книги / Механика грунтов, основания и фундаменты

логические особенности этих спо­ собов подробно рассмотрены в гл. 12. Однако при их использовании

в целях укрепления оснований существующих зданий возникают некоторые дополнительные трудности, например давление цемен­ тации должно быть ограничено величинами, безопасными для со­ стояния фундаментов и конструкций зданий.

Таблица 18.2. Способы укрепления грунтов основания фундаментов

Цементацию часто применяют для заполнения пустот и каверн

взакарстованных основаниях. Известен случай закрепления закарстованных лёссов основания одной из АЭС, способствовавшего устранению фильтрационной неоднородности, снижению водопро­ ницаемости и предотвращению развития суффозионных процессов

восновании. Это позволило избежать развития опасных дефор­ маций сооружения.

491

В крупнообломочных и песчаных грунтах цементация чаще при­ меняется для создания водонепроницаемых завес, чем для повыше­ ния несущей способности основания. Известны случаи укрепитель­ ной цементации таких грунтов, когда под влиянием длительной фильтрации из-под фундаментов выносились мелкие частицы, со­ здавая разуплотненное состояние основания.

Силикатизацию используют обычно для местного укрепления грунта под отдельными опорами. Иногда, при высокой ценности сооружения, применяют сплошную силикатизацию слабых грунтов или передают нагрузку от фундаментов на своеобразную подушку из закрепленного силикатизацией грунта. Подобное решение ис­ пользовалось, например, при реконструкции Одесского театра опе­ ры и балета. Следует отметить, что до настоящего времени сто­ имость работ по укреплению грунта силикатизацией еще достаточ­ но высока.

Смолизация не нашла еще массового применения и обычно используется для особо важных зданий и сооружений. Так, укрепле­ ние песчаных оснований карбамидными смолами применялось при реконструкции театра оперы и балета в Санкт-Петербурге, Новоли­ пецкого металлургического комбината, где этим способом было закреплено до 15 000 м3 грунта.

Резкое увеличение объемов реконструкции зданий и сооружений в предстоящие годы будет способствовать появлению новых и зна­ чительному удешевлению существующих способов закрепления грунтов оснований. Одним из таких способов является струйная технология для закрепления оснований и создания несущих конст­ рукций в грунте, описанная в работе П. А. Коновалова (1988).

18.3. Возведение фундаментов вблизи существующих зданий

Возведение зданий вблизи или вплотную к уже существующим является значительно более сложной задачей, чем строительство отдельно стоящего дома. Опыт показывает, что пренебрежение особыми условиями такого строительства может приводить к появ­ лению в кладке стен ранее построенных зданий трещин, перекосам проемов и лестничных маршей, к сдвигу плит перекрытий, т. е. к нарушению нормальных условий эксплуатации существующих зданий, а иногда даже к авариям. Особенно возрастает опасность подобных деформаций при строительстве на основаниях, сложен­ ных слабыми грунтами.

С.Н. Сотников и др. (1986) приводят данные по обследованию

вСанкт-Петербурге 128 домов, вблизи которых были построены новые здания. До 80%. из них получили повреждения различной степени, вплоть до аварийных. Неповрежденными оказались в ос­ новном те дома, которые были выше новых, а чем выше были новые дома против существующих, тем значительнее оказались

492

повреждения. Аналогичное положение отмечалось и в других горо­ дах страны, а также на ряде промышленных объектов.

Характерный пример, заимствованный из указанной выше рабо­ ты, приведен на рис. 18.5. Здания I (шестиэтажное, постройки 1956 г.) и П1 (четырехэтажное, постройки 1937 г.) находились в состоянии нормальной эксплуатации до начала строительства в 1972 г. 11этажного кирпичного здания II. Проект возведения нового здания не содержал каких-либо мер, направленных на защиту конструкции существующих зданий. К 1983 г. осадка здания II превысила 20 см И стабилизация деформаций не наступила. Прогнозируемая осадка этого здания ожидается в 36 см.

Начальные повреждения зданий I и Ш появились еще в период строительства здания П, а при достижении дополнительной осадки вблизи линий примыкания 7...8 см эти здания пришли в аварийное состояние. В пределах участков В (рис. 18.5) образовались наклон­ ные трещины с раскрытием более 10 см, произошел сдвиг перекры­ тий и лестничных маршей. На участках Г развились вертикальные трещины, которые прослеживались от карниза до фундамента. Это привело к необходимости капитального ремонта зданий и даже разборки и возведения вновь части здания Щ.

Дополнительная осадка фундаментов зданий I и III при стро­ ительстве нового распространялась на расстояние до 20 м. Чрезмер­ ное ее значение вблизи примыкания и явилось основной причиной появления аварийного состояния. Как показывает анализ опыта строительства, именно этим и объясняется большинство поврежде­ ний зданий в подобных условиях.

Определение предельно допустимых дополнительных деформаций. Для обоснования проектирования зданий вблизи существующих Санкт-Петербургским архитектурно-строительным университетом разработана «Временная инструкция по устройству фундаментов вблизи существующих зданий» (ВСН 401-01 — 77). Основные по­ ложения проектирования сводятся к следующему. Кроме требо­ вания СНиП 2.02.01 — 83 по условию второй группы предельных состояний

s<su

необходимо удовлетворить также условие

где Sad— дополнительная осадка от загружения основания сущест­ вующего здания проектируемым; Sad, и— предельно допустимое

значение совместной дополнительной деформации здания (сооруже­ ния). При этом из-за различного развития осадок отдельно сто­ ящего и примыкающих зданий Sad, ине равно su.

При прогнозе неравномерных деформаций используются следу­ ющие показатели (рис. 18.6);

493

осадка противоположной грани здания для относительно узких зданий (или блоков); L — ширина здания (или блока); для протя­ женных зданий L — расстояние, где Sad, ппрактически равно нулю.

Предельные значения дополнительных деформаций рекоменду­ ется устанавливать по данным табл. 18.3.

Поскольку опасность дополнительных деформаций зависит от состояния существующих зданий, в табл. 18.3 введено понятие категории состояния здания, определяемое по данным табл. 18.4.

При использовании данных табл. 18.3 рекомендуется различать следующие случаи:

s^su, Sad^Sad, и— ожидаемые осадки проектируемого и сущест­

вующего зданий меньше допустимых — достаточно применения простейших мероприятий, в частности устройства осадочных швов;

495

Т а б л и ц а 18.3. Предельные значении дополнительных деформации

s^ su, sad>sa(ii и— ожидаемые осадки проектируемого здания ме­

ньше допустимых, но дополнительная осадка существующего зда­ ния превышает допустимую — необходимо применение специаль­ ных мероприятий, рассмотренных ниже (устройство фундаментов с консолями, разделительный шпунт и т. п.);

s>su, Sad>$ai, и— строительство не может быть разрешено; для

возведения нового здания необходимо использовать другие типы фундаментов, обеспечивающих уменьшение осадок до допустимых значений.

П рим ечание. Процент физического износа конструкций зданий определяется в соответст­ вии с «Методикой физического износа гражданских зданий» (М ., 1970) и «Методикой обследова­ ния и проектирования оснований и надстройки зданий» (М ., 1972).

496

Приведенные выше рекомендации не охватывают всего много­ образия случаев строительства новых зданий вблизи существую­ щих, поэтому ниже рассматриваются некоторые характерные ситу­ ации, которые всегда должны приниматься во внимание в процессе проектирования и строительства.

Деформации зданий при проведении рядом с ними строительных работ. При разработке котлована для строительства нового здания рядом с существующим кроме обычных требований, изложенных в гл. 14, необходимо иметь в виду следующее.

Если здание возводится вплотную к существующему при той же глубине заложения фундамента, категорически запрещается разра­ батывать котлован вплоть до стенки существующего фундамента без проведения защитных мероприятий. В противном случае воз­ никает опасность выпора или выдавливания грунта из-под подошвы существующего фундамента в котлован, что может привести к недо­ пустимой осадке фундамента и перекосу конструкции здания вплоть до возникновения аварийной ситуации.

Отрывку котлована вдоль существующего здания производят отдельными захватками по 3...4 м по длине примыкания к сущест­ вующему зданию. Переходить к соседним захваткам можно только после устройства фундаментов нового здания в пределах уже раз­ работанной захватки.

Если глубина заложения фундамента нового здания больше уже существующего, что допускается лишь в исключительных случаях, до начала разработки котлована необходимо устройство шпунтово­ го ограждения по линии примыкания к существующему зданию.

Вслучае водонасыщенных грунтов шпунт должен быть заглублен

вподстилающий водоупор или при отсутствии водоупора его длина должна обеспечивать отсутствие движения грунтовой массы из-под фундамента в котлован, что определяется специальным расчетом. Необходимы также проверка устойчивости шпунтового ограждения и недопущение горизонтального смещения верхней части шпунто­ вой стенки в сторону котлована. Если грунты основания способны

куплотнению при динамических нагрузках (рыхлые пески и супеси, водонасыщенные грунты и т. п.), то погружение шпунта следует осуществлять методом вдавливания.

Следует е осторожностью относиться к проведению водопонижения вблизи существующих зданий, так как значительное сниже­ ние уровня подземных вод в основании этих зданий может привести

ких дополнительным неравномерным осадкам.

Учет сложившихся условий ори строительстве новых зданий. При реконструкции городской застройки приходится встречаться со слу­ чаями возведения новых зданий на площадках, часть которых была ранее застроена уже снесенными зданиями или образована насып­ ным грунтом, свалкой и т. п. В этих случаях необходимы детальное инженерно-геологическое обследование пятна застройки, выявление площадной неоднородности основания и принятие такого решения

497

фундаментов, которое не допустило бы неравномерных деформа­ ций здания.

Следует стремиться к использованию однотипных фундаментов существующих и новых зданий. Однако это не всегда оказывается возможно. В случае разных конструкций фундаментов необходимо проводить дополнительные поверочные расчеты для обеспечения нормальной эксплуатации существующих зданий. В качестве приме­ ра на рис. 18.7 показан случай строительства нового здания на фундаментной плите вблизи старого здания на свайном фундамен­ те. В результате осадок построенного здания в некоторой части под ростверком старого здания может возникнуть зона разуплотнения грунта, уменьшающая первоначальную несущую способность свай. Кроме того, дополнительные напряжения, возникшие в основании от массы нового здания, приведут к дополнительной нагрузке (от­ рицательное трение) на крайние ряды свай. Следствием этого может явиться дополнительная неравномерная осадка старого здания с по­ вреждением его конструкции.

498

К подобным условиям может привести также планировка под­ сыпкой территории возле здания, построенного на сваях, что вызы­ вает увеличение нагрузки за счет отрицательного трения в фундаме­ нтах крайнего ряда.

Конструктивные решения при возведении фундаментов вблизи су­ ществующих зданий. Основная опа­ сность для существующих зданий при строительстве новых связана

в несколько метров, опасность дополнительной осадки резко снижа­ ется. Основываясь на этом, С. Н. Сотников (1986) предложил новый тип фундаментов с консолями для строительства в стесненных условиях.

Существо этого решения сводится к следующему (рис. 18.8). Фундамент нового здания не доводится до его торца. Торцевая часть здания опирается на консоль, вылет которой определяется по расчету. Сама консоль рассчитывается и проектируется по прави­ лам железобетонных конструкций. Она может выполняться как в виде плиты, так и в виде пространственной конструкции. В СанктПетербурге построены и нормально эксплуатируются несколько зданий с вылетом консолей 3...7 м.

Другим надежно апробированным при строительстве на слабых грунтах способом является устройство между зданиями раздели­ тельной шпунтовой стенки (Б. И. Далматов, 1981 — рис. 18.9). ПрИ этом необходимо, чтобы вертикальное перемещение шпунта было много меньше осадки возводимого здания. Для этой цели шпунт должен быть заглублен в подстилающий слой плотных грунтов или на такую глубину, при которой сила, удерживающая шпунт от вдавливания, была бы заведомо больше отрицательного трения, вызывающего его внедрение в грунт под действием осадки постро­ енного здания.

18.4.Оптимизация освоения присоединяемых территорий

спозиций фундаментостроения

При развитии городских агломераций прежде всего стремились использовать наиболее удобные для строительства участки, в част­ ности территории, сложенные грунтами с высокой несущей способ­

499

ностью. Современная тенденция увеличения плотности застройки и этажности зданий осложняется тем, что все «хорошие» участки городов уже освоены и приходится строить на неблагоприятных в инженерно-геологическом отношении территориях (насыпные, на­ мывные, заторфованные, слабые водонасыщенные, просадочные

идругие грунты). Это связано со значительным удорожанием всего комплекса инженерной подготовки территорий, прокладки дорог

икоммуникаций, стоимости фундаментов. Расходы на инженерную подготовку и фундаменты в таких условиях достигают 30...35% всех строительных затрат, поэтому важное значение приобретает оп­ тимизация освоения присоединяемых территорий с позиций фундаментостроения. Поиски таких решений ведутся в Санкт-Петер­

бурге, Вильнюсе, Киеве, Гомеле, Восточной Сибири и других реги­ онах.

По данным Л. А. Фурманавичюса (Уфа, 1987) на основе анализа инженерно-геологических условий районов строительства и промы­ шленных центров Литвы разработаны типовые схемы структур оснований и районы их распространения. Было установлено, что при устройстве фундаментов в определенных инженерно-геологи­ ческих условиях наиболее дорогими оказались земляные работы, составляющие 30% общей стоимости и 65% общих трудозатрат. Это позволило разработать систему перехода в таких условиях на буронабивные сваи, что привело к значительному повышению про­ изводительности труда.

ВСанкт-Петербурге разработана методика зонирования терри­ тории освоения, отражающая условия фувдаментостроения, накоп­ ленный опыт строительства и стоимость фундаментов (С. Н. Со­ тников, 1986). Зонирование предлагается выполнять в две последо­ вательные стадии, соответствующие: 1) проекту планировки и за­ стройки присоединяемой территории; 2) проектам детальной плани­ ровки кварталов (микрокварталов), входящих в состав присоединя­ емой территории. Эта методика внедрена при зонировании намыв­ ной приморской территории Санкт-Петербурга площадью порядка 7x8 км. В процессе зонирования было выделено несколько ин­ женерно-геологических комплексов, т. е. участков, характеризуемых определенным напластованием грунтов, гидрогеологическими усло­ виями и другими сходными признаками.

Всоставе застройки территории предполагалось использовать здания различных конструктивных типов, этажность которых долж­ на варьировать от 1 до 22 этажей. Сообразно напластованию грунтов, этажности, типу зданий, наличию строительной техники

иосвоенной технологии была рассмотрена возможность исполь­ зования следующих типов фундаментов: на естественном основании (ленточных и плитных); тех же фундаментов на песчаной подушке (взамен извлеченного покровного торфа); забивных призматических свай длиной до 16 м; стыкованных призматических свай длиной до 28 м; глубоких опор, включая сваи-оболочки.

500