CC BY
26
УДК 624.15
З.Г. Тер-Мартиросян*, Я.А. Пронозин, Ю.В. Наумкина
*ФГБОУВПО «МГСУ», ФГБОУВПО «ТюмГАСУ»
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫХ ОБОЛОЧЕК ПРИ УСИЛЕНИИ ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
Рассмотрен способ эффективного усиления фундаментов существующих зданий предварительно напряженными оболочками. Приведены достоинства данного метода усиления, технология устройства, расчетные предпосылки.
Ключевые слова: фундамент, оболочка, усиление, грунтовое основание, осадка, вертикальные напряжения, расчетное сопротивление, условный пригруз.
Усиление оснований и фундаментов зданий и сооружений является в настоящее время весьма актуальной инженерной задачей. Это связано с высокими темпами реконструкции и модернизации зданий, изменением инженерно-геологических условий застраиваемых территорий и т.д. Разработаны и внедрены в практику строительства и реконструкции сотни различных способов и технологий усиления оснований и фундаментов [1]. Однако, несмотря на достаточно высокую эффективность этих методов, они имеют определенные недостатки. Например, слабая контролируемость распределения зон усиления в основании дает весьма ненадежный прогноз повышения несущей способности и поведения основания под эксплуатационной нагрузкой.
Рис. 1. Железобетонная предварительно напряженная оболочка: 1 — существующие кирпичные стены подвала; 2 — кирпичный неармированный исторический пол; 3 — крупный щебень с нагнетенным ц/п раствором с повышенным сопротивлением фильтрации воды; 4 — ж/б оболочка; 5 — песок средней крупности; 6 — ж/б армированный пол подвала; 7 — гидроизоляция по горизонтальным и вертикальным поверхностям; 8 — глухой анкер
Одним из возможных способов эффективного усиления фундаментов существующих зданий является устройство предварительно напряженных бетонных оболочек (рис. 1), армированных традиционной стальной или неметаллической арматурой [2].
Достоинствами такого способа усиления являются:
отсутствие необходимости выполнения земляных работ снаружи здания, что немаловажно в плотной городской застройке;
контролируемость процесса усиления, так как оболочка является конструкцией, работающей на восприятие равномерного давления от нагнетаемой смеси между оболочкой и основанием, и рассчитывается точными методами теории оболочек;
а
30
© Тер-Мартиросян З.Г., Пронозин Я.А., Наумкина Ю.В, 2012
контролируемость расчетным путем разгрузки грунтового основания под ленточными фундаментами;
значительное увеличение расчетного сопротивления грунта под подошвой существующего фундамента за счет давления «пригруза», сформированного давлением нагнетаемой смеси под оболочками с последующим ее твердением;
независимость от существования скрытых, заброшенных коммуникаций, а также различных полостей, которые часто встречаются в исторической части старых городов;
создание противофильтрационной мембраны за счет использования гидротехнического бетона с повышенным сопротивлением фильтрации воды.
Данный метод усиления фундаментов использован авторами при реконструкции исторического здания Тюменской государственной академии искусств, культуры и социальных технологий.
Согласно источникам, это сооружение строилось в несколько этапов, начиная с конца XIX в. В 1899 г. тюменским купцом Андреем Федотовичем Аверкиевым было выстроено на углу квартала каменное двухэтажное здание с жилым верхним и торговым нижним этажами. В 1909 г. дом был увеличен по красной линии улицы Царской (ныне — Республики) аналогичным объемом. В советское время (1950-е гг.) здание было надстроено двумя этажами для размещения служб горисполкома.
Усиление кирпичных ленточных фундаментов, являющихся продолжением стен, предусмотрено по причине недостаточной несущей способности основания, т.е. превышения действующего давления на основание под подошвой фундамента его расчетного сопротивления в условиях понижения отметки уровня пола в подвале. В настоящее время при засыпке подвала и устройства в нем массивного бетонного пола, являющегося «пригрузом», давление на основание равно его расчетному сопротивлению. Критическое состояние грунтового основания обусловлено увеличением вдвое этажности здания в 1950-е гг. без мероприятий по усилению оснований и фундаментов и общим ухудшением физико-механических свойств грунтов в связи с поднятием уровня подземных вод, характерным для всей территории г. Тюмени.
Современные инженерно-геологические характеристики основания здания приведены в таблице.
Физико-механические характеристики основания
Глубина взятия пробы, м Число пластичности Ip, ед. Показатель текучести I;, Д.е. Уд. вес у, кН/м3 Коэффициент пористости е Модуль деформации Е, МПа Угол внутреннего трения ф, ° Удель ное сцепление с, МПа
0...1,8 Насыпной грунт
1,8...3,3 20 0,22 19,2 0,67 13 32 0,013
3,3.5,3 11,3 0,64 20,3 0,65 9 30 0,017
5,3.7,4 11,0 0,71 20,1 0,70 7 27 0,016
7,4.8,4 14 0,85 20,5 0,90 6 27 0,015
Усиление фундаментов предполагает устройство предварительно напряженных оболочек во внутренних помещениях подвала (см. рис. 1).
Заанкеренные в тело кирпичных фундаментов опорные части оболочек при закачивании под давлением высокоподвижного гидрофобного раствора в подоболочечное пространство, сформированное крупным щебнем, разгружают грунтовое основание под кирпичными фундаментами и передают часть нагрузки от здания на ранее ненагружен-ные участки основания под помещениями. Кроме того, создание давления под оболочками формирует условный «пригруз» и тем самым способствует повышению несущей
ВЕСТНИК МГСУ
2/2012
способности основания под кирпичными фундаментами. Зависимость расчетного сопротивления грунта Я от пригруза 9 представлена на графике (рис. 2). 0,6 ■
0,55 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2
0
0,01
0,02
0,03 0,04 Пригруз д, МПа Рис. 2. Зависимость Я от пригруза 9
0,05
0,06
0,07
В настоящее время в условиях засыпанного грунтом и обетонированного подвала расчетное сопротивление грунта под подошвой Я = 0,53 МПа, при этом среднее давление под подошвой наружного фундаментарст, = 0,51 Мпа = Я. При удалении бетонного пола и откопке грунта для получения полезной площади в подвале на глубину к = 0,9 м расчетное сопротивление под подошвой понижается до величины Я = 0,42 Мпа < рср. С использованием зависимости, приведенной на рис. 2, в проектном решении назначено давление растворной смеси р = 0,05 МПа для увеличения Я до величины 0,55МПа, а среднее давление под подошвой существующего ленточного фундамента уменьшается за счет передачи нагрузки на основание под оболочкой до величины 0,34 МПа.
Для оценки существующего напряженно-деформированного состояния грунтового основания и прогноза взаимодействия усиленных предварительно напряженными оболочками ленточных фундаментов с основанием был проведен расчет в программном комплексе Р1ах18 8.2. Расчет проводился поэтапный для всех стадий жизненного цикла здания: отрыв котлована, строительство первоначального двухэтажного объема здания, последующая надстройка двух этажей, засыпка подвала — существующее состояние здания; удаление засыпки подвала до исторического пола, устройство усиления в виде предварительно напряженных оболочек — прогнозируемое состояние. Для каждого этапа были получены картины напряженного и деформированного состояния, анализ которых показал, что осадка фундамента под наружными стенами, для которых проводился предварительный расчет, до усиления составляет 23,5 см, после усиления — 22,0 см (рис. 4). Вертикальные напряжения под подошвой ленточного фундамента до усиления составляют 0,55 МПа, после усиления — 0,33 МПа, в то время как под оболочками они возрастают на 0,047 МПа, что свидетельствует о вовлечении оболочек усиления в работу и разгрузки основания под подошвой ленточного фундамента (рис. 3).
По сравнению с инъекционными технологиями данный вид усиления позволяет в среднем в 1,5 раза снизить стоимость работ. Так, удельная стоимость работ по усилению фундаментов с помощью оболочек составила менее 500 р. на 1 м2 площади здания. При этом здание в процессе производства всех видов работ по усилению фундаментов функционирует без ограничений с использованием под вспомогательные строительные процессы лишь заднего закрытого двора.
32
ЯБН 1997-0935. УвзШк MGSU. 2012. № 2
Рис. 3. Схема распределения вертикальных напряжений после усиления предварительно напряженными оболочками (стадия 6)
-50 л
-250
Рис. 4. График зависимости осадки наиболее нагруженного фундамента от стадий загружений: 0-1 — отрыв котлована; 1-2 — строительство 2-этажного здания; 2-3 — надстройка дополнительных 2 этажей; 3-4 — засыпка подвала; 4-5 — удаление засыпки; 5-6 — усиление оболочками
Библиографический список
1. Мангушев P.A. Современные свайные технологии. М. : Изд.-во АСВ, 2007.
2. Пат. 2380483 Российская Федерация, МПК Е 02 D 27/00. Фундамент/ Я.А. Пронозин, Р.В. Мельников. № 2008124706/03; 2008, Бюл. № 3.
Поступила в редакцию в январе 2012 г.
Об авторах: Тер-Мартиросян Завей Григорьевич — доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, заведующий кафедрой механики грунтов, оснований и фундаментов, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», Москва, 129337, Ярославское шоссе, 26, 8(499)261-59-88, mgroif@mail.ru;
Пронозин Яков Александрович — кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой строительного производства, оснований и фундаментов, ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет», 625000, Тюмень, Луначарского, 2, 8(3452) 43-39-26, pronozin@tgasu.ru;
ВЕСТНИГ 2/2012_
Наумкина Юлия Владимировна — аспирантка, ассистент кафедры строительных конструкций, ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет», 625000, Тюмень, Луначарского, 2, 8(3452) 43-49-92, pronozin@tgasu.ru.
Для цитирования: Тер-Мартиросян З.Г., Пронозин Я.А., Наумкина Ю.В. Использование предварительно напряженных оболочек при усилении ленточных фундаментов // Вестник МГСУ. 2012. № 2. С. 30—34.
Z.G. Ter-Martirosjan, Ja.A. Pronozin, Ju.V. Naumkina
APPLICATION OF PRESTRESSED SHELLS TO STRENGTHEN STRIP FOUNDATIONS
Effective method of strengthening of foundations of existing buildings by pre-stressed shells is considered in the paper. Advantages of the proposed strengthening method, its production technology and pre-conditions of its analysis are also presented. Presently, strengthening of ground foundations and foundations of buildings and structures is a relevant civil engineering challenge. It is driven by high intensity of restructuring and modernization of buildings and alteration of geological engineering conditions of the areas that are being built up. One of effective methods of strengthening of foundations of existing buildings represents arrangement of pre-stressed concrete shells with conventional steel or metal-free reinforcement. If compared with injection-based technologies, the proposed reinforcement method reduces the cost of construction work by 1.5 times, on average. Therefore, the per-unit cost of shell-based reinforcement of foundations is under 500 Russian roubles per 1 sq. m. of the building floor area. It is noteworthy that no restrictions are imposed on the operation of the building in the course of the above reconstruction, as the secluded backyard is the sole area that accommodates supplementary construction operations.
Key words: foundation, shell, reinforcement, ground foundation, settlement, vertical stresses, design resistance, conditional cantledge.
References
1. Mangushev R.A. Sovremennye svajnye tehnologii [Contemporary Pile Technologies]. Moscow, ASV, 2007.
2. Patent 2380483 of the Russian Federation, MPK E 02 D 27/00. Foundation/ Ja.A. Pronozin, R.V. Mel'nikov. № 2008124706/03; 2008, Bulletin # 3.
About the authors: Ter-Martirosjan Zaven Grigor'evich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Distinguished Scholar of the Russian Federation, Head of Department of Soil, Ground Foundation and Foundation Mechanics, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Jaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russia, 8 (499) 261-59-88, mgroif@mail.ru;
Pronozin Jakov Aleksandrovich — Candidate of Technical Sciences, Associated Professor, Head of Department of Building Processes, Ground Foundations and Foundations, Tjumen' State University of Civil Engineering and Architecture, 2 Lunacharskogo St., Tjumen, 625000, Russia, 8 (3452) 43-4992, pronozin@tgasu.ru;
Naumkina Julija Vladimirovna — postgraduate student, Department of Building Structures, Tjumen' State University of Civil Engineering and Architecture, 2 Lunacharskogo St., Tjumen, 625000, Russia, 8 (3452) 43-49-92, pronozin@tgasu.ru.
For citation: Ter-Martirosjan Z.G., Pronozin Ja.A., Naumkina Ju.V. Ispol"zovanie predvaritel"no napr-jazhennyh obolochek pri usilenii lentochnyh fundamentov [Application of Prestressed Shells to Strengthen Strip Foundations]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering], 2012, Issue # 2, pp. 30—34.
34
ISSN 1997-0935. Vestnik MGSU. 2012. № 2
