книги / Механика грунтов, основания и фундаменты.-1

строительства, именно этим и объясняется большинство поврежде­ ний зданий в подобных условиях.

Определение предельно допустимых дополнительных деформаций. Предельно допустимые дополнительные деформации существую­ щих зданий при строительстве возле них новых сооружений опреде­ ляющим образом зависят от состояния этих зданий. В Рекомен­ дациях по обследованию и мониторингу технического состояния эксплуатируемых зданий, расположенных вблизи нового строитель­ ства или реконструкции (Москомархитектура, 1998 г.) приводится методика оценки категории состояния зданий по внешним призна­ кам по результатам предварительного обследования, некоторые данные которой представлены в табл. 18.5.

551

С учетом категории состояния здания, определенной по резуль­ татам обследования, Рекомендаций по проектированию и устрой­ ству оснований и фундаментов при возведении зданий вблизи суще­ ствующих в условиях плотной застройки в г. Москве (Москомархитектура, 1999 г.) расчеты по второй группе предельных состояний рекомендуется выполнять, исходя из следующих условий

где s — деформация основания существующего здания, завершив­ шаяся до начала нового строительства и определяемая расчетом в соответствии с требованиями действующих нормативных докуме­ нтов; Saj — дополнительная деформация основания существующего здания, вызванная новым строительством; ^ оля — предельное зна­ чение полной деформации основания существующего здания;

и— предельное значение дополнительной деформации основа­ ния существующего здания, вызванной новым строительством.

При прогнозе неравномерных деформаций используют следу­ ющие показатели (рис. 18.12):

Saj. а— дополнительная осадка точки а на линии примыкания нового здания к существующему;

j„d— дополнительный перекос существующего здания на участке примт.пгяния* -

iad— дополнительный крен существующего здания в сторону нового.

где Sad. ь— дополнительная осадка точки b существующего здания на расстоянии / от линии примыкания. Величина / назначается: для кирпичных и крупноблочных домов — как расстояние до ближай­ шего к примыканию проема, для зданий с поперечными несущими стенами — равной шагу этих стен, для каркасных зданий — шагу колонн.

Дополнительный крен равен

где n— дополнительная осадка противоположной грани здания для относительно узких зданий (или блоков); L — ширина здания (или блока); для протяженных зданий L — расстояние, где s* „ практически равно нулю.

552

Предельное значение пол­ ной деформации основания ^ ол“ определяется как

ные и дополнительные дефор­ мации существующего здания не превышают предельныхих значе­

ний — достаточно применения простейших мероприятий, в частно­ сти, устройства осадочных швов между зданиями;

Sad>Sad.u — полные или дополнительные деформа­ ции существующего здания превышают предельные их значения — необходимо применение специальных мероприятий, снижающих до­ полнительную деформацию ^ до приемлемых значений (например, рассмотренное ниже устройство фундаментов с консолями, раз­ делительной стенкой и т. п.);

s> su, 5л/>^а</, и — строительство не может быть разрешено; для возведения нового здания необходимо использовать другие типы фундаментов, обеспечивающие уменьшение осадок до допустимых

значений.

Приведенные выше рекомендации не охватывают все случаи строительства новых зданий вблизи существующих, поэтому ниже

553

рассматриваются некоторые характерные ситуации, которые всегда должны приниматься во внимание в процессе проектирования и строительства.

Т аб л и ц а 18.6. Предельные дополнительные деформации существующих здании

Примечание. Здания-и сооружения, отнесенные к IV категории состояния конструкций, находятся в предаварийном или аварийном состоянии и не допускают каких-либо дополнитель-

Деформации зданий при проведении рядом с ними строительных работ. Известны случаи, когда разборка старых зданий для освобо­ ждения площадки нового строительства из-за динамического воз­ действия обрушаемых конструкций на грунты основания приводила к недопустимым деформациям расположенных рядом зданий. Сле­ дует применять способы и механизмы, позволяющие минимизиро­ вать динамические воздействия при разборке старых зданий (напри­ мер, «откусывание» блоков разрушаемого здания с опусканием их на поверхность основания).

При разработке котлована для строительства нового здания рядом с существующим кроме требований, изложенных в гл. 14,

554

необходимо руководствоваться дополнительными правилами: не применять ударные и взрывные способы разработки грунта, мак­ симально сокращать сроки работ в строительном котловане, не допускать складирования строительных материалов в непосредст­ венной близости от фундаментов существующих зданий.

Если здание возводится вплотную к существующему при той же глубине заложения фундамента, не следует разрабатывать котлован вплоть до стенки существующего фундамента без проведения за­ щитных мероприятий. В противном случае возникает опасность выпора или выдавливания грунта из-под подошвы существующего фундамента в котлован, что может привести к недопустимой осадке фундамента и перекосу конструкции здания вплоть до возникнове­ ния 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 чем у существующего, до начала разработки котлована необходимо устройство ограждения по линии примыкания к существующему зданию. В случае водонасыщенных грунтов ограждение должно быть заглублено в подстилающий водоупор или при отсутствии водоупора его длина должна обеспечивать невозможность движе­ ния грунтовой массы из-под фундамента в котлован, что определя­ ется специальным расчетом. Необходимы также проверка устой­ чивости ограждения и недопущение горизонтального смещения верхней части стенки в сторону котлована.

Следует с осторожностью относиться к проведению водопонижения вблизи существующих зданий, так как значительное сниже­ ние уровня подземных вод в основании этих зданий может привести к их дополнительным неравномерным осадкам.

Учет сложившихся условии при 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 условиях необходимо детальное инженерно-геологическое обследование пятна застройки, выявление площадной неоднородности основания и принятие такого решения 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

555

нормальной эксплуатации существующих зданий. В качестве приме­ ра на рис. 18.13 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.

Конструктивные ранения при возведении фундаментов вблизи су­ ществующих зданий. Основная опасность для существующих зданий при строительстве вблизи них новых связана с развитием допол­ нительных осадок. При этом наибольшие повреждения возникают

впределах 2...7 м от границы примыкания старых зданий (см. рис. 18.11). Следовательно, если между смежными зданиями обеспечен достаточный разрыв, опасность дополнительной осадки резко сни­ жается. Основываясь на этом, С. Н. Сотников (1986 г.) предложил новый тип фундаментов с консолями для строительства в стеснен­ ных условиях.

Существо этого решения сводится к следующему (рис. 18.14). Фундамент нового здания не доводится до его торца. Торцевая часть здания опирается на консоль, вылет которой /жопределяется по расчету. Сама консоль рассчитывается и проектируется по пра­ вилам железобетонных конструкций. Она может выполняться как

ввиде плиты, так и в виде пространственной конструкции. В СанктПетербурге построены и нормально эксплуатируются несколько зданий с вылетом консолей 3...7 м.

Другим надежно апробированным способом является устрой­

ство между зданиями разделительной стенки, изготавливаемой в виде шпунтового ряда, бурозавинчиваемых или набивных свай, «стены в грунте». Стенка заделывается на глубину h2 в более прочные подстилающие грунты ниже перекрывающих их слабых грунтов или ниже границы сжимаемой толщи в основании проек­ тируемого фундамента hi (рис. 18.15). Расчет глубины заделки стен­ ки в соответствии с «Рекомендациями» (1999 г.) производится, исходя из условия

(18.9)

где т — коэффициент условий работы, принимаемый для раздели­ тельной стенки, погружаемой в грунт на глубину менее 4 м — 0,6, на глубину > 4 м — 0,8; и — длина участка разделительной стенки, принимаемая равной 1 м;//,-,/# — расчетное сопротивление z'-ro или

556

а)

в пределах глубины hx и h2, определяемые по табл. 11.2; lIh l2j — толщина i-ro или j-ro слоев грунта в пределах глубины h\ и h2соот­ ветственно.

Суммирование в левой части неравенства (18.8) производится по всем слоям грунта в пределах йь в правой части — в пределах h2.

Разделительная стенка должна устраиваться по всей линии при­ мыкания фундамента нового здания к существующему и с каждой стороны выходить за пределы существующего здания не менее чем на hi/4.

Мониторинг эксплуатируемых зданий и геологической среды. Целью мониторинга является оценка воздействия нового стро­ ительства или реконструкции на близ расположенные здания

ииа окружающую среду в период строительства и последующие годы эксплуатации, прогнозирование изменений состояния зданий

иинженерно-геологических условий основания, своевременное

557

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Теперь, после изучения материалов, приведенных в настоящем пособии, сделаем некоторые обобщения, которые полезно знать каждому инженеру-строителю, неза­ висимо от рода его дальнейшей деятельности.

Ф ун дам ен ты являются подземной или заглубленной частью конструкции здания или со о р у ж е н и я , через которую нагрузки от сооружения передаются на грунты о сн о ван и я . Нормальная эксплуатация здания или сооружения может быть обеспечена только при надежной работе его основания и фундаментов.

Б. И. Далматова, всегда должно основываться на совместном рассмотрении трех факторов: ч то с т р о и т с я (сооружение), н а чем стр о и тся (основание) и как строится (производство работ). В ряде случаев приходится принимать во внимание н четвертый фактор: к ак о в ы п о сл ед ст в и я стр о и тел ьства, т. е. как повлияет возведение проектируемого здания, сооружения или комплекса застройки на измене­ ние окружающей среды, в том числе и на изменение условий взаимодействия сооружения и основания. Только в этом случае оказывается возможным для конк­ ретного случая строительства выбрать из всего многообразия решений единственное, оптимальное в техническом и экономическом отношении; и осуществить его на практике.

В зависимости от типа, назначения, конструктивных и технологических особен­ ностей сооружения — с одной стороны, от особенностей геологического строения основания, физико-механических свойств грунтов, режима подземных вод и возмож­ ных их изменений в результате строительства и эксплуатации сооружения — с другой, сложность устройства оснований и фундаментов может быть различна. Этому соответствует широкая номенклатура типов фундаментов и способов улучше­ ния строительных свойств грунтов оснований, обеспечивающая возможность стро­ ительства и нормальной эксплуатации любых сооружений в самых сложных ин­ женерно-геологических условиях.

Однако стоимость, трудоемкость в длительность работ, связанных с устрой­ ством оснований я возведением фундаментов в сложных инженерно-геологических условиях, может составлять весьма значительную часть общих расходов на стро­ ительство сооружения. Поэтому всегда важно оценивать технико-экономическую целесообразность размещения тех ила иных сооружений в определенных инженерно­ геологических условиях.

ительства. Необходимо всегда помнить, что изыскания проводятся для проектирова­ ния и строительства о п р ед ел ен н о го сооружения или комплекса сооружений. По­ этому программа изысканий должна учитывать специфические особенности проек­ тируемых зданий и сооружений, а рекомендации изыскателей содержать конкретную информацию, необходимую для проектирования я строительства именно этих зда­ ний н сооружений. Целесообразна, особенно в сложных инженерно-геологических условиях, тесная взаимосвязь между проектировщиками и изыскателями, что позво­ лит своевременно вносить необходимые коррективы в программу изысканий, а в слу­ чае необходимости — и в проект сооружения. Это обеспечит повышение качества и сокращение продолжительности проектно-изыскательских работ.

559

Опыт показывает, что недостаточное инженерно-геологическое обоснование проегных рчпаяий^ опшбкн в определении характеристик физико-механических свойств грунтов или отсутствие прогноза возможных их изменений в результате строительст­ ва и эксплуатации сооружения являются основными причинами всех неприятностей, прши>ддпхит к нарушению нормальной эксплуатации сооружений н даже к авариям. В то же время качественное и целенаправленное проведение этих работ обеспечивает возможность принятия оптимальных решений. Опыт ряда проектных организаций свидетельствует, например, что увеличение затрат на изыскания на 5... 10% позволяет в некоторых случаях за счет повышения расчетных характеристик грунтов основания снизить стоимость фундаментов на 20...30%.

В настоящее время проектирование фундаментов зданий и сооружений базирует­ ся на расчетах оснований по п р ед ел ьны м со сто ян и ям . Во многих случаях при этом оказывается достаточным пользоваться методами расчетов, основанными на простейших моделях поведения грунтов под нагрузками: тео р и и п р ед ел ьн о го равновеси я — для расчетов по несущей способности и тео р и и л и н ей н о го деф о ­ р м и р о в ан и я — для расчетов по деформациям. При правильно выбранных расчет­ ных ^хемах и характеристиках грунтов запроектированные на основе расчетов ос­ нования и фундаменты обеспечивают нормальную эксплуатацию зданий и сооруже-

. ний. Однако в ряде случаев такой подход приводит к излишним запасам при проектировании сооружений или, в особо сложных случаях, оказывается недостаточ­ ным для проектного обоснования.

Поэтому со вр ем ен н ая м ехан ика гр у н то в развивается в двух направлениях: первое — совершенствование методов расчетов, основанных на использовании про­ стейших моделей поведения грунтов, и методов определения характеристик этих моделей (более обоснованное назначение расчетного сопротивления и предельных нагрузок на грунты основания, более совершенные методы расчетов осадок и т. п.); второе — разработка нелинейных моделей, более полно учитывающих поведение грунтов под нагрузками, методов определения характеристик этих моделей и числен­ ных расчетов взаимодействия сооружений и оснований. Второе направление особен­ но важно при проектировании фундаментов больших размеров при значительных нагрузках от сооружения и сложных силовых воздействиях (каркасные здания повы­ шенной этажности, силосные корпуса элеваторов, реакторные отделения АЭС, со­ оружения на шельфе, в сейсмически активных районах н т. п.). По мере развития прикладной математики й вычислительной техники это направление приобретает все большее практическое значение и круг инженерных задач, решаемых методами нелинейной механики грунтов, постоянно расширяется.

Вто же время не следует увлекаться использованием сложных моделей грунтов

ичисленных методов расчетов в тех случаях, когда для решения инженерной задачи оказывается достаточным применение относительно простых схем. Здесь крайне важен опыт проектировщика, понимание решаемой задачи во всей полноте ее

постановки и знание возможностей тех или иных методов анализа.

Развитие механики грунтов неразрывно связано с совершенствованием конструк­ тивных и технологических решений в области ф у н д ам ен то стр о ен и я . Более пол­ ный анализ взаимодействия фундаментов и оснований позволил в последние годы разработать и внедрить в строительство новые конструкции фундаментов мелкого заложения (фундаменты с угловыми вырезами, щелевые фундаменты, фундаменты с промежуточной подготовкой, буробетонные фундаменты и т. д.); свайных фун­ даментов (забивные сваи различного сечения и формы по длине, буронабивные, буроинъекционные сваи и т. п.); новые методы улучшения свойств грунтов основа­ ния. Поиск более совершенных решений в этих направлениях продолжается, особен­ н о применительно к региональным грунтовым условиям. Однако важно иметь в виду, что.разработка новых эффективных типов фундаментов и методов улучшения свойств грунтов основания возможна только на основе детального изучения их работы методами механики грунтов и обоснования технологий массового их воз­ ведения. Вопросы тех н о л о гии и м ехан изаци и работ в фундаментостроения приобретают все большее значение.

Опыт показывает, что второй характерной группой ошибок, приводящих к нару­ шению нормальной эксплуатации сооружения, являются ошибки, связанные с п ро-

560