CC BY
18
ПРАКТИЧЕСКИЙ ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СВАЙНО-ПЛИТНОГО ФУНДАМЕНТА ИЗ ЗАБИВНЫХ СВАЙ С ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ПОДУШКОЙ
Ткачев И.Г. ©
Аспирант, кафедра оснований и фундаментов, Кубанский государственный аграрный университет имени И. Т. Трубилина
Аннотация
В настоящей статье рассмотрен пример реализации свайно-плитного фундамента с промежуточной подушкой из забивных свай для многоэтажного здания, возведенного на слабых глинистых грунтах в сейсмическом районе. Приведены методы расчета и конструирования фундамента, а также обоснована его высокая эффективность.
Ключевые слова: свая, фундамент, свайно-плитный фундамент с промежуточной подушкой, слабый грунт.
Keywords: pile, foundation, pile-raft foundation with intermediate layer, soft soil.
В любом крупном городе часто возникает необходимость освоения территорий, ранее считавшихся непригодными для строительства. К таким участкам можно с уверенностью отнести заболоченные, частично подтопляемые, а также участки со значительной толщей слабых и сильно сжимаемых грунтов [4]. В таких условиях особую роль играют фундаментные конструкции - их надежность оказывает большое влияние работу всего здания в целом [9]. Недоучет различных факторов при выборе типа фундамента может повлиять на работу грунтового массива, в связи с чем в основании фундамента высотного здания могут развиться значительные неравномерные деформации. С ростом высоты чувствительность конструкций здания и его инженерных систем к неравномерным осадкам возрастает [5].
© Ткачев И.Г., 2017 г.
Рис. 1 - Визуализация генерального плана застройки жилого комплекса
Решая задачу по поиску рационального типа фундаментов для группы 10-этажных жилых домов, возведённых в Тахтамукайском районе республики Адыгея (Ошибка! Источник ссылки не найден.), были проанализированы данные инженерно-геологических изысканий, а также условия территориального расположения исследуемого жилого комплекса.
Застройка квартала состоит из одиннадцати блоков, которые в свою очередь насчитывают от одной до трех монолитных железобетонных секций.
Площадка строительства жилого комплекса располагается в пгт. Яблоновский. В геоморфологическом отношении участок приурочен к III правобережной надпойменной террасе р. Кубань.
Территория участка строительства сложена четвертичными техногенными и аллювиальными отложениями, изученными до глубин 20,0 м. Сейсмичность является основным фактором, осложняющим строительство. Для сооружений нормального уровня ответственности по СП 14.13330.2011 [1], (карта ОСР-97-А) и по ТСН 22-301-2002 [2] фоновая сейсмичность пгт. Яблоновский для объектов нормального уровня ответственности составляет 8 баллов.
Здание представляет собой монолитный железобетонный каркас с несущими продольными и поперечными стенами высотой 30,3м. Фундаментная часть здания представлена в виде фундаментной плиты высотой 500мм. Нагрузка, передаваемая основанию десятиэтажным зданием, составляет 200-250кПа.
Первоначально был рассмотрен вариант плитного фундамента на естественном основании [6]. Для всех жилых домов были выполнены расчеты деформаций по нормативной методике, описанной в СП 22.13330.2011 [3]. В ходе данных расчетов было установлено, что
прогнозируемая осадка блоков составит от 16,5 до 22 см, что значительно превышает нормативный максимум.
Для проверки влияние слоев мягкопластичных глин в пределах сжимаемой толщи на
деформируемость системы были проведены пространственные расчеты в MIDAS GTS
NX [7]. Результаты вычислений (
Рис. ) подтвердили аналитический расчет осадки методом послойного суммирования. В такой ситуации требуется переход на свайный вариант фундаментов для данного здания, при этом необходимо выполнить подбор вида и геометрических характеристик свай [10].
Рис. 2— Результаты расчетов осадки плитного фундамента трехсекционного жилого
дома в ПК MIDAS GTS NX
Инженерно-геологические условия площадки строительства и физико-механические характеристики грунтов сведены в таблице Таблица .
Таблица 1
Физико-механические свойства грунтов площадки строительства многоэтажных жилых домов в пгт. Яблоновский, Республика Адыгея
№ п\п Полное наименование грунта Мощность, м Плотность р, г/см3 Угол внут. трения ф, град Сцепление С, кПа Модуль общей деформации Е, МПа
1 Супесь пластичная 2,0 - 2,6 1,9 28 13 7,9
2 Песок пылеватый, средней плотности, разжижаемый 1,5 - 4,6 1,96 28 - 17,8
3 Песок мелкий, средней плотности 6,2- 7,4 1,98 31 - 24,6
4 Песок мелкий, плотный 1 - 1,5 2,03 34 - 31,7
5 Песок средней крупности, плотный более 3,2 2,06 36 - 39,8
№ п\п Полное наименование грунта Мощность, м Плотность р, г/см3 Угол внут. трения ф, град Сцепление С, кПа Модуль общей деформации Е, МПа
5а Песок средней крупности, средней плотности Более 2,5 2,05 35 - 37,3
6 Глина мягкопластичной консистенции 0,3 - 0,5 1,86 12 23 9,7
Первоначально для данного здания рассматривался свайный фундамент из забивных свай. Данный фундамент является наиболее технологичным и надежным в условиях отсутствия плотной городской застройки, где нет влияния динамических нагрузок при забивке свай на соседние здания и сооружения.
При подборе геометрических характеристик забивных свай учитывалась сейсмичность площадки строительства 8 баллов, снижающая расчетную несущую способность свай до 25%. Для достижения необходимой несущей способности свай их необходимо было выполнить составного сечения 350х350 мм и длиной 20 м с шагом по полю 5-6 диаметров. После расстановки свай в плане их общее количество составило 541 штук. Для проверки данного технического решения было проведено численного моделирование его работы в ПК МГОАБ КХ.
По результатам моделирования установлено, что использование свайного фундамента в таких грунтовых условиях обеспечивает нормативные требования по деформируемости основания (^тах^и), то есть по второй группе предельных состояний. Однако проанализировав результаты горизонтальных усилий в сваях выявлено, что их значения превышают прочность грунта окружающего сваю. Следовательно, при расчетной сейсмичности 8 баллов необходимо увеличить количество свай в основании исследуемого здания и расставлять их по более мелкой сетке в плане.
При пробном устройстве фундамента с шагом свай 3-4 ё установлено, что до проектной отметки при таком шаге элементов невозможно добить сваи, что связано с переуплотнением песчаных грунтов основания.
Учитывая вышеперечисленные трудности при устройстве фундаментов зданий, был выполнен поиск технического решения, обеспечивающего снижение горизонтальных усилий в сваях [11]. Данное решение заключается в разделении фундамента на две составляющие: фундаментную плиту и вертикально армированное основание, взаимодействующие между собой посредством промежуточной подушки (скользящего слоя) [8], что во много раз снижается влияние сейсмичности на техническое решение фундаментов.
Используя данный факт, было выполнено пространственное моделирование грунтового массива, вертикально армированного жесткими элементами. В качестве армирующих элементов приняты готовые железобетонные сваи сечением 350х350мм длиной 10м.
Снижение длины элементов обусловлено более полным использованием расчетной несущей способности свай (отсутствие горизонтальных нагрузок), а также уменьшением осевого расстояния между ними до 3-4 ё и расстановки в плане исключительно под несущими стенами здания. При такой расстановке требуемое количество свай составило 579 штук.
Рис.3 — Результаты пространственного моделирования вертикально-армированного основания плитного фундамента исследуемого жилого дома
Проанализировав результаты, выявлено, что деформации системы относительно первоначального варианта (плитного фундамента) снизились на 84%, а усилия, передаваемые на сваи, находятся в пределах, не превышающих расчетных значений. Переход к сваям длиной 10 м обеспечивается соблюдением требований двух групп предельных состояний, а показатели материалоемкости снижаются в 1,5 раза.
Таблица 2
Результаты сравнения рассчитанных фундаментов на объекте трехсекционного 10-
этажного жилого дома
Сваи Кол-
, а
Тип фундамента Максимальная осадка, мм Сечение мм Длина, м >(1ХЭ1№ИС ' 11' 111 во свай, шт Кол-во пог. м Кол-во 3 материала, м
Плитный 247,4 - - - - - -
Свайный 77,7 350х350 20 5-6ё 541 10820 1325,45
Свайный с 3-4ё
промежуточной 131,8 350х350 10 579 5790 709,275
подушкой
Анализ результатов расчётов в программном комплексе позволил выявить следующее:
1) Выбор рационального технического решения плитного фундамента высотного здания, вида свай, осевого расстояния между ними позволяют снизить стоимость фундамента с соблюдением требований обеих групп предельных состояний;
2) Использование щебёночной подушки между оголовками свай и фундаментной плитой толщиной порядка 0,4-0,6м позволяет компенсировать сейсмическое воздействие, а также распределить вертикальное давление от надземного сооружения на сваи более равномерно;
3) Установлено, что за счёт работы промежуточного слоя нагрузка на сваи снижается при вовлечении в работу плитной части фундамента. что подтверждается расчётами;
4) Выявлено, что вертикальными армирующими элементами не воспринимаются
горизонтальные усилия и изгибающие моменты, возникающие при сейсмическом
воздействии на фундаменты зданий;
5) Для всех жилых домов рассчитанная величина максимальных и неравномерных
деформаций основания оказалась ниже рекомендуемой действующими нормами.
Литература
1. СП 14.13330.2011. Строительство в сейсмических районах. Актуализированная редакция СНиП II-7-81*. - Москва, 2011. - 167 с.
2. ТСН 22-301-2002. Строительство в сейсмических районах Краснодарского края. - Краснодар, 2002.
3. СП 22.13330.2011. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*. - Москва, 2011
4. К. Ш. Шадунц, М. Б. Мариничев - К расчету зданий и сооружений на сложных, неравномерно сжимаемых основаниях // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 2003. - № 2. - С. 7-10.
5. К.Ш. Шадунц, М.Б. Мариничев - Плитные фундаменты многоэтажных зданий на просадочных грунтах // Жилищное строительство. - 2003.- № 11. - С. 16-18.
6. К. Ш. Шадунц, М. Б. Мариничев, В. В. Угринов - Особенности деформаций днищ резервуаров // Промышленное и гражданское строительство. - 2004. - № 3. - С. 28-29.
7. Мариничев М.Б. Опыт реализации нестандартных методов проектирования и строительства фундаментов высотных зданий в сейсмических районах // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2017. - №01(125). С. 623 - 657.
- IDA [article ID]: 1251701043. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2017/01/pdf/43.pdf, 2,188 у.п.л. электронная
8. Патент РФ 2242563, 20.12.2004. Шадунц К.Ш., Мариничев М.Б., Угринов В.В. Способ подготовки основания резервуара // Патент России № 2242563. 2004
9. Мариничев М. Б. Эффективные фундаментные конструкции в сложных грунтовых условиях / М. Б. Мариничев, К. Ш. Шадунц, А. Ю. Маршалка // Промышленное и гражданское строительство.
- 2013. - № 2. - С. 34-36
10. Патент РФ 2321703, 10.04.2008. Шадунц К.Ш., Мариничев М.Б. Способ строительства свайно-плитного фундамента// Патент России № 2321703. 2008
11. Мариничев М.Б. Реализация нестандартных конструктивных решений в высотном строительстве на основе использования современных буровых технологий / М.Б. Мариничев, А.Ю. Маршалка // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2009. - №10(054). С. 123 - 130. - Шифр Информрегистра: 0420900012\0108, IDA [article ID]: 0540910007. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2009/10/pdf/07.pdf, 0,5 у.п.л.
