Эффективные конструкции и технологии устройства оснований и фундаментов для каркасных зданий
Сообщение, сделанное 27 июля 2005 г. кандидатом технических наук, заведующим отделом оснований и фундаментов НИЭПРУП «Институт БелНИИС» Валерием Сеськовым на семинаре «Методы расчета и конструирования зданий системы АРКОС (серия Б.1.020.1-7) и основы технологии строительства»
Вначале предлагается рассмотреть относительно узкий аспект – фундаменты каркасных зданий высотой более 10 этажей.
Как известно, исходной информацией для выбора фундаментов являются результаты инженерно-геологических изысканий. С другой стороны, любая площадка требует творческого подхода, рассмотрения всех особенностей ее геологического строения. А уже на основе анализа всех результатов изысканий можно говорить о том или ином виде фундаментов.
Характер же оснований объектов, возводимых в Беларуси, может быть самым разнообразным по той причине, что через ее территорию прошло три ледника. Поэтому здесь залегают породы и моренные, и лессовидные, и супесчано-суглинистые, и озерно-ледниковые, и ленточные глины, и пески различного генезиса. Поэтому на любой площадке можно столкнуться с большим разнообразием грунтов. И поэтому к выполнению инженерно-геологических изысканий нужно подходить очень серьезно. Ведь даже два стоящие рядом дома могут иметь совершенно различные основания.
Итак, в Беларуси ни в коем случае не следует проектировать фундамент здания, исходя из геологии участка, на котором стоит соседнее здание. На данной территории не может быть места никаким попыткам выстраивания аналогий и прочих экстраполяций.
Особенность же каркасной схемы заключается, помимо всего прочего, и в том, что на каждую из колонн может приходиться значительная (от 300 до 800 т) нагрузка, а с учетом требований новых СНБ по железобетону и устанавливаемых ими коэффициентов – и того больше. Поэтому колонны каркасов зданий следует проектировать с меньшим шагом.
А какие вообще могут быть в данном случае фундаменты?
В исключительных случаях, то есть при наличии хороших и однородных грунтовых условий, они могут быть точечными на естественном основании. При наличии неглубокого (в пределах 5-6 м) несущего слоя экономически оправданы свайные фундаменты.
Еще один вариант – плитный фундамент. Преимущество данного варианта состоит в том, что он обеспечивает относительную осевую несмещаемость колонн. Правда, в данном случае следует иметь в виду возможность крена фундамента (и, соответственно, здания).
Нужно сказать, что сейчас плитными называются и ленточные, и столбчатые фундаменты, и фундаменты в виде большой плиты.
Рассчитывать на хорошую работу плитного фундамента можно, будучи уверенным в несмещаемости во всех направлениях верхних слоев основания – с нарастанием глубины все имеющие место на поверхности напряжения постепенно угасают, рассеиваются.
Поэтому всегда, где и когда это возможно, проект должен предусматривать предварительное уплотнение грунтов площадки.
Особенно хорошо удается уплотнять пески – неважно, водонасыщенные или нет (только не пылеватые) – как трамбовками, так и виброуплотнением. Для того, чтобы верхний слой грунта сыграл свою положительную роль в деле исключения осадок, достаточно уплотнить первые 3-4 м. Для этого хорошо подходят трамбовки весом 3-5 т.
Если поверхность слагают глинистые (лессовидные, моренные, слабые) грунты, то такое основание также можно улучшить. Это делается путем устройства геомассива.
Речь идет о прошивании площадки множеством скважин, выполняемых путем разбуривания, раскатывания либо вытрамбовывания. Далее эти скважины заполняются щебнем. В результате образуются микросваи, которые и составляют геомассив. Модуль деформации такого искусственно организованного основания может составлять 20000 кг/см2 и более.
Далее проект должен предусматривать засыпку подошвы под плиту щебнем, что улучшает основание не только в прочностном, но и в технологическом отношении. Уменьшается уязвимость площадки по отношению к гусеницам работающих на ней самоходных механизмов, а значит, улучшаются условия работы этих механизмов.
Как правило, каркасные здания высотой от 10 до 20 этажей опираются на плиты толщиной от 40 до 80 см.
Для того чтобы избежать продавливания, под колоннами предусматриваются уширения стороной 1,55-2,20 м.
Расчет армирования фундаментных плит осуществляется по определенным программам (как правило, в две стадии).
Главный же расчет, необходимый при проектировании основания высотного каркасного здания и конструировании плитного фундамента, — это осадочный расчет.
Если раньше, выполняя инженерно-геологические изыскания, можно было ограничиться глубиной 15 м, то с увеличением высоты проектируемых зданий этот минимум возрос до 25 м.
И понятно, что увеличение этажности влечет за собой и расширение деформируемой зоны основания. С учетом сложности белорусской геологии в этом случае приходится ожидать любых нерегулярных включений биогенного или иного характера. Вариант же использования в данном случае составных свай не представляется рациональным по целому ряду соображений.
Очень скоро должно выйти пособие БелНИИС по проектированию плитных фундаментов. Документ содержит методы расчета осадок этих фундаментов. Всегда существовали проблемы осадок биогенных грунтов. Дело в том, что биогенный грунт, залегающий на большой (30 м и более) глубине, испытывая значительное давление, имеет определенную плотность. Будучи извлеченной с этой глубины на поверхность, проба грунта разуплотняется. Лабораторные приборы, с помощью которых можно было бы точно определять плотность грунта в данном случае, в настоящее время серийно не выпускаются. Практически невозможно и опустить на большую глубину штангу с прибором. (Впрочем, хорошие результаты дает зондирование.)
В настоящее время специалисты БелНИИС анализируют результаты, получаемые с использованием различных методов, и составляют номограммы для всех видов грунтов. Осадка рассчитывается в зависимости от ряда параметров (основания, фундамента) и, разумеется, от передаваемой на фундамент нагрузки.
И пособие, и номограммы позволят проектировщикам более уверенно чувствовать себя при проектировании высотных зданий каркасного типа на биогенных грунтах.
Подобные отложения образуются в межледниковые периоды (потепление способствует образованию болот), поэтому в настоящее время проектировщикам, работающим в условиях Беларуси, приходится иметь дело с целыми наборам таких отложений.
Концентрация армирования плитного фундамента составляет, как правило, 100-150 кг/м3. Используя же компоновку БелНИИС, удалось выйти на показатель 60-90 кг/м3.
В 2000 г. БелНИИС выпустил альбом плитных фундаментов для нагрузок, не превышающих 400 т. Сейчас готовится следующий альбом, который охватит диапазон нагрузок от 400 до 800 т.
В настоящее время, кроме Минска, дома на плитных фундаментах строятся в Гомеле, Мозыре, Солигорске. А также в ряде регионов России (Москва, Подмосковье, Псковская, Нижегородская, Смоленская, Ростовская области).
Проектный подход БелНИИС, подчеркнул В. Сеськов, является комплексным, то есть предусматривает как уплотнение основания перед устройством фундаментов, так и мероприятия по уплотнению, выполняемые в процессе устройства фундаментов (вытрамбовывание).
Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ
Вначале предлагается рассмотреть относительно узкий аспект – фундаменты каркасных зданий высотой более 10 этажей.
Как известно, исходной информацией для выбора фундаментов являются результаты инженерно-геологических изысканий. С другой стороны, любая площадка требует творческого подхода, рассмотрения всех особенностей ее геологического строения. А уже на основе анализа всех результатов изысканий можно говорить о том или ином виде фундаментов.
Характер же оснований объектов, возводимых в Беларуси, может быть самым разнообразным по той причине, что через ее территорию прошло три ледника. Поэтому здесь залегают породы и моренные, и лессовидные, и супесчано-суглинистые, и озерно-ледниковые, и ленточные глины, и пески различного генезиса. Поэтому на любой площадке можно столкнуться с большим разнообразием грунтов. И поэтому к выполнению инженерно-геологических изысканий нужно подходить очень серьезно. Ведь даже два стоящие рядом дома могут иметь совершенно различные основания.
Итак, в Беларуси ни в коем случае не следует проектировать фундамент здания, исходя из геологии участка, на котором стоит соседнее здание. На данной территории не может быть места никаким попыткам выстраивания аналогий и прочих экстраполяций.
Особенность же каркасной схемы заключается, помимо всего прочего, и в том, что на каждую из колонн может приходиться значительная (от 300 до 800 т) нагрузка, а с учетом требований новых СНБ по железобетону и устанавливаемых ими коэффициентов – и того больше. Поэтому колонны каркасов зданий следует проектировать с меньшим шагом.
А какие вообще могут быть в данном случае фундаменты?
В исключительных случаях, то есть при наличии хороших и однородных грунтовых условий, они могут быть точечными на естественном основании. При наличии неглубокого (в пределах 5-6 м) несущего слоя экономически оправданы свайные фундаменты.
Еще один вариант – плитный фундамент. Преимущество данного варианта состоит в том, что он обеспечивает относительную осевую несмещаемость колонн. Правда, в данном случае следует иметь в виду возможность крена фундамента (и, соответственно, здания).
Нужно сказать, что сейчас плитными называются и ленточные, и столбчатые фундаменты, и фундаменты в виде большой плиты.
Рассчитывать на хорошую работу плитного фундамента можно, будучи уверенным в несмещаемости во всех направлениях верхних слоев основания – с нарастанием глубины все имеющие место на поверхности напряжения постепенно угасают, рассеиваются.
Поэтому всегда, где и когда это возможно, проект должен предусматривать предварительное уплотнение грунтов площадки.
Особенно хорошо удается уплотнять пески – неважно, водонасыщенные или нет (только не пылеватые) – как трамбовками, так и виброуплотнением. Для того, чтобы верхний слой грунта сыграл свою положительную роль в деле исключения осадок, достаточно уплотнить первые 3-4 м. Для этого хорошо подходят трамбовки весом 3-5 т.
Если поверхность слагают глинистые (лессовидные, моренные, слабые) грунты, то такое основание также можно улучшить. Это делается путем устройства геомассива.
Речь идет о прошивании площадки множеством скважин, выполняемых путем разбуривания, раскатывания либо вытрамбовывания. Далее эти скважины заполняются щебнем. В результате образуются микросваи, которые и составляют геомассив. Модуль деформации такого искусственно организованного основания может составлять 20000 кг/см2 и более.
Далее проект должен предусматривать засыпку подошвы под плиту щебнем, что улучшает основание не только в прочностном, но и в технологическом отношении. Уменьшается уязвимость площадки по отношению к гусеницам работающих на ней самоходных механизмов, а значит, улучшаются условия работы этих механизмов.
Как правило, каркасные здания высотой от 10 до 20 этажей опираются на плиты толщиной от 40 до 80 см.
Для того чтобы избежать продавливания, под колоннами предусматриваются уширения стороной 1,55-2,20 м.
Расчет армирования фундаментных плит осуществляется по определенным программам (как правило, в две стадии).
Главный же расчет, необходимый при проектировании основания высотного каркасного здания и конструировании плитного фундамента, — это осадочный расчет.
Если раньше, выполняя инженерно-геологические изыскания, можно было ограничиться глубиной 15 м, то с увеличением высоты проектируемых зданий этот минимум возрос до 25 м.
И понятно, что увеличение этажности влечет за собой и расширение деформируемой зоны основания. С учетом сложности белорусской геологии в этом случае приходится ожидать любых нерегулярных включений биогенного или иного характера. Вариант же использования в данном случае составных свай не представляется рациональным по целому ряду соображений.
Очень скоро должно выйти пособие БелНИИС по проектированию плитных фундаментов. Документ содержит методы расчета осадок этих фундаментов. Всегда существовали проблемы осадок биогенных грунтов. Дело в том, что биогенный грунт, залегающий на большой (30 м и более) глубине, испытывая значительное давление, имеет определенную плотность. Будучи извлеченной с этой глубины на поверхность, проба грунта разуплотняется. Лабораторные приборы, с помощью которых можно было бы точно определять плотность грунта в данном случае, в настоящее время серийно не выпускаются. Практически невозможно и опустить на большую глубину штангу с прибором. (Впрочем, хорошие результаты дает зондирование.)
В настоящее время специалисты БелНИИС анализируют результаты, получаемые с использованием различных методов, и составляют номограммы для всех видов грунтов. Осадка рассчитывается в зависимости от ряда параметров (основания, фундамента) и, разумеется, от передаваемой на фундамент нагрузки.
И пособие, и номограммы позволят проектировщикам более уверенно чувствовать себя при проектировании высотных зданий каркасного типа на биогенных грунтах.
Подобные отложения образуются в межледниковые периоды (потепление способствует образованию болот), поэтому в настоящее время проектировщикам, работающим в условиях Беларуси, приходится иметь дело с целыми наборам таких отложений.
Концентрация армирования плитного фундамента составляет, как правило, 100-150 кг/м3. Используя же компоновку БелНИИС, удалось выйти на показатель 60-90 кг/м3.
В 2000 г. БелНИИС выпустил альбом плитных фундаментов для нагрузок, не превышающих 400 т. Сейчас готовится следующий альбом, который охватит диапазон нагрузок от 400 до 800 т.
В настоящее время, кроме Минска, дома на плитных фундаментах строятся в Гомеле, Мозыре, Солигорске. А также в ряде регионов России (Москва, Подмосковье, Псковская, Нижегородская, Смоленская, Ростовская области).
Проектный подход БелНИИС, подчеркнул В. Сеськов, является комплексным, то есть предусматривает как уплотнение основания перед устройством фундаментов, так и мероприятия по уплотнению, выполняемые в процессе устройства фундаментов (вытрамбовывание).
Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 32 за 2005 год в рубрике материалы и технологии
