26.3. Поддержание эксплуатационных свойств существующей застройки

Здания, расположенные в непосредственной близости от участка застройки, могут быть подвержены ряду воздействий, возникающих в процессе возведения нового здания. Это:

• отрывка в непосредственной близости от здания котлована под новое строительство;

• вибрация от расположенных в непосредственной близости строительных машин и механизмов.

Первая группа дефектов возникает от изменения статиче­ских характеристик оснований. Удаление грунта вблизи фунда­ментов зданий, оснований дорог и других существующих соо­ружений приводит к изменению силового поля вокруг них, поэтому создание конструктивного баланса позволяет компен­сировать возникающие воздействия. Вторая группа дефектов является следствием динамических воздействий работающих строительных машин и механизмов. Их снижения до допусти­мых уровней достигают реализацией специальных инженерных мероприятий.

Укрепление оснований и фундаментов. До начала земляных работ необходимо осуществить укрепление оснований и фун­даментов существующих сооружений и городской инфраструк­туры, расположенных в непосредственной близости от строи­тельной площадки. Укрепление конструкций оснований и фундамента должно обеспечить статическое равновесие здания на период отрытого котлована до возведения несущих конст­рукций подземной части нового здания.

Мероприятия по укреплению оснований и фундаментов подразделяют в зависимости от воздействия на несущий кар­кас и прилегающие основания на постоянные и временные. К постоянным относятся те решения, при реализации которых усиление конструкции становится неотъемлемой частью возво­димого сооружения.

До начала земляных работ по всему периметру котлована устраивают шпунтовое ограждение (рис. 26.2).

Рис. 26.2. План металлического шпунтового ограждения котлована:

1 — труба; 2 — деревянное ограждение; 3 — балка; 4 — распорки; 5 — раскосы

Цель шпунтового ограждения — воспрепятствовать сползанию и обрушению грунтовых массивов, находящихся за пределами строительной площадки. В качестве несущих элементов шпунтового огражде­ния используют металлические трубы или сортаментные про­катные балки — швеллеры или двутавры. Расчетом устанавлива­ют расстояние между металлическими элементами и их характеристки: для труб — это длина, диаметр, толщина стенки; для балок — длина и номер их сортамента. В рассматриваемых особых условиях элементы шпунтового ограждения устанавли­вают, как правило, забуриванием, поэтому предпочтительнее использовать металлические трубы. В случае когда по расчету металлические элементы допустимо устанавливать не вплотную, в целях предотвращения провалов грунта между ними горизон­тально закладывают деревянные доски (забирку).

В зонах, где к границе строительной площадки непосредст­венно примыкают существующие сооружения, необходимо про­вести мероприятия по укреплению их подземных конструкций. На расстоянии 1...3 м от оси усиливаемого фундамента устанавливают буровую установку, с помощью которой осуществляют устройство буроинъекционных свай. Их использование связано с требованиями увеличения несущей способности существующих фундаментов, их дополнительной связи с окружающим основанием. Для этого пробуривают скважины, проходящие че­рез тело существующего фундамента, и в них под давлением нагнетают бетон. Количество свай, месторасположение, их характеристики — длина, диаметр, класс бетона — определяют расчетом.

По окончании возведения подземной части здания шпунто­вое ограждение, как правило, извлекают из грунта, его можно использовать повторно. Поэтому устройство шпунтового ограж­дения можно отнести к временным мероприятиям по укрепле­нию оснований. В отличие от шпунтов буроинъекционные сваи остаются в теле усиленных фундаментов и после окончания но­вого строительства. К постоянным мероприятиям можно отнес­ти и возведение подземной части здания с помощью выполне­ния подробно ранее рассмотренной «стены в грунте». Однако, как отмечалось, «стена в грунте» является достаточно сложным и дорогостоящим инженерным сооружением, и ее возведение является экономически целесообразным лишь в случаях круп­номасштабного или уникального строительства.

К временным мероприятиям относят решения, направлен­ные на обеспечение требуемой несущей способности фунда­ментов в процессе выполнения земляных работ и до возведе­ния подземной части нового здания. Среди наиболее часто применяемых решений можно выделить следующие:

• создание металлических или естественных контрфорсов;

• усиление фундаментов и стен подвала металлическими продольными конструкциями (обоймами);

• замораживание грунта в зоне воздействия котлована на фундамент существующего здания.

Металлические контрфорсы выполняют в виде прокатных или сварных балок, упирающихся одной стороной в фунда­ментные балки или стены подвала существующего здания, а другой — в специально подготовленные конструкции подзем­ной части возводимого здания (рис. 26.3).

Рис. 26.3. Устройство металлических контрфорсов:

1 — шпунтовое ограждение; 2 — балка; 3 — контрфорсы; 4 — мо­нолитная железобетонная стена; 5 — грунт

Для этого в процес­се выполнения земляных работ вдоль существующей стены здания грунт разрабатывают так, чтобы его оставшийся массив обеспечивал естественный контрфорс с запасом 15...20%. Да­лее расчетом устанавливают необходимое число и характери­стику контрфорсных балок. Определяют зоны их установки. В этих зонах отрывают траншеи шириной 0,5... 1,5 м в виде нис­падающей от существующего здания бермы. Опирание в фун­даментные балки или стены подвала осуществляют с помощью установленных в них закладных элементов, которые привари­вают или крепят на болтах к контрфорсным балкам.

Иногда в качестве опорной используют балку, прикрепляе­мую к балкам шпунтового ограждения, устанавливаемого вплотную вдоль стены существующего здания. На вновь воз­водимых конструкциях эти балки крепят к закладным дета­лям, предварительно установленным в несущие конструкции элементов подземной части. Чаще всего такими элементами являются фундаменты или фундаментные плиты, реже — несу­щие стены, перекрытия или колонны.

После установки контрфорсных балок грунт полностью вывозят, и они воспринимают все усилия, возникающие от су­ществующих конструкций. Затем на месте вывезенного масси­ва грунта возводят конструкции подземной части здания: фун­даменты или фундаментную плиту, колонны, плиты перекрытий, внутренние и наружные несущие стены.

Конструкции возводят в следующей последовательности: фундаментная плита, наружные стены до уровня опирания ме­таллических контрфорсных балок, внутренние стены и колон­ны. Перекрытия монтируют так, чтобы в последствии они не создавали помех при удалении контрфорсных балок. Каркас подземной части рассчитывают таким образом, чтобы он мог воспринимать нагрузку не только от вышерасположенных эле­ментов собственного здания, но и воздействия расположенных в непосредственной близости сооружений. Поэтому после воз­ведения подземной части здания необходимость в контрфорс­ных балках отпадает, их демонтируют и вывозят со строитель­ной площадки.

Укрепление фундаментов и стен подвалов существующих зданий металлическими конструкциями (обоймами) используют довольно редко и, как правило, в сочетании с каким-либо из перечисленных выше методов. Ограничение его использования связано с тем, что, во-первых, мероприятия по усилению су­ществующих конструкций при одностороннем доступе к ним со стороны подвала достаточно редко приводят к достижению требуемой несущей способности, а во-вторых, доступ к этим конструкциям со стороны существующих зданий бывает за­труднен и требует значительных дополнительных расходов. Ес­ли в процессе предварительных изысканий установлено, что реализация предполагаемого решения будет иметь позитивное значение, то поступают следующим образом.

1. Выбирают проектное решение, позволяющее обеспечи­вать несущую способность и эксплуатационную пригодность конструкций зданий при вывозе с их внешней стороны грунта. Наиболее часто применяемым решением является устройство обойм из металлических конструкций. Вдоль стены на расши­ряющихся болтах устанавливают прокатную металлическую бал­ку из стандартного сортамента, которая с помощью металличе­ских конструкций крепится к элементам фундамента или фундаментной плиты, создавая таким образом обойму, охваты­вающую фундаменты и стены подвала существующего здания.

2. Элементы металлической обоймы изготавливают в цехо­вых условиях и доставляют в разобранном виде на строитель­ную площадку. Укрупнение и соединение с существующими конструкциями фундамента и стен подвала осуществляют с по­мощью сварки и болтовых соединений.

3. После монтажа обоймы приступают к разработке и вы­возке грунта с внешней стороны усиливаемой конструкции. По окончании земляных работ возводят каркас подземной ча­сти здания, который воспринимает на себя и необходимые на­грузки от существующих сооружений.

4. Металлическую обойму разбирают, ее элементы, кото­рые могут быть использованы повторно в производственном процессе, вывозят из подвальных помещений существующего здания на склад.

Чаще используют метод установки металлических обойм в наземной части существующих зданий. Его применение не требует специального допуска в помещения, так как обоймы устанавливают с наружной стороны здания.

Закрепление грунтов оснований в зонах, расположенных между котлованом и существующими зданиями, в зависимости от физико-механических свойств грунта и требуемой степени закрепления осуществляют с помощью замораживания, цемен­тации, битумизации, химизации, термического, электрического и других искусственных способов закрепления грунтов.

На практике эти методы используют редко. Их применяют лишь тогда, когда в непосредственной близости от котлована располагаются полосы грунта длиной 3...5 м, а лишь за ни­ми — существующие здания и сооружения. В этом случае определяют характеристики грунта, затем расчетом устанавливают его требуемые характеристики по несущей способности, обеспе­чивающие эксплуатационную пригодность объектов, располо­женных вблизи строительной площадки. Используя один из перечисленных выше методов, осуществляют мероприятия, приводящие к увеличению несущей способности грунта до тре­буемой величины.

Земляные работы. После устройства шпунтового огражде­ния и набора расчетной прочности буроинъекционных свай разрешается начинать земляные работы.

Разработку котлована следует осуществлять частями, уступа­ми, начиная в тех зонах, где отсутствует примыкание существу­ющих зданий к строительной площадке. В качестве землерой­ных машин используют экскаваторы со средними и малыми ковшами вместимостью до 1 м³. По мере вывоза грунта высво­бождаются металлические трубы шпунтового ограждения. Для обеспечения противодействия давления грунта, расположенного вне площадки, трубы соединяют металлическими балками, в которые упираются раскосы в углах, расположенные на примы­кающих сторонах котлована, и распорки между противополож­ными сторонами котлована. Закончив установку раскосов и ча­стично распорок (не мешающих дальнейшим землеройным работам) на верхнем уровне котлована, приступают к разработ­ке и вывозу грунта с расположенных ниже отметок, устанавли­вая через каждые 3...5 м (в соответствии с расчетом) раскосы и распорки. По окончании вывоза грунта приступают к возведе­нию несущих конструкций здания, демонтируя постепенно снизу вверх металлические конструкции крепежа котлована.

При осуществлении земляных работ вдоль фундаментов и стен подвальных этажей существующих зданий необходимо оставлять берму, разработку которой выполняют в последнюю очередь или даже после частичного возведения подземной части нового здания, если позволяют технические условия. Такая по­следовательность обусловлена перераспределением нагрузок на основание и участием в пространственной работе не только уже существующих конструкций, но и вновь возводимых.

Грунтовую берму можно рассматривать как естественный контрфорс, выполняемый посредством неполной разработки грунта в зонах существующих зданий (рис. 26.4).

Рис. 26.4. Естественный контрфорс и железобетонная обойма:

1 — железобетонная фундаментная плита; 2 — естественный контрфорс; 3 — железобетон­ная наружная стена подвала; 4 — естественный грунт вне котлована

Ее геометри­ческие характеристики определяют расчетом, исходя из необ­ходимости обеспечения несущей способности и эксплуатаци­онной пригодности примыкающих объектов. Естественные контрфорсы целесообразно использовать в случаях, когда существующая застройка располагается вдоль одной, а в редких случаях — двух сторон котлована. Последовательность возведе­ния подземной части здания следующая.

1. Разрабатывают и вывозят грунт из пятна застройки до отметки возводимых фундаментов или фундаментной плиты, за исключением зоны, располагающейся вдоль существующей за­стройки (эта зона может располагаться полностью вдоль котло­вана или в некоторой ограниченной его части).

2. Рассчитывают размеры естественного контрфорса в виде грунтовой бермы. При этом обязательным требованием явля­ется снятие верхнего слоя бермы так, чтобы разница между ее верхом и нулевой отметкой возводимого здания составляла не менее 1 м.

3. Возводят конструкции подземной части: фундаменты, перекрытия, колонны внутренние и наружные несущие стены. Наружные несущие стены, как правило, в таких случаях вы­полняемые из монолитного железобетона, подводят вплотную к земляной берме. Укладку бетона заканчивают за 30...70 см от границы бермы на всю высоту до нулевой отметки, далее остаются только арматурные выпуски.

4. В верхних зонах стен, там где отсутствует грунт бермы, возводят участок наружной железобетонной стены, связанный с помощью арматурных выпусков с возведенным каркасом под­земной части здания. Таким образом, по периметру всего котлована образуется монолитный железобетонный пояс, жестко связанный с пространственным каркасом возводимого здания.

5. Разрабатывают и вывозят грунт естественного контрфор­са. Возводят оставшиеся конструкции подземной части здания.