XVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке. Летняя площадка 2022
Анализ и исследование свойств грунтов площадки, занятой под строительство здания школы №7 г. Пензы, в связи с просадкой асфальта в непосредственной близости к фундаменту
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Актуальность работы. Здания и сооружения играют важную роль в жизни современного общества. Можно утверждать, что уровень цивилизации, развитие науки, культуры и производства в значительной мере определяются количеством и качеством построенных зданий и сооружений. Жизнь и быт людей обусловливаются наличием необходимых зданий и сооружений, их соответствием своему назначению, техническим состоянием. Строительство в нашей стране ведется в очень больших масштабах. Только жилых зданий возводится больше, чем во всех странах Западной Европы вместе взятых. Ежегодно у нас сдается в эксплуатацию 2,1 млн. квартир и более 10 млн. граждан улучшают свои жилищные условия. Именно поэтому строительство в нашей стране является третьей по масштабам после промышленности и сельского хозяйства отраслью народного хозяйства. Каждое здание или сооружение представляет собой сложный и дорогостоящий объект, состоящий из многих конструктивных элементов, систем инженерного оборудования, выполняющих вполне определенные функции и обладающих установленными эксплуатационными качествами. Основным направлением экономического и социального развития города предполагается значительное увеличение объемов капитального строительства, так как возведение жилых зданий сопровождается сооружением общественных зданий, школ, предприятий общественного питания. Необходимая надежность оснований и фундаментов, уменьшения стоимости строительных работ, в условиях современного градостроительства, зависит от правильной оценки физико-механических свойств грунтов, слагающих основания, учета его совместной работы с фундаментами и другими надземными строительными конструкциями.
Так же не маловажно давать оценку прогноза изменения со временем инженерно-геологических условий территории для более качественного проектирования фундамента.
Район исследования обладает своеобразной геологической неоднородностью территории. Комплексное исследование природы и результаты проведенных работ позволяют более уверенно прогнозировать тенденции развития исследуемой территории на ближайшую и относительно отдаленную перспективу.
Здание нашей школы расположено по улице Гоголя, в г. Пензе, построено в 1966 году. В 2018 году, в весенне-осенний период в 2 метрах от здания школы образовался провал асфальта, размерами 1 м на 1 м. Мы решили исследовать данное изменение и постараться выяснить повлияют ли данные провалы на сохранность фундамента и здания школы в целом и предложить варианты решения данной проблемы.
Объектом исследования являются геологические структуры исследуемой территории. Предметом исследования являются факторы, влияющие на качество фундамента в непосредственной близости к провалам асфальта, для дальнейшей характеристики влияния этих провалов на здание школы.
Проблема исследования: провалы грунта в 2 метрах от фундамента влияют на сохранность фундамента и здания школы в целом.
Целью работы является комплексная оценка состояния инженерно-геологических элементов на конкретном участке, выявление закономерностей между грунтами, находящимися под фундаментом и грунтами, подвергшимися в результате деформации. Для достижения цели поставлены следующие задачи:
- определение методики исследования территории;
- выявление и картографирование мест для исследования;
- определение роли природных, природно-антропогенных, локальных факторов в образовании инженерно-геологических элементов;
- исследование характеристик различных геологических слоев в естественных условиях и в условиях антропогенного воздействия;
- выявление причин образования просадки грунта в близи фундамента;
- разработка рекомендаций по уменьшению негативного внешнего воздействия на исследуемый участок фундамента.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
-комплексно исследованы инженерно-геологические элементы до глубины 12м.;
-сформированы характеристики по грунтам, располагающимся на подошве фундамента.;
- даны оценка, предложения по снижению негативного воздействия на исследуемом участке.
Практическое значение работы заключается в использовании положений и выводов, содержащихся в работе, для снижения негативного воздействия на фундамент. Информационную базу исследования составили многочисленные историко-архивные, фондовые, картографические, литературные и научные источники, современная космическая информация. Важнейшими методами исследования являлись: метод системного анализа, наблюдения, эксперимент, сравнения, картографический метод, проводились полевые исследования
I. Физико-географические и техногенные условия
Исследуемый участок расположен по ул. Гоголя, в г. Пензе.
В геоморфологическом отношении район изысканий приурочен к водораздельному склону, обращенному к реке Суре (Рисунок 1).
Рисунок 1.
Естественный рельеф участка спланирован насыпью. Отмечается незначительный уклон на юго-восток. Абсолютные отметки поверхности изменяются от 147,30 до 151,45 м.
Здание школы расположено в 10 - 16 м от бровки оврага с V-образными задернованными склонами, поросшими кустарником и мелкими деревьями, без видимых следов эрозии.
1. Климат.
Значительное удаление от морей обуславливает континентальность климата, с относительно холодной и продолжительной зимой и теплым, нередко жарким летом.
Основные климатические параметры следующие:
– среднегодовая температура воздуха +5,10С
– средняя температура наружного воздуха наиболее жаркого месяца года + 20,10С
– средняя температура наружного воздуха наиболее холодного месяца – 12,30 С
– средняя продолжительность снежного покрова – 141 день
– средняя продолжительность безморозного периода – 144 дня
– средняя дата первого заморозка – 22 сентября
– средняя дата последнего заморозка – 12 мая
– среднегодовая роза ветров, % :
С – 8 Ю – 13 В – 12 З - 16
СВ – 10 ЮЗ – 15 ЮВ – 14 СЗ – 79
Скорость ветра, повторяемость превышения которой составляет 5%, – 9 м/сек Средняя толщина снежного покрова составляет 35 см. Нормативная глубина промерзания глинистых грунтов 1,32 м. Основные климатические параметры района приведены по СП климатологии в таблице 1 (Приложение 1)
2. Геологическое строение
В тектоническом отношении исследуемая территория располагается в юго-восточной части Русской платформы, в пределах Муромско-Ломовского прогиба, проходящего с юго-востока на северо-запад через города Пензу, Мокшан, Нижний Ломов. Современный облик поверхности был в основном сформирован в верхнемеловом периоде.
В геологическом строении исследуемого участка принимают участие элювиальные отложения, представленные глинами зеленовато-коричневыми, легкими, мелкопесчанистыми.
3. Гидрогеологические условия
Подземные воды в период исследования (декабрь 2021 г.) отмечены на глубине 10,60 м, на абсолютных отметках 137,70-142,00 м, что близко к минимальному положению. Сезонно, в периоды снеготаяния и интенсивных атмосферных осадков, возможно повышение уровня до 1 м от отмеченного в период исследования.
Горизонт подземных вод безнапорный, маловодообильный. Питание горизонта осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков. Разгрузка происходит в р. Суру.
По результатам рекогносцировочного обследования территории, прилегающей к исследуемой площадке, а также по опросу местных жителей выяснено, что в периоды снеготаяния и интенсивных атмосферных осадков временный водоносный горизонт типа «верховодки» в насыпных грунтах и верхней части элювиальных отложений не образуется.
II. Методика выполнения работы.
Перед проведением работы были изучены архивные данные участка и синтезированы основные направления исследования. Для начала необходимо было провести комплексное обследование грунтов, располагающихся непосредственно под фундаментом школы и грунтов, находящихся ниже глубины заложения фундамента. Для определения качества исследуемых грунтов под фундаментом нами был вырыт шурф диаметром 1м, и глубиной 2,3 м (рисунок 2).
|
Рисунок 2. |
Данная глубина была выбрана исходя из глубины заложения фундамента. Были отобраны образцы грунта из зеленовато-коричневой глины, на которую опирался фундамент. Для сопоставления результатов отобранных образцов из шурфа с результатами естественного сложения необходимо было пробурить инженерно-геологическую скважину, располагающуюся в 15 м. от исследуемого участка. Глубина инженерно-геологической скважины была выбрана 12 м исходя из глубины грунтовых вод от 9,0 до 11,0 м по архивным данным. Полевые и лабораторные работы были проведены при поддержке изыскательских организаций города Пензы. Характеристики отобранных проб в шурфе и скважине были сопоставлены с актуальными строительными нормами, правилами и ГОСТами.
III. Основные результаты работы
1. Инженерно геологические элементы
На основании анализа архивных, полевых и лабораторных данных на исследуемой площадке выделено три инженерно-геологических элемента (рисунок 3)
Рисунок 3
2.Специфические грунты
В инженерно-геологическом разрезе исследуемого участка распространены элювиальные грунты, развитые по породам меловой системы. Грунты залегают повсеместно в пределах исследуемого участка и представлены глинами зеленовато-коричневыми, легкими. С поверхности распространены техногенные грунты мощностью 1,80-2,30 м. Элювиальные грунты не обладают просадочными, набухающими свойствами, не подвержены выщелачиванию и суффозионным процессам.
Современные инженерно-геологические процессы (оползни, подтопления и др.), отрицательно влияющие на строительство и эксплуатацию сооружения, отсутствуют.
При исследовании выяснилось: характеристики грунтов, взятых из шурфа и инженерно-геологической скважины практически идентичны, следовательно, грунт под подошвой фундамента не разрушен и обладает прежними физико-механическими свойствами.
При визуальном обследовании цоколя фундамента трещин, отклонений и других разрушений не обнаружено. При осмотре места деформации грунта, в непосредственной близости к фундаменту, обнаружен канализационный люк, полностью засыпанный насыпным грунтом, и остатками канализационной трубы в которой находится временный водоток. При сезонном колебании грунтовых вод данная труба является неким связующим звеном поверхностных вод между территорией в верхней части от исследуемого участка и заброшенным колодцем с неуплотненным насыпным грунтом, в котором постоянно находится вода. В период весеннего снеготаяния и обильных проливных дождей, происходит размыв микроскопических частиц вокруг колодца и трубы, что в дальнейшем приведет к увеличению пустот. Таким образом, косметический ремонт не решит проблему, данный обвал со временем будет увеличиваться и может негативно сказаться на фундаменте школы, так как при большом расширении пустот будет происходить вымывание частиц непосредственно из несущего слоя под фундаментом (суффозия).
Заключение.
Итак, несущая способность основания здания школы на восприятие существующей нагрузки обеспечивается, усиления не требуется, но, вследствие неорганизованного водоотведения от фундамента здания, замачивание грунтов может привести к неравномерным осадкам здания.
Мною предложены следующие рекомендации по уменьшению негативного внешнего воздействия на исследуемый участок фундамента ( Приложение 1):
1) Необходимо произвести мероприятия по ликвидации проникновения поверхностных вод к фундаменту и основанию здания. Для этого, необходимо произвести устройство отмостки с водоотводящими лотками, произвести профессиональную засыпку колодца подвергающемуся разрушению.
2) Произвести устройство горизонтальной гидроизоляции фундамента здания, около разрушающегося колодца.
Первым шагом по обеспечению безопасности фундамента должно стать проведение специальных работ по дальнейшему его обследованию, выявление пустот (нерабочих колодцев и т.д.) рядом со зданием школы и в ближайшем окружении. В качестве второго шага по обеспечению безопасности необходимо проводить регулярный мониторинг не только в районах обследованных мест, но и во всех районах возможного негативного воздействия (например, проводить мониторинг строящихся зданий). На основании проведенных исследований и полученных результатов можно сделать выводы:
- при исследовании особенностей была выявлена суть взаимодействия природных, природно-антропогенных и локальных факторов, влияющих на образование и изменение исследуемых грунтов;
- при эксплуатации здания необходимо особое внимание уделить развитию процессов подтопления;
- при исследовании были выявлены определенные закономерности проявления региональных и локальных факторов, влияющих на структуру и характеристики грунтов, морфологию и возраст.
Приложение 1.
Приложение 2.
Чек-лист технического обследования зданий.
|
Выявление дефектов конструкции (этапы) |
Причины появления дефектов: |
Примерный перечень дальнейших работ |
|
Рекогносцировочный осмотр объекта. Изучение проектно-технической документации производится в целях определения периода строительства. Визуальное обследование фундамента. Беседы с рабочим и инженерно-техническим персоналом. |
Климатические и географические условия (избыток влаги в земле приводит к изменению характеристик грунта). Корни растущих поблизости деревьев. Утечка из подземных коммуникаций. Соседствующие рядом строения воздействуют на изменения естественного рельефа меняя направления талых вод. |
Если грунт имеет просадочные, набухающие, пучинистые свойства, то строительные мероприятия включают их устранения: тяжелая трамбовка, тромбование котловины и т.д. Ликвидация деревьев. Отмостка водоотводящими лотками. Засыпка колодца подвергающемуся разрушению. Гидроизоляция фундамента здания. |
Список литературы
1. Егоров, А.И. Методические рекомендации по проектированию и производству работ при усилении оснований и фундаментов.
2. Ржаницын, Б.А. Химическое закрепление грунтов в строительстве. – М.: Стройиздат, 1986.-264 с.: ил.
3. Соколович, В.Е. Химическое закрепление грунтов. – М.: Стройиздат, 1980.-119 с., ил.
4. Улицкий, В.М., Богов, С.Г. Комплексное использование струйной технологии для целей реконструкции на слабых грунтах. Реконструкция Санкт-Петербурга - 2005.
5 ГОСТ 25100-2011. Грунты. Классификация.
6. ГОСТ 12248-2010. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости.
7. ГОСТ 20522-2012. Грунты. Метод статистической обработки результатов определения
характеристик.
8. СП 22.13330.2011. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83* .
9. СП 47.13330.2012. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Актуализированная редакция СНиП 11-02-96.
10. СП 28.13330.2012. Защита строительных конструкций от коррозии. Актуализированная
редакция.
11. СП 50-101-2004. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений.
12. СП 131.13330.2012. Строительная климатология.