Применение свай, погружаемых вдавливанием, при реконструкции исторической застройки городов

На правах рукописи

САВИНОВ Алексей Валентинович ПРИМЕНЕНИЕ СВАЙ, ПОГРУЖАЕМЫХ ВДАВЛИВАНИЕМ, ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ ИСТОРИЧЕСКОЙ ЗАСТРОЙКИ ГОРОДОВ 05.23.02 - Основания и фундаменты, подземные сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Волгоград – 2008 2

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет»

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Шапиро Давид Моисеевич Воронежский государственный архитектурно-строительный университет доктор технических наук, профессор Пшеничкина Валерия Александровна Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет доктор технических наук, профессор Мангушев Рашид Абдуллович Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

Ведущая организация: Государственное унитарное предприятие научно-исследовательский, проектно конструкторский и производственный институт строительного комплекса республики Башкортостан (ГУП Институт «БашНИИстрой», г. Уфа)

Защита состоится «07» октября 2008 г. в 1000 на заседании диссертаци онного совета Д.212.026.01 в ГОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу:

400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1, ауд. Б-203.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Волго градский государственный архитектурно-строительный университет»

Автореферат разослан «03» сентября 2008 г.

Ученый секретарь Кукса Л.В.

диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. К началу 1990-х гг. в нашей стране произошли принципиальные изменения в инвестиционной политике в области строи тельства. Переориентация подрядных организаций с типового строительства на свободных территориях на реконструкцию, усиление, модернизацию зда ний и сооружений, новое строительство в условиях плотной городской за стройки потребовали создания соответствующей нормативной базы, внедре ния щадящих технологий, принципиально отличающихся от используемых при новом строительстве, разработки специализированной техники, обучения персонала и т.д. Наиболее сложные задачи возникли перед специалистами геотехниками, т.к. реконструкция или перепрофилирование зданий связаны либо с увеличением нагрузок на основание, либо со строительством вблизи существующих зданий, сопровождаемое требованием исключения негатив ного влияния и сохранения исторических и архитектурных памятников, оп ределяющих индивидуальный облик старых городов.

Анализ причин необходимости усиления фундаментов и упрочнения оснований зданий исторической застройки показывает, что самой распро страненной из них является дефицит несущей способности основания, воз никший, в-первую очередь, вследствие снижения его физико-механических характеристик при техногенном подтоплении. Самым перспективным спосо бом компенсации такого дефицита может служить применение свай усиле ния.

При реконструкции аварийных фундаментов с нестабилизированными осадками основания важно не только уметь оценивать несущую способность свай усиления при погружении и после «отдыха», но и вычислять их осадки под расчетными нагрузками, обеспечивая совместную работу с существую щими фундаментами. При этом добиваясь максимальной эффективности по грунту, сваи, как правило, заранее размещают на расстояниях, исключающих их взаимное влияние и негативное воздействие на основание реконструируе мого фундамента. Следовательно, многие факторы, принципиальные при устройстве свайных фундаментов под новое строительство, в условиях ре конструкции устраняются превентивными конструктивными мероприятиями и не требуют проведения специальных исследований (учет взаимного влия ния и снижения несущей способности свай при работе в составе ленточных и групповых фундаментов, расчет на горизонтальную нагрузку и др.).

На основе технико-экономических сравнений, сваи, погружаемые вдав ливанием, признаны для г. Саратова наиболее надежными, технологичными и эффективными по удельной несущей способности при усилении сущест вующих и устройстве новых фундаментов в стесненных условиях. Однако частота применения такого типа свай в практике строительства значительно опережает изученность работы их грунтового основания.

В соответствии с положениями действующих норм проектирования, расчет оснований должен производиться с использованием прямых прочно стных и деформационных характеристик грунтов (удельного сцепления, угла внутреннего трения, модуля деформации). Только при отсутствии таких рас четных методов временно допускается использование параметров, косвенно отражающих взаимодействие фундаментов конкретного типа с основанием (показатель текучести глинистых грунтов, дисперсность песков и т.д.).

Для свай вдавливания методы расчета по предельным состояниям с ис пользованием механических характеристик основания отсутствуют. Оценка их несущей способности производится, как для забивных свай, по таблицам СП 50-102-2003, несовершенство которых отмечалось многими учеными.

Вместе с тем, достоверная оценка дефицита несущей способности ос нований аварийных фундаментов и принятие грамотных инженерных реше ний о необходимости их усиления, изучение грунтовых массивов полевыми методами, долговременный прогноз изменений напряженно-деформирован ного состояния исходного и усиленного оснований, научное сопровождение и геотехнический мониторинг сложных объектов реконструкции, оценка эф фективности выполненных усилений и совершенствование на основе полу ченных экспериментально-теоретических результатов, к примеру, методов расчета свай по предельным состояниям, невозможны без создания соответ ствующей технической, инструментальной и информационной базы.

Поэтому наиболее актуальной задачей является создание инструмен тально-информационной базы экспериментально-теоретических исследова ний, и лишь затем - решение конкретных научных и прикладных задач. По инженерно-геологическим, геотехническим и градостроительным условиям г. Саратов достаточно типичен среди старых городов Европейской части Рос сии. Поэтому выработка на его примере общего комплексного подхода к обеспечению реконструкции исторической застройки, и решение на этой ос нове частной проблемы совершенствования методов расчета по деформациям свай, погружаемых вдавливанием, с последующим внедрением их в практику строительства имеет большое научное и народно-хозяйственное значение.

Связь работы с научными программами. Работа является частью комплексных научных исследований, проводимых на кафедре «Промышлен ное и гражданское строительство» СГТУ в рамках внутривузовской програм мы НИР 10В «Совершенствование методов расчета и оптимальное проекти рование строительных конструкций и оснований сооружений».

Цель диссертационной работы - решение научно-технической про блемы, имеющей важное народно-хозяйственное значение, заключающееся в создании инструментально-информационной базы проведения комплексных геотехнических исследований в условиях реконструкции исторической за стройки городов;

всестороннем изучении взаимодействия свай, погружаемых вдавливанием, с окружающим грунтовым массивом, создании методов их расчета;

внедрении полученных результатов в практику проектирования и строительства.

Для достижения цели работы необходимо решить следующие задачи:

- Изучить особенности формирования зоны исторической застройки г.

Саратова и принципы проектирования фундаментов старых зданий.

- Провести анализ причин необходимости усиления фундаментов и уп рочнения оснований зданий, обосновать эффективность применения свай, погружаемых вдавливанием, для сохранения ценной городской застройки.

- Выполнить систематизацию инженерно-геологической, гидрогеоло гической и градостроительной информации, произвести геотехническое кар тирование и районирование территории, организовать комплексное исследо вание оснований лабораторными и полевыми методами, создать инструмен тально-информационную базу мониторинга сложных инженерных объектов.

- Провести экспериментальные исследования особенностей взаимодей ствия с основанием стальных и железобетонных вдавливаемых свай при дей ствии вертикальных нагрузок в различных грунтовых условиях на стадии по гружения и после «отдыха», одиночных и в составе ростверков.

- Разработать метод оценки сопротивления грунтов при погружении свай вдавливанием и методику расчета их оснований по деформациям на действие расчетных вертикальных нагрузок.

- Произвести численное исследование напряженно-деформированного состояния основания свай, погруженных вдавливанием.

- Выполнить сравнение расчетных величин, полученных теоретически, с экспериментальными данными.

- Осуществить внедрение результатов исследований в практику проек тирования и строительства.

Методы исследований. В работе использовались современные теоре тические методы исследований: аналитический аппарат теории упругости и пластичности, численный метод конечных элементов для моделирования на пряженно-деформированного состояния (НДС) основания, методы математи ческой статистики для обработки данных экспериментов. В экспериментах использовались современная электронная регистрационная аппаратура и тен зометрические приборы, стандартное оборудование для испытаний зондов, свай и грунтов лабораторными и полевыми методами. Методики экспери ментальных и теоретических исследований соответствуют действующим нормам. Результаты, выводы и рекомендации, приведенные в диссертации, базируются на основных положениях механики грунтов, теории упругости и пластичности. Методы обработки, анализа и оценки полученных данных от вечают современным требованиям.

Достоверность результатов исследований подтверждается: наличием базы данных об инженерно-геологической и гидрогеологической ситуации, техническом состоянии исторической застройки г. Саратова;

большим коли чеством модельных и натурных опытов;

практикой проектирования, строи тельства и эксплуатации зданий, реконструированных с применением вдав ливаемых свай;

использованием рекомендаций нормативной и научно технической литературы, результатов исследований других авторов;

дли тельными наблюдениями за деформациями фундаментов в натурных услови ях;

хорошей сходимостью результатов теоретических исследований и данных натурных испытаний.

Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что:

- Впервые сформулированы основные принципы проектирования фун даментов зданий при формировании исторической застройки г. Саратова.

- На основе анализа архивных материалов и результатов собственных экспериментальных исследований прослежены изменения несущей способ ности оснований старых зданий в процессе длительной эксплуатации, при подтоплении, других антропогенных воздействиях, и предложена схема сис тематизации основных причин необходимости усиления фундаментов и уп рочнения оснований зданий центральной части г. Саратова.

- Обоснована необходимость применения вдавливаемых свай для ком пенсации дефицита несущей способности фундаментов на естественном ос новании в условиях негативных техногенных воздействий и при реконструк ции.

- Выполнены сбор, анализ и систематизация геотехнической информа ции, составлены карты районирования г. Саратова по грунтовым условиям, создана инструментальная база мониторинга сложных инженерных объектов в виде системы глубинных реперов, осадочных марок, гидрогеологических режимных скважин и т.д., организовано комплексное исследование грунто вых оснований штампами, прессиометрами, статическим зондированием в оптимальном сочетании с современными лабораторными методами.

- Экспериментально изучены в лабораторных и полевых условиях ос новные процессы, происходящие в основании фундаментов из стальных и железобетонных свай при их вдавливании, «отдыхе» и загружении верти кальными статическими нагрузками в песках и слабых водонасыщенных грунтах;

выявлено влияние последовательности бетонирования ростверков при устройстве свайно-плитных фундаментов на несущую способность вдав ливаемых свай.

- На основе упруго-пластического решения осесимметричной задачи и экспериментально установленных закономерностей взаимодействия грунта со сваями, разработаны аналитический метод расчета сопротивления свай в процессе вдавливания и методика расчета оснований по деформациям на действие расчетных вертикальных нагрузок с использованием прочностных и деформационных характеристик грунтов, реализованные в виде программ для персонального компъютера.

- Произведены численные исследования напряженно-деформирован ного состояния основания свай вдавливания и сравнение расчетных величин с экспериментальными данными, подтвердившие правильность полученных теоретических и экспериментальных зависимостей.

- Усовершенствованы оборудование и технология погружения свай вдавливанием при реконструкции и в стесненных условиях.

- Осуществлено применение свай, погружаемых вдавливанием, при ре конструкции объектов историко-культурного наследия и новом строительст ве в стесненных условиях на основе комплексного исследования грунтов ла бораторными и полевыми методами.

- Выполнены длительные инструментальные наблюдения за осадками объектов, фундаменты которых решены с применением методики автора.

Практическое значение работы заключается в том, что:

- Созданы инструментальная и информационная базы для проведения сложных геотехнических исследований НДС оснований, испытаний грунтов современными полевыми методами, грамотного проектирования оснований и фундаментов, мониторинга и научного сопровождения объектов реконструк ции и нового строительства в центральной части г. Саратова.

- Материалы по систематизации инженерно-геологических, гидрогео логических, градостроительных и специальных геотехнических условий тер ритории легли в основу разработки Рабочего проекта инженерной защиты города от подтопления, ТЭО защиты от оползневой опасности, генплана г.

Саратова.

- Созданная система инструментального мониторинга деформаций ос нований использована при реализации мероприятий по инженерной защите территории от подтопления, при строительстве лучевого дренажа, реконст рукции ряда зданий-памятников федерального и регионального значения.

- Исключено применение динамических методов устройства фундамен тов в зоне исторической застройки г. Саратова. Разработаны и изготовлены десятки сваевдавливающих установок. Вдавливаемые сваи стали применять ся повсеместно при новом строительстве в стесненных условиях и реконст рукции фундаментов зданий, в т.ч. объектов историко-культурного наследия.

- Предложенная методика оценки сопротивления грунта при вдавлива нии позволяет верно выбирать необходимое оборудование для погружения свай, а инженерный метод расчета свай по деформациям - прогнозировать осадки и обеспечивать совместную работу с усиливаемым фундаментом.

- Разработки автора могут использоваться в аналогичных геотехниче ских условиях других городов, что позволит снизить стоимость и материало емкость работ нулевого цикла при новом строительстве и реконструкции.

Реализация работы. Разработки автора представлены на международ ном форуме «Интерстройэкспо-2003» (СПб), включены в строительные нор мы республики Беларусь РСН 69-89 «Проектирование свайных опор под тру бопроводы тепловых сетей», территориальные нормы Пермской области ТСН 12-304-04 «Строительство объектов на склонах». Экономический эф фект от их внедрения составил более 1 млн. руб. на объектах нового строи тельства Администрации г. Саратова и более 2 млн. руб. на объектах рекон струкции Министерства культуры Саратовской области (в ценах 1984 г.). Ре зультаты работы использованы также на объектах строительного комплекса г. Перми, г. Новосибирска и др.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуждены на Международных конференциях по проблемам свайного фун даментостроения (Пермь, 1990;

Минск, 1992;

Саратов, 1994;

Тюмень, 1996;

Уфа, 1998);

Международной конференции «Реконструкция исторических го родов и геотехническое строительство» и Международном строительном фо руме «Интерстройэкспо-2003» (Санкт-Петербург, 2003);

Международных на учных конференциях по современным проблемам фундаментостроения (Вол гоград, 2001, 2003, 2005;

Пенза, 2000, 2002, 2004;

Пермь, 2000;

2004;

2005;

Уфа, 2006);

Всероссийских научно-технических конференциях «Геотехника Поволжья» (Казань, 1986;

Балаково, 1989;

Тольятти, 1992), II Всесоюзном координационном совещании-семинаре по механизированной безотходной технологии возведения свайных фундаментов из свай заводской готовности (Владивосток, 1988);

Всеукраинских научно-технических конференциях по механике грунтов и фундаментостроению (Полтава, 1991, 1995;

Одесса, 2001);

VII школе-семинаре «Современные проблемы механики грунтов и ох раны геологической среды» (Ростов-на-Дону, 1998);

ежегодных научно технических конференциях Саратовского (1994-2001) и Пермского (2002 2004) государственных технических университетов и др. Отдельные резуль таты работы (в виде 4 методических указаний) использованы в учебном про цессе при подготовке инженеров-строителей в СГТУ по специальности ПГС, в т.ч. специализации «Основания и фундаменты», а также в Новосибирском государственном архитектурно-строительном университете на кафедре ин женерной геологии, оснований и фундаментов при чтении лекций по дисци плине «Основания и фундаменты», на занятиях по УИРС, в дипломном про ектировании и в научной работе магистрантов и аспирантов кафедры.

Личный вклад автора. Диссертационная работа является результатом исследований, проводимых автором с 1988 г. по настоящее время. Постанов ка проблемы, формулирование цели и задач, поиск их решения путем прове дения теоретических и экспериментальных исследований, научные разработ ки и практические рекомендации, анализ полученных результатов и все вы воды осуществлены автором.

На защиту выносятся:

- Результаты обобщения и анализа основных принципов проектирова ния фундаментов при формировании исторической застройки г.Саратова, из менений несущей способности их оснований в процессе длительной эксплуа тации, при подтоплении и других техногенных воздействиях, систематизация основных причин необходимости усиления фундаментов и упрочнения осно ваний старых зданий в современных инженерно-геологических условиях.

- Результаты поиска, анализа и систематизации геотехнических мате риалов по территории г. Саратова в виде готовых карт и таблиц.

- Результаты комплексных экспериментальных исследований взаимо действия с массивом грунта одиночных и в составе ростверка свай вдавлива ния при действии вертикальных нагрузок.

- Система коэффициентов, устанавливающих соотношения между де формационными характеристиками, полученными различными лаборатор ными и полевыми методами, и методики определения прочностных характе ристик грунтов для всех стадий работы свайного основания.

- Методики оценки сопротивления свай в процессе погружения и рас чета по деформациям оснований вдавленных свай на действие вертикальных нагрузок в глинистых грунтах.

- Результаты численного моделирования взаимодействия массива грунта со сваей вдавливания при нагружении вертикальной статической на грузкой.

- Основные выводы экспериментальных и теоретических исследова ний и рекомендации по применению свай, погружаемых вдавливанием.

Публикации. Материал диссертации изложен в 86 печатных работах, в т.ч. 9 статьях в ведущих научных журналах и изданиях, рекомендуемых ВАК, 1 монографии и 2 нормативных документах. В автореферат включены 35 основных публикаций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 раз делов, основных выводов, библиографического списка из 290 наименований и приложений. Она содержит 319 страниц основного текста, 67 таблиц, иллюстрации. Общая структурная схема работы дана на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема работы СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выработки общего подхода к реконструкции исторической застройки и решения частной проблемы совер шенствования методов расчета вдавливаемых свай по деформациям. Дана общая характеристика работы, сформулированы цель исследования и задачи, решаемые для достижения поставленной цели.

Отмечено, что значительный вклад в изучение работы свайных фунда ментов внесли П. А. Аббасов, М. Ю. Абелев, А. А. Бартоломей, Б. В. Бахол дин, В. Г. Березанцев, Н. В. Бойко, H. Brandl, J. B. Burland, P. Bermingham, Ю.

Л. Винников, Н. М. Герсеванов, В. Н. Голубков, М. Н. Гольдштейн, Б. В.

Гончаров, А. Л. Готман, А. А. Григорян, Б. И. Далматов, Н. М. Дорошкевич, В. В. Знаменский, W. van Impe, В. А. Ильичев, R. Katzenbach, П. А. Конова лов, С. Я. Кушнир, Ф. К. Лапшин, В. В. Лушников, А. А. Луга, Р. А. Мангу шев, Н. Г. Новожилов, А. А. Ободовский, Е. М. Перлей, А. В. Пилягин, А. Б.

Пономарев, В. И. Редков, Ю. В. Россихин, M. Randolf, В. С. Сажин, М. И.

Смородинов, В. И. Соломин, С. Н. Сотников, K. Terzaghi, Ю. Г. Трофимен ков, В. М. Улицкий, С. Б. Ухов, А. Б. Фадеев, В. Г. Федоровский, В. М. Фек лин, P. Frank, Н. А. Цытович, Д. М. Шапиро, В. Б. Швец, А. М. Ягудин и др.

Непосредственно исследованием свай, погружаемых вдавливанием, за нимались Б. В. Бахолдин, В. П. Буров, Э. М. Гендель, С. В. Гдалин, Greathead, Х. А. Джантимиров, В. А. Ильичев, П. А. Коновалов, Е. Е. Кофт, К. Е. Крытов, О. В. Литвин, Э. И. Мулюков, Madden, А. В. Новский, Е. М.

Перлей, А. И. Полищук, E. Prentis, С. В. Романов, Д. А. Романов, Е. В. Све тинский, В. М. Улицкий, L. White, И. И. Ханович и др.

Недостаточно широко для оценки несущей способности свай исполь зуются полевые методы, которые в нашей стране получили развитие в рабо тах М. М. Вагидова, Л. Н. Воробкова, С. С. Вялова, Н. Б. Гареевой, М. Н.

Гольдштейна, Б. В. Гончарова, Н. З. Готман, Б. И. Далматова, К. Е. Егорова, В. М. Еникеева, Н. Л. Зоценко, В. Д. Казарновского, С. Л. Кореневой, В. И.

Крутова, Ф. К. Лапшина, В. В. Лушникова, Л. Г. Мариупольского, Н. Н. Мас лова, В. В. Михеева, Г. С. Родкевич, И. Б. Рыжкова, В. Е. Сеськова, Е. А. Со рочана, З. Г. Тер-Мартиросяна, Ю. Г. Трофименкова, В. Д. Фаерштейна, А. П.

Хамова и др.

В первом разделе собрана и проанализирована информация о конст руктивных особенностях старых зданий, исходном и современном состоянии грунтового основания исторического центра г. Саратова. Обоснована необ ходимость применения в сложившихся условиях свай, погружаемых вдавли ванием (ВС), при реконструкции и новом строительстве.

Отмечено, что г. Саратов основан в 1590 г. и находится на третьем мес те в России по количеству сохранившихся памятников истории, культуры, архитектуры и градостроительства. По данным на 01.06.2006 г. в области по ставлено на учет 53 памятника федерального и 609 регионального значения, вновь выявлено 2288 объектов историко-культурного наследия, из которых в г. Саратове сосредоточено, соответственно, 38, 193 и 736. По времени осно вания, периоду формирования и характеру базовой застройки, численности населения, инженерно-геологическим (ИГ), гидрогеологическим (ГГ), гео техническим условиям территории и тенденциям их изменения он является типичным среди исторических городов Европейской части России.

Историческое ядро города начало формироваться после пожара года, когда в городе уцелело 129 каменных зданий, и был высочайше утвер жден новый регулярный план застройки. Основные нормативные документы дореволюционной России, включая Строительный устав (1857 г.), регламен тировали правовые, противопожарные, санитарные и другие общеградо строительные правила застройки населенных пунктов. Решение инженерных вопросов отдавалось на усмотрение губернских и городских архитекторов.

Наибольшее влияние на формирование архитектурного облика цен тральной части г. Саратова в этот период оказал А. М. Салько (1838-1918 гг.), который с 1870 по 1914 гг. выполнял обязанности городского архитектора и архитектора Саратовской епархии. Основные расчетные и конструктивные принципы проектирования зданий, в том числе их оснований и фундаментов, изложены в его трудах и подробно проанализированы нами. Особый интерес представляют рекомендации по использованию деревянных свай при устрой стве тяжелых каменных церквей и методы оценки их несущей способности по результатам динамических испытаний.

Практически все гражданские здания исторической застройки г. Сара това возводились с фундаментами на естественном основании, представлен ном высокопрочными твердыми просадочными суглинками. Определяющим являлся расчет оснований по I группе предельных состояний (по несущей способности), т.к. расчет по II группе (по деформациям) практически не тре бовался. Рекомендуемые давления в 216 пудов на квадратный фут подошвы фундамента (3,81 кг/см2), как правило, не превышали структурной прочности просадочных суглинков и не вызывали заметных осадок основания.

В ряде проектов рекомендуемые давления существенно превышались, достигая под фундаментами средних стен 0,5-0,6 МПа, и могли различаться в пределах здания в несколько раз. Это создавало предпосылки к значитель ным неравномерным осадкам фундаментов при снижении прочностных и деформационных характеристик несущего слоя, однако при глубине грунто вых вод более 20 м рекомендации архитектора обеспечивали безаварийную эксплуатацию зданий и даже их активную массовую надстройку в 1950-х гг.

По результатам изучения исходного состояния основания и его много летних изменений установлено, что ситуация начала коренным образом ме няться в начале 60-х годов XX века, когда природный режим подземных вод под влиянием техногенных факторов был нарушен и начался быстрый подъ ем УПВ. В результате реализации просадочных свойств, снижения прочност ных и деформационных характеристик основания большинство старых зда ний получили значительные деформации, вызвавшие повреждение строи тельных конструкций и резкое ухудшение технического состояния. Выпол ненные расчеты для зданий с различными глубиной заложения, шириной по дошвы и нагрузками на фундаменты с использованием физико-механических характеристик грунтов, полученных на соседних площадках в течение более 50 лет, показали снижение расчетного сопротивления при обводнении в 4 и более раз (см. рис. 2) при аналогичном росте сжимаемости основания.

R, кПа b = 680 мм IL, д.е.

0, 0,2 0, 0, Рис. 2. Графики зависимости расчетного сопротивления R от показателя текучести IL суглинков основания фундаментов зданий при глубине подвала dВ, м: 1 - 1,5;

2 - 2,0;

3 - 2,5;

4 - 3,0;

5 - 3,5;

6 - 4, К концу 1990-х гг. по отдельным зданиям зафиксированы максималь ные осадки до 960 мм и скорости их нарастания - до 16,4 мм/год.

На основе обобщения материалов обследований нескольких десятков объектов историко-культурного наследия, выполненных автором, проведена систематизация основных причин необходимости усиления фундаментов и упрочнения оснований исторических зданий и составлена структурная схема, позволяющая грамотно определять источники возникновения деформаций и разрабатывать адекватные геотехнические мероприятия по их стабилизации.

В результате кардинального изменения ИГ и ГГ ситуации, к концу XX века для нашего города оказались характерны следующие условия производ ства работ при усилении оснований и фундаментов: водонасыщенные слабые мягкопластичные суглинки несущего слоя с расчетным сопротивлением R = 0,10-0,18 МПа и модулем деформации Е = 5-7 МПа;

нагрузки на фундаменты, превышающие допустимые в 1,8-3,5 раза;

УПВ на отметках заложения по дошвы фундаментов и выше;

подвальные помещения высотой 1,8-2,5 м;

прочность кладки фундаментов не более 11 МПа и т.д.

Проведенный обзор традиционных и современных методов усиления оснований и фундаментов показал, что в указанных выше геотехнических условиях они нетехнологичны, трудоемки, опасны и малоэффективны, боль шинство из них не решают проблему комплексно, с учетом возможных по следующих изменений ИГ и ГГ ситуации, не обеспечивают в водонасыщен ных грунтах быструю стабилизацию продолжающихся осадок здания.

Из результатов анализа очевидно, что обеспечить в подобных грунто вых условиях предельные величины дополнительных деформаций, допусти мых по мнению ведущих специалистов в этой области (В. А. Ильичев, П. А.

Коновалов, Н. С. Никифорова) для памятников архитектуры, находящихся в неудовлетворительном или предаварийном техническом состоянии, тем бо лее выполнять их реконструкцию или осуществлять уплотнение сложившей ся исторической застройки, невозможно без применения свай.

После подробного и обстоятельного рассмотрения достоинств, недос татков, области применения, конструктивных решений и необходимого обо рудования, предпочтение отдано сваям, погружаемым вдавливанием.

Одной из сложностей при выборе перспективного метода усиления оказалось отсутствие объективной информации о реальных деформациях зданий и сооружений, в частности, после укрепления их основания и фунда ментов. Стало очевидно, что осуществить реализацию крупных инженерных проектов, в том числе, внедрение в практику строительства ВС, невозможно без создания материальной, инструментальной, информационной и организа ционной баз геотехнического мониторинга.

Второй раздел посвящен анализу и систематизации географических, ИГ и ГГ условий территории и созданию основ геотехнического мониторинга исторической застройки и основания центральной части г. Саратова.

Дана характеристика физико-географических, топографических, ИГ, ГГ и климатических условий территории города на основе обобщения мате риалов «Технико-экономического обоснования мероприятий по инженерной защите г. Саратова от подтопления», в разработке которого автор принимал непосредственное участие. Материалы по ИГ и ГГ ситуации для центральной части города детально проанализированы и систематизированы.

Для решения вопросов градостроительства на стадиях ТЭО и проекта планировки разработаны карты М 1:25000 районирования территории г. Са ратова по ряду базовых геотехнических параметров: по основным типам за стройки, просадочности, расчетному сопротивлению и сжимаемости грунтов.

В тексте раздела содержатся основные принципы, использованные при подготовке исходных данных и положенные в основу геотехнического кар тирования и микрорайонирования территории. Итоговые материалы в виде карт и таблиц представлены в приложении к диссертации. Карты позволяют:

выделить районы города повышенного риска из-за развития опасных ИГ процессов, нуждающиеся в организации мониторинга и выполнении меро приятий по инженерной защите;

прогнозировать развитие деформаций суще ствующей застройки;

выбрать методы устройства новых и усиления сущест вующих фундаментов;

оценить перспективные зоны освоения подземного пространства и т.п.

Для рабочего проектирования и ведения единой градостроительной по литики необходимы комплексная ИГ карта г. Саратова в масштабе М 1: и региональные таблицы физико-механических свойств грунтов. Для их под готовки разработана методика сбора, первичной обработки и накопления ис ходной ИГ информации. Разработан «Паспорт ИГ выработки», в который за носятся основная ИГ, ГГ, литологическая и др. информация по шурфу или скважине, результаты лабораторных исследований грунтов. Создана анало гичная форма-шаблон для сбора, хранения и дальнейшей обработки резуль татов полевых испытаний грунтов сваями, штампами, прессиометрами. Пас порта ИГ выработок и полевых испытаний составлены в среде EXCEL и со держат всю необходимую информацию на двух электронных страницах. Об разцы типовых Паспортов представлены в приложении к диссертации.

Очередным этапом организации мониторинга стало создание опорной сети глубинных реперов. В сочетании с системой стеновых осадочных марок, установленных на каждом объекте наблюдения по специально разработанной схеме, наличие реперов позволило выполнять геодезические работы по I классу точности и взять под контроль деформации зданий - памятников ис тории и культуры центральной части города. Параллельно организованы на блюдения за режимом подземных вод на территории г. Саратова по сохра нившимся и выполненным заново ГГ скважинам.

Для контроля состояния основания «in situ» выбран метод статического зондирования (СЗ), который является дешевым и технологичным, использу ется в широком диапазоне глубин и грунтовых условий, существенно сокра щает сроки и затраты на получение информации о строении и свойствах ос нования. Метод СЗ представляет особый интерес в связи с исследованием ВС. НДС массива грунта в процессе внедрения зонда аналогично возникаю щему при погружении вдавливанием стальных свай, часто используемых при усилении фундаментов. Поэтому параметры СЗ дают наиболее полную и достоверную информацию для определения усилия погружения, выбора сва евдавливающего оборудования и приближенной оценки несущей способно сти ВС. Для определения деформационных характеристик принят метод по левых испытаний грунтов винтовым штампом площадью 600 см2 и механи ческим прессиометром с той же площадью лопастей.

В качестве примера успешного проведения комплексного геотехниче ского мониторинга приводится проект реконструкции зданий окружного суда (арх. А. М. Салько, 1879-1893 гг.), при разработке которого проведены: мо ниторинг деформаций фундаментов;

бурение пяти скважин глубиной 10,0 м;

проходка шурфа глубиной 6,5 м вне зоны влияния здания;

вскрытие из под валов шести шурфов на глубину 1,0 м ниже подошвы фундаментов;

отбор монолитов из скважин и шурфов с проведением комплекса лабораторных ис пытаний по специально составленной методике;

испытание грунтов статиче скими нагрузками на штампы площадью 600 см2 в 4 скважинах;

испытание грунтов СЗ в 6 точках на глубину до 15,0 м;

камеральная обработка и анализ полученных результатов.

Из результатов выполненных экспериментальных исследований следу ет: деформации зданий исторической застройки могут в десятки раз превы шать регламентируемые действующими нормами предельные величины: на объекте зафиксирована максимальная неравномерная осадка в 940 мм;

осад ки старых зданий связаны с реализацией просадочных свойств грунтов при подтоплении и последующей консолидацией образовавшегося слабого осно вания и не прекращаются после стабилизации УПВ;

при отборе монолитов стандартным грунтоносом происходит уплотнение, аналогичное обжатию в компрессионном приборе нагрузками 0,15-0,25 МПа, что приводит к ошиб кам при оценке физико-механических характеристик грунта, в том числе, его просадочности;

просадочные свойства частично утрачиваются в процессе уплотнения грунтов под фундаментами при воздействии нагрузок от сущест вующего здания и локальных замачиваниях основания: в данных исследова ниях наличие уплотненных зон под фундаментами с давлением по подошве 0,36-0,41 МПа зафиксировано до глубины 0,4-0,7 b;

при обводнении основа ния, помимо реализации просадочных свойств, происходит многократное снижение прочностных и деформационных характеристик, позволяющее от носить образовавшиеся грунты к слабым;

снижение строительных свойств при подтоплении достоверно фиксируется по результатам СЗ;

последствия длительного нагружения просадочных грунтов при полном обводнении ос нования «стираются», а зоны уплотнения формируются заново в процессе консолидации слабого водонасыщенного основания;

прочностные и дефор мационные характеристики четвертичных лессовидных суглинков природно го сложения и уплотненных под фундаментами зданий становятся близкими в сопоставимых диапазонах давлений после завершения консолидации в ус ловиях полного водонасыщения. На основе полученных выводов разработан проект усиления основания, частично реализованный к настоящему моменту.

В третьем разделе выполнен краткий исторический обзор успешных случаев использования ВС с начала ХХ века по сегодняшний день в нашей стране и за рубежом. Рассмотрены оборудование, материалы, конструктив ные и технологические особенности, область применения таких свай при ре конструкции и новом строительстве. Приводятся основные технические ха рактеристики отечественных и зарубежных сваевдавливающих установок.

Подробно изучены: факторы, сдерживающие внедрение ВС в практику реконструкции;

влияние погружения на массив грунта и назначение безопас ного расстояния до существующих фундаментов;

технологические приемы, снижающие отрицательное воздействие вдавливания на основание и умень шающие усилия погружения свай, и т.д. Отдельно рассмотрены имеющиеся в технической литературе сведения о коррозионной стойкости и долговечности стальных свай, конструкциях индустриальных монтажных стыков составных свай и головных элементов, позволяющих включать ВС в работу под расчет ную нагрузку сразу при завершении погружения или после «отдыха».

Главной особенностью ВС является возникновение при погружении реактивного усилия, которое должно восприниматься собственной массой конструкций усиливаемых зданий или компенсироваться системой пригрузов и анкеров. Поэтому в каждом конкретном случае специалистами в области реконструкции решается вопрос о принципиальной возможности и величине реактивного усилия, передаваемого на конструкции зданий.

На основе анализа результатов экспериментально-теоретических ис следований ведущих ученых, сформулировано обобщенное представление о физических процессах, происходящих в массивах глинистых отложений во круг одиночных свай, погружаемых с полным вытеснением грунта в их объ еме, при вдавливании, «отдыхе» и передаче на них расчетных нагрузок.

Проведен обзор существующих методов оценки несущей способности свай при действии вертикальных нагрузок, включая методы расчета основа ний ВС, регламентируемые действующими нормами.

Намечены экспериментальные и теоретические направления уточнения методов расчета, совершенствования оборудования и установок, расширения области применения свай, погружаемых вдавливанием.

Четвертый раздел посвящен теоретическим основам расчета ВС на вертикальную нагрузку и анализу основных факторов, влияющих на форми рование сопротивлений свай и зондов при вдавливании в грунтовый массив.

На базе принятых расчетных схем и теоретических решений задачи о внедрении цилиндрического тела с коническим наконечником в упруго - пла стическое основание получены или уточнены (Ф. К. Лапшин) уравнения, по зволяющие определять сопротивления под нижним концом и на боковой по верхности свай на стадии вдавливания и на этапе статического нагружения.

Величины удельного сопротивления грунта под нижним концом сваи q и предельного радиального давления Р при погружении связаны зависимо стями:

q = (P + n2C ) / n1 ;

(1) sin 1 + sin (PР + Сctg ) Сctg, E P= ( ) (2) 4 PР 1 2 PО (2 ) где С - удельное сцепление грунта природного сложения;

n1 и n2 - геометри ческие коэффициенты, зависящие от углов заострения сваи и внутреннего трения грунта ;

PO и PP - давления, вычисляемые по формулам из Прило жения Е СП 50-102-2003;

- коэффициент поперечного расширения, опреде ляемый экспериментально или принимаемый приближено по эмпирическим зависимостям, в частности, для глинистых грунтов - по показателю текучести IL (Я. В. Юрик, И. А. Розенфельд);

Е - модуль деформации основания.

Достоверность уравнений проверялась для граничных условий (иде ально - пластические и несвязные грунты, нулевая глубина и др.), анализиро вался характер поведения функций при изменении входящих в них парамет ров (,, C,, Е,, IL), проводилось сопоставление с теоретическими ре шениями других авторов и с экспериментальными данными, накопленными при исследовании грунтов лабораторными и полевыми методами.

При моделировании погружения в слабые глинистые грунты (идеаль но-пластическая среда, = 0) стандартного зонда с углом заострения конуса = 60° при малой глубине из (1) получим q = 4,31С, при изменении от 30° до 90° коэффициент пропорциональности меняется от 6,0 до 4,0. Значения близки к величинам, найденным из решений Терцаги - Како для предель ной нагрузки на грунт под подошвой гладкого незаглубленного фундамента ( +2), В. В. Соколовского, Ю. Г. Трофименкова для плоской задачи, А. Ю.

Ишлинского для предельного давления в осесимметричной задаче и др.

Формулы объясняют встречающиеся в литературе рекомендации по увеличению до 15 (T. P. Tassios) и более: для стандартного зонда возрас тает от 4,95 на поверхности до 24,95 на глубине 10 м при удельном весе грунта SB = 10 кН/м3 и удельном сцеплении С = 10 кПа. Следовательно, пре небрежение горизонтальным давлением от собственного веса грунта, приня тое рядом авторов, допустимо лишь при незначительных глубинах.

Рассмотрение принятой расчетной схемы и напряженно - деформиро ванного состояния грунта вокруг вдавливаемой сваи позволяет утверждать, что используемый в (2) модуль является модулем мгновенных деформаций ЕО при быстром вытеснении упругого грунтового тела из-под острия в окру жающий массив. Для несвязной среды ЕО определяется упругими свойствами частиц и практически равен модулю упругости Ее. Выражение для Ее при идеально-сыпучих грунтах может быть получено из (2) в виде:

1+ sin 1+ sin n5 sin sin sin Eе = Pg q (3), где n5 - коэффициент, зависящий только от углов заострения сваи и внут реннего трения грунта ;

Pg - бытовое давление грунта на глубине испыта ния. Формула (3) позволяет по результатам СЗ песков получать значения Е, в несколько раз превышающие величины штампового модуля ЕS, приводимые в нормах или определяемые по традиционным эмпирическим зависимостям.

Для водонасыщенных глинистых грунтов величина модуля определя ется деформационными свойствами малосжимаемой расструктурированной грунтовой массы, близкой к упругому телу.

Таким образом, с незначительными терминологическими и количест венными неточностями, параметр, формирующий сопротивление под остри ем ВС или зонда при погружении, может считаться модулем мгновенных (условно упругих) деформаций ЕО ~ Еe, на что косвенно указывалось в неко торых теоретических работах, посвященных СЗ (А. Buisman, R. Haefely, H.

Fehlmann, О. М. Резников, З. Г. Тер-Мартиросян и др.).

Для использования параметра Ее в расчетах свайных оснований требу ется связать его с другими, общепринятыми модулями деформации. Много образие деформационных характеристик, необходимых при описании пове дения сваи под нагрузкой, продемонстрируем с помощью представленного на рис. 3 графика испытаний глинистого грунта радиальным прессиометром, на котором выделены наиболее характерные участки.

r,мм Н Характерные участки графика:

АВ - упругое сжатие от PО до РР;

ВС - уплотнение и локальные сдвиги прессиометрический ЕРr модуль де G формации;

CD - упругая часть раз 8 F' Er грузки - модуль упругости при раз E D' грузке Ее;

СE - полная разгрузка 7 C' Ed модуль деформации при разгрузке Еd;

EF - повторное нагружение - мо E' дуль деформации Er;

FC' - участок EPr 5 уплотнения основания, аналогичный F Er E участку графика ВС;

C'D';

С'E';

E'F' D 4 участки графика при повторной раз Ed C E грузке и повторном нагружении 3 грунта, аналогичные соответствую EPr щим участкам CD, CE, EF;

F'G - уча 2 сток, характеризующий завершение стадии уплотнения грунта и начала АВ фазы сдвигов;

GF - внутренний вы E O пор грунта при достижении предель Рpr P, кПа ного давления Р.

0 РО РР Р' Рис. 3. Условная экспериментальная кривая при испытаниях полутвердого глинистого грунта прессиометром с разгрузкой и повторным нагружением Для практического применения предложена и всесторонне проверена для глинистых грунтов система теоретических и эмпирических коэффициен тов, устанавливающих приближенные соотношения между модулем Ее и зна чениями модулей, полученных при стандартных полевых прессиометриче ских (ЕРr), штамповых (ЕS) и лабораторных испытаниях в одометре (Ес):

E e = k E S = k S E S = k m c E Рr = k S m c E c, (4) k S = k = 3tg ctg 2 + tg 2 +, (5) где - коэффициент, равный 1,0 для суглинков и глин;

1,5 - для супесей;

2, - 3,0 - для песков;

mс - коэффициент, устанавливающий соотношение между штамповым ЕS и компрессионным Ес модулями и принимаемый в зависимо сти от коэффициента пористости (И. А. Агишев, А. И. Полищук и т.д.).

При получении деформационных характеристик необходимо учиты вать особенности экспериментального метода (штамп, прессиометр, одометр и др.), параметры оборудования (радиальный или лопастной прессиометр, тип и размер штампа, и т.д.), режим испытаний, способ отбора монолитов, метод установки полевого оборудования и т.д. Например, при анализе ре зультатов испытаний радиальными прессиометрами с резиновыми камерами прослеживается сходимость ЕРr с компрессионными модулями Ес, а при ис пользовании вдавливаемых механических прессиометров с площадью лопа стей 2х300 см2 величина ЕРr в изотропных грунтах практически совпадает с ЕS, полученным при испытаниях винтовым штампом той же площади.

После прохождения острием сваи или зонда заданного уровня, нор мальное давление Р резко снижается. При СЗ со стандартной скоростью и аналогичных скоростях погружения ВС в грунтах без структурных связей давление на муфте трения зонда и нижнем участке сваи приближенно можно принять равным давлению при разгрузке, получаемому из прессиометриче ских испытаний или вычисляемому по формуле (2) при близких к исходным прочностных характеристиках и модуле при разгрузке Еd.

Дискретно-непрерывное вытеснение грунта из-под острия в околосвай ный массив при погружении сваи в водонасыщенные суглинки и глины со провождается нарушением их природного сложения. Прочность основания снижается в несколько раз, что может быть учтено путем использования ос таточного СО = С, где величина для четвертичных глинистых грунтов от мягкопластичной до твердой консистенции (Ф. К. Лапшин) вычисляется, как = 1 0,75 1 1,78 I L.

(6) Таким образом, удельное сопротивление по боковой поверхности сваи (зонда) fS при вдавливании будет определяться следующим уравнением:

f S = Ptg + CO, (7) где Р = f (Pg;

;

С;

;

Еd) - радиальное давление, являющееся функцией харак теристик грунта природного сложения и модуля при разгрузке;

СО - остаточ ное удельное сцепление грунта нарушенной структуры;

tg - коэффициент трения, вычисляемый по наименьшему из значений углов трения грунта на рушенного сложения: внутреннего О или по материалу сваи.

Положение о том, что угол внутреннего трения грунтов с нарушенной структурой остается практически постоянным является лишь удобным допу щением, устраняющим один из неизвестных параметров при проведении от дельных приближенных расчетов. Взаимообусловленность параметров и С, являющихся условной (графической) составляющей, зависимость их от вла жности (w и Сw), величины нормального давления, схемы и режима испы таний, наличия структурных связей и т.д. давно известны из научной литера туры. В диссертации представлены значения прочностных характеристик са ратовских аллювиальных просадочных суглинков четвертичного возраста, определенные в лаборатории методом одноплоскостного среза по действую щим нормам при 8 различных схемах испытаний. Из них видно, в каком ши роком диапазоне могут изменяться полученные характеристики и С.

Работа нижнего конца и боковой поверхности ВС при погружении про анализирована с учетом принятых допущений для широкого диапазона проч ностных и деформационных характеристик глинистых грунтов.

При прекращении погружения сваи без разгрузки, т.е. при стабилиза ции усилия вдавливания на значениях, обеспечивающих состояние предель ного равновесия под нижним концом, вокруг сваи начинаются процессы рас сеивания порового давления, фильтрационной консолидации и формирова ния зоны уплотнения при незначительном росте прочностных характеристик основания. Однако, как показывают эксперименты с СЗ, уже через 3-10 ми нут после «стабилизации» наблюдается падение qc до 40%, что не может быть объяснено указанными выше процессами (см. рис. 4).

а) 0 40 60 fS, кПа qC, кПа 200 400 600 qC1 EP нагружение 0, 0, qC2 нагружение разгрузка 0, 0,8 qС qС4 Ee разгрузка SC 1,2 1, срыв в режим зондирования срыв в режим зондирования S, мм S, мм б) qС, кПа fS, кПа 650 t, мин t, мин 0 4 8 12 16 20 0 4 8 12 16 Рис. 4. Экспериментальные графики испытаний тензометрических зондов: а - в режиме штампа;

б - в режиме «стабилизации» Снижение сопротивления под нижним концом сваи при «стабилиза ции» может быть смоделировано с использованием формулы (2) через уменьшение давления P при изменении модуля деформации от мгновенного ЕO до «стабилизированного» Еt на момент времени t. Для четвертичных суг линков г. Саратова (h = 6,5 м;

IL = 0,53;

= 0,26;

= 18°;

C = 18 кПа) при за острении сваи = 60° вычисленные значения параметров составят при вдав ливании: qс = 1600 кПа, Р = 402,6 кПа, Е = 112,5 МПа и при «стабилизации»:

qс = 1400 кПа, Р = 350,6 кПа, Е = 67,5 МПа;

qс = 1000 кПа;

Р = 246,5 кПа;

Е = 19,3 МПа. Учитывая, что время «стабилизации» сваи под нагрузкой может достигать нескольких суток, снижение параметров будет происходить в большей степени (с параллельным развитием процессов консолидации и тик сотропии). Экспериментальное значение прессиометрического модуля при полной разгрузке от максимального радиального давления, достигнутого при испытаниях на последней ступени нагружения Р = 390 кПа, составило Еd = 16,3 МПа.

Предложена формула для расчета на стадии погружения величины максимальной осадки сваи, которую необходимо учитывать при включении в работу ВС усиления сразу после вдавливания. Осадки сваи или зонда в соот ветствии с предложенным решением пропорциональны диаметру dc, что по зволяет вычислять безразмерную условную осадку SO для сваи диаметром dO = 100 мм и = 60°. Реальные осадки свай и зондов круглого сечения при вдавливании составят: S = kdSO = SOdc/dO, мм. Осадки свай квадратного се чения получают аналогично с использованием эквивалентного диаметра dе.

Как отмечалось выше, после завершения внутреннего выпора грунта из-под острия сваи при погружении, давление Р резко падает. Снижение дав ления, действующего на ствол, заметно усиливается по мере удаления от зо ны активных деформаций вокруг острия сваи. При завершении погружения отмечается дополнительное снижение радиального давления. При «стабили зации» зондов, в глинистых грунтах фиксируется быстрое падение fS и, со ответственно, давления Р на 10-40% в течение 3-10 минут с последующим плавным снижением (см. рис. 4). Падение давления при переходе от острия к боковой поверхности всегда превосходит изменение в процессе «стабилиза ции». Радиальное давление в итоге стремится к постоянной для данного грунта величине Р', названной Ф. К. Лапшиным конечным давлением обжа тия: 1+ sin P +Cctg P + Cctg sin РO + РР + Ссtg = (P + Cctg ) P (P P) P P + Cctg. (8) P + Cctg Зависимость (8) для определения давления на контуре ствола сваи по сле длительного «отдыха» Р' всесторонне проверена для несвязных, идеаль но-пластических грунтов, других граничных условий. Достоверность вычис ляемых значениий Р' подтверждается близостью к экспериментальным вели чинам, регистрируемым на боковой поверхности свай и зондов.

Давление Р' является функцией характеристик грунта на заданной глу бине Р' = (Pg,, С,, Е), а удельное сопротивление по боковой поверхно сти fS находится аналогично формуле (7), но с использованием параметров основания после «отдыха»:

f S = P tq S + C S. (9) За время «отдыха» свай происходит не только снижение радиального давления до величины Р', но и восстановление нарушенных при погружении связей между частицами, структурных связей грунта и т.д., сопровождаемое ростом прочностных характеристик (S, СS). При длительном «отдыхе» удельное сцепление СS уплотненного глинистого грунта вокруг боковой по верхности сваи может возрасти многократно по сравнению с исходным СО.

За время стандартного «отдыха» в 6 суток прочностные характеристики вос станавливаются, по нашим данным, только до значений, определяемых в ла боратории для грунта природного сложения по схеме КВ. Именно эти вели чины целесообразно использовать при оценке давления Р' и удельного со противления fS. Модуль деформации в этом случае определяют эксперимен тально по результатам полной разгрузки лопастного прессиометра от пре дельного давления Р или по аналитическим зависимостям. Рассеивание водя ной «рубашки», восстановление адгезии и удельного сцепления грунта на боковой поверхности сваи приводят к тому, что коэффициент трения опреде ляется углом его внутреннего трения S.

Сопротивление основания сваи FdS при осадках S на этапе нагружения статическими вдавливающими нагрузками складывается из работы грунта по боковой поверхности (FS) и под нижним концом (FВS):

F dS = F BS + F S. (10) Максимальные деформации основания около ствола сваи при наступ лении проскальзывания по боковой поверхности получили название «сдвиго вых» осадок. Ф. К. Лапшиным предложена эмпирическая формула для опре деления Sc, см, для призматических свай сечением 300х300 мм в зависимости от показателя текучести IL и числа пластичности IР глинистых грунтов:

S c = 0,5 + 10 I L I P. (11) При осадке, равной сдвиговой, сопротивление по боковой поверхности сваи FS достигает предельного значения. При осадках S, меньших сдвиговой, оно может приближенно вычисляться по формуле n FS = S S c ASi f i, (12) i = где Sc - сдвиговая осадка, найденная по средневзвешенным значениям IL и IР грунтов в пределах длины сваи по формуле (11);

АSi - площадь боковой по верхности в пределах i-го слоя грунта, м2;

fi - расчетное сопротивление i-го слоя грунта по боковой поверхности, кПа, определяемое из формулы (9).

После исчерпания несущей способности боковой поверхности при S = Sc, дальнейший рост несущей способности осуществляется за счет передачи нагрузки на грунт нижним концом сваи и его работа становится определяю щей при расчете основания по деформациям.

Под нижним концом ВС при погружении образуется уплотненное ядро, которое в значительной мере предопределяет форму развития зоны уплотне ния грунта при «отдыхе» и статическом нагружении сваи.

При приложении нагрузки под нижним концом сваи вначале возникают вертикальные осадки S1, аналогичные штамповым и зависящие от ESB:

(1 v )(P + n2C B )d c = B p S1. (13) n1 E SB Затем, когда общее горизонтальное давление превысит начальное дав ление пластического течения РР, осадки сваи S2 начинают формироваться за счет деформаций уплотнения, развивающихся в радиальном направлении:

1+ sin B m (1 + v B )(1 2v B ) PFB + C B ctg B sin B d c n6 PpB S2 = S PFB, (14) PpB + C B ctg B E Br где dc - диаметр сваи круглого поперечного сечения, n1 и n2 - коэффициенты, идентичные (1);

mS - безразмерный коэффициент, учитывающий поперечный размер сваи, способ погружения и пр.;

B, B, CB - соответственно коэффи циент Пуассона, угол внутреннего трения и удельное сцепление грунта, зале гающего в уровне нижнего конца сваи;

ЕSB - штамповый модуль деформации уплотненного грунта под нижним концом сваи, кПа;

ЕВr - модуль деформа ции уплотненного грунта в уровне острия, кПа, при повторном нагружении сваи. Модули определяются по результатам штамповых, прессиометрических или компрессионных испытаний с учетом зависимостей (4);

- угол заостре ния сваи, град.;

n6 - коэффициент, вычисляемый по формуле:

n 6 = ctg ( 2 ) ctg ( 2 + B ). (15) При заданной расчетной осадке S = S1 + S2, м, определяется радиальное давление РFB и вычисляется соответствующее сопротивление основания нижнего конца сваи FBS, кН:

(PP + PFB + 2 n 2 C B ) d c2.

F BS = F B 1 + F B 2 = (16) n Расчетная нагрузка N, допускаемая на сваю, кН, определяется:

N = FdS k, (17) где FdS - сопротивление основания сваи при расчетной осадке S;

k - коэффи циент надежности, принимаемый при расчетах по деформациям равным 1,25.

Методика расчета ВС по деформациям реализована в виде программы SKOS-2, позволяющей строить расчетные графики «нагрузка-осадка» и вы числять расчетное сопротивление при любой фиксированной осадке сваи.

Достоверность расчета свай по деформациям с использованием прямых механических характеристик грунтов проверялась путем сопоставления ре зультатов вычислений с данными натурных испытаний статическими нагруз ками по ГОСТ 5686-94* в грунтовых условиях гг. Саратова, Балаково, Санкт Петербурга, Перми, Красноярского края и т.д., а также путем сравнения тео ретических значений расчетных сопротивлений по боковой поверхности и под острием свай с данными различных литературных источников. При со поставлениях широко использовался метод разделения графиков «нагрузка осадка», предложенный Ф. К. Лапшиным.

Пятый раздел содержит материалы экспериментальной проверки ос новных положений методики расчета ВС на вертикальную нагрузку.

По результатам сопоставительных испытаний в одометре, а также СЗ, штампами и радиальным прессиометром в объемном лотке для пылеватых песков проверена система теоретических и эмпирических коэффициентов, устанавливающих согласно (4) соотношения между деформационными ха рактеристиками, полученными различными экспериментальными методами.

На основе лабораторных исследований песков на установке, модели рующей напряженное состояние основания на различных глубинах, и глини стых грунтов в натурных условиях доказано, что сопротивление под конусом зонда, служащего аналогом сваи, при вдавливании определяется модулем уп ругих деформаций Еe. Экспериментально проверена формула (3) для вычис ления модуля Еe по результатам СЗ, а для его приближенной оценки при от сутствии экспериментальных значений qc для несвязных грунтов предложена функция, учитывающая большинство влияющих на его величину факторов:

плотность песка и крупность его частиц;

угол внутреннего трения и коэффи циент Пуассона.

Проведены натурные испытания в глинистых грунтах тензометриче ских зондов в режимах штампа, зондирования, стабилизации и разгрузки, а также тензометрических свай при погружении и «отдыхе», позволившие ка чественно и количественно оценить действующие радиальные давления под нижним концом и на боковой поверхности на различных этапах работы ВС.

При «отдыхе» тензосвай в полутвердых суглинках при постоянной вер тикальной нагрузке, несколько меньшей усилия погружения, зафиксирован характерный рост давлений под острием сваи по мере релаксации напряже ний на боковой поверхности (см. рис. 5).

Fd PS2, кПа PS PS2 22 t, час 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 PS1, кПа PS1 PS1 22 t, час 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 R, кПа PВ PВ R R = 60° 22 t, час 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Рис. 5. Результаты натурных испытаний тензосваи в глинистых грунтах Через 22 часа «отдыха» под нагрузкой давление R уже превышает мак симальное значение при вдавливании сваи. Это объясняется увеличением за время эксперимента прочностных характеристик уплотненного основания под нижним концом, позволившего воспринять большие нагрузки. После снятия вертикальной нагрузки на сваю в конце эксперимента за 1,5 часа на блюдений среднее значение давления под острием снизилось с Rt=22 = 1097, кПа до R = 980,0 кПа, а на боковой поверхности сваи - с РSt=22 = 49,3 кПа до РS = 45,9 кПа, т.е. возросшее сопротивление на боковой поверхности за время «отдыха» препятствует подъему сваи и не позволяет произойти полной раз грузке острия.

На основании испытаний зондов в режиме штампа установлено, что при статическом нагружении для муфты трения отмечается характерный уча сток значительного линейного роста осадки при практически постоянной ве личине fs (см. рис. 4). Очевидно, эта осадка аналогична «сдвиговой» при ста тических испытаниях свай с консолидированным основанием. Для зондов и свай малых поперечных сечений эту осадку при грунтах нарушенного сло жения предложено определять по формуле Sс = 10kd IL IP, где коэффициент kd = ds/de учитывает соотношение фактического диаметра сваи или зонда ds и эквивалентного диаметра типовой призматической сваи (de = 339 мм).

Исследовано влияние конструктивных решений ростверков на усилие погружения и несущую способность ВС. Доказано, что, при близких показа телях по стоимости и трудозатратам комплекса работ по устройству балоч ных и плитных ростверков (см. рис. 6) при усилении фундаментов аварийных зданий, применение предварительно изготовленной железобетонной плиты экономит каждую 4-6 сваю в зависимости от их длины и грунтовых условий.

а) F, кН 40 60 80 F Вдавливаемая свая Диапазон глубин 1,1 - 6,1 м Плита ростверка L, м F, кН 0 20 40 60 80 б) F Вдавливаемая свая Бетонный пол Обетонка Диапазон глубин 0,5-9,0 м L, м Силовая балка Рис. 6. Графики зависимости усилия погружения F от длины сваи L при различных конст рукциях ростверков: а - предварительно изготовленная ребристая железобетонная силовая плита ростверка;

б - предварительно установленные силовые балки с по следующим устройством бетонного пола Экспериментально подтверждена тесная взаимосвязь давлений, форми рующих сопротивления qc и fs при СЗ и аналогичные сопротивления для ВС.

Предложена и экспериментально проверена методика оценки минимально необходимого усилия вдавливания свай F по результатам СЗ основания.

На основе обработки данных натурных погружений, получены линей ные корреляционные уравнения для определения сопротивлений нижнего конца и боковой поверхности стальных и железобетонных висячих свай в процессе вдавливания. Высокие значения коэффициентов корреляции R уравнений и близость вычисленных параметров q и f свидетельствуют о том, что при вдавливании в однородный массив слабого водонасыщенного глини стого грунта природного сложения материал и форма поперечного сечения свай мало влияют на удельные сопротивления под нижним концом и на бо ковой поверхности в широком диапазоне глубин. Начиная с некоторой глу бины (4-7 dc), зависящей от ряда факторов, наличие заранее изготовленного острия оказывает слабое влияние на величины сопротивлений q и f.

Выполнены испытания выдергивающими и вдавливающими осевыми нагрузками, позволившие произвести раздельную оценку несущей способно сти основания под нижним концом и на боковой поверхности ВС после «от дыха» продолжительностью 16-29 суток (см. рис. 7).

При проведении испытаний, кроме несущей способности сваи Fd при последней «стабилизированной» нагрузке по ГОСТ 5686-94*, фиксировались максимальное усилие при исчерпании несущей способности по грунту (при «срыве») Fd,pr и установившееся усилие (после «срыва») F2 при перемещении сваи на величину, превышающую значения «сдвиговой» осадки в этих грун тах. Отмечены следующие результаты: у стальных и железобетонных свай малых поперечных сечений (de 219 мм) исчерпание несущей способности по грунту наступает практически одновременно по боковой поверхности и под нижним концом при величинах перемещений (7,85-12,39 мм), хорошо согласующихся со значениями «сдвиговых» осадок, вычисленных по откор ректированной формуле, учитывающей масштабный коэффициент kd;

не сколько большие величины максимальных перемещений u при «срыве» в ис пытаниях выдергивающими нагрузками объясняются влиянием сплошного железобетонного ростверка, исключающего подвижки уплотненного при вдавливании свай основания;

в пределах перемещений, зафиксированных при испытаниях железобетонных свай, средние значения установившихся сопротивлений после «срыва» F2 близки к максимальным при испытаниях Fd,pr;

средние значения удельных сопротивлений на боковой поверхности стальных и железобетонных свай при «срыве» в испытаниях на выдергивание fu,pr совпадают в пределах точности экспериментального метода;

при испыта ниях стальных свай на вдавливание и выдергивание при перемещениях, близких к «сдвиговым», происходит резкое снижение достигнутых макси мальных удельных сопротивлений на боковой поверхности fu,pr до некоторых значений, остающихся постоянными при дальнейших испытаниях fu,2.

Произведено сопоставление расчетных величин, вычисленных по ме тодикам автора, с результатами натурных и лабораторных экспериментов.

Численно подтверждено предположение о том, что снижение сопротивлений на боковой поверхности после «срыва» стальных свай вызвано изменением а) б) F, кН U, мм - СТАЛЬНЫЕ СВАИ - БЕТОННЫЕ СВАИ 10 - СТАЛЬНЫЕ СВАИ - БЕТОННЫЕ СВАИ S, мм 100 FU, кН 20 40 60 Рис. 7. Графики испытаний стальных диаметром 159 мм и железобетонных сечением 150х150 мм свай статическими выдергивающими (а) и вдавливающими (б) нагрузками а) б) 40 F, кН F, кН 0 80 120 160 0 50 100 150 4 1 S, мм S, мм Рис. 8. Графики зависимости осадки S от нагрузки F стальных (а) и железобетонных (б) свай: 1 - экспериментальный для боковой поверхности;

2, 3 - экспериментальные для 2-х опытных свай;

4, 5 - теоретические, полученные расчетом по деформациям с использованием экспериментальных значений, С и Е.

а) d/2 = 0, а) б) 0, 0,10 Р, МН 0,05 0, Металлическая свая вдавливания Ось симметрии 12х0, Р=0,09 МН 1,25d=0, 3,14d = 0, Р=0,12 МН 5х0, Р=0,15 МН Р=0,18 МН S, мм 2,6d = 0, Рис. 9. Результаты численного моделирования статического нагружения сваи с использо ванием программы УПРОС: а - области предельного напряженного состояния под нижним концом сваи;

б - графики зависимости «нагрузка-осадка»: 1, 2 - экспери ментальные;

3 - расчетный без учета уплотнения грунта;

4 - расчетный с учетом уплотнения грунта коэффициента трения «грунт по грунту» tgS на «сталь по грунту» tg после проскальзывания сваи относительно сформировавшейся вокруг ствола грун товой «рубашки». Экспериментальные значения удельных сопротивлений fu,pr при «срыве» и после него fu,2, величины радиального давления PS' и удельного сцепления уплотненного грунта СS в пределах ствола сваи хорошо согласуются с расчетными и при коэффициенте трения tg tg10 0,177 мо гут быть найдены из системы предложенных уравнений.

За время «отдыха» принципиально меняется соотношение сопротивле ний под нижним концом и на боковой поверхности висячих свай, зафиксиро ванные при погружении. После «отдыха» в 22,5 суток доля нижнего конца, в результате более значительного увеличения несущей способности его осно вания, составила почти половину в общей несущей способности свай длиной 6,1 м, вместо 25-30% при погружении.

Выполненные экспериментальные исследования и расчетный анализ показывают, что за время «отдыха» прочностные характеристики массива, природное сложение которого нарушается при погружении ВС, восстанавли ваются вокруг ствола сваи только до значений, получаемых для исходного грунта при испытаниях по схеме КВ, а радиальное давление PS' снижается практически до теоретического минимума, вычисляемого с подстановкой модуля при разгрузке Ed. Прочностные характеристики основания вокруг острия возрастают значительно. Для их определения предложена экспери ментальная методика, использующая стандартное лабораторное оборудова ние. Значения Еrcons, соответствующие инженерным ожиданиям при расчете реальных осадок основания нижнего конца после «отдыха», сопоставимы с величинами ЕО ~ Еe при погружении свай в исходный грунтовый массив, что подтверждено экспериментами. Это позволяет, при отсутствии опытных дан ных, использовать для оценки модуля деформации при повторном нагруже нии консолидированного основания приближенную зависимость Еrcons Еe.

Проведены расчеты ВС по деформациям с использованием прочност ных и деформационных характеристик основания, определенных по разрабо танной методике, и их проверка по данным испытаний опытных свай (см.

рис. 8).

Осуществлено численное моделирование статического нагружения сваи с помощью программы УПРОС (Воронежский ГАСУ), реализующей осесимметричную версию дилатансионно-сдвиговой модели теории пласти ческого течения МКЭ (см. рис. 9). Получено удовлетворительное сходство диаграмм «нагрузка-осадка» по данным статических испытаний и расчетного моделирования с использованием механических характеристик основания, предложенных автором.

В шестом разделе представлены примеры внедрения результатов ис следований в практику проектирования и строительства.

Отмечено, что успешному проведению геотехнических исследований в значительной степени способствовало создание в 1997 г., по методическим рекомендациям Президиума РОМГГиФ, городской экспертно-консультатив ной комиссии по основаниям, фундаментам и подземным сооружениям.

С начала 1990-х гг. по настоящий день показаны этапы совершенство вания конструкций, методов анкеровки, технологии применения малогаба ритных установок на объектах реконструкции г. Саратова;

приведены основ ные характеристики оборудования, создававшегося при участии автора;

рас смотрены характерные исторические объекты, усиление аварийных основа ний и фундаментов которых стало возможно с применением ВС. Использо вание ВС при реконструкции объектов Министерства культуры Саратовской области дало экономический эффект более 2 млн. руб. в ценах 1984 г.

Рассмотрены особенности внедрения ВС и шпунта в практику нового строительства в стесненных условиях, пути модернизации сваевдавливающе го оборудования, технические характеристики которого сведены в таблицу. В качестве примера применения многосекционных ВС в стесненных городских условиях рассмотрен один из объектов, где сочетание приемов, характерных для реконструкции, позволило успешно решить сложную инженерную задачу при новом строительстве. За счет использования метода погружения свай вдавливанием в условиях плотной городской застройки на объектах строи тельства администрации г. Саратова получен экономический эффект в 1 млн.

руб., на объектах г. Перми - 110 тыс. руб. в ценах 1984 г.

Разработаны методики определения прочностных и деформационных характеристик для расчета оснований ВС в процессе погружения, на стадии приложения проектных нагрузок при стандартном и длительном «отдыхе» с использованием традиционного лабораторного оборудования.

Изложена методика расчета ВС по деформациям при действии расчет ных нагрузок с использованием прочностных и деформационных характери стик грунта, пригодная для практического применения в проектных органи зациях и включающая в себя следующие этапы: оценку технического состоя ния объекта реконструкции и реального дефицита несущей способности его основания;

вычисление безопасного расстояния, исключающего взаимное влияние свай;

назначение предельного усилия вдавливания Fpr и оптимальной длины ВС расчетом и по результатам СЗ грунтов с учетом конструктивных и геотехнических особенностей объекта;

определение расчетного сопротивле ния грунта основания Fds при времени «отдыха» сваи по ГОСТ 5686-94* при заданной в проекте осадке S;

расчет осадки свайного фундамента как «услов ного» и корректировка, при необходимости, свайного поля;

расчет конструк ций ростверков и усилений.

Предложено осуществлять выбор наиболее эффективного типоразмера сваи по показателю удельного сопротивления грунта или удельной допус каемой нагрузки на сваю qS при заданной в проекте осадке S.

Экспериментально и теоретически доказана эффективность примене ния при новом строительстве в грунтовых условиях региона ВС сечением 250250 мм, позволяющих: решить проблему погружения методом вдавли вания до проектных отметок без дополнительных дорогостоящих вспомога тельных мероприятий (устройство лидерных скважин, предварительное рых ление грунтов и т.д.);

применять для погружения менее мощные установки с ограниченным усилием вдавливания;

получить более высокую несущую спо собность по грунту, близкую к прочности по материалу;

уменьшить габариты свайных ростверков за счет более компактной расстановки свай;

снизить ма териалоемкость и стоимость работ нулевого цикла. Только по одной площад ке экономический эффект составил 564,8 тыс. руб. в ценах 2002 г.

Материальная и информационная база, созданная при непосредствен ном участии автора, использована для осуществления геотехнического мони торинга и научного сопровождения работ по инженерной защите историче ской территории от подтопления, расследовании техногенных аварий, рекон струкции объектов историко-культурного наследия. Подробно рассмотрен случай реализации комплексного подхода при геотехническом сопровожде нии всех этапов строительства и ввода в эксплуатацию первого в России шахтно-лучевого дренажа, выполненного в зоне исторической застройки для стабилизации УПВ в основании, представленном глинистыми грунтами.

Экономический эффект от реализации результатов геотехнических ис следований по соответствующим справкам о внедрении составил: при уст ройстве лучевого дренажа - 109,2 тыс. руб., от всего комплекса работ по ин женерной защите территории от подтопления - 237,7 тыс. руб.

Общие выводы по работе и основные результаты исследований При решении научно-технической проблемы создания методов расчета вдавливаемых свай на стадиях погружения и восприятия расчетных нагрузок, внедрения их в практику реконструкции исторической городской застройки выполнены научные исследования и получены следующие результаты:

1. По материалам архивных исследований выявлены особенности фор мирования исторического центра, основные принципы проектирования фун даментов старых зданий г. Саратова. На основе анализа исходного состояния основания, многолетних изменений инженерно-геологической ситуации тер ритории города систематизированы общие причины необходимости усиле ния фундаментов и упрочнения оснований старых зданий, сформулированы основные требования к применяемым технологиям. Проанализированы дос тоинства и недостатки существующих способов усиления оснований и обос нована необходимость применения вдавливаемых свай.

2. Выполнена систематизация инженерно-геологической и гидрогеоло гической информации, произведено картирование и микрорайонирование территории г. Саратова по ряду геотехнических параметров: по основным типам застройки, просадочности, расчетному сопротивлению и сжимаемости грунтов. Организовано накопление результатов изысканий, испытаний грун тов сваями и штампами. Созданы материальная, инструментальная, инфор мационные базы и налажен геотехнический мониторинг основания зоны ис торической застройки.

3. Проведены лабораторные и полевые экспериментальные исследова ния изменений физико-механических характеристик просадочных оснований фундаментов зданий при длительной эксплуатации и техногенном подтопле нии.

4. Выполнен исторический обзор и анализ современного состояния проблемы применения вдавливаемых свай в практике реконструкции и ново го строительства. Изучены технологические особенности и области примене ния метода, рассмотрены применяемые в мире установки, оборудование, ма териалы и конструктивные решения. Исследована проблема коррозионной стойкости и долговечности стальных свай, погруженных в глинистые грунты.

5. Получены уравнения, позволяющие определять сопротивления под нижним концом и на боковой поверхности свай на всех стадиях работы в грунте. Выполнен анализ основных факторов, влияющих на формирование сопротивлений свай в грунтовых массивах, и поведения функций в идеально пластических, несвязных грунтах и при других граничных условиях.

6. Установлено, что сопротивления сваи при вдавливании определяют ся под острием модулем мгновенных (условно упругих) деформаций EO и прочностными характеристиками исходного грунта, а на боковой поверхно сти - модулем при разгрузке Ed, удельным сцеплением грунта нарушенного сложения CO и наименьшим из возможных значений коэффициента трения грунта по материалу сваи. Разработана и экспериментально проверена систе ма коэффициентов, устанавливающих соотношения между деформационны ми характеристиками, полученными различными лабораторными и полевыми методами.

7. Проведены испытания тензометрического зонда в режимах штампа, стабилизации, разгрузки, тензометрической и натурных стальных и железо бетонных свай при вдавливании и «отдыхе», позволившие зарегистрировать давления и сопротивления под нижним концом и на боковой поверхности свай, сопоставить их с расчетными величинами. Исследовано влияние конст рукции ростверков на усилие погружения и несущую способность свай и ре комендовано применение предварительно изготовленной плиты по грунту, позволяющей экономить каждую 4-6 сваю в зависимости от длины и грунто вых условий.

8. Разработан алгоритм расчета свай по деформациям с использованием консолидированных характеристик, определяемых по предложенным авто ром методикам с использованием традиционного лабораторного оборудова ния. Выполнены испытания выдергивающими и вдавливающими нагрузками, позволившие произвести раздельную оценку несущей способности нижнего конца и боковой поверхности стальных и железобетонных свай после «отды ха», и сравнить экспериментальные данные с результатами расчетов.

9. Осуществлено численное моделирование статического нагружения сваи с помощью программы УПРОС, реализующей осесимметричную вер сию дилатансионно-сдвиговой модели теории пластического течения МКЭ, позволяющей выполнять расчеты осадки сваи от действия проектных нагру зок при известном законе изменения механических характеристик основания.

10. Осуществлено внедрение вдавливаемых свай и сваевдавливающего оборудования в практику реконструкции и нового строительства в стеснен ных условиях, этапом которого служит постановление №424 от 21.05.03 г.

мэра г. Саратова, предписывающего «применять безударные методы проек тирования и устройства фундаментной части объектов недвижимости». Ис пользование вдавливаемых свай при реконструкции объектов Министерства культуры Саратовской области дало экономический эффект более 2 млн.

руб., нового строительства в условиях плотной городской застройки на объ ектах администрации г. Саратова - 1 млн. руб., на объектах г. Перми - тыс. руб. (в ценах 1984 г.). Ожидаемый экономический эффект на объектах г.

Новосибирска составляет около 4700,0 тыс. руб. в ценах 2007 г.

11. Созданная материальная и информационная база использована для геотехнического мониторинга и научного сопровождения работ по инженер ной защите исторической территории от подтопления, при расследовании техногенных аварий и реконструкции объектов историко-культурного насле дия. Экономический эффект от реализации результатов геотехнических ис следований составил при устройстве лучевого дренажа - 109,2 тыс. руб., от всего комплекса работ по инженерной защите территории от подтопления 237,7 тыс. руб.

Автор приносит искреннюю благодарность безвременно ушедшим из жизни д.т.н., проф. Саратовского государственного технического универси тета Ф. К. Лапшину, под непосредственном руководством которого начата данная работа, и члену-корреспонденту РАН, заслуженному деятелю науки и техники РФ, лауреату премии Совета Министров СССР, д.т.н., проф. Перм ского государственного технического университета А. А. Бартоломею, без ценных указаний и научных консультаций которого она, вероятно, не была бы завершена.