СПОСОБ ИСПРАВЛЕНИЯ КРЕНА И НЕРАВНОМЕРНОЙ ОСАДКИ МАССИВНОГО ВЫСОТНОГО СООРУЖЕНИЯ И ЕГО ФУНДАМЕНТА
CORRECTION METHOD OF INCLINATION AND NON-UNIFORM SETTLEMENT OF LARGE HIGH-RISE STRUCTURE AND ITS FOUNDATION

Изобретение относится к строительству и эксплуатации промышленных и гражданских зданий с неравномерной осадкой и в районах развития карста, преимущественно к дымовым и вентиляционным трубам.
Известен способ возведения здания, сооружения, который включает выполнение многослойного по высоте фундамента с последующим возведением на нем надфундаментных конструкций здания, сооружения. Фундамент выполняют путем укладки на основание бетонной подготовки и возведения поверх нее по площади фундамента заданного количества монолитных или железобетонных несущих секций-плит с предварительным образованием поверх бетонной подготовки промежуточных защитных слоев гидроизоляции и упрочняющего геосинтетического материала с образованием между ними промежуточного компенсирующего осадки фундамента слоя материала с заданными параметрами. В несущих фундаментных плитах на всю их толщину образуют открытые по торцам каналы с установкой в них трубок, имеющих уширение на нижних концах, которые размещают в слое, компенсирующем осадки фундамента материала, предпочтительно в плане в местах наибольших расчетных осадок и прогибов фундамента, в том числе под несущими опорными конструктивными элементами здания, сооружения - колоннами и/или стенами, а верхние концы трубок размещают в зоне доступа, после чего фундамент по его периметру и гидроизоляцию герметизируют. В процессе возведения и эксплуатации здания, сооружения и/или при производстве строительных, в том числе земляных работ вблизи здания, сооружения, вызывающих осадки и/или крены, и/или деформации фундамента и/или здания, сооружения, через верхние концы трубок производят поэтапные и/или одновременные инъекции твердеющего материала с заданными характеристиками в промежуточный компенсирующий осадки фундамента слой под избыточным давлением, превышающим вертикальное удельное давление фундамента на основание, определяемое расчетом и/или по результатам текущих измерений осадок фундамента. По окончании каждой инъекции трубки очищают и тампонируют в нижней части, а затем закрывают сверху заглушками. Инъекции прекращают после достижения заданного уровня уменьшения осадок и/или деформаций здания, сооружения. На грунтовое основание после укладки слоя бетонной подготовки сначала укладывают на него слой упрочняющего геосинтетического материала с образованием компенсирующих его растяжение складок, на этот материал укладывают слой зернистого материала, на который устанавливают трубки, оборудованные в качестве уширения плоскими наружными шайбами на нижнем конце, а затем поверх шайб укладывают слой гидроизоляции так, чтобы верхние концы трубок проходили сквозь этот слой. Места выхода трубок сквозь изоляцию герметизируют, а верхние концы трубок выводят выше гидроизоляции на расстояние, обеспечивающее прохождение ими суммарных толщин несущих секций-плит фундамента на уровне ниже пола здания, сооружения, с возможностью подхода к ним через инвентарные лючки, образованные в полу, для герметичного подключения к ним исполнительного механизма, создающего давление в инъецируемом твердеющем материале. Затем сооружают каркас из арматуры и опалубку, заливают опалубку бетоном, причем секции-плиты фундамента в плане до сооружения каркаса из арматуры разделяют деформационными швами в местах повышенного расчетного напряженного состояния на стыках корпусов здания, сооружения, имеющих различную этажность, а в местах стыка фундаментных плит, разделенных деформационными швами, до их возведения образуют компенсирующие складки в слое гидроизоляции для сохранения ее целостности при неравномерных осадках соседних фундаментных плит разноэтажных частей здания, сооружения. По окончании сооружения фундамента его несущие секции-плиты по периметру вместе с гидроизоляцией герметизируют. Также предложено устройство для осуществления способа. Технический результат состоит в уменьшении трудоемкости и материалоемкости при возведении фундамента, повышении несущей способности, уменьшении кренов и деформаций возводимого здания, сооружения, а также в обеспечении целостности гидроизоляции при неравномерных осадках разноэтажных строений здания, сооружения как при строительстве, так и при эксплуатации (1).
Недостатком способа является дороговизна и сложность выполнения фундамента. Указанный фундамент выполняется исключительно под новое строительство. При этом не проводится сравнения с традиционными типами фундаментов и изложенным в патенте. Учитывая отработанную технологию возведения типовых фундаментов, сравнение по стоимости и простоте эксплуатации не в пользу изложенного в патенте.
Известен способ выправления крена здания, возведенного на свайном фундаменте, который состоит в том, что в ростверке продольной наружной стены здания, расположенной в направлении крена, устраивают новые сваи, а в ростверке продольной наружной стены здания, расположенной со стороны, обратной крену, «выключают» из работы сваи. В процессе выправления крена изнутри подвала здания в отверстия, прорезанные в плите ростверка, вдавливающим устройством погружают новые сваи, образованные по их длине отдельными секциями. «Голову» сваи закрепляют в плите ростверка с помощью металлической траверсы и анкеров, заделанных на высокопрочном клее в отверстиях ростверка. Затем у ряда свай, расположенных со стороны здания, противоположной крену, отрывают котлован, обеспечивающий доступ к оголовкам свай, которые срезают на расчетную величину, учитывающую крен здания и ширину здания в направлении крена. Оголовки срезаемых свай предварительно усиливают металлическими бандажами с уплотнителями, образованными высокопрочными полимерными составами, а регулирование несущей способности новых свай в процессе выправления крена и эксплуатации здания осуществляют с помощью вдавливающего устройства, используя траверсу, которую устанавливают на голову сваи, и с помощью траверсы домкратом вдавливают сваю до необходимого усилия, после чего траверсу фиксируют гайками на анкерах до выправления и стабилизации крена здания. Вдавливающее устройство демонтируют, а после выправления крена здания срубленные сваи «включают» в работу с помощью обетонирования (2).
Недостатком способа является то, что исправление крена возможно только для свайных фундаментов. При этом не оговаривается, каким образом организовать доступ к внутренним рядам свай, если сооружение стоит на сплошном свайном поле. Выключение одного наружного ряда свай может не привести к осадкам «поднимающегося» края. Наружный ряд свай при определенных условиях может работать на выдергивание и отрыв его от плитного ростверка усугубит крен сооружения.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому в качестве изобретения способу является способ управления креном и осадкой массивного высотного сооружения и его фундамента. Техническая сущность способа заключается в том, что: производят геодезическую нивелировку сооружения, устанавливают угол и ориентацию крена сооружения, равного крену фундамента, определяют излишний объем грунта под фундаментом со стороны его наименьшей осадки, препятствующий устранению крена. Назначают диаметр и число скважин для поглощения грунта со стороны его наименьшей осадки и определяют длину каждой из скважин по приведенной зависимости. Наклеивают на фундамент в характерных точках мишени с координатной сеткой и направляют на каждую из мишеней в начало координат луч от лазерного нивелира или от лазерного прицела. Монтируют опорные плиты и контрфорсы с базами и оголовками, шарнирно соединяют оголовки контрфорсов с трубой и фиксируют базы контрфорсов на расчетной величине над опорными плитами. Бурят под фундамент, под центр тяжести поглощаемого грунта наклонные скважины, до соединения их друг с другом. Заполняют скважины глинистой пульпой, опускают в каждую из скважин, под центр тяжести поглощаемого грунта, глубинный вибратор. Включают глубинные вибраторы, передавая пульсирующие колебания глинистой пульпе и прилегающим зонам, активизируют осадку грунтового основания под действием массы сооружения, поглощают скважинами, заполненными глинистой пульпой, излишний грунт под фундаментом; используют массу сооружения и постепенно устраняют его крен. Одновременно контролируют уменьшение крена высотного сооружения по зайчикам от лазерных лучей, перемещающимся по координатной сетке мишеней. Корректируют уменьшение крена, включая тот или другой глубинный вибратор, продолжают поглощать грунт скважинами, полностью устраняют крен высотного сооружения до закрытия расчетной величины зазора и упора баз контрфорсов в опорные плиты. Извлекают глубинные вибраторы, заполняют не заполненные участки скважин песчаной пульпой и эксплуатируют сооружение (3).
Указанное техническое решение имеет следующие недостатки:
- невозможно установить точные объемы грунта, подлежащие выемке;
- в процессе производства работ невозможно остановить процесс осадки, если последний превысил необходимые параметры;
- нагнетание глиняной пульпы приводит к изменению влажности грунта и его прочностных характеристик, что не остановит процесса осадок всего грунтового массива под фундаментом сооружения по завершении работ и теоретически может привести к появлению дополнительных неравномерностей в осадках и, как следствие, появлению новых кренов.
Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности, долговечности, устойчивости конструкции, продлении эксплуатационных качеств зданий и сооружений.
Поставленная задача решается с помощью предлагаемого способа исправления крена и неравномерной осадки массивного высотного сооружения и его фундамента, включающего геодезические измерения сооружения, определение угла и ориентацию крена сооружения, бурение скважин, контроль уменьшения крена высотного сооружения, причем бурение скважин выполняют с противоположной стороны крена сооружения для дозированной подачи воды и увеличения влажности грунта под краем фундамента с целью снижения его прочностных свойств. Изготавливают монолитный железобетонный ростверк, закрепленный анкерами на фундаменте сооружения. Выполняют свайное основание безударным способом и монолитный железобетонный ростверк по сваям с целью обеспечения упора и последующей установки гидравлического оборудования для передачи усилия на монолитный железобетонный ростверк, выполненный на фундаменте сооружения. Путем дозированной подачи воды в скважины повышают влажность грунта, снижая прочностные и деформационные характеристики под краем фундамента. Используя гидравлические домкраты и винтовые стабилизирующие системы, осуществляют мелкоступенчатый подъем одного края фундамента, обуславливая осадку противоположного незакрепленного края вследствие изменения напряженно-деформированного состояния грунтового основания. Контроль уменьшения крена сооружения осуществляют в двух взаимно перпендикулярных направлениях с помощью теодолитов и нивелира. Крен исправляют до нормативной величины с учетом возможного дальнейшего уменьшения за счет дополнительной осадки незакрепленного края фундамента. По завершении расчетного периода осадок фундамента производят окончательное его закрепление путем замены винтовых систем монолитным бетоном.
Предлагаемый способ исправления крена и неравномерной осадки массивного высотного сооружения и его фундамента поясняется чертежами, где на фиг.1 и 2 показана схема установки гидравлического и наблюдательного оборудования, где 1 - нивелир, 2 - отвес, 3 - рейка, 4 - теодолиты, 5 - гидравлические домкраты, 6 - монолитный железобетонный ростверк, выполненный на фундаменте сооружения, 7 - монолитный железобетонный ростверк по сваям, 8 - винтовые распорные системы.
Способ исправления крена и неравномерной осадки массивного высотного сооружения и его фундамента осуществляется следующим образом. На гидравлическом домкрате (5) создается усилие, превышающее нагрузку от конструкции трубы, выдерживается пауза для набора осадки противоположного края. Для возможности контроля крена в плоскости подъема и образования крена из плоскости за один прием усилие не должно превышать величины, соответствующей вертикальному перемещению в 1,0-1,5 мм. Выполняется установка арматурных анкеров на эпоксидном клее для восприятия усилий от свай. По анкерам выставляются арматурные каркасы армирования железобетонного ростверка (6), выполненного на фундаменте сооружения. Ростверк изготовлен бетоном класса В 30. По завершении набора прочности бетоном выполняются сваи усиления по краю существующего фундамента, объединенные монолитным железобетонным ростверком (7) по сваям. Набор прочности бетона второго ростверка завершает подготовительный этап работ. Непосредственно исправление крена начинается с установки нивелира (1) и двух теодолитов (4) в плоскости крена и в перпендикулярной ему плоскости, позволяющих контролировать отклонение верха трубы в указанных плоскостях. Для визуального контроля устанавливаются отвесы (2) в тех же плоскостях. Наблюдения за вертикальными перемещениями края фундамента осуществлялись высокоточным нивелиром (1). Указанное оборудование позволило контролировать все перемещения фундамента трубы и своевременно вносить корректировку в работу гидравлического оборудования. Подъем края фундамента выполняется гидравлическими домкратами (5), объединенными в одну гидросистему. Для временной стабилизации и возможности осадки грунта под противоположным краем фундамента применяется винтовые распорные системы (8). Подъем производился ступенями. При достижении расчетного усилия на гидравлических домкратах (5), выдерживается пауза в 20÷30 мин. В течение последней усилие падает за счет деформаций грунта. Во время создания усилия в гидравлических домкратах (5), винтовые распорные системы (8) подтягиваются для включения их в работу, что позволяет избежать обратных перемещений при снижении давления в гидросистеме. Одна ступень нагружения позволяет получить вертикальные перемещения в 1,0-1,5 мм. При появлении отклонений ствола трубы из плоскости крена гидравлические домкраты (5) передвигаются на незначительное расстояние для смещения центра приложения внешней нагрузки. Для более динамичных перемещений под краем фундамента, выполняется искусственное замачивание грунтового массива. Для чего бурятся скважины по периметру существующего фундамента со стороны, противоположной крену. Глубина скважин на 0,5 м ниже подошвы фундамента. Заполнение водой скважин осуществлялось на высоту 1,5 м. Указанные мероприятия позволяют существенно сократить время стабилизации во время ступеней нагружения. Выправление крена считается достаточным, когда контрольные замеры показывают отклонение ствола от вертикали в пределах 50-70% от нормируемого допуска. При достижении указанной величины гидросистема «глушится», распорные винтовые системы включаются в работу и в течение 14 дней ведется наблюдение с помощью геодезических приборов за возможными перемещениями верха трубы в двух плоскостях. По завершении периода наблюдений и отсутствия перемещений, винтовые системы заменяются на инвентарные распорки, и производится их обетонирование с обратной засыпкой пазух фундаментов.
Предлагаемый способ выправления крена здания, в отличие от ранее известных способов, обладает малой трудоемкостью и небольшими энергозатратами при обеспечении высокой надежности.
Источники известности
1. Патент РФ №2369692, приоритет от 16.08.2007, опубл. 10.10.2009.
2. Патент РФ №2382146, приоритет от 04.08.2008, опубл. 20.02.2010.
3. Патент РФ №2299951, приоритет от 01.11.2004, опубл. 27.05.2007.