Full Text

Введение Для снижения влияния нового строительства на осадки фундаментов близкорасположенных существующих зданий применяются различные способы, к которым относится устройство разделительных ограждений в виде: свай или шпунта заводского изготовления; набивных свай, устраиваемых в грунте по различным технологиям; монолитных бетонных и железобетонных стенок (в том числе типа «стена в грунте») и др. Из числа перечисленных способов особо следует выделить разделительное ограждение в виде геотехнического барьера, устраиваемого методом компенсационного нагнетания, которое получило наибольшее распространение в последние годы [1-6]. Последовательность работ по устройству геотехнического барьера заключается в следующем. До начала основных строительных работ первоначально производится цементация грунта через инъекторы, которые погружаются в грунт и образуют грунтоцементные сваи. Через инъекторы заполняются все имеющиеся полости, трещины, зоны пониженной плотности в основании (заполнительная цементация). При этом происходит уплотнение и армирование грунта линзами цементного раствора и создается более жесткая структура, способная реагировать на дальнейшее нагнетание цементного (инъекционного) раствора. Рассматриваемый способ устройства геотехнического барьера предложен специалистами НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, защищен патентом РФ на изобретение (2006 г.), а его патентообладатель (НИИОСП им. Н.М. Герсеванова) удостоен диплома Правительства города Москвы1 [7]. Отличительной особенностью данного способа является то, что геотехнический барьер - активная конструкция, с помощью которой можно оперативно влиять на состояние грунта основания фундаментов защищаемых зданий. Заполнительная цементация грунта через инъекторы и компенсационное (последующее) нагнетание осуществляются по манжетной технологии (с использованием специальной конструкции инъекторов)2 небольшими объемами по 25-30 л цементного или цементно-песчаного раствора с различными добавками. Главным условием при нагнетании является закачка требуемого количества раствора в нужную зону массива грунта. Заполнительная цементация производится при давлении от 0,1 до 0,3 МПа (давление увеличивается с увеличением глубины зоны закачки раствора) до начала работ по устройству фундамента здания (сооружения). Затем производятся циклы повторного (компенсационного) нагнетания при давлении нагнетания 0,5-2,0 МПа. Вертикальный геотехнический барьер рекомендуется применять для защиты фундаментов существующих зданий от влияния нового строительства, при устройстве близкорасположенных глубоких котлованов, прокладке тоннелей и др. 1. Грунтовые условия площадки строительства Рассмотрим работу разделительного ограждения (геотехнического барьера), устраиваемого вблизи ленточного фундамента существующего здания, при строительстве нового соседнего здания на плитном фундаменте. В качестве грунтовых условий принята площадка, сложенная слабым глинистым грунтом, которая состоит из двух слоев грунтового основания. Верхний слой (несущий) представлен суглинком мягкопластичным, второй (подстилающий) - супесью пластичной (рис. 1). Данные о мощности слоев основания по рассматриваемым вариантам представлены в табл. 1. Поскольку толща слабого глинистого грунта по варианту 1 является значительной (20 м) и распространяется ниже сжимаемой толщи, будем рассматривать ее как однородное основание. По варианту 2 основание рассматриваем как двухслойное. Основные физико-механические характеристики грунтов основания представлены в табл. 2. а б Рис. 1. Расчетная схема оценки влияния разделительного ограждения на осадки ленточного фундамента существующего здания для однородного (а) и двухслойного (б) оснований: 1 - существующий ленточный фундамент; 2 - вновь устраиваемый соседний плитный фундамент; 3 - разделительное ограждение; b1, b2 - размеры подошвы фундаментов, м; d - глубина заложения фундаментов, м; P1, P2 - давление по подошве фундаментов, кПа; N1, N2 - нагрузка на фундаменты, кН; 4 - инженерно-геологический элемент 1 (суглинок мягкопластичный); 5 - инженерно-геологический элемент 2 (супесь пластичная) Fig. 1. Design scheme to assess the impact of the separating barrier on strip foundation settlement of the existing building for homogeneous (a) and two-layer (b) bases: 1 - the existing strip foundation; 2 - the adjacent slab foundation; 3 - injector; 4 - the body of jet-grouting pile; b1, b2 - width of the foundations, d - depth of the foundations; P1, P2 - pressure on the base of foundations; N1, N2 - linear load on the foundation; 4 - geotechnical element 1 (loam); 5 - geotechnical element 2 (plastic sandy loam) Таблица 1 Данные о мощности слоев основания строительной площадки Table 1 Data on the power base layers of the construction site Грунты основания площадки строительства рассматриваемых зданий Мощность слоя грунта, залегающего в основании фундамента, м Вариант 1 Вариант 2 Несущий слой (суглинок мягкопластичный) 20 10 Подстилающий слой (супесь пластичная) 10 20 Таблица 2 Физико-механические характеристики грунтов основания строительных площадок зданий Table 2 Physical and mechanical characteristics of the soil base of the construction sites of buildings Грунты основания фундаментов зданий Суглинок мягкопластичный (ИГЭ-1) Супесь пластичная (ИГЭ-2) Удельный вес, кН/м3 18,7 17,9 Удельное сцепление с, кПа 12 10 Угол внутреннего трения φ, град 21 28 Коэффициент Пуассона v 0,35 0,33 Модуль общей деформации E, МПа 7 25 2. Моделирование работы геотехнического барьера Для оценки работы геотехнического барьера использовался программный комплекс Plaxis 2D. При моделировании работы геотехнического барьера в слабом глинистом грунте (вариант 1) взаимодействие его боковой поверхности с грунтом задавалось с помощью понижающего коэффициента прочности Rint = 0,65, а взаимодействие нижней части барьера - с помощью Rint = 1 [8-10]. Поведение геотехнического барьера представлено линейно-упругой моделью (Linear-Elastic), основными характеристиками которой являются модуль деформации E и коэффициент Пуассона v. Модуль деформации материала геотехнического барьера вычислялся по формуле где Егб - модуль деформации геотехнического барьера, МПа; Есв, Асв - модуль деформации грунтоцементной сваи (принят 800 МПа) и ее площадь, МПа и м2; Егр, Агр - модуль деформации грунта вокруг грунтоцементной сваи и его площадь, МПа и м2; А - общая площадь геотехнического барьера, м2 [11, 12]. Принимая шаг грунтоцементных свай и ширину геотехнического барьера, равную 0,5 м (одна свая на погонный метр), получаем его усредненный модуль деформации Егб, улучшенный за счет линз цементного камня, равный 300 МПа. Для глинистых грунтов при их цементации, как правило, принимают значение модуля деформации в пределах Егр = 200-600 МПа, что не противоречит принимаемому решению. Расчет осадок ленточных фундаментов существующего здания и его дополнительных осадок от давления плитного фундамента соседнего здания производился в несколько этапов, учитывающих стадийность возведения рассматриваемых объектов [13, 14]: 1) моделирование процесса возведения существующего здания на ленточных фундаментах, определение напряжений в основании и его конечных осадок; 2) моделирование процесса заполнительной цементации (первичного нагнетания цементного раствора) через инъекторы для устройства геотехнического барьера (разделительного ограждения) из грунтоцементных свай; 3) моделирование процесса устройства котлована и соседнего (вновь устраиваемого) плитного фундамента; 4) моделирование процесса компенсационного (повторного) нагнетания цементного или цементно-песчаного раствора через существующие инъекторы для объемного расширения грунтоцементного массива (в программном комплексе Plaxis 2D объемное расширение корректировалось специальной опцией в пределах 2-10 %); 5) моделирование процесса передачи давления на грунт от соседнего (вновь устраиваемого) здания при действующих нагрузках на фундаментную плиту. По результатам моделирования работы геотехнического барьера получены картины равных вертикальных перемещений (линии тока) в основании фундаментов рассматриваемых зданий (рис. 2). Представленные картины следует читать совместно со схемами, приведенными на рис. 1. а б Рис. 2. Линии равных вертикальных перемещений (линии тока) в основании ленточного фундамента существующего здания (соответствует этапу 5: геотехнический барьер включен в работу, на основание действует полная нагрузка на плиту от соседнего здания): а - для однородного основания; б - для двухслойного основания Fig. 2. Lines of equal vertical displacements (current lines) at the base of the foundations of buildings: (Corresponds to step 5: geotechnical barrier is included in the work, plate works at full load from the adjacent building): a - homogenous base; b - two-layer base 3. Анализ результатов Для анализа результатов расчета осадок ленточных фундаментов существующего здания в случае устройства геотехнического барьера (разделительного ограждения) были построены графические зависимости. При этом анализировались приращения осадок ленточного фундамента существующего здания от давления по подошве соседнего (вновь устраиваемого) плитного фундамента (рис. 3). Рис. 3. График зависимости дополнительных осадок ленточного фундамента (при P = 150 кПа) существующего здания от давления по подошве соседнего (вновь устраиваемого) плитного фундамента: 1 - дополнительная осадка ленточного фундамента при разделительном ограждении в виде геотехнического барьера в двухслойном основании; 2 - то же в однородном основании; 3 - то же при отсутствии разделительного ограждения Fig. 3. Graph of additional settlement strip foundation (at P = 150 kPa) existing building from the pressure of the nearby (again constructed) slab foundation: 1 - increment of strip foundation settlement with separating (geotechnical) barrier at two-layer base; 2 - the same at the homogenous base; 3 - the same without the geotechnical barrier На основе полученных данных составлена табл. 3 о результатах расчета приращений осадок ленточных фундаментов существующего здания при давлении по их подошве P = 150 кПа (табл. 3). Таблица 3 Данные об оценке приращений осадок ленточного фундамента существующего здания Table 3 Data on the assessment of the increments settlement strip foundation the existing building Рассматриваемый случай Осадка ленточного фундамента существующего здания (P = 150 кПа), мм Приращение осадки ленточного фундамента от давления, передаваемого соседним зданием (с учетом технологической осадки от устройства барьера) Уменьшение приращения осадки существующего фундамента за счет устройства разделительного ограждения, % мм % мм % Без устройства разделительного ограждения между фундаментами 65 50 80 - - Устройство разделительного ограждения в однородном основании 25 40 На 25 На 45-50 Устройство разделительного ограждения в двухслойном основании 12 20 На 38 На 75-80 Из анализа полученных данных (см. табл. 3) следует, что осадка ленточного фундамента существующего здания без учета влияния давления от соседнего плитного фундамента составит примерно 65 мм. Если же рядом устраивается соседний плитный фундамент с давлением по подошве P = 150 кПа (в период его эксплуатации), то приращение осадки (дополнительная осадка) существующего ленточного фундамента составит 50 мм (80 % к существующей его осадке) при условии, что никакие защитные мероприятия между фундаментами не предусмотрены (см. рис. 3). В случае двухслойного основания (вариант 2) дополнительная осадка ленточного фундамента здания уменьшится на 75-80 % (примерно на 38 мм) и составит 12 мм (см. рис. 3). В однородном основании (вариант 1) дополнительная осадка ленточного фундамента уменьшится на 45-50 % (примерно на 25 мм), следовательно, составит примерно 25 мм (см. рис. 3). Заключение Выполненные расчеты позволили установить, что наибольший эффект по уменьшению дополнительной осадки ленточных фундаментов существующих зданий достигается при устройстве разделительного ограждения между зданиями (геотехнического барьера), которое нижним концом опирается на малосжимаемый грунт. В этом случае уменьшение дополнительной осадки существующего ленточного фундамента достигает 75-80 % от случая, когда разделительный барьер отсутствует.

About the authors

A. I Polishchuk

Kuban State Agrarian University

A. S Mezhakov

Kuban State Agrarian University

References

Statistics

Views

Abstract - 119

Refbacks

• There are currently no refbacks.