Фундаменты под малоэтажные дома
К малоэтажному жилью относятся загородные дома или коттеджи, в состав которых входит не более 2-3 этажей. Такие постройки не имеют большого веса, как небоскребы, но перед их возведением обязательно требуется монтаж фундамента. При этом его закладка должна вестись в соответствии со всеми нюансами технологии, поскольку некачественное проведение такой работы приведет к уменьшению длительности эксплуатации помещения.
Здесь недопустима даже малейшая ошибка, поскольку в этом случае основание не сможет воспринимать на себя достаточную нагрузку, что станет причиной появления на стенах и потолке трещин из-за проседания углов здания. Кстати, о строительстве малоэтажных домов с закладкой фундамента мы писали в том числе здесь.
Разновидности фундаментов
Фундамент относится к базе, являющейся основанием малоэтажного помещения. От его мощности зависит способность монолита воспринимать на себя нагрузку. Вести строительство жилья непосредственно на земле нельзя, поскольку грунт обладает мягкостью. Фундамент опирается монолитом на почву и создает площадку для возведения строительного объекта.
Возведение любого малоэтажного помещения начинается с составления проекта, в который включается и фундамент. При его разработке обязательно учитываются следующие факторы:
- вес будущего малоэтажного здания;
- дополнительная нагрузка от снега.
Перед закладкой фундамента следует исследовать грунт. С этой целью можно заказать проведение геологических изысканий. Как совершаются такие работы, хорошо изложено здесь. Делается это для того, чтобы уточнить несущую способность грунта, а также узнать залегание подземных источников. Когда они располагаются на небольшой глубине, то требуется вести монтаж усиленного фундамента или вовсе отказаться от строительства в этом месте, поскольку есть риск просадки стен здания. Аналогичная ситуация произойдет с домом, если грунт окажется слабым. В результате строению не будет обеспечена достаточная устойчивость.
С учетом всех этих факторов фундаменты могут быть мелкого или глубокого залегания. Также они бывают следующих разновидностей:
- ленточный;
- столбчатый;
- свайный;
- плитный.
Все эти виды характеризуются индивидуальными свойствами, и выбор конструкции фундамента зависит от условий местности. В первую очередь обращается внимание на величину промерзания почвы. При закладке фундамента его глубина делается такой, чтобы траншея была вырыта ниже расположения промерзших слоев. В результате будет исключено вспучивание земли. Этим правилом можно пренебречь только при возведении небольшого дома из-за малого воздействия нагрузки на фундамент.
Закладка мощного основания ведется также еще в тех случаях, когда на данной территории существует сейсмическая опасность. Здесь установленный фундамент должен отвечать всем существующим требованиям.
Ленточный
При строительстве малоэтажных домов закладка ленточного фундамента применяется чаще всего. Такое основание обладает хорошей устойчивостью, и его можно углубить на любую требуемую высоту. Располагается база по всему периметру помещения, поэтому внешне монолит представляет собой продолжение стен в глубину земли. В результате у фундамента формируется хорошая устойчивость, что очень важно для помещения, которое опирается на такое основание.
Чаще всего ленточный фундамент применяется в тех случаях, когда стены и перекрытия дома изготавливаются из камня, монолитного бетона или кирпича. Связано это с увеличенным весом зданий, что повышает нагрузку на базу. Использование такого типа фундамента удобно при наличии в помещении подвала.
Изготовление ленточного фундамента ведется двумя способами:
- С большим заглублением. Высота траншеи под фундамент может составлять 70-1,5 м. Такой разбег определяется климатическими условиями местности. При выкапывании углубления под фундамент следует полностью проходить слой замерзания, но нельзя достигать уровня протекания подземных вод. Сформированное основание способно выдержать вес малоэтажного дома. Ленточный фундамент настолько является качественным монолитом, что не всегда есть смысл усиливать армирование. Следует отметить, что при его формировании расходуется большое количество материалов, поскольку закладываемое основание является цельной конструкцией, имеющей большие параметры.
- С мелким заглублением. В данном случае закладка фундамента ведется на глубину 50-60 см. Основным условием является расположение дна траншей выше уровня протекания подземных вод. Поскольку толщина фундамента небольшая, с целью его усиления в монолит закладывается арматура. При монтаже такого фундамента обязательным условием является присутствие на дне траншеи песчаной подушки, которая выполняет функции амортизирующего основания. Связано это с тем, что даже армированный пояс не обеспечивает фундаменту достаточной жесткости из-за его небольшой высоты. Преимуществом такой базы является низкий расход материалов.
Ленточный фундамент нельзя закладывать только в болотистые почвы и сыпучие грунты. В остальных случаях он является надежным основанием.
Столбчатый
Если при постройке малоэтажного дома использовались такие материалы как газобетон или древесина, то помещение имеет небольшой вес. В таком случае допускается изготовление столбчатого фундамента, который значительно дешевле и проще ленточной конструкции. В данном случае основанием служат опоры. Это столбы, выполненные из бетона или дерева. При их монтаже по всему периметру здания выкапываются отверстия, в которые они закладываются на глубину 1,5 м.
Если столбы поместить в землю на меньшую величину, то со временем их может вывернуть из земли. Располагаются они по углам помещения, в простенках и местах, где присутствуют повышенные нагрузки. Стандартное расстояние между столбами составляет порядка 1,2-3 м. С точки зрения экономии столбчатый фундамент дешевле ленточного практически в 2 раза.
Во время установки столбов их выступающие части должны находиться в единой плоскости. Перепады высот не допускаются, потому что затем сверху на них укладывается ростверк, который представляет собой базу для малоэтажного здания. Изготавливается ростверк из дерева или бетона.
Столбчатый фундамент чаще всего применяется на территории с большим уклоном, а также в регионах, где зимой наблюдаются сильные морозы. При этом основным условием является занижение столбов на такую высоту, чтобы была полностью пройдена вся мерзлота.
Если забиваемые столбы изготавливаются из дерева, они предварительно проходят обработку, которая обеспечивает им защиту от влажности и гнили. Однако такой фундамент не относится к достаточно надежному варианту, поэтому в основном он используется при строительстве небольшого веса домов.
В некоторых случаях используется столбчато-ленточный фундамент, монтаж которого ведется по следующей технологии:
- Выкапывается по всему периметру дома траншея высотой до 5 м. На дно насыпаются песок и гравий для создания подушки и заливается бетон.
- После затвердевания раствора устанавливаются столбы.
- Сверху формируется опалубка и снова заливается бетонная смесь. Получить все необходимые сведения об опалубках их видах и особенностях можно здесь.
Если в качестве столбов используются трубы, то подготовленный жидкий бетон также помещается и во внутреннюю полость опор. В результате формируется конструкция, внешне представляющая собой ленточный фундамент, но за счет установленных внутри столбов она обладает повышенной способностью выдерживать значительный вес. Небольшим недостатком такого фундамента является длительность его монтажа.
Свайный
При наличии у грунта увеличенной текучести в случае заболоченности участка во время создания фундамента лучше всего вести монтаж свай. Такой же вариант может применяться и на твердой почве.
В качестве материала для изготовления свай применяется металл, древесина или бетон. Их установка ведется путем вкручивания в грунт. Для этого в нижней части свай встроен винт.
Глубина проникновения может составлять 4-6 метров. Основным условием является прохождение слоев слабого грунта и достижение плотных участков земли. Монтаж фундамента занимает в среднем 2 дня. Он не отличается долговечностью, поэтому на него нельзя давать больших нагрузок.
Кроме винтовых свай изделия бывают еще двух вариантов:
- Забивные. Чтобы сваи было удобнее забивать в землю, снизу изготавливается клин. В верхней части изделий формируется оголовок, по которому наносятся удары гидравлическим молотом с целью прохождения мягких слоев почвы до достижения твердого грунта. Это является основным условием устойчивости свай. Применение такого фундамента ведется в местах, где присутствуют песчаные, торфяные, болотистые и глинистые почвы. Кроме того, они могут быть использованы на территории, где имеются перепады высот из-за неровности рельефа. Большим преимуществом является их способность воспринимать нагрузку в горизонтальном и вертикальном направлениях.
- Набивные. Эти сваи внутри пустотелые, поэтому в них во время установки заливается бетон, что является большим преимуществом, поскольку в случае осадки грунта конструкция не смещается. Также для улучшения надежности опоры в нижней части присутствует расширение.
В каждом конкретном случае при выборе вида свай обязательно учитывается характер грунта территории, на которой планируется возведение малоэтажного здания. Одновременно ведется расчет нагрузки на основании известного веса помещения.
Плитный
Если на территории присутствует нестабильный грунт, то под малоэтажное помещение лучше всего формировать плитный фундамент. Сюда относятся территории, где раньше располагались болота, которые были со временем высушены. Изготавливается фундамент в виде монолита из железобетона. Внешне изделия представляют собой плиты. Они могут быть плоскими или с нанесенными на поверхность ребрами.
Конструкция такого фундамента основана на том, что во время смещения слоев почвы расположенная на них железобетонная плита перемещается вместе построенным домом. Это исключает вероятность разрушения помещения. Основание имеет высокую надежность из-за его большой жесткости, что позволяет плите выдерживать любую возникающую нагрузку. Монтаж таких фундаментов отличается сложностью, поскольку его невозможно выполнить без применения специализированной техники. Кроме того, их не допускается устанавливать под зданиями со сложной геометрией и в местах присутствия больших склонов территории.
Во время проведения работы сначала выкапывается котлован и одновременно устанавливается для цоколя опалубка. Внутрь закладывается арматура, и пространство заливается бетоном. Возведение малоэтажного помещения возможно только после застывания раствора. Обычно для этого требуется от одного месяца.
Используемые материалы
При изготовлении фундамента в основном применяется бетон, но может использоваться и ряд других материалов:
- Шлакоблоки и пеноблоки. Для ленточного фундамента не всегда оптимальным вариантом является использование бетона. При высокой плотности грунта можно применять легкие материалы, которые хорошо выдерживают малоэтажные дома.
- Металл. Иногда в залитый фундамент укладывается металлическая арматура для увеличения прочности бетона. Также могут использоваться не только деревянные, а и железобетонные столбы, заранее изготовленные в производственных условиях или непосредственно на месте. Армирующие функции хорошо выполняет металлическая сетка, которая качественно сцепляет залитый бетон, увеличивая его прочность. В случае использования стальных труб они забиваются в землю, а сверху навариваются ростверки.
- Древесина. Фундамент из дерева имеет преимущество в виде простоты обработки и доступности материала. При этом его существенным недостатком является разрушение под воздействием влаги и грибка. Для защиты древесины от таких факторов она подвергается обработке специальными пропитками. Также на ее поверхность может накладываться рубероид. Если из древесины изготовлены сваи, то использование рубероида ведется только для той их части, которая помещается в землю. Другим существенным недостатком деревянных изделий является их разрушение в результате затопления. При установке фундамента из дерева лучше всего использовать железнодорожные шпалы.
Также хорошо выполняет функции фундамента битый кирпич.
Выбор вида фундамента
Еще на стадии проектирования фундамента требуется хорошо изучить характер грунта участка. При исследовании территории следует обращать внимание на следующие факторы:
- Особенности почвы в месте будущей постройки и возможная вероятность пучения грунта.
- Глубина промерзания слоев земли на территории данного региона.
- Характер рельефа местности и присутствие перепадов высот.
На основании проведенных исследований ведется выбор вида фундамента. При этом следует учесть следующие рекомендации:
- Если на территории присутствуют слабые грунты, деформирующиеся под воздействием нагрузок, следует монтировать ленточный или столбчатый фундамент.
- При наличии на территории скального рельефа, обладающего высокой плотностью, может быть установлен любой тип фундамента. Связано это с его способностью выдерживать большие нагрузки.
Особенностью обладают глинистые почвы. При монтаже фундамента здесь сначала закладывается большой слой песчаного дренажа. После этого можно вести установку ленточного фундамента. Также подойдет плитное основание.
Возможные причины разрушения фундамента
Установленный фундамент с течением времени начинает разрушаться по следующим причинам:
- Неправильный расчет. Такая работа проводится во время составления проекта. В качестве исходных данных используется вес малоэтажного строения. При неверно заложенных параметрах произойдет увеличенная нагрузка на фундамент, который может не выдержать такого давления. Здесь следует обратить повышенное внимание на точность расчетов, чтобы при монтаже не был заложен дешевый материал.
- Ошибки в технологии. Такое происходит, если закладка фундамента ведется неспециалистами. Перед проведением работы следует хорошо изучить применяемые материалы относительно их свойств и параметров, получить информацию о технологии замешивания бетона, использовании арматуры и времени застывания раствора. В случае приготовления некачественной смеси внутри могут сформироваться пузырьки воздуха, и при застывании фундамент даст усадку.
- Естественный износ. В течение продолжительного времени такой процесс будет происходить обязательно. Если же он начал возникать раньше, то причина может лежать в применении некачественных материалов. В первую очередь сюда относятся использование столбов и свай, уже бывших в употреблении. На металлических изделиях могут присутствовать очаги коррозии, а деревянные элементы быть подвержены гнили. Все эти дефекты со временем увеличиваются, и основание разрушается.
После монтажа фундамента он, как и все элементы малоэтажного здания, нуждается в обслуживании. В первую очередь это касается цоколя, который выступает над поверхностью. Если на нем появляются трещины, то они должны быть расчищены и заделаны бетонным раствором. Желательно сначала узнать их причину возникновения, чтобы в дальнейшем они не появились вновь. При хорошем уходе за фундаментом он может прослужить несколько десятков лет.
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»