе каждого испытания масштабной модели и показано на рисунке 16. Также можно увидеть, что давление почвы при выемке грунта значительно колеблется из-за эффект разгрузки при выемке грунта, и кривые незначительно меняются во время выемки покровного грунта и строительства опорной конструкции по сравнению с другими этапами строительства. Кроме того, уменьшение давления грунта значительно с увеличением расстояния от дна выемки, а кривые достигают максимального значения из-за выемки грунта.Однако важно отметить, что влияние существующей нагрузки здания относительно велико вблизи дна выемки.

Чтобы исследовать влияние относительного расстояния по вертикали на грунт под подземной конструкцией, численное соотношение между относительным расстоянием от дна выемки и давлением грунта от каждого испытания масштабной модели показано на рисунке 17, где — относительное расстояние. от дна выемки и,,,,,,, и — давления грунта при выемке из испытания масштабной модели I, II, III, IV, V, VI, VII и VIII, соответственно.

На рисунке 18 показано изменение давления почвы на разных расстояниях по горизонтали от середины выработки, но на одинаковом расстоянии по вертикали от дна выработки. Можно видеть, что давление грунта более явно демонстрирует колебания вблизи существующих зданий (№ 107 и 114), чем под средней линией выемки (№ 110) во время выемки покровного грунта и строительства опорной конструкции. на которое в основном влияет количество слоев и нагрузка соседних зданий и относительное расстояние по горизонтали, а давление грунта рядом с существующим зданием с большей нагрузкой относительно велико.

При каждом испытании масштабной модели датчики давления грунта заглубляются на 0,1 м ниже основания существующей модели рамной конструкции с левой и правой сторон. На рисунках 19 и 20 показано изменение давления грунта под фундаментом левой и правой существующей модели конструкции, соответственно, наиболее удаленных от каждого параллельного испытания. Напротив, давление грунта под фундаментом существующих зданий ниже, чем общее значение ниже выемки грунта, и кривые давления грунта, очевидно, колеблются, особенно вблизи опорных свай.Кроме того, общее численное изменение давления грунта под правым фундаментом относительно очевидно из-за уменьшения количества структурных слоев и нагрузок. Можно утверждать, что устойчивость грунта под фундаментом соседнего здания в значительной степени зависит от нагрузки и формы фундамента конструкции. Однако при строительстве земляных работ почва не подвергается такому воздействию, как почва под выемкой, и общая стоимость относительно невелика.

В заключение, давление грунта показывает разные изменения от каждого испытания модели в параллельном масштабе из-за разного размера опорных свай, нагрузки и слоя соседних существующих зданий, а также относительного расстояния по горизонтали во время строительства земляных работ.Размер опорных свай очевиден по сравнению с нарушением окружающей почвы, а давление грунта при выемке грунта зависит от разгрузки вынутого грунта и нагрузки подземной конструкции. Кроме того, пиковое значение колебаний больше, чем давление грунта под фундаментом соседнего здания. Кроме того, из-за дискретности песка, используемого в модельном испытании, и влияния принципа подобия масштабной модели, есть определенные различия в результатах данных некоторых датчиков давления почвы, но это не влияет на общую тенденцию изменения почвы. давление вокруг подземной конструкции во время земляных работ.Измеренные значения датчиков давления грунта в каждом испытании на масштабной модели могут отражать изменения окружающего грунта, вызванные параметрами влияния при приближающемся строительстве подземного сооружения.

5. Сравнение с численными результатами

Чтобы сравнить влияние испытания масштабной модели и модели прототипа на строительство подземных сооружений, восемь различных моделей конечных элементов прототипа испытаний земляных работ были выполнены с помощью метода конечных элементов. программное обеспечение MIDAS / GTS, основанное на принципе геометрического подобия первой теоремы подобия, как показано на рисунке 21.И тестовые модели I, III, V и VII и тестовые модели II, IV, VI и VIII отличаются размером смежных свай, не показанным в моделях конечных элементов.

Размеры модели подобраны таким образом, чтобы влияние граничных условий на результаты численного анализа было незначительным. За исключением поверхности земли, граничные условия были полностью исправлены; свободна только верхняя граница поверхности. Изопериметрические гексаэдрические элементы с восьмью узлами использовались для представления массы почвы.Четырехузловые элементы оболочки с уменьшенными точками интеграции использовались для моделирования плит окружающих зданий и подземной конструкции. Двухузловые линейные элементы использовались для моделирования балок, колонн, фундаментов и опорных конструкций. Упругопластическая конститутивная модель необходима для анализа упругопластических напряжений и деформаций грунта. Количество узлов и элементов прототипов моделей составляет примерно 31620 ~ 34340 и 29195 ~ 32369 соответственно. Материальные параметры грунта такие же, как и в каждом испытании на масштабной модели, бетонный пол соседних зданий — C25 (модуль упругости — 2.8 × 10 ⁴ МПа), а подземная конструкция и другие бетонные конструкции, такие как колонна, балка и фундамент соседних зданий и прилегающие сваи, — C30 (модуль упругости составляет 3,0 × 10 ⁴ МПа).

В этой статье упругопластическая конститутивная модель Друкера – Прагера была использована для естественного грунта в численном анализе. Предполагалось, что окружающие здания, подземные конструкции и опорные конструкции обладают линейно-упругим поведением. Моделируются основные строительные условия испытания масштабной модели, такие как начальное состояние, выемка покровного грунта, строительство опорной конструкции, выемка грунта, строительство подземного сооружения и засыпка покровного грунта.

Сравнение горизонтального смещения существующих зданий между результатами экспериментального и численного моделирования показано на рисунке 22, где сплошные и пунктирные линии представляют результаты испытаний масштабной модели и численных расчетов соответственно. Смоделированные значения горизонтальных смещений соседних зданий во время строительства котлована больше, чем результаты испытаний масштабной модели, поскольку конечно-элементные модели имеют исходный размер для каждой тестовой модели масштаба, а кривые горизонтальных смещений конечно-элементных моделей очевидно меняются по мере раскопок почвы.Кроме того, численные результаты примерно в два-пять раз превосходят результаты экспериментов, на что влияют такие факторы, как дискретность песчаного грунта и жесткость модели каркасной конструкции, а также тенденция горизонтального смещения. Также видно, что максимальное горизонтальное смещение левой рамной конструкции составляет менее 5 мм, а максимальное горизонтальное смещение внизу менее 2,5 мм. Горизонтальное смещение правой конструкции рамы, очевидно, меняется из-за небольшой нагрузки на конструкцию, а максимальное горизонтальное смещение вверху составляет около 12.2 мм, максимальное значение внизу около 4,9 мм.

Как показано на рисунке 23, можно видеть, что кривые вертикального смещения масштабных испытаний и численные результаты меняются аналогичным образом, за исключением конструкции рамы, ближайшей к выемке с правой стороны в испытаниях III и IV, и разницы между Масштаб испытаний и результатов конечно-элементных моделей невелик. Однако максимальное вертикальное смещение численных результатов в испытании III и испытании IV составляет 8,3 мм и 9,3 мм, соответственно, потому что нагрузка рамной конструкции с правой стороны меньше и ближе к выемке.

Из приведенного выше сравнительного анализа мы можем видеть, что изменения кривой данных, измеренные с помощью восьми параллельных модельных испытаний, могут качественно отражать влияние строительства подземных выработок на соседние здания и почву, окружающую выемку, с различными параметрами влияния, такие как нарушение почвы при строительстве опорных свай, оседание существующей конструкции вблизи выемки грунта и другие явления.

Хотя испытания модели в масштабе помещения удовлетворяют геометрическому подобию, основанному на первой теореме подобия, экспериментальные результаты имеют определенную степень разброса и не соответствуют строгой пропорциональной зависимости с результатами численных расчетов из-за плохой когезии песчаного грунта. в коробке модели и жесткости самой рамы модели.Зона влияния, вызванная подземной выемкой, в основном сосредоточена на дне и по обеим сторонам выемки. Результаты метода конечных элементов прототипа конструкции выемки показывают, что грунт на площади 7,5 м непосредственно под выемкой нарушен в различной степени, а максимальное значение вертикального смещения грунта достигает 11 мм. Нарушение грунта с обеих сторон подземной выработки в основном сосредоточено в пределах 1,5 м от боковой стены подземного сооружения из-за опорного эффекта прилегающих свай.Кроме того, влияние строительства котлована уменьшается с увеличением относительного расстояния до котлована, и тенденция изменения согласуется с результатами испытаний в закрытом масштабе.

6. Заключение

В этой статье представлено влияние подземных выработок на соседние существующие здания и окружающую почву с помощью восьми экспериментов с параллельными масштабными моделями и численного моделирования при рассмотрении различных ключевых параметров воздействия, таких как размер опорных свай, нагрузка и слой. соседних существующих зданий и относительное расстояние по горизонтали от выемки, соответственно.Основные результаты этой работы резюмируются следующим образом.

Экспериментальные данные показывают, что вариации горизонтального и вертикального смещения существующих структур невелики, а колебания находятся в относительно небольшом поддиапазоне. Кроме того, изменение смещения моделей соседних зданий связано с жесткостью конструкции из масштабной модели.

Полученное в результате экспериментов давление грунта отражало изменения давления окружающего грунта при приближении строительства подземного сооружения.Результаты показывают, что давление почвы имеет разные изменения при каждом испытании модели в параллельном масштабе с разными ключевыми параметрами воздействия. На нарушение окружающего грунта, связанное с размером опорных свай, и давлением грунта под выемкой грунта влияет разгрузка вынутого грунта и нагрузка на подземную конструкцию; также пиковое значение колебаний больше, чем у почвы под фундаментом соседнего здания.

Более того, не только данные измерений, но и прототипы конечно-элементных моделей могут качественно отражать влияние строительства подземных выработок на прилегающие здания и почву, окружающую выемку, с этими ключевыми параметрами влияния.

Эта работа может быть расширена в будущем для изучения смещения и давления почвы с учетом других влияющих параметров, таких как глубина и ширина выемки, а также параметры почвы. Мы считаем, что помимо поиска взаимосвязи с параметрами влияния, в будущих исследованиях следует искать нарушение почвы в виде конструкции подземных сооружений.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, размещены по адресу https: // pan.baidu.com/s/1MYYUfh9PluKbpoOGdfhkDA.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Работа поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (грант № 51108135).

Дополнительные материалы

Содержимое файла с именем «MATLAB-data» представляет собой программу обработки рисунков 12–20, 22 и 23, которую можно открыть с помощью программного обеспечения MATLAB. Содержимое файла с именем «Gts-NX» — это модели конечных элементов, соответствующие разделу 5 о прототипах тестовых моделей, которые можно открыть с помощью программного обеспечения MIDAS / Gts-NX. (Дополнительные материалы)

.