ЭФФЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ВОЗВЕДЕНИЯ ЗДАНИЙ ИЗ МОНОЛИТНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА В РАЗЛИЧНЫХ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 691

Падуев К.В.

студент (магистратуры) кафедры строительных технологий,

геотехники и экономики строительства Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова

(г. Чебоксары, Россия)

Научный руководитель: Терехова О.П.

кандидат педагогических наук, доцент кафедры строительных технологий, геотехники и экономики строительства Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова

(г. Чебоксары, Россия)

ЭФФЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ВОЗВЕДЕНИЯ ЗДАНИЙ ИЗ МОНОЛИТНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА В РАЗЛИЧНЫХ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Аннотация: с увеличением количества населения во всем мире возрастает острая необходимость в увеличении объемов строительства. В связи с этим, вторым «острым» вопросом автоматически становится вопрос по нехватке земли для возведения долговечных зданий. Причина этого кроется в различности свойств грунта. Все виды грунтов, которые используют за основу зданий и сооружений, делят на следующие типы: скальные грунты, песчаные грунты, глинистые грунты, суглинки и супеси, грунты с органическими примесями, лёсс, крупноблочные грунты, плывуны, и, наконец, насыпные грунты. И, каждый тип грунта глубоко влияет на качество строительства в целом.

Поэтому вопрос по исследованию эффективных технологий строительства многоэтажных монолитных жилых домов на слабых грунтах становится как никогда актуален в современных реалиях жизни.

Ключевые слова: грунт, многоэтажные жилые дома, добавки, составы, тестирование.

Начиная с 1970 - х годов, наряду со сборным домостроением из неизменяемых конструктивных элементов, приведших к некоторому однообразию в архитектуре все большие и малые города, начинается внедрение монолитного железобетона, возводимого непосредственно на стройплощадке в индустриальных, многократно оборачиваемых опалубках.

В настоящее время в мировой практике строительства соотношение между зданиями и сооружениями из сборного и монолитного бетона складывается в пользу монолитного. Так, в США, они составляют соответственно 37 и 63%, в Англии — 32 и 68%, во Франции — 14 и 86%.

Проблема возведения монолитных многоэтажных жилых домов на сегодняшний день занимает высокое место при ее изучении на практике, а именно строительство домов на слабых грунтах.

Поэтому первостепенной задачей является анализ почв, грунтов.

Почва с хорошими прочностными показателями позволяет на ней возвести прочные здания. Земля с небольшим количеством глины также может обеспечить целостную структуру здания в будущем из-за своих механических свойств. По этой причине большинство почв не нуждаются в использовании цемента, асфальта или извести, для того чтобы затвердеть. Возведение монолитных зданий основывается, прежде всего, на передаче несущих нагрузок на железобетонные перекрытия и на колонны из железобетона, которые будут устойчивы к значительной нагрузке из монолитного бетона. Применяя этот принцип практически, получается возвести по-настоящему надежные и экологичные каркасные высотки.

Существует разнообразное количество грунтов. И чаще всего можно столкнуться с таким явлением, как «слабый грунт». И необходимо внимательно изучить такие темы, как механика грунтов и конструктивную система зданий в совокупности, чтобы обеспечить качество строительства на долгие века. Конструктивная система - это взаимосвязанное объединение горизонтальных и вертикальных (и/или несущих) конструктивных элементов здания, совместно обеспечивающие его прочностные характеристики, устойчивость и жесткость.

Горизонтальными конструкциями (перекрытиями и покрытиями здания) воспринимаются горизонтальные и вертикальные на них нагрузки и воздействия, передающие их поэтажно на вертикальные несущие конструктивные элементы.

Последними, в свою очередь, передаются эти нагрузки и воздействия основанию посредством фундаментов. Фундаменты высоток проектируются на основе опытов предпроектных тщательных и всесторонних инженерно-гидрологических и инженерно-геологических изысканий. Они дают основания для предварительного оценивания несущим способностям оснований, их осадки и их неравномерности, общая их устойчивость и осмотр производят по предусмотренным действующим нормативным документам. Кроме этого, изыскания помогают дать предварительный прогноз вероятности развития опасных процессов в основании (карстово-суффозных, оползневых и др.).

Короткие колонны обладают высокой жесткостью, что притягивает большую часть силы, действующей на многоэтажное здание. Неадекватная конструкция коротких колонн для выдерживания этих сил приведет к повреждению и разрушению при сдвиге. Такое поведение коротких колонн под действием чрезмерной силы называют эффектом коротких колонн. В связи с чем, данный эффект требует особого внимания, короткие колонны рекомендуется избегать при проектировании зданий, в особенности, в сейсмоопасных районах. Влияние коротких колонн катастрофично, так как они подвержены хрупкому разрушению при сдвиге. В некоторых зданиях либо из-за грунтовых условий, либо из-за надобности использования промежуточных балок требуется строительство коротких колонн.

Короткая колонна более жесткая в сравнении с длинной колонной, и поэтому большая часть землетрясений, действующих на здание, приходится на короткие колонны. Чем выше жесткость любой части конструкции, тем меньше его гибкость при любых деформаций соответственно. Сейсмостойкость при проектировании здания более эффективно из-за гибкости конструктивных элементов.

Чем больше жесткость, тем больше сила, необходимая для деформации. Если короткие колонны не рассчитаны на такое большое усилие, колонна будет повреждена и, следовательно, пострадает конструкция. Это называется эффектом короткой колонки.

Короткая колонна разрушается из-за разрушения при сдвиге в результате Х-образного растрескивания. Сила сдвига, создаваемая в короткой колонне, будет в 8 раз больше поперечной силы, создаваемой в длинных колоннах.

Здание, построенное на наклонной поверхности, под действием землетрясения вынуждено двигаться вместе с полом. Если присутствуют как длинные, так и короткие колонны, большая часть силы притягивается короткими колоннами и страдает больше повреждений по сравнению с длинными колоннами. Эффект короткой колонны также наблюдается в колоннах, поддерживающих чердачные перекрытия или антресольные этажи. Эти элементы добавляются между двумя существующими этажами.

Средства от эффекта короткой колонки

1. Первое возможное решение - избегать использования короткой колонки на самом этапе архитектурного проектирования.

2. Если нельзя игнорировать короткие колонны, соблюдаются особые проектные требования. Согласно кодексу АС1, для тех колонн, которые могут подвергаться воздействию коротких колонн, потребуется специальная ограничивающая арматура, называемая пластичной арматурой. Предусмотренная арматура должна распространяться на колонны ниже и выше на определенную величину, как указано в стандартах.

3. Чтобы уменьшить влияние коротких колонн на существующее здание, короткие колонны между двумя этажами должны быть разделены. Проемы закрываются возведением стены во всю высоту.

4. Если возведение стены невозможно, короткие колонны необходимо модернизировать любыми существующими методами. Это должен осуществить качественный инженер-строитель, имеющий достаточный опыт в этой области.

Выбирая технологию устройства фундаментов монолитных многоэтажных жилых зданий, необходимо помнить о том, что качество постройки здания зависит от свойств и толщины слоя слабых грунтов основания, уровня подземных вод (УПВ) . При превышении величины ожидаемой осадки или неравномерности осадок становится на порядок выше допустимых значений, и потому, в наибольшей степени эффективность технологии заключается в применении свайных фундаментов. По причине обуславливания частичного обводнения грунтов основания ими. При отсутствии тяжелых свайных молотов, обеспечивающих погружение свай до проектной отметки, и при наличии только небольших молотов, осуществление погружения свай возможно лишь через лидерные скважины. Экспериментами установлено, что если железобетонные забивные сваи при погружении начинают разрушаться, это говорит о неправильности технологий изготовления свай. А вышеописанные разработанные технологии дают возможность возвести здания, обеспечив их высокими технологичностью и эксплуатационной надежностью.

На экспериментальных объектах для возведения конструкций использовались конструкционные бетоны следующих классов В20, В22,5, В25, ВЗО, В35и В40.

Исследовано влияние химических добавок на свойства тяжелых бетонов и бетонных смесей В настоящее время в развитых странах большая часть бетона производится с обязательным использованием модифицированных добавок, физического, физико-механического или химического действия Применение модификаторов полифункционального действия позволяет целенаправленно регулировать:

- структуры бетонных смесей и бетонов,

- реологические свойства смесей,

- кинетику твердения,

- физико-механические свойства.

Причиной низкого качества и низкой прочности бетона при возведении конструкций зданий и сооружений могут быть ошибки и нарушения, допущенные на любом этапе, начиная от проектирования составов бетонов до готовой конструкции.

Как показывают исследования, процесс испарения влаги из свежеуложенного и уплотненного бетона имеет два периода, характеризуемых постоянной и падающей интенсивностью испарения Начальный период твердения характеризуется постоянной и максимальной величиной интенсивности испарения влаги из бетона В этот период интенсивность испарения с его поверхности не лимитируется внутренним массопереносом и зависит от разности парциального давления пара у поверхности бетона и в окружающей среде, т е от скорости диффузии пара в воздухе при постоянстве его парциального давления При достижении определенной влажности бетона наступает период падающей интенсивности испарения, ограниченный внутренним массопереносом и характеризуемый углублением зоны испарения и обезвоживанием бетон от периферии к центру.

Исследования влияния влагопотерь из свежего бетона на его структуру и прочностные характеристики проводились при строительстве многоэтажных монолитных зданий в г Химки Московской области Подбор состава бетонной смеси должен производится с учетом особенностей бетонируемых конструкций, условий приготовления, доставки, укладки и методов выдерживания При этом содержание воды в бетонной смеси должно быть обосновано с точки зрения обеспечения проектных прочностей для назначенных соотношений В/Ц и необходимых пластических свойств для укладки и уплотнения бетонной смеси Испарение воды из бетонной смеси и, особенно при ее излишнем содержании или при низких или очень высоких температурах, оказывает отрицательное влияние не только на прочность бетона, но и на его морозостойкость и водонепроницаемость.

Некоторые опыты показали, что кратковременное высушивание образцов в возрасте 3 суток при температуре 110°С в течение 3 часов вызывает

понижение прочности при сжатии на 28-ой день до 47% от марочной прочности аналогичное высушивание образцов в возрасте 7 и 28 сут понизило прочность бетона при сжатии соответственно до 71 и 97 % 1128 Еще большее снижение прочности при изгибе наблюдается при потере влаги Потеря воды в количестве 20-25% в возрасте 28 сут может понизить прочность образцов при изгибе на 4045%.

Проведенными исследованиями также установлено, что прочность обезвоженного бетона независимо от того, когда из него удалилась влага -сразу, до или после укладки, на 20-40% (а в отдельных случаях даже на 50%) ниже прочности бетона, твердевшего в нормальных условиях Это объясняется затуханием процессов твердения и увеличением пористости вследствие быстрого испарения из него воды.

Темпы возведения многоэтажных монолитных зданий предусматривают обязательное применение одного из методов ускорения твердения и набора прочности бетоном в конструкциях, излишек воды из бетонной смеси при любом способе выдерживания испаряется. При этом особую роль играет температура бетонной смеси, ее изменение от начала выдерживания до распалубки готовой конструкции.

При монолитном строительстве устройство различных покрытий неопалубленной поверхности бетона связано с расходом огромного количества термо- и влагоизоляционных материалов, а также со значительными трудозатратами на установку и снятие многочисленных покрытий на бетон.

Выводами выше сказанного служат:

1. Комплексные исследования проблем строительства многоэтажных монолитных зданий в стесненных условиях, на площадках со сложными инженерно-геологическими, инженерно-экологическими, гидрогеологическими условиями позволили создать комплекс эффективных технологий производства работ на различных этапах строительства, в совокупности обеспечивающих высокий уровень производительности труда за счет полной механизации

процессов и высокое качество строительной продукции за счет полного исключения технологических нарушений и дефектов.

Применение результатов исследований в процессе расчета и проектирования многоэтажных зданий, а также организация строительных работ по предложенным технологиям обеспечивает круглогодичное возведение монолитных конструкций зданий и позволяет сократить себестоимость строительных работ от 10 до 20 %, что вносит значительный вклад в развитие экономики страны.

2. Теоретически исследованы и экспериментально доказаны эффективные технологии устройства свайных оснований зданий на слабых водонасы-щенных глинистых и насыпных грунтах.

Выполненные исследования позволили обосновать и экспериментально установить технологические регламенты, комплекты машин, механизмов и оборудования, обеспечивающие качественное возведение свайных фундаментов многоэтажных монолитных зданий на слабых грунтах. Получены количественные значения ряда технологических параметров при погружении свай забивкой и вдавливанием в лидерных скважинах с учетом специфических свойств слабых грунтов оснований.

3. По результатам натурных исследований было установлено повышение несущей способности свай в слабых глинистых грунтах по сравнению с ее первоначальным значением для одиночных свай от 20 до 38 %. Прирост несущей способности свай после 30 и 60 суток «отдыха» составил 35,1, 96,4, 109,6 и 50,2, 114,5, 130,1 % соответственно для трех экспериментальных площадок.

Установлено, что увеличение несущей способности свай происходит в основном за счет увеличения сил трения по их боковой поверхности. Для глинистых грунтов с показателем текучести от 0,6 до 0,3 это увеличение достигало от 2,45 до 5,4 раза.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Абелев К.М., Шерозия З.И., Щерба В.Г. Особенности устройства фундаментов реконструируемых и пристраиваемых зданий: Учеб. пособие. М.: ГАСИС, 2002. 280 с.

2. Абелев М.Ю. Аварии фундаментов сооружений. М.: МИСИ им. В.В.Куйбышева, 1975.

3. Абелев М.Ю. Строительство промышленных и гражданских сооружений на слабых водонасыщенных грунтах. М.: Стройиздат, 1982.

4. Абелев Ю.М., Абелев М.Ю. Основы проектирования и строительства на просадочных макропористых грунтах. М.: Стройиздат, 1980.

5. Абрамкина В.Г., Курбатова И.И., Высоцкий С.А. Влияние температуры на гидратацию цемента в начальный период твердения. В сб.: Технология бетонных работ в условиях сухого жаркого климата,- М., 1979, с.97-102.

6. Абрамов B.C., Амбарцумян С.А. Методы и технические средства тепловой обработки бетона на основе применения электропроводных полимеров. М. 1998.-319 с.

7. Абрамов B.C., Данилов Н.Н., Красновский Б.М., Электротермообработка бетона. М. МИСИ им. В.В. Куйбышева, 1975. 168 с.

8. Алексеев Ю.В.,Ройтман В.М,Дмитриев А.Н.Допилин А.Н. Формирование надстроек и мансард из облегченных конструкций на кирпичных домах периода 1959 1960-х гг. - М.: 1999

9. Альтшуллер Е.М. Индустриальное домостроение из монолитного бетона. М., 1976. С. 127.

10. Апарин ИЛ, Исакович Г.А. О комплексном подходе к проблеме снижения материалоемкости в строительстве // Промышленное строительство. 1982. №7. С. 18-19.

11. Арбеньев А.С. Зимнее бетонирование с электроразогревом смеси. Промышленное строительство, 1962 №9, с. 14-17.

Paduev K.V.

Chuvash State University (Cheboksary, Russia)

Scientific advisor: Terekhova O.P.

Chuvash State University (Cheboksary, Russia)

EFFECTIVE TECHNOLOGIES FOR CONSTRUCTION OF MONOLITHIC REINFORCED CONCRETE BUILDINGS IN VARIOUS ENGINEERING AND GEOLOGICAL CONDITIONS

Abstract: with the increase in the number of people around the world, there is an urgent need to increase the volume of construction. In this regard, the second "acute" issue automatically becomes the question of the lack of landfor the construction of durable buildings.

The reason for this lies in the different properties of the soil. All types of soils that are used as the basis of buildings and structures are divided into the following types: rocky soils, sandy soils, clay soils, loams and sandy loams, soils with organic impurities, loess, large-block soils, quicksand, and, finally, bulk soils. And, each type of soil profoundly affects the quality of construction in general.

Therefore, the question of studying effective technologies for the construction of multistory monolithic residential buildings on weak soils is becoming more relevant than ever in the modern realities of life.

Keywords: soil, multi residential buildings, additives, formulations, testing.