Разработка технологии устройства оснований и фундаментов реконструируемых зданий на слабых грунтах

В последние годы в Российской Федерации увеличиваются объемы строительных работ на объектах реконструкции зданий и сооружений с различным функциональным назначением и техническим состоянием.

При проектировании реконструкции зданий и сооружений основным этапом является проектирование оснований и фундаментов. Для гарантированного обеспечения сохранности существующей застройки, проектирование реконструкции зданий в стесненных городских условиях должно быть произведено на основе обоснованных данных исследований свойств грунтов основания и технического обследования конструкций реконструируемых и примыкающих зданий.

Анализ деформаций зданий, которые произошли в процессе реконструкции свидетельствует о несовершенстве методических подходов к проектированию оснований и фундаментов реконструируемых и восстанавливаемых зданий, особенно в тех случаях, если грунтовая толща сложена слабыми глинистыми и техногенными грунтами.

В ряде случаев аварии и деформации, реконструируемых и примыкающих к ним зданий произошли из-за недостаточно обоснованных технических решений по усилению фундаментов, упрочнению оснований, а также неправильных данных при проведении инженерно-геологических исследований грунтов оснований и техническому обследованию зданий.

Анализ аварий реконструируемых и примыкающих к ним зданий показал, что необходимо разработать новые технологии производства работ и усовершенствовать методы проектирования и реконструкции фундаментов реконструируемых зданий на слабых глинистых и насыпных грунтах, обеспечивающих снижение трудозатрат, экономию материальных и финансовых ресурсов.

Поэтому совершенствование и разработка методов производства работ по устройству оснований и фундаментов реконструируемых зданий на елабых грунтах в стесненных городских условиях является актуальной проблемой для современного строительства.

Целью диссертационной работы явилась разработка эффективных проектных решений, базирующихся на достоверных результатах исследований состояния оснований и фундаментов, что обеспечит надежность и устойчивость реконструируемых зданий на слабых грунтах, а также разработку способов защиты эксплуатационной пригодности примыкающих к ним существующих сооружений.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи: ^ - изучены специфические свойства слабых водонасыщенных глинистых и насыпных грунтов оснований реконструируемых и примыкающих к ним зданий;

— изучены особенности устройства оснований и фундаментов реконструируемых зданий на слабых водонасыщенных глинистых и насыпных грунтах;

— установлены основные причины деформирования и разрушений реконструируемых и примыкающих к ним зданий на слабых грунтах;

— изучены особенности учета физико-механических характеристик грунтов оснований зданий при проектировании реконструкции оснований и фундаментов;

— исследованы эффективные способы укрепления оснований и усиления фундаментов реконструируемых и примыкающих к ним зданий методом цементации и устройством буроинъекционных свай;

— разработана новая технология производства работ по устройству оснований и фундаментов с учетом вероятностного характера строительного производ.

4) ства;

— определены научно обоснованные требования к исходным данным для проектирования укрепления оснований и усиления фундаментов;

— выявлены зависимости надежности и устойчивости фундаментов от свойств грунтов в основании реконструируемых зданий;

— разработаны рекомендации по безопасному производству работ при реконструкции зданий на слабых грунтах.

Научная новизна работы состоит в том, что:

— обоснованы и экспериментально определены технологические регламенты, комплекты машин и механизмов, обеспечивающие качественное возведение оснований и фундаментов реконструируемых зданий;

— установлена зависимость изменения физико-механических свойств грунтов в основаниях зданий на слабых грунтах от срока эксплуатации и действующих нагрузок;

— получены количественные значения технологических параметров при погружении свай вдавливанием под фундаменты существующих зданий и усилении оснований и фундаментов реконструируемых зданий на слабых грунтах буроинъекционными сваями;

— разработана методика прогнозных расчетов возможных деформаций зданий на слабых грунтах;

— предложены технологические и конструктивные мероприятия по усилению фундаментов, упрочнению оснований реконструируемых зданий на слабых грунтах.

Практическое значение работы заключается в следующем:

— установлены эффективные способы погружения свай вдавливанием под фундаментами реконструируемых зданий на слабых грунтах;

— разработан и внедрен в практику устройства фундаментов реконструируемых зданий на слабых грунтах комплекс конструктивных и технологических решений, позволяющих снизить материальные, трудовые и финансовые за.

1) траты;

— разработаны нормативы и технологические требования, определяющие качество устройства подземных частей реконструируемых зданий.

— разработаны предложения по эффективному проектированию производства работ при реконструкции зданий слабых грунтах.

На защиту выносятся следующие положения диссертации:

1. Результаты исследований основных причин деформирования существующих зданий и сооружений на слабых грунтах при реконструкции.

2. Результаты лабораторных и натурных исследований слабых водона-сыщенных глинистых и насыпных грунтов оснований реконструируемых зданий.

3. Новые методы производства работ по укреплению фунтов оснований и усилению фундаментов реконструируемых зданий на слабых грунтах цементацией.

4. Технология применения буроинъекционных свай и свай погружаемых вдавливанием при реконструкции зданий на слабых грунтах.

5. Методика оценки вариантов проектных решений реконструкции зданий на слабых грунтах.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены на научных конференциях и семинарах в МГСУ, ГАСИС, НИИ-ОСП, а также на заседаниях научно-технических советов строительных орга-¦р низаций г. Москвы.

Внедрение работы. Основные результаты научных исследований внедрены при разработке проектов и реконструкции зданий в г. Москве в 1997 -2004 гг.

Публикации. Основное содержание выполненных научных исследований изложено в 19 научных статьях.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка использованной литературы, имеющей 100 наименований. Общий объем диссертации 206 страниц, в т. ч. 167 страниц машинописного текста, 42 рисунка и 4 таблицы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

1. Выполненные исследования позволили обосновать и экспериментально установить технологические регламенты, комплекты машин, механизмов и оборудования, обеспечивающие качественное укрепление оснований и усиление фундаментов реконструируемых и примыкающих к ним зданий на слабых грунтах. Получены количественные значения технологических параметров при усилении фундаментов буроинъекционными и вдавливаемыми сваями с учетом специфических свойств грунтов оснований.

2. Наблюдения, проведенные на объектах реконструкции различных сооружений в г. Москве показали, что причинами чрезмерных и неравномерных деформаций грунтов в основании сооружений являются: неполное определение специфических свойств слабых грунтов, ошибки, допущенные при разработке проектов реконструкции, нарушения технологии производства работ и недостатки, допущенные в процессе эксплуатации сооружений.

3. При разработке технологии устройства оснований и фундаментов реконструируемых зданий должны быть учтены все факторы приводящие к чрезмерным и неравномерных осадкам реконструируемых и примыкающих зданий. При расчете осадок фундаментов величину расчетного сопротивления грунта основания И. можно определить по формуле с учетом степени обжатия грунта с коэффициентом — (ш). При этом значение коэффициента ш изменяется от 1,15 до 1,25.

4. В исследованиях было установлено резкое различие значений модуля общей деформации (Е0) для глинистых грунтов природной влажности и предварительно увлажненных. Для маловлажных глинистых грунтов значения модуля общей деформации в интервале давлений до 200 кПа изменяются от 8,1 до 33,2МПа, а для некоторых площадок — от 4,9 до 15,9 МПа. Для влажных грунтов значения модуля общей деформации для этих же площадок в интервале давлений до 150 кПа составляют соответственно 0,73−16,6 МПа от 1,41 до 15,8 МПа. В связи с этим при разработке технологий устройства фундаментов и при выборе строительных машин следует учесть возможное резкое снижение прочности и увеличение сжимаемости слабых грунтов оснований.

5. Деформации оснований реконструируемых и примыкающих зданий при временном или постоянном (дренаж) водопонижении вблизи них, следует определять в зависимости от влияния возникающих дополнительных эффективных напряжений в грунте. При расчетах деформаций грунтов оснований необходимо учесть также, снижение величины модуля общей деформации грунта при водонасыщении. В связи с этим технология производства работ по водопонижению и применяемое оборудование для водопонижения должно назначаться с учетом изменения деформируемости слабых грунтов при водопонижении.

6. Для усиления оснований и фундаментов реконструируемых и примыкающих к ним зданий на слабых грунтах эффективным является применение буроинъекционных свай. Усиление оснований и фундаментов буроинъекци-онными сваями включает два этапа: 1 — цементация кладки существующих фундаментов и контакта фундамент-грунт- 2 — устройство буроинъекционных свай для передачи нагрузок от зданий на нижележащие прочные грунты основания.

7. Для обеспечения высшего качества работ при различных технологиях устройства оснований и фундаментов реконструируемых зданий на слабых грунтах необходимо организовать геотехническое сопровождение всех этапов строительного процесса: предварительная оценка геотехнической ситуации при проектировании реконструкции объекта, инженерные изыскания и геотехническое обоснование проектных решений, выбор эффективных технологий производства работ и геотехнический мониторинг в процессе производства ремонтно-строительных работ.