Фундаменты для малоэтажного строительства
Любое строительство начинается с подготовки основания. Фундамент – это важнейший элемент при сооружении зданий и сооружений, принимающий нагрузку от строения и равномерно распределяющий ее на опорный грунт.
Значение строительного основания огромно. Фундамент выполняет несколько функций:
- Равномерно распределяет нагрузку на грунт, благодаря чему минимизируется неравномерное проседание отдельных участков.
- Стабилизирует положение строения вне зависимости от смещения грунтов.
- Выполняет роль начальной точки возведения здания. Так как поверхность фундамента должна быть идеально ровной, обеспечивается соблюдение горизонтальных и вертикальных уровней.
- Несет в себе влагозащитную функцию. Грамотно выполненное основание защищает стены сооружений и домов от поглощения ими влаги из почвы, предохраняет от водной эрозии.
- Позволяет контролировать микроклимат в доме, так как теплопотери осуществляются через фундамент в том числе.
- В сейсмически нестабильных регионах обеспечивает устойчивость зданий к толчкам и смещениям грунта.
От правильности выбора основания зависит себестоимость строительства, время и качество эксплуатации здания.
Что же влияет на выбор фундамента? При частном, малоэтажном, малогабаритном строительстве серьезной ошибкой заказчика является то, что предпочтения того или иного вида фундамента строятся на опыте знакомых, на рекомендациях интернет-каналов, на желании сэкономить. На то, каким должен быть правильный фундамент должны влиять все же объективные факторы, а именно:
- Данные о постройке: материал, толщина стен, этажность и так далее. Это нужно, чтобы рассчитать массу постройки. От нее зависит необходимая несущая способность основания.
- Конфигурация стен. От формы здания зависит выбор типа основания. Например, для сложно форменных сооружений не подойдет блочный тип ленточного фундамента. Учитывается угол ската крыши. От этого зависит ветронагрузка и способность удерживать снег, а эти природные факторы способны значительно утяжелить строение.
- Состав грунтов. Схема залегания грунтов, их плотность, уровень грунтовых вод определяется в ходе проведения геологоразведки.
- Климатические особенности. Важно понимать на какую глубину промерзает почва в данной местности. От этого зависит глубина закладки фундамента.
- Рельеф местности.
Все вышеперечисленные характеристики принимаются для проектирования качественного и надежного фундамента для строительства.
Виды фундаментов
На первый взгляд может показаться, что существует весьма большое разнообразие фундаментных конструкций. Но все их можно классифицировать по ряду признаков:
- глубине заложения
- материалу изготовления
- по способу изготовления
- по виду конструкции
По глубине заложения фундаменты существуют:
- Мелко заглубленными. В этом случае закладка основания производится выше или наравне с точкой промерзания грунтов, и составляет до 0,7 метра.
- Глубоко заглубленными. Строительство фундамента ведется глубже 0,7 метра и глубже точки промерзания грунта в холодное время года.
По материалу изготовления производятся:
- Бетонные. Используются в ленточных фундаментах
- Железобетонные. Получили наибольшее применение в ленточных, свайных, блочных типах оснований. Отличаются прочностью и долговечностью.
- Кирпичные. Применяются в столбчатых и ленточных конструкциях при возведении не массивных конструкций. Но широко не используются, так как недолговечны.
- Бутовые.
- Бутово- бетонные. Как и бутовые основания, имеет смысл использовать в тех краях, где этот материал является природным, и не требует длинной логистики. По характеристикам фундаменты с применением бута экологичны, обладают высокой несущей способностью
- Деревянные. Редко встречаются из-за недолговечности. Гарантийный срок службы 15 лет. Мало кто знает, что по показателям на сжатие древесина мало уступает бетону. Для продления срока службы дерево необходимо обработать средствами, предотвращающими гниение. К достоинствам этого материала стоит отнести стопроцентную экологичность, доступность на большей части территории России. Интересно будет отметить, что более 500 зданий в Итальянской Венеции построены несколько столетий назад на деревянных сваях из дуба и сибирской лиственницы.
По способу изготовления выделяют:
- Сборные. Производятся на заводе и монтируются в необходимом месте.
- Монолитные. Изготавливаются непосредственно на строительной площадке.
- Комбинированные. Применяются для улучшения характеристик фундамента в зависимости от конкретных потребностей.
По виду конструкции:
- Ленточные
- Свайные
- Плитные
- Столбчатые
- Комбинированные
Ленточные фундаменты подразделяются на монолитные и сборно-блочные.
Монолитный ленточный фундамент
Данный тип фундамента распространен и популярен в малоэтажном строительстве и строительстве на стабильных грунтах. Изготавливается непосредственно на строительной площадке. Ленточный фундамент может быть мелко заглубленным и глубоко заглубленным. В зависимости от глубины залегания и ширины ленты роют траншею ручным способом или экскаватором. На дно траншеи укладывается песчаная подушка, которая тщательно трамбуется.
Далее возводится опалубка, которая располагается выше уровня земли на запроектированную высоту цоколя. Чаще всего опалубка выполняется из досок. Главным требованием выступает то, чтобы расстояние между досками было не более 3 мм. При обнаружении таких промежутков, их конопатят или забивают рейками во избежание утечки бетона. Для того, чтобы надземная часть опалубки не развалилась под весом бетонного раствора, щиты опалубки подпирают наклонными укосинами.
Когда опалубка готова приступают к заложению арматурного каркаса. Для армирования применяют стальные пруты – арматуру, диаметром 10-14 мм. В теле фундамента заранее проектируют технологические сквозные отверстия для:
- Отведения паров влаги и вентиляции – продухи.
- Для вывода канализации.
- Для внешнего теплоснабжения.
После завершения работ по армированию, приступают к заливке бетоном по длине ленты. Важно отметить, что заливка раствором должна производится по всему объему одновременно. Часто допускают ошибку, заливая сначала подземную часть фундамента, а затем цоколь. В этом случае кристаллизация цементного состава происходит неравномерно и достичь максимальных технических характеристик не удается.
На монолитном ленточном незаглубленном фундаменте целесообразно возводить дома из бревна, бруса, каркасных конструкций.
Более тяжелые строения возводят на монолитных ленточных фундаментах глубокого заложения или Т-образной формы. Т-образные ленточные основания представляют собой монолитную ленту, в сечении представляющую перевернутую букву Т. Это обеспечивает равномерное распределение нагрузки и стабилизацию здания. Плюсом ленточного фундамента глубокого заложения выступает отсутствие реакции на пучение грунтов и возможность организации подвального помещения.
Монолитный ленточный фундамент подходит для заливки оснований под любые конфигурации зданий.
Блочный ленточный фундамент
Блочный ленточный фундамент представляет собой сборную конструкцию ленты из железобетонных блоков. Элементы фундамента производятся вне строительной площадки. Между собой блоки скрепляются цементным раствором. По техническим характеристикам схож с монолитным фундаментом.
Использовать сборный фундамент имеет смысл в прямоугольных конфигурациях оснований и размеры длин сторон должны быть кратны размерам применяемых блоков, так как резать железобетонный блок, менять его форму крайне затратное мероприятие.
К важным достоинствам относится быстрое возведение фундамента и начало строительства. Нет необходимости ждать застывания раствора в случае применения монолитного ленточного решения.
Для ленточного фундамента всех типов можно выделить общие преимущества и недостатки.
Плюсы:
- Выдерживает нагрузку до 17 тонн на м2 при глубине 1,6 метра.
- Срок эксплуатации 100 лет.
- Стоимость находится в среднем диапазоне между плитным и свайным фундаментом.
- Не требует высокой квалификации исполнителей.
Минусы:
- Целесообразно использовать при низком уровне залегания грунтовых вод. Либо проводить дополнительно дренажные работы, что удорожает стоимость.
- Нецелесообразно применять ленточный фундамент при сильном уклоне местности.
- Возможность возведения фундамента только при температуре окружающего воздуха выше 50 С. При более низких температурах бетонный раствор кристаллизуется некачественно, что существенно влияет на прочность конструкции.
Свайный фундамент
К данному типу относятся:
- Винтовой
- Буронабивной
- Забивной
Винтовой фундамент
В качестве несущей основы используют полые металлические винтовые сваи, которые ввинчиваются в грунт на заданную глубину по периметру стен. Для устойчивости и стабилизации, а также противодействию коррозии трубы заливают бетоном. Между собой сваи обвязываются стальным швеллером или деревянным брусом, закрепленным на оголовки. Свайно-винтовой фундамент применим во всех типах грунтов за исключением крупнокаменистого и скального. В такие почвы невозможно вкрутить сваю.
К достоинствам свайно-винтового фундамента относится:
- Стоимость. Это самый дешевый вариант основания для возведения строений.
- Можно применять на подвижных и заболоченных грунтах и там, где высокий уровень грунтовых вод.
- Мало подвержен воздействию пучения грунтов (выпирания массива грунта в следствии застывания свободной влаги в холодное время года)
- Используют при значительных уклонах местности.
- Строительство стен можно начинать в день установки свай
- Срок монтажа основания составляет 1 день.
Из недостатков выступают факторы:
- Неравномерность усадки
- Возможность строительства легких строений: каркасных, каркасно-щитовых, брусовых конструкций
- Срок эксплуатации до 50 лет.
- Низкая несущая способность сваи- до 3 тонн.
Буронабивной фундамент
Технология изготовления буронабивного фундамента заключается в бурении скважины необходимой глубины, установке внутрь готового арматурного каркаса и заполнение скважины бетоном. В сыпучих и обводненных грунтах стенки скважины укрепляют обсадной трубой. В процессе эксплуатации и ремонта стенки могут быть укреплены струйным бетонированием. Буронабивные сваи, как правило, обвязываются бетонным ростверком. Но обвязка может быть и железобетонными блоками. К плюсам данного метода относят:
- Применение в сложных грунтах. В условиях наличия подземных коммуникаций.
- Простота возведения.
- Минимум земляных работ
- Невысокая стоимость
- Долговечность
Из минусов специалисты выделяют:
- Необходимость тщательной очистки дна скважины от остатков грунта. Это важно, так как при наличии сыпучего грунта на дне, он обязательно даст усадку под сваей и весь фундамент «поплывет»
- Начало строительства возможно через 20 дней.
- Сезонность. Заливать сваи, как и монолитные типы фундаментов можно только при устойчивых положительных температурах.
Забивной фундамент
Забивной фундамент– это свайный тип, в качестве основы используются железобетонные сваи прямоугольного сечения, которые заколачиваются в грунт сваезабивной машиной. Неравномерность уровня погружения сваи нивелируется оголовком. Такой тип может применяться для строительства любых домов. Не восприимчив к смещению и пучению грунтов, так как сваи погружаются ниже точки промерзания грунта. К другим преимуществам относят:
- Быстрые сроки монтажа
- Долгий срок службы: более 100 лет
- Высокая несущая способность: 20 тонн на сваю при длине 1,6м.
- Отсутствие земляных работ. Нет необходимости вывозить грунт
- Начало строительства возможно в день установки последней сваи
- Подходит для всех видов грунтов, кроме скальных, куда невозможно забить сваю
- Позволяет вести строительство на уклонах
У данного типа фундамента есть недостатки:
- Обязательно необходимо привлекать копровые машины для забивания свай. Собственноручно это сделать невозможно.
- Невозможно сделать подвальное помещение. Этот минус присущ всем типам свайных фундаментов
- Крайне трудно добиться 100% центровки. Сваи могут отклоняться от центральной линии на несколько сантиметров. Отклонения нивелируются обвязкой и отделкой.
- Отделка. Пространство между домом и поверхностью земли необходимо как-то закрывать и декорировать, а это влечет удорожание основания, хотя и не относится напрямую к фундаменту. Этот недостаток также относится ко всем свайным фундаментам.
Плитный фундамент
Это незаглубленный тип фундамента, представляющий собой монолитную железобетонную плиту под всем пятном застройки. Почему данное решение получило распространение? Применяют при строительстве на грунтах, подверженных пучению и с высоким залеганием грунтовых вод. Так как основание имеет значительную площадь, то давление на почву оказывается минимальное, что не вызывает проседание грунта и нагрузка, за счет цельнолитой конструкции, распределяется равномерно. Плитные фундаменты хорошо выдерживают горизонтальные смещения почвы. Такой фундамент держит нагрузку не только по периметру, но и по диагонали. Если грунт просел под одним из углов, то монолит выдержит перекос, и дом останется недвижим.
Эволюционным продолжением монолитной плиты выступает УШП – утепленная шведская плита. Это литая бетонная конструкция, в которую вмонтирован обогрев полов и инженерные коммуникации. В данном решении фундамент может служить основанием для полов в доме.
При указанных плюсах, существуют и минусы плитного фундамента:
- Целесообразно только на горизонтальной местности.
- Высокая стоимость относительно других типов фундамента. Особенно проявляется в случае использования УШП.
- Относительно низкая несущая способность по сравнению со свайно-забивным, буронабивным, монолитно-ленточным и блочным типом.
Комбинированный тип фундамента
Существуют ситуации, когда для улучшения свойств того или иного типа фундамента приходится совмещать несколько технологических решений. Примером служит свайно-ленточный или свайно-плитный фундамент. Такой ход позволяет воспользоваться преимуществом разных типов фундамента, но очень часто увеличивает стоимость материалов и трудозатрат. Применяется тогда, когда иные методы строительства фундамента неэффективны.
Как не ошибиться в выборе фундамента
При выборе фундамента для будущего дома необходимо учесть множество факторов. От этого зависит долговечность, безопасность, финансовая нагрузка. Бесспорно, если ошибиться с характеристиками основания, то это, с одной стороны повлечет ослабление надежности здания, а с другой стороны, если чрезмерно усилить фундамент, то необоснованно приведет к значительным, необоснованным финансовым тратам. Поэтому, чтобы избежать тех и других рисков, проектирование нужно доверять специализированным организациям или проверенным опытным профессионалам.
Работы по проектированию должны быть осуществлены в полном объеме:
- Разработаны проект организации строительства– ПОС и план производства работ– ППР.
- Расчеты должны производиться сертифицированными организациями, имеющими соответствующие допуски для выполнения этих работ, а также профессионалами, обладающими соответствующей квалификацией и практическим опытом.
- Необходимо обеспечить координацию и связь между специалистами по инженерным изысканиям, проектированию и строительству.
- Соблюдать контроль качества при выпуске строительных изделий и производстве работ на строительной площадке.
- Работы на строительной площадке по возведению фундамента должны выполняться квалифицированным и аттестованным опытным персоналом, прошедшим инструктаж по технике безопасности.
- Строение должно использоваться по его назначению в соответствии с проектом.
Только в этом случае гарантировано полное и качественное исполнение всех функций, возложенных на здание и избежание непоправимых ошибок при строительстве.
ZinCo: создай жизнь на крыше
Немецкая компания ZinCo является мировым лидером кровельного озеленения. За более чем полувековой период деятельности она разработала ряд уникальных технологий, позволяющих создавать на крыше зданий естественную зеленую среду с различными видами озеленения, от самых простых до самых настоящих садов на крыше. В настоящее время филиалы компании работают в 45 странах мира. Официальным представителем ZinCo в России и странах СНГ является компания «ЦинКо РУС», которая за годы своей работы уже реализовала множество интересных проектов.
Стоит отметить, что зеленые кровли, в том числе благодаря ZinCo, стали обычным явлением во многих странах уже несколько десятков лет назад. В России у кровельного озеленения история скромнее, но сейчас данный сегмент становится все более востребованным.
Руководитель Санкт-Петербургского офиса OOO "ЦинКо РУС" Сергей Яшенков вспоминает, что идея создать проект природной кровли, к которым также относятся «зеленые крыши», возникла еще в 2001 году. Оказалось, что это довольно сложный продукт, потребовавший глубокого предварительного ознакомления. «Начиная с 2003 года, мы стали изучать мировую практику по производству зеленых кровель. В России тогда этой темой практически никто не занимался, лишь изредка возникали подобные проекты у частных архитекторов и проектировщиков. Но в промышленных масштабах этого не было. Наибольший интерес у нас вызвала продукция лидера кровельного озеленения – компании ZinCo в Германии. В течение пяти лет мы изучали этот вопрос научными и практическими методами, исследовали возможность применения зеленых кровель в российском климате. В 2007 году, после того как наш опыт был признан успешным, в России открылся филиал немецкого концерна ZinCo, сотрудником которого я и являюсь»,- добавил Сергей Яшенков.
В настоящее время в активе «ЦинКо РУС» более 500 реализованных проектов. Среди них: озелененные кровли здания Союза Московских Архитекторов, архитектурного объекта «Городская Площадь» в Москва-Сити, павильона станции столичного метро «ЦСКА»; в Санкт-Петербурге эксплуатируемая кровля была создана на новом корпусе клиники ВМА МО и т.д. «ЦинКо РУС» очень плотно работает и с жилыми объектами. Многие ЖК в Москве, Санкт-Петербурге и других городах были возведены с озелененными крышами и стилобатами. Применяются системы ZinCo и в проектах индивидуального малоэтажного строительства.
«ЦинКо РУС» предлагает различные виды озеленения кровли. Компания работает как с плоскими, так и со скатными кровлями, в том числе, решая сложные задачи эксплуатации кровли (пешеходные зоны, проезжие части для тяжелого транспорта, спортивные и детские площадки и т.д.).
Качество на долгие годы
В чем же привлекательность озелененной кровли от ZinCo? Как отмечают в компании «ЦинКо РУС», в уникальности самих технологий и продуктов немецкого концерна. Используются они на практике достаточно давно, но постоянно дорабатываются и адаптируются, в том числе, под определенные географические особенности и отвечают всем современным требованиям. В частности, гарантия на решения ZinCo до 35 лет.
Кроме того, «ЦинКо РУС» контролирует весь комплекс строительно-монтажных работ по устройству крыш. Таким образом, обеспечивается качество исполнения проектного решения. За счет высокого качества технических решений и использования оригинальных материалов ZinCo, высокого профессионализма сотрудников «ЦинКо РУС» заказчик зеленой крыши может на длительные годы существенно сократить расходы на ее эксплуатацию.
По словам Сергея Яшенкова, в работе используются только оригинальные материалы ZinCo. Поставляются они из Германии. Также с 2015 года по программе импортозамещения некоторые материалы ZinCo начали производиться и в России. В целом, практически все продукты ZinCo обладают уникальными техническими характеристиками. «Приведу пример, у нас есть высокопрочная профилированная мембрана для эксплуатируемых кровель - Стабилодрейн SD30. Этот материал позволяет сократить сроки производства работ на две недели и организовать производство работ на кровле без отливки распределительной железобетонной плиты»,- добавляет он.
Знание-сила
Специалисты «ЦинКо РУС» не только занимаются озеленением кровель на множестве отечественных объектов, но и проводят большую просветительскую работу. Компания регулярно проводит семинары, на которых рассказывает о современных технологиях, материалах и трендах в сегменте озеленения и строительства эксплуатируемых крыш. Также представители «ЦинКо РУС» принимают участие в симпозиумах, международных и региональных конференциях. Таким образом, компания стоит в авангарде развития и популяризации зеленых технологий в строительстве в России.
Стоит добавить, что «ЦинКо РУС» является одним из разработчиков национального стандарта по озеленению крыш (ГОСТ Р 58875-2020). С 1 июня 2020 года он вступил в силу и должен способствовать реализации новых качественных проектов в данной сфере.
«Перед собой мы ставим множество планов и задач. Конечно же, их реализация будет во многом зависеть от того, как будет двигаться стройка в России. Хочу отметить, что я и мои коллеги, готовы делиться своим опытом и наработками, принимая участие в проектах с эксплуатируемыми кровлями различного назначения»,- подчеркнул Сергей Яшенков.
МАТЕРИАЛЫ ПО ТЕМЕ:
Здесь будет сад. Зеленые кровли становятся архитектурным трендом
«Зеленые стандарты» необязательного характера следовать или нет ?
Опыт одновременного строительства подземной и надземной частей здания методом up-doun
В условиях плотной городской застройки, а также дефицита свободных участков подземное строительство приобретает особую актуальность, однако местная специфика и гидрогеологические условия делают задачу возведения подземных объектов очень непростой. Это стимулирует инженеров использовать новые методы, которые обеспечивают безопасную эксплуатацию окружающей застройки, позволяют проводить подземные работы практически на любой глубине даже в самых сложных инженерных и геологических условиях. Одним из таких является метод up-down, или «вверх-вниз». Такой способ позволяет на нулевой отметке выполнить перекрытие и продолжить строительство одновременно как вверх, так и вниз. Данная технология является актуальной в современных условиях строительства, так как позволяет возводить здания с меньшим задействованием близлежащих территорий. В статье описан принцип технологии up-down, представлен порядок производства работ, рассмотрены основные преимущества и недостатки данного метода, приведены результаты геотехнического мониторинга окружающей застройки.
Основной областью применения метода up-down является устройство глубоких котлованов в пределах плотной городской застройки. Обычно этот метод используется при невозможности выполнения грунтовых анкеров вследствие стесненных условий и существующей развитой подземной части на соседних участках [1–7]. Кроме того, этот метод используется при малых допустимых деформациях окружающих зданий и сооружений. Явным преимуществом метода up-down является высокий темп строительства при устройстве высотной части (рис. 1).
Рис. 1. Схема производства работ по методу up-down
При многих преимуществах этого метода строительства он в большинстве случаев ведет к удорожанию строительного производства по сравнению со строительством в открытом котловане. Особую сложность представляет собой организация снабжения и логистики при подобном виде работ [8]. Следует отметить, что устройство подземной части по методу «вверх-вниз» требует высокой квалификации подрядчика и детальной проектной проработки [9].
Для производства работ по устройству подземной части при данном методе строительства используется технологии «стена в грунте» и струйная цементация грунта (Jet-grouting). Проектирование конфигурации стены выполняется с учетом особенностей технологического оборудования (гидрофрезы). В ходе подготовительных работ по контуру будущей ограждающей конструкции выполняется форшахта шириной 60…80 см и глубиной до 3,0 м. Стенки форшахты раскрепляются железобетонными монолитными конструкциями.
Разработка грунта в траншее и бетонирование выполняются под защитой глиняного тиксотропного раствора, приготовляемого из бентонитовой глины, что обеспечивает устойчивость стенок траншеи от обрушения. Параметры раствора корректируются при производстве работ на опытном участке.
Укладка бетонной смеси панелей ограждающей конструкции производится методом вертикального подъема трубы. Бетонирование стен под защитой глиняного раствора должно выполняться не позднее чем через 8 часов после образования траншеи в захватке. Бетонирование одной захватки проводится непрерывно на всю высоту. Между захватками выполняется холодный рабочий шов, а армирование захватки — сборными пространственными арматурными каркасами. Глубина ограждающей конструкции по данной технологии может достигать 25…30 м.
По грунтовым условиям «стена в грунте» может применяться в любых дисперсных грунтах.
При устройстве больших котлованов, внутри которых возводится здание или сооружение, ограждающие конструкции, выполненные методом «стена в грунте», используют как внешние стены подземной части. В этом случае нагрузка от здания передается на фундаменты, не связанные с ограждающими стенами.
При необходимости ограждающие конструкции, устраиваемые методом «стена в грунте», могут выполнять двойную функцию: являются и ограждением котлована, и конструктивным элементом.
Современные технологии позволяют устраивать конструкции подземных сооружений разных форм, но традиционные и наиболее часто встречающиеся — конструкции из прямолинейных стенок.
При наличии грунтов, содержащих твердые включения природного или техногенного происхождения (крупные валуны, обломки бетонных конструкций, каменной кладки и др.), при проходке траншеи используется техника, оснащенная фрезерным оборудованием, например, фирм «Бауэр», «Касагранде».
Использование грейферного оборудования, которым крупные включения извлекаются, может привести к деформированию стенки траншеи, падению уровня тиксотропного раствора и деформациям окружающего массива и близ расположенных зданий.
Для надежного уплотнения проблемных стыков между панелями траншейных стен, как показал опыт строительства, успешно может быть применена технология струйной цементации jet-grouting. Она заключается в разрушении и перемешивании грунта мощнонапорной струей цементного раствора, исходящего под высоким давлением из монитора, расположенного на нижнем конце буровой колонны. В результате в грунтовом массиве формируются сваи диаметром 0,6–1,5 м из нового материала — грунтобетона с достаточно высокими несущими и противофильтрационными характеристиками. При этом цементационные работы могут выполняться как снаружи ограждающих котлован стен, так и изнутри котлована до его разработки. С этой целью в зависимости от прогнозируемой величины раскрытия стыков с глубиной могут быть применены неармируемые или армируемые металлическими трубами грунтоцементные колонны диаметром 60 или 80 см.
Для разработки грунтового ядра внутри подземного сооружения, возводимого способом «стена в грунте», рекомендуется применять технологию, которая предусматривает разработку вначале центральной части грунтового массива на глубину одного яруса с сохранением по периферии нетронутых участков. Такой прием облегчает работу ограждающей конструкции. Затем монтируются распорные конструкции, и разрабатывается оставшаяся часть грунта. Одним из существенных преимуществ данных технологий является возможность устройства как отдельных, так и протяженных подземных конструкций с поверхности земли без экскавации котлована [10].
Производство работ по методу up-down считается одним из самых сложных видов строительного производства с геотехнической точки зрения и предусматривает комплексную программу мониторинга в период строительства здания [11].
- Характеристика объекта строительства
Рассматриваемая площадка строительства обладает практически всеми перечисленными осложняющими факторами:
Инженерно-геологические и гидрогеологические условия.
В геологическом строении площадки принимают участие следующие элементы (рис. 2): ИГЭ-1. Современные техногенные отложения, песчано-суглинистые грунты со щебнем кирпича. ИГЭ-2. Глина мягкопластичной консистенции. ИГЭ-3. Суглинки мягкопластичной и тугопластичной консистенции. ИГЭ-4. Супеси пластичные. ИГЭ-5. Пески пылеватые, средней плотности, водонасыщенные. ИГЭ-6. Пески мелкие, средней плотности, водонасыщенные. ИГЭ-7. Пески средней крупности, средней плотности, водонасыщенные. ИГЭ-8.1. Глина полутвердая. ИГЭ-8. Мергель малопрочный. ИГЭ-9.1. Известняк, разрушенный до щебня и дресвы. ИГЭ-9. Известняк малопрочный. ИГЭ-10. Глина полутвердая.
Подземная вода встречена на глубине 3,7…4,0 м от поверхности.
В представленных инженерно-геологических условиях, при наличии в основании значительной толщи слабых грунтов и высоком уровне грунтовых вод, основным требованием к ограждающей конструкции котлована является обеспечение минимального поступления воды в котлован и ограничение дополнительных вертикальных перемещений окружающей застройки. Для определения зданий и сооружений, на которые возможно влияние от строительства проектируемого, предварительно назначается 30-метровая зона, которая впоследствии уточняется расчетами. Выполняется обследование зданий, определяется история их строительства, техническое состояние основных конструктивных элементов. Величина допустимого влияния определяется исходя из условия обеспечения надежности здания и зависит от его технического состояния и конструктивной схемы.
Рис. 2. Инженерно-геологический разрез площадки строительства
Градостроительная и геотехническая ситуация.
Строящееся здание возводится в существующем квартале исторической застройки на месте демонтированного здания. При этом по градостроительным условиям было необходимо сохранить исторический фасад здания, выходящий на улицу. В зону влияния строительства попадают 15 зданий, техническое состояние зданий по результатам обследования оценено как удовлетворительное, предельные дополнительные осадки этих зданий ограничены диапазоном 10…30 мм. Для обеспечения сохранности и механической безопасности зданий при производстве работ по строительству здания и в ходе его эксплуатации необходимо было выполнить комплекс работ по улучшению механических свойств грунтовых оснований (метод компенсационного нагнетания цементного раствора) и усилению конструкции фундаментов. На всех этапах производства работ был организован мониторинг за развитием вертикальных перемещений и техническим состоянием основных конструкций зданий. Схема расположения наблюдательных марок приведена на рис. 3.
Рис. 3. Схема размещения наблюдательных марок (вертикальные перемещения)
Характеристика строящегося здания.
Здание монолитное, железобетонное, с максимальной отметкой верха 34,10 м, прямоугольной формы в плане, состоящее из 6-этажной надземной части и 3-этажной подземной части (гаража). Несущие конструкции — продольные и поперечные монолитные железобетонные стены и колонны. Максимальная глубина котлована 12,60 м. Способ разработки котлована up-down: заглубление под защитой дисков плит перекрытий с возможностью одновременного строительства вверх. Конструкция ограждения котлована: траншейная стена толщиной 640 мм, выполняемая гидрофрезерным оборудованием (базовая машина BAUER BG-28 с гидрофрезой BC-32). Фундамент — свайное поле со сваями-бареттами, опирающимися на однородный скальный грунт (известняки). Вся эксплуатационная нагрузка передается на сваи, железобетонная плита подстилающего слоя толщиной 250 мм не связывается со сваями.
2. Последовательность выполнения работ
Производство работ по устройству подземной части здания выполнялось в следующей последовательности:
Этап 1. Выполнение компенсационного нагнетания цементного раствора в грунтовое основание фундаментов зданий окружающей застройки. Усиление конструкции фундаментов зданий окружающей застройки. Устройство буроинъекционых свай в основании фундаментов сохраняемой части фасада (рис. 4).
Рис. 4. Схема выполнения работ по усилению грунтового основания фундаментов существующих зданий
Усиленный таким образом грунтовый массив является новым техногенным образованием, обладающим высокой степенью жесткости. Методика уплотнения позволяет уплотнять не только дисперсные связанные грунты (глины, суглинки, супеси), но и несвязанные дисперсные грунты (пески, насыпные техногенные грунты). Расширение возможностей применения технологии на широком спектре грунтов происходит за счет подбора качественной характеристики раствора, обеспечивающей ее высокую проникающую способность. Наличие грунтовых вод не является противопоказанием к применению высоконапорной инъекции.
Этап 2 (рис. 5). Выполнение форшахт для устройства ограждения по периметру подземной части здания и для выполнения свай-баретт. Производство работ по устройству монолитной железобетонной плиты рабочего уровня с направляющими гильзами для устройства скважин цементации. Бурение скважин и цементация скального грунта. После цементации вдоль периметра ограждения котлована образуется слой скального грунта с достаточными противофильтрационными свойствами для разработки вертикальных траншей
Рис. 5. Этапы устройства форшахт ограждения по периметру и баретт, цементации основания и бетонирования плиты рабочего уровня
Рис. 6. Этапы устройства ограждающей конструкции, свай-баретт и экскавации котлована
под защитой бентонитового раствора. Водопроницаемость зацементированных грунтов контролируется по величине удельного водопоглощения, установленного при гидравлическом опробовании контрольных скважин. В основании баретт формируется непрерывный пласт сплошного зацементированного скального массива с нормативным пределом прочности на одноосное сжатие — R_с≥11,0 МПа. Для контроля прочности выполняется отбор образцов и их лабораторные испытания.
Этап 3 (рис. 6). Устройство траншейной стены ограждения подземной части методом «стена в грунте» гидрофрезерным оборудованием (единичная заходка — 2800 х 640 мм) в две очереди по захваткам с заведением в водоупор (ИГЭ-10) не менее чем на один метр. Устройство замыкающих грунтобетонных элементов, выполняемых по технологии струйной цементации грунта (Jet-1), между криволинейными захватками с заведением до отметки кровли скального грунта (ИГЭ-8).
Этап 4. Устройство баретт (2800 х 640 мм) с «сердечниками» под временные и постоянные железобетонные и стальные колонны и баретт под башенный кран по технологии «стена в грунте».
Этап 5. Демонтаж форшахт и железобетонной плиты рабочего уровня. Устройство фундамента башенного крана. Срубка шламового бетона верхней части ограждения котлована на высоту 500 мм. Устройство обвязочной балки и периферийной части плиты перекрытия на отметке (-0.100) по инвентарной опалубке.
Этап 6. Поэтапная экскавация котлована до отметки -4,550 м. Демонтаж временных колонн.
Этап 7. Устройство монолитной железобетонной плиты перекрытия на отметке (-4.550) по бетонной подготовке. Устройство вертикальных несущих конструкций минус первого этажа.
Этап 8. Устройство центральной части плиты перекрытия с технологическими проемами на отметке (-0.100). Эта конструкция позволяет вести работы по устройству надземной части здания, поскольку опирается на ранее выполненные сваи баретты и не требует устройства фундаментной плиты на минус третьем уровне. Начало строительства надземной части здания без ограничения скорости производства работ и этажности.
Этап 9. Разработка грунта котлована малогабаритной техникой до отметки -8.500. Устройство монолитной железобетонной плиты перекрытия минус второго этажа на отметке -8.200.
Этап 10. Разработка грунта котлована малогабаритной техникой до отметки -12,600 м. Срубка и оформление оголовков баретт. Устройство дренажной системы по дну котлована. Устройство монолитной железобетонной плиты пола минус третьего этажа.
Этап 11. Устройство вертикальных несущих конструкций минус третьего этажа.
Этап 12. Завершение работ по устройству монолитной железобетонной плиты минус второго этажа. Устройство пандусов и лестничных маршей. Устройство внутренней вертикальной гидроизоляции и прижимной монолитной железобетонной стенки на минус третьем этаже. Для устройства монолитной прижимной стенки в перекрытиях были предусмотрены технологические гильзы-направляющие.
Этап 13. Устройство вертикальных несущих конструкций минус второго этажа. Устройство внутренней вертикальной гидроизоляции и прижимной монолитной железобетонной стенки на минус втором этаже.
Этап 14. Ликвидация временного технологического проема в железобетонной плите на отметке -0.100. Демонтаж временных колонн.
Этап 15. Демонтаж башенного крана. Демонтаж ростверка и баретт башенного крана. Устройство внутренней вертикальной гидроизоляции и прижимной монолитной железобетонной стенки на минус первом этаже. Устройство наружной вертикальной гидроизоляции стилобатной части здания и благоустройство территории.
3. Геотехнический мониторинг
В ходе геотехнического мониторинга выполнялись высокоточные геодезические измерения отметок установленных деформационных марок, оценивалась динамика развития вертикальных перемещений зданий и проводилась визуальная оценка их технического состояния. Динамика развития наиболее интенсивных вертикальных перемещений показана на рис. 7. Вертикальные перемещения остальных марок имеют меньшие значения. Относительная разница дополнительных осадок фундаментов существующих зданий также не превысила предельно допустимого уровня.
Рис. 7. Динамика развития вертикальных перемещений деформационных марок
О стабилизации осадок зданий окружающей застройки можно судить по изменению скорости их развития, а она имеет явную тенденцию к снижению. Это можно хорошо проследить на графике построенных по данным наблюдений. Если в начальный период наблюдения она составляла 0,1…0,15 мм/сут, то через 90 суток она составила 0,03…0,45 мм/сут, следовательно, снизилась в 2,5 …3,0 раза. Такое снижение скорости развития абсолютной величины вертикальных перемещений свидетельствует о процессе их стабилизации.
Заключение
Выбор метода производства работ up-down по устройству здания в стесненных городских условиях оказался полностью оправданным. Использованные при реализации этого метода технологии позволили выполнить работы в установленные сроки, с качеством обеспечивающим механическую безопасность как строящегося объекта, так и окружающей застройки. Производство работ хотя и является технически сложным, но при надлежащем уровне мониторинга позволяет оптимизировать сроки проведения работ. Полученный в ходе строительства опыт может быть в дальнейшем использован при проектировании и строительстве объектов такого уровня сложности.
Литература
1. Абелев М. Ю. Особенности технологии проведения работ по устройству фундаментов: Учеб. пособие / М. Ю. Абелев, Б. М. Красновский. М.: Б. и., 1980. — 45 с.
2. Абелев М. Ю. Деформации сооружений в сложных инженерно-геологических условиях. М.: ЦМИПКС при МИСИ им. В. В. Куйбышева, 1982. — 290 c.
3. Строительство зданий и сооружений в сложных грунтовых условиях / [М. Ю. Абелев, В. А. Ильичев, С. Б. Ухов и др.]; под ред. М. Ю. Абелева. М.: Стройиздат, 1986. — 104 с.
4. Абелев М. Ю., Чунюк Д. Ю, Бровко Е. И. Выправление кренов высотных промышленных и гражданских зданий // Промышленное и гражданское строительство. 2016. — № 11. — С. 54–59.
5. Катценбах Р., Шмитт А., Рамм Х. Основные принципы проектирования и мониторинга высотных зданий Франкфурта-на-Майне. Случаи из практики // Реконструкция городов и геотехническое строительство. 2005. № 9. C. 80–99.
6. Конюхов Д. С. Строительство городских подземных сооружений мелкого заложения. М.: Архитектура, 2005. — 298 с.
7. Chang-Yu Ou. Deep Excavations. Theory and Practice. London: Taylor & Francis, 2006. — 532 p.
8. Щерба В. Г., Абелев К. М., Храмов Д. В., Сагалаков Г. В., Бахронов Р. Р. Особенности обеспечения объектов строительства монолитных многоэтажных зданий в стесненных городских условиях. //Вестник МГСУ. — 2008. — № 3. С. 146–149.
9. Юркевич П. Б. Возведение монолитных железобетонных перекрытий при полузакрытом способе строительства подземных сооружений //Подземное пространство мира. — 2002. — № 1. — С. 13–22.
10. Makovetskiy O., Zuev S. Practice device artificial improvement basis of soil technologies jet grouting. Procedia Engineering. — 2016. — Vol. 165: 15th Intern. sci. conf. Underground Urbanisation as a Prerequisite for Sustainable Development 12–15 Sept. 2016, St. Petersburg, Russia. — P. 504–509.
11. Маковецкий О. А. Зуев С. С. Опыт проведения испытаний баретты большой длины в условиях плотной городской застройки // Жилищное строительство. 2018. — № 9 —С. 13–18.
Авторы статьи:
М. Ю. АБЕЛЕВ, С. С. ЗУЕВ , Р. Р. АХМЕТШИН
Центр инновационных технологий в строительстве Института ДПО ГАСИС НИУ ВЩЭ
АО «Нью Граунд»