Мероприятия по обеспечению геостойкости зданий и сооружений при неравномерном деформировании основания

Размещено на http: //www. allbest. ru/

ГУВПО «Белорусско-Российский университет», г. Могилев, Республика Беларусь

Мероприятия по обеспечению геостойкости зданий и сооружений при неравномерном деформировании основания

Семенюк С.Д., д.т.н.

Аннотация

деформация строительство здание грунтовой

Неравномерные деформации основания, возникающие при возведении и эксплуатации зданий в сложных грунтовых условиях, следует считать одним из основных факторов, влияющих на их несущую способность, деформативность и долговечность. При проектировании строительных объектов в подобных условиях необходимо предусматривать меры, обеспечивающие требуемые эксплуатационные качества и долговечность зданий. Этого можно достичь путем создания надежного основания, предотвращающего появление недопустимых деформаций объекта строительства, либо применением специальных конструкций зданий, приспособленным к повышенным неравномерным деформациям, создания надежного основания, предотвращающего появление недопустимых деформаций объекта строительства, либо применением специальных конструкций зданий, приспособленным к повышенным неравномерным деформациям.

Введение

Обеспечение безотказной работы конструкций зданий и сооружений - одна из важнейших проблем строительной науки. Основные причины обуславливающие эту проблему: в состав современных зданий и сооружений входит множество элементов со сложным характером взаимодействия как между собой, так и с окружающей средой; многие здания и сооружения имеют национальную и общечеловеческую ценность. Нарушение безотказности работы таких зданий и сооружений может привести к большим материальным и моральным затратам. Поиск рациональных решений, обеспечивающих повышение надежности и качества объектов строительства при минимальном использовании ресурсов на их устройство, является концептуальной стратегией современного строительства.

Общие положения. Примеры деформаций зданий и сооружений, вызванных недооценкой сложных грунтовых условий строительства, приведены в многочисленных публикациях отечественных и зарубежных авторов [1]. При анализе этих примеров обнаруживается соответствие форм деформаций сооружений, построенных в разнообразных условиях. Независимо от причин, приводящих к деформациям грунтов, все виды воздействий со стороны оснований на сооружения сводятся к неравномерным вертикальным и горизонтальным перемещениям оснований (таблица 1).

Следствием неравномерных вертикальных перемещений основания являются наблюдаемые крены сооружений, различные формы их деформаций изгиба, сдвига и кручения. Эти деформации проявляются как в чистом виде, так и в различных сочетаниях: кручение с изгибом, крен с изгибом, сжатие с кручением и т.п. Неравномерные горизонтальные перемещения основания оказывают воздействие на подземные части сооружения в виде сдвигающих сил по боковым поверхностям и подошвам фундаментов, а так же в результате нормального давления сдвигающего грунта на лобовые поверхности фундаментов.

При проектировании зданий и сооружений в сложных инженерно-геологических условиях необходимо предусматривать меры, обеспечивающие требуемые эксплуатационные качества и долговечность зданий. Это достигается путем создания надежного основания, исключающего появление недопустимых деформаций объекта строительства, либо применением специальных конструкций зданий, приспособленных к повышенным неравномерным деформациям.

1. Подготовка оснований на просадочных грунтах

Надежное основание, исключающее появление недопустимых деформаций объекта строительства, можно создать путем его предварительной подготовки. В практике строительства на просадочных грунтах широкое распространение получили такие способы подготовки оснований, как механическое уплотнение грунта тяжелыми трамбовками, замена просадочных грунтов уплотненной грунтовой подушкой, предварительное замачивание грунта в сочетании с глубинными взрывами, прорезка просадочной толщи сваями, уплотнение просадочных массивов грунтовыми или щебеночными сваями, химическое и термическое закрепление и другие.

Таблица 1 Виды деформаций земной поверхности и причины, их вызывающие

Защита территорий от затопления и подтопления. Инженерная защита территорий от затопления и подтопления сегодня регламентируется нормами [2], где указано, что материалы изысканий должны обеспечивать: оценку существующих природных условий на защищаемой территории; прогноз изменения инженерно-геологических, гидрогеологических и гидрологических условий на защищаемой территории с учетом воздействия техногенных факторов; выбор способов инженерной защиты; оценку водного баланса территории; оценку естественной и искусственной дренированности территорий. Характер техногенных изменений гидрогеологических условий, связанных с объектами горнодобывающей промышленности в отдельных регионах СНГ, описан в работе [33]. При инженерно-геологических изысканиях предусматривается изучение только природных условий объекта, при этом составление прогнозов, на изменение инженерно-геологических условий не предусмотрено, а для их составления должны быть получены данные, которые могут быть использованы для прогноза. В жилищном строительстве при проектировании и привязке домов руководствуются принципом комплексного применения мероприятий, обеспечивающих прочность и нормальную эксплуатацию зданий. Комплекс мероприятий применяют в тех случаях, когда по техническим или экономическим соображениям не может быть устранена просадочность грунтов II типа. В этом случае выполняют уплотненную грунтовую подушку, обеспечивающую частичное устранение просадочности основания и защиту неуплотненной толщи от возможной инфильтрации воды.

Мероприятия по защите зданий и сооружений на подрабатываемых территориях. При расчете зданий на воздействие от подработки в качестве исходных данных принимаются деформации земной поверхности в районе расположения объекта. Здания и сооружения могут проектироваться по жесткой, податливой или комбинированной конструктивным схемами. Основной мерой защиты здания от неравномерных осадок является его разрезка на замкнутые прямоугольные отсеки поперечными деформационными швами. Для жесткой конструктивной схемы кроме разрезки на отсеки рекомендуется усиление отдельных элементов несущих конструкций; объединение несущих конструкций в жесткие пространственные системы; устройство фундаментных и поэтажных железобетонных поясов; устройство фундаментов в виде сплошных железобетонных плит, перекрестных балок или балок-стенок. При проектировании по податливой схеме, кроме разрезок на отсеки, применяют защитные мероприятия: устройство в фундаментной части здания горизонтального шва скольжения; введение шарнирных и податливых сопряжений между элементами несущих и ограждающих конструкций; снижение жесткости несущих конструкций, введение гибких связей и компенсационных устройств. Для комбинированной конструктивной схемы могут применяться сочетания мер защиты, рекомендуемых для жесткой и податливой схем. В качестве горных мер защиты может применятся: полная или частичная закладка выработанного пространства; разработка пластов с разрывом во времени и рассредоточение горных работ в пространстве; неполная выемка полезных ископаемых. В районах, где неравномерные деформации земной поверхности могут достигать значительных величин, которые воспринять конструктивными мероприятиями невозможно или нерационально (значительный расход материалов, большая стоимость), а также, когда общая деформативность зданий (например, крены) может достигать недопустимых величин, в качестве меры защиты можно эффективно применять поддомкрачивание [4]. В работе [5] рассмотрена методика выравнивания здания как жесткой балочной конструкции.

Инженерно-геологические и строительно-конструктивные мероприятия по защите зданий в закарстованных районах. В закарстованных районах необходимо предусматривать инженерно-геологические и строительно- конструктивные меры защиты [6]. К инженерно-геологическим относятся: тампонирование трещин и полостей в закарстованном массиве цементным раствором, бетоном или бесцементными нерастворимыми материалами; закрепление всей толщи несвязных грунтов цементацией, силикатизацией или карбомидными смолами; искусственное изменение гидрогеологической обстановки, обеспечивающее замедление или полное прекращение карстового или карстово-суффозионного процесса. Строительно-конструктивные мероприятия предусматривают: усиление несущих конструкций и объединение их в пространственные жесткие блоки; устройство неразрезных монолитных ленточных железобетонных фундаментов или фундаментов в виде системы перекрестных балок, сплошных плоских или ребристых плит, плит коробчатого сечения; устройство поэтажных железобетонных поясов, связей и т.п.; устройство специальных фундаментов с применением буронабивных опор. При этом минимальная длина фундамента должна приниматься

, (1)

где - диаметр провальной воронки.

Для заполнения провальных воронок, образовавшихся под зданием, и исключения возможности их развития следует предусматривать устройство в полах или фундаментных плитах систем для нагнетания раствора, мелкозернистого бетона или сухих грунтовых смесей в провальные воронки.

В работе [7] анализируются результаты натурных испытаний девятиэтажных крупнопанельных жилых домов и рекомендуются конструктивные меры защиты, обеспечивающие прочность и устойчивость конструкций зданий при воздействии значительных неравномерных осадок оснований. Фундаментно-подвальную часть здания предлагается выполнять сборно-монолитной с устройством монолитного фундаментного пояса и сборных цокольных панелей. Для восприятия горизонтальных растягивающих усилий в верхней и нижней части цокольных панелей следует предусматривать арматурные пояса с соединением арматурных выпусков в местах стыков панелей с последующим замоноличиванием соединений. Бетон замоноличивания при этом образует шпонки, воспринимающие вместе с монолитным фундаментом вертикальную перерезывающую силу.

Для обеспечения безотказной работы при эксплуатации и предотвращения аварий зданий и сооружений, возводимых на неравномерно деформируемом основании, железобетонные фундаменты устраивают в виде непрерывных стен или железобетонных перекрестных балок. При этом расчет таких систем в большинстве случаев сводится к расчету одиночных балок на упругом основании либо к расчету системы перекрестных балок без учета кручения в узлах, поэтому эти подходы дают приближенное решение рассматриваемой проблемы. Конструкция и результаты испытаний сборно-монолитного рамно-пространственного фундамента на подрабатываемых территориях для жилых домов серии 1.21. В работах [1, 8, 9, 10] предложена конструкция сборно-монолитного фундамента на неравномерно деформируемом основании, который состоит из нижнего железобетонного пояса, цокольной части из блоков стен подвалов с образованием между ними монолитных вертикальных связей в местах пересечения стен и в углах здания верхнего железобетонного пояса и надфундаментной конструкции. С целью повышения жесткости здания нижний пояс выполняют с вертикальными арматурными выпусками, а верхний пояс - из отдельных блоков с горизонтальными арматурными выпусками и размещают блоки верхнего пояса с зазорами, совпадающими в плане с вертикальными связями. Вертикальные арматурные выпуски нижнего пояса заводят через полости для монолитных вертикальных связей в зазоры между блоками верхнего пояса, которые замоноличивают после возведения надфундаментной конструкции. Нижний пояс опирается на опорную ленту из фундаментных подушек или может быть с ней соединенным в монолите как единое целое. Бетонирование зазоров между блоками верхнего пояса после возведения надфундаментной конструкции обеспечивает распределение усилий между верхним и нижним железобетонными поясами и блоками цокольной части, возникающих от действия собственного веса конструкции здания и реакции грунта основания. Блоки цокольной части обжимаются между верхним и нижним железобетонными поясами вертикальными связями, в результате чего при работе конструкции фундаментов на изгиб исключена возможность сдвига блоков. Равномерное обжатие блоков цокольной части способствует совместной работе опорной ленты нижнего и верхнего железобетонных поясов, блоков цокольной части и вертикальных связей, что обеспечивает повышение жесткости здания. Фрагмент сборно-монолитного фундамента показан на рис.1.

Рис. 1 Фрагмент сборно-монолитного фундамента

Конструкция данного фундамента для различных условий эксплуатации была апробирована при испытании модели в 1/4 натуральной величины фундаментно-подвальной части здания и при натурных испытаниях жилого дома серии 1.21 в г.Теплогорске (рис. 2).

Размещено на http: //www. allbest. ru/