Анализ причин повреждения конструкций подпорных стен и павильонов

В качестве возможных причин наблюдаемых деформаций подпорных стен (отклонение от вертикали, частичное обрушение) могут быть рассмотрены потеря устойчивости основания и сдвиг под воздействием статического давления собственного веса грунта и воды, давления замерзшей воды и морозного пучения грунта.

Расчеты на воздействие касательных сил морозного пучения показывают, что при промерзании увлажненного грунта на раствор горизонтальных швов подпорных стен могут действовать растягивающие усилия, составляющие порядка 8т/пог.м, вызывающие растягивающие напряжения в растворе порядка 0,045 МПа. Согласно настоящим обследованиям прочность раствора на сжатие составляет порядка 0,2…0,3 МПа, чему соответствует расчетное сопротивление растяжению не более 0,01 МПа. Следовательно, развитие горизонтальных трещин в подпорных стенах вполне закономерно.

Возникающие при изгибе стенки нормальные напряжения в кладке, составившие 6,7 МПа, существенно превышают ее фактическую прочность (0,53 МПа). Этот расчет объясняет наблюдаемое выпучивание подпорных стен, возникновение вертикальных и наклонных трещин в подпорных стенах у Церковного павильона

Таким образом, морозное пучение грунта вызывает образование горизонтальных трещин и постепенное смещение конструкций. Образование трещин способствует вымыванию раствора и обрушению кладки. Кроме того, очевидное влияние на сохранность конструкций имеет процесс просачивания воды.

Учитывая сложную геометрию напластования грунтов, сложную геометрию нагружения основания, а также возможность развития областей предельного состояния грунта расчеты для оценки устойчивости подпорных стен и всего сооружения были выполнены с использованием одного из наиболее эффективных современных численных методов – метода конечных элементов. Серия численных экспериментов проведена с использованием программного комплекса «FEM-models», разработанного сотрудниками НПФ «Геореконструкция» под руководством проф. В.М.Улицкого.

Расчеты выполнялись в плоской постановке для различных сечений, полученных по результатам вскрытия подпорных стен и бурения геологических скважин. Для расчетов использовалась упруго-пластическая модель грунта, предполагающая линейную связь между напряжениями и деформациями в границах предельной поверхности, описываемой критерием Кулона-Мора, и бездилтантное (равнообъемное) течение грунта при достижении предельного напряженного состояния.

Расчетная схема задачи для сечения 1-1 представлена на рис. 7. Несущий слой основания фундаментов галереи и подпорных стен в расчетах представлен техногенными отложениями.

Рис. 7. Расчетная схема задачи для сечения 1-1

Из проведенного анализа следует, что опасность потери несущей способности подпорных стен имеется только у Японского павильона. На остальных участках при условии восстановления сплошности кладки подпорных стен и исключения вертикальных деформаций (из-за гниения лежней, размывания основания потоком грунтовых вод) устойчивость стен обеспечена. Причниа их деформаций состоит в возникновении нормальных и касательных сил морозного пучения.

На основании обследования предложены следующие усилительные мероприятия:

1. У Японского павильона – восстановление обрушенной подпорной стены, возведение дополнительной подпорной стены из буроинъекционных свай, заглубленных в слой твердых моренных суглинков.

2. Инъекционное закрепление кладки всех наружных подпорных стен через вертикальные скважины, пробуриваемые в кладке.

3. Устройство буроинъекционных свай, пробуриваемых через тело кладки и погружаемых до кровли коренных твердых глин.

Эффективность мероприятий по усилению будет достигнута только в комплексе с мероприятиями по восстановлению системы водоотведения, разработка которых составляет второй этап работ. В сентябре 2001 г. уже начались усилительные работы, которые проводятся фирмами "Геореконструкция" и "Геоизол".