Расчетный анализ устойчивости склона позволяет точно оценить устойчивость склона с учетом всех имеющихся факторов (существующих и проектируемых сооружений, сейсмики и т.д.), а также определить необходимый состав и объем компенсационных мероприятий инженерной защиты.
Ниже приводится конкретный пример такого анализа с выдержками из расчетно-пояснительной записки.
1 Вводная часть
1.1 Цель работы
Цель работы заключается в расчетном анализе устойчивости склона с разработкой выводов и рекомендаций относительно компенсационных мероприятий.
1.2 Объем и состав работ
Для достижения поставленной цели решаются следующие основные задачи в соответствии с Техническим заданием:
- Анализ исходных данных.
- Расчет с подбором типа и размеров подпорных стен, обеспечивающих устойчивость вертикальных откосов, нанесенных на расчетном разрезе.
- Расчетная оценка устойчивости склона методом снижения прочности (SRM) на основное сочетание нагрузок.
- Расчетная оценка устойчивости склона при сейсмике в 9 баллов с использованием квазистатического подхода и метода снижения прочности (SRM).
- Подготовка расчетно-пояснительной записки, отражающей результаты решения задач 1-4.
Задачи 1-5 решаются в объеме 1-ого расчетного разреза (сечения), предоставленного заказчиком.
1.3 Исходные данные
Заказчиком предоставлены следующие исходные данные:
- Расчетный разрез для решения задач – стр. 53 (по нумерации pdf – 54) в отчете по инженерно-геологическим изысканиям.
- Отчет по инженерно-геологическим изысканиям. (Шифр — И/38-08/19-ИГИ).
- Отчет по инженерно-геодезическим изысканиям. (Шифр — И/38-08/19-ИГДИ).
- Рабочая документация. Генеральный план. (Шифр — 01.82-2/401.19-ГП).
- Рабочая документация. Конструкции железобетонные (Шифр — 01.82-2/401.19-КЖ).
1.4 Используемые методы
Расчет устойчивости склона производится в соответствии с пунктом 5.2.3 СП 116.13330.2012: выполняется упругопластический расчет методом конечных элементов (МКЭ) с использованием метода снижения прочностных характеристик (SRM).
Расчет устойчивости склона с учетом сейсмического воздействия производится по квазистатической расчетной схеме в соответствии с пунктом 11.1.3 СП 381.1325800.2018.
1.5 Применяемые программные средства
Геотехнические расчеты выполнены в лицензионном и сертифицированном программном комплексе ***. Сертификат соответствия № ***.
1.6 Нормативная база
Нормативная база для выполнения расчета устойчивости склона включает следующие основные документы:
- Федеральный закон от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».
- Федеральный закон от 29 декабря 2004 г. № 190-ФЗ «Градостроительный кодекс Российской Федерации».
- Перечень национальных стандартов и сводов правил (частей таких стандартов и сводов правил), в результате применения которых на обязательной основе обеспечивается соблюдение требований Федерального закона «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», утвержденный Постановлением Правительства Российской Федерации от 4 июля 2020 года N 985.
- ГОСТ 27751‒2014 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения».
- СП 14.13330.2018 «Строительство в сейсмических районах».
- СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01‒83*».
- СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*».
- СП 45.13330.2017 «Земляные сооружения, основания и фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87».
- СП 248.1325800.2016 «Сооружения подземные. Правила проектирования».
- СП 116.13330.2012 «Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов».
- СП 381.1325800.2018 «Сооружения подпорные. Правила проектирования».
- СП 436.1325800.2018 «Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от оползней и обвалов. Правила проектирования».
- СП 296.1325800.2017 «Здания и сооружения. Особые воздействия».
2 Анализ исходных данных
Расчетный анализ устойчивости склона требует следующих основных исходных данных – см. подраздел 1.3. Предоставленные исходные данные детально анализируются с целью корректной подготовки расчетной модели.
2.1 Геоморфология и рельеф
Район изысканий расположен в составе Ялтинского административного центра, примерно, на 25,9 км юго-западнее центра города Ялта, в окрестностях пос. Олива, в 880 м севернее берега Черного моря.
В геоморфологическом отношении район изысканий расположен в южной части Крымского полуострова, где высятся горы, протянувшиеся на 150 км от Севастополя до Феодосии.
Участок изысканий под проектируемое сооружение находится в гористой местности, поросшей кустарником. Склоны гор покрыты искусственными террасами, с превышением около 10 м, участки существующих сооружений спланированы и обнесены подпорной стеной для предотвращения оползней и осыпей.
Абсолютные отметки рельефа изменяются от 270,0 до 295,0 м. с повышением к северо-востоку. В пределах площадки под РПУ абсолютные отметки рельефа изменяются от 287,31 до 287,92 с повышением к северу.
Из объектов застройки на участках расположены существующие строения, так же имеются различные инженерно-технические сооружения (в основном антенны).
2.2 Инженерно-геологические условия
В геологическом строении района до глубины 10 м принимают участие плиоцен-нижнечетвертичные делювиально-коллювиальные отложения, представленные дресвяными и щебенистыми грунтами с песчано-глинистым заполнителем и суглинками с включением обломков известняков и аргиллитов. Сверху четвертичные отложения перекрыты насыпными грунтами, мощностью от 2 до 4 метров.
На основании анализа полученных материалов изысканий и лабораторных испытаний грунтов, в соответствии с требованиями ГОСТ 20522-2012 и ГОСТ 25100-2011 выделены следующие инженерно-геологические элементы (ИГЭ):
ИГЭ №1 – Насыпной грунт: дресвяный грунт, заполнитель: суглинок твердый, с вкл. щебня известняка, с прослоями песка гравелистого и пылеватого, в количестве до 40% (tQIV).
ИГЭ №2 – Дресвяный грунт, заполнитель: суглинок твердый, с вкл. щебня известняка, в количестве до 40% (dcQI).
ИГЭ №3 – Щебенистый грунт с песчано-глинистым заполнителем в количестве до 10%, с вкл. глыб известняка (dcQI).
ИГЭ №4 – Суглинок твердый, с вкл. до 25% дресвы известняка и аргиллита (dcQI).
Рекомендуемые значения прочностных и деформационных характеристик грунтов представлены в таблице 2.1.
Нормативная глубина сезонного промерзания согласно СП 22.13330.2016 «Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений», отсутствует, так как на протяжении года температура воздуха положительная.
Согласно СП 11-105-97, Часть II. «Специфические грунты», на исследуемой территории из специфических грунтов встречены насыпные грунты (ИГЭ-1), представленные дресвяным грунтом, заполнитель: суглинок твердый, с вкл. щебня известняка, с прослоями песка гравелистого и пылеватого, в количестве до 40% (tQIV). Характеризуется как планомерно возведенная насыпь с уплотнением, слежавшаяся. Согласно СП 22.13330.2016, R0 насыпных грунтов равно 400 кПА. Физико-механические характеристики насыпных дресвяных грунтов близки к характеристикам дресвяных грунтов в естественном залегании.
По инженерно-геологическим условиям участки проектируемых сооружений относятся к III категории сложности, согласно СП 47.13330.2012, прил. А.
2.3 Гидрогеологические условия
В период изысканий (декабрь 2019 г.) скважинами глубиной 10 м грунтовые воды не были вскрыты.
Согласно приложению И части II СП 11-105-97 площадка изысканий относится к категории — (III-А) – неподтопляемая в силу геологических, гидрогеологических и др. естественных причин, III-А-1 – подтопление отсутствует и не прогнозируется в будущем.
Питание подземных вод на участке изысканий осуществляется за счёт инфильтрации атмосферных осадков и перетока подземных вод из верхнеюрского водоносного горизонта в глыбовые навалы подножья яйлы, в склоновые отложения Южного макросклона Крымских гор. Разгружаются отдельными малодебитными источниками, замачивая оползневые отложения. Разгрузка подземных вод происходит в направлении Чёрного моря.
2.4 Сейсмичность площадки строительства
Согласно картам ОРС-2015 (СП 14.13330.2018. «Строительство в сейсмических районах»), по степени сейсмической активности район работ оценивается:
· А (10%) — в 8 баллов по шкале MSK-64;
· В (5%) — в 9 баллов по шкале MSK-64;
· С (1%) — в 10 баллов по шкале MSK-64.
Категория грунтов территории по сейсмическим свойствам относятся ко II категории. Согласно карте B ОСР-2015 (СП 14.13330.2018) по степени сейсмической активности район работ оценивается в 9 баллов по шкале MSK-64. Расчетная сейсмическая интенсивность составит: В (5%) — 9 баллов.
2.5 Геологические и инженерно-геологические процессы
В пределах изученной территории развиты практически все генетические группы экзогенных геоморфологических процессов, характерных для суши: выветривание, склоновые осыпи и обвалы, оползни и др. Из эндогенных природных процессов – сейсмичность, землетрясения.
К категории опасных геоморфологических процессов на изученной территории следует отнести эрозионные, обвально-осыпные и оползневые.
Согласно СП 115.13330.2016 «Геофизика опасных природных явлений», табл.5.1., категория опасности землетрясений – весьма опасная.
2.6 Краткая характеристика проектируемого объекта
Уровень ответственности сооружения II (нормальный), коэффициент надёжности по ответственности 1,0.
Фундаменты запроектированы из монолитного железобетона.
За отметку 0,00 принята отметка уровня верха плиты фундамента стационарного неразборного основания ФМ1 — абс. отметка 287,95 м по топографической съемке.
Согласно данным заказчика, вес проектируемого объекта порядка 150 т.
Привязка фундамента к инженерно-геологическому разрезу и схема расположения фундаментов приведены на рис. 2.1 и 2.2 соответственно.
Привязка объекта в плане к склону представлена на рис. 2.3.
Проект марки КЖ (шифр — 01.82-2/401.19-КЖ) разработан обществом с ограниченной ответственностью «***» в 2019-2020 г. Факт наличия объекта на склоне в указанном выше проекте практически никак не учтен.
3 Расчетный блок
Расчетный анализ устойчивости склона, как правило, выполняется численными методами, которые позволяют наиболее полно и наиболее точно учесть все факторы строительства.
3.1 Расчетное сечение
Местоположение расчетного сечения принято в соответствии Техническим заданием и совпадает с местоположением линии инженерно-геологического разреза I-I (см. рис. 3.1).
3.2 Подбор подпорных стен
На расчетном разрезе имеются вертикальные откосы, которые удерживаются предположительно подпорными стенами. Информация по этим подпорным стенам отсутствует. В этой связи, по указанию Заказчика, предварительно подбирается тип и размеры этих подпорных стен, чтобы можно было в дальнейшем анализировать устойчивость склона.
На основе комплексного анализа исходных данных принято решение принять для расчета монолитные железобетонные уголковые подпорные стены.
Размеры подпорных стен подобраны из расчета на сейсмическую нагрузку в 9 баллов. Расчет выполняется методом снижения прочности по квазистатической расчетной схеме (см. рис. 3.3). Горизонтальное ускорение грунта определяется в соответствии с пунктом 11.1.5 СП 381.1325800.2018. Результаты расчета представлены на рис. 3.4.
Расчетный коэффициент устойчивости склона при действии сейсмической нагрузки в 9 баллов равен 1,141, что достаточно в соответствии с требованиями СП 116.13330.2012.
Основные размеры подобранных подпорных стен приведены на рис. 3.5.
3.3 Минимально требуемый коэффициент устойчивости
Расчет устойчивости проектируемых склонов и откосов производится исходя из условия:
Kуст >= [Kуст],
где [Kуст] – нормативное (минимально требуемое) значение коэффициента устойчивости склона (откоса); Kуст — расчетное значение коэффициента устойчивости, определяемое как отношение удерживающих сил (моментов), действующих вдоль линии скольжения, к сдвигающим силам (моментам).
Значение [Kуст] определяется в соответствии СП 116.13330.2012, и для рассматриваемого объекта минимально требуемый коэффициент устойчивости равен:
- 1,3 – при расчете на основное сочетание нагрузок;
- 1,15 – при расчете на особое сочетание нагрузок.
3.4 Расчет устойчивости склона на основное сочетание нагрузок
Расчет устойчивости склона выполняется на основное сочетание нагрузок с учетом проектируемого объекта. Нахождение коэффициента устойчивости склона производится в ходе упругопластического расчета методом конечных элементов (МКЭ) с использованием метода снижения прочностных характеристик (SRM), что соответствует пункту 5.2.3 СП 116.13330.2012.
Расчетное значение коэффициента устойчивости склона – 1,49. Вывод – устойчивость склона обеспечена с достаточным запасом.
3.5 Расчет устойчивости склона на особое сочетание нагрузок
Расчет устойчивости склона на особое сочетание нагрузок учитывает сейсмическую нагрузку величиной, соответствующей расчетной сейсмической интенсивности – 9 баллов.
Учет сейсмического воздействия производится в соответствии с СП 381.1325800.2018 и СП 14.13330.2018. Пункт 11.1.3 СП 381.1325800.2018 допускает выполнение расчетов в рамках квазистатической задачи. Согласно пункту 11.1.5 СП 381.1325800.2018 горизонтальное ускорение грунта принимается равным произведению K0·K1·А. Сейсмическое ускорение грунта А устанавливается по расчетной сейсмичности площадки строительства, а коэффициент K0 — в зависимости от назначения подпорного сооружения и его ответственности в соответствии с СП 14.13330. Коэффициент K1, учитывающий допускаемые повреждения подпорного сооружения, при отсутствии данных допускается принимать K1 = 0,5.
Сейсмическое ускорение грунта А=4 м/с2 для 9 баллов (пункт 5.20 СП 14.13330.2018). Коэффициент K0=1,1 для проектного расчета (по таблице 5.3 СП 14.13330.2018). Коэффициент K0=1,3 для проверочного расчета (по таблице 5.3 СП 14.13330.2018).
В рамках квазистатической задачи предполагается, что вызванные землетрясением силы представляются в виде сил инерции, приложенных статически. При использовании квазистатической расчетной схемы ускорение грунта принимается как горизонтально направленным, так и с наклоном вектора сейсмического воздействия к горизонтальной плоскости под углом 30°.
Также в расчетах учитывается следующее положение СП 269.1325800.2016: на основании натурных и экспериментальных данных при расчете склонов на сейсмоустойчивость следует уменьшать расчетное сопротивление грунтов сдвигу по сравнению с расчетами на статические нагрузки. Нормативный угол внутреннего трения грунта уменьшается на 6,0°. Одновременно снижается значение нормативного удельного сцепления грунта на 40% по сравнению с расчетами на основное сочетание нагрузок.
Расчетное значение коэффициента устойчивости склона – 0,87. Вывод – устойчивость склона при сейсмике в 9 баллов не обеспечена.
4 Выводы и рекомендации
Расчетный анализ устойчивости склона всегда завершается конкретными выводами и рекомендациями.
1. Методами численного моделирования выполнен анализ устойчивости склона по объекту «***».
2. В подразделе 3.2 приведены подобранные параметры подпорных стен, при которых обеспечивается устойчивость вертикальных откосов, нанесенных на расчетном разрезе.
3. Расчет устойчивости склона на основное сочетание нагрузок с учетом проектируемого объекта показал, что устойчивость склона обеспечена с достаточным запасом, расчетный коэффициент устойчивости склона равен 1,49.
4. Расчет устойчивости склона на особое сочетание нагрузок (сейсмика в 9 баллов) с учетом проектируемого объекта показал, что устойчивость склона при сейсмическом воздействии не будет обеспечена, расчетный коэффициент устойчивости склона равен 0,87.
5. Из пункта 4 выводов следует, что для обеспечения сейсмоустойчивости рассматриваемого склона необходимы компенсационные мероприятия инженерной защиты.
6. Для расчета и проектирования инженерной защиты необходимо выполнить обследование существующих подпорных стен в соответствии с ГОСТ 31937-2011, СП 13-102-2003 и ОДМ 218.3.008-2011.
7. На основании результатов обследования необходимо пересчитать устойчивость склона, а также выполнить расчет существующих подпорных стен по материалу в соответствии с СП 381.1325800.2018.
8. На основании анализа результатов п.7 необходимо установить состав и объем компенсационных мероприятий.
9. Рекомендуется сделать дополнительные инженерно-геологические изыскания и построить дополнительные расчетные разрезы для оценки устойчивости склона и проектирования инженерной защиты.
10. Важно заметить, что во всех случаях наблюдается разрушение грунтового основания проектируемого объекта при потере устойчивости склона. В этой связи нужно рассматривать основание проектируемого объекта и подпорную стену верхнего яруса как единую геотехническую систему.
11. Согласно результатам расчетов, существующая подпорная стена верхнего яруса попадает в зону влияния строительства проектируемого объекта. Рекомендуется выполнить геотехнический прогноз в соответствии с требованиями СП 22.13300.2016 и предусмотреть геотехнический мониторинг.
Вы можете заказать у нас расчетный анализ устойчивости склона, и быть уверенными в высоком техническом уровне выполненных работ.