Влияние шва бетонирования на распорную систему котлована при аварийном воздействии

Введение. В связи с возрастающим использованием подземного пространства в городах все чаще прибегают к более глубоким котлованам. В данных котлованах становится больше элементов и повышается шанс выхода одного из элементов из строя. При обрушении котлованов наносится экономический ущерб и возможны человеческие потери. Рассмотрен текущий уровень исследований в части защиты котлованов от прогрессирующего обрушения и произошедшие аварии. Целью исследования является оценка влияния моделирования швов бетонирования между захватками траншейной стены на перераспределение усилий при аварийном воздействии в виде выхода из строя одной распорки.

Материалы и методы. Проведено численное моделирование методом конечных элементов котлована глубиной 16 м, сооруженного под защитой стены в грунте с распорной системой. Швы моделировались интерфейсными элементами с учетом их деформируемости и прочности.

Результаты. При моделировании швов бетонирования идет перераспределение усилий в распорках в пределах одной захватки стены. При нормальном сочетании нагрузок усилия в распорках в среднем не изменяются в зависимости от моделирования шва, однако при аварийном воздействии усилия в расчетном случае со швами бетонирования увеличиваются. В случае прогрессирующего обрушения внутри стены меняется направление действия изгибающих моментов. Перемещения поверхности грунта при моделировании швов меньше, чем при традиционном способе моделирования.

Выводы. Полученные результаты позволят более точно моделировать ограждение котлована, что сделает их использование более прогнозируемым и безопасным. В качестве дальнейших исследований предполагается применение более совершенных моделей поведения бетонного контакта. Также в качестве конструктивных мероприятий для предотвращения прогрессирующего обрушения рекомендуется использование одинаковых арматурных сеток на противоположных гранях стены в грунте.

1. Ильичев В.А., Мангушев Р.А. Справочник геотехника. Основания, фундаменты и подземные сооружения. 3-е изд-е, доп. и перераб. М. : АСВ, 2023. 1084 с.

2. Yang M., Wu R., Tong C., Chen J., Tang B. Displacement Analyses of Diaphragm Wall in Small-Scale Deep Excavation Considering Joints between Panels // Buildings. 2024. Vol. 14. Issue 5. P. 1449. DOI: 10.3390/buildings14051449

3. Phan H.K. Behaviours and mechanism analysis of deep excavation in sand caused by one-strut failure. 2019.

4. Znamenskiy V., Morozov E., Pekin D., Chunyuk D. The modelling of the “diaphragm wall” with the anchor without the use of distribution beams // E3S Web of Conferences. 2019. Vol. 97. P. 04021. DOI: 10.1051/e3sconf/20199704021

5. Авасенов В.С., Гримайло И.А. Расчет ограждения котлована при выходе грунтового анкера из строя // Геотехника. 2019. Т. XI. № 2/2019. С. 54–63. DOI: 10.25296/2221-5514-2019-11-2-54-63

6. Cheng X.S., Zheng G., Diao Y., Huang T.M., Deng C.H., Lei Y.W. et al. Study of the progressive collapse mechanism of excavations retained by cantilever contiguous piles // Engineering Failure Analysis. 2017. Vol. 71. Pp. 72–89. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2016.06.011

7. Zheng G., Lei Y.W., Cheng X.S., Li X.Y., Wang R.Z. Experimental study on progressive collapse mechanism in braced and tied-back retaining systems of deep excavations // Canadian Geotechnical Journal. 2021. Vol. 58. Issue 4. Pp. 540–564. DOI: 10.1139/cgj-2019-0296

8. Ter-Martirosyan A., Sidorov V. Studying the influence of taking into account the elastic-plastic behavior of strut elements on the retaining system equilibrium // IOP Conference Series : Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1030. Issue 1. P. 012030. DOI: 10.1088/1757-899X/1030/1/012030

9. Chen R.P., Li Z.C., Chen Y.M., Ou C.Y., Hu Q., Rao M. Failure Investigation at a Collapsed Deep Excavation in Very Sensitive Organic Soft Clay // Journal of Performance of Constructed Facilities. 2015. Vol. 29. Issue 3. P. 04014078. DOI: 10.1061/(ASCE)CF.1943-5509.0000557

10. Hu J., Ma F. Failure Investigation at a Collapsed Deep Open Cut Slope Excavation in Soft Clay // Geotechnical and Geological Engineering. 2018. Vol. 36. Issue 1. Pp. 665–683. DOI: 10.1007/s10706-017-0337-2

11. Endicott J. Lessons learned from the collapse of the Nicoll Highway in Singapore April 2004 // IABSE Reports. 2013. Pp. 1–6. DOI: 10.2749/222137813808626722

12. Колыбин И.В. Уроки аварийных ситуаций при строительстве котлованов в городских условиях. СПб. : Геореконструкция-Фундаментпроект, 2008. Т. 3. С. 89–124.

13. Алмазов В.О. Проблемы прогрессирующего разрушения // Строительство и Реконструкция. 2014. № 6 (56). С. 3–10.

14. Алмазов В.О. Сопротивление прогрессирующему разрушению: расчеты и конструктивные мероприятия // Вестник ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко «Исследования по теории сооружений». 2009. № 1. С. 179–193.

15. Петрухин В.П., Колыбин И.В., Разводовский Д.Е. Ограждающие конструкции котлованов, методы строительства подземных и заглубленных сооружений. 2008. С. 212–219.

16. Казаченко С. Оценка влияния устройства котлованов на близлежащие инженерные коммуникации и окружающую застройку для условий города. М. : 2023. 183 с.

17. Zhang Q., Liu S., Feng R., Li X. Analytical Method for Prediction of Progressive Deformation Mechanism of Existing Piles Due to Excavation Beneath a Pile-Supported Building // International Journal of Civil Engineering. 2019. Vol. 17. Issue 6. Pp. 751–763. DOI: 10.1007/s40999-018-0309-9

18. Тамразян А.Г. К задачам мониторинга риска зданий и сооружений // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2013. № 3 (170). С. 19–21.

19. Baziar M.H., Ghadamgahi A., Brennan A.J. Numerical analysis of collapse in a deep excavation supported by ground anchors // Proceedings of the Institution of Civil Engineers — Geotechnical Engineering. 2021. Vol. 174. Issue 3. Pp. 263–278. DOI: 10.1680/jgeen.19.00122

20. Поспехов В.С. Исследование углового эффекта конструкции ограждения котлована // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. 2014. № 2. С. 238–248.

21. Поспехов В.С., Шулятьев О.А., Бауков А.Ю. Исследование углового эффекта конструкции ограждения опытного котлована в песчаных грунтах // Геотехника. 2020. Т. 12. № 1. С. 16–30. DOI: 10.25296/2221-5514-2020-12-1-16-30