§ 14.10. Геотехническое сопровождение реконструкции зданий и застройки
Геотехническое сопровождение включает комплекс работ, направленных на обеспечение безопасности существующих зданий при реконструкции городской надстройки.
Оно включает: предпроектное инженерное обследование реконструируемых зданий и площадки строительства; геотехнический прогноз возможных деформаций зданий при реконструкции и в период дальнейшей эксплуатации; геотехническое обоснование применения различных технологий усиления и устройства оснований и фундаментов; выбор технологии производства работ, исключающей негативное воздействие на основания и фундаменты реконструируемых зданий прилегающей застройки и объектов нового строительства; инструментальный контроль качества работ и соблюдение технологических регламентов с учетом геотехнической сложности объектов реконструкции.
Геотехническое обоснование проекта преследует выбор оптимального решения, обеспечивающего надежность объекта реконструкции, нового строительства и сохранность окружающей застройки.
Геотехнический прогноз возможных деформаций зданий осуществляется по результатам зондирования грунтов основания фундаментов для определения их физико-механических и реологических характеристик. На показатели грунтов существенное влияние оказывают их влажность, структура и плотность.
За период эксплуатации грунты в основании фундамента испытывают внешние техногенные воздействия, что приводит к изменению их физико-механических характеристик, по сравнению с их естественным сложением.
Под подошвой фундаментов наблюдается область локального уплотнения, причиной которой являются фильтрационная консолидация и ползучесть грунтов основания.
Процесс консолидации грунтов основания и формирование зоны уплотнения достигаются в результате постепенного возрастания давлении при возведении здания; уплотнение грунта при постоянной нагрузке в послепостроечный период с дальнейшим нарастанием деформаций грунта и стабилизации осадок - многолетнего обжатия стабилизированного грунта.
При внесении изменений в результате увеличения нагрузки при надстройке или снижения зоны обжатия при разработке котлованов вблизи зданий, усилении фундаментов или укреплении грунтов основания формируется новая структура, что является важными факторами для прогноза поведения объекта после реконструкции.
В общем плане установлено, что в результате длительной эксплуатации зданий повышается расчетное сопротивление грунтов уплотненной зоны, которое может достигать 1,5-2,3-кратного увеличения. Это обстоятельство учитывается в расчетах несущей способности фундаментов при изменении нагрузок в результате надстройки зданий.
Работами Долматова Б.И., Сотникова С.Н., Ройтмана А.Г. установлены имперические зависимости размеров зоны уплотнения - глубины Ну и ширины bу от размеров фундаментов и структурной прочности грунтов.
где b - ширина фундамента; α = 1 МПа - коэффициент размерности.
На основе анализа многочисленных исследований установлено, что зона уплотнения грунтов, которая может быть установлена в расчетах при реконструкции, составляет по глубине 1,75-2,0 подошвы фундамента.
В то же время длительная эксплуатация зданий сопряжена с влиянием различных техногенных факторов, существенно влияющих на состояние грунтового основания. К ним следует отнести замачивание в результате протечек в системе водопровода и канализаций, повышение уровня грунтовых вод, динамические воздействия от транспорта, сезонные промерзания и др.
Поэтому в каждом конкретном случае требуются геотехнические исследования оценки состояния грунтового основания методами наклонного или вертикального зондирования, отбора проб и их испытаний.
Полученные данные могут служить основанием для расчета несущей способности фундаментов с учетом изменившихся нагрузок при реконструкции.
Наличие обоснованного конструктивного решения и щадящей технологии ведения работ при возведении подземных заглубленных сооружений является необходимым, но не достаточным условием успешного производства работ. Как показывает практика, на процесс производства влияет ряд дополнительных факторов: квалификация персонала, состояние техники, щадящий технологический режим ведения работ, геологические и гидрогеологические условия строительства.
Неоднородность разуплотнения грунта, а также геотехнический прогноз осадок при последующем нагружении фундаментов способствуют принятию решений по изменению технологической последовательности производства работ.
Геотехнический мониторинг
Геотехнический мониторинг не только является инструментом оперативного управления производством работ нулевого цикла, но и основным мероприятием для поверок расчетных значений, а также обеспечения надежности возводимых конструкций и сохранности окружающей застройки и коммуникаций. В его сферу, помимо строительной площадки, попадают геологическая и гидрогеологическая среда, капитальная застройка и ответственные коммуникации, находящиеся в зоне риска, связанного с возведением нового подземного или заглубленного сооружения.
Объем и состав мониторинга зависят от категории геотехнической сложности строительства. В общем случае цель мониторинга состоит в: наблюдении и инструментальной оценке поведения грунтов и грунтовых вод, влияющих на принятые проектные решения; оценке данных по технологии производства работ; раннем предупреждении неблагоприятных возведений; сборе данных по превышению критериев безопасного ведения работ и принятии методов исправления и восстановления; контроле процессов производства работ и их влияния на окружающую застройку.
Геотехнический мониторинг состоит из двух этапов - подготовительного и рабочего.
На подготовительном этапе выполняют следующие работы: анализ исходной информации по результатам обследования застройки (освидетельствование технического состояния застройки в зоне действия мониторинга; фиксация дефектов, графическая фиксация и фотосъемка, составление ведомостей дефектов; определение фоновых параметров колебаний конструкций зданий от имеющихся воздействий автомобильного транспорта, трамваев, метро, соседних производств, определение кренов стен зданий, неравномерности осадок); установку маяков и датчиков раскрытия трещин; установку геодезических марок с привязкой к городской реперной сети; установку пьезометров (режимных скважин) для контроля над уровнем грунтовых вод (для случаев, когда дно котлована ниже УГВ); уточнение проектных критериев по допустимым воздействиям; в наиболее сложных и ответственных случаях дополнительно устанавливают грунтовые геодезические марки, марки для измерения послойных деформаций, датчики порового давления, мессдозы для регистрации вертикальных и горизонтальных напряжений.
На рабочем этапе осуществляют (рис. 14.42): визуальный контроль технического состояния конструкций окружающей застройки, контроль состояния маяков и датчиков на трещинах; геодезические измерения деформаций окружающих зданий; геодезические измерения горизонтальных смещений, крена и осадки ограждающих конструкций, а также осадки и деформаций коммуникаций; геодезические измерения выпирания дна котлована; измерение напряжений в системе ограждающих стен (грунтовых анкеров, расстрелов, раскосов и т.п.); измерение поведения окружающих грунтов при проведении производства работ; измерение грунтового давления на ограждающие стенки; наблюдения за параметрами колебаний; фиксацию уровня грунтовых вод по пьезометрам; контроль с соблюдением геотехнического регламента работ; технический контроль состояния возведенных конструкций; контроль качества выполненных работ согласно требованиям нормативных документов; для наиболее сложных случаев производят фиксацию показаний установленной контрольно-измерительной аппаратуры.
Рис. 14.42. Схема процесса мониторинга при возведении подземных и заглубленных сооружений 1 - измерение крена и деформаций ограждающей стены котлована; 2 - определение усилий в грунтовых анкерах; 3 - датчики для оценки напряжений в распорных системах и их деформаций; 5 -датчики для оценки крена по глубине; 6 - размещение датчиков для измерения порового давления; 7 то же, уровня грунтовых вод; 8 измерение осадки фундаментов и крена зданий; 9 - раскрытия трещин в существующих зданиях
Система мониторинга позволяет получать сведения о раннем предупреждении различного рода осадок и деформаций, принять необходимые меры и изменение технологий, направленные на обеспечение безопасности и надежности как возводимых объектов, так и прилегающей застройки.