Полный текст

При обследовании жилого 9-этажного трехсекционного дома в г. Тюмени были зафиксированы сверхнормативные деформации (рис. 1). Первые деформации одной из секций были обнаружены в августе 2016 г. В сентябре 2016 г. авторами данной статьи было проведено обследование дома и оценка технического состояния блока жилого дома в осях «8-10». Характерными дефектами являлись трещины в стыках стеновых панелей и плит перекрытий, соответствующие общей форме деформирования остова здания, причинами которых являлись сверхнормативные неравномерные осадки фундаментов. Рис. 1. Общий вид 9-этажной секции здания Fig. 1. The general view of the 9-storey section of the building В целях стабилизации деформаций и прекращения их дальнейшего развития, сопровождающегося увеличением крена здания, в качестве наиболее рационального был выбран комплексный подход, предусматривающий усиление как существующих ленточных свайных фундаментов, так и грунтового основания [1-3]. В случае недостаточной несущей способности свай одним из эффективных способов усиления следует считать их переустройство в комбинированные фундаменты с опрессовкой и цементацией грунтового основания [4]. В этом случае, для уменьшения нагрузки на сваи и вовлечения в работу ненагруженного грунтового основания в пролетных частях, целесообразно предусматривать предварительное напряжение грунтового основания между ростверками для включения его в работу. Система усиления фундамента состоит из несущих железобетонных оболочек 1, устроенных по спланированной поверхности из щебня 2 и песка 3, профилированной мембраны 4, существующего ростверка со сваями 5. Опорные части оболочек соединяются с существующими ростверками через анкера 6. Закачивание под давлением высокоподвижного гидрофобного раствора происходит через инъекторы 7 в подоболочечное пространство и через инъекторы 8 в грунтовый массив на глубину до 7,8 м с образованием гидроразрывов 9 (рис. 2). Рис. 2. Схема усиления свайных фундаментов путем переустройства их в комбинированный с опрессовкой и цементацией грунтового основания Fig. 2. Scheme reinforced pile foundations by converting them into a combined with crimping and cementation of the ground base В процессе производства работ по переустройству фундаментов и усилению основания выполнялся контроль за изменением напряженно-деформационного состояния (НДС) грунтового основания. Для измерения послойной деформации грунта активной зоны фундамента в основание предварительно были установлены глубинные винтовые марки. Вертикальные перемещения конструкции фундамента и глубинных винтовых марок фиксировались с помощью тарированных прогибомеров 6ПAO [3-7]. Для регистрации напряжений были использованы тарированные односторонние датчики давления (мессдозы). Мессдозы, уложенные по контактной поверхности исследуемой секции переустраиваемого фундамента, позволили зафиксировать и оценить характер распределения контактных давлений на I и II этапах производства работ, а оснащение активной зоны грунтового основания глубинными мессдозами позволило оценить вертикальные напряжения в грунте. Порядок проведения работ по переустройству фундаментов и усилению основания свайных фундаментов включал в себя следующие этапы. I этап: нагнетание раствора в подоболочечную часть (опрессовка основания). После 70 % набора прочности бетона оболочек, устраиваемых между ленточными свайными ростверками, начиналась работа по предварительному напряжению оболочек, опрессовке основания путем нагнетания цементного раствора в подоболочечное пространство. При общем расчетном весе 9-этажной секции здания порядка 9500 т и среднем давлении на основание 140 кПа, с учетом вышеперечисленных условий, было принято давление опрессовки 110 кПа. В процессе выполнения работ нагнетание раствора было разбито на три захватки (рис. 3). Рис. 3. Схема расположения захваток Fig. 3. Scheme of the location work sites II этап: нагнетание раствора в грунтовый массив (выполнение гидроразрывов). После опрессовки основания под оболочками были выполнены работы по цементации с устройством (гидроразрывов). Цементация выполнялась по манжетной технологии с помощью растворонасоса (давление 0,4-0,6 МПа) в несколько этапов с технологическими перерывами. Закрепление производилось по зонам размещения уровней инъекционных отверстий снизу вверх [5-10]. На I этапе происходит уплотнение грунта в пролетной части фундамента и его предварительное напряжение. Изолинии напряжений и вертикальных перемещений грунта активной зоны деформирования представлены на рис. 4. Данные обработаны с помощью Golden Software Surfer 13 [4-8]. Максимальные вертикальные перемещения грунта в пролетной части фундамента на I этапе (при Ропр = 110 кПа) составили 6 мм. Затухание вертикальных перемещений зафиксировано на глубине 1,1В, где В - ширина пролета (рис. 5). При нагнетании раствора под давлением 110 кПа наблюдается подъем оболочки на величину 10,2 мм. При увеличении давления нагнетания процесс подъема оболочки продолжается, что свидетельствует о ее натяжении и включении в работу грунтового основания пролетной части. Графики изменения контактных давлений в процессе опрессовки грунтового основания представлены на рис. 6. Рис. 4. Изолинии вертикальных перемещений S, мм (слева) и вертикальных напряжений σz, кПа (справа) грунтов основания в процессе опрессовки (Ропр = 110 кПа) Fig. 4. Isolines of vertical displacements (mm) (left) and vertical stresses σz (kPa) (right) of the foundation soils in the process of crimping (Popr = 110 kPa) Рис. 5. Эпюра вертикальных перемещения грунта по центральной оси пролетной части фундамента на I этапе (Ропр = 110 кПа) Fig. 5. Diagram of vertical soil movement along the central axis of the transit part of the foundation I stage (Pорr = 110 kPa) Рис. 6. График изменения контактных давлений во времени в процессе опрессовки грунтового основания (I этап) Fig. 6. Graph of the change in the contact pressures of pressure in time in the process of pressing the soil base (stage I) Рис. 7. Эпюра вертикальных напряжений в грунтовом массиве по центральной оси в процессе опрессовки (I этап) Fig. 7. Diagram of vertical stresses in the soil massif along the central axis during the crimping process (stage I) Максимальные значения вертикальных напряжений по глубине зафиксированы мессдозами на контакте «грунт - оболочка» и достигают 110 кПа. Эпюра вертикальных напряжений представлена на рис. 7. Показания мессдоз, расположенных (см. рис. 3) по контактной поверхности исследуемого фундамента, на II этапе позволили оценить и зафиксировать характер распределения контактных давлений. Изолинии напряжений и вертикальных перемещений для всех точек грунта, находящихся в активной зоне основания фундамента, построены с помощью Golden Software Surfer 13 (рис. 8). Рис. 8. Изолинии вертикальных перемещений S, мм, (слева) и вертикальных напряжений σz, кПа, (справа) грунта основания в процессе гидроразрывов, Р = 0,4…0,6 МПа (II этап) Fig. 8. Isolation of vertical displacements S [mm] (left) and vertical stresses σz [kPa] (right) ground bottom during fracturing, P = 0.4…0.6 MPa (II stage) Минимальные вертикальные перемещения составили 0,3 мм в первом слое (песок мелкий) на глубине 0,16В, где В - ширина пролета. Полное затухание вертикальных перемещений зафиксировано во втором слое грунта (суглинок), что соответствует глубине 1,1В (рис. 9). Это говорит о том, что на глубине 0,16В перемещения меняют направление и уменьшаются. На глубине 0,96В вертикальные перемещения составили 10,9 мм, что во много раз больше, чем на предыдущем этапе. Это связано с тем, что в грунтовом массиве сформировались линзовидные гидроразрывы. Графики изменений контактных давлений во времени при выполнении нагнетания раствора представлены на рис. 10 (II этап). Максимальные значения вертикальных напряжений по данным глубинных мессдоз зафиксированы на глубине 0,6B, где В - ширина пролета и равны 160 кПа (рис. 11). Рис. 9. Эпюра вертикальных перемещений грунта по центральной оси пролетной части фундамента на II этапе (Р = 0,4…0,6 МПа) Fig. 9. Diagram of vertical soil movement along the central axis of the transit part of the foundation II stage (P = 0.4…0.6 MPa) Рис. 10. График изменения контактных давлений во времени (II этап) Fig. 10. Graph of changes in contact pressures in time (II stage) После переустройства ленточных свайных фундаментов в комбинированные происходит перераспределение нагрузок, воспринимаемых сваями и пролетной частью (рис. 12). Выполненное усиление, согласно показаниям контактной мессдозы, позволило разгрузить свайные ленты до 31 %. После проведенного обследования за зданием ведется постоянный геодезический контроль. С помощью высокоточного нивелирования фиксируются осадки и отклонения здания от вертикали (рис. 13). Рис. 11. Эпюра изменения вертикальных напряжений в грунтовом массиве по центральной оси на II этапе Fig. 11. Diagram of the variation of vertical stresses in the soil massif along the central axis in the II stage Рис. 12. Схема распределения нагрузок, воспринимаемых элементами комбинированных фундаментов Fig. 12. Scheme of distribution of loads perceived by elements of combined foundations Рис. 13. Схема размещения марок в плане Fig. 13. Scheme of mark situation on project Данные мониторинга подтвердили наличие незатухающего характера неравномерных осадок здания до начала производства работ по усилению. Работы по опрессовке подоболочечного пространства были выполнены к 15 марта 2017 г., все работы по усилению грунтового основания окончены 15 марта 2018 г., после этого наблюдался небольшой подъем здания в среднем на 1-1,5 мм. После работ по цементации также фиксируется минимальный подъем части фундамента, где производятся работы, на величину 1-1,2 мм. Также наблюдалось увеличение осадок за счет релаксации напряжений в основании на величину до 2 мм. В настоящее время наблюдается стабилизация осадок (рис. 14). Рис. 14. График осадок во времени: I - до усиления; II - подготовительные работы; III-IV - опрессовка основания; V - цементация (выполнение гидроразрывов); VI - мониторинг после завершения работ Fig. 14. Diagram of mark settlement during the time Таким образом, анализ результатов экспериментальных исследований показал следующее: 1. Согласно данным контактных мессдоз, установлено включение в работу грунтового массива в пролетных частях между ленточных свайных фундаментов. В процессе усиления происходит разгрузка ленточных свайных фундаментов (см. рис. 12). После завершения работ на пролетную часть и свайные фундаменты передается соответственно около 31 % и 69 % нагрузки. 2. Глубина развития вертикальных деформаций при опрессовке составила 1,1В, где В - ширина пролета, дополнительное увеличение вертикальных напряжений зафиксировано до глубины 0,7В. 3. Нагнетание растворной смеси под давлением при усилении свайных фундаментов с опрессовкой позволяет уплотнить и увеличить жесткость малонагруженного основания в пролетной части.

Об авторах

Я. А Пронозин

Тюменский индустриальный университет

М. А Степанов

Тюменский индустриальный университет

А. Н Шуваев

Тюменский индустриальный университет

Д. Н Давлатов

Тюменский индустриальный университет

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 108

Ссылки

• Ссылки не определены.