Модули деформаций. Проблема старая, как мир

Модуль деформации грунтов, полученный по результатам компрессионных (одометрических) испытаний, используется для расчета возможных осадок фундаментов еще со времен Карла Терцаги. Этот модуль имеет порядок значений от 3 до 12 МПа.
Кроме компрессионных испытаний характеристики деформируемости можно получить в результате штамповых испытаний и стабилометрических исследований.
 

Компрессия, штампы и реальная жизнь

В результате многолетних наблюдений за осадками сооружений было замечено, что фактические осадки в большинстве случаев не равны расчетным, основанным на компрессионных модулях деформации. Реальные осадки оказались меньше, причем часто – значительно.

Масло в огонь «подлили» результаты штамповых испытаний. При выполнении этих исследований модули деформации одних и тех же грунтов оказывались больше, чем получаемые в одометре. Причем при выполнении расчетов по штамповым модулям, результат в ряде случаев оказывается близок к реальным осадкам. 
Почему, казалось бы, не перейти на штампы и отказаться от «неправильных» одометрических испытаний вообще? Идеологом подобного подхода является Рэм Зиангиров, который считает, что если в отчете нет результатов штамповых испытаний, результаты лабораторных определений и приведенные в отчете модули деформации нельзя признать достоверными.

Однако есть целый ряд объективных сложностей, благодаря которым штампы не столь распространены.

Во-первых, надо понимать, что такое штамповые испытания – это серьезные дорогостоящие полевые исследования, требующие специального оборудования, тщательно подготовленной площадки, работы с пригрузами, длительных наблюдений. В общем, это не просто и дорого.

Во-вторых, штамп большого размера (а чем больше размер штампа, тем надежнее полученный результат) можно поставить только на поверхности, потому что в противном случае придется выкопать и разровнять площадку для установки штампа. А ведь изыскания в ряде случаев проводятся до того, как на площадку выезжает строительная техника, которая позволила бы справится с задачей установки штампа. Да и сама проектная глубина заложения фундамента определяется лишь после изучения проектировщиком результатов инженерных изысканий.

В-третьих, даже если провести испытания на проектной глубине заложения фундамента, проделав испытания штампом небольшого диаметра в скважине, результаты таких исследований еще меньше похожи на правду, чем компрессионные.

Наконец, в-четвертых, значительные ошибки при расчете модуля деформации по компрессионным модулям имеют место далеко не всегда, и, что не мало важно, не везде.

Неоднозначность экономики

В Москве и ряде других регионов, где четвертичные грунты имеют такой же состав и генезис, соотношение компрессионных и штамповых модулей лежит в диапазоне от 1:2 до 1:6. Собственно, об этом известно уже с 70-х годов прошлого века. В какой-то момент даже было принято решение найти так называемый масштабный коэффициент (Мк), позволяющий осуществлять переход от результатов компрессионных испытаний к результатам штамповых. Экономия на испытаниях, имейся такой коэффициент, оказалась бы очень существенной.

В течение нескольких лет специалистами НИИОСП им. Н.М. Герсеванова было проведено сопоставление большого количества результатов компрессионных и штамповых испытаний на одних и тех же площадках. В результате исследований была составлена соответствующая таблица коэффициентов, которая вошла в нормативные документы. Однако, что немаловажно, таблица была сделана для пылевато-глинистых четвертичных грунтов определенного генезиса, с показателем текучести в диапазоне от 0,5 до 1. Другие грунты под действие этой таблицы не попадают. Более того, во время исследований сравнивались величины, полученные в диапазоне давлений 0,1-0,2 МПа. И никакие другие.

Понятно, что полученные коэффициенты никак нельзя назвать универсальными, хотя в ряде случаев они работают хорошо.

Остается несколько маленьких вопросов:

1. Какой брать коэффициент, если грунты имеют не тот возраст и генезис, как предполагается в таблице?
2. Какой брать коэффициент, если грунты имеют другой показатель текучести, нежели регламентирован таблицей?
3. Какой брать коэффициент, если нагрузки от сооружения на фундамент не лежат в пресловутом диапазоне 0,1-0,2 МПа?
4. Можно ли пользоваться этими коэффициентами, если тип фундамента не столбчатый, работу которого моделирует штамп, а, допустим, плитный или свайный?

На все эти вопросы у экспертов обычно есть отличный ответ – делайте параллельно, сопоставляйте результаты, изучайте, анализируйте, получайте свои коэффициенты и применяйте их.

Только оплачивать дорогостоящие штамповые испытания никто не хочет. Да и если делать их правильно, по стоимости такие исследования сопоставимы с затратами, которые понесет строитель при усилении фундамента.

Жизнь без красоты

Ну и напоследок. Голландский архитектор Эрик Ван Эгераат написал книгу «Жизнь без красоты», в которой он рассуждает о том, почему раньше люди строили красиво и надежно (на века!), а сейчас примитивно и дешево.

По его мнению, при условии экономии на всем, надежно и красиво не получится. Инвесторы почти всегда требуют сделать надежно, но при этом дешево, не всегда осознавая, что эта дешевизна выходит много дороже. История же многократно показывает, что чем дешевле конструкция сооружения, тем меньше срок его эксплуатации и чаще требуется реконструкция.

Все известные сооружения, которые дошли до нас через века, и которыми мы восхищаемся, которыми восхищались наши прадедушки и будут восхищаться наши правнуки, были спроектированы и построены с многократными запасами.

Вот интересный пример: нельзя, следуя современным требованиям экономичности конструкции, спроектировать и построить мост, равный по прочности мосту Тиберия в Римини (Италия). По современным меркам запасы прочности такой конструкции – многократные, и превышения сметы – значительные. Можно построить и дешевле. Можно.  Но, этот самый мост эксплуатировался в течении 500 лет до реконструкции, и 400 лет после реконструкции. Возможно, даже самые смелые и прозорливые строители не могли и предположить, что через 20 веков после введения его в эксплуатацию по этому самому мосту будет ходить трамвай.  Оправданы ли такие запасы прочности?

Если же взять примеры из более современной истории, то, знаменитые «Сталинские высотки» проектировались по результатам этих самых компрессионных испытаний, проводимых параллельно лабораториями нескольких независимых организаций, одновременно работающих на площадке. И модули у них получались меньше, чем штамповые, и расчет велся по этим маленьким модулям, т.к. других алгоритмов расчета тогда еще не существовало.  Может, именно поэтому даже сейчас ни у кого не возникает даже мыслей о дополнительных неучтенных осадках.