Комплексные меры по восстановлению деформированного 10–этажного здания в проектное положение

Размещено на http://www.allbest.ru/

Комплексные меры по восстановлению деформированного 10-этажного здания в проектное положение

Шокарев В.С.

Степура И.В.

Самченко Р.В.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Трехподъездный 10 - этажный крупнопанельный жилой дом на площадке по ул. Юности в г. Запорожье возведен из типовых блоков - секций серии 480А, торцевой левой 480А - 066 и двух рядовых 480А - 065. Две рядовые секции спаренные, т.е. выполнены без деформационного шва. Длина спаренного блока - секции по осям составляет 51,2м (рис.1).

Конструктивная схема здания - бескаркасная с продольными несущими стенами. Под зданим имеется технический подвал высотой 2,0м.

Конструктивные элементы здания: фундаменты - ленточные монолитные железобетонные; цоколь - сборный железобетонный; надземные стены - сборные железобетонные. здание накренившийся выравнивание

Рис. 1 Спаренная накренившаяся блок-секция

Грунтовые условия площадки здания и проектное решение основания. Инженерно - геологическими изысканиями определен геологический разрез грунтовой толщи, которая включает 9 слоев чередующихся лессовых и лессовидных просадочных суглинков и супесей общей мощностью до 21м с величиной просадки от собственного веса при замачивании до 45 см, т.е. ІІ тип грунтовых условий по просадочности, площадка здания относится к сложным условиям строительства.

Здание запроектировано с комплексом конструктивных мероприятий для строительства в сложных грунтовых условиях и выполнено по жесткой конструктивной схеме путем объединения несущих элементов в единую пространственную жесткую систему. Железобетонные пояса выполнены в верхних и нижних частях стеновых панелей. В качестве подготовки основания проектом предусмотрен способ армирования просадочной толщи элементами повышенной жесткости (набивные сваи) с устройством поверху распределительной грунтовой подушки. Устройство набивных свай предусматривалось выполнить путем бурения скважин 500мм до кровли красно-бурых непросадочных суглинков с уширением. Формирование уширения 1350мм производится путем втрамбовывания гранитного щебня фракции 20…40мм в красно-бурые суглинки опорного слоя. Формирование ствола сваи осуществляется путем послойного уплотнения щебня аналогичной фракции. Верхняя часть скважин (буферный слой), подлежащая срезке при устройстве грунтовой подушки (1=3,5м), заполняется суглинком с уплотнением. Шаг армирующих элементов 2,5м. Мощность распределительной грунтовой подушки, накрывающей армомассив, в соответствии с проектом должна составлять 3м. Материал подушки - суглинки, уплотненные до плотности грунта в сухом состоянии d=16,5…17,0кН/м 3. Таким образом, принятые проектные решения соответствуют требованиям нормативных документов по проектированию зданий на просадочных грунтах ІІ типа [1].

ПРОБЛЕМА

В соответствии с принятыми проектными решениями была выполнена подготовка основания и возведена коробка здания в 1994-95г.г., после чего работы по строительству дома приостановлены из-за наступившего кризиса и, как следствие, отсутствия финансирования. Строительство жилого дома возобновилось в 2005г. При возобновлении строительства ЗО НИИСК выполнено обследование здания, по результатам обследования установлено, что за длительный срок перерыва в строительстве спаренная блок - секция (б.с.) претерпела сверхнормативные сложные (в продольном и поперечном направлениях) крены с преобладанием в поперечном направлении, результирующая которых превысила допустимую норму в 5 раз. Вместе с коробкой б.с. получили крены и обе шахты лифтов, из-за чего монтаж лифтов был невозможен.

При этом следует отметить, что другие виды деформаций не обнаружены, за исключением незначительного трещинообразования, что объясняется достаточной жесткостью конструктивной схемы данной серии. Спаренная б.с. наклонилась как жесткий штамп по следующим причинам. Не была выполнена надлежащим образом консервация стройки на период длительного перерыва. Некачественная подготовка основания - не выполнена срезка буферного слоя армоэлементов, щебень в верхней части полостей скважин не уплотнен и не заменен суглинком с уплотнением, в результате чего щебеночные элементы вместо армирующих грунт превратились в дренажную систему. Грунтовая подушка из-за некачественного устройства - толщина уплотненного грунта переменная по всему "пятну" здания и колеблется в пределах 0,2…2,6м вместо 3,0м, при этом степень уплотнения также неравномерная - плотность сухого грунта находится в пределах 1,36…1,6 г/см 3 вместо требуемой плотности 1,6…1,70 г/см 3, грунтовая подушка не выходит за контуры фундаментов в соответствии с проектом на 3,3м. Таким образом, грунтовая подушка не оказалась конструкцией достаточной несущей способности и надежным защитным экраном от замачивания.

Для обеспечения возможности окончания строительства здания, монтажа лифтов и нормальной эксплуатации жилого дома необходимо было выполнить: восстановление б.с. и шахт лифтов в проектное положение их выравниванием, инъецирование трещин в конструкциях и усилить основание укреплением грунтов под фундаментами.

ИЗУЧЕННОСТЬ ВОПРОСА

В строительной практике к наиболее проверенным и апробированным методам выравнивания накренившихся зданий, сооружений относятся замачивание грунтов оснований 2; поддомкрачивание 3, управляемое изменение жесткости основания выбуриванием грунтов из-под фундаментов 4.

На основании анализа пришли к выводу - наиболее целесообразным методом выравнивания б.с. и лифтов в данных условиях есть частичное удаление грунта из-под фундаментов бурением горизонтальных скважин переменных параметров со стороны менее осевшей части б.с., разработанный в ЗО НИИСК на уровне изобретения 5.

При решении второй проблемы (усиление основания) в процессе анализа методов укрепления грунтов сделан вывод, что наиболее применимыми есть силикатизация грунтов 6 и буросмесительная технология устройства армирующих элементов 7. При этом более целесообразным методом есть буросмесительная технология из-за следующего. Технология и оборудование по силикатизации на данный момент не адаптированы к укреплению грунтов в горизонтальном направлении, что обусловливает необходимость выполнять укрепление грунтов под всеми несущими фундаментами в наклонном направлении внутри помещений. Тогда как в ЗО НИИСК разработан на уровне изобретения способ укрепления грунтов буросмесительной технологией в горизонтальном направлении 7, что даёт возможность выполнять работу по усилению основания из котлована за пределами здания. При этом, применяются разработанные нами также на уровне изобретения 8 станки горизонтального бурения, которые используются как при выравнивании зданий, так и при укреплении грунтов.

ВЫРАВНИВАНИЕ ЗДАНИЙ

Проект выравнивания б.с. разработан на основании анализа инженерно-геологических изысканий и результатов геодезической съемки кренов б.с. При определении параметров выравнивания одним из главных факторов является определение и построение требуемой эпюры осадок фундаментов в продольном и перечном направлениях и на их основе выполнение расчета технологических параметров - переменных диаметров, шагов горизонтальных скважин, их длин, количества рядов по вертикали [9]. Параметры эпюры требуемых осадок фундамента определяется из выражения

Sтр= (1)

где i - фактический крен здания; li - расстояние от линии "поворота" здания до соответствующих точек фундаментов.

Эпюра требуемых осадок во избежание прогибов или выгибов фундаментов должна быть линейной. При кренах в поперечном или продольном направлениях форма эпюры должна иметь форму треугольника, а при сложном крене - форму трапеции.

После построения эпюры требуемых осадок приступают к расчету технологических параметров выравнивания б.с. При этом требуемую эпюру разбивают на участки и в пределах каждого участка определяют диаметры, шаги, длины участков скважин, которые должны обеспечить соответствующие осадки фундаментов из равенства

Si = (2)

где Si - требуемая осадка на i-м участке эпюры, которую получают из эпюры требуемых осадок; di - диаметр скважин; Кгр - коэффициент, учитывающий характеристики грунта 9; Ui - шаг скважин на i-м участке.

Реализация проектного решения заключалась в следующем. Для бурения горизонтальных скважин был откопан котлован вдоль наружной стороны менее осевших фундаментов (со стороны главного фасада). На спланированном дне смонтированы направляющие и станки горизонтального бурения. Учитывая большую длину спаренной б.с. во избежание деформаций выгибов или прогибов фундаментов, организацию бурения горизонтальных скважин необходимо было осуществить таким образом, чтобы перфорация основания выполнялась пропорционально одновременно по всей длине. Для этого всю длину б.с. разбили на 4 участка, на каждом участке установили горизонтальне буровые станки, которыми на всех участках в определенной последовательности одновременно бурили скважины по захваткам.

Для задания фундаментам б.с. осадок по трапециевидной эпюре с максимальной величиной 260 мм с изменением по линейной закономерности проектом предусмотрено бурение 3 рядов, в т.ч. неполных, горизонтальных скважин в разной комбинации параметров. Для достижения такой задачи использовали 6 типоразмеров диаметров шнеков от 110 до 250 мм.

В первую очередь бурили скважины нижнего ряда. По окончании бурения нижнего ряда скважин оборудование демонтировалось, котлован частично засыпался грунтом, вынутым при бурении, с уплотнением, с подъемом "нового" дна на 300мм. Снова монтировалось оборудование и выполнялось бурение среднего ряда, затем верхнего ряда, ось которого располагались на 400мм ниже подошвы фундаментов.

При закрытии котлована на уровнях нижнего и среднего рядов скважин из их полостей выводили отрезки гибких шлангов для подачи через них воды для увлажнения грунта в стенках скважин в процессе регулирования осадок фундаментов.

На протяжении всего периода выравнивания б.с. осуществлялись регулярные наблюдения за осадками фундаментов геодезическим нивелированием по настенным геодезическим маркам. По данным наблюдений строились эпюры осадок (рис.2) и графики изменения осадок во времени - динамика осадок (рис.3).

Рис. 2 - Эпюры осадок спаренной блок-секции

М - стенная геодезическая марка

Рис. 3 График динамики осадок

Анализ эпюры осадок дает наглядную картину протекания процесса выравнивания б.с. При отклонении от прямолинейности, т.е. возникновение кривизны или точки перегиба, необходимо анализировать, выяснять причину такого явления и срочно вносить корректировку в технологический процесс выравнивания. Отклонение линий эпюры от прямолинейности означает, опережение или замедление скорости осадок на смежных участках фундаментов.

По окончании бурения проектного объема скважин приступают к регулированию осадок. Нами разработаны разные способы регулирования осадок путем ускорения, замедления, приостановки осадок. Регулирование осадок, при необходимости, выполняют также в процессе бурения скважин.

Анализ графика динамики (см. рис.3) показывает, что осадки б.с. начались в процессе бурения скважин. Однако интенсивность осадок в начальный период бурения была низкой. Так, в результате бурения нижнего ряда (30% от всего объема), осадка составила лишь 7 мм, что составляет примерно 2,5% от максимальной. Низкой оставалось активность осадок фундамента и в конце бурения среднего ряда, когда осадки достигли величины 16 мм. Столь низкая интенсивность осадок объясняется низкой влажностью грунтов на глубине бурения скважин этих рядов. Более активные осадки начались в процессе бурения третьего ряда, которые достигли 45-55 мм, а через 52-53 суток после начала бурения осадки достигли 85 мм и их интенсивность начала уменьшаться и через 2 месяца осадки практически стабилизировались. Принято было одно из разработанных решений ускорения осадок - снижение сопротивляемости сжатию грунта в целиках и сводах путем увлажнения грунта вокруг стенок скважин. Увлажнение грунтов в целиках между скважинами осуществлялось поэтапно подачей небольшими порциями воды, наблюдая за осадками. Каждый этап увлажнения приводил к существенному увеличению осадок с постепенным их уменьшением в течение нескольких суток, после чего приступали к следующему этапу увлажнения. Из графика видно, что было выполнено 2 этапа увлажнения.

В процессе осадок фундаментов грунт в целиках и сводах под давлением здания постепенно разрушался. Скважины из круглой формы принимали элепсовидную, постепенно заполнялись разрушенным влажным грунтом из целиков грунта между скважинами. После третьего этапа увлажнения осадки постепенно уменьшались, кривая осадок выполаживалась, асимптотически приближаясь к горизонтали. Скважины полностью закрылись, грунт под фундаментами уплотнялся, наступил период консолидации грунтов.

Так как осадки фундаментов произошли по требуемой расчетной эпюре, здание и вместе с ним шахты лифтов, поскольку они возведены на общем фундаменте, заняли проектное положение.

УСИЛЕНИЕ ОСНОВАНИЯ

По окончании первого этапа восстановительного процесса деформированного здания - ликвидации крена приступили ко ІІ этапу - усилению основания. Усиление основания выполнялось путем армирования слабого слоя грунтовой подушки горизонтальными грунтоцементными элементами повышенной жесткости буросмесительной технологией.

В том же котловане, из которого выполняли бурение горизонтальных скважин в процессе выравнивания б.с., теми же станками в слабом слое грунта под фундаментами устраивали армирующие горизонтальные грунтоцементные элементы (ГЦЭ). Технологическая схема устройства ГЦЭ показана на рис.4

Рис. 4 - Технологическая схема горизонтального армирования грунтов

1 - котлован; 2 - станок горизонтального бурения; 3 - полая буровая штанга; 4 - буросмеситель; 5 - фундамент; 6 - вертлюг; 7 - гибкий рукав; 8 - растворонасос; 9 - растворомеситель.

При вращении буровой штанги и буросмесительного рабочего органа с одновременным осевым перемещением происходит разрушение природной структуры грунта без выноса его на поверхность. Одновременно с началом разрушения грунта через вертлюг, которым снабжен станок горизонтального бурения, по полым штангам нагнетается водоцементный раствор требуемой консистенции, который под давлением через отверстия буросмесителя перемешивается с грунтом нарушенной структуры. Тщательно перемешанный с цементным раствором грунт затвердевает и становится армирующим элементом повышенной жесткости, который не размокает в воде. Прочностные и деформационные характеристики грунтоцемента зависят от процентного отношения грунт - цемент и могут достигать существенных величин.

Поскольку работы по выравниванию б.с. и усилению основания выполняются в стесненных условиях, для реализации этих технологий применяются малогабаритное оборудование, разработанное специалистами ЗО НИИСК.

Грунтоцементные армирующие элементы располагались в 2 ряда. Параметры ГЦЭ: диаметр - 350мм, шаг - 0,8м, длина - 17м, т.е. выходили за пределы фундаментов на 2м с каждой стороны. Ось верхнего ряда расположена на расстоянии 0,6м от подошвы фундамента, нижнего - 1,2м. В первую очередь выполнили армоэлементы нижнего ряда, затем частично засыпали котлован и на спланированное "новое" дно уложили уголковые направляющие для перемещения буровых станков и выполнили верхний ряд армоэлементов.

По окончании усиления основания с противоположного фасада здания грунтоцементные армоэлементы были частично вскрыты, из них вырезали кубики для исследования характеристик грунтоцемента. Визуальным обследованием армоэлементов установлено, что они расположены параллельно, их диаметры составляли 350мм. Лабораторными исследованиями определены предел прочности на сжатие Rсж = 30…35 кг/см 2 и модуль деформации Е = 2800…3200 кг/см 2, что значительно выше значений, принятых в проекте.

По окончании работ по усилению основания котлована был закрыт с послойным уплотнением грунтов до плотности 1,6 г/см 3. Имевшиеся трещины в конструкциях, которые практически не изменились, заинъецированы полимерными растворами. В результате восстановления вертикальности шахт лифтов появилась возможность их монтажа, который выполнили в процессе завершения строительства.

МОНИТОРИНГ

На протяжении всего периода восстановительных работ на спаренной б.с. осуществлялся мониторинг, состоящий из геодезического контроля, в процессе которого велись регулярные наблюдения за осадками фундаментов нивелированием и теодолитная съемка - за изменением кренов б.с. Геодезический вид мониторинга имеет дискретный характер. Непрерывный контроль за возможным изменением различных видов деформаций в режиме реального времени осуществлялся с применением автоматизированной системы универсального измерения деформаций, разработанный в Запорожском отделении НИИСК 10. Данная система основана на применении универсального датчика УИД.

Датчики УИД были установлены в подвальной части, на стенах этажей, на шахтах лифтов. Всего было установлено 37 датчиков. Съем информации осуществлялся с помощью специальной системы опроса серии датчиков с применением мобильного телефона, обработка снимаемой с датчиков УИД информации производится компьютерной программой "PENDULUM". Компьютерная программа выдает 9 показателей, сведенных для каждого датчика в таблицу. Поскольку автоматизированный контроль осуществляется постоянно, то информацию по изменению того или иного вида деформаций можно получить в любой момент времени.

По окончании восстановительных работ датчики УИД демонтированы за исключением контрольных, с помощью которых осуществляется наблюдение за пространственным положением здания в процессе эксплуатации. Периодический контроль свидетельствует о стабильном состоянии здания на протяжении 5 лет.

ВЫВОДЫ

1. Разработанные технологии выравнивания накренившихся зданий и закрепления грунтов для усиления оснований в горизонтальном направлении, являются эффективными при восстановлении деформированных зданий, сооружений и при реконструкции объектов с обеспечением дальнейшей их надежной и безопасной эксплуатации.

2. Разработанное соответствующее малогабаритное оборудование обеспечивает возможность выполнения восстановительных работ при защите деформированных зданий при реконструкции в стесненных условиях без отселения жителей и прекращения эксплуатации.

3. Разработанная система мониторинга дает возможность контролировать выполнение восстановительных работ и мероприятий при реконструкции на каждом этапе технологического процесса.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ДБН В.1.1-5-2000. Будинки і споруди на підроблюваних територіях і просідаючих грунтах // Державний комітет будівництва, архітектури та житлової політики України. - У 2-х частинах. - Частина ІІ. Будинки і споруди на просідаючих грунтах. - К.Держбуд України, 2000. - 84с.

2. Тугаенко Ю.Ф., Матус С.В., Синявский С.Д. Исправление крена 16 - этажного жилого дома. Основание, фундаменты, механика грунтов. - М., 1979. - №2. - С. 3 - 4.

3. Трегуб А.С., Москаліна І.М., Науменко В.П., Мілявський В.П. Вирівнювання будинків домкратами.// Будівельні конструкції: зб.наук.праць - К.: НДІБК, 2008. - Вип.71.т.2. - С.93 - 102.

4. Степура И.В., Шокарев А.В., Павлов А.В., Самченко Р.В. Об устранении кренов деформированных зданий.// Будівельні конструкції: зб.наук.праць. - К.: НДІБК, 2008. - Вип. 71.т.2. - С.119 - 129.

5. Пат.№65455 Україна, 702Д 35/00. Способ выравнивания зданий, сооружений: /Степура И.В., Шокарев А.В., Павлов А.В., Трегуб А.С., Самченко Р.В. (Украина); Бюл. №3. - 2004. - 4с.

6. Губкін В.А., Соловьев Н.Б., Голиков В.Г. Усиление оснований и фундаментов при реконструкции зданий и сооружений.// Будівельні конструкції: зб.наук.праць. - К.: НДІБК, 2008. - Вип. 53. Кн.1. - С.89 - 94.

7. Степура И.В., Шокарев В.С., Павлов А.В., Самченко Р.В., Степура С.И. Горизонтальное армирование грунтов в основаниях зданий.// Будівельні конструкції: зб.наук.праць. - К.: НДІБК, 2007. -Вип. 66. - С.34 - 41.

8. Патент України №42283, Е 21В 3/00, Установка для проходки в грунтах/Степура І.В., Шокарев В.С., Павлов А.В., Самченко Р.В., Трегуб А.С., Степура С.І. (Україна)-№u200901349; заява 18.02.2009, Бюл. №12. - 2009. - 6с.

9. Самченко Р.В. Удосконалення технології вирівнювання нахилених будівель горизонтальним вибурюванням грунту із основи: Автореферат Самченко Р.В., канд.техн.наук - Днепропетровск, 2010, - 19с.

10. Шокарев В.С., Чаплыгин В.И., Хилько С.В. и др. Автоматизированная информационно - измерительная система для мониторинга строительных объектов.// Будівельні конструкції: зб.наук.праць. - К.: НДІБК, 2004. - Вип. 61.т.1. - С.496 - 501.

Размещено на Allbest.ru