Фундаменты, испытывающие динамические воздействия. Источники колебаний в грунте

ФУНДАМЕНТЫ, ИСПЫТЫВАЮЩИЕ

ДИНАМИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ

5.1 Источники колебаний в грунте

Основными источниками колебаний являются: работа стационарно установленных неуравновешенных машин и механизмов, движение различных видов транспорта, механизированное выполнение строительных работ, сейсмические воздействия, ветровые нагрузки и т.д.

Большая часть источников колебаний характеризуется ударным воздействием. Одиночный импульс вызывает свободные колебания системы «грунт–сооружение», периодические импульсы – вынужденные колебания. По мере распространения колебаний колебательные перемещения частиц относительно друг друга сопровождаются трением в точках контакта, которое ведет к уменьшению амплитуд колебаний. Этот процесс называется затуханием или демпфированием колебаний, которое оценивается коэффициентом затухания

α = А_n/A_n+1, где А_n и A_n+1 – смежные амплитуды, расположенные по одну сторону от оси времени, и логарифмическим декрементом колебаний

D = ln (А_n/A_n+1).

Характер и интенсивность колебаний при движении транспорта зависит от состояния дорожного покрытия или рельсового пути, скорости движения, массы перевозимого груза и других факторов.

Так, при обследовании жилого дома в г. Гомеле, расположенного в 5 м от ул. Кирова, при проезде груженого автотранспорта на перекрытиях второго и третьего этажей отмечены колебания, значительно превышающие допускаемые санитарными нормами.

Значительные колебания, возникающие при выполнении строительных работ, могут быть не только неприятны для проживающих в соседних домах, но и повлечь дополнительную осадку (см. п. 7.1). Обычно принято считать, что безопасным для забивки свай является удаление от существующих зданий не менее 20 м. В то же время выполненные исследования (таблица 7.26 [7]) показывают, что на величину безопасного удаления влияют вид несущих конструкций здания, сечение свай, вид и состояние грунтов (таблица 5.1).

Наибольшую и постоянную опасность представляет работа неуравновешенных  машин и механизмов, которые  могут  передавать  колебания через грунт на значительные расстояния. Такая вибрационная нагрузка даже сравнительно небольшой интенсивности, но низкой частоты может вызывать значительные колебания отдельных конструкций и даже всего сооружения. Это объясняется явлением резонанса – совпадением частоты возмущающей силы с частотой собственных колебаний сооружения.

На Речицком деревообрабатывающем комбинате при работе двух рядом установленных пилорам возникали колебания с частотой 5–10 Гц и амплитудой до 10–12 мм, передававшиеся как на все конструкции распиловочного цеха, так и на конструкции соседних цехов.

Т а б л и ц а  5.1 – Безопасные расстояния до зданий, имеющих износ до 20 % при забивке свай

5.2 Динамические процессы в грунте

В пределах грунта и скальных пород импульсный источник колебаний вызывает возникновение продольных волн (растяжения-сжатия) и поперечных волн (волн сдвига). Кроме того, возникают поверхностные волны, перемещающиеся в поверхностном слое (волны Рэлея).

Наиболее интенсивное затухание колебаний наблюдается в сухих и маловлажных грунтах. При насыщенных водой пылевато-глинистых грунтах процесс затухания существенно слабее, и волны могут распространяться на значительные расстояния. Интенсивность затухания колебаний зависит также от частоты: при высоких частотах затухание колебаний происходит интенсивнее.

Результатом передачи колебаний на сооружение являются колебательные движения отдельных конструкций и всего сооружения в целом. В большинстве случаев эти колебания незначительны. Амплитуда их измеряется микрометрами, однако человеческий организм воспринимает такие колебания и болезненно реагирует на них. Это необходимо учитывать при проектировании фундаментов источников колебаний, в частности фундаментов под машины. Области частот вредного действия вибрации на человека приведены в таблице 5.2.

Т а б л и ц а  5.2 – Области частот колебаний по степени действия на человека

Известна способность грунтов уплотняться при действии динамических нагрузок. При определенной их интенсивности возможны нежелательные последствия в виде дополнительных осадок фундаментов. Уплотнение грунта при постоянной интенсивности динамического воздействия носит затухающий характер. При этом фундаменты, расположенные на различном расстоянии