Моделирование работы грунтового основания фундамента здания вблизи глубокого котлована

Введение. Уплотнение городской застройки вызывает необходимость в строительстве зданий с развитым подземным объемом. При этом на бровке глубокого котлована находятся фундаменты существующих зданий. Задача по оценке влияния строительства глубоких фундаментов на окружающую застройку является актуальной. Выполнен анализ данных по осадкам фундаментов вблизи бортов глубоких котлованов по результатам численного моделирования и геотехнического мониторинга в исследованиях российских и зарубежных авторов.

Материалы и методы. Для оценки дополнительных осадок фундаментов зданий вблизи глубоких котлованов проведено исследование напряженно-деформированного состояния (НДС) основания вблизи глубокого котлована на модели, созданной в лабораторных условиях в плоском лотке с прозрачными стенками. Значения перемещений отмечались с помощью видеофиксации и электронных датчиков, затем обрабатывались.

Результаты. Результаты эксперимента согласовываются с результатами других авторов. Определена закономерность распределения горизонтальных напряжений и перемещений в массиве грунта за пределами модели глубокого котлована. На базе выявленных закономерностей предложен метод расчета осадок оснований фундаментов вблизи глубоких котлованов с учетом изменения НДС в окружающем грунтовом массиве.

Выводы. Установлена закономерность неравномерного изменения НДС грунтов в основании фундаментов зданий на бровке котлованов. Деформирование грунтового массива в основании фундаментов зданий, расположенных в призме обрушения, происходит нелинейно и неравномерно. Устройство глубоких котлованов приводит к изменению НДС грунтового массива основания фундаментов, расположенных на бровке котлована. Это ведет к изменению соотношения вертикальных и горизонтальных напряжений, что вызывает изменение деформационных характеристик грунта, вследствие чего происходит увеличение осадки.

1. Mirsayapov I.T., Aysin N.N. Evaluation of Subgrade Vertical Deformations of the Building with the Influence of a Deep Excavation // Lecture Notes in Civil Engineering. 2021. Vol. 126. Pp. 51–58. DOI: 10.1007/978-3-030-64518-2_7

2. Jiang X., Lu Q., Chen X., Liu J., Li P. Numerical Analysis of Deep Foundation Pit Excavation Process // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. Vol. 719. P. 032051. DOI: 10.1088/1755-1315/719/3/032051

3. Dong Y.P., Burd H.J., Houlsby G.T. Finite element parametric study of the performance of a deep excavation // Soils and Foundations. 2018. Vol. 58. Pp. 729–743. DOI: 10.1016/j.sandf.2018.03.006

4. Никифорова Н.С. Корректировка метода расчета осадок зданий при подземном строительстве на основе экспериментальных исследований // Вестник МГСУ. 2010. № 4. С. 293–300. EDN RTSQTP.

5. Тер-Мартиросян З.Г., Тер-Мартиросян А.З., Ванина Ю.В. Осадка и несущая способность оснований и фундаментов вблизи вертикальной выемки // Вестник МГСУ. 2022. Т. 17. № 4. С. 443–453. DOI: 10.22227/1997-0935.2022.4.443-453. EDN GULRMX.

6. Зерцалов М.Г., Казаченко С.А. Численно-аналитический метод инженерной оценки влияния разработки котлована на перемещения прилегающего к нему грунтового массива с учетом жесткости ограждающей конструкции // Механика композиционных материалов и конструкций. 2021. Т. 27. № 3. С. 396–409. DOI: 10.33113/MKMK.RAS.2021.27.03.396_409.07. EDN FPQJTC.

7. Мангушев Р.А., Ильичев В.А., Никифорова Н.С., Сапин Д.А. Устройство и проектирование котлованов // Справочник геотехника. М. : АСВ, 2016. С. 675–758.

8. Никифорова Н.С., Внуков Д.А. Защита зданий вблизи глубоких котлованов геотехническими экранами // Вестник МГСУ. 2011. № 5. С. 108–112.

9. Ильичев В.А., Мангушев Р.А., Никифорова Н.С. Опыт освоения подземного пространства российских мегаполисов // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2012. № 2. С. 15–17.

10. Ильичев В.А., Никифорова Н.С., Готман Ю.А., Тупиков М.М., Трофимов Е.Ю. Анализ применения активных и пассивных методов защиты существующей застройки при подземном строительстве // Жилищное строительство. 2013. № 6. С. 25–27.

11. Никифорова Н.С., Коновалов П.А., Зехниев Ф.Ф. Геотехнические проблемы при строительстве уникальных объектов // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2010. № 5. С. 2–8.

12. Шишкин В.Я., Погорелов А.Е., Макеев В.А. Усиление существующей застройки при строительстве здания с котлованом 18–20 м // Жилищное строительство. 2011. № 1. С. 32–38.

13. Снитко Н.К. Статическое и динамическое давление грунтов и расчет подпорных стенок. Л. : Госстройиздат, 1963. 297 с.

14. Safin D.R., Zainullin R.T., Safina A.D. Experimental Study of Deformation of Soil Berms Retaining Excavation Fence // Lecture Notes in Civil Engineering. 2022. Vol. 168. Pp. 200–210. DOI: 10.1007/978-3-030-91145-4_20. EDN CADJVV.

15. Нуриева Д.М., Агафонов И.В. Анализ опыта проектирования и строительства подземных сооружений с применением «стены в грунте» // Известия КГАСУ. 2023. № 4 (66). C. 61–72. DOI: 10.52409/20731523_2023_4_61

16. Sanqiang Y., Zhenyu Y., Leifeng Z., Yapeng G., Ju W., Jingyong H. Research on deformation prediction of deep foundation excavation excavation based on GWO-ELM model // Electronic Research Archive. 2023. Vol. 31. Pp. 5685–5700. DOI: 10.3934/era.2023288

17. Королева И.В. Исследование влияния фактора времени на прочность глин // Известия КГАСУ. 2023. № 4 (66). С. 53–60. DOI: 10.52409/20731523_2023_4_53

18. Шакиров М.И. Деформации грунтовых оснований плитно-свайных фундаментов при циклическом нагружении // Известия КГАСУ. 2022. № 1 (59). С. 19–28. DOI: 10.52409/20731523_2022_1_19