CC BY
99
1/2009 ВЕСТНИК
ОПЫТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И УСИЛЕНИЯ АВАРИЙНОГО ОСНОВАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ АДМИНИСТРАТИВНОГО ЗДАНИц В СЛОЖНЫХ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ В г. МОСКВЕ
Зуев С.С.
ОАО «НЬЮ ГРАУНД»
Введение. В статье рассмотрен опыт проектирования и усиления основания фундаментов административного здания, фундаменты которого были выполнены с нарушением технологии ведения работ, что привело к неравномерным осадкам фундаментов и крену здания.
Краткая характеристика объекта.
Здание 12-ти этажное, административного назначения, возведено в 2007г. Уровень ответственности здания - II.
В плане имеет форму прямоугольника с габаритными размерами в осях 21,65х15,58м, без подвала.
По конструктивной схеме здание с железобетонным каркасом, вмурованным в кладку стен.
Наружные стены - кирпичные, толщиной 51см.
Междуэтажное и чердачное перекрытия - монолитные железобетонные.
Крыша - стропила из двутавра №14.
Кровля - профилированный лист, с внутренним водостоком.
Фундамент - монолитная железобетонная плита толщиной 500 мм с ребрами (ростверками) под наружными и внутренними стенами) на свайном основании.
Глубина заложения подошвы плиты - 0,1-0,25м от поверхности земли, ростверков
- 2 м.
Сваи буронабивные, согласно исполнительной схеме и материалам обследования:
• количество свай в фундаменте - 28 шт;
• диаметр свай - 320мм, длина - не более 3-5м (вместо 15м по проекту), с максимальной несущей способностью не более 50т.
• шаг свай - 3,13х4,29м;
Нагрузка, приходящая на каждую сваю от 300 до 350т, делает ее неработоспособной как по грунту, так и по материалу.
Фундамент работает как плита на естественном основании. Среднее давление по подошве плиты - 2,23кг/см2 (мах - под лестн. клеткой и лифтовой шахтой - 2,8т/м2)
По результатам геодезических наблюдений, выполненных в период с 19.12.07г. по 16.01.08г. установлено: здание имеет общий крен в сторону оси «Д», что подтверждается:
• отклонением от вертикали наружных стен по осям «А» и «Д» в уровне парапетов от 370мм до 494мм (соответственно).
• неравномерностью осадки марок, установленных в цокольной части здания (за 29 дней наблюдений осадка марок составила: по оси «Д» - 5,4мм ч11,7мм, по оси «А»
- 0,0м ч 0,8мм).
Состояние фундамента и основания остро аварийное.
Здание эксплуатируется, оборудовано центральным отоплением, холодным и горячим водоснабжением, канализацией, электричеством.
Территория вокруг здания благоустроена с асфальтовым покрытием.
В дальнейшем вблизи здания, на минимально возможном расстоянии, планируется строительство 3-х уровневого подземного авто паркинга с отметкой дна котлована -12,25м. Строительство будет вестись методом «стена в грунте».
Инженерно-геологические условия площадки. По данным ранее выполненных изысканий и разведочного бурения, основание фундаментной плиты представлено следующими грунтами (сверху вниз):
ИГЭ-1. Насыпной грунт (асфальт, песок, суглинок, строительный мусор, древесина, ил, торф). Мощность слоя не выдержана и увеличивается от 0,4-0,5м (по оси А) до 4,6м (по оси Д).
ИГЭ-2. Супесь пластичная заторфованная с прослоями торфа.
ИГЭ-3. Суглинок тугопластичный местами мягкопластичный с прослоями торфа, супеси пластичной, песка средней крупности водонасыщенного.
ИГЭ-3а. Супесь пластичная с прослоями суглинка тугопластичного, песка.
Суммарная мощность грунтов ИГЭ-2, ИГЭ-3, ИГЭ-3а - от 0,6 до 3,2м.
ИГЭ-4. Торф от слабо до сильноразложившегося с прослоями супеси, суглинка, во-донасыщенный. Мощность торфа не выдержана в плане и увеличивается от 2,0-3,5м (по оси А) до 4,3-5,3м (по оси Д). Глубина залегания: кровли слоя - 1,4 -3,3м (от подошвы плиты), подошвы слоя - 3,5-9,3м.
ИГЭ-10. Песок пылеватый средней плотности с прослоями песка мелкого, супеси пластичной, глинистый водонасыщенный.
ИГЭ-11. Песок средней крупности, средней плотности с прослоями песка крупного и суглинка, с включением крупного гравия и гальки, водонасыщенный.
Суммарная мощность песков ИГЭ-10, ИГЭ-11 - от 7,0 до 12,8м.
ИГЭ-14. Суглинки юрские полутвердые с прослоями супеси пластичной, глины, песка. Вскрытая мощность - 2,5-3,7м.
Непосредственно основанием фундаментной плиты служит насыпной грунт с условным расчетным сопротивлением до 1,1кг/см2.
Гидрогеологические условия площадки. Грунтовые воды в сентябре 2005г. вскрыты на глубине 3,6-3,7м от поверхности (абс. отметки 154,41-154,78м). Расчетный уровень - на 1,0м выше замеренного. Воды агрессивными свойствами не обладают. Площадка является безопасной в карстово-суффозионном отношении
Технические решения. Для обеспечения несущей способности фундамента и прекращения развивающегося крена здания, проектом предусмотрено устройство искусственного основания - «геомассива» на глубину 12,75м ниже подошвы плиты (относительная отметка -13,250м) - Рис. 1.
Мощность «геомассива» принята из условия:
• заглубления ниже подошвы торфа,
• заглубления на 1,0м ниже дна котлована проектируемого подземного автопаркинга (отметка дна - 12,250м).
«Геомассив» представляет собой природный грунт, равномерно армированный жесткими элементами из грунтобетонных столбов диаметром:
- 600мм (в насыпных грунтах и суглинке);
1/2009
ВЕСТНИК _МГСУ
700мм (в песках); 1000мм (в торфе).
Грунтобетонные столбы изготавливаются по технологии струйной цементации грунтов «Jet grouting» по однокомпонентной схеме - «JET-1»
Сущность технологии струйной цементации «Jet grouting» заключается в разрушении грунта высоконапорной струей цементного раствора с одновременным перемешиванием и частичным замещением грунта с цементным раствором. В результате в грунтовом массиве образуются колонны из закрепленного грунта - грунтобетона, обладающего относительно высокими деформационными и прочностными характеристиками [1].
Технологические параметры цементации:
Раствор цементный с В/Ц = 0,8, плотность с =1,59 г/см3.
Расход цемента на 1 п.м грунтобетонного столба: :
- верхний интервал до кровли торфа (насыпные, песок, супеси, суглинки ) - 250кг (885кг на 1м3 закрепленного грунта).
- средний интервал (торф) - 800кг (1020кг на 1м3 закрепленного грунта).
- нижний интервал - (пески) - 190кг (500г на 1м3 закрепленного грунта).
Рабочее давление подачи раствора- 450 атм.
Количество сопел -2шт.
Диаметр сопел - 2,2мм.
Высота ступени подъема струйного монитора - 40 мм
Для исключения образования «зазора» между грунтобетонным столбом и подошвой плиты в результате оседания жидкого грунтоцементного материала в процессе твердения, предусмотрена опрессовка верхней зоны грунтобетонного столба. Расчетная прочность материала грунтобетонных столбов: в торфе Лсж28=1,5МПа;
в насыпных грунтах и суглинке Лсж28=3,0МПа, в песках Лсж28=7,0МПа.
В процессе работ осуществлялся мониторинг за деформациями фундаментов и состоянием несущих конструкций дома (График 1).
Мониторинг предусматривал системы визуальных и инструментальных наблюде-
Система визуальных наблюдений включает в себя:
• Визуальный осмотр состояния несущих конструкций здания;
• Фиксация трещин в конструкциях (установление их направления, протяженность, величины раскрытия, установка маяков и систематическое ведение журнала наблюдений за ними).
Инструментальные наблюдения включают:
• Маяки, установленные на трещинах.
• Системы геодезического контроля, включающей деформационные марки, расположенные на здании, репера и измерительную аппаратуру;
• Системы деформационного контроля для фиксации наклонов стен здания.
При наблюдениях за раскрытием трещин по ширине следует использовать измерительные или фиксирующие устройства, прикрепляемые к обеим сторонам трещины: маяки, щелемеры, рядом с которыми проставляются их номера и дата установки.
При ширине трещины более 1мм необходимо измерять ее глубину.
1/2009 ВЕСТНИК
При деформаций оснований фундаментов должны быть определены величины:
• Вертикальных перемещений (осадок, просадок, подъемов);
• Кренов.
Инструментальный контроль за осадками должен соответствовать первому классу точности и вестись не реже 1-го раза в 3 дня, при осадке более 5мм за неделю - каждый день.
При возникновении технологических осадок более 10мм за неделю, необходимо устроить технологический перерыв до стабилизации осадок.
Производство работ. Перед началом производились опытные работы. С улицы на возможно близком расстоянии от здания работ выполнялся опытный грунтобетонный столб на глубину 12,0м с соблюдением проектных технологических параметров.
Через трое суток в теле столба бурились 2 скважины. Местоположение скважин: 1-я скважина - по оси столба, 2-я - на расстоянии 400 мм от оси.
Бурение осуществлялось колонковым способом диаметром 93-112мм с отбором керна по всей длине столба, визуально оценивая качество закрепления грунта: однородность материала столба и прочностные характеристики грунтобетона (особое внимание обращалось на слой торфа и насыпные грунты).
Работы по усилению основания фундаментов выполнялись с применением импортного оборудования: высоконапорный насос Т"^400, миксерная станция ТЖМ-20, силос TWsilo (Италия) и малогабаритная буровая установка СБГ-ПМ2 «Стерх» и БгШ-450.
Перед устройством свай в плите алмазным бурением выполнялась скважина Д=112 мм, затем производилось бурение скважины до проектной отметки и формирование тела грунтобетонной сваи.
Всего в основании фундаментной плиты было выполнено 192 грунтобетонной сваи глубиной 12,75 м и выполнена опрессовка контакта свая-плита.
Контроль показателей качества грунтобетона заключался в проверке соответствия проекту прочностных характеристик материала грунтобетона и закрепленного грунта.
Проходка контрольных скважин осуществлялась через 14 дней после окончания работ по устройству сваи. Количество контрольных скважин - 3 шт. Глубина скважины - 13 м. Контрольное бурение выполнялось колонковым способом с отбором керна, который затем испытывался на определение прочности на сжатие. Образцы испытаны по ГОСТ 28570-90 и ГОСТ 10180-90 на прочность при одноосном сжатии на гидравлическом прессе. Возраст образцов - 67суток. Результаты испытаний показали: прочность грунтобетона на одноосное сжатие (Ксж) составила от 10,6 до 24,0 МПа.
Заключение. Применение струйной цементации грунтов позволяет улучшить де-формативные характеристики грунтов, но что более существенно, сделать их более однородными в пределах пятна застройки здания. При этом существенно снижается вероятность развития неравномерных осадок, и как следствие появление дефектов и повреждений надфундаментных конструкциях.
Работы по усилению основания фундаментов здания производились в стесненных условиях с пола первого этажа при высоте потолка 2,7 м. Практически другими методами было бы сложно выполнить усиление основания в данных условиях, а с помощью струйной геотехнологии сложная инженерно-техническая задача была решена с успехом. В результате выполненных работ были остановлены неравномерные осадки здания, а затем специализированной организацией был выправлен крен здания с помощью домкратов. Работы по усилению основания фундаментов производились без остановки
эксплуатации здания, со второго по двенадцатый этаж продолжали функционировать офисы.
Литература.
1. Малинин А.Г. Струйная цементация грунтов. Пермь, 2007 г
2. Бройд И.И. Струйная геотехнология. М.: АСВ, 2004.
3. Зуев С.С. Закрепление водонасыщенных пылевато-глинистых грунтов при усилении основания фундаментов//Материалы академических чтений по геотехнике и Международного совещания заведующих кафедрами механики грунтов, оснований и фундаментов, подземного строительства и гидротехнических работ, инженерной геологии и геоэкологии строительных вузов и факультетов, 22-23 ноября 2006,г. Казань.
4. Зуев С.С. Опыт усиления аварийного основания фундаментов здания в плотной городской застройке в г. Москве//Межвузовский тематический сборник трудов «Актуальные научно-технические проблемы современной геотехники», г. Санкт-Петербург, 2009.
Ключевые слова: усиление фундаментов ,плита, буронабивные сваи, струйная цементация грунтов, грунтобетонные столбы, торф.
Рецензент - Маковецкий Олег Александрович, к.т.н., член РОМГГиФ, доцент кафедры «Основания фундаментов и мостов» ПГТУ, заместитель генерального директора по научно-техническому сопровождению проектов ОАО «НЬЮ ГРАУНД».
