Geotechniniam projektavimui – išskirtinis eksperimentinis kelias

Pamatų ant sutankinto pagrindo su išplūktu padu projektavimui taikomos Europos standarto EN 1997-1:2004 Eurocode 7 – Geotechnical design – Part 1 (toliau – EC7) 2.6 ir 7.5 punktų nuostatos. Jose, be tradicinių geotechninio projektavimo būdų, numatytas ir išskirtinis – eksperimentinis kelias, t. y. pagrindo testavimas apkrovomis, įskaitant ir dinamines. Šis metodas laikomas aukščiausia geotechninio projektavimo forma, o plūktiniams pamatams jis ypač tinkamas dėl jų specifinio įrengimo: ta pati įranga, kuri naudojama tiek pado išplūkimui, tiek giluminiam pagrindo sutankinimui, puikiausiai gali būti pritaikoma ir jo testavimui po kiekvienu pamatu – be išimties, o ne tik keliose vietose po pastatu kaip tradicinių geologinių tyrimų atveju.

Šiam tikslui parengtas techninis dokumentas, kuriame aprašyta statybos technologija, pagrindo kokybės kontrolės galimybės, naudojama įranga ir mechanizmai (žr. „Technologinė kortelė”). Kadangi pagrindo ribinių būvių patikra atliekama statybos metu, kiekvieno pamato vietoje, šis projektavimo aspektas natūraliai perkeliamas iš projektavimo į statybos darbų stadiją.

Kaip ir įprasta, projektavimas prasideda nuo pamatų išdėstymo plane, tačiau šiems pamatams taikant specifinę sąlygą: užtikrinant saugos ribinį būvį vidutinis įtempis nuo maksimalios vertikalios apkrovos pamato gelžbetoninės dalies kontaktinėje plokštumoje su įplūkiama standžia medžiaga turi būti apribotas iki 10 MN/m². Kadangi ši riba numatyta dar pristatomos technologijos pradininkų ir pateikta rusų kalba išleistame leidinyje „Rukovodstvo po projektirovaniju i ustroistvu fundamentov v vitrombovanich kotlovanach“ (1981 m.), tai ir aptariama ribinė reikšmė kol kas neginčyjama.

Pavyzdžiui, pamatas, kurio skersmuo 350 mm ir gylis 1.5 m, vien tik savo padu gali atlaikyti apkrovą iki  0.10m2x10MN/m2=1 MN (100 tonų), kas tokio tipo pamatams (pvz., po sienomis) – daugiau nei pakankama. Toliau projektavimas susiveda į pamatų kiekio, skerspjūvio ir armavimo sprendinius. Projekte būtinai nurodoma, kad kiekvieno pamato pado parametrai „nustatomi vietoje“, t.y. statybos metu, remiantis smūginės apkrovos testavimo rezultatais, kuriuos vertina kvalifikuoti geotechnikos specialistai (žr. EC7 „Eurokodų statusas ir taikymo sritis“).

Pamatų po kolonomis pagrindas ir skerspjūvis papildomai tikrinami horizontalių jėgų ir lenkimo momentų poveikiui. Susidomėję šia technologija gali gauti detalius paaiškinimus tiesiogiai.

Dinaminis pagrindo testavimas: apkrovų intensyvumas ir rezultatai

Kokio intensyvumo apkrovomis operuojama dinaminio testavimo metu, matyti iš konkretaus pavyzdžio. Ženkliai apkrautiems pamatams siekiant mažų nuosėdžių ir formuojant dirbtinį pagrindą (pvz., iki 2 cm „atsako“), viena smūginė apkrova (t. y. ~1 t svorio metalo cilindro kritimas iš ~5 m aukščio) gali sukelti momentinį įtempį iki 80 MN/m², arba net 8 kartus viršijantį ribinę 10 MN/m² reikšmę. O lyginant su mažesnėmis projektinėmis reikšmėmis, šis skirtumas gali būti dar ryškesnis – iki 10 kartų ar net daugiau, taip užtikrinant milžinišką atsargą saugos ribinio būvio patikrai.

Kad išplūkimo metu susidaro itin galingos vidinės jėgos, įsitikinta ir praktiškai – pvz., vykdant pamatų įrengimą 16 aukštų gyvenamajam namui Elektrėnuose, plūkimo metu aplink pirmuosius pamatus ratu susiformuodavo bangos pavidalo iškeltas žemės paviršiaus, tad projektinį pamatų gylį teko padvigubinti – iki 4 m (žr. 24 poziciją „Atliktų darbų sąrašas”).

Taigi, lyginant su klasikiniu Static Load Test metodu, dinaminio testavimo metu pasiekiami įtempiai po būsimais pamatais yra nepalyginamai didesni. Be to, Static Load Test dažniausiai taikomas vos 2 % polių, kai tuo tarpu dinamine apkrova pagrindas testuojamas visiems pamatams – be išimties.

Pažymėtina ir tai, jog iš virš 20-ies metų sukaupta unikali medžiaga „Palyginamosios patirties“ pavidalu ir pateikta jau minėtame „Atliktų darbų sąraše“, pagal EC7 nuostatas gali būti drąsiai vertintina kaip ypač reikšmingi, įgytą naują patirtį patvirtinantys duomenys.

Patikimumas, patirtis ir lyginamoji analizė

Virš 20 metų kaupta patirtis ir „Palyginamosios patirties“ duomenys rodo, kad ši metodika yra ne tik inovatyvi, bet ir nepralenkiamai patikima. Ji buvo taikyta daugybėje sudėtingų projektų: nuo daugiabučių ant technogeninių ir kitokių, ne itin palankių gruntinių sąlygų, statytų tiesiog kvartalauis, iki dviejų 16 aukštų pastatų, kurių vienai kolonai tenka net 10 MN (1000 tonų) skaičiuotinė apkrova (Sąrašo 10 ir 24 pozicijos). Gauti nuosėdžių duomenys – gerokai mažesni nei prognozuota, o patys mažiausi, 350 mm skersmens pamatai ir galintys atlaikyti iki 100 tonų, apskritai tenusėda vos 20–30 mm.

Ypatingą pasitikėjimą šia sistema patvirtina ir ilgamečiai nuosėdžių stebėjimai, atlikti nepriklausomų trečiųjų šalių ir užtrukę ne vienerius metus, pateikti atskirame straipsnyje (žr. „Pamatų nuosėdžių stebėjimo rezultatai”).

Taigi, tinkamai valdant išplūkimo procesą, pasiekiamas aukščiausias pagrindo kokybės užtikrinimo lygis. Dėka sistemingos darbų vykdymo kontrolės nevienodi nuosėdžiai – praktiškai eliminuojami, nes pagrindas yra testuojamas po kiekvienu pamatu. Tuo tarpu tradicinių pamatų atveju, kai atstumai tarp geologinio tyrimo taškų gali siekti 20–40 m, o ir pačių tyrimo vietų neretai susidaro neperdaugiausiai, geologiniai pjūviai gali išeiti gana netikslūs ir netgi klaidinantys, pavyzdžiui, kai po pastatu pasitaiko neištirta sklypo dalis su gana nestabiliomis gruntinėmis sąlygomis, kurios į geologinių tyrimų akiratį paprasčiausiai nepateko vien dėl nepakankamo jų kiekio. Visa tai kelia didelę neapibrėžtumo riziką.

Prie kokių pasekmių gali privesti nepakankami geologiniai tyrimai aiškai matyti iš unikalių kadrų, užfiksuotų dalyvaujant kaip šios srities specialistams-ekspertams (žr. 3-6 nuotr. straipsnyje „Kai kurios negatyvių reiškinių priežastys pamatų statyboje”). Šioje vietoje svarbu pažymėti, jog plūktinių pamatų atveju tokie dalykai paprasčiausiai yra neįmanomi dėl pagrindo po kiekvienu pamatu testavimo. Panašių avarinių situacijų galima būtų atskleisti nepalyginamai daugiau, jeigu dėl galimos reputacinės rizikos tam nesipriešintų patys nuo to nukenėję statytojai, kaip keistai beatrodytų. Pas šios srities specialistus-ekspertus panaši informacija ateina tik tais atvejais, kai dėl rimtesnių pasekmių būtina konkreti pagalba…

EC7 žvilgsnis į ateitį – tyrimai ir kontrolė yra svarbiau už skaičiavimų tikslumą

Svarbu pažymėti, jog pirmą kartą geotechnikos istorijoje Eurocode7 dėka atkreiptas dėmesys į anksčiau nusistovėjusį neteisingą požiūrį dėl pačios geotechninio projektavimo esmės. Šiame dokumente pirmoje eilėje pabrėžiamas ne skaičiuojamųjų modelių tikslumas, kaip buvo iki šiol, o geotechninių tyrimų svarba, jų kokybė bei tinkama pačių pamatų įrengimo darbų vykdymo kontrolė: „Geotechninių tyrinėjimų mastai ir jų kokybė, o taip pat darbų vykdymo kontrolė yra daug svarbesni už skaičiuojamųjų modelių tikslumą bei dalinius koeficientus, siekiant įvykdyti esminius EC7 reikalavimus” (žr. EC7, p. 20). Kitaip tariant, tai kas EC7 sudarytojams tuo metu, t.y. daugiau kaip prieš 20 metų, regėjosi kaip neišvengiama siekiamybė, pranokstant visus lūkesčius šios technologijos dėka tapo su kaupu įgyvendinta – ne šiaip padidintas geotechninių tyrinėjimų mastas, o pasiektas maksimaliai įmanomas pagrindo kontrolės ir jos vykdymo kokybės santykis po kiekvienu būsimu pamatu – be išimties, kas apskritai neįsivaizduojama bet kokiam kitam pamatų tipui.

Aptarus pagrindines EC7 nuostatas, kartu su jas pilnai atitinkančiais pamatų ant sutankinto pagrindo su išplūktu padu geotechninio projektavimo aspektais, seka ir pagrindinė išvada, jog modifikuota plūktinių pamatų technologija – tai universalus sprendimas bet kuriomis gruntinėmis sąlygomis, o ypač sudėtingomis…