Исследование деформаций жилого дома в изменившихся геокриологических условиях площадки строительства

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ И МАТЕРИАЛЫ

УДК 624.131

В.В. Торгашев, к. техн. н., доцент каф. «Строительные конструкции и материалы», ЧитГУ

Научные интересы: строительство в сложных инженерно-геологических условиях

В.М. Герасимов, д-р техн. н., профессор, зав. каф. «Технология деревообработки и сопротивления материалов», ЧитГУ

Научные интересы: управление состоянием горных пород при их взаимодействии с волокнистыми полимерами

В.А. Стетюха, д-р техн. н., профессор каф. «Технология деревообработки и сопротивления материалов», ЧитГУ

Научные интересы: вопросы тепломассопереноса и геомеханики в сложных инженерно-геологических условиях

ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИЙ ЖИЛОГО ДОМА В ИЗМЕНИВШИХСЯ ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ ПЛОЩАДКИ СТРОИТЕЛЬСТВА

В работе приводится анализ состояния оснований, фундаментов и отдельных конструкции жилого дома, возведенного в г. Чита с использованием на мерзлых грунтах по первому принципу. Утечка воды из инженерных коммуникаций в ходе эксплуатации дома привела к деградации мерзлоты. Исследованиями выявлены неравномерные осадки свай, прогибы железобетонного ростверка, появление трещин в кирпичной кладке стен. Отмечены разрушения элементов свай, ростверков и кирпичной кладки. Деформации и повреждения отдельных конструкций здания превысили допустимые пределы.

Выполненные исследования позволили сделать вывод о необходимости незамедлительной реконструкции здания

V. Torgashev, V. Gerasimov, V. Stetjuha, Chita state University

RESEARCH OF DEFORMATIONS OF THE APARTMENT HOUSE IN CHANGED GEOCRYOLOGICAL CONDITIONS OF THE BUILDING SITE

The analysis of a condition of the bases, the foundations and separate structures of the apartment house erected in Chita with the frozen ground using by the first principle are adduced in the article. Outflow of water from engineering communications during exploitation of a house has led to degradation of permafrost. Researches establish non-uniform deposits of piles, reinforced concrete foundation beam deflections, formation of cracks in brickwork of walls. Destructions of elements of piles, foundation beams and brickwork are detected. Deformations and damages of separate structures of a building have exceeded allowable limits.

The executed researches have allowed to draw a conclusion on necessity of immediate reconstruction of a building

± ± ±

Строительство жилых и производственных зданий в Забайкалье во многих случаях осуществляется на площадках со сложными геологическими и геокриологическими условиями, с глубоким промерзанием (на глубину 3,5...4,5 м) грунтов деятельного слоя.

В зависимости от инженерно-геокриологических условий строительной площадки применяются различные типы фундаментов промышленных и гражданских зданий. Известен способ возведения зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах с использованием мерзлых грунтов по принципу I (с сохранением грунтов основания в мерзлом состоянии в период строительства и эксплуатации сооружения). Применяются свайные фундаменты, и под зданием устраивается проветриваемое подполье (Якутия, Норильск, Магаданская область, Забайкалье). Устойчивость зданий, возведенных на свайных фундаментах, в этом случае зависит от эффективности мероприятий, направленных на сохранение вечномерзлых грунтов в мерзлом состоянии.

Практика показывает, что при эксплуатации большинства жилых зданий г. Чита не обеспечивается сохранение вечномерзлых грунтов в основании, происходит необратимый процесс их деградации. Основной при-

чиной оттаивания вечномерзлых грунтов основания являются утечки воды из инженерных коммуникаций. Деградация вечномерзлых грунтов приводит к снижению несущей способности свайных фундаментов, неравномерной осадке здания, деформациям несущих и ограждающих конструкций. Поэтому в большинстве случаев здания приходят в предаварийное или аварийное состояние.

Объектом исследования являлся 126квартирный пятиэтажный жилой дом серии 1-447, включающий 8 блок-секций, по ул. Ползунова, № 26 (микрорайон «Зенитная горка») в г. Чита. Необходимость проведения исследований была вызвана наличием в здании деформаций, создающих предаварийное состояние и нарушающих нормальную эксплуатацию [1, 2, 3].

В геоморфологическом отношении исследуемая площадка жилого дома расположена на пологом склоне юго-восточной экспозиции Зенитной горки. Абсолютные высотные отметки площадки находятся в пределах 676,64...677,48 м.

По данным инженерно-геологических изысканий, выполненных ОАО «Забайкал-ТИСИЗ», в геологическом строении грунтов участвуют отложения четвертичного возраста элювиального генезиса, представленные

продуктами выветривания верхнеюрских-нижнемеловых песчаников и алевролитов: супеси (элювий песчаников), суглинки (элювий алевролитов). Элювиальные грунты с поверхности и до глубины 0,7...1,8 м перекрыты насыпными грунтами. Изыскания 1970 г. показали, что вся площадка находилась в многолетнемерзлом состоянии: мерзлота сливающегося типа, криогенная структура массивная,тонкосетчатая.

Фундаменты жилого дома, построенного в 1971 г. трестом «Забайкал-транс-строй» по проекту института «Забайкалжел-дорпроект», выполнены свайные, однорядные, с высоким ленточным ростверком. Сваи железобетонные марки С 10-30 были погружены на глубину, не превышающую 8,5 м. Ленточный ростверк - монолитный, железобетонный, с поперечным сечением 600x500 и 400x500 мм.

В процессе эксплуатации жилого здания изменились геокриологические условия площадки, характеристики физико-механических свойств грунтов, расположенных в основании здания. Систематические утечки вод из собственных инженерных коммуникаций (систем отопления, водоснабжения, канализации здания) и подтопление водами коммуникаций, расположенных рядом с жилым домом № 25, способствовали деградации мерзлоты. Из-за снижения несущей способности свай произошла дополнительная неравномерная осадка свайных фундаментов.

Первые деформации жилого дома № 26 отмечены в 1983 г. (после 12 лет его эксплуатации). В настоящее время наибольшим деформациям подвержена пятая блок-секция, а также значительная часть четвертой и шестой блок-секций, входящих в состав третьего блока, отсеченного от соседних второго и четвертого блоков осадочными швами.

При эксплуатации жилого дома № 26 первый принцип строительства зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах основа-

ния (сохранение веч-номерзлых грунтов в мерзлом состоянии во время строительства и эксплуатации здания) не был реализован. Обслуживание и ремонт инженерных сетей здания проводились не на должном уровне, что привело к круглогодичному подтоплению и оттаиванию вечномерзлых грунтов основания жилого дома № 26.

Интенсивному оттаиванию и замачиванию грунтов в основании свай способствовало отсутствие условий для сброса вод, стекающих из инженерных сетей в проветриваемое подполье и за пределы контура здания, так как вертикальные отметки верха асфальтовой отмостки, выполненной по контуру здания, на 0,3...0,5 м превышали планировочные отметки поверхности земли в проветриваемом подполье.

В результате взаимодействия грунтов с водами техногенного характера, имеющих температуру намного выше естественной фоновой (горячее водоснабжение, канализационные стоки), произошли изменения влажности, плотности, сопротивления сдвигу, сжимаемости глинистых грунтов. Наиболее чувствительны к температуре при сжатии глинистые грунты с коагуляционным типом контакта, в которых взаимодействие частиц осуществляется через водные оболочки, обуславливающие расклинивающее давление.

При повышении температуры величина расклинивающего давления снижается, вызывая сближение частиц и объемную деформацию образца, т.е. интенсифицируется процесс ползучести глинистых грунтов, что и произошло в грунтах основания жилого дома № 26 по ул. Ползунова (г. Чита).

Указанные явления привели к неравномерной осадке свай, прогибу монолитного железобетонного ленточного ростверка, образованию трещин в кирпичной кладке стен здания.

Инженерно-геологические исследования грунтов основания жилого дома № 26, выполненные «ЗабайкалТИСИЗ» в январе

2007 г. показали, что по физико-механическим свойствам грунтов исследуемая площадка относится к III (сложной) категории [4]. Такая категория сложности обусловлена распространением элювиальных грунтов, слабых грунтов и техногенными воздействиями.

Расчетные значения характеристик физико-механических свойств грунтов, полученные ОАО «ЗабайкалТИСИЗ» по результатам лабораторных исследований проб грунта, отобранных из скважин исследуемой площадки, представлены в таблице.

Характеристики физико-механических свойств грунтов

Наименование грунта Плотность грунта p, г/см3 Коэффициент пористости е Модуль деформации E, МПА Удельное сцепление с, кПа ) Угол внутреннего трения р, град-

Супесь талая, твердой консистенции (элювий песчаников) 1,92/1,9 0,79 17 14 27

Супесь сезонно-мерзлая, при оттаивании пластичная (элювий песчаников) 1,88 0,761 0,7 10 18

Супесь талая, текучая (элювий песчаников) Расчетное сопротивление Я = 200 КПа

Суглинок талый, твердой консистенции (элювий алевролитов) 1,99/1,98 0,562 18 43/31 24/20

Песок средней крупности, сезонно-мерзлый и талый, малой степени водонасыщения, средней плотности сложения (элю- 1,99/1,99 0,509 25 15 25

Измерения прогибов монолитного железобетонного ленточного ростверка проводились методом геометрического нивелирования III класса с использованием нивелира с компенсатором и лимбом типа Н-3, а также нивелирной рейки РН-ЗП-3000С. Деформации прогиба верха ленточного ростверка

измерялись в 22 точках по длине здания. Максимальный прогиб ростверка, равный 275 мм, зафиксирован в точке 9 третьего блока здания. Эпюра относительных отметок верха ростверка в сравнении с положением точек 1, 2, 3 со стороны уличного фасада здания представлена на рисунке.

тим______________ПИ___________ГВ___________СИ_________ІЛ_________________________________________________ІЛ_СШ_31_і

Дом № 26 по ул. Ползунова

1-------¥-------?-------Т--------1---?—ГТ ? П ! !----Т-¥-------Т----Т--------!--------Т------¥-------?--------Г

1 2 3 4 5 6 7 « $ 10 II 12 1} 14 15 І< 17 І» 19 21) 21 22

б)

1 2 3 4 3 6 7 І 9 10 11 12 ІЗ М 15 16 П 18 19 М

Схема эпюры:

а) схема расположения точек нивелирования верха ростверка; б) эпюра относительных отметок (мм) верха ростверка (уличный фасад 126-квартирного жилого дома № 26 по ул. Ползунова), точки нивелирования 1...22

Обследование свай показало, что их значительная часть подвержена интенсивному разрушению вследствие морозной деструкции бетона при систематическом увлажнении техногенными стоками. Узлы сопряжения свай и ростверка имеют сколы бетона; выявлены разрушение защитного слоя, оголение и интенсивная коррозия арматуры свай и ростверка.

Железобетонные плиты перекрытий над проветриваемым подпольем подвержены систематическому увлажнению из-за утечек из инженерных коммуникаций, пустоты этих плит заполнены водой, арматура плит подвержена интенсивной коррозии, часть железобетонных плит находится в предава-рийномсостоянии.

В цокольной части наружных стен жилого дома выявлено несколько участков, на которых происходит разрушение кирпичной кладки из глиняного и силикатного кирпича по причине морозной деструкции и увлажнения техногенными стоками. Наружные стены из силикатного кирпича (уличный и дворовый фасады жилого дома) имеют трещины с ши-

риной раскрытия до 35 мм.

Выполненные исследования показали, что устойчивость здания не обеспечена, повреждения свай, ростверка, кирпичной кладки значительны, жилой дом № 26 находится практически в аварийном состоянии и требует немедленной реализации мероприятий по усилию реконструкции здания.

ЛИТЕРАТУРА

1. ГОСТ 24846-81. Грунты. Методы измерения деформации оснований зданий и сооружений. -Госстрой СССР. - М.: Издательство стандартов, 1986.

2. Лужин О.В. Обследование и испытание сооружений / О.В. Лужин, А.Б. Злочевский и др. -М.: Стройиздат, 1987.

3. Свод правил по проектированию и строительству. Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений. сП 13-102-2003. - М.: Госстрой России, 2003.

4. Заключение по результатам инженерногеологических изысканий на объекте «Жилой дом по ул. Ползунова, № 26 г. Чита». - Чита: ОАО «ЗабайкалТИСИЗ», 2007. - 37 с.

УДК 621.878 Ю.А. Геллер, к. техн. н., доцент, каф. «Теоретическая механика», ЧитГУ

РАСЧЕТНАЯ СХЕМА РЫХЛИТЕЛЯ С АККУМУЛЯТОРОМ ЭНЕРГИИ

Научные интересы: динамика механических систем

В статье представлена математическая модель рыхлителя с аккумулятором энергии. Проведен анализ влияния упругой связи, геометрических параметров и массы на частоту колебаний рабочего органа. Приведена аналитическая зависимость, устанавливающая взаимосвязь между энергией, рассеиваемой в грунте, параметрами механической системы и режимами движения. Совместный анализ ограничительных условий и уравнений колебательного движения рабочего органа рыхлителя позволил выбрать