ОСОБЕННОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА ФУНДАМЕНТОВ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ НА КРУТЫХ СКЛОНАХ В РАЙОНАХ С ВЫСОКОЙ СЕЙСМИЧНОСТЬЮ И РАЗЛИЧНЫХ ИГЭ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 691

Кузьмин Д.Н.

студент (магистратуры) кафедры строительных технологий,

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

(Россия, г. Чебоксары)

ОСОБЕННОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА ФУНДАМЕНТОВ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ НА КРУТЫХ СКЛОНАХ В РАЙОНАХ С ВЫСОКОЙ СЕЙСМИЧНОСТЬЮ И РАЗЛИЧНЫХ ИГЭ

Аннотация: в статье приведен пример использования свайно-плитного фундамента с промежуточной подушкой для реализации высотного здания на склоне с различными ИГЭ.

Ключевые слова: свайно-плитный фундамент, промежуточная подушка, сейсмичность, склон, высотное здание, вертикально армированное основание, глубокий котлован, нестандартное решение фундамента.

Строительство высотных зданий на крутых склонах является сложной задачей в связи с наличием ряда технических и технологических особенностей их возведения. Зачастую проектирование не может обойтись без применения нетрадиционных решений фундаментов и надземных частей здания, а также современных методов по устройству глубоких котлованов.

В настоящей статье приведен опыт проектирования высотного здания в г. Сочи с нетрадиционным решением фундаментов, позволивший выровнять неравномерную сжимаемость основания в плане и по глубине геологического разреза в связи с крутопадающими напластованиями инженерно-геологических элементов.

Проектируемое здание - 24-25-ти этажное (высота здания ~108,0 м), с двумя подземными этажами. Форма подземной части здания в плане близка к

прямоугольной с размерами ~95х50 м. За относительную отметку 0,00 принята абсолютная отметка 74,7 м. Глубина заложения подошвы плиты переменная -7,5-18,4 м. Отметка подошвы плиты -7,95 м (абс. отм. 66,75 м), сейсмичность площадки строительства 9 баллов.

Рисунок 1. Схема совмещения фундаментов с естественным рельефом участка

Рисунок 2. Инженерно-геологический разрез по линии 1-1

В геоморфологическом отношении участок строительства приурочен к средней части приморского склона юго-западной экспозиции горы

Бытха. Площадка строительства расположена на склоне горы Бытха и характеризуется резким перепадом рельефа поперек буквенных осей проектируемого здания. Участок строительства расположен в верхней части крупного древнего оползня, зарегистрированного в кадастре Северо-Кавказского Геоэкологического центра под № 1713, характеризующийся как стабилизировавшийся.

Геологическое строение, согласно инженерно-геологическим изысканиям, изучено до глубины 30 м и представлено следующими грунтами (сверху вниз).

• Насыпные грунты ^1У) [ИГЭ-1] неоднородные, крупнообломочный, слежавшийся грунт с глинистым полутвердым заполнением. Толщина - 0,9-3,5 м.

• Нерасчлененные верхнечетвертичные и современные делювиально-оползневые образования (d-dpQII) [ИГЭ-2] представлены глиной песчанистой, полутвердой, слабонабухающей с включениями щебня и глыб выветрелых осадочных пород (до 25%). Толщина - 4,0-17,0 м.

• Древнеоползневые образования среднеплейстоценового возраста (dpQII) [ИГЭ-3] представлены смещенными блоками аргиллитов, алевритов и песчаников, выветрелых до состояния суглинков полутвердых, слабонабухающих, щебнистых. Толщина - 1,0-10,2 м.

• Коренные породы среднего палеогена (Р2ф) [ИГЭ-4] представлены мергелями малопрочными, плотными, размягчаемыми, нерастворимыми. Падение пластов коренных пород юго-западное под углом 15-18°. Наибольшая вскрытая толщина - 20,5 м.

Подземные воды на участке строительства встречены при проходке древнеоползневых отложений [ИГЭ-3]. К современным и делювиально-оползневым отложением приурочены подземные воды типа «верховодка». Основные нормативные и расчетные характеристики физико-механических свойств грунтов приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные нормативные и расчетные характеристики физико-

механических свойств грунтов

Номер ИГЭ 1 2 3 4

Разновидность грунта по ГОСТ 25100-95 Насыпной слежавшийся неоднородный крупнообломо чный грунт с глинистым полутвердым заполнителем и включением строительного мусора Глина легкая песчанистая полутвердая слабонабуха ющая с включением щебня и глыб выветрелых осадочных пород (до 25%) Суглинок тяжелый пылеватый полутверд ый ненабухаю щий непросадоч ный щебенисты й Мергель малопрочн ый плотный размягчаем ый нераствори мый

Плотность грунта природной влажности, т/м3 pn 1.95 2.05 2.10 2.53

pI 2.02 2.06 2.50

pП 2.03 2.07 2.51

Коэффицие нт пористости e 0.642 0.530

Показатель текучести 1Ъ 0.17 0.03

Степень влажности St 0.98 0.93

Сп 56/22*/80** 70/19*/58* *

Номер ИГЭ 1 2 3 4

Разновидность грунта по ГОСТ 25100-95 Насыпной слежавшийся неоднородный крупнообломо чный грунт с глинистым полутвердым заполнителем и включением строительного мусора Глина легкая песчанистая полутвердая слабонабуха ющая с включением щебня и глыб выветрелых осадочных пород (до 25%) Суглинок тяжелый пылеватый полутверд ый ненабухаю щий непросадоч ный щебенисты й Мергель малопрочн ый плотный размягчаем ый нераствори мый

Удельное сцепление, кПа С1 34/9* 60/9*

СП 43/13* 64/11*

Угол внутреннего трения, град фП 12/10*/14** 14/13*/15* *

ф1 8/6* 5/7*

фП 9/7* 89*

Модуль деформации при водонасыще нии, МПа Ео 17 16

Предел прочности на одноосное сжатие при Rс 14.7

Номер ИГЭ 1 2 3 4

Разновидность грунта по ГОСТ 25100-95 Насыпной слежавшийся неоднородный крупнообломо чный грунт с глинистым полутвердым заполнителем и включением строительного мусора Глина легкая песчанистая полутвердая слабонабуха ющая с включением щебня и глыб выветрелых осадочных пород (до 25%) Суглинок тяжелый пылеватый полутверд ый ненабухаю щий непросадоч ный щебенисты й Мергель малопрочн ый плотный размягчаем ый нераствори мый

естественно й влажности, МПа

Предел прочности на одноосное сжатие при водонасыще нии, МПа Rс(во д) 10.1

Коэффицие нт размягчаемо сти 0.50

Примечание:

Номер ИГЭ

1

2

3

4

Разновидность грунта по ГОСТ 25100-95

Насыпной слежавшийся неоднородный крупнообломо чный грунт с глинистым полутвердым заполнителем и включением строительного мусора

Глина легкая песчанистая полутвердая слабонабуха

ющая с включением щебня и глыб выветрелых осадочных пород (до 25%)

Суглинок тяжелый пылеватый полутверд

ый ненабухаю

щий непросадоч

ный щебенисты й

Мергель малопрочн ый плотный размягчаем ый

нераствори мый

1. значения прочностных характеристик без знака* - по схеме ускоренного сдвига при естественной влажности;

2. значения со знаком* - по схеме повторного сдвига по подготовленной смоченной поверхности;

3. значения со знаком **- по схеме консолидированного сдвига с предварит. уплотнением под водой

Разработанное проектное решение глубокого котлована предусматривало возведение свайно-анкерного ограждения из буронабивных свай d800 мм и ё600 мм, которые по высоте раскреплялись 2-4 ярусами инъекционных анкеров (рис. 6). Сваи выполнялись с поверхности естественного рельефа. Длина свай ё800 мм - 20,0-26,0 м; d600 мм - 16,0-18,0 м. Сваи изготавливались из бетона класса В25 и армировались пространственными каркасами из арматурных стержней d36 мм. Для обоснования принятых решений проводились геотехнические расчеты в ПК PLAXIS. Наиболее опасные расчетные сечения, их техническое решение замаркированы и показаны на рис. 3,4,6. Деформированные схемы на последней стадии расчета для каждого сечения.

1

Рисунок 3. Схема расположения решений ограждения глубокого котлована

ЕЛЫП* £11 ■

Ицшшгшкец ЛИ ш]

Рисунок 4. Расчетное сечение 1-1 Рисунок 5. Деформированная схема

расчетного сечения 1 -1

Е:п*п4 ш с <г латп 1С(1,.'г-1С|3 п |с иг *атг ж на «к А СС по I

Рисунок 6. Расчетное сечение 2-2 Рисунок 7 - Деформированная

схема расчетного сечения 2-2 Таблица 2. Расчетные усилия в грунтовых анкерах в сечении 1-1

Номер яруса анкера Усилие в анкере на 1м.п., кН Шаг анкеров, м. Усилие в анкере, кН

1 144.6 3.28 474

2 139.8 2.46 344

3 69.9 2.46 172

Таблица 3 - Расчетные усилия в грунтовых анкерах в сечении 2-2

Номер яруса анкера Усилие в анкере на 1м.п., кН Шаг анкеров, м. Усилие в анкере, кН

1 122 3.28 400

2 118 2.46 290

3 61 2.46 150

В результате проведённых расчетов удалось определить расчетные усилия в элементах системы, по которым назначался их шаг и габаритные размеры. В таблицах 2-3 показаны расчетные и проектные значения усилий в грунтовых анкерах с учетом шага их расстановки, которые были подтверждены

натурными испытаниями с применением соответствующих коэффициентов запаса.

Рисунок 8. Инженерно-геологические условия строительства высотного здания

После обоснования конструкции глубокого котлована был проведен поиск эффективного решения фундамента высотного здания. Как видно из рисунка 8, участок строительства высотного здания расположен на крутом склоне. Данное здание предусматривает развитую 2-3-этажную подземную часть, в связи с чем необходимо выполнение откопки до 18 м, однако даже такие значительные подрезки склона не позволяют зданию опираться на однородные грунты. Это показано на рисунке 11, где правая часть фундамента здания опирается на скальные грунты ИГЭ-4, а левая часть - на дисперсные грунты ИГЭ-2, 3.

В таких условиях применение традиционных решений фундаментов является трудоемким и экономически неэффективным. В связи с чем было разработано специальное техническое решение фундамента, которое предусматривало выравнивание деформационных характеристик основания за

счет применения вертикального армирования основания буронабивными сваями

под частью фундаментной плиты высотного жилого здания (рис. 9).

Рисунок 9. Схема расположения элементов вертикального армирования основания высотного жилого здания

Суть технического решения заключалась в использовании буронабивных свай d400 мм переменной длины - 2,0-18,0 м (см. рис. 8). Сваи выполнялись с отметки дна котлована -9,10 м (абс. отм. -65,60 м). Длина свай назначалась из расчета заглубления подошвы свай в мергель (ИГЭ-4) не менее чем на 1,0 м. В верхней правой части фундамента, согласно инженерно-геологическим изысканиям, в основании фундаментной плиты здания залегает мергель (ИГЭ-4), в этих местах фундаментная плита здания опирается на естественное основание. В нижней правой части - на сваи. Все сваи вертикально армированного основания объединятся монолитной плитой толщиной 450 мм, для более равномерного и совместного восприятия приходящих нагрузок на армированное основание. Между сваями и плитой здания выполняется промежуточная подушка (рис. 13) толщиной 600 мм из гранитного щебня для

снятия значительных горизонтальных нагрузок, приходящих на сваи при сейсмическом событии в 9 баллов.

Рисунок 10. Техническое решение плитного фундамента на армированном основании для высотного здания в г. Сочи

Использование современных геотехнологий в сочетании с заданной проектом последовательностью возведения фундамента, а также адаптация объемно-планировочного решения проектируемого объекта к существующему рельефу дают техническую и экономическую возможность воплотить задуманный архитектурный проект на практике. Это требует соответствующего расчетного обоснования и применения нестандартных технических решений фундаментов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. К расчету зданий и сооружений на сложных, неравномерно сжимаемых основаниях / Шадунц К. Ш., Мариничев М. Б. // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 2003. - № 2. - С. 7-10.

2. Эффективные фундаментные конструкции в сложных грунтовых условиях / Мариничев М. Б., Шадунц К. Ш., Маршалка А. Ю. // Промышленное и гражданское строительство. - 2013. - № 2. - С. 34-36

3. Справочник геотехника. Основания, фундаменты и подземные сооружения / Под общ. ред. Ильичева В. А. и Мангушева Р. А. -2-е изд., доп. и перераб. - М. : Изд-во АСВ, 2016, - 1040 с.

4. Справочник проектировщика. Основания и фундаменты, подземные сооружения / Под общ. ред.Сорочана Е. А., Трофименкова Ю. Г. - М.: Стройиздат, 1985. - 480 с.

5. Рекомендации по проектированию свайных фундаментов с промежуточной подушкой для зданий и сооружений, возводимых в сейсмических районах // НИИ оснований им. Герсеванова при уч.института "Фундамент-проект". - Кишинев, 1974.

6. Способ строительства свайно-плитных фундаментов в сейсмических районах: пат. 2300604 Рос. Федерация: МПК E02D 27/34 №2005131149/03 заявл. 07.10.2005; опубл. 10.06.2007. заявл. 07.10.2005; опубл. 10.06.2007, Бюл. №16

7. Способ возведения свайно-плитного фундамента: пат. 2378454 Рос. Федерация: МПК E02D27/14 №2008133436/03, заявл. 14.08.2008; опубл. 10.01.2010, Бюл. №1 / К. Ш. Шадунц.

8. Разработка конструктивного решения вертикально армированного основания плитного фундамента высотного здания в сейсмическом районе / Мариничев М. Б., Ткачев И. Г. // Материалы международной научно-технической конференции «Механика грунтов в геотехнике и фундаментостроении». - Новочеркасск: Изд-во ИД «Политехник», 2015. - С. 272-281.

Kuzmin D.N.

Student of the Department of Construction Technologies, Geotechnics and

Construction Economics I.N. Ulyanov Chuvash State University (Cheboksary, Russia)

FEATURES OF THE CONSTRUCTION OF FOUNDATIONS

OF HIGH-RISE BUILDINGS ON STEEP SLOPES IN AREAS WITH HIGH SEISMICITY AND VARIOUS IGE

Abstract: the article provides an example of using a pile-slab foundation with an intermediate cushion for the implementation of a high-rise building on a slope with various IGE.

Keywords: pile-slab foundation, intermediate cushion, seismicity, slope, high-rise building, vertically reinforced base, deep pit, non-standard foundation solution.