Особенности проектирования фундаментов возводимых в особых условиях
Обновлено: 07.05.2024
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ С УЧЕТОМ ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЙ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»
Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Бузруков Закирё Саттиходжаевич
В данной работе излагаются особенности расчетов при строительстве фундаментов высотных зданий с учетом инженерно-геологических условий проектирования и мониторинга основных типов фундаментов высотных зданий : свайно-плитных и свайных фундаментов . В работе рекомендованы методы укрепления грунта с использованием технологии системы свай и особенностей инженерно-геологических условий, которые необходимо учитывать при проектировании высотных зданий . В том числе даны особые требования к проектированию и строительству фундаментов высотных зданий . Даются рекомендации по проектированию фундаментов высотных зданий .
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Бузруков Закирё Саттиходжаевич
Фундаменты высотных зданий Моделирование напряженно-деформированного состояния свайного фундамента с плитным ростверком высотного здания с учетом недопогружения свай Выбор типа фундаментов и оснований многофункционального комплекса «Фатих, Амир и Хан» по ул. Фатыха Амирхана г. Казани Оценка эффективности свайно-плитных фундаментов с промежуточной подушкой на примере высотных зданий в сейсмических районах Краснодарского края i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы. i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.FEATURES DESIGN OF THE FOUNDATIONS OF HIGH-RISE BUILDINGS TAKING INTO ACCOUNT SOIL CONDITIONS
This work outlines the features of calculations and the construction of foundations of high-rise buildings , taking into account the engineering and geological conditions for the design and monitoring of the main types of foundations of high-rise buildings : pile-slab and pile foundations, including special requirements for the design and construction of foundations of high-rise buildings . This work recommends methods of strengthening the soil using the technology of the pile system and the features of engineering geologic conditions, which must be taken into account when designing high-rise buildings . Recommendations on the design of foundations of high-rise buildings are given.
Текст научной работы на тему «ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ С УЧЕТОМ ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЙ»
10. Sagatov B.U. About transfer of effort through cracks in ferro-concrete elements // European science review, 2016. № 7-8. С. 220-221
11. Каракулов Х.М. и др. Изучение основных физических характеристик грунтов Джизакского региона // Молодой ученый, 2016. № 4. С. 46-48.
Бузруков Закирё Саттиходжаевич - кандидат технических наук, доцент, кафедра строительства и архитектуры, Наманганский инженерно-строительный институт, г. Наманган, Республика Узбекистан
Аннотация: в данной работе излагаются особенности расчетов при строительстве фундаментов высотных зданий с учетом инженерно-геологических условий проектирования и мониторинга основных типов фундаментов высотных зданий: свайно-плитных и свайных фундаментов. В работе рекомендованы методы укрепления грунта с использованием технологии системы свай и особенностей инженерно-геологических условий, которые необходимо учитывать при проектировании высотных зданий. В том числе даны особые требования к проектированию и строительству фундаментов высотных зданий. Даются рекомендации по проектированию фундаментов высотных зданий. Ключевые слова: высотные здания, плитно-свайный, свая, фундамент, котлован, подземные воды.
FEATURES DESIGN OF THE FOUNDATIONS OF HIGH-RISE BUILDINGS TAKING INTO ACCOUNT SOIL CONDITIONS
Buzrukov Zakiryo Sattihodjayevich - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, DEPARTMENT OF CONSTRUCTION AND ARCHITECTURE, NAMANGAN ENGINEERING-CONSTRUCTION INSTITUTE, NAMANGAN, REPUBLIC OF UZBEKISTAN
Abstract: this work outlines the features of calculations and the construction of foundations of high-rise buildings, taking into account the engineering and geological conditions for the design and monitoring of the main types offoundations of high-rise buildings: pile-slab and pile foundations, including special requirements for the design and construction of foundations of high-rise buildings. This work recommends methods of strengthening the soil using the technology of the pile system and the features of engineering geologic conditions, which must be taken into account when designing high-rise buildings. Recommendations on the design of foundations of high-rise buildings are given.
Keywords: high-rise buildings, plate-pile, pile, foundation, foundation pit, groundwater.
Высокие здания является показательным символом современного строитеьства. Самые высокие здания мира сегодня поражает своим величием и технологической новизной.
Общепризнанными лидерами в строительстве высотных зданий в последнее время являются Китай и Объединенные Арабские Эмираты. Самое высокое здание в мире высотой 828 м - Burj Khalifa -было построено в Дубае в 2010 г. В настоящее время ведется строительство в Джидде (Саудовская Аравия) башни Kingdom Tower высотой 1 км.
Рис. 1. Высотное здание при входе в Ташкент-СИТИ и жилой комплекс NEST ONE
Однако, с учетом сейсмичности, специфики архитектурного облика города Ташкента, устойчивых традиций градостроительства в Центральной Азии, концепция Ташкент Сити выстроена на гармонии природы и современных урбанистических идей, в которых особое внимание уделено сочетанию деловой активности и идеи зеленого города с обилием зелени, прохлады воды, парковых зон для отдыха.
Принимая это во внимание, высотные здания, предназначенные для бизнес-офисов, отелей и апартаментов, предусмотрено построить по современной технологии высотой не выше 40 этажей, а жилые - не выше 12-ти. Кроме этого, здесь будут конференц- и выставочные центры, гипермаркет, большое количество торговых площадей, ресторанов и кафе. Жизнь в современном городе, в котором улицы не предназначены для большого потока машин, создает неудобства в виде пробок. Поэтому в Сити предложено продолжить концепцию города Ташкента в виде широких улиц, и введено новшество в виде парковок под зданиями.
Грунт на этом участке оказались недостаточно плотный, поэтому его необходимо укреплять. Для этого строители применяют новую для нашей страны технологию Deep Mixing. Посредством специального наконечника в форме гигантского сверла в земле пробивается отверстие, куда сразу же заливается вода и засыпается цемент. Теперь сверло выступает в качестве миксера, который перемешивает эти строительные ингредиенты с грунтом в определённой пропорции. Через неделю после заливки выбрана проба бетона, который тестируют на качество, ещё через две недели - посредством специальных приборов измеряют прочность сваи. Если показатели не соответствуют норме, грунт укрепляют дополнительными подземными колоннами. Их будет около 6 000 диаметром 80 см каждая.
Для укрепления грунта было решено использовать технологию системы свай, которая применяется при строительстве высотных сооружений. Для реализации проекта привлекли специалистов ряда международных инженерных компаний из Турции, которые принимали участие в строительстве подобных зданий в других странах.
Посредством высокотехнологичного оборудования были взяты пробы из скважин, пробуренных по всему периметру участка застройки. Максимальная их глубина достигает 100 метров — это примерная высота 25-этажного дома. Результаты анализа
почвы необходимы для получения достоверных данных по дальнейшим действиям конструкторов-проектировщиков.
При строительстве фундаментов высотных зданий возникает ряд особенностей с учетом инженерно-геологических условий которые необходимо учитывать при проектировании. В связи с тем, что территория нашей страны расположена в подверженной землетрясению зоне, важно соблюдать особые требования к проектированию и строительству фундаментов высотных зданий:
■ В настоящее время уже построено несколько сотен зданий высотой выше 200 м. Высотные зданий Ташкент-СИТИ и других объектов при строительстве фундаментов высотных зданий возникает ряд особенностей, которые необходимо тщательно учитывать при проектировании:
■ Давление по подошве фундамента высотных зданий может быть на порядок выше, чем для зданий высотой до 75 м, что требует проведения специальных лабораторных и полевых изысканий.
■ Надо обращать внимание особенности инженерно-геологических изысканий.
■ Действующие нормы по проектированию свайных фундаментов распространяются на расчёт несущей способности сваи длиной 35 м (сопротивление по нижнему концу сваи) и 40 м (сопротивление по боковой поверхности), что может быть недостаточно для проектирования фундаментов высотных зданий.
■ Большие нагрузки (1-2 МПа), передаваемые на грунт основания, требуют учитывать в расчете прочностные и деформационные характеристики скальных и нескальных грунтов с Е > 100 МПа, считаю-
■ Давление под фундаментом может быть в несколько раз выше, чем давление от здания высотой до 75 м. В этом случае создается специальная лаборатория для изучения характеристик грунтов и инженерно-геологических исследований в полевых условиях.
■ Обратить особое внимание на качество инженерно-геологических исследований.
■ Согласно действующим нормативным документам существует практика определения несущей способности свайных фундаментов длиной до 35 м (сопротивление по нижнему концу сваи) и до 40 м (сопротивление по боковой поверхности). Этого естественно для проектирования высоких зданий может быть недостаточно.
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.■ При расчете прочностных и деформационных характеристик горных и неуплотненных почв (Е> 100 МПа) и зоны распределения напряжений в грунте по плану и глубине, в соответствии с действующими нормативными актами, под воздействием больших нагрузок, передаваемых в почву (1 -2 МПа) может привести к увеличению толщины слоев почвы, получающих передаваемые нагрузки. В частности, это условие может значительно сказаться при неравномерном размещении слоев.
■ Увеличение размеров (глубины и ширины) сжимаемой толщи в массиве грунта приводит к увеличению сроков завершения консолидации грунта и растягиванию процесса осадки во времени.
■ В случае если основание сложено грунтами с разными коэффициентами консолидации (как первичной, так и вторичной), необходимо учитывать возможность возникновения в результате такого неравномерного напряженно-деформированного состояния грунта (на промежуточной стадии консолидации) неодновременного окончания процессов консолидации различных видов грунтов и, как следствие этого, возникновения крена здания, превышающего предельные значения.
■ Высокая чувствительность к крену.
■ Увеличение размеров деформируемой области грунта основания приводит к оказанию большего влияния на окружающие здания и сооружения, в том числе водонесущие коммуникации, что необходимо учитывать в расчете.
Анализ проведенных исследований показывает что Описанные выше особенности высотных зданий, в частности большие сосредоточенные нагрузки (до 2 МПа и более), глубина изысканий (до 100 м и более) и площадь фундамента здания, принимая высокую чувствительность здания к крену, вызванному неравномерными деформациями фундамента, приводят к необходимости использования в качестве основания более прочных грунтов, находящихся, как правило, в переуплотненном состоянии, или скальных грунтов.
Свайно-плитный фундамент (СПФ) подразумевает включение в работу как свай, так и плиты. Он применяется в случаях, когда грунт под подошвой фундамента может включиться в работу и воспринять часть нагрузки. Данный тип фундаментов эффективен при «борьбе» с креном здания в случаях, если на фундамент действуют неравномерно приложенные нагрузки или фундамент под высотную часть не разделён осадочным швов от остальной, как правило, подземной части здания, а также для снижения влияния нового строительства на существующие здания и сооружения. В целом такая конструкция фундамента является наиболее эффективной при строительстве так любимых современными архитекторами многофункциональных комплексов, состоящих из высотных частей, объединенных единым стилобатом.
При проектировании СПФ приходится учитывать взаимодействие между грунтом основания, сваями и ростверком (плитой). По сравнению с традиционными методами расчет и проектирование СПФ требует применения более сложной модели взаимодействия между основанием и сооружением.
На основе накопленного опыта в настоящее время выработаны следующие положения для проектирования СПФ:
- применять несколько длинных свай вместо большого количества коротких;
- сваи располагать в зоне действия нагрузки;
- при расчёте несущей способности свай по материалу и их конструировании следует учитывать перегруженность угловых и периметральных свай относительно центральных;
- мероприятия по сохранению естественного состояния грунта под плитой должны являться составной частью проекта;
- между плитной частью ростверка и сваями выполнять зазор,который после включения фундаментной плиты в работу замоноличивается.
Исследования взаимодействия свай показали, что лучше использовать меньшее количество свай и располагать их в зоне приложения нагрузки (под колонной или пилоном), чем большее количество свай и высокий ростверк.
Высотные здания строятся уже почти сто лет, однако в мире до сих пор нет их единой чёткой классификации. Если в Нью-Йорке, Токио или Шанхае небоскрёбы возводятся по чисто экономическим причинам (слишком дорогая земля), то в Европе, России или Арабских Эмиратах причины немного другие — тут на первый план выходят личные амбиции или вопрос политического престижа. Можно провести аналогию со знаменитыми сталинскими высотками, самая известная из которых — главное здание МГУ с высотой шпиля 239 метров — почти полвека была самым высоким зданием Европы и попала в книгу рекордов Гиннеса.
Так или иначе, по прогнозам, несколько десятилетий спустя проблема нехватки городского пространства затронет все крупнейшие мегаполисы. Нет ничего удивительного в том, что в центре столицы Узбекистана активно застраивается район Ташкент-Сити, в котором на сегодня возведено уже более 50 зданий, высота этих зданий превышает 100 метров. Здания, которые по классификации Республики Узбекистан относятся к первой категории ответственности (выше 100 метров). В том числе в центрах некоторых областей республики уже построено несколько десятков многофункциональных зданий, так называемых СИТИ (город внутри города).
Как выбирают тип фундамента высотного здания.
Какие нюансы нужно учитывать при проектировании фундамента высотного здания? Прежде всего, конечно, его высоту и конструктивные особенности. Дом может быть одиночной башней или целой группой зданий разной этажности, объединённых общим стилобатом. Ещё римский архитектор Витрувий две тысячи лет назад заповедовал придерживаться пирамидальной формы высоких зданий.
Естественно, чем выше здание, тем сильнее оно давит на основание фундамента. Общая вертикальная нагрузка может достигать астрономических значений.
Важность геологических изысканий.
Такое давление способен выдержать далеко не всякий грунт. Инженерно-геологические изыскания — одно из важнейших подготовительных действий при подготовке проекта строительства высотных зданий. Участок под застройку подвергается ультразвуковому сканированию, в земле пробуриваются скважины глубиной до 100 метров. На разных отметках забираются пробы грунта для определения их состава. Общее правило — чем плотнее и твёрже грунт, тем лучше. Идеальный вариант — устройство фундамента высотного здания в скальном грунте. Плотная порода будет помогать элементам фундамента справляться с вертикальными и горизонтальными нагрузками.
В целом строительство высотных зданий возможно на разных грунтах, от пластичных глинистых до скальных. Однако для каждого вида грунтовых условий необходимо подобрать свой тип фундамента.
Величина вертикальной нагрузки на основание и характеристики грунта — два основных фактора, влияющие на выбор типа фундамента высотного здания. Однако тщательному учёту подвергаются и другие факторы:
• наличие сейсмической активности или напряжений пород природного и техногенного происхождения в регионе строительства;
• присутствие источников грунтовых вод, подземных рек, плывунов, карстовых пустот и других подземных аномалий;
• расположение крупных объектов капитального строительства по соседству;
• проходящие в непосредственной близости транспортные коммуникации, тоннели метро, газо- и водопроводы и другие объекты, которые могут либо повлиять на целостность фундамента, либо пострадать в результате неизбежной усадки грунта;
• климатические факторы — прежде всего сезонные перепады температур, частота гроз и скорость ветра. Его сильные порывы на высоте 300-400 метров, равно как и термическое расширение материалов, а также удары молний могут вызвать весьма ощутимые разовые нагрузки на всю конструкцию здания, в том числе на фундамент.
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.Проведя всесторонний компьютерный анализ данных инженерных и геологических изысканий, изучив многих авторов проекта, могут выбирать тип фундамента высотного здания. Вот его основные типы:
• Фундамент на естественном основании.
• Свайно-плитный фундамент (СПФ).
• Свайные фундаменты глубокого заложения.
Последний тип фундаментов может устраиваться с выемкой грунта и без неё. В первом случае применяются забивные или вдавливаемые сваи. Во втором — буровые сваи, опускные колодцы-кессоны и полые сваи из стальных труб.
Современные проектировщики склоняются, однако, к более универсальным свайным или комбинированным конструкциям, предоставляющим возможность строить высотные здания на разных типах грунтов.
При строительстве зданий высотой до 200 метров применяются забивные и задавливаемые сваи сечением 300 х 300 и 350 х 350 мм.
При большей высоте зданий обычно под будущим зданием выкапывается котлован, глубина которого зависит от количества помещений, расположенных по проекту под землёй. В этом случае стены котлована подвергаются дополнительному усилению железобетоном, которое защищает фундамент от горизонтальных нагрузок. Фундаменты глубокого заложения предусматривают применение бетонных и стальных свай диаметром до 1 метров и длиной до 80 метров. Именно такие сваи были применены при строительстве многих высотных зданий города Ташкента.
При проходке сверхплотных и скальных грунтов применяются опускные колодцы, которые при достижении необходимой глубины заливаются бетоном, становясь обсадной трубой. Именно такую технологию применяют при строительстве сверхвысоких зданий в ОАЭ и Саудовской Аравии, где под относительно неглубоким слоем песка таятся труднопроходимые скальные породы.
Если в зоне строительства присутствуют подземные воды, используются колодцы-кессоны. Вода выдавливается из них при помощи сжатого воздуха. Выводы и рекомендации
Принимая во внимание уникальность высотных зданий и несовершенство нормативной базы, следует отметить, что важным является проведение всестороннего мониторинга на всех этапах строительства и после его завершения до стабилизации деформаций и научно-технического сопровождения проектирования и строительства.
Строительство высотных зданий сопряжено со множеством проблем. Но если безопасность надземной части зданий связана с качеством материалов и человеческим фактором, то подземная их часть подвергается гораздо большему числу рисков. Просчитать и предвидеть их все не способен самый мощный терабайтовый компьютер. Поэтому проектирование фундаментов высотных зданий является, пожалуй, самым сложным и ответственным моментом в процессе строительства. От успешного проведения начального этапа работ зависит вся дальнейшая судьба небоскрёба и зданий, расположенных по соседству.
При проектировании фундаментов высотных зданий необходимо учитывать особенности инженерно-геологических изысканий, расчетов и проектирования.
В связи с высокой «чувствительностью» высотных зданий к крену при расчете фундаментов важным является учет механической анизотропии, начального напряженно-деформированного состояния и консолидации грунта, а также влияние ограждающей конструкции котлована.
При расчете свайных и плитно-свайных фундаментов следует учитывать взаимовлияние свай друг на друга, перегруженность угловых и периметральных свай относительно центральных, при проектировании с помощью конструктивных и технологических мероприятий выравнивать усилия в сваях.
Список литературы /References
2. Шулятьев О.А. Фундаменты высотных зданий. // Вестник ПНИПУ. Строительство и архитектура, 2014. № 4. С. 203-245.
3. Витрувий. Десять книг об архитектуре / пер. Ф.А. Петровского под общ. ред. А.Г. Габричевского. М., 1936.
4. Катценбах Р., Шмитт А., Рамм X Основные принципы проектирования и мониторинга высотных зданий Франфурта-на-Майне. Случаи из практики // Реконструкция городов и геотехническое строительство, 2005. № 9. С. 80-99.
5. Бузруков З.С. Исследование совместной работы плоской рамы и свайных фундаментов при динамических воздействиях. Дисс.на соискание уч. степ. к.т.н.Ташкент, 1993. 175 с.
6. Ильичёв В.А., Петрухин В.П., Шейнин В.И. Принципы проектирования оснований и фундаментов высотных зданий, учитывающие Фундаменты высотных зданий их геотехничесие особенности // Современное высотное строительство / ГУП «ИТЦ Москомархитектуры». М., 2007. С. 255-261.
7. Расчёты оснований свайно-плитных фундаментов 49- и 85-этажных зданий на участке №16 ММДЦ «Москва-СИТИ» / В.П. Петрухин, И.В. Колыбин, И.Г. Ладыженский, К.И. Бакиров, А.В. Сергиенко // Высотные здания, 2013. № 56/12- 13. С. 124-133.
8. Behavior of plate foundation in deep excavation beneath 32-storey building in Moscow / A.V. Skorikov, I.V. Kolybin, D.E. Razvodovsky,A.A. Starshinov // Proc. оf the 5th Int. conf. of TC-28 of the ISSMGE, the Netherlands, 15-17 June, 2005.
9. Buzrukov Z., Khamrakulov А. Joint work of a flat frame and pile foundations under dynamic impacts. 2nd International Conference on Robotics and Mechantronics. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 517, 2019. 011001.
Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях
Фундаменты на слабых грунтах. К слабым грунтам относятся насыщенные водой сильно сжимаемые грунты, теряющие свою прочность при обычных скоростях приложения нагрузок, например очень пористые глинистые грунты, находящиеся в текучем или текучепластичном состоянии. На подобные грунты опирать фундаменты нельзя. При необходимости допускается устройство песчаной подушки, которая не только уменьшает интенсивность давления от фундамента, но и частично изменяет направление фильтрации воды, т. е. уменьшает давление воды, направленной из-под фундамента в стороны; этот эффект усиливается, если под подушкой фундамента устроить вертикальные дрены. При использовании слабых грунтов необходимо в течение всего периода эксплуатации предотвращать изменения его напряженного состояния, которые могут быть вызваны подсыпкой территории, понижением уровня грунтовых вод строительством массивных сооружений около существующих и т. д.
Особое значение при строительстве на слабых грунтах приобретает снижение чувствительности зданий и сооружении к неравномерным осадкам. Это достигается как устройством осадочных швов, так и различными конструктивными мероприятиями: проектированием здании простой конфигурации в плане (круглой, прямоугольной), располагая фундамент выше, чем требуется по условиям эксплуатации, устройством отверстий под вводами трубопроводов в здания и сооружения; устройством канализационных выпусков с повышенными уклонами, превышающими возможную неравномерность осадки грунта вблизи здания (сооружения).
Анкерные фундаменты. В ряде случаев, в частности при скальных и полускальных грунтах, целесообразно применение фундаментов особого типа — анкерные. Эти фундаменты могут воспринимать не только сжимающие, но и растягивающие напряжения, возникающие 5 подошвы фундамента. Анкер рекомендуется предварительно напрягать для улучшения контакта между подошвой фундамента и основанием, если это требуется по расчету. Анкеры применяют также для крепления шпунтовых подпорных стен (см. гл. 12).
Фундаменты под оборудование с динамическими нагрузками. В ряде случаев, когда приходится устраивать фундаменты под оборудование, создающее динамические нагрузки, желательно предварительно или уплот нить грунт более интенсивными динамическими воздействиями (вибрированием или трамбованием), или провести закрепление грунта, или устроить свайное основание. Для уменьшения динамических воздействий целесообразно демпфировать (гасить) колебания на самом оборудовании путем улучшения конструкции подвеска, применением специальных виброгасителей и виброопор, устройством наружний виброизоляции фундамента.
12.1.1. Деформации земной поверхности, вызываемые горными выработками, и их воздействие на конструкции зданий
При выемке полезного ископаемого подземным способом в образовавшуюся полость смещаются покрывающие его толщи пород, а на земной поверхности образуется чашеобразная впадина, называемая мульдой сдвижения. Размер в плане и глубина мульды зависят от ряда факторов: толщины пласта m , его угла падения α , глубины разработки Н , размеров выработки вдоль и вкрест простирания пласта D1 и D2 , толщины наносов, физико-механических свойств пород и т.д. В зависимости от глубины разработки деформации земной поверхности могут проявляться в виде провалов, возникающих при выемке угля на небольших глубинах, уступов и трещин, возникающих при выемке крутопадающих пластов ( α > 45°), a также в виде плавных оседаний.
На рис. 12.1 изображены вертикальные разрезы по главным осям отдельной выработки вкрест и вдоль простирания пласта при α = 25°, а также кривые оседаний η , наклонов i , относительных горизонтальных деформаций ε , кривизны k и горизонтальных сдвижений ξ , вычисленные и построенные для условий Донецкого бассейна [2] при m = 1,2 м; H = 220 м; D1 = 120 м; D2 = 250 м.
Руководство по расчету и проектированию зданий и сооружений на подрабатываемых территориях
Границы мульды определяются граничными углами сдвижения: β0 , γ0 и δ0 . Вектор сдвижения из любой точки Аимеет направление в сторону центра выработанного пространства, он разлагается на вертикальную составляющую ηA и горизонтальную ξA . Максимальное оседание ηmax (при полной подработке η0 ) определяется углами сдвижения ψ и углом максимального оседания θ . Максимальное оседание при полном обрушении кровли достигает 50–90 % толщины вынимаемого пласта, а горизонтальное сдвижение – 30% максимального оседания.
Все эпюры деформаций, кроме оседаний, двузначные: по краям мульды ξ и k положительные (растяжение грунта и кривизна выпуклости), а в средней части отрицательные (сжатие и кривизна вогнутости). Знаки кривых i и ξ свидетельствуют о разных направлениях наклонов точек мульды и их перемещений.
Относительные горизонтальные деформации ± ε , вследствие трения и сцепления фундаментов с грунтом, вызывают в конструкциях растяжение и сжатие, изгиб и скашивание; кривизна мульды k — прогиб и выгиб конструкций здания; наклоны i — их крен. Деформации земной поверхности, вызываемые горными выработками, являются факторами нагрузки для несущих конструкций сооружений, а их воздействия на конструкции относятся к числу особых.
12.1.2. Принципы проектирования оснований и фундаментов на подрабатываемых территориях
СНиП 2.01.09-91 Здания и сооружения на подрабатываемых территориях и просадочных грунтахРасчетные значения относительных горизонтальных деформаций земной поверхности определяются с учетом коэффициентов перегрузки γf и условий работы γс :
ε = εmaxγfγc,где εmax — ожидаемые (прогнозируемые) максимальные деформации земной поверхности на участке здания.
При расчете конструкций сооружений на воздействие деформаций земной поверхности применяется, как правило, принцип независимости действия горизонтальных деформаций, кривизны и наклонов.
Перемещение грунта относительно фундаментов (рис. 12.2), вызванное горизонтальными деформациями, определяется по формуле
Δl = xε,где x — расстояние от центральной оси отсека, блока пространственной жесткости или центральной колонны до сечения фундамента бескаркасного здания или рассматриваемой колонны каркасного здания.
Воздействия от неравномерных осадок фундаментов, вызванных естественной неоднородностью грунта, не суммируются с воздействиями от искривления основания, вызванного подработкой, вследствие того, что подработка происходит во время эксплуатации зданий после стабилизации строительных осадок. На площадках, сложенных просадочными грунтами, конструкции зданий и сооружений должны проектироваться с учетом возможного совместного воздействия на них деформаций от подработки и просадок [4, 7].
СНиП 2.02.01-83 Основания зданий и сооружений Юшин А.И. Особенности проектирования фундаментов зданий на основаниях, деформируемых горными выработкамиМатериалы инженерно-геологических изысканий должны дополнительно учитывать возможность изменений физико-механических свойств грунтов вследствие изменений гидрогеологических условий площадки, вызванных оседанием земной поверхности, а также возможность образования оползней, заболачивания территории и т.п.
Расчетные значения прочностных φ и с и деформационных Е0 характеристик грунта для определения усилий, воздействующих на фундаменты в результате деформаций земной поверхности, должны приниматься равными нормативным с коэффициентом надежности по грунту γg = 1.
Фундаменты сооружений, возводимых на подрабатываемых территориях, могут проектироваться на воздействие горизонтальных деформаций основания по жесткой, податливой или комбинированной конструктивным схемам с применением фундаментных железобетонных поясов, плит, связей-распорок между фундаментами под колонны, горизонтального шва скольжения и т.п.
Для зданий с жесткой конструктивной схемой (имеющих поэтажные пояса и ленточный замкнутый фундаментный пояс) при определении расчетных сопротивлений грунта основания коэффициент условий работы γс2 принимается по табл. 12.1 в зависимости от отношения длины здания (или отсека) L к его конструктивной высоте Н , считая от подошвы фундаментов.
ТАБЛИЦА 12.1. КОЭФФИЦИЕНТ УСЛОВИЙ РАБОТЫ γc2| Грунты | γc2 при отношении длины здания к его высоте | |||
| L/H ≥ 4 | 4 > L/H > 2,5 | 2,5 ≥ L/Н > 1,5 | L/H ≤ 1,5 | |
| Крупнообломочные с песчаным заполнителем и пески, кроме мелких и пылеватых | 1,4 | 1,7 | 2,1 | 2,5 |
| Пески мелкие –||– пылеватые | 1,3 1,1 | 1,6 1,3 | 1,9 1,7 | 2,2 2,0 |
| Крупнообломочные с глинистым заполнителем и глинистые с IL ≤ 0,5 То же, с IL > 0,5 | 1,0 1,0 | 1,0 1,0 | 1,1 1,0 | 1,2 1,0 |
Краевое давление на грунты основания плитных фундаментов зданий и сооружений башенного типа, а также отдельных фундаментов промышленных зданий следует рассчитывать с учетом наклонов земной поверхности. Это давление не должно превышать 1,4 R (в угловой точке 1,5 R ), а равнодействующая всех нагрузок не должна выходить за пределы ядра сечения.
С учетом повышенных давлений на основание ширину подошвы бетонных и железобетонных фундаментов следует устанавливать не менее 25 см, а в случае применения других материалов — не менее 40 см.
Для уменьшения неблагоприятного воздействия деформаций земной поверхности на фундаменты и конструкции сооружений необходимо применять следующие мероприятия: разрезку на отсеки; отделение фундаментов швом скольжения; устройство связей-распорок между отдельными фундаментами каркасных зданий; размещение фундаментов на одном уровне; устройство грунтовых подушек на основаниях, сложенных практически несжимаемыми грунтами; выполнение грунтовых подушек из материалов, обладающих малым сцеплением и трением на контакте с поверхностью фундаментов; разработку временных компенсационных траншей по периметру здания или сооружения или только в местах наибольших горизонтальных перемещений грунта. К числу таких мероприятий относится также устройство податливых и слабых конструктивных элементов, которые в процессе подработки могут деформироваться (например, применение ограждающих панелей глубоких подвальных помещений каркасных зданий, рассчитанных на активное боковое давление грунта; часть панелей при значительных деформациях во время подработки может быть заменена).
На территориях, на которых возможно образование уступов, выбор типа фундаментов и метода защиты зданий должен зависеть от размеров ожидаемых уступов: при малых размерах ожидаемых уступов (до 5 см) фундаменты могут приниматься как и для строительства на площадках с плавными деформациями земной поверхности; при размерах уступов более 5 см следует предусматривать возможность выравнивания здания поддомкрачиванием. Для этой цели под цокольным поясом бескаркасных зданий следует выполнять ниши для установки домкратов, а под ними и по подошве фундаментов устраивать железобетонные пояса для распределения сосредоточенных нагрузок от домкратов и восприятия усилий от горизонтальных деформаций грунта. В каркасных зданиях для возможности выравнивания колонн должны предусматриваться упоры на колоннах и площадки на фундаментах для установки домкратов, а на анкерах наносится дополнительная резьба на величину возможного подъема колонн.
Для уменьшения деформаций земной поверхности могут применяться, по согласованию с горно-добывающими предприятиями, горно-технические защитные мероприятия зданий (закладка выработанного пространства породой, применение специальных способов отработки пластов.
Фундаменты в особых условиях
8.1 К особым относят условия территорий со сложными или искусственными основаниями; основания на подрабатываемых территориях, а также основания машин с динамическими нагрузками или подверженные сейсмическим воздействиям.
Фундаменты на сложных основаниях
8.2 Сложные основания характеризуются наличием слабых, элювиальных, искусственных, просадочных, засоленных, набухающих, пучинистых при промерзании грунтов.
8.3 При расчете оснований, полностью или частично сложенных илом, биогенными (торф, заторфованный грунт, сапропель) и слабыми водонасыщенными пылевато-глинистыми грунтами, следует использовать результаты определений прочностных, деформационных и фильтрационных характеристик грунтов при давлениях или в диапазоне давлений, соответствующих напряженному состоянию грунтов оснований на различных этапах возведения сооружений, применительно к принятой расчетной модели.
Следует учитывать медленное развитие осадок таких грунтов во времени и возможность в связи с этим возникновения нестабилизированного состояния, существенную изменчивость и анизотропию прочностных, деформационных и фильтрационных характеристик и их изменения в процессе консолидации основания, значительную тиксотропию ила, как правило, сильную агрессивность к материалам подземных конструкций.
8.4 Опирание фундаментов непосредственно на поверхность средне- и сильнозаторфованных грунтов, торфов, слабоминеральных сапропелей и илов не допускается.
Если непосредственно под подошвой фундамента залегает слой грунта с модулем деформации Е < 5,0 МПа толщиной более ширины фундамента, осадка основания должна определяться с учетом полного давления под подошвой фундамента.
8.6. При залегании кровли биогенных грунтов или илов на глубине (z), м, от подошвы фундамента размеры фундамента должны назначаться такими, чтобы обеспечивалось выполнение условия (6.3).
Расчетное сопротивление грунта (Rz) на глубине (z), м, от подошвы фундамента определяется для условного фундамента шириной (bz), м.
8.7 При величине расчетных деформаций основания, сложенного биогенными грунтами или илами, больше предельных значений или при недостаточной несущей способности основания должны предусматриваться следующие мероприятия:
— полная или частичная прорезка слоев биогенных грунтов или илов глубокими фундаментами;
— полная замена биогенных грунтов или илов песком, гравием, щебнем;
— уплотнение грунтов временной или постоянной пригрузкой основания сооружения или всей площади строительства насыпным, намывным грунтом или другими материалами;
8.8 Основания, сложенные засоленными грунтами, должны рассчитываться с учетом осадки от внешней нагрузки, суффозионной осадки, при необходимости — просадки, набухания и усадки грунтов.
Суффозионные осадки и крены отдельных фундаментов и сооружения в целом необходимо рассчитывать с определением состояния выщелачиваемой зоны на расчетный момент времени, учетом схемы фильтрационного потока в основании, наличия по площади и глубине легко- и среднерастворимых (гипс, ангидрит) солей.
8.9 Основания, сложенные набухающими грунтами, должны проектироваться с учетом возможности их набухания при повышении влажности и усадки при ее уменьшении. Способность грунтов к набуханию устанавливается опытным путем по результатам лабораторных или полевых испытаний по ГОСТ 24143.
8.10 При проектировании оснований, сложенных набухающими грунтами, следует учитывать:
— возможность набухания грунтов за счет подъема уровня подземных вод или увлажнения их производственными или поверхностными водами;
— набухание за счет накопления влаги под сооружением в ограниченной по глубине зоне вследствие нарушения природных условий испарения при застройке и асфальтировании территории;
— набухание и усадку грунта в верхней зоне аэрации за счет сезонных климатических факторов;
— усадку за счет высыхания грунтов от воздействия тепловых источников.
8.11 Основания, сложенные набухающими грунтами, должны рассчитываться в соответствии с общими требованиями проектирования оснований сооружений. Деформации основания в результате набухания или усадки должны определяться путем суммирования деформаций отдельных слоев, при этом величины деформаций основания от внешней нагрузки и от возможной усадки при уменьшении влажности набухающего грунта должны суммироваться. Подъем основания в результате набухания грунта должен определяться в предположении, что деформации основания от внешней нагрузки стабилизировались.
Предельные значения деформаций, вызываемых набуханием (усадкой) грунтов, допускается определять по приложению Б.
8.12 При проектировании фундаментов на сложных основаниях следует предусматривать следующие мероприятия:
— защиту основания от увлажнения посредством вертикальной планировки и асфальтирования территории с отводом воды за пределы строительной площадки и дренажем основания. устройства уширенной отмостки, противофильтрационных стен (завес и экранов);
— улучшение свойств грунтов, включая их уплотнение, предварительное замачивание, глубинное виброуплотнение, устройство грунтовых свай, различные виды химического закрепления, устройство временного пригруза, полную или частичную замену грунтов основания;
СНБ 5.01.01-99
— конструктивные, уменьшающие чувствительность сооружений к деформациям оснований.
8.13 К конструктивным мероприятиям относятся:
— увеличение жесткости здания разрезкой его на отдельные блоки осадочными швами;
— применение нежестких, связевых конструктивных схем зданий;
— устройство монолитных (сборно-монолитных) жестких фундаментов;
— устройство жестких горизонтальных диафрагм в уровне перекрытий, а также непрерывных железобетонных поясов по всему контуру здания в уровне плит перекрытий первого и последующих этажей, анкеровка фундаментов и др.;
— увеличение глубины заделки (анкеровки) опорных частей (арматуры) несущих конструкций;
— армирование кирпичных стен и столбов, пилястр и т. п.;
— "гибкое" подсоединение внутренних инженерных сетей к наружным коммуникациям;
— устройство приспособлений для выравнивания конструкций сооружения и рихтовки технологического оборудования.
8.14 При проектировании свайных фундаментов на сложных основаниях нижние концы всех типов свай и глубоких опор должны заглубляться, как правило, в пески средние и гравелистые прочные и средней прочности, а также в пылевато-глинистые грунты с показателем текучести в водонасыщенном состоянии il < 0,6, а при I типе грунтовых условий по просадочности — в слои с il < 0,4 для забивных свай и il < 0,2 для буронабивных свай.
Заглубление свай в такие грунты должно назначаться по расчету как наибольшее из условий обеспечения допустимой осадки и нагрузки, но не менее 1 м для песчаного и 2 м для остальных грунтов.
Для сооружений III класса ответственности концы свай допускается оставлять в слое грунта со степенью заторфованности Iom < 0,25.
8.15 Если по результатам изысканий установлено, что погружение забивных свай, защемленных в грунте, может быть затруднено, в проектной документации должно быть предусмотрено устройство лидерных скважин, диаметр которых должен быть на 50 мм меньше сечения сваи.
8.16 Результаты полевых испытаний грунтов сложных оснований зондированием не допускается использовать для определения несущей способности свай и свай-оболочек, а также для определения расчетного сопротивления грунта под их нижним концом и на боковой поверхности.
Испытание свай в сложных основаниях является обязательным.
8.17 При соответствующем обосновании в сложных основаниях допускается применять сваи с антифрикционными покрытиями, нанесенными на часть ствола, находящуюся в пределах просадочной толщи.
8.18 Отрицательная сила трения по результатам испытаний в грунтах природной влажности на боковой поверхности сваи принимается равной наибольшему предельному ее сопротивлению выдергивающей нагрузке.
8.19 При массовой застройке в районах со сложными основаниями следует производить испытания оснований (в т.ч. с их длительным замачиванием) до полного проявления осадок по программе, разработанной для конкретных условий строительства, при необходимости, с привлечением специализированных научно-исследовательских организаций.
Читайте также: