Особенности производства работ при укреплении грунтов оснований и усилении фундаментов реконструируемых зданий на слабых грунтах

ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ ПРИ УКРЕПЛЕНИИ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЙ И УСИЛЕНИИ ФУНДАМЕНТОВ РЕКОНСТРУИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ НА СЛАБЫХ ГРУНТАХ

Шумилов С.И., Абелев К.М. , Бахронов Р.Р. , Коренков А.В.

ГАСИС

Основной задачей при реконструкции зданий на слабых грунтах является обеспечение надежности и экономичности выполнения работ по основаниям, фундаментам и подземным частям. Реконструкция зданий проводится в связи с изменением геометрических размеров зданий, возрастанием постоянных или временных нагрузок, устройством подземных сооружений в пределах пятна застройки, а также восстановлением несущей способности оснований и фундаментов.

Проект реконструкции разрабатывается на основе работ по инженерно-геологическому изысканию и техническому обследованию здания. Инженерные изыскания при реконструкции должны обеспечивать комплексное изучение инженерно-геологических условий площадки реконструируемого здания и получение материалов для решения вопроса о необходимости проектирования усиления фундаментов или укрепления основания. При техническом обследовании зданий должны быть установлены все деформации оснований и фундаментов, надземных конструкций. Полученные результаты должны быть в достаточном объеме для выполнения проверочных расчетов несущих конструкций.

Во многих случаях при реконструкции зданий в основном производится укрепление грунтов оснований и усиление фундаментов. Чрезмерные деформации оснований возникают за счет проявления природных и техногенных процессов, а также за счет отклонений от нормативных документов, допускаемых при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации. Основными причинами чрезмерных деформации оснований являются:

- суффозионные процессы, а также колебания УПВ, вызванные изменением гидрогеологических условий в районе расположения здания, атмосферными водами, аварийными утечками из коммуникаций;

- проявление карстовых деформаций;

- снижение прочностных и деформационных свойств грунтов при увлажнении, морозном пучении и т.д.;

- проведение земляных работ вблизи застройки;

- прокладка коммуникаций;

- увеличение нагрузок на основание, особенно сопровождаемое появлением эксцентриситета их приложения или изгибом здания;

- вибрационные или динамические воздействия от авто- и железнодорожного транспорта, линий метрополитена и т.д.

При реконструкции зданий и сооружений повышение несущей способности оснований и фундаментов может быть обеспечено за счет укрепления грунтов оснований и усиления фундаментов.

Для усиления фундаментов реконструируемых зданий и сооружений применяются следующие методы:

- укрепление тела фундамента;

- устройство обойм без уширения или с уширением подошвы фундамента;

- подведение конструктивных элементов под существующие фундаменты;

- подведение новых фундаментов с использованием, главным образом, свай различных видов - вдавливаемых, буронабивных, буроинъекционных, бурозавинчивающихся и др.

- переустройство столбчатых фундаментов в ленточные и ленточных в плитные;

- устройство щелевых (шлицевых) фундаментов.

Инъекционное закрепление грунтов различными растворами применяют для:

- усиления оснований при углублении фундаментов;

- устройства плиты под зданием из закрепленного грунта;

- цементации зоны контакта подошвы фундамента с грунтом;

- устройства противофильтрационных завес и пристенной наружной гидроизоляции подземных конструкций.

Ниже приводится опыт усиления здания, построенного в 1960-е годы, как учебное заведение. По конструктивной схеме здание бескаркасное кирпичное с продольными несущими стенами, пятиэтажное. В плане здание имеет форму прямоугольника с габаритными размерами 16,69x42,0 м, высота - 20,05 м. По всем зданием (за исключением осей 4-5) подвал высотой -2,12 м.

Фундаменты под стены - ленточные из сборных бетонных блоков и кирпичной кладки на монолитных подушках высотой 400мм. Отметка подошвы - 5,500. Стены по оси 5 опираются на кирпичные пилоны. Фундаменты под пилоны — ленточные, железобетонные. Отметка подошвы фундаментов не установлена, ориентировочно - 2,0м от поверхности планировки.

На основе исследований было установлено следующее состояние здания. С апреля 2005г. возникли неравномерные осадки фундаментов, которые на настоящий момент привели здание в аварийное состоянии: наличие многочисленных сквозных силовых трещин в несущих стенах, деформация оконных проемов, выдавливание бетонных полов в подвале (в осях 1-2)). Измерение осадок здания показало, что максимальные осадки имеет стена по оси 1 (14см). На анализа результатов технического обследования было установлено, что причиной деформаций здания является просадка грунтов основания и суффозионный вынос в результате замачивания (в не эксплуатируемом здании, примыкающем к стене по оси 1, всю зиму текла вода из водопроводных труб).

На основе инженерно-геологических изысканий было установлен следующий инженерно-геологический разрез (сверху-вниз):

НС. Насыпные грунты: до глубины 0,5м - асфальт, бутовый камень, песчаная подсыпка, ниже - суглинки, с включениями обломков кирпича и бытового мусора до 10%. Толщина слоя - 2,8-3,0м. Плотность грунта - р = 1,91 г/см3

ИГЭ-3в. Суглинок сильноопесчаненный, мягкопластичный (1ь = 0,66, Е0 = 6 МПА и 5 МПа (в водонасыщенном состоянии). Толщина слоя -2,0-2.2м.

ИГЭ-4б. Супесь, с прослоями песка, пластичная (1ь = 0,66, Е0 = 16 МПА и 12 МПа (в водонасыщенном состоянии). Толщина слоя - 0-2.5м

ИГЭ-3б. Суглинок опесчаненный, тугопластичный (1ь = 0,20, Е0 = 8 МПА и 5 МПа (в водонасыщенном состоянии). Толщина слоя - 2,5-2.0 м.

ИГЭ-3в. Суглинок опесчаненный, мягкопластичный (1ь = 0,66, Е0 = 6 МПА и 5 МПа (в водонасыщенном состоянии). Толщина слоя -1,0-0.7 м.

ИГЭ-36. Суглинок, тугопластичный (1ь = 0,2, Е0 = 8 МПА и 5 МПа (в водонасыщенном состоянии). Толщина слоя -0,5-1.3м.

ИГЭ-6а. Песок плотный мелкий, водонасыщенный (Е0 = 30 МПА и 30 МПа (в водонасыщенном состоянии). Толщина слоя -1,0-2.2м

ИГЭ-46. Супесь, с прослоями песка, пластичная (Е0 = 16 МПА и 12 МПа (в водонасыщенном состоянии). Толщина слоя - 4,5-3,8м.

ИГЭ-3в'. Суглинок с частыми прослоями песка, мягкопластичный (1ь = 0,92, Е0 = 6 МПА и 5 МПа (в водонасыщенном состоянии). Толщина слоя -1,0-3,0м.

ИГЭ-6а'. Песок плотный мелкий, водонасыщенный с прослоями суглинка текуче-пластичного (Е0 = 30 МПА и 30 МПа (в водонасыщенном состоянии). Толщина слоя -2.0м

Подземные воды находятся на глубине 20,5м (абс. отм. 60,0м). До глубины 40 м пустоты и карстовые явления отсутствуют.

В качестве основания для проектируемых свай усиления был принят слой мелкого песка (ИГЭ-6а) на глубине 10,5-11,5м от поверхности земли.

Проектом было предусмотрено усиление всех фундаментов

При выполнении исследований применялись грунтобетонные сваи ССТ, которые выполнялись по технологии струйной цементации грунтов «ОЕТ-1» (по технологии Нью Граунд). В основе технологии лежит использование энергии струи цементного раствора для перемешивания природного грунта.

В качестве несущего слоя для свай принят был грунт ИГЭ-6а - песок мелкий водонасыщенный с абс. отметкой кровли 69,0-70,9м. Заглубление свай в несущий слой составляло 1,0м. Диаметр свай составлял 600 мм, а длина от 8,2 м до 10,0 м.

Согласно расчету несущая способность свай по материалу составляла 56,2тс. Допустимая нагрузка на сваю принималось до 56,2тс.

Были приняты следующие технологические параметры устройства свай ССТ диаметром 600мм.

- Бурение лидерных скважин - 0 112мм.

- Давление раствора - 450атм.

- Раствор - цементный с В/Ц-1/1. Цемент - ПЦ Д20-400.

- Количество сухого цемента - 225кг/пм сваи ССТ.

- Армирование свай - трубами 0 57x3,5.

Очередность создания свай ССТ была принята

при разработке проекта производства работ.

Разрезы фундаментов с указанием уплотненной зоны грунтов основания приведены на рис. 1.

Ниже приводится пример конструктивных решений в точке примыкания реконструируемого здания к существующему зданию. Здание находится на плотно застроенной части города. В здании имеются 3-х и 4-х этажные надземные части. Габариты здания в осях:

17,44x28,46 м. Несущие конструкции надземной части выполняются из монолитного железобетона В30, арматуры класса AIII, AI. Перекрытия 2-4 этажей безбалочные, толщиной 300 мм опираются на колонны сечением 400 x 400 мм, на внутренние стены толщиной 200 мм. Наружные стены - монолитные железобетонные толщиной 200 мм.

Фундаментом здания является монолитная железобетонная плита толщиной 600мм на естественном основании, выполняется из бетона класса В30, W8, F100. арматуры класса AI и AIII. Глубина котлована изменяется от - 5,0 м до - 5,6 м. Основанием фундаментной плиты являются пески средней крупности, средней плотности, маловлажные.

Колонны подземного этажа - монолитные железобетонные сечением 400x400 мм. выполняются из бетона класса В30, арматура класса AI, AIII.

Наружные стены подземного этажа - монолитные железобетонные толщиной 300 мм выполняются из бетона класса В30, W8, F100. Арматуры класса AI, AIII.

Согласно проекта были выполнены следующие работы:

- цементация бутовых фундаментов примыкающей стены существующего здания;

- цементацию контакта «фундамент-грунт» для этого же дома;

- установка труб ограждения котлована из стальных труб 0325x8 длиной 11,2 м с шагом 0,5 м с последующим заполнением их бетоном класса В15;

- устройство буроинъекционных свай (сваи располагались враспор с металлическими трубами ограждения котлована).

Разрезы фундаментов с указанием цементации и ограждения котлована реконструируемого здания приведены на рис. 2.

Проведенные исследования показали, что основной задачей при реконструкции зданий на слабых грунтах является восстановление их эксплуатационной пригодности по проектам, разработанным на основе достоверных и полноценных результатов работ по инженерно-геологическому изысканию и техническому обследованию здания.

При проектировании реконструкции зданий должно быть учтено наличие существующих зданий и их техническое состояние, и способы обеспечения их прочности.

Строительные работ должны быть по щадящим технологиям, которые позволяют исключение чрезмерные деформации оснований реконструируемых зданий и вблизи расположенных существующий зданий и инженерных коммуникаций.

Рецензент: Зав. каф. ИНТ ГОУ ДПО ГАСИС Лауреат Государственной премии СССР, Заслуженный строитель России, профессор, д.т.н. Абелев М.Ю.

Рис. 2. Разрезы фундаментов с указанием цементации и ограждения котлована реконструируемого здания