Сравнительный анализ методов расчетов фундаментов на просадочных грунтах

Введение. Проектирование свайных фундаментов на просадочных (лёссовых) грунтах представляет одну из наиболее актуальных задач в геотехнике. Широкое распространение таких грунтов и их высокая чувствительность к увлажнению создают риски значительных осадок и деформаций зданий. В связи с этим важно использование современных расчетных методов и моделей, которые позволяют более точно прогнозировать поведение оснований при различных эксплуатационных условиях.

Материалы и методы. Для анализа несущей способности свайных фундаментов применены два подхода: расчеты по нормативной документации и численное моделирование в программном комплексе PLAXIS 2D. В качестве расчетной модели грунта выбрана Hardening Soil, учитывающая упругие и пластические свойства, а также влияние замачивания и уплотнения. Моделировались буронабивные сваи с уширенной пятой, что дает возможность более реалистично оценивать взаимодействие свай с грунтом.

Результаты. Численные расчеты показали, что при замачивании грунтов максимальная осадка увеличивается с 6,38 до 14,58 см, а при учете собственного веса грунта — до 15,21 см, что приближается к предельно допустимым значениям по СП 22.13330.2016. Использование свай с уширением позволило добиться более равномерного распределения нагрузок и уменьшения деформаций. Дополнительно рассмотрены методы снижения просадочности, включая предварительное замачивание, упрочнение грунтов и дренажные мероприятия.

Выводы. Результаты моделирования подтвердили эффективность применения модели Hardening Soil для анализа осадок на просадочных грунтах. Использование буронабивных свай с уширенной пятой и инженерных мероприятий по упрочнению основания способствуют уменьшению осадок до нормативных значений, обеспечивая надежность и долговечность сооружений. Исследование подчеркивает актуальность комплексного подхода при проектировании фундаментов на сложных грунтах.

1. Alarcón Posse A.J., Rodríguez Rebolledo J.F., Buriticá García J.A., Caicedo Hormaza B., Rodríguez-Rincón E. Validation of a 3D numerical model for piled raft systems founded in soft soils undergoing regional subsidence // Soils and Rocks. 2021. Vol. 44. Issue 1. Pp. 1–15. DOI: 10.28927/SR.2021.053620

2. Alnuaim A.M., El Naggar M.H., El Naggar H. Performance of micropiled rafts in clay: numerical investigation // Computers and Geotechnics. 2018. Vol. 99. Pp. 42–54. DOI: 10.1016/j.compgeo.2018.02.020

3. Rebolledo J.F.R., León R.F.P., Camapum de Carvalho J. Obtaining the Mechanical Parameters for the Hardening Soil Model of Tropical Soils in the City of Brasília // Soils and Rocks. 2019. Vol. 42. Issue 1. Pp. 61–74. DOI: 10.28927/SR.421061

4. Sinha A., Hanna A.M. 3D numerical model for piled raft foundation // International Journal of Geomechanics. 2017. Vol. 17. Issue 2. DOI: 10.1061/(ASCE)GM.1943-5622.0000674

5. Zhang L., Liu H. Seismic response of clay-pile-raft-superstructure systems subjected to far-field ground motions // Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2017. Vol. 101. Pp. 209–224. DOI: 10.1016/j.soildyn.2017.08.004

6. Сергеев Е.М., Ларионов А.К., Комиссарова Н.Н. Лессовые породы СССР. Т. 1. Инженерно-геологические особенности и проблемы рационального использования. М., 1986. 273 с.

7. Hu R.L., Yue Z.Q., Wang L.C., Wang S.J. Review on current status and challenging issues of land subsidence in China // Engineering Geology. 2004. Vol. 76. Issue 1–2. Pp. 65–77. DOI: 10.1016/j.enggeo.2004.06.006

8. Akhtar N., Syakir Ishak M.I., Bhawani S.A., Umar K. Various natural and anthropogenic factors responsible for water quality degradation : a review // Water. 2021. Vol. 13. Issue 19. P. 2660. DOI: 10.3390/w13192660

9. Cigna F., Tapete D. Urban growth and land subsidence: multi-decadal investigation using human settlement data and satellite InSAR in Morelia, Mexico // Science of The Total Environment. 2022. Vol. 811. P. 152211. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2021.152211

10. Mohebbi Tafreshi G., Nakhaei M., Lak R. Land subsidence risk assessment using GIS fuzzy logic spatial modeling in Varamin aquifer, Iran // Geojournal. 2021. Vol. 86. Issue 3. Pp. 1203–1223. DOI: 10.1007/s10708-019-10129-8

11. Mehrnoor S., Robati M., Kheirkhah Zar-kesh M.M., Farsad F., Baikpour S. Land subsidence hazard assessment based on novel hybrid approach: BWM, weighted overlay index (WOI), and support vector machine (SVM) // Natural Hazards. 2023. Vol. 115. Issue 3. Pp. 1997–2030. DOI: 10.1007/s11069-022-05624-0

12. Пантюшина Е.В. Лессовые грунты и инженерные методы устранения их просадочных свойств // Ползуновский вестник. 2011. № 1. С. 127–130. EDN MSAYPU.

13. Абелев М.Ю., Козьмодемьянский В.Г., Бахронов Р.Р. Устройство уплотненных песчаных оснований многоэтажных зданий при строительстве на слабых грунтах // Промышленное и гражданское строительство. 2014. № 10. С. 69–73. EDN SWMCJV.

14. Будикова А.М., Отепберген Н.О. Инженерно-геологические исследования лессовых просадочных грунтов // Проблемы науки. 2018. № 4 (28). С. 43–46. EDN YWULGZ.

15. Филоненко И.Н. Анализ взаимодействия конструкции с просадочным грунтом основания // Молодой исследователь Дона. 2018. № 3 (12). С. 144–146. EDN UWLQOK.

16. Астахов В.И., Пестова Л.Е., Шкатова В.К. Лёссоиды Российской Федерации: распространение и возраст // Региональная геология и металлогения. 2021. № 87. С. 42–60. DOI: 10.52349/08697892_2021_87_42-60. EDN LVSOXJ.

17. Швецов Г.И., Гатилов Ю.А., Носков И.В. Исследование совместной работы песчаной подушки и ее основания из лессовых просадочных грунтов // Ползуновский вестник. 2007. № 1–2. С. 102–104. EDN KZCLAL.

18. Носков И.В. Аварийное состояние зданий при локальном замачивании лессовых просадочных грунтов // Ползуновский вестник. 2007. № 1–2. С. 60–62. EDN KZCKWP.

19. Выскребенцев В.С. Прочностные свойства лёссовых просадочных грунтов при статических и динамических нагрузках // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2016. № 3. С. 38–42. EDN VNUVOP.

20. Вяткина Е.И. Исследование изменений характеристик микроструктуры лессового просадочного грунта при различных механических воздействиях // Ползуновский вестник. 2007. № 1–2. С. 13–22. EDN JWPEKQ.

21. Лебзак В.Н. Изменение прочностных и деформационных характеристик лессовых просадочных грунтов при длительной эксплуатации зданий и сооружений // Ползуновский вестник. 2011. № 1. С. 240–246. EDN OCSKJV.

22. Стешенко Д.М., Козубаль Я.В., Головань Р.Н., Абдураимова М.А., Зеленко А.А., Ревегук А.А. Применение комплексной технологии устройства фундаментов на просадочных грунтах при строительстве многоэтажного жилого дома в Ростове-на-Дону // Вестник МГСУ. 2018. Т. 13. № 5 (116). С. 587–598. DOI: 10.22227/1997-0935.2018.5.587-598. EDN XQWEEH.

23. Справочник геотехника. Основания, фундаменты и подземные сооружения / под общ. ред. В.А. Ильичева и Р.А. Мангушева. 3-е изд., доп. и перераб. М. : АСВ, 2023. 1084 с.

24. Крутов В.И., Попсуенко И.К. Устранение просадок лёссовых грунтов от их собственного веса путем армирования лёссовой толщи // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1976. № 5. С. 17–19. EDN WCGLPN.

25. Габибов Ф.Г. Разработка инновационных конструкций свайных фундаментов на просадочных грунтах // Construction and Geotechnics. 2022. Т. 13. № 1. С. 34–43. DOI: 10.15593/2224-9826/2022.1.03. EDN JJOTFJ.

26. Соколов Н.С. Технические возможности устройства буроинъекционных свай // Социально-гуманитарные, естественные и технические исследования: проблемы теории и практики : мат. IV Всеросс. науч.-практ. конф. 2024. С. 146–150. EDN OJNRIK.

27. Мангушев Р.А., Дьяконов И.П., Полунин В.М. Численные расчеты в геотехнической практике. М. : Изд-во АСВ, 2023. 316 с.

28. Толмачев Д.А., Рамазанов А.Г. Определение несущей способности одиночной сваи путем моделирования испытаний в программном комплексе Plaxis 2D // Инженерный вестник Дона. 2023. № 7 (103). С. 616–622. EDN NQATER.