ASSESSING THE EFFECT OF AN INCLINED DIVIDING LINE FROM PILES BETWEEN THE FOUNDATIONS OF NEIGHBORING BUILDINGS ON THEIR SETTLEMENTS

Abstract


We consider the settlements of foundations of an existing (reconstructed) building, with a life span of more than 20 years, on clay soils. In the immediate vicinity of the object under consideration, the construction of a new building was completed at a distance of 3 m in light. The foundations of both buildings are slabs of monolithic reinforced concrete. The grounds of the foundation are represented by two engineering-geological elements: fluid-plastic loam (EGE 1) 14 m thick and plastic sandy loam (EGE 2) more than 16 m thick. The calculation revealed additional settlements of the slab foundation of the existing (reconstructed) building from the pressure on the base transferred by the new neighboring building. To reduce the additional settlements of the foundations, the options for dividing line from injection piles between buildings with a different angle of inclination to the vertical are considered. Numerical calculations of the settlements of foundations buildings and their increments are performed in the Midas GTS NX software package; given an assessment of the results.

Full Text

1. Общие положения Устройство фундаментов вблизи существующих зданий наиболее часто ведется в условиях плотной городской застройки. На этапе их проектирования необходимо прогнозировать осадки зданий и их неравномерности для обеспечения надежной эксплуатации строительных конструкций. При уплотнении городской застройки фундаменты существующих (реконструируемых) зданий могут получать дополнительные осадки, которые часто возникают от давления, передаваемого новыми соседними фундаментами. Вокруг фундаментов существующего здания появляется «осадочная воронка», размеры которой в плане соизмеримы с мощностью (высотой) сжимаемой толщи основания. Максимальные дополнительные осадки фундаментов существующих зданий образуются в том случае, когда соседние (вновь устраиваемые) фундаменты находятся в непосредственной близости друг от друга. Дополнительные осадки обычно не возникают, если соседние фундаменты устраиваются в глинистых грунтах на расстоянии примерно 8-10 м и более [1-6]. Существует целый ряд способов уменьшения дополнительных осадок фундаментов существующих (реконструируемых) зданий. Они оправдали себя на практике и применяются в виде: геотехнического барьера в основании между соседними зданиями; консольного примыкания соседнего (вновь устраиваемого) здания; разделительного ряда из инъекционных и буроинъекционных свай между зданиями; превентивного усиления фундаментов существующего (реконструируемого) здания и др. Такие мероприятия могут рассматриваться в качестве превентивных. Но гарантированно обеспечить сохранность существующих (реконструируемых) зданий в стесненных условиях строительства довольно сложно [7-10]. 2. Основная часть Цель работы заключалась в оценке влияния разделительного ряда из свай, устраиваемого в глинистых грунтах наклонно под углом 5-15° к вертикали, на осадки фундаментов существующего (реконструируемого) здания. Для определения осадок фундаментов существующего здания от влияния давления соседних (вновь устраиваемых) фундаментов было выполнено моделирование их работы в программном комплексе Midas GTS NX [11-15]. В качестве грунтовых условий была принята строительная площадка, сложенная глинистыми грунтами. Грунты основания представлены двумя инженерно-геологическими элементами: суглинком текучепластичным (ИГЭ-1) мощностью 14 м и супесью пластичной (ИГЭ-2) мощностью более 16 м (рис. 1). Основные физико-механические характеристики грунтов основания представлены в табл. 1. Рис. 1. Расчетная схема для оценки влияния разделительного ряда из буроинъекционных свай на осадки существующего (реконструируемого) здания: 1 - фундамент существующего (реконструируемого) здания; 2 - вновь устраиваемый фундамент; 3 - разделительный ряд из буроинъекционных свай; b1, b2 - ширина подошвы фундаментов; d - глубина заложения фундаментов; L - расстояние в свету между фундаментами; p1, p2 - давление по подошве фундаментов; N1, N2 - нагрузки на фундаменты Fig. 1. The design scheme for assessing the impact of the dividing line of the bored injection piles on the settlements of the existing (reconstructed) building: 1 - the foundation of an existing (reconstructed) building; 2 - newly arranged foundation; 3 - dividing line from bored injection piles; b1, b2 - width of the base of the foundations, d - depth of the foundations; L - distance between the foundations; p1, p2 - pressure along the base of the foundations, N1, N2 - loads on the foundations Размеры подошвы плитных фундаментов зданий были приняты: для существующего здания b1 = 10 м, l1 = 30 м, для нового соседнего здания b2 = 20 м, l2 = 30 м. Давление по подошве фундамента p1 существующего (реконструируемого) здания и соседнего (вновь устраиваемого) фундамента p2 составляло p = p1 = p2 = 150 кПа. План-схема расположения фундаментов, разделительного ряда из свай и места снятия отсчетов осадок фундаментов приведена на рис. 2. По результатам расчета перемещений фундаментов в программном комплексе Midas GTS NX (табл. 2-5) и анализа материалов графической информации рассматриваемых объектов (рис. 3-6) были выявлены данные о снижении дополнительных осадок фундамента реконструируемого здания за счет устройства разделительного ряда из буроинъекционных свай с различным углом его наклона к вертикали [12, 13]. Таблица 1 Физико-механические характеристики грунтов основания строительной площадки зданий Table 1 Physical and mechanical characteristics of soils of the building area of buildings Грунты основания фундаментов зданий Суглинок текучепластичный (ИГЭ-1) Супесь пластичная (ИГЭ-2) Удельный вес g, кН/м3 18,5 17,9 Удельное сцепление с, кПа 12 10 Угол внутреннего трения j, град 20 22 Коэффициент Пуассона n 0,35 0,33 Модуль общей деформации E, МПа 7 22 Рис. 2. План-схема к определению дополнительных осадок плитного фундамента существующего (реконструируемого) здания: 1, 2 - соответственно контуры фундаментной плиты существующего (реконструируемого) и вновь устраиваемого здания; 3 - разделительный ряд из буроинъекционных свай; X0, X1, X2 - места (точки) снятия отсчетов дополнительных осадок фундаментов Fig. 2. Scheme for the determination of additional settlements of the foundation of an existing (reconstructed) building: 1, 2 - contours of the base plate of the existing (reconstructed) and newly constructed building foundations; 3 - dividing line from bored injection piles; X0, X1, X2 - places (points) of sampling additional settlements foundations В работе были рассмотрены следующие варианты наклона разделительного ряда из свай к вертикали: 1. Вариант 1. Разделительный ряд из буроинъекционных свай между фундаментами зданий устроен вертикально (см. рис. 3, табл. 2). 2. Вариант 2. Разделительный ряд из буроинъекционных свай между фундаментами зданий устроен наклонно. Угол наклона составляет 15° в сторону вновь устраиваемого фундамента (см. рис. 4, табл. 3). 3. Вариант 3. Разделительный ряд из буроинъекционных свай между фундаментами зданий устроен наклонно. Угол наклона составляет 15° в сторону фундамента существующего (реконструируемого) здания (см. рис. 5, табл. 4). 4. Вариант 4. Разделительный ряд из буроинъекционных свай между фундаментами зданий выполнен наклонно с их чередованием в противоположных направлениях. Угол наклона разделительного ряда также составляет 15°, но половина свай (50 %) наклонена в сторону фундамента существующего (реконструируемого) здания, а вторая половина свай (50 %) наклонена в сторону вновь устраиваемого фундамента (см. рис. 6, табл. 5). Таблица 2 Дополнительные осадки плитного фундамента при устройстве разделительного ряда из свай вертикально (вариант 1) Table 2 Additional settlements of the plate foundation with the installation of a dividing line from piles vertically (variant 1) Давление по подошве фундамента p2 нового соседнего здания, кПа Дополнительные осадки плитного фундамента (мм) существующего здания в точках Неравномерности осадок ∆S/l X0 X1 X2 ∆S/l p = 50 6,3 7,5 1,8 0,0005 p = 100 8,5 9,7 2 0,0007 p = 150 10,6 12,5 2,36 0,0008 Примечание: X0, X1, X2 - места (точки) снятия отсчетов дополнительных осадок фундаментов; ∆S - дополнительная осадка фундамента существующего (реконструируемого) здания. Рис. 3. Картина дополнительных вертикальных перемещений ∆S при устройстве разделительного ряда из свай вертикально (вариант 1) Fig. 3. Picture of additional vertical movements at the device of a dividing row of piles vertically (variant 1) Таблица 3 Дополнительные осадки фундамента при устройстве свай под наклоном к соседнему фундаменту (вариант 2) Table 3 Additional settlements of the foundation when piles tilted to adjacent foundation (variant 2) Давление по подошве фундамент p2 нового соседнего здания, кПа Дополнительные осадки плитного фундамента (мм) существующего здания в точках Неравномерности осадок ∆S/l X0 X1 X2 ∆S/l p = 50 7,4 8,7 1,85 0,0006 p = 100 9,5 10,25 2,1 0,0007 p = 150 11,6 13,5 2,7 0,0009 Примечание: X0, X1, X2 - места (точки) снятия отсчетов дополнительных осадок фундаментов; ∆S - дополнительная осадка фундамента существующего (реконструируемого) здания. Рис. 4. Картина дополнительных вертикальных перемещений при устройстве разделительного ряда из свай под наклоном 15° к новому соседнему фундаменту (вариант 2) Fig. 4. Picture of additional vertical movements at the device of a dividing row from piles under an inclination of 15 degrees to the new foundation (variant 2) Таблица 4 Дополнительные осадки фундамента при устройстве свай под наклоном к существующему фундаменту (вариант 3) Table 4 Additional settlements of the foundation when piles tilted to existing foundation (variant 3) Давление по подошве фундамента p2 нового соседнего здания, кПа Дополнительные осадки плитного фундамента (мм) существующего здания в точках Неравномерности осадок ∆S/l X0 X1 X2 ∆S/l p = 50 5,85 6,2 2,1 0,0004 p = 100 6,95 7,85 2,75 0,0004 p = 150 8 9,3 3,2 0,0005 Примечание: X0, X1, X2 - места (точки) снятия отсчетов дополнительных осадок фундаментов; ∆S - дополнительная осадка фундамента существующего (реконструируемого) здания. Рис. 5. Картина дополнительных вертикальных перемещений при устройстве разделительного ряда из свай под наклоном 15° к существующему (реконструируемому) фундаменту (вариант 3) Fig. 5. Picture of additional vertical movements at the device of a dividing row from piles under an inclination of 15 degrees to the existing foundation (variant 3) Таблица 5 Дополнительные осадки фундамента при устройстве свай с чередованием угла наклона (вариант 4) Table 5 Additional settlements of the foundation at the device of piles with alternation of a tilt angle (variant 4) Давление по подошве фундамента p2 нового соседнего здания, кПа Дополнительные осадки плитного фундамента (мм) существующего здания в точках Неравномерности осадок ∆S/l X0 X1 X2 ∆S/l p = 50 5,25 5,4 1,6 0,0004 p = 100 6,1 6,7 2,2 0,0004 p = 150 7,5 8,6 3 0,0005 Примечание: X0, X1, X2 - места (точки) снятия отсчетов дополнительных осадок фундаментов; ∆S - дополнительная осадка фундамента существующего (реконструируемого) здания. Рис. 6. Картина дополнительных вертикальных перемещений при устройстве разделительного ряда из свай с чередованием угла наклона (вариант 4) Fig. 6. Picture of additional vertical movements at the device of piles with alternation of a tilt angle about 15 degrees (variant 4) 3. Основные результаты По результатам проведенных численных расчетов были получены графические зависимости угла наклона α разделительного ряда из свай между фундаментами близко расположенных зданий; также были установлены дополнительные осадки фундамента ∆S и их неравномерности ∆S/l. Оценивая влияние угла наклона α разделительного ряда, можно отметить следующее: 1. Установлено, что если угол наклона α разделительного ряда из свай находится в пределах до 15°, то его положение оказывает существенное влияние на работу фундамента существующего (реконструируемого) здания. Например, из анализа графической зависимости (рис. 7) следует, что при наклоне разделительного ряда из свай в сторону существующего (реконструируемого) здания дополнительные осадки фундамента ∆S составляют 9-9,5 мм. Если же ряд наклонен в сторону нового (вновь устраиваемого) здания, то дополнительные осадки фундамента ∆S составляют 11-13 мм. 2. Направление угла наклона α разделительного ряда из свай оказывает влияние на дополнительные осадки фундамента ∆S существующего (реконструируемого) здания (рис. 8). На графике знаком «+» обозначен наклон разделительного ряда (свай) к соседнему (вновь устраиваемому) зданию, знаком «-» - к существующему (реконструируемому) зданию. Из графика видно, что эффективнее устраивать сваи с наклоном в сторону существующего (реконструируемого) здания. Рис. 7. Графическая зависимость дополнительных осадок фундамента ∆S существующего (реконструируемого) здания и давления по подошве p2 соседнего (вновь устраиваемого) фундамента при различном направлении наклона α разделительного ряда из свай: 1 - разделительный ряд из свай отсутствует; 2 - устройство разделительного ряда из свай с их наклоном до 15° в сторону нового здания; 3 - то же, в сторону реконструируемого здания Fig. 7. Graphical dependence of the additional settlements of the existing (reconstructed) building foundation ∆S and pressure p of the adjacent new foundation with different direction of inclination of the dividing line of piles: 1 - dividing line of piles is missing; 2 - the device of a dividing line with an inclination of piles of 15 degrees to a new building; 3 - the device of a dividing line with an inclination of piles of 15 degrees to the reconstructed building Рис. 8. Графическая зависимость приращения осадки фундамента ∆S реконструируемого здания и угла наклона α разделительного ряда из свай: 1 - фундамент существующего (реконструируемого) здания; 2 - то же, вновь устраиваемого здания Fig. 8. Graphical dependence of the increment of settlements of the foundation of the reconstructed building ∆S and angle of inclination α of the dividing line of piles: F1 - the existing (reconstructed) foundation; F2 - new building foundation Заключение По результатам численных расчетов выявлено, что при устройстве разделительного ряда из буроинъекионных свай, выполняемого вертикально, дополнительные осадки фундамента ∆S существующего здания уменьшаются на 30-40 % от полного приращения осадки, когда разделительный ряд отсутствует. При устройстве разделительного ряда из свай, выполняемого наклонно (угол наклона 5-15° к вертикали), наблюдается также снижение дополнительных осадок фундамента ∆S существующего здания. При этом дополнительные осадки фундамента ∆S уменьшаются на 50-65 % от полного приращения осадки в случае отсутствия разделительного ряда между зданиями.

About the authors

A. I Polishchuk

Kuban State Agrarian University named I.T. Trubilin

A. S Mezhakov

Kuban State Agrarian University named I.T. Trubilin

References

  1. Симагин В.Г. Проектирование и устройство фундаментов вблизи существующих сооружений и в условиях плотной застройки. - М.: Изд-во АСВ, 2012. - 128 с.
  2. Fellenius B.H. Basics of foundation design. - April, 2016. - 451 p. - URL: https:// www.unisoftgs.com/uploaded/file/RedBook.pdf (дата обращения: 11.11.2018).
  3. Справочник геотехника: основания, фундаменты и подземные сооружения / под общ. ред. В.А. Ильичева, Р.А. Мангушева. - М.: Изд-во АСВ, 2016. - 1040 с.
  4. Винников Ю.Л., Веденисов А.В. Модельные исследования эффективности грунтоцементных разделительных экранов для защиты зданий от влияния нового строительства // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. - 2015. - № 1. - С. 51-63. doi: 10.15593/2224-9826/2015.1.04
  5. Разводовский Д.Е., Шулятьев О.А., Никифорова Н.С. Оценка влияния нового строительства и мероприятия по защите существующих зданий и сооружений. // РАСЭ. Т. ХII. Строительство подземных сооружений. - М., 2008. - С. 230-239.
  6. Улицкий В.М., Шашкин А.Г., Шашкин К.Г. Геотехническое сопровождение реконструкции городов. - СПб.: Стройиздат: Геореконструкция, 2010. - 551 с.
  7. Шашкин О.Г., Богов С.Г. Апробация технологии «стена в грунте» в инженерно-геологических условиях Санкт-Петербурга // Промышленное и гражданское строительство. - 2012. - № 11. - С. 20-22.
  8. Численное моделирование строительства зданий с фундаментами глубокого заложения в условиях плотной городской застройки / А.Н. Власов, Д.Б. Волков-Богородский, В.В. Знаменский, М.Г. Мнушкин // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. - 2014. - № 2. - С. 170-179.
  9. Sun K.G., Li S.C. Simulation and prediction research of enclosure structure deformation for an open-cut metro station // Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering. - 2008. - No. 27 (S1). - P. 3210-3215.
  10. Петрухин В.П., Шулятьев О.А., Мозгачева О.А. Устройство подземного сооружения для возведения зданий плотной городской застройки: патент на полезную модель. - RUS 79302. - 12.08.2008.
  11. Парамонов В.Н. Метод конечных элементов при решении нелинейных задач геотехники. - СПб.: Геореконструкция, 2012. - 262 с.
  12. Полищук А.И., Межаков А.С. Геотехнический барьер и его влияние на осадки фундаментов соседних зданий. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. - 2016. - Т. 7, № 4. - С. 133-142. doi: 10.15593/2224-9826/2016.4.13
  13. Полищук А.И., Межаков А.С. Моделирование работы геотехнического барьера в слабых глинистых грунтах, устраиваемого для защиты существующих зданий от влияния нового строительства // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. - 2017. - № 131. - С. 1556-1570.
  14. Межаков А.С. Влияние разделительного шпунтового ряда, устраиваемого между фундаментами эксплуатируемых зданий, на их осадки // Современные технологии в строительстве. Теория и практика. - 2016. - Т. 2. - С. 124-129.
  15. Sabzi Z., Fakher A. The effect of confining stress on the analysis of excavations adjacent to existing buildings // International Conference on Getechnique, Construction Materials and Environment. - Malaysia, Kuala-Lumpur, 14-16 November, 2012. - P. 162-166.

Statistics

Views

Abstract - 14

PDF (Russian) - 7

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2019 Polishchuk A.I., Mezhakov A.S.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies