Сборник трудов конференции СПбГАСУ 2014 ч

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

нием компании в качестве участника в проектном и производственномИКлах работ.

Использование стальных шпунтовых свай при строительстве подземных сооружений в качестве постоянных ограждающих и несущих конструкций, имеет существенные преимущества:

Снижение стоимости работ нулевого цикла до 40 .

Сокращение сроков строительства до 70 .

Надежная гидроизоляция подземных пространств.

Высокая надежность, прочность и качество стальных конструкций.

Оптимальное использование площадей земельных участков.

Снижение влияния на окружающую застройку.

Большой опыт использования в мировой строительной практике

вусловиях городской застройки.

Доступность материалов и элементов технологии, наличие типовых проектных решений.

Разработка котлована может производиться открытым способом, с установкой временных крепежных металлических конструкций, по методике Top-Down, при которой перекрытия подземных уровней устраиваются в направлении сверху вниз и выступают в качестве раскрепляющей системы для шпунтового ограждения или комбинированным способом.

Стена из стальных шпунтовых свай может выполнять функцию наружного стенового ограждения для подземных уровней зданий и одновременно воспринимать нагрузки от надземных конструкций, выступая частью фундамента с развитой боковой поверхностью (рис. 6).

Сопряжение шпунтового ограждения с остальными конструктивными частями сооружений осуществляется при помощи узлов, выполненных на электродуговой сварке, причем имеется возможность применения сборных железобетонных конструкций для устройства настилов подземных этажей.

На конечном этапе работ, очищенная от грунта поверхность шпунтового ограждения, при необходимости, покрывается огнезащитным материалом

иокрашивается для придания эстетичного вида.

Использование стальных шпунтовых свай в несущих и ограждающих конструкциях позволяет организовать производство строительно-монтажных работ при строительстве автодорожных тоннелей, подземных автостоянок или подземных пешеходных переходов в условиях городской дорожной сети без полного перекрытия движения автотранспортных потоков, что актуально для решения проблемы автотранспортных пробок в крупных городах.

Новая эффективная технология строительства подземных автостоянок и сооружений с применением стальных шпунтовых свай, предлагаемая ООО

«КАРСТ», открывает новые возможности в освоении подземного пространства в крупных городах и способствует реализации самых сложных проектов.

121

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

Рис. 6. Применение стены из стальных шпунтовых свай в качестве наружной несущей и ограждающей конструкции подземного сооружения

УДК 624.131

С.Г. Богов (Геореконструкция, Санкт-Петербург) В.Я. Смолак (ПГУПС, Санкт-Петербург)

ОПЫТ СОЗДАНИЯ ЗАГЛУБЛЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ В БЕСПОДВАЛЬНЫХ ЗДАНИЯХ В ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ

УСЛОВИЯХ САНКТ-ПЕТЕРБУРГА

ВВЕДЕНИЕ

Большинство решений геотехнических задач по реконструкции и современному приспособлению исторических зданий в Санкт-Петербурге сопряжено со сложными инженерно-геологическими и гидрогеологическими условиями площадок, а также с накопленными деформациями зданий на ста-

122

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

дии эксплуатации. В данной статье рассмотрен вопрос применения технологии «jet grouting» на примере создания подвальных помещений в реконструируемом ранее бесподвальном здании.

Реконструируемое здание является памятником истории и архитектуры постройки середины XIX века и расположено на историческом острове в центральной части Санкт-Петербурга. Здание одноэтажное кирпичное с мансардой, с несущими продольными и поперечными стенами и сводчатыми перекрытиями. Корпус в плане имеет вид сектора кольца, архитектурно повторяющего очертания соседнего корпуса.

Рис.1. Фото здания и план с нагрузками на обрез фундамента

Рис. 2. Схема устройства подвала и новых конструкций с учетом геологии площадки

123

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

1. Характеристика фундаментов здания. Задачи реконструкции

По данным обследований фундаменты стен здания бутовые, ленточные, на естественном основании, из рваных постелистых известняковых плит на известковом растворе, под подошвой фундаментов располагаются лежнибревна диаметром ~0,20 м, состояние ограниченно работоспособное. Ширина подошв фундаментов варьирует от 1,25 до 1,5м, а глубина заложения фундаментов 2,5...3,5м от дневной поверхности, на абс. отметках – 0,8...0,3м БС. Грунтовое основание корпуса имеет естественное сложение и представлено неоднородными водонасыщенными пылеватыми песками средней плотности. За период эксплуатации конструкции здание уже получило деформации – вертикальные трещины до 4мм и наклонные трещины во внутренних стенах.

2. Инженерно-геологические условия площадки

Площадка реконструкции расположена в дельте реки Невы, в геоморфологическом отношении входит в пределы Приневской низины, здание находится на расстоянии порядка 10 м от берега р.Мойки.

Абсолютные отметки дневной поверхности находятся в интервале примерно плюс 3,5...3,9 м БС. В пределах глубины 30 м площадка образована, под техногенным слоем, послеледниковыми, озерно-ледниковыми и ледниковыми отложениями, подстилаемыми коренными отложениями венда. Мощность техногенных отложений составляет 2,4...4,3 м. Морские и озерные отложения представлены в пределах верхних 0,6...1,1 м пылеватыми песками и пластичными супесями с примесями органических веществ и слабозаторфованными, подстилаемыми водонасыщенными песками средней крупности средней плотности мощностью 1,7...5,5 м. У подошвы слоя послеледниковых отложений залегают суглинки пылеватые текучепластичной консистенции, мощность которых изменяется от 2,1 до 4,2 м. Кровля залегающих под ними верхнечетвертичных озерно-ледниковых ленточных текучих суглинков находится на абсолютных отметках минус 5,59 – минус 10,25 м БС. Ниже повсеместно залегает суглинок неяснослоистый текучепластичной консистенции. Ниже глубины 27,5 м залегают коренные отложения венда, представленные твердыми пылеватыми глинами, выявленной мощностью до 3,5 м. Подземные воды безнапорного горизонта приурочены к подошве техногенных отложений. В отдельные периоды возможен подъем подземных вод на высоту до 1 м.

3. Краткая характеристика проектного решения

Проектом приспособления объекта культурного наследия в пятне существующего здания предусмотрено создание подземного пространства глубиной порядка 3 м от настоящего уровня для устройства эксплуатируемых подвальных помещений.

124

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

В рассматриваемой геотехнической ситуации для создания подвальных объемов в здании под подошвами существующих фундаментов реализован вариант превентивного усиления грунтов путем устройства наклонных цементогрунтовых столбов по технологии струйной цементации. Для бездефектного вскрытия подземных объемов внутри здания ниже уровня грунтовых вод без водопонижения были выполнены работы по устройству противофильтрационной завесы (ПФЗ) и обеспечена сплошность стен подвальной части здания от водопритока. Элементы ПФЗ диаметром 0,8 м выполнялись в шахматном порядке (рис. 3).

Техническое решение по варианту 1 позволяет увеличить несущую способность ленточных фундаментов – действующая нагрузка передаётся на большую площадь и глубину, а вертикальная действующая нагрузка раскладываясь на составляющие уплотняет клин грунта между столбами. По варианту 2 – образующимся конусом из цементогрунтовых элементов раздвигает-

125

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

ся окружающий грунт (рис. 4). Трение по боковой поверхности столбов по варианту 1 реализуется сразу и по внутренней и внешней поверхности, а при варианте 2 – только по внешней.

Рис. 3. План элементов ПФЗ

Струйная технология позволяет использовать различные схемы усиления. Возможные варианты приведены на рис. 4.

Хорошо известно, что во время усиления фундаментов практически по любой технологии происходят «технологические осадки». Они связаны

126

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

с передачей нагрузки на новые слои грунта и постепенным включением в работу усиливающих элементов (свай, столбов, обойм). Их величины зависят от опыта исполнителей, грунтовых условий, требуемой интенсивности работ. В качесте примера, во время усиления фундаментов по технологии jet grouting Собора Святого Яна в г. Гданьск (Польша) первоначальные технологические осадки составили 7–11 мм, причем такие величины считались небольшими [5].

При реконструкции здания осадка основания фундамента Sad,u не должна превысить допустимых нормативных значений, для Санкт-Петербурга это 10..30 мм в зависимости от технического состояния здания. Создание конструкций усиления и ПФЗ на корпусе производилось по однокомпонентной струйной технологии Jet-1.

На начальном этапе усиления при создании под подошвой ленточного фундамента первых столбов (на расстоянии 8d и выше друг от друга) создаваемые конструкции следует рассматривать как сваи с соответствующей несущей способностью как по грунту, так и по материалу с соответствующим сроком набора прочности материала сформированного ствола, необходимого для восприятия им действующей нагрузки.

При начальном этапе нагружения, до включения в работу острия сваи должна произойти сдвиговая осадка величина, которой по данным Лапшина Ф.К. [4] зависит от свойств окружающих грунтов. Так, в условиях пылеватых глинистых грунтов сдвиговая осадка сваи составляет 5–7 мм. По результатам статических испытаний при осадке 10 мм несущая способность цементогрунтовых свай диаметром d = 0,6 м и длиной 3 м в характерных для центра Санкт-Петербурга грунтовых условиях и в возрасте более 30 суток составляет 30 т [2]. При проектировании усиления фундаментов зданий цементогрунтовыми столбами следует учитывать, что реализующаяся величина технологической осадки более 10 мм близка к предельным значениям допустимой осадки при реконструкции исторических зданий. При дальнейшем продолжении работ по созданию цементогрунтовых столбов расстояние между ними будет уменьшаться до 6d…3d, при этом одни сваи набрали прочность, другие еще нет. Возникает взаимное влияние свай друг на друга.

В ходе работ для минимизации технологической осадки необходимо производить проверку основания по деформациям, так как площадь подошвы фундамента для передачи на грунты основания действующей нагрузки будет уменьшаться, а материал выполненных цементогрунтовых элементов к этому времени может еще не набрать прочность. После реализации проекта, т. е. выполнения всего закрепления под старыми фундаментами будет создан искусственный грунт со свойствами, близкими самому фундаменту. Созданная конструкция должна быть смоделирована и рассчитана по прочности по деформациям и, при необходимости, на всплытие. Также следует предусматривать проблему усадочных деформаций. Известно, что бетоны, цементные растворы, как и композиционные цементогрунтовые составы при твердении

127

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

дают усадку [4]. При этом величина усадки для цементного раствора в зависимости от водоцементного отношения (В/Ц) может доходить до 40 %, а цементогрунтовой смеси в зависимости от свойств цементного раствора и исходной влажности грунта – до 12 %. Для исключения дефектов усиления необходимо исключить эту часть технологической осадки техническими мерами. Для этой цели должен закладываться специальный технологический процесс опрессовки зоны «подошва фундамента – цементогрунтовый столб». Проведенные работы показывают, что, как правило, не менее 15 % от общего количества столбов опрессовывается на начальном этапе без роста давления, что является свидетельством имеющихся под подошвами фундаментов зон разуплотнений из-за процессов седиментации и усадки.

4.Геотехнический мониторинг

Входе ведения работ по закреплению грунтов на объекте велся непрерывный геотехнический мониторинг. Для предотвращения роста скорости деформаций в пределах здания выделялись отдельные зоны, для которых задавалось время выдержки, после которого разрешалось приступать к изготовлению соседних столбов. В нескольких случаях работы были приостановлены полностью. В ходе работ осадка по отдельным маркам превысила 17 мм. Для выявления причин возникновения технологических осадок был проведен анализ имеющихся данных мониторинга. Анализировались

данные по действующим нагрузкам, по результатам геодезических наблюдений за вертикальными перемещениями по 20-ти маркам, ежедневные данные по интенсивности выполнения работ по технологии jet grouting и исполнительные данные по колонковому бурению (для уточнения положения подошв фундаментов).

мм

Рис. 5. Изолии равных деформаций фундаментов здания:

а) на начальном этапе реализации проекта и б) на заключительном этапе усиления

128

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

Рассматривалось технологическое влияние на положение геодезической марки от создаваемых столбов на расстоянии 3d и ближе. При выполнении усиления фундаментов по струйной технологии без нарушений технологии деформация фундаментов на начальном этапе имеет, как правило, следующий характер: отсутствие осадок или первоначальный незначительный подъем. Далее может развиваться осадка. На реконструируемом корпусе осадки активно начали проявляться через 30–35 дней начала работ фактически после включения в работу второго комплекта оборудования, использованного для устройства элементов ПФЗ с целью сократить общие сроки. Следует отметить, что первоначальный некоторый подъем марок положительно влияет на величину суммарной технологической осадки. Анализ данных не показал, что остановка работ существенно влияет на стабилизацию уже развивающихся процессов деформации «подмытого» фундамента. Прочность и модуль деформации создаваемого цементогрунта на объекте контролировалась в различном возрасте для уточнения скорости твердения и набора прочности. Также исследовались и свойства изливов грунтоцемента из инъекционных скважин [6]. Диаметр создаваемого закрепленного объема из скважины можно и следует контролировать с помощью специальных каверномеров, использующих как механические, так и акустические способы измерений [5].

Заключение

1.Использование струйной технологии в условиях слабых водонасыщенных грунтов Санкт-Петербурга позволяет бездефектно реализовать решение по созданию подземных объемов в бесподвальном историческом здании. При этом нет необходимости проводить водопонижение, оказывающее негативное воздействие на соседние здания.

2.Минимизировать технологическую осадку фундаментов здания возможно надежными техническими решениями, расчетами, а также применяемой технологией, регулировкой темпов ведения работ, полностью исклю-

129

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

чая явление «подмыва» усиляемого фундамента. Ведение подобных работ должно происходить с обязательным геотехническим сопровождением и мониторингом.

Литература

1.Опыт усиления фундаментов старых зданий с использованием струйной технологии. /Богов С.Г.//Основания, фундаменты и механика грунтов. М. 2007. №3.

2.Улицкий В.М., Богов С.Г. Комплексное использование струйной технологии

для целей реконструкции на слабых грунтах. Реконструкция Санкт-Петербурга – 2005. Материалы 3-го международного симпозиума 16-20 мая. СПб.1995.

3.Богов С.Г. Исследование прочностных свойств грунтов, закрепленных цементными растворами по струйной технологии. //Интернет журнал. Развитие городов и геотехническое строительство №2. Геореконструкция. СПб.2000г.

4.Лапшин Ф.К. Расчет свай по предельным состояниям. СГУ., Саратов.1979г.

5.Topolnicki M.: Podchwytywanie i podnoszenie obiektów budowlanych za pomocą kontolowanych iniekcji geotechnicznych //Awarie budowlane 2011 – XXV Konferencja Naukowo-Techniczna. – Międzyzdroje, 2011. – c.175-200.

6.Богов С.Г. Применение цементных растворов для струйной технологии закрепления грунтов с учетом их реологических свойств. // Гидротехника.№4. СПб.2013.

УДК 624.131.54: 624.012.03

д-р техн. наук, профессор Ю.Л. Винников (ПолтНТУ, Полтава, Украина), канд. техн. наук, доцент О.В. Кичаева. (ХНУСА, Харьков, Украина),

инженер А.В. Суходуб (ООО «ЭКФА», Полтава, Украина)

ОЦЕНКА СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ СИСТЕМЫ «ОСНОВАНИЕ – ФУНДАМЕНТ – СООРУЖЕНИЕ» ПРИ НАДСТРОЙКЕ

Вусловиях плотной застройки растут объемы реконструкции зданий

исооружений. Распространенными становятся их надстройки и перепланировка внутреннего пространства, что ведет к увеличению нагрузки на фундаменты.

Для обоснования увеличения нагрузок на основание при реконструкции зданий и сооружений без усиления фундаментов или упрочнения их основания целесообразно учитывать [1–5]: изменение параметров конструктивной схемы здания; первичную нормативную базу проектирования; закономерности упрочнения природного и насыпного грунтов соответственно от длительного обжатия под подошвой фундамента и в результате их самоуплотнения.

Объектом для оценивания совместной работы системы «основание – фундамент – сооружение» (ОФС) при надстройке является одноэтажное здание с подвалом магазина в г. Полтава (рис. 1).

130