Full Text

Введение Возведение зданий и инженерных сооружений на лессовых просадочных грунтах занимает особое место в теории и практике строительства. Это объясняется, с одной стороны, весьма чувствительной реакцией просадочных грунтов на внешние воздействия (изменение влажности, дополнительного давления от строящихся зданий и сооружений и др.), с другой - расширяющимся спектром строящихся объектов (высотные здания жилого и общественного назначения, крупные заводские и фабричные сооружения, строительные комплексы и др.). Выбор рациональных решений системы «основание - фундамент» при строительстве зданий в условиях наличия лессовых просадочных грунтов является важнейшей и сложной проблемой современного строительства. От принятого проектного решения зависят в значительной степени стоимость и материалоемкость объекта, сроки строительства, а также его эксплуатационная надежность. Рациональные решения по конструкции оснований и фундаментов достигаются на основе совместного учета особенностей грунтовых условий площадки, закономерностей развития просадок, конструкционных особенностей зданий, условий их эксплуатации, наличия возможных источников замачивания. 1. Основные проблемы проектирования и строительства инженерных сооружений на лессовых грунтах региона Лессовые грунты на территории Молдавии (в междуречье Прут - Днестр) представлены в основном субаэральными отложениями с преобладанием лессовидных суглинков среднего состава. Мощность лессовых грунтов различная и колеблется от 2,0-3,0 до 20,0-30,0 м. Мощность просадочных толщ в основном не превышает 12,0-15,0 м. Преобладает I тип условий по просадочности. В крупных городах (Кишиневе, Бендерах, Тирасполе) достаточно часто встречаются лессовые грунты II типа условий по просадочности с просадкой от собственного веса до 25,0 см и более. Начальное давление просадочности грунтов в основном превышает 0,10 МПа, а в Кишиневе составляет 0,12 МПа [1]. В северной части республики преимущественно залегают лессоподобные грунты небольшой мощности с начальным давлением просадочности около 0,20 МПа. До 1962 г. в Молдавии на просадочных грунтах строительство велось без их уплотнения. Для предохранения от замачивания лессовых грунтов в проектах предусматривались следующие водозащитные мероприятия: планировка застраиваемой территории, устройство лотков, смотровых колодцев и отмосток. В лотки укладывались вводы и выводы сетей. Так, были построены на просадочных основаниях и ленточных фундаментах пятиэтажные жилые дома серии I-ЗIIС в Кишиневе, Бельцах, Бендерах и некоторых других городах республики [2]. Спустя некоторое время после сдачи в эксплуатацию домов начали замачиваться из неисправных инженерных сетей грунты их оснований. Водозащитные мероприятия оказались неэффективными и некоторые из построенных зданий начали деформироваться. В несущих инженерных конструкциях появились трещины, в отдельных случаях достигающие значительных размеров. Например, значительные деформации наблюдались в домах по ул. Димитрова и Карманова, в школе по ул. Доватора в Кишиневе, в Доме Советов в Тирасполе и некоторых других объектах. Начиная с 1962 г. в Молдавии на просадочных грунтах при строительстве стали уплотняться грунты в котлованах тяжелыми трамбовками. Это позволило создать водопроницаемый экран из лессовых пород и снизить нагрузку на подстилающий неуплотненный лессовый грунт до значений меньше начального просадочного давления. Так были построены в г. Кишиневе крупнопанельные дома серии I-464С-6 в микрорайоне Ботаника. Ввиду того что эта серия домов предназначалась для строительства на непросадочных грунтах, давление на уплотненный слой было принято из расчета меньше начального давления просадочности лессового грунта в подошве уплотненного слоя, которое в Кишиневе для грунтов превышало величину 0,10 МПа. В последующие годы из-за неисправных сетей технические подполья затапливались водой и замачивались грунты основания, вместе с тем в зданиях никаких деформаций не наблюдалось. Объясняется это тем, что нагрузка фундамента на просадочный грунт не превышала начального давления просадочности. Вес применяемой трамбовки достигал 3 т и более. Мощность уплотненного лессового слоя, рассеивающего нагрузку от веса сооружения до давления меньше начального просадочного, составляла 1,5 м. Начиная с 1980-х гг. в Кишиневе, Тирасполе, Бендерах началась массовая застройка спальных микрорайонов 9- и 12-этажными жилыми домами крупнопанельной серии. На всех застраиваемых территориях залегают лессовые просадочные грунты преимущественного II типа условий по просадочности. Мощностью просадочной толщи достигает 12,0-15,0 м, с прогнозируемой просадкой - 25,0-30,0 см. Для строительства в таких инженерно-геологических условиях молдавскими проектировщиками были заимствованы указания по проектированию, разработанные Киевским научно-исследовательским институтом строительных конструкций (НИИСК) для 9-этажных крупнопанельных жилых домов Украины на просадочных грунтах II типа с применением комплекса мероприятий (ЗСР 270-74 и РСН 297-78). При подготовке лессовых просадочных оснований в данных указаниях был рекомендован метод, аналогичный разработанному днепропетровскими специалистами для Запорожья и Днепропетровска. Его суть состояла в том, что просадочные свойства лессовой толщи устранялись только в верхних и средних ее частях поверхностным трамбованием тяжелыми трамбовками и обратной засыпкой грунта с последующей послойной укаткой. Таким способом под фундаментами мелкого заложения создавался слой водонепроницаемого непросадочного лессового грунта мощностью 5,0-6,0 м, реже - больше. В результате этого достигалась ликвидация просадочности лессового основания до 70-80 %. В комплексе с другими проектируемыми мероприятиями (водозащитными и конструктивными) это должно было надежно обеспечить устойчивость сооружения на весь период его эксплуатации. Важной особенностью инженерно-геологических условий Молдавии является то, что лессовая толща здесь почти повсеместно подстилается водоупорными сарматскими глинами большой мощности. Вследствие этого уже в начале 1980-х гг. на всей территории крупных городов республики наблюдалось техногенное подтопление с подъемом уровня грунтовых вод на высоту до 10,0-15,0 м [3]. Это привело к замачиванию нижних неуплотненных горизонтов лессовых оснований высотных зданий и сооружений. Некоторые из них претерпели серьезные деформации. Такие деформации были зарегистрированы в г. Бендеры (два 9-этажных дома серии I - 464МСВ в III микрорайоне), Кишиневе (9-этажный дом 135 серии в микрорайоне Будешты, жилые дома на ул. Алешина). Обследование показало, что во всех случаях просадочная толща оказалась замоченной. Причиной замачивания послужили утечки из водонесущих коммуникаций и подъем уровня грунтовых вод при подтоплении. В домах в г. Бендеры в стеновых панелях появились трещины и прекратили работу лифты. Максимальная просадка одного из углов дома составила 29,6 см, неравномерная осадка - 6,9 см [4]. Наиболее серьезные деформации были отмечены в Кишиневе в 9-этажном крупнопанельном жилом доме по ул. Алешина. Здание состоит из семи секций, разделенных деформационными швами шириной 30 см. Отдельные его секции накренились на 180-200 мм, некоторые на уровне парапетов столкнулись. Были остановлены лифты, это вызвало многочисленные жалобы жильцов. После консультации со специалистами из днепропетровского филиала НИИСПа было принято решение устранить крен домов и стабилизировать осадки методом регулируемого замачивания. Работы продолжались в течение 1 года. Стабилизация осадок здания была достигнута, однако выравнять секции не удалось. Примечательно, что некоторые из отдельных секций просели за счет регулируемого замачивания на 45-55 см, что почти вдвое превышает максимальные расчетные значения просадок, определенные экспериментально в лабораторных условиях с учетом характеристик лессового грунта. Исследования грунтов основания дома по ул. Алешина и других деформируемых зданий г. Кишинева, выполненные специалистами лаборатории физико-механических свойств горных пород АН Молдавии, позволили установить, что лессовые грунты данной территории относятся к замедленно-просадочному типу. Для изучения их просадочных свойств не применима методика, рекомендованная ГОСТ 23161-78, предусматривающая замачивание лессового образца капиллярным способом. Это не соответствует фактической реальной работе грунта под сооружением, где происходит фильтрация грунтовых вод. Различия в оценке просадочности с учетом фильтрации воды и без ее учета могут достигать 100 % и даже больше [5]. Многочисленные деформации жилых домов, построенных на подтопленных территориях г. Кишинева, подтвердили выводы сотрудников АН Молдавии. Вследствие этого стало вполне очевидным, что механический перенос опыта строительства на просадочных грунтах одного региона в другой без учета различий инженерно-геологических условий территорий и физико-механических свойств лессовых грунтов бесперспективен. В результате проектировщики сосредоточили внимание на других более эффективных методах подготовки лессовых оснований, учитывающих специфические инженерно-геологические условия и свойства лессового грунта территории республики: это устройство вытрамбованных котлованов на толщах I типа условий по просадочности, уплотнение просадочной толщи на всю мощность грунтонабивными сваями, устройство свайных фундаментов из буронабивных свай на толщах II типа по просадочности [6]. 2. Рациональные способы фундирования лессовых толщ в грунтовых условиях Молдавии На лессовых грунтах I типа условий по просадочности для промышленных, жилых, гражданских, сельскохозяйственных каркасных зданий с нагрузками на отдельные фундаменты до 1500-1800 кН и бескаркасных зданий с несущими стенками с нагрузками от них до 400-600 кН на 1 пог. м наиболее эффективным является устройство фундаментов в вытрамбованных котлованах. Разработаны и могут успешно применяться фундаменты в вытрамбованных котлованах: без уширенного основания - для нагрузок на них до 800-1000 кН; с уширенным основанием, получаемым путем втрамбовывания в дно вытрамбованного котлована жесткого грунтового материала (щебня, гравия, песчано-гравийной смеси и т.п.), - для нагрузок до 1500-1800 кН; ленточные прерывистые фундаменты для бескаркасных зданий высотой до 5 этажей. Кроме того, завершается разработка новых конструкций и методов устройства фундаментов в вытрамбованных котлованах: сборных из забивных пустотелых блоков с уширенной подошвой для каркасных зданий; ребристых и арочных с уширенным основанием для сейсмических условий, с несущим слоем для нагрузок на фундаменты до 2500-3000 кН, что позволит значительно расширить область применения и увеличить объем фундаментов в вытрамбованных котлованах. Для зданий повышенной этажности и массы весьма эффективным является поверхностное уплотнение просадочных грунтов в котловане тяжелыми трамбовками с диаметром основания d = 1,8-2,0 м и массой 5,5-6,0 т с устройством обычных ленточных, отдельно стоящих или плитных фундаментов, принимаемых по конструктивным соображениям. При однослойном уплотнении глубина уплотнения грунта обычно составляет 2,5-3,5 м, а при двухслойном может увеличиваться до 5-6 м. При возведении тяжелых зданий, а также других сооружений, чувствительных к неравномерным просадочным деформациям грунтов, в основаниях целесообразно применять буронабивные бетонные сваи в пробитых скважинах с уширенной подошвой. Особенность и основное отличие их от обычно применяемых буронабивных свай заключаются в том, что скважины выполняются не бурением, а пробивкой трамбующим снарядом на базе экскаватора, благодаря чему достигается уплотнение грунта вокруг сваи, в ее основании и создается уширенная подошва путем втрамбовывания в ее дно до отказа отдельными порциями жесткого бетона, сухой бетонной смеси или другого материала. Все это обеспечивает в 1,5-3,0 раза повышение несущей способности основания и снижение стоимости и трудоемкости его сооружения. На лессовых грунтах II типа условий по просадочности для жилых, гражданских, промышленных зданий с несущими стенами высотой до 9-12 этажей, а также относительно жестких каркасных зданий высотой до 6-8 этажей наиболее рациональным является применение комплекса мероприятий, включающего подготовку основания путем поверхностного уплотнения грунта в целях ликвидации просадочных свойств его в пределах деформируемой зоны от нагрузки фундаментов и создание сплошного маловодопроницаемого экрана, водозащитные мероприятия, исключающие возможность замачивания грунтов в основании, и конструктивные мероприятия, рассчитываемые на возможные просадки грунтов в основании и направленные на обеспечение прочности, устойчивости и нормальной эксплуатации возводимых зданий и сооружений. Для относительно гибких, а также зданий повышенной этажности и массы при частом расположении несущих конструкций и фундаментов эффективным является глубинное уплотнение просадочных грунтов на всю величину их посадочной толщи путем пробивки скважин с последующим их заполнением грунтовым материалом. Особенность метода глубинного уплотнения состоит в том, что в соответствии с суммарной эпюрой распределения по глубине давлений от нагрузки фундаментов, собственного веса грунта и сил нагружающего трения, возникающих при просадках окружающих грунтов, происходят следующие изменения в лессовом массиве по его глубине: а) в нижней части уплотненного массива создается несущий слой путем втрамбовывания до отказа в дно пробитой скважины жесткого материала (щебня, шлака, песчано-гравийной смеси и т.п.) отдельными порциями высотой 0,8-1,2d (d - диаметр трамбующего снаряда); б) в средней части формируется зона повышенной прочности путем заполнения скважин жестким материалом с уплотнением каждой порции, отсыпаемой высотой 1,5-2,0d; в) в верхней части создается уплотненная зона путем заполнения пробитой скважины местным лессовым грунтом с уплотнением. Глубинное уплотнение по этому методу выполняется с помощью навесного оборудования к экскаватору, обеспечивающего пробивку скважин диаметром 0,6-1,0 м, энергию одного удара 30-40 т/м, т.е. в 10-13 раз выше, чем у применяемых в последнее время станков ударно-канатного бурения БС-IМ. Заключение Для гибких и большепролетных зданий целесообразно применять: а) забивные и буронабивные сваи в эластичных оболочках, исключающих передачу на сваи дополнительных нагрузок от сил нагружающего трения, возникающих при просадках окружающих грунтов; б) набивные сваи в оболочке из уплотненного грунта, получаемой путем пробивки скважин, с несущим слоем высотой 2-4 м, создаваемым путем втрамбовывания в дно пробитой скважины до отказа жесткого материала; в) буронабивные сваи с уширенным основанием, а также с несущим слоем, получаемым закреплением подстилающего лессового и другого грунта. Наряду с этим для тяжелых зданий и сооружений с большими нагрузками на полы во многих случаях весьма эффективным является сочетание глубинного уплотнения с устройством набивных или забивных свай, при котором глубинное уплотнение применяется для устранения просадок грунтов под внутренними конструкциями, фундаментами технологического оборудования, полами, снятия сил нагружающего трения на сваи, а сваи предназначаются для передачи нагрузки от несущих конструкций на подстилающие более прочные слои грунта [7]. Применение обычных свайных фундаментов из забивных и буронабивных свай в грунтовых условиях Молдавии целесообразно лишь в случаях залегания в основании просадочной толщи подстилающих грунтов с повышенной несущей способностью: песков крупных и средней крупности, твердых сарматских глин или скальных грунтов.

About the authors

A. N Bogomolov

Volgograd State Technical University

Iu. I Olianskii

Volgograd State Technical University

E. V Shchekochikhina

Volgograd State Technical University

I. Iu Kuz’menko

LLC "Giprosintez"

M. D Mozgunov

Volgograd State Technical University

D. A Charykov

Volgograd State Technical University

References

Statistics

Views

Abstract - 148

Refbacks

• There are currently no refbacks.