В Беларуси нет железорудных месторождений, зато достаточно песка

Сообщение "Строительство зданий и сооружений на уплотняемых песчаных подушках", сделанное 21 декабря профессором Е. Ф. Винокуровым (БелНИИС) на международной научно-практической конференции "Эффективные строительные материалы, конструкции и технологии" (в подготовке участвовали В. Е. Сеськов и Л. И. Шевчук)

В соответствии с планом Минстройархитектуры Беларуси данная тема в настоящее время разрабатывается совместно силами БГПА, БелНИИС и НИПТИС. В чем ее новизна?

Издревле при необходимости возведения здания на слабом (заведомо не выдерживающем планируемых нагрузок) основании на объекте отсыпалась песчаная подушка, толщина которой подбиралась таким образом, чтобы напряжения в уровне ее основания были допустимыми для слабого грунта.

Предложение же, о котором идет речь, касается использования уплотненных песчаных подушек при возведении зданий на обычных грунтах средней плотности.

С внедрением данной технологии связано три блока вопросов.

Первый блок вопросов касается обоснования области применения названных подушек. При этом должны быть учтены номенклатура различных грунтов, их физическое состояние, типы фундаментов (которые могут быть как ленточными, так и столбчатыми), а также этажность возводимых зданий, от которой зависят нагрузки на основание.

Второй блок вопросов касается напряженно-деформированного состояния получаемого слоистого основания. Сложность в данном случае заключается в том, что, руководствуясь существующими СНиП, невозможно определить параметры этого состояния. Изложенная в этих нормах методика предписывает приведение слоистого основания к однородной изотропной линейнодеформируемой среде, для которой и определяются напряжения. При этом распределение их не зависит от материала фундаментов, но лишь от действующих нагрузок. В то же время слоистость основания может быть учтена при использовании разработанного Е. Ф. Винокуровым итерационного метода решения нелинейной задачи механики грунтов.

Третий блок вопросов связан с технико-экономической оценкой того или иного проекта. Поскольку на конечный результат проектирования влияет много параметров, то работающий над поставленной задачей коллектив намеревается решать ее как многопараметрическую задачу оптимального проектирования.

Первый этап решения задачи - это исследование области нагрузок до 420 кН/м (кирпичные дома до 5 этажей и панельные дома до 14 этажей включительно). В данном случае при устройстве фундаментов предлагается отказаться от использования фундаментных подушек, ограничиваясь фундаментными стеновыми блоками ФБС шириной 60, 50 и 40 см.

Главным здесь является вопрос величины напряжения в уровне подошв блоков. Например, при опирании их на крупнозернистый песок, находящийся в естественном состоянии (коэффициент пористости 0,45) согласно СНиП необходимо закладывать в расчет 6 кг/см2.

При условии уплотнения грунта расчетное напряжение может быть большим. Скажем, доведение коэффициента пористости до 0,40 дает в соответствии с нормами возможность увеличивать нагрузку до создания напряжения 10 кг/см2.

Многое зависит от технологии уплотнения.

Для дальнейших расчетов было принято допустимое давление на песчаную подушку, равное 7 кг/см2. Дальнейшее смягчение расчетных граничных условий связано с анализом опыта строительства и результатов наблюдения за построенными зданиями.

Было проанализировано поведение различных грунтов под нагрузкой до 420 кН/м (5 этажей) и при напряжении под подошвой фундамента в пределах 7 кг/см2. Для всех этих грунтов определены ширины фундаментов, подобрана номенклатура сборных фундаментных блоков. Полученные на основе этих данных величины объема бетона и веса арматуры сопоставлены с аналогичными характеристиками предлагаемого фундамента (блок ФБС шириной 60 см).

Получается, что коэффициент уменьшения ширины фундамента находится в пределах от 1,67 до 3,33, объема бетона - от 1,31 до 2,68, веса арматуры - от 7,5 до 33,0.

Введение в расчет по СНиП допустимого напряжения, равного 10 кг/см 2, позволяет говорить об 1,56-6,51-кратной экономии бетона и 19,43-85,02- кратной экономии арматуры.

Трудно переоценить практическое значение даже той экономии, которая может быть получена при закладывании в расчет напряжения 7 кг/см2: своего металла в Беларуси нет - он покупается за валюту.

Были проанализированы коэффициенты сокращения площадей ленточных фундаментов при увеличении этажности зданий до создания нагрузки на фундамент, равной 720 кН/м (9 этажей). В этом случае они составили 1,74-3,56.

Если же предельная нагрузка равна 1100 кН/м (14 этажей), то площадь фундамента сокращается в 1,98-4,04 раза.

Задача НИПТИС - выдать в I квартале 2001 г. номенклатуру и рабочие чертежи сборных и монолитных ленточных фундаментов.

Что касается столбчатых фундаментов, то поведение колонн проанализировано при нагрузке на них 2800 кН, примерно соответствующей 6 этажам, а также при нагрузке 4900 кН, примерно соответствующей 12 этажам. Видится возможность сокращения площадей фундаментов в 2,0-4,31 раза с соответствующей экономией бетона и стали.

Что же касается толщины уплотненной песчаной подушки, то для узких фундаментов (блоки ФБС) данная величина должна составлять 70-90 см для слабых грунтов. Но это - явно заниженный результат, полученный по расчету основания как однородной изотропной среды в соответствии с методикой СНиП.

Учет слоистости основания дает другие значения напряжений.

Разумеется, в случае, если основание слагают песчаные грунты, нет нужды отсыпать песчаную подушку. Грунт уплотняется с помощью тяжелой трамбовки до приобретения им нужных параметров.

Если под песчаным слоем небольшой (50-60 см) толщины залегают глинистые грунты, на объект завозится песок и втрамбовывается в верхний песчаный слой. Удорожание проекта будет иметь место на величину, равную суммарной стоимости песка и его доставки.

Если же толщина песчаного слоя больше, необходимо прибегать к оптимальному многопараметрическому проектированию.

Специалистами АП "Белпроект" был составлен сметный расчет стоимости устройства песчаного основания под одну секцию 9-этажного кирпичного дома. Кроме естественного песчаного основания рассматривался свайный вариант, а также уплотненное песчаное основание.

Если технико-экономические данные проекта для первого (исходного) варианта принять за 100%, то второму (свайному) соответствует 191%, а третьему (с уплотнением) - 67%.


Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 50 за 2000 год в рубрике технологии

©1995-2022 Строительство и недвижимость