This article examines the impact of dynamic loads from pile driving on adjacent buildings. A dynamic calculation is presented, demonstrating the qualitative and quantitative impact of pile driving on the frame structure. Defects and damage to the building after exposure to dynamic loads are analyzed
dynamic load, pile, monitoring, technical condition
Забивка свай вблизи существующих зданий требует особого подхода, чтобы минимизировать риски для конструкций и обеспечить безопасность объектов. Основные требования и меры регулируются нормативными документами, такими как ВСН 490-87 (1), СП 24.13330.2021(2), СП 45.13330.2017 (3) и др.
Можно выделить следующие основные требования к проектированию и производству работ:
– инженерно-геологические изыскания, включающие в себя исследования грунта, оценку его характеристики и влияние на строительство. Также учитываются данные о существующих зданиях: их конструкции, состояние, тип фундамента, несущая способность;
– оценка влияния динамических воздействий. При использовании динамических методов погружения свай (забивка, вибропогружение) оценивается их воздействие на конструкции существующих зданий, а также на чувствительные к колебаниям машины, приборы и оборудование;
– наблюдение за деформациями. На определённых расстояниях от зданий (в зависимости от условий) ведются наблюдения за осадками, относительными деформациями и кренами фундаментов и стен, а также за раскрытием трещин в конструкциях. Для этого используются теодолиты, нивелиры, маяки или тензодатчики сопротивления;
– последовательность забивки. При устройстве свайных фундаментов на расстоянии от зданий более допустимого можно вести забивку в любой последовательности. Если расстояние меньше допустимого, то при песчаных грунтах забивку начинают с наиболее удалённых от здания рядов, а при развитии осадок уменьшают высоту падения ударной части молота. При глинистых грунтах – наоборот, начинают с ближних к зданиям рядов;
– меры по снижению влияния колебаний грунта. Для уменьшения влияния колебаний грунта на здание рекомендуется забивать сваи в «лидерные» скважины, количество которых определяется после уточнения значений коэффициента уменьшения суммарного динамического воздействия по результатам пробных забивок;
– инженерные мероприятия. В некоторых случаях можно не соблюдать определённые требования, если предусмотрены инженерные мероприятия (укрепление грунтов основания, шпунтовое ограждение и т. п.), предотвращающие потерю несущей способности основания;
– расстояния до зданий. При наличии в основании существующих зданий и сооружений торфов, глинистых грунтов текучей консистенции и рыхлых водонасыщенных песков применение забивки свай не рекомендуется, если удалённость зданий от места забивки менее 25 м.;
– здания с архитектурной и исторической ценностью, а также сооружения с чувствительным к сотрясениям оборудованием. Погружение свай и шпунта ближе 10 м от таких объектов не допускается;
– резонансные колебания. Не допускается забивка свай и шпунта дизельмолотами около высоких и гибких зданий и сооружений, собственная частота колебаний которых приближается к 1 Гц;
– контроль качества работ. Осуществляется по результатам динамических испытаний свай по ГОСТ 5686-95, а при вдавливании свай – по величине регистрируемого усилия вдавливания.
Учитывая все эти требования, можно сделать вывод, что в условиях уплотняющей застройки, когда расстояние между зданиями менее 25 метров, необходимо выполнить поверочный расчет, который бы мог точно определить возможность возведения таких зданий.
Пространственный расчет здания выполнен с помощью программного комплекса SCAD Office. Данный расчет выполнен для проверки несущей способности здания на заданные расчетные нагрузки, а также выполнена проверка проектного армирования железобетонных конструкций. Произведенные статический, динамический и конструктивный расчеты выполнены с применением пространственной модели. Расчетная статическая модель (РСМ) и расчетная динамическая модель (РДМ) приняты полностью совпадающими по топологии и геометрии. Сейсмичность площадки размещения данного здания составляет 8 баллов для объектов массовой застройки (карта В). Расчет выполнен на основное и особое сочетание нагрузок.
Объемно-планировочное решение объекта (рисунок 1, 2).
Уровень ответственности здания – КС-2 (нормальный) по ГОСТ 27751-2014.
Коэффициент надежности по ответственности – 1,0.
Расчетная сейсмичность – 8 баллов.
Тип несущих конструкций – железобетонный каркас.
Общая симметрия конструктивного решения-здания не в полной мере симметричное.
Высота здания – 12,740 м.
Длина здания в осях 1-8, 9-16 – 24,0 м.
Общая длина здания в осях 1-16 – 48,75 м.
Расчетное число этажей – 3.
Рисунок 1 – Расчетная модель здания с грунтом.
Рисунок 2 – Расчетная модель здания с грунтом.
По представленным расчетным формам деформации здания во время забивки свай зафиксированы:
– крутильные формы деформации, что связано с возникновением в перекрытиях и перегородках дополнительных растягивающих напряжений и, соответственно, образованию трещин и их разрушений;
– сечения перекрытия недостаточно для обеспечения прочности и устойчивости при вне проектном сочетание нагрузок (динамическое воздействие от забивки свай) . Максимальный коэффициент использования перекрытия при воздействии забивки сваи (вне проектного сочетания) составил 1,12 - сечения перекрытия недостаточно для восприятия динамических нагрузок от забивки свай. Характер появления микротрещин при натурном обследовании совпадает с данными моделирования, в здание возникают крутильные формы деформации, а также вертикальные деформации перекрытия;
– сечения перегородок недостаточно для обеспечения прочности и устойчивости при вне проектном сочетание нагрузок (динамическое воздействие от забивки свай) так как растягивающие напряжения кладки стен превышают расчетные и как следствие:
– в продольных перегородках между осей А-Б – в верхних угловых зонах возле осей 4, 5, 12, 13 – превышения значений напряжений σу свидетельствуют об образовании значительных трещин в данных местах при особом сочетании нагрузок (забивка свай), при основном сочетании нагрузок превышения значений напряжений σу в данных местах свидетельствуют об возможном незначительном образовании трещин.
– в продольных перегородках по оси Б – в верхних угловых зонах возле осей 4, 5, 12, 13 – превышения значений напряжений σу свидетельствуют об образовании значительных трещин в данных местах при особом сочетании нагрузок (забивка свай), при основном сочетании нагрузок превышения значений напряжений σу в данных местах свидетельствуют об возможном незначительном образовании трещин.
– в продольных перегородках по оси В – в верхних угловых зонах возле осей 1, 4, 5, 8, 9, 12, 13 – превышения значений напряжений σу свидетельствуют об образовании значительных трещин в данных местах при особом сочетании нагрузок (забивка свай), при основном сочетании нагрузок превышения значений напряжений σу в данных местах свидетельствуют об возможном незначительном образовании трещин.
– в продольных перегородках между осей В-Г – в верхних угловых зонах возле осей 2, 4, 5, 12, 13, 15 – превышения значений напряжений σу свидетельствуют об образовании значительных трещин в данных местах при особом сочетании нагрузок (забивка свай), при основном сочетании нагрузок превышения значений напряжений σу в данных местах свидетельствуют об возможном незначительном образовании трещин.
- в поперечных перегородках – в верхних угловых зонах, а также в средней зоне возле осей А, Б, В, Г – превышения значений напряжений σу свидетельствуют об образовании значительных трещин в данных местах при особом сочетании нагрузок (забивка свай), при основном сочетании нагрузок превышения значений напряжений σу в данных местах свидетельствуют об возможном незначительном образовании трещин.
- в поперечных перегородках – в нижней зоне между осями А-Б, В-Г – превышения значений напряжений σх свидетельствуют об образовании значительных трещин в данных местах при особом сочетании нагрузок (забивка свай), при основном сочетании нагрузок превышения значений напряжений σх в данных местах свидетельствуют об возможном незначительном образовании трещин.
– возникшие крутильные формы деформации перекрытия привели к нарушению целостности наружной стены (рисунок 3).
Рисунок 3 – Деформации расчетной модели при забивке свай.
1. Rossiyskaya Federaciya. Zakony. VSN 490-87. Proektirovanie i ustroystvo svaynyh fundamentov i shpuntovyh ograzhdeniy v usloviyah rekon-strukcii promyshlennyh predpriyatiy i gorodskoy zastroyki.
2. Rossiyskaya Federaciya. Zakony. SP 24.13330.2021. Svod pravil. Svaynye fundamenty. SNiP 2.02.03-85"(utv. i vveden v deystvie Prikazom Minstroya Rossii ot 14.12.2021 N 926/pr) (red. ot 13.09.2023).
3. Rossiyskaya Federaciya. Zakony. SP 45.13330.2017. Svod pravil. Zemlyanye sooruzheniya, osnovaniya i fundamenty. Aktualizirovannaya redakciya SNiP 3.02.01-87"(utv. i vveden v deystvie Prikazom Minstroya Rossii ot 27.02.2017 N 125/pr)(red. ot 16.12.2021).
