Строим без надежного знания грунтов

Материалы по теме:

http://stroypuls.ru/sgh/2007-sgh/95-avgust-2007/27286/

http://stroypuls.ru/sgh/2007-sgh/97-noyabr-2007/27452/

Вновь о механических свойствах грунтов и инженерно-геологических изысканиях, о неготовности расчетной базы к проектированию фундаментов высотных зданий мы беседуем с главным специалистом отдела инженерной геологии ГУП "Трест ГРИИ" к.т.н. Е. Н. Богдановым.

- Евгений Николаевич, уже в далеком 2007 году мы дважды встречались с вами. Разговор шел о грунтах.

– Да, так. Тогда я напросился на первую встречу, потому что в частых информациях об объектах строительства, в том числе уникальных, полностью отсутствует или приводится искаженное упоминание о грунтах, которые являются основанием для любого сооружения. А ведь сооружение и грунты есть единое целое, причем грунты, быть может, даже главнее. Ибо без правильного учета особенностей грунтов не может быть принято верное решение о фундаментах, призванных обеспечить долгую, на века, нормальную эксплуатацию сооружения без осадок и кренов. А бывает, что и построить не успевают, как возникает аварийная ситуация. Кто-то говорит – случайность. Нет и нет! Причиной аварии всегда является крайняя степень незнания грунтов, неосязаемое пренебрежение ими. Я убежденно утверждаю, что с незнанием грунтов сталкиваемся на любом объекте строительства и спасают от грубых просчетов лишь решения, принимаемые на очевидной или интуитивной основе, и исправления, вносимые в процессе проведения работ нулевого цикла путем значительных затрат.

Когда подводит та или иная основа, ждите осадки грунтов, деформации конструкций сооружения, а то и аварии. Вновь повторю, что инженерно-геологические изыскания, данные, поставляемые ими, находятся на низком, критическом уровне, и, как следствие, расчеты фундаментов сооружений чаще всего не могут быть правильными и достоверными.

- Была и вторая встреча. Мы сообща призывали заинтересованных специалистов – геотехников, инженеров-геологов, проектировщиков, экспертов - откликнуться и продолжить разговор о грунтах. Прошло 9 лет. Вы как-то отмечаете происходящие изменения во взглядах?

– Совсем нет. За последние 4 года я написал и опубликовал 16 статей на темы грунтов. Хорошо, что их стали печатать, иногда под грифом "особое мнение". Выступал на конференциях, пытаясь убеждать. Но в печати не появилось ни единого, положительного или отрицательного, отклика, а на выступления - полное неприятие. Создается убеждение, что все стороны стремятся сохранить пусть принципиально неверное, но устоявшееся и выгодное для них положение и с изысканиями, и с расчетами.

- Евгений Николаевич, а не может оказаться так, что все-таки не правы вы? Вы выступаете один против сообщества, будем считать, единомышленников, которые благополучно строят по всей стране. Ну, случаются изредка аварии, причин тому много. Ну, не реагируют на ваши выступления: понять тоже можно - не до вас, да и не согласны с вами. Вы можете как-то возразить?

– Я взываю много лет. Кто-то не читает мои статьи, кто-то иногда читает, слушает, но не принимает мои доказательства. Поэтому, не считает нужным как-то реагировать. Предсказуемое молчание. Но есть же официальные органы, к примеру, ПНИИИС, обязанные отслеживать все новое. Им бы не молчать, а возразить настойчивому "клеветнику", объяснить ошибочность его взглядов, заодно дать разъяснения по многим аспектам нормативных документов (СП, ГОСТ), вызывающим сомнения и недоумения, а то и отрицание у части специалистов. Но именно официальные документы десятилетиями содержат порочные положения, лежащие в основе кризиса изысканий и расчетов фундаментов и легко разбиваемые при честном рассмотрении.

Главным аргументом в пользу отрицания общепринятого отношения к грунтам являются ничем не объясняемые, разве что недомыслием, смирением, а то и безразличием, методы изучения механических свойств грунтов. А это они определяют выбор типа фундамента и давление (нагрузку) на грунт.

Давайте удивимся вместе.

Физические свойства (влажность, плотность и, что важно, состояние) определяем на грунте естественного сложения. А вот для изучения механических свойств (прочностных и деформационных), как-то оказалось принятым уплотнять образцы грунта разными давлениями. Иначе говоря, переводить грунт естественного сложения в несколько других грунтов с другими (несколькими) состояниями со своими физическими свойствами, но относя некие сомнительно полученные результаты к грунту естественного состояния и выдавая их за характеристики этого грунта, с физической точки зрения ничего общего с ними не имея. Должно быть понятно, что расчеты, основанные на применении таких псевдо характеристик, никогда не могут быть верными. Это лишь упражнение в арифметике. Казалось бы, что на этом спор мог быть завершенным в пользу пересмотра всего, что было наработано ранее. Но…

- Ваши доводы кажутся убедительными. Но как могла возникнуть подобная ситуация?

– Сложный вопрос, который следовало бы задать приверженцам существующих взглядов. Но сами они никогда не пытались, ни поставить себе такой вопрос, ни тем более ответить на него. В противном случае, все развитие механики грунтов и сопутствующих наук пошло бы иным путем. Возникновение механики грунтов, как науки, и методов изучения физико-механических свойств грунтов, как исходных данных для последующих расчетов оснований и фундаментов, произошло стремительно в 30-ые года прошлого века трудами немногих зарубежных и наших ученых-геотехников. Это их взгляды, в чем-то ошибочные (у великих людей и ошибки великие), но признанные классическими, лежат без изменения в основе современных наук о грунтах.

Можно предположить, что рассматривая строительство как поэтапное, ими был сделан вывод (вот она ошибка!) об обязательном уплотнении грунта на каждом этапе. Отсюда при определении прочностных свойств грунтов стали проводить сдвиговые испытания предварительно уплотненных образцов, при определении деформационных – компрессионные испытания рядом давлений. Отсюда взгляды об обязательном уплотнении грунтов под сооружением, теории консолидации, упрочнения грунтов во времени, изучение зон уплотнения под фундаментами и вокруг свай и их учет, расчет сжимаемой толщи и т.д.

Давайте возразим. Нужно ли уплотнять и можно ли уплотнить грунт весом сооружения? Ответ прост – уплотнять и уплотнить нельзя и недопустимо. За уплотнением следуют осадки, часто неравномерные и запредельные для сооружения. Уплотнить грунт даже непосредственно в основании, не говоря - на глубине, невозможно, так как еще раньше грунт в основании войдет в стадию разрушения, за которым последует аварийная ситуация для сооружения.

Допуская уплотнение, что мы хотим выиграть, сэкономить?

У сооружения другая задача – долгая, нормальная, безосадочная эксплуатация. Уплотнение грунта возможно в одном случае, когда хотим улучшить физико-механические свойства поверхностного слоя грунта, но для этого понадобится произвести материальные, временные и физические затраты. Нас же уверяют, что уплотнение произойдет само собой, причем грунтов разреза на значительную глубину.

Утопия, не более, легко опровергаемая.

Не наблюдаются те осадки, которые следуют из коэффициентов пористости уплотненных грунтов. Почему бы не выполнить бурение скважины вблизи, а то и под зданием, и показать произошло ли изменение физико-механические свойств грунтов по глубине?

- Создается впечатление, что вы, действительно, отвергаете все. Где выход?

– Надо научиться уважать и сооружение, и грунты основания. Для сооружения недопустимы осадки, кроме осадок в пределах линейной зависимости между давлением и деформациями. Для грунтов недопустимы давления за пределами этой зависимости, приводящие к непредсказуемым осадкам, разрушению грунта и сооружения. Надо научиться находить несущую способность грунтов естественного сложения и не превышать ее, грунт все равно не позволит, для чего справедливо определять не только физические, но и механические свойства грунтов естественного сложения.

- Значит, механические свойства грунтов. Какими видятся вами методики их определения?

– Без уплотнения, с сохранением исходного состояния в процессе испытания.

- Наверное, при извлечении грунта из скважины какие-то нарушения грунта происходят?

– Конечно, происходят, но возврат в исходное состояние - отдельная тема, пока не решаемая до признания естественной прочности грунтов и умения оценить напряженное состояние грунта. Предполагали, что в исходное состояние грунт вернем после уплотнения образца грунта давлением, равным давлению от собственного веса толщи. Мысль неверная, отрицаемая залеганием слабых грунтов на больших глубинах, уплотнением, существенно изменяющим исходное состояние, данными статического зондирования.

- Всё же, о методиках.

– Сначала о прочностных свойствах. Первой гостированной (ГОСТ 12248-66) методикой сдвиговых испытаний грунтов стала консолидированно-дренированная методика, ущербность которой должна быть очевидна любому. Медленно сдвигаются три по-разному уплотненные образцы, медленно, чтобы уплотнение могло происходить и во время сдвига.

Методика якобы моделирует стабилизированное состояние грунта Что это? Три состояния одновременно, как такое возможно? В принципе, при обработке получается никому не нужная результирующая к трем состояниям, к тому же отличающимся от исходного. Но методика КД и поныне остается основной. Наряду с методикой КД до нее появления и несколько позднее геотехники инженеры-геологи применяли самые разные, состоящие из способа подготовки и способа проведения испытания, методики, без доказательств права на жизнь каждой из них.

При этом, что ни методика, то свой результат. Как следствие, многие видные ученые сделали глубоко ошибочный вывод – прочностные свойства грунтов лишены физического смысла. Тело есть, а смысла нет. А надо было сделать совсем другой вывод. Какой должна быть методика, чтобы грунт с данными физическими свойствами и состоянием характеризовался постоянными прочностными свойствами? В последних ГОСТ,ах (начиная с 1977 г.) приведена методика неконсолидированно-недренированного сдвига, которая якобы характеризует нестабилизированное состояние грунта. Создатели ГОСТ не привели разъяснений, что означает методика НН, сферу применимости КД и НН методик. Но значение модуля деформации в отчетах приводится одно, независимо от методики.

- Как я могу понять, вы против методик КД и НН и тех, что предлагались другими исследователями.

– Именно так. Нужна методика определения естественной (или исходной) прочности грунтов. Испытания должны проводиться в не произвольно заданном диапазоне давлений, что закреплено в действующих ГОСТ,ах, а в конкретном, зависимом от состояния и не приводящем к нарушению исходной плотности и влажности и развитию в грунте порового давления. Диапазон давлений совсем узкий для грунта текучей консистенции, очень широкий для грунта твердой консистенции. Полная аналогия с растущим человеком. Маленький человечек – и диапазон силовых возможностей маленький. Взрослый человек – у каждого свои возможности, вплоть до исключительных.

Ключевые слова – состав, состояние, диапазон давлений, и будем получать постоянные значения прочностных свойств грунтов, при этом нужно менять правила статистической обработки результатов сдвиговых и 3-х осных испытаний, способствующие сегодня взгляду о неопределенности прочностных свойств. Теоретические и практические основы методик проведения сдвиговых и 3-х осных испытаний глинистых и песчаных грунтов изложены в наших статьях.

- Чувствуется, что тема прочностных свойств вами выстрадана, вам хочется верить. Остается сказать о деформационных свойствах.

– Для определения модуля деформации грунта исходного состояния в лаборатории проводятся компрессионные испытания, для чего образец грунта уплотняется несколькими давлениями, строится кривая зависимости изменения коэффициента пористости от давления, на выбранном участке кривой проводится касательная, далее по формуле рассчитывается значение модуля деформации грунта исходного состояния. Вы верите? Я нет. Абсурдность этих действий так и проглядывает. Не знали исходное значение модуля, не знаем и для любой ступени нагрузки, но в конце выходим на знание исходного значения. Мистика. Оказалось незамеченным, что закон Гука применим в пределах одного состояния, а не множества. Не удивительно, что получаемые некие значения настолько неопределенны, что не помогают всевозможные поправки и манипуляции.

- Что взамен?

– Для начала следует всем сторонам честно признать, что компрессионные испытания никогда неприменимы для исследования деформационных свойств грунтов и отказаться от них. Значение модуля надо определять только на грунте естественного сложения. А метод надо искать. В поле применяются штамповые испытания, статическое зондирование с переходом от лобового сопротивления к модулю, в лаборатории можно предложить испытания штампом малого сечения и пенетрационные испытания.

- Вы нарисовали мрачную картину с определением механических свойств, лежащих, как вы утверждаете, в основе всех расчетов оснований и фундаментов. В таком случае, действительно, остается признать, что расчеты никогда не могут быть верными. Евгений Николаевич, есть что-то, что вас удовлетворяет?

– Думаю, что нет. Научные школы - инженерно-геологическая дремлет, геотехническая воинственно наступает,- но пересмотр очевидных порочных положений не ведется. Поэтому не исчезает постоянное чувство подавленности. В самом деле. Расчет несущей способности свай ведется на основе показателя текучести грунтов нарушенного сложения с точностью 2-6 раз, им лучше не заниматься. Расчет несущей способности свай по данным статического зондирования введением понижающих коэффициентов лишает несущей способности грунты твердой консистенции, что приводит к неоправданному завышению глубины погружения свай в такие грунты. Свая работает пятой и боковой поверхностью. Кто-то заложил в ГОСТ переход от эталонной сваи к натурной через соотношение периметров, что сделало бессмыслимым применение эталонных свай. Рекомендации по переходу от данных зондирования к физико-механическим свойствам грунтов принципиально неверны и будут таковыми, пока не изменится отношение к определению механических свойств. Не определяются механические свойства песчаных грунтов. Не намечены пути к изучению свойств заторфованных, элювиальных и др. специфических грунтов. Пенетрационные испытания, проводимые на грунтах исходного состояния и способные оказать неоценимую помощь в оценке состояния и механических свойств грунтов, оказались незамеченными.

Требования нормативных документов (СНиП,ы, СП) противоречивы, спорны, часто невыполнимы. Возникают сомнения по количеству скважин, расстоянию между ними, глубине бурения, числу монолитов. К примеру, глубина бурения при плитном фундаменте независимо от давления на грунт должна быть не менее 20 м. При плитно-свайном фундаменте глубина скважин должна на 15 м превышать предполагаемую глубину погружения свай, но не изложены требования к изучению этих грунтов. И т.д.

Экспертиза при просмотре материалов инженерно-геологических изысканий удобно ограничила свою деятельность проверкой на соответствие требованиям нормативных документов, но, никак не установлением их качества и надежности, прежде всего, механических свойств грунтов, на что экспертиза объективно не способна и, как следствие, не соответствует своему предназначению.

- Каково состояние инженерно-геологических изысканий? Если надежда на изменение ситуации, от кого это может зависеть?

– Из того, что было сказано, вывод один - инженерно-геологические изыскания находились ранее и продолжают находиться на крайне низком уровне, скажем больше, они обречены - с низкого уровня можно подняться, при нынешнем положении нужна коренная перестройка. Не случайно, на рынке, в изобилии появились организации с ограниченными возможностями, но берущиеся за бросовые деньги выполнять изыскания и пройти экспертизу. Можно приводить в отчетах придуманные значения механических свойств, можно бурить в неполном объеме, дозволено все - все проходит. И это притом, что значимость изысканий возрастает с переходом на строительство уникальных зданий и сооружений и на освоение подземного пространства.

Кажется, что давно пора остановиться и задуматься, но этого не произойдет, так как с грунтами работают сознательно разобщенные специалисты (инженеры-геологи, геотехники, проектировщики) с разным, по - своему ограниченным, уровнем подготовки, с разным уровнем профессионализма, ответственности и достоинства. Оказалось, что инженерам-геологам уготовили этакую роль лаборантов с задачей провести изыскания, далее разберемся без вас. Проектировщики, не вдаваясь в анализ материалов изысканий, используют то, что им предоставили. И только геотехники полагают, что им подвластны и изыскания, и расчеты, которые, как было показано, никогда не могут быть верными, без правильно определенных механических свойств грунтов.

Есть ли выход? Есть, но нескорый. Не молчать, ибо молчание не лучший способ разобраться, признать положение с изучением грунтов бедственным и начать переосмысливать. Молчание одна из форм лжи. Высказывать свою точку зрения и отказываться от нее, осознав, что она не верна. Собираться и обсуждать, преодолевая разобщенность.

В противном случае, аварийные ситуации и непредвиденные расходы обеспечены. Примеров тому предостаточно.

За невнимание к грунтам неизбежно следует наказание.

Литература.

1. Богданов Е. Н. Риск, незнание или безответственность? Расчеты фундаментов без исходных данных. - Строительство и городское хозяйство в Санкт-Петербурге и Ленинградской области. Санкт-Петербург. № 95, 2007. с. 83-84.

2. Богданов Е. Н. Механические свойства грунтов. Знаем? Скорее нет. – Там же, № 97, 2007. с. 64-65.

3. Богданов Е. Н. Механические свойства грунтов. Одолеем ли непреодолимый кризис. –Там же, № 102, 2008. с. 96-97.

4. Богданов Е. Н. Экспертный тупик. Подземное пространство осваивают наугад. - Там же, № 118, 2010. с. 58-59.

5. Богданов Е. Н. О механических свойствах глинистых грунтов. В журнале Грунтоведение. Изд-во "Центр генетического грунтоведения" Санкт-Петербург. № 1, 2012. с. 64-71.

6. Богданов Е. Н. О механических свойствах песчаных грунтов. Там же, № 2, 2013. с. 55-61.

7.Богданов Е. Н. О пенетрационных испытаниях глинистых грунтов. Там же, № 1, 2013. с.24-33.

8. Богданов Е. Н. Несущая способность свай. Состояние проблемы. В журнале Мир строительства и недвижимости. Гражданское строительство. Санкт-Петербург. № 50, 2014. с13-17.

9. Богданов Е. Н. Низкое качество инженерно-геологических изысканий подрывает основы экономики строительства и его безопасности. Электронный журнал www.eq-journal.ru Экономика качества №3(15) 2016.

09.12.2016 10:26
195

Комментарии

Нет комментариев. Ваш будет первым!