Эффективные технологии устройства оснований фундаментов сооружений на слабых водонасыщенных глинистых грунтах

5/2011 ВЕСТНИК

_МГСУ

ЭФФЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УСТРОЙСТВА ОСНОВАНИИ ФУНДАМЕНТОВ СООРУЖЕНИЙ НА СЛАБЫХ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТАХ

EFFECTIVE TECHNOLOGIES OF AN ARRANGEMENT OF THE BASSES OF FOUNDATION OF CONSTRUCTIONS ON MADE WATER-SATED CLAY GROUNDS

E.A. Филимонов, А.А.Устинов

E.A. Filimonov, A.A. Ustinov

ФАОУ ДПО ГАСИС

Рассмотрены проблемы строительства зданий на слабых водонасыщенных глинистых грунтах. Установлены способы обеспечения эксплуатационной пригодности возводимых сооружений и способы устройства искусственных оснований.

Problems of construction of buildings on made water-sated clay grounds are considered. Ways of maintenance of operational validity of erected constructions and ways of an arrangement of the artificial bases are established

При процессе строительства зданий и сооружений, а также инженерных коммуникаций на площадках со слабыми водонасыщенными глинистыми грунтами необходимо учесть их специфические свойства, которые могут резко изменяться от воздействия различных механических и вибрационных воздействий от работы строительного оборудования, машин и механизмов. Для обеспечения эксплуатационной пригодности зданий и сооружений, расположенных на слабых водонасыщенных глинистых грунтах при устройстве их оснований должны быть приняты специальные мероприятия, позволяющие исключить неравномерные и чрезмерные осадки фундаментов. Физико-механические свойства слабых водонасыщенных глинистых грунтов должны быть изучены перед проектированием или строительством объекта, так как под воздействием техногенных факторов при большом промежутке времени между изысканиями и строительством свойства грунтов могут изменяться. При этом могут происходить и ухудшение свойств и увеличение значений некоторых характеристик [1, 2].

Общего решения проблем строительства на слабых водонасыщенных глинистых грунтах нет. Каждая строительная площадка должна быть изучена тщательно. В результате повсеместного подъема уровня подземных вод на территориях городов, грунты многих строительных площадок, ранее считавшиеся нормальными, стали водонасыщенными. В связи с этим, все более актуальным становиться вопрос строительства сооружений на таких грунтах и эффективная эксплуатация готовых сооружений.

По результатам исследований было установлено, что для обеспечения эксплуатационной пригодности возводимых сооружений при устройстве сооружений на слабых водонасыщенных глинистых грунтах мероприятия по улучшению оснований

должны разрабатываться с учетом типа основания, характера напластования и вида грунтов, особенностей их физико-механических свойств, гидрогеологических условий площадки строительства, конструктивных особенностей сооружений, а также предъявляемых к нему эксплуатационных требований.

На основе анализа результатов проведенных исследований была обоснована эффективность применения следующих технологий устройства оснований и фундаментов сооружений на слабых водонасыщенных глинистых грунтах.

Предварительное (предпостроечное) уплотнение слабых водонасыщенных глинистых должно быть осуществлено временной или постоянной пригрузкой (при выдержанной по простиранию верхних слоев этих грунтов). Пригрузка создается отсыпкой на поверхность площадки строительства грунта с устройством фильтрующего слоя из песка для ускорения процесса консолидации основания.

На основе анализа практики строительства и наблюдений проведенных на строительных объектах было установлено, что во многих случаях, при возведении больших сооружений, эффективным мероприятием при строительстве на слабых грунтах (при расположении слабого грунта в верхней части основания) является прорезка (полная или частичная) их глубокими фундаментами, в том числе свайными. При применении свайных фундаментов прорезающих сильносжимаемые грунты, их несущая способность определяется с учетом возможного развития отрицательного трения от оседающего вокруг свай грунта.

Натурные исследования показали, что при необходимых случаях эффективность полной или частичной замены слабых грунтов песком, гравием, щебнем и т. д. в пределах сжимаемой толщи выполняется путем устройства распределительных подушек. Применение подушек дает возможность снизить давления на подстилающие слабые грунты. Это позволяет уменьшить, а при полной замене слабых грунтов - весьма существенно, расчетные деформации оснований. Здесь важным фактором является правильное уплотнение отсыпаемых грунтов и правильный выбор строительной техники.

На многих объектах удачно применен метод глубинного уплотнения слабых водонасыщенных глинистых грунтов песчаными сваями устраиваемыми в скважинах по рассмотренной выше технологии.

Эффективность применяемых технологий устройства оснований и фундаментов сооружений на слабых водонасыщенных глинистых грунтах была подтверждена результатами экспериментальных исследований и мониторинга за деформациями сооружений как в процессе возведения так и после завершения строительства.

Выбор технологии производства работ и определении уточненных размеров устраиваемых сооружений производился на результатов исследований проведенных на экспериментальных площадках.

Проведенные исследования показали необходимость одновременного принятия мероприятий по улучшению строительных свойств слабых водонасыщенных глинистых грунтов и конструктивных мероприятий для проектируемых сооружений. Это обусловлено с тем, что при возведении сооружений на водонасыщенных глинистых грунтах невозможно полностью исключить развитие неравномерных осадок. Неравномерные осадки могут происходить также из-за плохого уплотнения грунтов и не точности расчета дополнительных ожидаемых осадок грунтов оснований.

В таких случаях необходимым конструктивным решением является изменение типа и размеров фундаментов возводимых сооружений позволяющих уменьшить давление, передаваемое на грунты основания сооружений. Для этого применяются фун-

5/2011 ВЕСТНИК

_МГСУ

даменты следующих типов: плитные, коробчатые, ленточные из перекрещивающихся лент и т.д.. Эти типы фундаментов позволяют выравнивать осадки основания увеличением жесткости возводимого сооружения.

Проведенные исследования показали, что общую жесткость сооружений возводимых на слабых водонасыщенных грунтах можно увеличить дополнительным усилением фундаментов и стен железобетонными поясами, дополнительных армированием слабых участков конструкций, увеличением прочности бетона и раствора кирпичной кладки, увеличением опорной площади конструкций и т.д. Нижний железобетонный пояс выполняют по подошве фундаментов или поверх сборных фундаментных плит, затем следующий пояс - по верхнему обрезу фундаментов, а последующие - через этаж (на уровне междуэтажных перекрытий непрерывными по наружным и внутренним стенам).

На площадках со слабыми водонасыщенными глинистыми грунтами эффективным является применение жестких железобетонных коробчатых фундаментов, пространства которых используются в качестве подвалов или подземных этажей различного назначения. При определенных условиях такой фундамент может быть плавающим.

Кроме того, чувствительность конструкций к неравномерным осадкам может быть снижена разрезкой здания на отдельные жесткие блоки осадочными швами. Для обеспечения самостоятельности осадок отдельных частей здания необходимо делать осадочные швы с надлежащими зазорами. Размеры зазора следует назначать с учетом ожидаемых неравномерностей осадок здания, как в продольном, так и в поперечном направлении.

Таким образом, одним из направлений уменьшения неравномерности осадок и перераспределения усилий в элементах здания является повышение его пространственной жесткости. Поэтому предпочтение следует отдавать бескаркасным конструкциям сооружений простой конфигурации, а для каркасных зданий применять фундаменты плитные или из перекрещивающихся монолитных железобетонных лент.

Вторым направлением в решении поставленных задач является увеличение гибкости (податливости) сооружений (если это позволяют технологические требования) за счет применения гибких или разрезных наземных конструкций, в которых не возникает дополнительных усилий при неравномерных осадках отдельных опор. Следует в некоторых случаях предусматривать устройство приспособлений для выравнивания конструкций сооружений и рихтовки технологического оборудования, а также соблюдать соответствующие требования при прокладке и вводе трубопроводов.

К мероприятиям, позволяющим уменьшить усилия в конструкциях при неравномерных осадках основания, относятся размещение сооружения на площади застройки с учетом особенностей ее инженерно-геологического строения и возможных источников вредного влияния (неравномерная толщина пластов, наличие линз и включений биогенных грунтов и ила, характер их размещения; возможное расструктуривание грунтов при отрывке котлована, подготовке основания и др.); регулирование сроков замоноличивания стыков сборных и сборно-монолитных конструкций; обоснованные скорости и последовательности возведения отдельных частей сооружения.

При подготовке оснований в условиях слабых грунтов должны быть обеспечены устойчивость откосов и креплений стенок котлованов, предохранение грунтов от увлажнения и промерзания, защита грунта основания от повреждения механизмами и подтопления подземными водами. Слабые водонасыщенные грунты являются, как правило, сильнопучинистыми (морозоопасными) при промерзании. После промерза-

ния прочность оттаивающих грунтов резко уменьшается и повышается сжимаемость, поэтому в процессе производства работ в зимних условиях грунты стенок и дна котлована должны быть защищены от промерзания.

При строительстве сооружений на слабых водонасыщенных грунтах необходимо обеспечить также сохранение неизменным напряженное состояние грунтов, возникшего после приложения нагрузок, в течение всего эксплуатационного периода. Изменение напряженного состояния в слабых грунтах может быть вызвано возведением тяжелых сооружений около существующих, выполнением подсыпки территории, понижением уровня подземных вод и другими причинами. В образующейся при этом зоне аэрации происходят процессы гниения органических остатков, которые приводят к медленно развивающимся, но значительным по величине осадкам сооружений.

При применении свайных фундаментов осадки будут обусловлены возникновением отрицательного трения. Указанные дополнительные осадки и оседания оснований могут явиться причиной нарушения нормальной эксплуатации сооружений.

Приведенные исследования показали, что при правильном проведении инженерно-геологических изысканий, обоснованном применении технологий устройства оснований и фундаментов зданий на слабых грунтах будет обеспечено проектное качество строительства. При этом полностью исключается возможные дополнительные работ при неравномерных осадках сооружений и это обосновывает экономическую эффективность применяемых технологий.

Литература:

1. Абелев М.Ю. Строительство промышленных и гражданских сооружений на слабых водонасыщенных грунтах. М.: Стройиздат, 1983. - 248с.

2. Щерба В.Г. Учет стесненных условий при строительстве монолитных многоэтажных жилых зданий на слабых грунтах. Промышленное и гражданское строительство. М. 2010, № 6. С. 55-57.

The literature:

1. Abelev M. Ju. An industrial and civil building on weak water sated grounds. M: Stroyizdat, 1983. - 248.

2. Sherba V.G. The accounting of the constrained conditions at building of monolithic multi-storeyed residential buildings on weak grounds. Industrial and civil the builder-stvo. M. 2010, № 6. p. 55-57.

Ключевые слова: грунт, здание, технология, безопасность, фундамент.

Keywords: a ground, a building, technology, a safety, a foundation.

г. Москва, ул. Трифоновская, д. 57, Тел. 514-21-20, 648-47-40, int207@mail.ru

Рецензент: зам. ген. Директора AHO «Центр Содействия Эксперт», к.т.н. Ефремов Ю.В.