Изменение напряженно-деформированного состояния грунтового массива при компенсационном нагнетании вблизи котлована

Введение. Строительство транспортных линий и вспомогательных сооружений метрополитена часто сопряжено с большими сложностями в обеспечении предельных значений осадок и кренов зданий и сооружений, находящихся в зоне влияния нового строительства. Компенсационное нагнетание является мероприятием, которое позволяет уменьшить скорость нарастания деформаций грунтового основания, а также обеспечить значения осадок и кренов, не превышающие предельных величин. Исследование посвящено постановке и аналитическому решению задачи о напряженно-деформированном состоянии (НДС) массива грунта, обладающего весом, за ограждением котлована глубиной h с учетом влияния распределенной полосовой нагрузки q = const шириной b = 2a на глубине d и на расстоянии с от края ограждающей конструкции котлована

Материалы и методы. Для задачи о НДС массива грунта, обладающего весом, за ограждением котлована глубиной h с учетом влияния распределенной полосовой нагрузки q = const шириной b = 2a на глубине d и на расстоянии с 
от края ограждающей конструкции котлована компоненты напряжений получены на основе решения задачи Э. Мелана. Деформации грунтового массива определены с помощью закона Гука.

Результаты. Разработан аналитический метод количественной оценки НДС основания при действии давления компенсационного нагнетания. Получены изополя напряжений и деформации, которые позволяют установить величины строительного подъема основания и тем самым оценить эффективность метода компенсационного нагнетания.

Выводы. В результате аналитического решения задачи о действии давления нагнетания, направленного вверх и вниз, вблизи ограждающей стены котлована на основании решения Мелана получены формулы для определения компонент нормальных и касательных напряжений. Анализ результатов решения показывает, что действие давления нагнетания, направленного вверх и вниз вблизи ограждающей стены котлована, существенно влияет на НДС всего массива, а в ограждающей конструкции могут возникать значительные горизонтальные напряжения, что требует учета при расчете ограждающих конструкций по I группе предельных состояний.

1. Зерцалов М.Г., Симутин А.Н., Александров А.В. Технология компенсационного нагнетания для защиты зданий и сооружений // Вестник МГСУ. 2015. № 6. С. 32–40. EDN TYCWVL.

2. Александров А.В., Беллендир Е.Н., Лащенов С.Я., Альжанов Р.Ш. Ликвидация последствий осадки здания станционного узла Загорской ГАЭС-2 и восстановительные работы // Гидротехническое строительство. 2016. № 7. С. 2–10. EDN WHPWUX.

3. Харченко А.И., Харченко И.Я., Панченко А.И., Газданов Д.В. Технология выравнивания здания Загорской ГАЭС-2 методом компенсационного нагнетания // Вестник МГСУ. 2018. Т. 13. № 4 (115). С. 490–498. DOI: 10.22227/1997-0935.2018.4.490-498. EDN OSZROL.

4. Харченко И.Я., Алексеев В.А., Исрафилов К.А., Бетербиев А.С.Э. Современные технологии цементационного закрепления грунтов // Вестник МГСУ. 2017. Т. 12. № 5 (104). С. 552–558. DOI: 10.22227/1997-0935.2017.5.552-558. EDN YQPQYJ.

5. Kummerer C., Schweiger H.F., Otterbein R. Active Settlement Control with Compensation Grouting — Results from a Case Study // Grouting and Ground Treatment. 2003. Pp. 813–823. DOI: 10.1061/40663(2003)16

6. Knitsch H. Visualization of relevant data for compensation grouting // Tunnel. 2008. No. 3. Pp. 38–45.

7. Au S.K.A., Soga K., Jafari M.R., Bolton M.D., Komiya K. Factors Affecting Long-Term Efficiency of Compensation Grouting in Clays // Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 2003. Vol. 129. Issue 3. Pp. 254–262. DOI: 10.1061/(ASCE)1090-0241(2003)129:3(254)

8. Au W., Masini L. Compensation grouting in sandy soils: the influence of TAM installation // Report on the Research collaboration between Deltares, University of Cambridge and “Sapienza” University of Rome. 2008.

9. Page R.J., Ong J.C.W., Osborne N., Shirlaw N. Jet Grouting for Excavations in Soft Clay- Design and Construction Issues // International Conference on Deep Excavations (ICDE) 2006. 2005.

10. Маковский Л.В., Чеботарев С.В. Ограничение осадок поверхности земли путем компенсационного нагнетания при строительстве тоннелей закрытым способом // Транспорт, наука, техника, управление. 2000. № 2. С. 44–47.

11. Demenkov P., Trushko O., Potseshkovskaya I. Numerical experiments on the modeling of compensatory injection for the protection of buildings during tunneling // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2018. Vol. 13. Issue 23. Pp. 9161–9169.

12. Zuievska N., Gubashova V., Korobiichuk V. Modeling of the effect of a high-pressure jet of cement mortar on the surrounding soil environment when performing jet grouting columns using jet technology // E3S Web of Conferences. 2021. Vol. 280. P. 03001. DOI: 10.1051/e3sconf/202128003001

13. Qi Y., Wei G., Xie Y. Method of Calculating the Vertical Displacement and Additional Stress of Existing Tunnels under the Influence of Grouting Rings of New Tunnels // Symmetry. 2020. Vol. 12. Issue 10. P. 1623. DOI: 10.3390/sym12101623

14. Wang R.L., Chen Y., Ren J. Application of compensation grouting in the existing tunnels’repair // Underground Eng. Tunn. 2013. Pp. 51–57.

15. Пронозин Я.А., Епифанцева Л.Р., Волосюк Д.В., Горская Я.В. Технология ремонтных и восстановительных работ : учебник. М. : Издательство АСВ, 2016. 148 с.

16. Симутин А.Н. Методики расчета параметров компенсационного нагнетания для управления деформациями оснований зданий и сооружений : дис. … канд. техн. наук. М., 2015. 165 с. EDN IJMNUE.

17. Чубатов И.В. Численное моделирование напряженно-деформированного состояния основания гидротехнических сооружений при компенсационном нагнетании : дис. … канд. техн. наук. М., 2022. 151 с. EDN JBGBXX.

18. Sagaseta C. Analysis of undrained soil deformation due to ground loss // Geotechnique. 1987. Vol. 37. Issue 3. Pp. 301–320. DOI: 10.1680/geot.1987.37.3.301

19. Gollegger J. Numerical and Analytical Studies of the Effects of Compensation Grouting : Ph.D. Thesis. Graz University of Technology, Graz, Austria, 2001.

20. Флорин В.А. Основы механики грунтов. Т. 1. М. : Госстройиздат, 1961. 543 с.

21. Flamant A. Sur la répartition des pressions dans un solide rectangulaire chargé transversalement // CR Acad. Sci. 1892. Vol. 114. Pp. 1465–1468.

22. Melan E. Der Spannungszustand der durch eine Einzelkraft im Innern beanspruchten Halbscheibe // Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik. 1932. Bd. 12. H. 6.

23. Клейн Г.К. Теория неоднородной линейно-деформируемой среды и ее приложение к расчету балок на сплошном основании : дис. … д-ра техн. наук. М., 1948. 244 с.

24. Горбунов-Посадов М.И., Шехтер О.Я., Кофман В.А. Давление грунта на жесткий заглубленный фундамент и свободные деформации котлована // Труды НИИ оснований и фундаментов. 1954. № 24.

25. Егоров К.Е. О деформации основания конечной толщины // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1961. № 1.

26. Цытович Н.А. Механика грунтов. М. : Стройиздат, 1963. 730 с.

27. Тер-Мартиросян З.Г., Пак Чун Сун. Консолидация и ползучесть слоя грунта ограниченной ширины под действием местной нагрузки // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1998. № 2. С. 2–6.

28. Ter-Martirosyan Z.G., Vanina Yu.V. Impact of a deep foundation on enclosing wall structure of excavation // Journal of Physics : Conference Series. 2021. Vol. 1928. Issue 1. P. 012004. DOI: 10.1088/1742-6596/1928/1/012004

29. Тер-Мартиросян З.Г., Тер-Мартиросян А.З. Механика грунтов в высотном строительстве с развитой подземной частью. М. : АСВ, 2020. 912 с.

30. Лузин И.Н. Напряженно-деформированное состояние оснований фундаментов глубокого заложения на однородном и неоднородном переуплотненном грунтовом полупространстве : дис. … канд. техн. наук. М., 2017. 133 с.