CC BY
18Крупнопанельное домостроение
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
УДК 624:711.1
Н.С. СОКОЛОВ1, канд. техн. наук, директор ([email protected]); А.Г. СУЧКОВА2, инженер; С.Н. СОКОЛОВ1, инженер, зам. директора по науке, А.Н. СОКОЛОВ1, инженер, зам. директора по производству
1 ООО НПФ «ФОРСТ» (428000, Россия, Чувашская Республика, г. Чебоксары, ул. Калинина, 109а) 2 Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова (428015, Россия, Чувашская Республика, г. Чебоксары, Московский пр., 15)
Геотехнические технологии приспособления застраиваемых зданий к условиям старой застройки
Строительство зданий и сооружений в стесненных условиях требует особого подхода. Возникает ряд строительных проблем, связанных с сохранением эксплуатационной надежности ранее возведенных объектов. Это особенно актуально для случаев, когда сохраняемые здания имеют ограниченную несущую способность и в то же время их нельзя исключить из технологического процесса. Новое строительство, восстановление или реконструкция объектов старой застройки с последующим гармоничным включением их в единый технологический цикл является важной задачей любого геотехнического строительства.
Ключевые слова: стесненные условия, буроинъекционная свая, электроразрядная технология (ЭРТ), водонасыщенные грунты, несущая способность свай по грунту.
Для цитирования: Соколов Н.С., Сучкова А.Г., Соколов С.Н., Соколов А.Н. Геотехнические технологии приспособления застраиваемых зданий к условиям старой застройки // Жилищное строительство. 2017. № 3. С. 62-67.
N.S. SOKOLOV1, Candidate of Sciences (Engineering), Director ([email protected]); A.G. SUCHKOVA2, Engineer; S.N. SOKOLOV1, Engineer, Deputy Director for research, A.N. SOKOLOV1, Engineer, Deputy Director for production 1 OOO NPF "FORST" (109a, Kalinina Street, Cheboksary, 428000, Chuvash Republic, Russian Federation 2 Chuvash State University Named After I. N. Ulyanov (5, Moskovsky Avenue, Cheboksary, 428015, Chuvash Republic, Russian Federation)
Geo-Technical Technologies of Adaptation of Buildings under Construction to Conditions of Old Development
The construction of buildings and structures under constrained conditions requires a special approach. There are a number of construction problems associated with maintaining the operational reliability of previously constructed objects. This is especially true for cases when preserved buildings have limited bearing capacity and at the same time they cannot be excluded from the technologic process. New construction, renovation and reconstruction of old buildings with subsequent harmonious inclusion in the single technological cycle is an important problem of any geo-technical construction.
Keywords: constrained conditions, bored-injection piles, electric-discharge technology (EDT), water-saturated soil, bearing capacity of piles regarding soil.
For citation: Sokolov N.S., Suchkova A.G., Sokolov S.N., Sokolov A.N. Geo-technical technologies of adaptation of buildings under construction to conditions of old development. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2017. No. 3, pp. 62-67. (In Russian).
Возведение объектов в сложных инженерно-геологических, а также стесненных условиях предполагает разработку и внедрение нестандартных подходов и методов геотехнического строительства [1-3]. Необходимо предусматривать технологические мероприятия, предотвращающие возможные аномальные процессы в основаниях существующих зданий и сооружений в зоне геотехнического влияния. Эти процессы могут проявляться в основном в виде их неравномерных деформаций [4-5]. Возможные причины таких последствий: понижение уровня подземных вод вследствие отрытия котлована; подъем уровня подземных вод из-за устройства водонепроницаемых ограждений котлованов («стена в грунте», стальные шпунтовые стены Ларсена, сплошная зацементированная стена по технологии Get Grouting и т. д.); нагрузки от вновь возводимого объекта [6-13].
При проектировании объектов следует учесть все эти негативные факторы.
В настоящей работе рассматриваются некоторые случаи решения этих вопросов с участием авторов этой статьи.
62| -
Нижеперечисленные объекты можно подразделить на следующие группы.
Первая группа: восстанавливаемые аварийные или ограниченно работоспособные действующие здания,
планируемые к включению в единый технологический цикл с вновь застраиваемым сооружением. В рассматриваемом случае использованы геотехнические технологии, обеспечивающие устойчивость стенок котлована вновь застраиваемого восьмиэтажного торгового здания.
В геоморфологическом отношении площадка строительства приурочена ко II надпойменной террасе р. Оки. Рельеф спокойный. Отметки поверхности земли колеблются от 76 до 76,5 м.
В геологическом отношении до глубины -8 м площадка представлена следующими инженерно-геологическими элементами (ИГЭ): ИГЭ 1 - tQIV - насыпные грунты. Суглинки темно-серые мягкопластичной и текучепластичной консистенции, с прослоями супеси и песка, с включением щебня кирпича (до 20-25%), остатков древесины. Мощность слоя 2,5-2,7 м; ИГЭ 2 - аЩа - суглинки тугопла-
^^^^^^^^^^^^^ |3'2017
Научно-технический и производственный журнал
Л
Рис. 1. Схема усиления основания фундаментов существующего трехэтажного здания с помощью буроинъекционных свай ЭРТ: 1 — насыпной грунт; 2 — песок пылеватый; 3 — песок мелкий; 4 — песок средней крупности
3'2017
63
Крупнопанельное домостроение
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
Рис. 2. Фрагмент узла включения существующего трехэтажного здания в единый технологический цикл с вновь застраиваемым объектом: 1 — ограждение котлована из буроинъекционных свай ЭРТ; 2 — монолитный железобетонный обвязочный пояс; 3 — бу-роинъекционные сваи ЭРТ свайного поля
стичные, реже мягкопластичные. Мощность слоя 0,4-0,8 м; ИГЭ 3 - аЩш - пески пылеватые, средней плотности сложения, влажные, ниже уровня грунтовых вод водонасыщен-ные. Пески серовато-коричневые, желтовато-коричневые и
светло-серые с линзами и тонкими прослойками суглинка. Вскрытая мощность 4,5-5 м; ИГЭ 4 - аЩш - пески средней крупности, плотные, насыщенные водой. Водовмещающи-ми грунтами служат пески пылеватые.
Физико-механические свойства грунтов основания приведены в таблице.
Вновь возводимый семиэтажный каркасный объект общественного назначения, имеющий в плане четверти круга, запроектирован на свайно-плитном фундаменте. В качестве типа свай на основании технико-экономического сравнения выбрана буроинъекционная свая, изготавливаемая по разрядно-импульсной технологии (сваи ЭРТ). Выбор сваи ЭРТ обусловлен стесненностью строительной площадки, а также необходимостью вовлечения существующего трехэтажного кирпичного бескаркасного здания в единый технологический цикл. Следует отметить, что отметка заложения подошвы существующего фундамента выше подошвы ростверка свайно-плитного фундамента на 3,5 м (рис. 1). В связи с этим запроектированы: подпорная стена из буроинъекционных свай ЭРТ и сваи ЭРТ усиления (рис. 2, 3), поверху которых возведен монолитный железобетонный пояс, объединяющий оголовки свай ЭРТ и одновременно являющийся опорой монолитного железобетонного перекрытия.
№ слоя Наименование элемента Плотность, г/см3 Угол внутреннего трения Удельное сцепление, кПа Модуль деформации, МПа
1 Насыпной грунт. Расчетное сопротивление R0, кПа 80 - - -
2 Песок пылеватый, средней плотности, плотный, насыщенный водой о о 30 33 4 5 19 25
3 Песок мелкий, средней плотности, плотный, насыщенный водой 2 2,05 32 34 2 3 27 35
4 Песок средней крупности, плотный, насыщенный водой 2,07 38 2 41
Примечание. Над чертой: а = 0,95; под чертой: а = 0,85.
Рис. 3. Свайное поле из свай ЭРТ застраиваемого здания рядом с существующим трехэтажным объектом: 1 — существующее трехэтажное здание; 2 — подпорная стена ограждения котлована из свай ЭРТ с монолитным железобетонным обвязочным поясом
Научно-технический и производственный журнал
Энн» ни паче
$} vs ]
1
1
*
?
:■ -
I -г
Ю - ■
II
К
и
1L
I.
« « Sl H»W»»I! a и»*»»** я»«*1 d
• ■
-Р
КОЗЬИМ
^лт^тылллллллллллллл?
«Т ■ 4S 11 ■ м 4« 41 ■ Н 1 ■ ш-V» ■ xt ЮТ -Si
OS .
м
mwmwmmw
LL
44
К
ц«
О 51 Si
St
S3 к
И Г» w
■ it
■ I»
н
■ HI
4f
■ HI
и
■ вд
- ы ал
■ №1
W1
■ fif
® Ф ©
6
db
Бурйичынааочнъ'е сбои ЗРТ
-л_
fiatr ЗРГ лротуОефщльтррщдагнр^ _ИЙИИ_
Рис. 4. Схемы усиления основания фундаментов при понижении полов подвала: а — план буроинъекционных свай ЭРТ; б, в, г — сечения усиливаемых фундаментов
а
в
32017
65
Крупнопанельное домостроение
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
Рис. 5. Схемы производства цементационных работ по усилению тела фундаментов и контактного слоя: а, б — цементация тела фундаментов; в, г — цементация контактного слоя основания с фундаментом: 1— цементационные скважины — ЭРТ
в
г
Ко второй группе - объекты, отнесенные к памятникам истории, культуры и архитектуры регионального и федерального значения, включенные в единый технологический цикл с застраиваемыми сооружениями. В этом случае возникают геотехнические задачи, связанные: 1) с цементационными работами по закреплению тела фундаментов; 2) с цементационными работами по усилению контактного слоя основания с подошвой фундаментов; 3) с работами, связанными с усилением оснований фундаментов одним из наиболее оптимальных для конкретных инженерно-геологических и гидрогеологических условий застраиваемой территории; 4) с работами, связанными с осуществлением мероприятий по защите подвальных помещений от затопления подземными водами («противофильтрационные завесы»).
К этой же группе относятся эксплуатируемые сооружения, запроектированные к увеличению этажности, что предполагает увеличение нагрузок на основание. При вовлечении этих зданий в единую технологию дополнительно возникает задача по разработке и осуществлению работ по усилению оснований фундаментов.
Ниже рассмотрен случай из геотехнической практики реконструкции пятиэтажного кирпичного здания с неполным каркасом, отнесенного к памятнику истории и архитектуры регионального значения.
Абсолютные отметки поверхности земли составляют 3,28-3,4 м. Инженерно-геологические условия площадки в зоне расположения здания представлены следующими
условиями: морские отложения, расположенные под техногенным слоем, средней мощностью до 2-3,2 м, простираются от абсолютных отметок +1,89 - -1 м до -1,61 - -2,56 м (БС) и представлены песками среднезернистыми, частично перекрытыми мелкими песками. Несущим слоем основания являются среднезернистые пески с Е0 = 27-31 МПа; Ф = 30-33о; С = 1-2 КПа. Грунтовые воды зафиксированы на глубинах 1,1-2,2 м (абс. отм. +1,54-0,8 м). В осенне-летний период уровень грунтовых вод (УГВ) может подниматься на высоту до 1 м. В момент проведения изысканий УГВ находится на отметке +0,96 м, что практически соответствует проектной отметке понижения пола подвала.
Реконструируемое здание представляет собой сооружение размером в плане 32x15,6 м и высотой 16 м. Здание кирпичное, постройки начала XX в., количество этажей - 5.
Проектом предусмотрено заглубление пола на 500-700 мм ниже существующей подошвы бутовых ленточных фундаментов в части подвала (оси А-Г/1-6).
Для реализации поставленной задачи проектом предусмотрено выполнение следующего комплекса работ в подвальных помещениях (рис. 4, 5).
1. Устройство конструктивной шпунтовой стенки из касательных буроинъекционных свай диаметром 250 мм и длиной 5 м по внутреннему периметру несущих стен и колонн по оси Б. Сваи выполняются с использованием электроразрядной импульсной технологии (сваи ЭРТ) и армируются швеллером 16 П.
Научно-технический и производственный журнал
2. Выполнение наклонных (к вертикали 7о, 15о, 24о) через тело фундамента буроинъекционных несущих свай диаметром 200 мм и длиной 5 м. Сваи выполняются с использованием электроразрядно-импульсной технологии (ЭРТ) и армируются 4018 А500. Пята свай доходит до абсолютной отметки - 0,52 м БС; таким образом, сваи остаются в слое среднезернистого песка. Фактически здание пересаживается на короткие сваи с расчетной нагрузкой 210 кН.
3. Устройство распорной системы в уровне существующего пола подвала, выполняемое в виде анкерного крепления свай шпунтовой стенки к телу бутового фундамента.
Таким образом, в современном геотехническом строительстве актуальной является проблема вовлечения зданий старой застройки в единый технологический цикл с вновь вводимым объектом. Приведенный опыт использования буроинъекционных свай ЭРТ при решении подобной проблемы на примере двух объектов показывает, что новое строительство после решения ряда геотехнических проблем возможно.
Список литературы
1. Ильичев В.А., Мангушев Р.А., Никифорова Н.С. Опыт освоения подземного пространства российских мегаполисов // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2012. № 2. С. 17-20.
2. Родионов В.Н., Сизов И.А, Цветков В.М. Основы геомеханики. М.: Недра, 1986. 301 с.
3. Улицкий В.М., Шашкин А.Г., Шашкин К.Г. Геотехническое сопровождение развития городов. СПб.: Геореконструкция, 2010. 551 с.
4. Тер-Мартиросян З.Г. Механика грунтов. М.: АСВ, 2009. 550 с.
5. Ухов С.Б. Механика грунтов, основания и фундамента. М.: Высшая школа. 2007. 561 с.
6. Патент РФ на полезную модель № 161650. Устройство для камуфлетного уширения набивной конструкции в грунте / Н.С. Соколов, Х.А. Джантимиров, М.В. Кузьмин, С.Н. Соколов, А.Н. Соколов // Заявл. 16.03.2015. Опубл. 27.04.2016. Бюл. № 2.
7. Патент РФ №2605213. Способ возведения набивной конструкции в грунте / Н.С. Соколов, Х.А. Джантими-ров, М.В. Кузьмин, С.Н. Соколов, А.Н. Соколов // Заявл. 01.07.2015. Опубл. 20.12.2016. Бюл. № 35.
8. Соколов Н.С. Метод расчета несущей способности бу-роинъекционных свай-РИТ с учетом «подпятников» // Материалы VIII Всероссийской (II Международной) конференции «Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции» (НАСКР-2014). Чебоксары. 2014. С. 407-411.
9. Соколов Н.С., Рябинов В.М. Об одном методе расчета несущей способности буроинъекционных свай-ЭРТ // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2015. № 1. С. 10-13.
10. Соколов Н.С., Никифорова Н.С., Соколов С.Н., Соколов А.Н. Применение свай ЭРТ для ликвидации пред-аварийной ситуации при строительстве фундамента // Геотехника. 2016. № 5. С. 54-60.
11. Соколов Н.С., Соколов С.Н., Соколов А.Н. Об ошибочном способе устройства буроинъекционных свай с использованием электроразрядной технологии // Жилищное строительство. № 11. 2016. С. 20-29.
3'2017 ^^^^^^^^^^^^^
12. Соколов Н.С., Соколов С.Н., Соколов А.Н. Опыт использования буроинъекционных свай ЭРТ при ликвидации аварийной ситуации общественного здания // Жилищное строительство. № 12. 2016. С. 31-36.
13. Соколов Н.С. Технологические приемы устройства буроинъекционных свай с многоместными уширениями // Жилищное строительство. 2016. № 10. С. 54-57.
References
1. Ilyichev V.A., Mangushev R.A., Nikiforova N.S. Experience of development of under-ground space of policies Russian mega. Osnovaniya, fundamenty i mekhanika gruntov. 2012. No. 2, рр. 17-20. (In Russian).
2. Rodionov V.N., Sizov I.A, Tsvetkov V.M. Fundamentals of geomechanics. Moscow: Nedra, 1986. 301 p. (In Russian).
3. Ulitsky V.M., Shashkin A.G., Shashkin K.G. Geotekhni-cheskoe soprovozhdenie razvitiya gorodov [Geotechnical maintenance of development of the cities]. St. Petersburg: Georekonstruktiya. 2010. 551 p. (In Russian).
4. Ter-Martirosyan Z.G. Mekhanika gruntov [Mekhanik of soil]. Moscow: ASV, 2009. 550 p. (In Russian).
5. Ukhov S.B. Mekhanika gruntov, osnovaniya i fundamenta [Mechanics of soil, basis and base]. Moscow: Vysshaya shkola, 2007. 561 p. (In Russian).
6. Russian Federation patent for plezny model No. 161650. Ustroistvo dlya kamufletnogo ushireniya nabivnoi konstruktsii v grunte [The device for camouflage broadening of a stuffed design in soil]. N.S. Sokolov, H.A. Dzhantimirov, M.V. Kuzmin, S.N. Sokolov, A.N. Sokolov. Declared 1.07.2015. Published 20.12.2016. Bulletin No. 35. (In Russian).
7. Patent RF 2605213. Sposob vozvedeniya nabivnoi konstruktsii v grunte [Way of construction of a stuffed design in soil]. N.S. Sokolov, H.A. Dzhantimirov, M.V. Kuzmin, S.N. Sokolov, A.N. Sokolov. Declared 16.03.2015. Published 27.04.2016. Bulletin No. 2. (In Russian).
8. Sokolov N.S. Metod of calculation of the bearing capability the buroinjektsionnykh svay-RIT taking into account «thrust bearings». Materials of the 8th All-Russian (the 2nd International) the «New in Architecture, Designing of Construction Designs and Reconstruction» conference (NASKR-2014). 2014. Cheboksary, pp. 407-411. (In Russian).
9. Sokolov N.S., Ryabinov V.M. About one method of calculation of the bearing capability the buroinjektsi-onnykh svay-ERT. Osnovaniya, fundamenty i mekhanika gruntov. 2015. No. 1, pp. 10-13. (In Russian).
10. Sokolov N.S., ^^^эгс^а N.S., Sokolov S.N., Sokolov A.N. Application svay-ERT for elimination of a preemergency at construction of the base. Geotechnica. 2016. No. 5, pp. 54-60.
11. Sokolov N.S., Sokolov S.N., Sokolov A.N. About a wrong way of the device the buroinjektsionnykh of piles with use of electrodigit technology. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2016. No. 11, pp. 20-29. (In Russian).
12. Sokolov N.S., Sokolov S.N., Sokolov A.N. Experience of use the buroinjektsionnykh of piles ERT at elimination of an emergency of the public building. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2016. No. 12, pp. 31-36. (In Russian).
13. Sokolov N.S. Technological Methods of Installation of Bored-Injection Piles with Multiple En-largements. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2016. No. 10, pp. 54-57. (In Russian).
- 67
