Сотников с н фундамент

1. Слабые грунты как основания зданий и сооружений

Слабыми принято называть молодые (в геологическом понимании) наносы различного состава и генезиса, которые не получили в естественных условиях достаточного уплотнения. Понятие слабый грунт в современной технической литературе трактуется довольно широко. По условиям образования и залегания эти грунты можно разбить на три группы: морские и озерные отложения образующие слоистые толщи (пески, супеси, суглинки, глины, органогенные и минеральные илы); покровные отложения, залегающие на плоских участках, на склонах и под склонами (торфяники, глинистый элювий коренных пород, размоченный лёсс, делювиальные отложения склонов, пролювий конусов выноса); техногенные отложения, залегающие в форме бугров, терриконов или во впадинах рельефа, в оврагах, карьерах в форме карманов (городская свалка, культурные слои старых городов, отвалы промышленных отходов, накопления хвостохранилищ и т.п.).

Слабые грунты особенно широко распространены в районах северо-запада СССР, в недавнем геологическом прошлом освободившихся от ледникового покрова последнего континентального оледенения, в условиях избыточного увлажнения и затрудненного стока подземных и поверхностных вод. Эти грунты образуют залежи на дне и по берегам морей и озер, в поймах и дельтах рек, на заболоченных водоразделах. Суммарная мощность толщ слабых грунтов сравнительно невелика, обычно не более 20—30 м; в ряде районов она достигает 50 м. Слабые грунты обычно водонасыщены, имеют весьма высокую влажность ( ω > ω_L ),большую пористость и весьма большую сжимаемость; они чувствительны к воздействию вибрации и других факторов, связанных со строительным производством.

На территории многих городов северо-запада СССР, в частности Ленинграда, слабые грунты распространены почти повсеместно. Здания и сооружения, построенные в этих городах еще в дореволюционное время на ленточных фундаментах из бутового камня, а также на коротких деревянных сваях, получили осадки порядка десятков сантиметров. Развитие осадки продолжалось в течение многих лет после завершения строительства и обычно приводило к повреждениям кладки стен.

В условиях слабых грунтов современные крупнопанельные каркасные и кирпичные дома возводят на сваях, которые погружают в плотный подстилающий грунт. Длина таких свай обычно составляет 9—15 м, а под некоторыми зданиями — 32 м [28]. Однако и длинные сваи по ряду причин не гарантируют от возможного развития неравномерных осадок [32].

2. Устройство фундаментов в условиях существующей застройки на слабых глинистых грунтах

Слабые глинистые грунты — глины, суглинки, супеси, имеют высокую влажность ( ω > 0,5), большую пористость ( е > 1), модуль деформации примерно 1 — 10 МПа, низкую водопроницаемость [7]. При воздействии вибрации прочность этих грунтов понижается, т.е. проявляются тиксотропные свойства. Осадки зданий, возведенных на таких грунтах, развиваются в течение десятков лет и достигают больших величин. В районах северо-запада нашей страны распространены ленточные глины — поздние и послеледниковые отложения пресноводных бассейнов. Эти грунты имеют характерную (ленточную) текстуру; т.е. состоят из большого числа тонких слоев песчаного и глинистого материала, ритмично сменяющих друг друга, поэтому водопроницаемость грунта по вертикали (поперек слоистости) значительно меньше, чем по горизонтали. Распределение влажности в толще ленточных глин закономерно (рис. 6.1): в середине толщи влажность заметно больше, чем в периферийных частях, поэтому грунт на глубине 2—3 м и более заметно слабее залегающего у поверхности. Ленточные глины обладают большой пучинистостью при промораживании.

Кроме того, эти глины особенно чувствительны к перемятию, т.е. резко изменяют свойства при различных технологических воздействиях. Поэтому, как рекомендовал в свое время Б.Д. Васильев, при разработке котлованов в этих грунтах требуется применять особые меры предосторожности (см. гл. 5). Разработка котлованов возле фундаментов на ленточных глинах весьма опасна.

Дополнительные осадки фундаментов на ленточных глинах могут быть учтены расчетом при проектировании. При этом, как показывает опыт, следует использовать результаты лабораторных испытаний, принимая значения коэффициента сжимаемости грунта в том диапазоне компрессионной кривой, который соответствует изменению напряженного состояния основания при возведении нового здания.

Ленточные глины в большой степени подвержены морозному пучению, поэтому при зимнем производстве работ в котлованах, вскрывающих ленточные глины, необходимо надежно утеплять существующие фундаменты. Для предотвращения выдавливания глины из-под подошвы фундаментов старых домов следует, как правило, применять технологический шпунт, погружаемый на 2—4 м ниже дна котлована.

Если строительный котлован разрабатывается ниже подошвы существующих фундаментов, применение ограждающего шпунта обязательно. Шпунт должен быть рассчитан не только по устойчивости, но и по деформациям. Для этой цели можно использовать методику, разработанную в ЛИСИ [8].

Сваи и шпунты легко проникают в ленточные глины, поэтому суммарное динамическое воздействие на основание бывает сравнительно невелико. Известны случаи, когда для проходки слоя ленточных глин толщиной 5 м требовалось всего 30—40 ударов механического молота [18]. Однако сваи и шпунты, ближайшие к существующему фундаменту, должны отстоять от него не менее чем на 2 м, а фронт свайных работ должен быть направлен в сторону существующих фундаментов [6].

При разработке проектов фундаментов при наличии ленточных глин необходимо иметь данные детальных изысканий, достоверно устанавливающих глубину заложения подошвы фундаментов существующих зданий по всей линии примыкания. Если в материалах изысканий эти данные отсутствуют, возможен выпор грунта. К примеру, в Ленинграде на ул. Куйбышева в 1978 г. при разработке котлована для устройства фундамента здания цеха возле заселенного трехэтажного дома в последнем образовались опасные деформации. Оказалось, что этот дом состоял из двух частей разновременной постройки: в одной части подошва фундаментов была заглублена на 0,5 м больше, чем под другой, где фундамент при изысканиях был вскрыт шурфом. В результате развился выпор грунта, жильцы были в срочном порядке выселены и здание разобрано, так как из-за полученных повреждений его капитальный ремонт оказался невозможен.

3. Устройство фундаментов вблизи зданий, возведенных на водонасыщенных рыхлых песках

Водонасыщенные рыхлые пески (аллювиальные, озерно-морские и другие) в условиях статического нагружения не получают больших деформаций, поэтому осадки зданий высотой, до 6—7 этажей на этих грунтах обычно не имеют опасного развития. Однако выполнение строительных работ в непосредственной близости от таких зданий может существенно изменить картину. Например, в районе Большой Охты в Ленинграде в 1979 г. при разработке котлована и забивке свай два здания, постройки 60-х годов получили сильные повреждения из-за неравномерной дополнительной осадки водонасыщенных песков (рис. 6.2).

Сваи, погружаемые вибрированием или забивкой (механическим молотом, дизель-молотом) в рыхлые водонасыщенные пески, должны располагаться на достаточном удалении от существующих фундаментов. Исследования, проведенные ВНИИГСом и ГПИ Фундаментпроект, показали, что безопасным является расстояние 20 м [11]. Большее приближение к существующему фундаменту требует проведения специальных виброметрических исследований при проведении инженерно-геологических изысканий и виброметрического контроля в период свайных работ.

На участке, приближенном к существующим фундаментам, уместно применение свай, погружаемых вдавливанием, а также винтовых и буронабивных свай. Разбуривание полостей для устройства буронабивных свай, даже под глинистым раствором, в рыхлых водонасыщенных песках около существующих фундаментов небезопасно. В этих условиях наиболее рационально применение стальных обсадных труб, оставляемых в скважинах, и подводное бетонирование без откачивания воды из полости. Такой метод был успешно использован в Ленинграде при устройстве фундаментов здания гостиницы «Москва» в непосредственной близости от ранее возведенной станции метрополитена (проект Ленинградского отделения ГПИ Фундаментпроект).

В водонасыщенных рыхлых песках применение глубинного водоотлива при наличии зданий возле котлована является нежелательной мерой, так как понижение уровня подземных вод на длительный период времени вызывает уплотнение грунта и развитие дополнительной осадки. В силу этих причин применение постоянных дренажных устройств на застроенных территориях, приводящие к понижению уровня подземных вод на несколько метров, недопустимо (см. гл. 1).

Сотников С.Н. Проектирование и возведение фундаментов вблизи существующих сооружений

Источник

3. Проектирование фундаментов мелкого заложения вблизи существующих зданий (ч. 2)

Если новое и старое здания примыкают друг к другу торцами, то дополнительная осадка основания существующего здания приводит к изменению формы его изгиба, а при значительном развитии осадки в торцевом участке этого здания может образоваться выгиб (рис. 4.4, а). Такого рода деформации наименее опасны для зданий со стенами, кладка которых усилена армированными поясами (см. табл. 4.2).

При примыкании нового здания торцом к продольной стене существующего здания дополнительная осадка приводит к образованию поперечного крена и прогибов продольных стен, которые при этом получают особенно опасные повреждения. В этом случае требуется применять относительно сложные и дорогостоящие защитные мероприятия, включая превентивное усиление конструкций существующего здания.

Если ожидаемые величины дополнительной осадки существующих зданий значительно превосходят s_ad,u (см. табл. 4.3), необходимо уменьшить дополнительную осадку, т.е. снизить влияние строящегося здания на существующее. В этих случаях оправдывают себя следующие меры:

• разделение основания нового и старого здания шпунтовым рядом;
• передача давления от нового здания на слои плотных подстилающих грунтов с помощью глубоких опор, в том числе и свай различных конструкций;
• укрепление грунтов основания зданий различными технологическими средствами (силикатизацией, смолизацией и др.);
• предварительное усиление конструкций существующих зданий в расчете на ожидаемую дополнительную неравномерную осадку;
• обеспечение возможности выправления (выравнивания) неравномерных перемещений участков старых зданий, вызванных дополнительной осадкой.

У зданий с повреждениями II и III категории и износом свыше 40 % (см. табл. 3.2) новое строительство недопустимо без осуществления специальных мероприятий.

Указанные в табл. 4.3 значения предельного дополнительного крена i_ad,u существующих зданий допускаются только в том случае, когда здание не имеет собственного крена. Если дополнительный крен складывается с ранее возникшим, то их суммарная величина не должна превышать 0,005. Если дополнительный крен направлен в противоположную сторону, то его допускаемую величину следует принимать равной половине табличного значения.

При проектировании необходимо считаться с величиной и направлением крена i существующего здания, который вызван собственной неравномерной осадкой. Если здание не имеет крена, действительны величины i_ad,u , установленные в табл. 4.3. Если существующее здание имеет крен в сторону линии примыкания, то дополнительный крен i_ad , определяемый по расчету, складывается с фактическим, а их суммарная величина должна быть ограничена: i + i_ad ≤ 0,005. Если крен существующего здания направлен от линии примыкания, то определенная расчетом величина дополнительного крена i_ad должна быть уменьшена на величину i , установленную высотной съемкой. Особенно важно учесть возможный дополнительный крен односекционных (коротких) зданий или блоков протяженных зданий, отделенных от основного объема осадочным швом.

Теория и опыт показывают, что конструкции здания ранней постройки получают крен в сторону нового сооружения вследствие закономерного распределения осадки основания за пределами площади загружения. Достаточно часто в градостроительном решении населенных пунктов проектировщики варьируют уровни застройки, чтобы обеспечить выразительность пространственной композиции. При этом иногда многоэтажные жилые дома имеют низкие пристройки магазинов, предприятий бытового обслуживания и т.п. Здания с пристройками обычно возводятся одновременно, поэтому низкие (легкие) здания должны быть отделены от высоких осадочными швами. Если величина раскрытия осадочных швов недостаточна (что связано с ошибками в проектах или низким качеством строительства), встречные крены зданий (блоков) разной этажности приводят к заклиниванию швов, а строительные конструкции получают опасные повреждения [30].

При назначении ширины осадочного шва l_j между стенами нового и существующего зданий (рис. 4.5) в расчет принимается только наклон конструкций существующего здания с учетом его высоты. В зависимости от характера перемещений около осадочного шва типа фундамента и конструкции здания могут применяться следующие способы устройства деформационного шва:

• удвоение торцевых стен; удвоение колонн и балок (в каркасных конструкциях);
• удвоение прогонов — при одностороннем подвижном их опирании;
• метод «вложенного пролета»;
• одностороннее или двустороннее вынесение конструкций покрытия.

На рис. 4.6 приведены возможные варианты примыкания к существующим зданиям новых фундаментов на естественном основании, а на рис. 4.7 — свайных.

Форма и характер деформационных швов в вертикальных кирпичных стенах обусловлены направлением и величиной предполагаемого перемещения расчлененных швами частей здания, типом несущей конструкции, жесткостью здания, особенностями производства работ и рядом других факторов. При неправильном размещении деформационных швов жесткость здания может быть значительно снижена.

Сотников С.Н. Проектирование и возведение фундаментов вблизи существующих сооружений

Источник

5. Устройство фундаментов вблизи зданий, возведенных на насыпных грунтах

На территориях многих городов, особенно тех, которые основаны сотни лет назад, образовались наносы (культурный слой) мощностью 10 м и более, т.е. довольно большой величины. Состав этих наносов зависит от многих факторов, включая климат района, тип местных грунтов, характер промышленности, размещенной в городе, исторические события. К примеру, в ряде старинных городов сохранились многоярусные мостовые из бревен, которыми в течение 3—5 столетий покрывали территории дворовых пространств, площадей и улиц. Так, в Заречной части Новгорода обнаружены участки, где имеется до 30 накатов бревен с общей толщиной этого слоя более 7 м (Арциховский, 1979). Местами древесина мостовых перегнила и превратилась в особый органогенный грунт, залегающий слоями толщиной до 7 м. Такие же слои распространены в центральных районах Риги, в старых районах Москвы (на территории Кремля) и в других городах.

Совсем иной состав культурных слоев в городах, которые в прошлом подвергались разрушениям (от землетрясений, войн). Так, на территории центральных районов Варшавы слой битого кирпича (остатки разрушенных домов) достигает 5—7 м (Леггет, 1976). Аналогичные слои распространены на территории Гданьска и Волгограда.

В городах с поливным земледелием, например в Бухаре, Самарканде, Ургенче и многих других, распространен слой суглинистого грунта, имеющего неясно слоистую структуру — результат накопления осадка, выпавшего из поливных вод. Мощность таких слоев достигает 10—12 м.

Во многих городах имеются культурные слои, образованные технологическими отходами различных отраслей промышленности: горной, металлургической, химической, строительных материалов и т.п. Состав этих наносов различен, часто они содержат токсичные и агрессивные вещества, иногда отвалы таких отходов способны самовозгораться и т.п.

В реконструируемых районах городов, где приходится возводить фундаменты вплотную к существующим зданиям, имеются участки со снесенными ранее зданиями и оставшимися погребенными под землей фундаментами и участками стен, полостями (подвалы снесенных зданий, выгребные ямы), длинномерными элементами строительных конструкций, расположенными беспорядочно (бревна, балки из металла и железобетона, плиты перекрытий и сводов, трубы старых заброшенных коммуникаций).

При разработке проектов застройки таких участков обычно отсутствуют документы, отражающие расположение снесенных зданий на плане, и чертежи подземных конструкций, поэтому требуется проведение тщательных инженерных изысканий, в результате которых должны быть определены местоположение фундаментов снесенных домов, глубина их заложения, состав материала, глубина залегания культурных слоев и подстилающих их грунтов естественного происхождения, характер подземных вод. В проектах должно быть точно установлено, какие из старинных фундаментов подлежат разборке, на какую глубину, возможно ли при этом погружение свай и шпунтов и каким способом и т.п. Предпочтительно старые фундаменты, расположенные вплотную к фундаментам существующих (и сохраняемых) зданий, не разбирать. Разборка опасна, поскольку она требует применения динамических воздействий и может привести к вскрытию подошвы существующих фундаментов. Опасно также удаление длинномерных элементов, которые могут располагаться в грунтах под подошвой фундаментов существующих зданий. Применение шпунта в этих условиях весьма затруднительно из-за того, что в грунте может оказаться кирпич и различные элементы строительных конструкций. Поэтому использование под новые здания фундаментов, заглубляемых ниже подошвы существующих фундаментов, а также глубоких подвалов и подземных объемов крайне нежелательно.

В районах распространения насыпных грунтов недопустимо при строительстве зданий применение дренажей и других водопонизительных устройств, поскольку при осушении в условиях доступа воздуха в грунт проникают бактерии и грибки, развиваются процессы гниения органических веществ и окисления различных материалов, что приводит к просадке оснований.

Сотников С.Н. Проектирование и возведение фундаментов вблизи существующих сооружений

Источник