Виды фундаментов для многоэтажных зданий
Фундамент — самая важная часть конструкции при строительстве любого сооружения. От его качества зависит, как долго прослужит возведенная на нем здание, при этом в зависимости от габаритов дома изменяются требования к характеристикам фундамента.
Например, для многоэтажных зданий основа должна быть особо прочной: необходимо, чтобы она выдерживала очень большие нагрузки. В противном случае на постройке в скором времени появятся трещины. Рассмотрим, какими характеристиками должен обладать фундамент для многоэтажных построек, критерии выбора и виды.
Отличительные параметры фундамента для высотной постройки
Основа для многоэтажек должна обладать высокой прочностью, так как здания имеют немалый вес, и необходимо, чтобы фундамент выдерживал большие эксплуатационные нагрузки. Только соблюдая правила, можно добиться долговечности и надежности сооружения. В связи с этим, к проектированию и созданию фундамента выдвигаются особые требования.
Для создания основы под многоэтажки используют только высококачественные материалы, которые сохраняют прочность длительное время. Кроме этого, фундамент должен быть максимально устойчивым к деформации, которая может возникнуть вследствие неравномерного оседания дома, не впитывать влагу, а при строительстве домов в холодном климате основа должна выдерживать низкие температуры.
Какие параметры учитываются при выборе фундамента для многоэтажки
При выборе вида и материала для фундамента учитываются следующие критерии:
- Нагрузка (вертикальная и горизонтальная), которую здание будет создавать в зависимости от высоты и конструкции. Они разделяются на постоянные, к которым относят массу здания, и временные — это ветра, снега и количество жильцов (или посетителей, если сооружение торговое).
- Предрасположенность участка к землетрясениям. Если в месте строительства они есть, то берется во внимание уровень баллов.
- Климатические особенности. Перепады температур, морозы, количество осадков.
- Рельеф. Ровная поверхность, где будет строиться многоэтажка или есть уклон.
- Состав земли и расположение грунтовых вод, а также нахождение рядом водоемов.
- Склонность к затопляемости из-за особенностей грунта или расположения водоемов поблизости.
- Наличие в земле коммуникаций: водопроводные и газопроводные трубы, а также электрокабелей.
- Расположение вблизи тоннелей и метро. Возведение нового дома может повлиять на функционировании подземных сооружений, а также грунт может быть ослаблен тоннелем/метро.
- Плотность грунта и наличие пустот. Высотные сооружения не возводят, если в грунте есть пустоты, так как здание может провалиться под землю.
- Проведение масштабной застройки рядом с возводимой многоэтажкой. Строительные работы часто сопровождаются высокой вибрацией, что может стать причиной разрушения фундамента.
- Бюджет застройщика.
Точные данные о характеристиках почвы, климате и землетрясениям и остальные параметры позволят выбрать вид фундамента, который будет надежной основой. Для проведения исследований делают разведывательные скважины, сканируют грунт ультразвуком, а также изучают карты по расположению вблизи коммуникаций.
Требования экологичности к фундаменту
В настоящее время экологии уделяется большое внимание, поэтому данный параметр учитывается и при создании фундамента. Для его возведения предпочтительно использовать натуральные материалы, такие как бетон, дерево, кирпич и керамика. Они не выделяют вредные вещества даже при длительной эксплуатации. Дополнительно фундамент должен сохранять тепло, это позволит снизить затраты на обогрев здания, а значит уменьшится негативное воздействие на экологию.
Также основа должна быть устойчива к коррозии — это защитит грунтовые воды от попадания в них опасных веществ. И последнее требование. Материал фундамента. Необходимо, чтобы его можно было использовать для переработки или применять повторно.
Виды фундаментов: их плюсы и минусы
Чтобы многоэтажное здание простояло долго и по нему не пошли трещины, важно подобрать правильный вид фундамента. Рассмотрим какие можно использовать для данного вида построек.
Свайный
Как понятно по названию, фундамент состоит из свай, которые погружают в землю используя различное оборудование. Вид является самым востребованным при строительстве многоэтажных жилых домов на почве с плохой несущей способностью. Рассмотрим способы установки свай:
- Забивание. Применяется только при условии, что рядом нет зданий, так как от большой вибрации из-за работы оборудования, фундамент эксплуатируемых сооружений и сами здания могут повредиться. Применяются преимущественно железобетонные сваи, которые погружают в заранее подготовленные скважины.
- Набивание. Сначала в грунте делается скважина. В нее помещают трубу, наполненную бетоном, который постепенно выдавливают в скважину с помощью давления.
- Вдавливание. Сваю погружают в землю с помощью прикладывания большой силы.
- Ввинчивание. Фундамент создают ввинчиванием сваи. Вид применяется для конструкций, требующих повышенной надежности: мосты, дома с двадцатью и более этажами.
Сваи для фундамента могут быть изготовлены из металла, бетона и железобетона. Вид выделяется быстротой монтажа, возможностью использования на грунтах с любым составом и даже в промерзшем, невысокой ценой, устойчивостью к деформации и способностью выдерживать большие нагрузки. К недостаткам вида относят необходимость использования специализированного оборудования, шум при монтаже и отсутствие возможности создания подземных стоянок.
Сваи для фундамента производят двух видов: цельные и сборные. Первые изготавливают на месте установки фундамента (при набивном способе), а сборные изготавливают на заводах и собирают уже на объекте. Погружение свай осуществляется в заранее созданной котловане. Также сваи делятся на опорные, принимают нагрузку от здания и передают ее в грунт, и висячие — прочность почвы повышается из-за трения сваи с грунтом.
При создании фундамента вырывают котлован, уплотняют грунт, после этого в почву погружают сваи, которые потом соединяют между собой и с поверхностью земли ростверком. Он дополнительно равномерно распределяет нагрузку от здания.
Сваи изготавливают из бетона, при этом марку бетона подбирают с учетом того, какую нагрузку должно выдерживать основание. Еще один материал — металл, такие сваи используют при создании фундамента с помощью ввинчивания. Для оформления очень прочных свай используют комбинированные материалы.
Свайную основу применяют не только при строительстве многоэтажных зданий, но и в следующих ситуациях:
- грунтовые воды находятся близко к поверхности почвы;
- в строении возможно неравномерное распределение нагрузок;
- невозможно оформить глубокий котлован из-за особенностей грунта;
- неровный рельеф или уклон;
- климат с сильными ветрами или есть землетрясения;
- слабая несущая способность грунта.
В перечисленных ситуациях свайный фундамент используют и для возведения высоток.
Столбчатый стаканного типа
Вид фундамента выделяется особой конструкцией. Сначала вырывается котлован, в котором устанавливают стаканы. После этого с них срезают петли на уровне земли. Важно их срезать, чтобы не повредить бетонную конструкцию. Они принимают нагрузку от здания. В стаканы помещают столбы и фиксируют их с помощью бетона. Основа может быть цельной и сборной, второй вариант является более распространенным.
Столбчатый стаканный фундамент не используют в регионах с сильными морозами и в грунтах подверженных проседанию. Основа может использоваться при возведении высотных зданий в районах с сейсмической активностью и на сыпучем грунте.
К преимуществам вида относят:
- быстроту монтажа;
- небольшой объем работ при создании котлована;
- не требуется ждать, когда бетон застынет;
- длительный срок эксплуатации (от 100 лет);
- подходит для домов с двадцатью этажами;
- нагрузку от здания распределяет равномерно по всей площади;
- возможность оформления фундамента с большими габаритами;
- стаканы и столбы изготавливают с высокой точностью;
- хорошо выдерживает повышенную влажность, сдвиги почвы и перепады температур;
- фундамент обладает большой прочностью, поэтому признан самым надежным.
В список недостатков входит: высокая цена, неудобство транспортировки элементов фундамента на объект, отсутствие возможности создания подземных парковок и нельзя использовать в промерзших землях.
Ленточный
Фундамент оформляют по периметру постройки, за что он получил такое название. Ленточное основание используют при строительстве домов от 5 до 16 этажей. При этом, чем глубже и толще сделана лента, тем выше нагрузку она может выдержать. Используют основу для возведения высоток на почве с хорошей несущей способностью.
При оформлении фундамента создают котлован, на дно которого кладут уплотняющую подсыпку. Затем делают опалубку и устанавливают в ней арматуру, после этого заливают конструкцию бетоном. В завершении уплотняют бетон с помощью прокалывания арматурой или вибрации.
Разновидности ленточного фундамента:
- Цельнолитой. Его оформляют на объекте, где проводится строительство. Первоначально делают опалубку, в которую укладывают арматуру для придания фундаменту прочности, затем заполняют опалубку бетоном.
- Сборный. Ленту оформляют из готовых железобетонных блоков, которые соединяют между собой с помощью цемента. Вид не подходит для строительства многоэтажных зданий.
- Мелкозаглубленный. Ленточный фундамент заглубляют всего на 0,5-0,7 метров. Его используют при возведении одноэтажных домов.
- Глубокого залегания. Глубина его может достигать 2,2 метров. Точное значение рассчитывается с учетом точки промерзания грунта. Вид считается оптимальным для сооружения многоэтажных зданий.
К плюсам фундамента относят: низкую стоимость, возможность оформления подземных парковок, простой монтаж и подходит для почвы с любым составом. В перечень недостатков входят: необходимость использования специализированной техники и небольшая усадка в процессе эксплуатации здания.
Плитный
Фундамент оформляют из монолитной плиты. Для его создания делают котлован, в который заливают бетон по всей площади постройки. Основу используют при строительстве домов от 7 до 30 этажей. Выдерживание больших нагрузок и равномерное их распределение, не единственное преимущество плитного фундамента. Он не деформируется, его можно использовать даже в движущихся и сейсмоактивных грунтах, обладает высокой прочностью, срок эксплуатации до 100 лет, а также на его оформление не требуется много времени. К минусам основания относят: высокая стоимость, есть риск подтопления и промерзания, не исключена деформация и необходимость использования арматуры.
Плитный фундамент может быть монолитным, в данном случае его заливают на объекте проведения строительства дома, и монолитно-сборным. В последнем варианте используют плиты, изготовленные на заводе. Также основание разделяется на сплошные и ребристые. Первый вариант используют по всей площади постройки, а ребристые в местах установки несущих стен здания.
Кирпичный
Основа является самой востребованной благодаря следующим преимуществам: высокая надежность и прочность, влагоустойчивость, безопасность и звукоизоляция. Для возведения фундамента многоэтажек рекомендовано использовать кирпич с высокой прочностью, который соединяют с помощью бетона высокой прочности.
Плавающий
При создании фундамента арматуру в местах пересечения не сваривается, а скрепляется проволокой. Оформляется основа по следующим этапам. Сначала делается котлован, утрамбовывается грунт. Следом кладут арматуру, которую заливают бетоном до уровня земли. Также такая арматура может использоваться при изготовлении плит на заводах. Благодаря особой конструкции фундамент выдерживает изменение уровня вод в заболоченных зонах.
Комбинированные
При оформлении основания такого типа используют несколько видов фундамента, что обеспечивает повышение всех показателей до максимальных значений. Такие основания применяют при строительстве многоэтажных домов на сложном рельефе и чаще комбинируют свайное основание с плитным или с ленточным. При этом свайно-ленточный фундамент может быть: незаглубленным, мелкозаглубленным и заглубленным. Первый вариант используют для невысоких многоэтажек, а последний при возведении высоток. Фундамент подходит для строительства зданий на слабо устойчивой почве.
Рекомендации
При оформлении фундамента для многоэтажных зданий учитывайте следующие советы:
- Сваи берите больше, чем указано в расчетах и проверять, чтобы длина соответствовала проекту.
- Периметр фундамента должен быть прочнее и слегка выше, чем в центре, так как на него приходится вся нагрузка от многоэтажного здания.
- Грунт в котловане перед оформлением фундамента тщательно уплотните. Благодаря этому фундамент сильно не просядет.
- Если земля болотистая или пучинистая, то используйте фундамент не склонный к деформации. Рекомендовано оформлять основания глубокого заложения. Важно, чтобы он находился ниже точки промерзания грунта.
- При ограниченном бюджете используйте ленточный фундамент. Глубина залегания определяется от высоты возводимого сооружения.
- Для заливки фундамента бетоном используйте тяжелый бетон с высокой прочностью и малой водопроницаемостью.
- Для основы с большим заглублением используйте специальный утеплитель для фундаментов. Он не только улучшит сохранение тепла, но и делает основу более прочной и влагонепроницаемой.
- При строительстве домов в холодном климате применяйте бетон устойчивый к морозам.
- Чтобы подобрать правильный вид фундамента, тщательно проведите геологоразведочные работы. Для этого рекомендуем обратиться в специализированную организацию. Процедура требует не только знаний, но и специализированного оборудования.
Самое важное, при выборе вида фундамента учитывать все требования по почве, климату, залеганию грунтовых вод и т.д.
Советы по выбору фундамента в зависимости от типа грунта
Сооружение фундамента начинается после определения типа почвы, так как он нее зависит какой вид основы будет использован. Для песчаного грунта, который хорошо пропускает воду и имеет плохую устойчивость, используют свайный фундамент. На глинистой почве применяют ленточную и свайную основу, так как грунт плохо пропускает воду и имеет хорошую несущую способность.
Для илистой почвы, которая плохо пропускает воду и обладает отличной несущей способностью, используют свайный фундамент. На скалах применяют свайную и плитную основу, так как они хорошо выдерживают неровную поверхность. Для распушенного грунта, который выделяется сложным составом и плохой устойчивостью, используют свайную основу.
Подведем итог. Фундамент для многоэтажного здания должен выдерживать высокие нагрузки и равномерно передавать их в грунт, иначе в процессе эксплуатации на сооружении могут появиться трещины. Выбирая вид основы, учитывайте тип грунта, глубину залегания грунтовых вод, вероятность землетрясений, климатические особенности и т.д. При этом важно, чтобы для основы использовались экологически чистые материалы, чтобы не загрязнять окружающую среду.
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»