Научная статья на тему 'Анализ проектов закрепления грунтовых оснований при строительстве зданий образовательных учреждений в Ростовской области'

Анализ проектов закрепления грунтовых оснований при строительстве зданий образовательных учреждений в Ростовской области Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
327
46
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
CEMENTATION / INJECTOR / SOIL / CONSOLIDATION / FOUNDATION / SOIL PILES / RETAINING WALLS / SEDIMENT / SUBSIDENCE / DEFORMATION / ЦЕМЕНТАЦИЯ / ИНЪЕКТОР / ГРУНТ / ЗАКРЕПЛЕНИЕ / ФУНДАМЕНТ / ГРУНТОВЫЕ СВАИ / ПОДПОРНЫЕ СТЕНКИ / ОСАДКА / ПРОСАДКА / ДЕФОРМАЦИЯ

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Прокопов А.Ю., Евлахова Е.Ю., Михайлов А.А., Иванова А.В., Матвеев М.С.

Выполнен анализ проектов закрепления грунтовых оснований, являющихся составными частями проектов нового строительства зданий образовательных учреждений в Ростовской области в 2016-18 гг. На примере строительства школ в гг. Ростове-на-Дону, Таганроге, Шахтах, Новочеркасске, Аксае и с. Чалтырь рассмотрены основные технические и технологические решения по закреплению грунтов, принимаемые в зависимости от инженерно-геологических условий площадок строительства.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Прокопов А.Ю., Евлахова Е.Ю., Михайлов А.А., Иванова А.В., Матвеев М.С.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Analysis of hardening projects of soil foundations in the construction of buildings of educational institutions in the Rostov region

The analysis of the projects for securing the soil foundations, which are part of the new construction projects of educational institutions in the Rostov region in 2016-18, is carried out. On the example of the construction of schools in the cities of Rostov-on-Don, Taganrog, Shakhty, Novocherkassk, Aksai and the village of Chaltyr, the main technical and technological solutions for soil consolidation are considered, depending on the engineering and geological conditions of the construction sites

Текст научной работы на тему «Анализ проектов закрепления грунтовых оснований при строительстве зданий образовательных учреждений в Ростовской области»

Анализ проектов закрепления грунтовых оснований при строительстве зданий образовательных учреждений в Ростовской области

А.Ю. Прокопов, Е.Ю. Евлахова, А.А. Михайлов, А.В. Иванова, М.С. Матвеев Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону

Аннотация: Выполнен анализ проектов закрепления грунтовых оснований, являющихся составными частями проектов нового строительства зданий образовательных учреждений в Ростовской области в 2016-18 гг. На примере строительства школ в гг. Ростове-на-Дону, Таганроге, Шахтах, Новочеркасске, Аксае и с. Чалтырь рассмотрены основные технические и технологические решения по закреплению грунтов, принимаемые в зависимости от инженерно-геологических условий площадок строительства. Ключевые слова: цементация, инъектор, грунт, закрепление, фундамент, грунтовые сваи, подпорные стенки, осадка, просадка, деформация.

Правительством Ростовской области принята и в настоящее время реализуется Программа «Создание в Ростовской области новых мест в общеобразовательных организациях в соответствии с прогнозируемой потребностью и современными условиями обучения на 2016 - 2025 годы» (утверждена Постановлением Правительства Ростовской области от 31.12.2015 № 234). В рамках реализации указанной Программы предусмотрено как выполнение капитальных ремонтов и реконструкции действующих школ, так и строительство новых общеобразовательных учреждений, отвечающих современным санитарно-эпидемиологическим требованиям, строительным и противопожарным нормам и обеспечивающих возможность организации всех видов учебной деятельности в одну смену, безопасность и комфортность условий обучения.

Всего за период 2016 - 2025 гг. Программой предусмотрено проектирование и строительство 71 новой школы и 59 отдельных зданий блоков школ на 100 или 200 мест. Одновременно с этим будут постепенно выводиться из эксплуатации школы, построенные в середине прошлого века и ранее, имеющие значительный физический и моральный износ.

Строительство в Ростовской области зачастую ведется в сложных инженерно-геологических условиях, характеризующихся наличием просадочных грунтов I или II типа. Для обеспечения эксплуатационной надежности зданий и сооружений на таких грунтах, согласно действующим нормам, требуется разрабатывать и реализовывать проекты усиления (упрочнения, закрепления) грунтовых оснований [1 - 7].

Целью настоящей статьи является анализ проектных решений по закреплению грунтов и обеспечению устойчивости оснований, принятых при проектировании зданий новых школ в Ростовской области в 2016-18 гг. и прошедших государственную экспертизу. Для анализа приняты проекты 6 новых школ в гг. Ростове-на-Дону, Таганроге, Шахтах, Новочеркасске, Аксае и с. Чалтырь, строительство которых планируется или уже ведется в настоящее время (табл. 1).

Проектные решения по закреплению грунтов основания, описанные в табл. 1, были приняты в зависимости от следующих основных факторов:

- конструктивных особенностей здания, включая подземную часть;

- типа и параметров фундаментов (конструкции и глубины заложения);

- передаваемых на грунт нагрузок от здания;

- характеристик грунтов основания, в т.ч.: пористости, влажности, относительной просадочности, начального просадочного давления, мощности и глубины слоев, обладающих просадочными свойствами;

- особенностей рельефа местности, наличия оползневой опасности;

- уровня грунтовых вод и прогноза его изменения;

- потенциальных источников водонасыщения просадочных грунтов.

Рассмотрим влияние указанных факторов на проектные решения на

конкретных примерах.

N Инженерный вестник Дона, №4 (2018) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n4y2018/5443

Таблица №1

Инженерно-геологические условия площадок и проектные решения по

закреплению оснований при строительстве новых школ в Ростовской области

Наименование, расположение проектируемого учреждения, год проектирования Основные архитектурно-строительные решения, тип фундаментов Особенности инженерно-геологических условий Основные проектные решения по закреплению (усилению) грунтового основания

Строительство средней общеобразовательной школы в Восточном жилом районе г. Новочеркасска, 2016 г. Здание школы четырехэтажное, каркасного типа, состоящее из 4 блоков, с размерами 12,9*125,9 м, 30,2x57,0 м, 30,0*60,1 м и 37,0*48,0 м. Фундамент -монолитные ж.-б. плиты с глубиной заложения 1,5 -2,5 м. В проектируемый комплекс входят переходные галереи №1, 2 и котельная с дымовой тубой. Фундаменты опор переходных галерей -плиты, дымовой трубы -столбчатый с размерами подошвы 4,2*4,2 м. Просадочные суглинки до глубины 4,1-5,6 м (I тип) с модулем деформации в естественном состоянии 12,9 МПа, при водонасыщении - 4,2 МПа. Уровень грунтовых вод (УГВ) - 6,4-7,6 м Армирование основания цементно-песчаным раствором по технологии [8], включая бурение скважин 0 70-80 мм, инъецирование раствора под давлением 0,2 МПа на всю глубину просадочной толщи через гибкие инъекторы и погружение в заполненную скважину рабочей арматуры АШ диаметром 12 мм.

Строительство школы на 1000 мест в 8,10-м строительном квартале г. Аксая, 2016 г. Здание школы 4-х этажное, каркасного типа, состоящее из 4-х блоков, с размерами 12,9*125,9 м, 30,2*57,0 м, 30,0*60,1 м и 37,0*48,0 м. Тип фундамента -монолитные ж/б плиты к = 600 мм с глубиной заложения - 1,5-2,5 м. Просадочные суглинки и супеси до глубины 12,9-14,9 м (II тип), ниже -непросадочные глины. УГВ -19,0-22,0 м Армирование основания цементно-песчаным раствором по технологии [8], в 3 этапа - на глубину под подошвой фундаментов: 0 - 4,0 м; 4,0 - 8,0 м и 8,0 - 11,4 (12,9) м.

Строительство общеобразовательной организации вместимостью 1340 учащихся по адресу: Ростовская область, г. Таганрог, ул. Галицкого, 49-б, 2017 г. Здание общеобразовательной школы включает в себя четыре блока, соединенных переходными коридорами. Конструктивная схема здания - каркасная. Фундаменты - монолитные железобетонные плиты с глубиной заложения 2,5-3,5 м. Просадочные суглинки до глубины 16,6-17,8 м (II тип), ниже - непросадоч-ные суглинки и глины. Грунтовые воды до 24 м не вскрыты. Армирование основания цементно-песчаным раствором по технологии [8], в 3 этапа - на глубину под подошвой фундаментов: 0 - 5,0 м; 5,0 -10,0 м и 10,0 - 14,0 (16,0) м. Сетка скважин 1300*1300 мм. Раствор 1:2:1 (цемент-песок-вода) по весу

Окончание таблицы №1

Наименование, расположение проектируемого учреждения, год проектирования Основные архитектурно-строительные решения, тип фундаментов Особенности инженерно-геологических условий Основные проектные решения по закреплению (усилению) грунтового основания

Строительство школьного комплекса на 1100 мест в г. Ростове-на-Дону (микрорайон «Красный Аксай»), 2017 г. 4 блока, соединенные переходными галереями и расположенные на 2 разноуровневых террасах: блоки 1, 2 и 4 - на нижней террасе (абс. отм. 30,45 м), блок 3 (начальная школа), спортивные и игровые площадки - на верхней (абс. отм. 39,30 м). Геологический разрез сверху вниз: техногенные грунты, легкая глина, песок мелкий, известняк-ракушечник. УГВ - в известняках и кровле песков 10,5-15,1 м. Просадочные грунты отсутствуют Подпорная стена (ПС), длиной 110,2 м, разделяет участки с перепадом отметок 9 м. ПС из 112 БНС 0800 мм, длиной 12 м. Шаг установки свай - 8001000 мм. объединены монолитным ж.-б. ростверком шириной 1000 мм. Поверх ростверка - монолитная ж.-б. стена высотой 4 м и толщиной 400 мм

Строительство школы на 600 мест в с. Чалтырь Мясниковского района, 2018 г. Два блоками: 3-этажный учебный блок А и 2, 3-этажный спортивно-вспомогательный блок Б. Наибольший размер здания 90,10x68,00 м (в осях). Конструктивная схема здания - рамно-связевой ригельный каркас из монолитного железобетона с несущими стенами. Фундаменты сплошная монолитная ж.-б. плита толщиной 500 мм из бетона кл. В20, W4, Б75 Суммарная мощность просадочной толщи 14,917,0 м. Просадка от собственного веса 10,5818,94 см. Тип грунтовых условий по просадочности - второй (II) Цементация просадочных грунтов основания только на глубину «сжимаемой толщи» - 9 м, тремя заходками по 3 м. Комплекс водозащитных и конструктивных мероприятий.

Строительство здания начальной школы на 100 мест, расположенной по адресу: Ростовская область, г. Шахты, ул. Дачная, 202-а, 2018 г. Здание - одноэтажное, сложной формы в плане с размерами в осях 62,22x65,0 м, актовый и спортивный залы отделены от здания деформационными швами. Конструктивная схема здания - несущие продольные кирпичные стены. Фундамент монолитная ж.-б. лента толщиной 400 мм Суглинок до глубин 3,0-4,2 м -сильно-просадочный, от 4,2 до 7,0 м -слабо-просадочный Тип грунтовых условий по просадочности -I. УГВ от 3,7 до 7,8 м. Глубинное уплотнение грунтовыми сваями на глубину 6 м ниже подошвы фундамента, пробуренными по сетке сваи в пределах 900x750 мм. Диаметр скважин - 180 мм. Достижение pd не менее 1,65 г/см3, а в теле грунтовой сваи до 1,75 г/см3.

Типовые проекты современных школ предусматривают 3 - 4 отдельных блока, включающих учебные классы, мастерские, спортивный и актовый залы, плавательный бассейн и др., объединенные, как правило, переходными галереями.

Такие архитектурно-строительные решения были приняты при проектировании школ на 1000, 1100 или 1340 мест в гг. Ростове-на-Дону, Таганроге, Новочеркасске и Аксае. Для трех последних площадок характерны просадочные грунты, залегающие непосредственно в основании фундаментов, при этом их мощность составляет: 4,1-5,6 м при I типе грунтовых условий по просадочности (г. Новочеркасск); 12,9-14,9 м при II типе (г. Аксай) и 16,6-17,8 м также при II типе (г. Таганрог). Для обеспечения эксплуатационной надежности зданий указанных школ во всех трех случаях были приняты фундаментные железобетонные плиты с глубиной заложения от 1,5 до 3,5 м на основании, закрепленном методом армирования цементно-песчаным раствором через гибкие инъекторы [8]. Отличие заключалось лишь в выборе количества этапов закрепления, величины заходок цементации по глубине, составлявшей от 3 до 5 м и расчетного объема нагнетаемых составов, определяемого итоговые характеристики закрепленного грунта.

Отличительной особенностью проектирования школы в микрорайоне «Красный Аксай» г. Ростова-на-Дону является пересеченный рельеф местности, с разницей высотных отметок более 9 м, что потребовало террасирования территории и размещения отдельных блоков на разных по высоте площадках. Во избежание активизации оползневых процессов проектом было предусмотрено устройство мощной протяженной подпорной стенки из буронабивных свай, объединенных единым монолитным ростверком и разделяющей разноуровневые площадки. Благодаря отсутствию в основании фундаментов просадочных грунтов и залеганию

скальных грунтов (известняков) на сравнительно небольшой глубине, дополнительных мероприятий по закреплению грунтов не потребовалось.

Проектирование двух блоков 2-3-этажной школы на 600 мест в с. Чалтырь Мясниковского района также усложнялось значительной мощностью просадочных грунтов (до 17 м) и наличием II типа грунтовых условий по просадочности. В качестве фундамента была принята монолитная железобетонная плита толщиной 500 мм. Традиционный подход к проектированию закрепления грунта на всю просадочную толщу приводил к повышенным материальным затратам. Соответствующими расчетами было доказано, что закрепление всей толщи экономически нецелесообразно при отсутствии подъёма воды снизу и реализации комплекса мероприятий водозащитных и конструктивных. Поэтому принято решение о закреплении грунта на толщину Н81,р, определяющую верхнюю (деформируемую) зону просадки ^р от нагрузки фундамента, согласно п. 6.3.1 СП 21.13330.2016. Проектом также был предусмотрен комплекс водозащитных мероприятий (компоновка генплана и вертикальная планировка, обеспечивающая быстрый отток поверхностных вод, прокладка коммуникаций по второму типу с контролем за утечками, устройство уширенных отмосток и т. п.), выполняемых с целью снижения вероятности замачивания грунтов основания, исключения интенсивного замачивания на всю просадочную толщу и полного проявления просадки грунта от собственного веса, контроля за состоянием водонесущих коммуникаций, обеспечения своевременного устранения источников замачивания. В качестве конструктивного мероприятия реализована жёсткая конструктивная схема в виде полного каркаса на плитном фундаменте.

Заслуживает также отдельного внимания проект упрочнения грунтового основания при строительстве начальной школы на 100 мест в г. Шахты. В сложившихся инженерно-геологических и гидрогеологических

условиях (табл. 1), а также с учетом небольшого давления под подошвой фундамента было обосновано применение метода усиления основания грунтовыми сваями, обеспечивающего создание однородного массива грунта и преобразование его строительных свойств грунтов в соответствии с пунктом 5.9.3 СП 22.13330.2011. Применение грунтовых свай в водонасыщенных грунтах подтверждается нормативной документацией, где они рекомендуются также в качестве противофильтрационной завесы (при плотности скелета pd > 1,75 г/см ), а также из опыта строительства, на площадках юга России [9, 10]. Независимо от исходных условий площадки строительства предусматривается пробное уплотнение для контроля качества уплотнения и требуемых физико-механических свойств усиленного массива, в случае отклонений вносятся корректировки в проект.

Применение данного метода при одинаковой длине грунтовых свай для всех фундаментов обеспечивает создание уплотненного массива с едиными физико-механическими свойствами, что позволяет избежать значительных разностей осадок и возникновение просадки.

Выполненный анализ подтверждает возможность проектирования, экономическую эффективность и безопасность строительства зданий школ в условиях просадочных грунтов Ростовской области при комплексном учете инженерно-геологических, гидрогеологических, техногенных факторов, и использовании передового опыта в области техники и технологии упрочнения и закрепления грунтовых массивов.

Литература

1. Мартыненко И.А., Прокопова М.В., Капралова И.А. Реконструкция зданий, сооружений и застройки. - Ростов н/Д.: РГУПС, 2017. - 221 с.

2. Дежина И.Ю. Выбор метода преобразования лессовых грунтов Ростовской области с учетом различных факторов// Инженерный вестник Дона, 2013, №3, URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2013/1945.

3. Новоженин В.П., Карлина И.Н. Влияние температуры грунта на степень его химического закрепления// Инженерный вестник Дона, 2013, №4, URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2068.

4. Черный А.Т. Исследование и разработка эффективных методов контроля качества силикатизации лессовых грунтов: дис. канд. техн. наук: 05.23.02. Ростов-на-Дону, 1981. 198 с.

5. Prokopov A., Prokopova M., Rubtsova Ya. The experience of strengthening subsidence of the soil under the existing building in the city of Rostov-on-Don // MATEC Web of Conferences. Vol. 106. 2017. URL: doi.org/10.1051/matecconf/201710602001

6. Dolzhikov P., Prokopov A., Akopyan V. Foundation Deformations Modeling in Underworking and Hydroactivated Rocks// Advances in Intelligent Systems and Computing. Vol 692. 2018. URL: doi.org/10.1007/978-3-319-70987-1_69

7. Голованов А.М. Исследование однорастворного способа силикатизации лессовых грунтов и возможностей повышения его эффективности: дис. канд. техн. наук: 05.23.02. Ростов-на-Дону, 1970. 234 с.

8. Армированное основание: патент 83258 РФ: МПК E02D5/66 / А.Г. Чернявский; заявл. 24.07.2008; опубл. 27.05.2009.

9. Галай Б.Ф. Рекомендации по проектированию и устройству буронабивных грунтовых свай, изготовленных шнековым способом в просадочных и слабых грунтах. - Ставрополь: СКФУ. 2016. 96 с.

10. Галай Б.Ф., Стешенко Д.М., Галай Б.Б. Новые методы подготовки оснований в сложных инженерно-геологических условиях Северного Кавказа // Вестник СевКавГТУ. 2008. № 2(15). С. 40-46.

References

1. Martynenko I.A., Prokopova M.V., Kapralova I.A. Rekonstruktsiya zdaniy, sooruzheniy i zastroyki [Reconstruction of buildings, structures and development]. Rostov-on-Don: RGUPS, 2017. 221 p.

2. Dezhina I.Yu. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2013/1945

3. Novozhenin V.P., Karlina I.N., Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2068

4. Chernyj A.T. Issledovanie i razrabotka ehffektivnyh metodov kontrolya kachestva silikatizacii lessovyh gruntov [Research and development of effective quality control methods for the silicatization of loess soils]. Rostov-on-Don, 1981. 198 p.

5. Prokopov A., Prokopova M., Rubtsova Ya. MATEC Web of Conferences. Vol. 106. 2017. URL: doi.org/10.1051/matecconf/201710602001

6. Dolzhikov P., Prokopov A., Akopyan V. Advances in Intelligent Systems and Computing. Vol 692. 2018. URL: doi.org/10.1007/978-3-319-70987-1_69

7. Golovanov A.M. Issledovanie odnorastvornogo sposoba silikatizacii lessovyh gruntov i vozmozhnostej povysheniya ego ehffektivnosti [Study of one-solution method of silicatization of loess soils and possibilities for increasing its effectiveness]. Rostov-on-Don, 1970. 234 p.

8. Reinforced base: RF patent 83258: IPC E02D5 / 66 / A.G. Chernyavsky; declare 07.24.2008; publ. 27.05.2009.

9. Galay B.F. Rekomendacii po proektirovaniyu i ustrojstvu buronabivnyh gruntovyh svaj, izgotovlennyh shnekovym sposobom v prosadochnyh i slabyh gruntah [Recommendations for the design and construction of bored soil piles manufactured by the screw method in subsiding and weak soils]. Stavropol, 2016. 96 p.

10. Galay B.F., Steshenko D.M., Galay B.B. Vestnik SevKavGTU. 2008. №2 (15). Pp. 40-46.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.