Проектирование и возведение зданий и сооружений на просадочных грунтах с обеспечением их прочности и нормальной эксплуатации одна из наиболее важных и сложных проблем современного строительства. Важность ее определяется широким распространяем просадочных грунтов и, как правило, в районах наиболее интенсивного строительства, неизбежным повышением стоимости строительства при учете просадочных деформаций, возникающими иногда недопустимыми деформациями в конструкциях зданий и сооружений при недостаточно полном учете просадочных деформаций.
Сложность рассматриваемой проблемы вызвана специфическим и сложным механизмом развития просадочных деформаций, значительной толщиной слоя просадочных грунтов, достигающая иногда до 25-30 м, частым отсутствием близко расположенного подстилающего слоя достаточного высокой несущей способности.
Таким образом, объектом исследования являются просадочная толща грунтов на участке строительства шестнадцатиэтажного здания ЦДП г. Краснодар. Целью дипломной работы является анализ изменения основных физико-механических свойств грунтов отвечающих за просадочные процессы в ходе проектирования, строительства и эксплуатации здания ЦДП г. Краснодар.
В задачи данной работы входит:
- изучение особенности строительства, проектирования сооружений повышенной этажности на просадочных грунтах;
- сравнения изменения свойств просадочных грунтов в ходе строительства и эксплуатации сооружений повышенной этажности на просадочных грунтах;
- анализ взаимосвязи основных показателей отвечающих за просадочные свойства грунтов.
Просадочные грунты представляют собой большой интерес для изучения. Поэтому прежде необходимо рассмотреть основные характеристик просадочных грунтов и их распространение на территории г. Краснодара.
Просадочность — важнейшее инженерно-геологическое свойство ряда горных пород. Оно выражается в их способности под действующей нагрузкой (от собственно веса толщи или дополнительной нагрузки от сооружения) при увлажнении (замачивании) уменьшать свой объем, т.е. проявлять дополнительное уплотнение. Процесс реализации последнего, развивающегося во времени, как правило с большой скоростью, и получил название «просадка”, а горные породы, ее проявляющие называются просадочными [1].
К просадочным грунтам относятся лессовые породы, некоторые разности мелких и пылеватых песков (в частности, засоленных, с повышенной прочностью межчастичных связей), вулканических пеплов и искусственных водоненасыщенных грунтов.
Жилое строительство. Проектирование зданий повышенной этажности
... этажности жилые здания подразделяют на: малоэтажные (1 - 2 этажа); средней этажности (3 - 5 этажей); многоэтажные (6 и более этажей); повышенной этажности ... малоэтажного строительства применимы также строительные системы с несущими конструкциями из древесины и здания с ... зданий. Проектирование оснований и фундаментов высотных зданий по сравнению со случаем проектирования обычных зданий и сооружений ...
Просадочность лессовых пород обусловлена особенностями их состава, состояния и строения. Здесь в первую очередь наиболее важными являются
лессовые породы представляют собой структурированные песчано-глинисто-пылеватые дисперсные системы с резким преобладанием пылеватых частиц и обладают малой гидрофильностью, что обусловливает отсутствие или очень малую величину потенциального их набухания при увлажнении;
просадочный грунт повышенная этажность
лессовые породы характеризуются низкими значениями плотности скелета и высокой пористостью (42-55% и даже несколько выше), причем среди пор преобладают поры открытые;
- эти породы до момента замачивания обладают низкой природной (естественной) влажностью и соответственно твердой или полутвердой консистенцией;
- в лессовых породах в различных, нередко больших количествах (до 10% и более) присутствуют карбонаты и водно-растворимые соли, которые в условиях невысокой природной влажности обуславливают структуру переходного (коагуляционно-цементационного) типа с высокой прочностью структурных связей и всего грунта в целом;
- Прочность такой структуры в лессовых породах резко по величине и быстро во времени падает при водонасыщении (вплоть до практически размокания небольших образцов, помещенных в спокойную воду) [1].
Просадка грунтов — это сложный физико-химический процесс. Основным его проявлением является уплотнение грунта за счет перемещения и более компактной укладки отдельных частиц и их агрегатов, благодаря чему понижается общая пористость грунта до состояния, соответствующего действительному давлению. В связи с повышением степени плотности грунта после просадки прочностные характеристики его несколько возрастают. При дальнейшем увеличении давления процесс уплотнения лессового грунта в водонасыщенном состоянии продолжается, вместе с этим увеличивается и его пористость.
Изложенное выше показывает, что необходимыми условиями для проявления просадки грунта являются:
- наличие нагрузки от собственного веса грунта или фундамента, способность при увлажнении преодолевать силы связности грунта;
- достаточное увлажнение, при котором в значительной степени снижается прочность грунта.
Под совместным влиянием этих двух факторов и происходит просадка грунта.
Рисунок 1 — Кривая компрессионного испытания просадочной лёссовой породы, замоченной при нагрузке 0,3 МПа [1]
Величина отрезка бв, характеризующая изменение коэффициента пористости при данном давлении при замачивании. Кроме того, надо иметь в виду, что, поскольку величина просадки зависит от давления, действующего на грунт при замачивании, значения коэффициента макропористости оказываются разными при неодинаковых нагрузках.
Характер развития просадки во времени определяется как особенностями лёссовых пород, так и особенностями повышения их влажности (до значений, превышающих начальную просадочную влажность), видом источника замачивания и динамикой изменения действующей нагрузки [1].
Для оценки просадочных свойств в инженерной геологии предложена система характеристик, включающая косвенные и прямые показатели.
Косвенные показатели просадочности характеризуют потенциальную склонность лёссовых пород к проявлению просадки при замачивании. Они, по существу, представляют собой совокупность частных показателей и их производных, определяющих просадочность рассматриваемых пород. Эти показатели дают возможность определить, точнее, оценить склонность тех или иных лёссовых пород к просадочности, но не позволяют однозначно (достоверно) и, главное, количественно охарактеризовать величину реальной просадочности грунта.
Таких показателей в истории инженерно-геологического изучения лёссовых пород было предложено немало. Рассмотрим некоторые из них.
P d
P d
P d
P d
При таком подразделении лёссовые грунты средней плотности, как правило, всегда будут относиться к практически непросадочным вне зависимости от значений физических характеристик грунтов и при любых давлениях на них. В то же время очень рыхлые лёссовые грунты, наоборот, в большинстве случаев (за исключением полного водонасыщения) будут относиться к просадочным с наиболее высокими значениями относительной просадочности. Рыхлые лёссовые грунты занимают промежуточное положение между этими двумя видами, и степень их просадочности в основном будет определяться влажностью грунта [1].
S r
S r
S r
S r
S r
S r
Прямые показатели просадочности лёссовых пород количественно характеризуют это важнейшее их инженерно-геологическое свойство. Величина этих показателей непосредственно связана с нагрузкой, величиной и характером увлажнения, при определенных величинах которых возможно развитие просадки. К таким показателям относятся коэффициент относительной просадочности (относительная просадочность), начальное просадочное давление и начальная просадочная влажность [1].
Относительная деформация просадочности ε sl , д. е. — отношение разности высот образцов, соответственно, природной влажности и после его замачивания при заданном давлении (давление вышележащего грунта плюс давление от сооружения) к высоте образца природной влажности. Этот коэффициент, определяемый при компрессионных испытаниях, рассчитывался и через значения высоты образца лёссового грунта:
где
h P
h’ P —
По относительной деформации просадочности ε sl глинистые грунты подразделяют согласно таблице 1 [2].
Таблица 1
|
Разновидность грунтов |
Относительная деформация набухания без нагрузки ε sl , д. е. |
|
Непросадочный |
ε sl < 0,01 |
|
Слабопросадочный |
0,01 ≤ ε sl ≤ 0,03 |
|
Среднепросадочный |
0,03 < ε sl ≤ 0,07 |
|
Сильнопросадочный |
ε sl > 0,12 |
При проектировании зданий и сооружений на просадочных грунтах следует учитывать:
) особенности инженерно-геологических условий площадки строительства (виды просадочных деформаций, возможные источники и режимы замачивания, характеристики грунтов, подстилающих просадочную толщу, и др.);
) инженерную подготовку и планировку строительных площадок;
) виды мероприятий, применяемых для обеспечения нормальной эксплуатации зданий и сооружений (устранение просадочных свойств грунтов; прорезка просадочных грунтов сваями; комплекс строительных мероприятий);
) воздействие на проектируемые конструкции равномерных и неравномерных вертикальных (просадок) и горизонтальных перемещений грунтов оснований;
) местные условия строительства и имеющийся опыт проектирования, строительства и эксплуатации зданий и сооружений, включая результаты наблюдений за деформациями их оснований в аналогичных грунтовых условиях;
) наличие в зоне влияния нового строительства объектов окружающей застройки и их техническое состояние [3].
В грунтовых условиях II типа по просадочности при возможной просадке грунтов от собственного веса Ssl. g ≥20 см в составе проектной документации следует включать раздел «Техническая эксплуатация сооружений» (ТЭС), содержащий следующие указания для эксплуатирующих организаций:
о дополнительных требованиях к приемке в эксплуатацию законченного строительства (реконструкции) сооружения;
по проведению систематического визуального обследования несущих и ограждающих конструкций;
о систематическом контроле состояния водонесущих внутренних и наружных сетей и емкостей для воды и различных водных растворов;
по периодическим наблюдениям за влажностью грунтов в помещениях с мокрым технологическим процессом, а также в местах вводов и выпусков водонесущих коммуникаций;
о необходимых мерах по оперативной ликвидации аварийных утечек воды в случаях их обнаружения.
При проектировании в грунтовых условиях II типа по просадочности уникальных зданий и сооружений, а также объектов I и II уровней ответственности с применением принципиально новых конструктивных решений, не имевших ранее успешного применения в практике проектирования и эксплуатации, необходимо предусмотреть научно-техническое сопровождение проектирования и строительства в соответствии с требованиями СП 22.13330.
В процессе подготовки проектной документации зданий и сооружений I и II уровней ответственности на просадочных грунтах в соответствии с ГОСТ Р 54257, следует предусматривать контроль:
достаточности выполненных инженерно-геологических изысканий и обоснованности принятых по их результатам выводов и рекомендаций;
выполняемой проектной документации, включая принимаемые технические решения по конструктивным схемам, методы подготовки оснований, использованные расчетные модели и программные комплексы и т.п.
К проекту здания или сооружения, проектируемого на подрабатываемых территориях, следует прилагать специальный паспорт, в котором необходимо привести:
краткое описание конструктивной схемы, мер защиты, осуществляемых в период строительства и эксплуатации, а также способов выравнивания здания в случае возникновения недопустимых деформаций;
данные о прогнозируемых величинах деформаций земной поверхности и о физико-механических характеристиках грунтов основания;
указания по организации и проведению геотехнического мониторинга, включающего инструментальные наблюдения за деформациями здания или сооружения и земной поверхности;
данные о результатах инструментальных наблюдений при сдаче здания или сооружения в эксплуатацию;
план расположения неподвижных опорных реперов, которые можно использовать при наблюдениях за осадками земной поверхности, зданий и сооружений;
средства оповещения о возникновении недопустимых деформаций по информации, полученной на основании данных мониторинга.
К проекту здания или сооружения, проектируемых на просадочных грунтах, следует прилагать специальный паспорт, в котором необходимо привести:
краткое описание конструктивной схемы, предельно допустимые деформации основания и принятые в проекте мероприятия по обеспечению нормальной эксплуатации сооружения;
указания по выполнению геотехнического мониторинга в процессе строительства объекта и в первые годы после сдачи его в эксплуатацию;
рекомендации по выравниванию в горизонтальном и вертикальном положениях лифтов, подкрановых путей и других транспортных путей в случаях возникновения неравномерных деформаций;
схему застройки квартала или площадки строительства нового сооружения с нанесением на ней: существующих объектов окружающей застройки; существующих и проектируемых водонесущих инженерных коммуникаций (водопровода, канализации, водостоков, теплотрасс и др.) с указанием расположения запорных устройств для аварийного отключения отдельных участков трасс [3].
Исходными данными по грунтовым условиям, необходимыми при проектировании зданий и сооружений на просадочных грунтах, наряду с инженерно-геологическим строением, гидрогеологическими условиями, основными физико-механическими характеристиками грунтов и другими являются следующие специфические характеристики:
ε sl
б) характеристики площадок, сложенных просадочными грунтами;
в) параметры оснований, представленных просадочными грунтами [4].
Проектирование зданий и сооружений для строительства на просадочных грунтах при возможности их замачивания необходимо осуществлять с применением одного из следующих мероприятий:
на площадках с I типом грунтовых условий по просадочности — путем уплотнения тяжелыми трамбовками, устройства грунтовых подушек, вытрамбовывания котлованов, закрепления грунтов;
на площадках с II типом грунтовых условий по просадочности — путем глубинного уплотнения грунтовыми сваями, предварительным замачиванием, в том числе с глубинными взрывами, закреплением, армированием грунтовых толщ набивными, забивными сваями, столбами из закрепленного грунта;
H sl
в) комплекса мероприятий, включающего:
устранение просадочных свойств грунтов по аналогии с приведенным выше для площадок с I типом по просадочности;
водозащитные мероприятия, выполняемые с целью снижения вероятности замачивания грунтов основания, исключения интенсивного замачивания на всю просадочную толщу и полного проявления просадки грунта от собственного веса, контроля за состоянием водонесущих коммуникаций, обеспечения своевременного устранения источников замачивания и т.п.;
конструктивные мероприятия, направленные на повышение прочности жестких зданий и сооружений или увеличение податливости зданий и сооружений гибкой конструкции, обеспечение нормальной эксплуатации зданий и сооружений в случаях возникновения неравномерных деформаций грунтов оснований.
В районах развития просадочных грунтов при инженерно-геологических изысканиях дополнительно изучаются распространение в плане и разрезе просадочных грунтов, их специфические характеристики (относительная просадочность при давлениях от собственного веса грунта при полном водонасыщении и внешней нагрузки по всей глубине толщи просадочных грунтов, начальное просадочное давление и при необходимости учета неполного водонасыщения — начальная просадочная влажность), а также их гранулометрический состав.
Инженерно-геологические изыскания в районах распространения просадочных грунтов выполняются, как правило, в три этапа:
изыскания для выбора площадки строительства;
изыскания на выбранной площадке строительства;
Инженерно-геологические изыскания для выбора площадки строительства выполняются в целях разработки технико-экономического обоснования (ТЭО) или технико-экономического расчета (ТЭР) строительства промышленных предприятий, зданий и сооружений, а также производственных предприятий, зданий и сооружений сельскохозяйственного назначения.
Инженерно-геологические изыскания на участках размещения отдельных зданий и сооружений выполняются для рабочего проекта и рабочей документации оснований и фундаментов этих зданий и сооружений.
Изыскания на участках размещения отдельных зданий и сооружений должны производиться только при наличии технических решений их оснований и фундаментов.
Материалы инженерно-геологических изысканий необходимо уточнять, если между окончанием изысканий и началом проектирования имеет место разрыв во времени (более одного-двух лет) и территория строительства за это время могла подвергнуться воздействиям, приводящим к изменению состояния и свойств просадочных грунтов.
Состав и объем дополнительных изыскательских работ по уточнению материалов инженерно-геологических изысканий следует определять в результате анализа этих материалов и данных рекогносцировочного обследования и обосновывать в программе изысканий, разрабатываемой в соответствии со специальным заданием заказчика.
Материалы инженерно-геологических изысканий прошлых лет по изучению просадочных грунтов следует использовать для оценки происшедших изменений условий распространения, залегания и характеристик свойств этих грунтов.
При составлении программы изысканий должны учитываться региональные особенности лессовых просадочных толщ:
неоднородность строения просадочной толщи (с учетом цикличности строения);
закономерности развития типов грунтовых условий по просадочности;
мощность просадочной толщи и характер ее изменчивости.
Изыскания на участках отдельных зданий и сооружений рассмотрим более подробно [4].
Рассмотрим более подробно изыскания на участках отдельных зданий и сооружений.
