Сборник трудов конференции СПбГАСУ 2014 ч

Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…

Рис. 1. Схемы к определению размеров уплотненных подушек и армирующих элементов в условиях неоднородных оснований:

а- при наличии буферного слоя; б- при устройстве на кровле слабого слоя; 1- слабый грунт; 2- прочный грунт; 3- песчаная подушка;

4- армирующие элементы

Рис. 2. Схемы к определению размеров уплотненных подушек и армирующих элементов в условиях слабых грунтов:

в- при наличии прочного слоя; г- в условиях слабых грунтов; 1- слабый грунт; 2- прочный грунт; 3- песчаная подушка; 4- армирующие элементы

91

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

Назначение оптимальных размеров уплотненной армированной грунтовой подушки заключается в подборе ее толщины и ширины. В целом, размеры подушки выбираются из выполнения условия σzg + σzp ≤ Rz. При этом ширину подушки на уровне кровли слабого слоя грунта следует принимать:

при величине среднего давления по подошве фундамента рII = 200– 300 кПа ширина уплотненной подушки принимается bп = 3bf (bf – ширина фундамента), а для большей стороны прямоугольного фундамента lп = 3lf (lf – длина фундамента);

при величине среднего давления по подошве фундамента рII = 400– 500 кПа ширина уплотненной подушки принимается bп = 4bf, а для большей стороны прямоугольного фундамента lп = 4lf;

Толщину (высоту) уплотненной армированной подушки hп следует определить из следующих условий:

при устройстве подушки непосредственно на водонасыщенном грунте – hп = 0,75–1,0bf, м, где bf – ширина (диаметр) проектируемого фундамента;

при наличии прочного (буферного) неводонасыщенного слоя грунта

толщиной не менее 0,5 м – hп = 0,5 – 0,75bf.

В целом, минимальная толщина уплотненной армированной подушки

должна приниматься не менее hп ≥ 1,0 м.

Сравнительные расчеты показали, что осадки искусственных оснований с устройством армированных подушек не представляется возможным определить в соответствии с требованиями и положениями действующих нормативных документов. Поэтому были предложены следующие аналитические (инженерные) методы расчета:

Схема 1. Расчет осадок уплотненных армированных подушек, произ-

водится с использованием метода послойного суммирования (СП 22.13330.2011). В принятой расчетной схеме, искусственное (двухслойное или более) основание рассматривается как однородное и линейно деформируемое (рис. 3). При этом глубина сжимаемой толщи определяется из условия σzp = 0,2σzg.

Рис. 3. Схема к расчету осадки фундамента:

1- неводонасыщенный грунт; 2- слабый водонасыщенный грунт

92

Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…

Предлагаемый метод рекомендуется использовать при соотношениях модулей деформации составных слоев грунтов основания Е1 / Е2 ≥ 20 (где Е1 – модуль деформации грунта армированной подушки, МПа; Е2 – то же слабого слоя грунта, МПа). При расчете осадок элементарных слоев следует использовать значение приведенного модуля деформации Епр, который представляет собой осредненное значение модуля деформации всех составляющих слоев искусственного основания, значение которой рекомендуется определить по результатам статических испытаний штампами или фрагментами фундаментов площадью не менее А = 5000 см2.

Схема 2. При этом методе уплотненная армированная подушка принимается как жесткая плита, передающая давление от нагрузки сооружения, веса фундамента и грунта на его обрезах, а также веса армированной подушки, в виде равномерно распределенной нагрузки, приложенной на кровле слабого слоя грунта (рис. 4). Глубина сжимаемой толщи основания принимается равным hсж = 1,5bf (bf – ширина или диаметр фундамента), а в расчетах учитываются значения модуля деформации армированной подушки и слабого слоя.

Величина осадки фундамента определяется по формуле:

S = S1 + S2

где S – общая (суммарная) осадка искусственного основания, см; S1 и S2 – соответственно осадка армированной подушки и слабого подстилающего слоя основания, см, определяемые по выражению (5.16) СП 22.13330.2011 с учетом модулей деформации армированной подушки Е1 и слабого слоя грунта Е2.

Рис. 4. Схема к расчету осадки фундамента:

1- неводонасыщенный грунт; 2- слабый водонасыщенный грунт

Для проведения расчетов численными методами рекомендуется использовать ПК Plaxis [5], который позволяет проводить расчеты фундаментов с применением упруго-пластической модели Кулона-Мора.

Проведенными исследованиями установлено, что устройство уплотненных грунтовых подушек на слабых грунтах, армированных ВГМ, является эффективным методом устройства искусственных оснований, которые при относительно небольшой толщине подушки позволяют значительно повысить несущую способность и снизить деформируемость основания. Высокие значения прочностных и деформационных характеристик этих подушек так-

93

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

же способствуют существенному уменьшению размеров проектируемых фундаментов.

Литература

1. Мангушев Р.А., Карлов В.Д., Сахаров И.И. Механика грунтов. – М.: Изд-во АСВ,

2009.

2.Работников А.И., Кованев Б.М. О формировании зоны деформаций в двухслойном основании // Основания, фундаменты и механика грунтов. М.: 1970, №1. С.12–14.

3.Резников В.П. Напряженно-деформированное состояние грунтового основания, рассматриваемого как двухслойная среда, под ленточными фундаментами // Автореферат дисс...канд.техн.наук, НПИ. Новочеркасск, 1978. 21 c.

4.Усманов Р.А. Устройство фундаментов на неоднородных основаниях, подстилаемых слабыми водонасыщенными лессовыми грунтами // Научно-технический журнал «Вестник гражданских инженеров». №2(12). СПб.: 2008, с. 56–61.

5.Руководство ползователя ПК Plaxisверсия 7.2. НИП Информатика.

УДК 624.131

С.Г. Богов (Геореконструкция, Санкт-Петербург )

АДАПТАЦИЯ СТРУЙНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ПОДЗЕМНОГО ОБЪЕМА ЗДАНИЯ В ИСТОРИЧЕСКОЙ ЧАСТИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГА. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСАДКА И КОНТРОЛЬ ЕЕ ВЕЛИЧИНЫ.

Введение

При новом строительстве в условиях существующей застройки дополнительная осадка Sad u зданий регламентируется требованиями нормативных документов СП 22.13330.2011, ТСН 50-302–2004.Эта величина не должна превысить предельных величин и зависит от категории технического состояния сохраняемых зданий. Рассчитать технологическую осадку весьма сложно, но, имея опыт, набор геотехнических решений, проводя геодезические наблюдения можно оказывать влияние на развитие ситуации на объекте, не допуская превышений предельных значений, а в отдельных случаях обеспечивая строительный подъем.

Сложные инженерно-геологические условия Санкт-Петербурга и высокий уровень подземных вод, при котором естественный водоупор находится на значительных глубинах, делают устройство котлованов крайне дорогостоящими. Выполнение водопонижения может негативно влиять на сохраняемые здания. С целью создания искусственного водоупора в последние годы успешно применяется технология струйной цементации грунтов «jet grouting». Эта технология позволяет создать надежный слой закрепленного грунта с заглублением в него сравнительно короткого шпунтового огражде-

94

Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…

ния. Это позволяет исключить развитие сверхнормативных деформаций стен примыкающих зданий путем ограничения перемещений ограждения котлованов и усиления грунтов основания фундаментов зданий по струйной технологии [1].

Для успешного решения задачи в сложных геологических и гидрогеологических условиях строительства необходимы натурные исследования прочностных характеристик грунто-

цемента, выполненные непосредственно на участке строительства, [2]. Для оптимального выбора технологии струйной цементации в глинистых грунтах необходимо учитывать результаты лабораторных исследований свойств грунтов закрепляемого слоя и результаты экспериментальных работ по отработке рабочих параметров и подбору оптимального состава (излива) для определения прочностных характеристик грунтоцемента, а также скорости твердения и набора прочности цементогрунта в конструкции.

1. Элементы «нулевого цикла» ограждения котлована

Техническое решение по созданию искусственного слоя грунта и короткого шпунта в качестве шпунтового ограждения и адаптация струйной технологии проводились на объекте, расположенном в центральной исторической селитебной части Санкт-Петербурга.

На участке строительства производится реконструкция здания под многоквартирный дом с подземным гаражом. Работы включают в себя закрепление грунтового массива на глубине от 10,8 м до 8,9 м между наружным и внутренними контурами короткого шпунтового ограждения котлована. С целью создания нижней распорки шпунта и противофильтрационной завесы (ПФЗ) было выполнено закрепление слабых пылевато-глинистых текучих грунтов (ИГЭ 4, ИГЭ 5). Закрепление двухметрового массива грунта создается из вертикальных цементогрунтовых столбов Ø1,2 м по двухкомпонентой технологии. Созданный искусственный материал jet grouting в возрасте 45 суток должен обладать следующими характеристиками: модуль деформации закрепленного сплошного массива грунта не менее 1000 МПа; прочность на одноосное сжатие – не менее 45 МПа. После погружения шпунта работы по устройству нижнего распорного крепления шпунта в грунте начались с устройства опытной площадки. По результатам опытных работ по закреплению через 45 суток были достигнуты следующие результаты: плотность материала 1,68 т/м3, среднее значение призменной прочности превышало 10 МПа, а средний модуль деформации составлял порядка 1000МПа.

95

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

Откопка грунта в котловане началась только после получения результатов испытаний образцов закрепленного грунта через 45 дней после закрепления грунтового массива. Ранее подобные работы закреплению грунтов при вскрытии котлованов в коротком шпунте были успешно выполнены при устройстве подземных объемов зданий в Санкт-Петербурге по адресам: Почтамтская ул., д. 5, В.О. Малый пр. д.9.

2.Инженерно-геологические условия площадки

Вгеоморфологическом отношении рассматриваемый участок расположен в пределах Приневской низины с абсолютными отметками 3,65–4,33 м.

Вгеологическом отношении площадка представлена послеледниковыми (озерно-морскими), озерно-ледниковыми и ледниковыми отложениями четвертичного стратиграфического комплекса, залегающими на коренных верхнекотлинских глинах венда, и перекрытых с поверхности слоем насыпных

грунтов мощностью до 8,0 м. Техногенные отложения, tgIV представлены в основном песками мелкими серо-коричневого и чёрного цвета и супесями гумусированными перелопаченными со строительным мусором. Ниже зале-

гают послеледниковые (озерно-морские отложения m,lIV), их мощность на площадке может составлять 8,7 м. Озерно-морские грунты представлены песками пылеватыми насыщенные водой средней плотности, супесями пылеватыми с примесью органических веществ, прослоями слабозаторфованных

и супесями пылеватыми текучими до 10,8 м. Озерно-ледниковых отложений, lgIIIb, представленных суглинками тяжелыми пылеватыми, ленточными, серо- вато-коричневыми, текучими. Спорадически в лужских моренных супесях встречены пески средней крупности, с гравием, галькой и валунами, содержащие напорную воду. В разрезе моренной толщи доминируют суглинки пылеватые, серые полутвердые. Кровля слоя отмечена на глубинах 15,2–23,3 м, что соответствует абсолютным отметкам минус 11,55–19,55 м.

Всреднем мощность слоя составляет 8,0 м. К подошве ледниковых отложений приурочена кровля озерно-ледниковых отложений московского горизон-

та lgIIms, представленных суглинками легкими пылеватыми, слоистыми, серо- вато-голубыми, текучепластичными. Распространены озерно-ледниковые отложения до глубины 27,8–34,8 м, на абсолютных отметках минус 23,98 – минус 30,63 м. Уровень грунтовых вод отмечен на глубине 1,6–2,5 м, что соответствует абсолютным отметкам 1,45–2,37 м БСВ.

В процессе ведения работ «нулевого цикла» параллельно с закреплением грунтов на площадке выполнялись буронабивные сваи диаметром 0,62м. Сваи изготавливались под защитой обсадных труб установками «Касагранде». Устройство свай рядом с жилым дореволюционным зданием, примыкающим к строительной площадке, вызывало рост осадок фундаментов. Данное существующее шестиэтажное кирпичное здание с подвалом и чердаком выполнено по стеновой конструктивной схеме с продольными и поперечными несущими стенами и относилось ко 2 категории по техническому состоя-

96

Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…

нию конструкций. Междуэтажные перекрытия – железобетонные плиты, надподвальное – по металлическим балкам с бетонным заполнением в виде цилиндрических сводов. Фундаменты здания – ленточные бутовые, глубина заложения порядка 3,0 м от уровня дневной поверхности, ширина подошвы 1.0…1.26 м. Грунтами основания являлись пески пылеватые средней плотности по результатам зондирования.

Рис. 1. Инженерно-геологический разрез с элементами фундаментов нового здания.

Устройство каждой сваи нового здания в пределах 25–30 метров от сохраняемого здания вызывало прирост осадки фундаментов от 1 до 5 мм (см. рис. 3). Суммарные осадки стен зданий приближались к нормируемым значениям еще до вскрытия котлована. Данные обстоятельства привели к необходимости разработки компенсационных мероприятий для снижения негативного воздействия от устройства свай. Однако, при устройстве элементов ПФЗ со стороны короткого шпунта у фундаментов данного здания отмечались подъемы геодезических марок до 5 мм.

97

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

Таблица 1

Физико-механические характеристики грунтов

98

Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…

Рис. 2. План сохраняемого здания и котлована

Рис. 3. Графики деформаций фундаментов по осадочным маркам

Были разработаны и реализованы меры включающие закрепление слабых грунтов в основании фундаментов здания (см. рис. 4). До устройства буронабивных свай производилось закрепление слабых тиксотропных грунтов по оси будущих свай для минимизации негативных последствий от перебора грунта из обсадной трубы при бурении скважины. Таким образом, фундаменты были приподняты минимум на 20мм. К сожалению, проведенные работы по закреплению грунтов за шпунтовым ограждением за пределами котлована, в уровне нижней распорки на развития осадки фундаментов сохраняемого здания не принесло сколько-нибудь ощутимого положительного эффекта. Можно отметить, что более надежным было бы превентивное создание под фундаментом деформированных стен здания сплошного закрепленного массива грунта до плотных грунтов (см. рис. 3).

99

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

Рис.4 . Усиление грунтов оснований жилого дома: а – реализованное на площадке; б – возможное;

1…4 – зоны закрепления грунтов по струйной технологии

Для надежного определения прочности и модуля деформации создаваемого цементогрунта крайне важным является способ отбора кернов из готового массива. Отбор керна должен осуществляться представителями организации, производящими испытания или организацией, выполнившей закрепление. Следует отличать отбор керна из закрепленного цементогрунта и выбуривание керна из бетона или грунта. Для бетона с высокими прочностными показателями широко применяются алмазные коронки для колонковых труб, для отбора грунтов используют специальные керноотборники. Хорошо известны негативные условия отбора керна. Это высокая скорость вращения коронки, при этом происходит нагрев и высушивание образца цементогрунта. При большой вертикальной нагрузке на буровой инструмент и при невысокой прочности материала цементогрунта может произойти разрушение образца из-за образования в нем трещин и из-за «скручивания» образцов. При большой подаче промывочной жидкости при невысокой прочности материала может произойти разрушение образца за счет его переувлажения и «размыва». Отбор керна нужно производить специальными буровыми станками позволяющими регулировать скорости вращения и подачи бурового инструмента [3]. Начало отбора производить с подачей промывочной жидкости, а сам образец, вероятно, нужно отбирать «в сухую».

При вскрытии котлована отмечалось, что температура разрабатываемого грунта при температуре окружающего воздуха 1 °С местами составляла свыше 18 °С. Проведенные измерения влажности и показателя текучести

100