На Урале, в Екатеринбурге, в частности, элювиальные грунты развиты практически повсеместно и отличаются от других генетических типов грунтов спецификой условий залегания и свойств.
Проблема недоизученности элювиальных грунтов возникла в связи с непредвиденными отказами пробных забивных свай, не достигших отметок, установленных проектом на начальном этапе строительства.
Часть свай, не достигшие проектах отметок, давшие отказ в глинистых грунтах были испытаниы статическими вдавливающими нагрузками, превышающими проектные в 1,5 раза, суммарная осадка составила первые миллиметры. Данные деформации по значениям сопоставимы с деформациями в одометре компрессионного прибора, что в свою очередь является достаточно хорошим результатом.
Расчеты несущей способности по результатам динамического зондирования тоже дали неплохие результаты, а проектом были предусмотрены забивные сваи-стойки с опиранием на скальные и полускальны грунты габбро
В рамках предварительного анализа результатов инженерных изысканий, выполненных для реализации проекта строительства на данном участке, возникал ряд вопросов – правильность выделения ИГЭ, определение гетенического типа грунтов участка, их условия залегания, а также определение деформационных характеристик грунтов.
Для решения проблемы, задачи были выполнены следующие работы:
- Контрольное бурение инженерно-геологических скважин в непосредственной близости к местам проведения опытов нагружения свай статическими вдавливающими нагрузками, с детальным описанием и опробованием.
- Лабораторные исследования физико-механических свойств грунтов, отобранных в контрольных скважинах, в том числе в «особо интересных» интервалах (в интервалах, соответствующих нижним концам свай)
- Испытания грунтов штампом на глубинах, соответствующих нижним концам свай (динамика + статика)
- Инженерно-геофизические исследования, включающие сейсмическую разведку (МПВ) и вертикальное сейсмическое профилирование (ВСП) в варианте НВСП-3D.
- Инженерно-геологическая оценка результатов испытания свай статическими вдавливающими нагрузками (попытка перехода от результатов испытаний к деформационным характеристикам грунтов под нижним концом сваи)
По результатм инженерно-геологических и геофизических исследований, геолого-литологический разрез площадки до глубины кровли скальных пород сверху вниз расчленен на 3 грунтовых элемента (ГЭ), приуроченных к литолого-генетическим зонам, каждая из которых характеризуется значениями показателей физико-механических свойств, обусловленных структурно-прочностными особенностями.
Комплекс геофизических наземных и скважинных исследований, позволил точечную инженерно-геологическую модель, полученную по результатам полевых и лабораторных работ, экстраполировать на весь участок, выделить «ослабленные» зоны, требующие особого внимания и более детального изучения, а также учесть масштабный коэффициент при оценке прочности и деформируемости грунтов исследуемой территории. С использованием комплекса Macromine было представлено 3D изображение сейсмической модели грунтов, распространенное на территорию участка исследований.
В модель введена “поверхность отказа”, совпадающая с остриями 13-ти свай по факту отказа их забивки. На данную поверхность наложена матрица значений модуля деформации, интерполированных по глубинным сейсмическим разрезам с учетом скважинных данных. Матрица рассчитана с “захватом” значений модуля деформации в окне 2 метра по глубине с центром интервала усреднения, совпадающим с поверхностью отказа забивки свай.
По результатам геофизических исследований была создана блочная модель (BOX-MODEL) строения участка. Блок-Модель – это форма базы данных пространства, которая предлагает способ моделирования трехмерного объекта на основе массива созданных микроблоков с определенным набором свойств (условно непрерывная).
По результатам инженерно-геологических исследований была создана трехслойная каркасная модель с заданными характеристиками каждого слоя на основе точечных и интервальных данных для «усредненного инженерно-геологического разреза» (дискретная). Скальные и полускальные грунты в модель не включены, т.к. считаются практически несжимаемым основанием для фундаментов и не представляют практического интереса.
На основании результатов, полученных в рамках выполненных инженерно-геологических и инженерно-геофизических исследований, выполненных ООО «СтройГеоГарант» на участке проектируемого строительства, были созданы математические модели с использованием программного обеспечения CAE Fidesys.
На рисунках представлены значения максимальной осадки типовых фундаментов по результатам моделирования на основании геофизических и инженерно-геологических данных.
Безусловно, прочностные и деформационные свойства грунтов исследуемого участка были недооценены или «занижены», так скажем представлены «по худшему варианту», что и явилось причиной невозможности реализации проекта и предпосылкой дополнительного, более детального, изучения инженерно-геологических условий площадки.
Комплексный подход к изучению геолого-литологического строения участка и оценке свойств грунтов позволил выявить причины истинного отказа забивных свай, своевременно внести корректировки в проектную документацию (применив новые схемы расчета), что позволило сократить сроки реализации проекта и уменьшить стоимость строительно-монтажных работ.