ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Территория Читинской области и ее областного центра, в частности, характеризуется чрезвычайным многообразием и сложностью инженерно-геологических и геокриологических условий. Это сказывается на устойчивости и эксплуатационной надежности возводимых зданий и сооружений. Основной причиной деформаций зданий и сооружений, построенных как по принципуI, так и по принципуII, являются локальные утечки из водных санитарно-технических сетей и, как следствие локальное оттаивание многолетнемерзлых грунтов, сопровождающееся просадкой грунтов оснований.

В 1996 году пришел в аварийное состояние 10-ти этажный 60- квартирный крупнопанельный жилой дом № 39, расположенный в мкр. "Северный" г. Читы. Здание эксплуатировалось 6.5 лет, после чего под угрозой обрушения оказалась первая секция дома. Выполнено обследование технического состояния здания, в ыявлено несколько факторов способствовавших большой неравномерной осадке свайных фундаментов. Проведем анализ причин деформации здания и мероприятий по их устранению.

Площадка, на которой возведен дом, характеризуется следующими инженерно-геологическими условиями: с поверхности залегают четвертичные аллювиально-делювиальные отложения, подстилаемые элювиальными породами юрско-мелового периода.

Аллювиальные отложения представлены песками различных видов (от пылеватых до гравелистых) с прослоями гравийных грунтов с песчаным заполнителем. Элювиальные отложения сложены продуктами глубокого выветривания алевролитов, выветрелых до состояния суглинков комковато-плитчатой структуры.

Анализ материалов инженерно-геологических изысканий, выполненных в разные годы, позволяет оценить изменение инженерно-геокриологических условий площадки, произошедшееза13 лет. Например, в 1985 г. кровля многолетнемерзлых грунтов (ММГ) в районе скв. 6413 располагалась на глубине 6.0 м. К 1996 г. отметка кровли ММГ понизилась до 11.1 м, а к 1998 г. - до 12.2 м. Таким образом, за 11 лет многолетнемерзлый грунт оттаял на глубину 5.1 м, а за последующих два года еще на 1.1 м.

В 1985 г. многолетнемерзлые грунты в районе скв. 6418 располагались в интервале 8.8 - 14.9 м. В 1996 г. (скв. 2/96) было установлено, что произошло оттаивание ММГ в пределах всей их толщи. Сопоставление скважин 6417 и 1/96 свидетельствует о понижении отметки кровли ММГ с 6.7 м до 8.8 м. Следует заметить, что скв. 6417 находится под зданием (почти посередине), а скв. 1/96 пробурена за пределами контура здания. Поэтому можно предполагать о большей глубине оттаивания ММГ в районе скв. 6417 из-за теплового влияния здания.

При проходке скв. 1000 (1998 г.) установлено, что произошла деградация ММГ в пределах всей их толщи. Данные по скв. 1002 (1998 г.) говорят о том, что мощность ММГ уменьшилась в три раза, а залегают они в интервале 15.0 - 18.2 м.

60-квартирный 10-этажный крупнопанельный жилой дом № 39 запроектирован с использованием вечномерзлых грунтов по принципу ii (с допущением оттаивания грунтов во время эксплуатации здания) и возведен на свайных фундаментах. Длина свай - 20 м, размеры поперечного сечения - 0.35ґ0.35 м. Сваи сборные, составные по длине. Согласно проекту, предполагалось пройти сваями всю толщу ммг и обеспечить опирание свай на немерзлые глинистые грунты элювиального происхождения.

Здание состоит из двух блок-секций. Наибольшим деформациям была подвергнута первая блок-секция . Фактическая несущая способность оснований многих свай, запроектированных как «сваи-стойки», не соответствовала проектным значениям. Основной причиной этого явилось применение технологии погружения свай, не отвечающей грунтовым условиям площадки.

Одним из факторов, способствовавших ускоренному развитию больших и неравномерных осадок свайных фундаментов, следует рассматривать неоднократное воздейст­вие на основания и фундаменты, здание в целом сейсми­ческих колебаний. В частности в 1995 году (по данным сейсмостанции «Чита» ИЗК СО РАН) на территории г. Читы произошло 27 близких землетрясений с энергетическим классом 9.5 - 12.0. Причем наиболее сильное землетрясение произошло 23 ноября, сила толчков достигла 2-3.5 балла. В 1996 году произошло 25 близких землетрясений с энергетическим классом 9.5 -12.0, наиболее сильные - 23 июня и 13 июля с силой толчков 2-3.5 баллов.

Наличие чаши оттаивания под зданием создало бла­гоприятные условия для развития резонанс­ных явлений и кумуляции энергии сейсмических волн, отраженных от стен талика. Резонансные явления вызвали в неконсолидированных зонах оттаивающего и оттаявшего грунта резкое возрастание амплитуд коле­баний поверхности, неравномерное уплотнение основания, которые даже при невысокой сейсмичности (3.5 баллов) оказывают разру­шительное действие на здание.

Сейс­мические воздействия ускорили процессы неравномерной осадки и просадки грунта в пределах его оттаявшей некон­солидиро­ванной толщи. На боковой поверхности составных свай по­лучили максимальное развитие силы негативного трения, что привело к дополнительным повреждениям здания.

Через пять лет после первого обследования здания , в ноябре 2001 г., наибольшее отклонение (540 мм) углов здания от вертикали в направлении поперечной оси отмечено у первой блок-секции. В связи со значительными деформациями конструкций в здании проведены ремонтно-восстановительные работы .

Геодезические наблюдения за осадкой жилого дома № 39 показали, что после завершения работ по усилению его фундаментно-подвальной части интенсивность осадки большей части деформационных марок снизилась, и произошло сглаживание неравномерности этих осадок. Этому способствовало включение в работу дополнительных фундаментов, выполненных в виде монолитных железобетонных перекрестных лент. Однако, через полгода, после окончания ремонтно-восстановительных работ и сдачи здания в эксплуатацию возобновились утечки и аварийные сбросы воды из систем отопления и горячего водоснабжения, что привело к росту неравномерных осадок и крена здания. Для повышения устойчивости здания предложено незамедлительно принять меры по исключению утечек и аварийных сбросов воды из систем отопления и горячего водоснабжения в основание здания.

Проведем краткий анализ эффективности работы реализованных мероприятий по усилению здания, исходя из накопленных за три года после его усиления, материалов инструментальных и визуальных наблюдений за устойчивостью жилого дома.

Монолитные железобетонные перекрестные ленты, выполненные под ростверками, повысили жесткость последних и фундаментно-подвальной части здания в целом. Однако ширина перекрестных лент (1.2 и 1.4 м), с учетом опирания их (при регулярном техногенном подтоплении площадки) на обводненные пески пылеватые и супеси не обеспечивает должной разгрузки свай, недопогруженных до проектных отметок, и в силу этого имеющих низкую несущую способность.

Расчеты сопротивленияRоснования перекрестных лент показали, что в сложившихся условиях, с учетом эксцентриситета нагрузки из-за крена здания минимально необходимая ширина перекрестных лент составляет 2.0 м (табл. 1).

Таблица 1. Сопоставление расчетного сопротивления грунта основанияRи максимального краевого давленияP _maxпод подошвой фундамента

(для трех типоразмеров шириныbленты: 1.2, 1.4, 2.0 м и трех значений эксцентриситета е)

Во всех отсеках технического подполья выполнен бетонный пол (для предотвращения доступа воды в грунты основания при аварийных сбросах из инженерных коммуникаций). Однако не предусмотрены мероприятия по сбросу за пределы здания, воды, периодически скапливающейся в подполье при авариях инженерных коммуникаций. В результате этого вода неизбежно по трещинам в бетонном покрытии проникает в грунт основания (в первую очередь в грунт под подошвой монолитных железобетонных перекрестных лент), снижая при этом прочность грунтов и увеличивая их деформативность.

Разработаны дополнительные мероприятия по повышению устойчивости здания, направленные на: а) прекращение крена здания; б) выравнивание здания, т.е. на устранения его крена. Наиболее рациональным (для восстановления устойчивости здания) является применение комплекса мероприятий, входящих как в группу а), так и в группу б).

К группе а) относятся:

1) асимметричное уширение монолитных перекрестных лент со стороны наибольшей осадки и крена здания;

2) вдавливание металлических свай под фундаментами, имеющими наибольшую осадку и крен (последовательное вдавливание отдельных секций металлических труб, соединяемых сваркой);

3) устройство буроинъекционных свай, для усиления фундаментов, имеющих наибольшую осадку и крен;

4) закрепление основания под фундаментами, имеющими наибольшую осадку и крен, силикатизацией или цементацией;

5) устройство буронабивных свай и подведение консолей под монолитную перекрестную ленту;

6) вдавливание горизонтальных армоэлементов (металлические трубы, старые рельсы) под фундаменты, имеющие наибольшую осадку и крен.

К группе б) относятся:

1) выправление крена здания с помощью домкратов большой грузоподъемности (последовательная разгрузка свай с помощью домкратов и дополнительных стальных опор, срубка свай, их задавливание гидравлическими домкратами, соответствующий подъем отдельных участков ростверка для ликвидации крена фундаментов и соответственно здания в целом, наращивание свай с помощью прокатного профиля и последующего омоноличивания, восстановление сопряжений «свая - монолитная перекрестная лента»);

2) выправление крена здания с помощью плоских домкратов по специальной технологии;

3) выправление крена путем создания различными способами дополнительных осадок отсеков здания со стороны, противоположной крену (замачивание грунта через специально пробуренные скважины, дополнительный пригруз основания балластом, складируемым рядом со зданием).