1. Факторы, определяющие качество и надежность оснований и фундаментов сооружений

Основания и фундаменты должны быть запроектированы таким образом, чтобы они обладали достаточной надежностью при возведении и эксплуатации с уче­том изменчивости нагрузок и воздействий.

Надежность (Н) — способность сохранить заданные эксплуатационные качества в те­чение определенного срока службы (безотказность, долговечность).

Мерой надежности системы (О+Ф+С) является вероятность безопасной работы за за­данный срок службы (50...100 и более лет). Без хорошего качества не может быть и речи о надежности. При проектировании оснований и фундаментов методами теории надежности (Н) обеспечивается (в России начиная с 1962 г.) расчетом по методу предельных состоя­ний (Н — расчетная (проектная надежность)), в котором учитываются неблагоприят­ные возможные (во времени) физико-механические характеристики (геотехнические) грунтов основания, возможные нагрузки и воздействия, а также условия эксплуата­ции и особенности работы оснований с учетом степени ответственности (народохозяйственной значимости) (рис. 1.4, 1.5):

где Hn — нормативный уровень надежности (состояние, при котором основание перестает удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям или требовани­ям при производстве работ).

Следовательно, пригодность сооружения к нормальной эксплуатации есть основное требование для обеспечения его надежности (безотказности), являющейся в свою оче­редь важнейшим показателем качества.

Качество системы, связанной с основаниями фундаментами Н (СНиП 2.02.01-83^х, ГОСТ 27751-88), зависит от многих, в том числе и региональных, факторов, которые можно представить в виде зависимости:

где Н_теор — теоретическое (проектное) качество оснований и фундаментов — отра­жает правила расчета по предельным состояниям, представленные в нормативных документах (СНиП 2.02.01-83^х, ГОСТ 27751-88 (с изменением № 1) и др.).

Н_техн — технологическое качество — учитывает технологию устройства основания и фундаментов;

Н_экспл — эксплуатационное качество — отражает изменения геотехнических свойств грунтов в основании фундаментов сооружений во времени.

В соответствии с терминологией теории надежности выделяют два класса (Rj и R2) и четыре группы причин отказов (изыскания, проектирования, строительства и экс­плуатации) (рис. 1.6).

Известно, что Н (убывающая функция ошибок) связана с ошибками при изыскании, проектировании, строительстве (класс Rj) и эксплуатации (класс R2) (см. рис. 1.6):

Средством повышения качества рассматриваемой системы, согласно теории надеж­ности, должно быть недопущение критических (К) и значительных (3) дефектов (от­казов) (R_l.1.i…R_2.2.i) (см рис 1,6):

1. Конструктивно-производственных (изыскания R_1,1, проектирование R_1,2 строи­тельство R_1.3), класса R1

2. Эксплуатационных (нарушение проектного режима эксплуатации R2.1 и измене­ние (эволюция) ИГУ — R2.2) класса R2.

Качество и надежность основания сооружения в конечном счете определяются его спо­собностью воспринимать нагрузки на грунты от сооружений, а также усилия, возника­ющие от воздействия факторов природно-климатического происхождения (см. рис. 1.4), а именно:

1) созданием достаточного резерва прочности (Z) между нагрузкой (воздействием) (F) и несущей способностью грунта основания F_u (F_u — сила предельного сопротивле­ния основания), т. е. Z>(F_u-F)>0. В состоянии безотказной работы эта величина поло­жительна, т. е. Z>0;

2. исключением ошибок специалиста;

3. ограничением размера ущерба.

Направления 1 и 2 являются определяющими при решении инженерных задач.

Стремление экономно проектировать и строить принуждает инженера-строителя сни­жать резерв прочности (Z) насколько возможно, т. е. идти на определенный инженер­ный риск. Чтобы уменьшить этот риск, необходимо всесторонне анализировать воз­можные отклонения — систематические и случайные (стохастические, вероятностные) системы «О+Ф+С» согласно действующим нормам проектирования оснований и фун­даментов (СНиП 2.02.01-83^х) по предельным состояниям (IГПС и IIГПС). Изменчивость нагрузок и природно-климатических воздействий характеризуется частными коэффи­циентами надежности у, (изменчивость базовых переменных X;). Они могут быть мно­жителями X_ni=YixXi, делителями X_ni=Xi/yi или добавляться к нормативным элементам переменных (рис. 1.26). За счет этих операций из нормативных значений X_ni образуют­ся расчетные (проектные) Xi, с помощью которых и проверяется надежность по уравне­нию предельного состояния (см. раздел 1.6).

Ошибки специалиста (см. рис. 1.4, 1.6) не учитываются в СНиП введением специаль­ного резерва прочности при проведении расчета.

Сегодня нет нормативных документов по основаниям и фундаментам, которые со­держат частный коэффициент надежности по учету недостатков качества за счет ошибок специалиста.

Учитывая это положение, в данном пособии возможные геотехнические ошибки спе­циалиста и их предупреждение (при проектировании, устройстве, эксплуатации) рас­сматриваются более подробно в разделах «Типичные ошибки» и приложении 3.