ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ СТРОЯЩЕГОСЯ МНОГОЭТАЖНОГО ДОМА НА БЛИЗРАСПОЛОЖЕННЫЕ СУЩЕСТВУЮЩИЕ ПАНЕЛЬНЫЕ ЗДАНИЯ

Полный текст

В условиях плотной городской застройки строительство новых зданий ставит перед проектировщиками задачи по обеспечению безаварийной и безопасной работы отдельных конструкций и объектов в целом и использованию проектных решений с применением новых конструкций, в том числе конструкций фундаментов [1-7]. В течение 2010-2012 гг. сотрудниками кафедры инженерной геологии, оснований и фундаментов архитектурно-строительного института СамГТУ проводились работы, связанные с определением технического состояния конструкций строящегося многоэтажного бескаркасного дома-вставки и оценкой его влияния на примыкающие к нему торцами панельные существующие здания. Общий вид жилых зданий со стороны ул. Ворошилова в городе Тольятти показан на рис. 1. В процессе возведения кирпичного дома-вставки в 2006-2007 гг. произошло ухудшение технического состояния существующих панельных жилых домов, Рис. 1. Общий вид строящегося и существующих панельных жилых домов в Тольятти по ул. Ворошилова, д. 55 DOI: 1017673/Vestnik.2017.01.3 Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 1 18 СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ Рис. 2. Схема расположения жилых домов на исследуемом участке Рис. 3. Литологический разрез площадки застройки Здесь ИГЭ-1 - супесь просадочная, желтовато-коричневая, тяжёлая, твёрдая; мощность супеси изменяется от 4,2 до 5,8 м; ИГЭ-2 - песок желтовато-коричневый, мелкий, средней плотности, малой степени водонасыщения, глинистый; мощность песка колеблется от 2,3 до 4,3 м; ИГЭ-3 - суглинок коричневый, непросадочный, твёрдый и полутвёрдый, ожелезнённый, в верхней части слоя опесчаненный; вскрытая мощность изменяется от 5,5 до 6,2 м в пределах разведанной толщи 19 Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 1 А.П. Казанков, З.Ф. Васильчикова, П.В. Игнатьев непосредственно примыкающих к торцевым стенам строящегося объекта. По количеству возникших повреждений техническое состояние несущих конструкций первого подъезда существующего панельного девятиэтажного жилого дома по ул. Ворошилова, д. 55 оценивалось по ГОСТ 31937-2011 в начале наблюдений как ограниченно-работоспособное [8]. Достижение аварийного состояния ряда конструктивных элементов данного панельного дома произошло в 2010-2011 гг. Одним из способствующих этому факторов явилось увеличение нагрузки на существующие объекты, связанные с ростом этажности возводимого кирпичного дома, а это свидетельствует о том, что в проектной документации не были учтены мероприятия по обеспечению независимой работы существующих и строящегося сооружений (рис. 2). Примерно в тот же период было зафиксировано образование и дальнейшее развитие трещин в кирпичной кладке дома-вставки в основном на участках примыкания к существующим панельным домам в местах сквозного проезда. Геологическое строение участка застройки, согласно [9], на изученную глубину 15,0 м определяется преимущественным развитием отложений среднечетвертичного возраста; на поверхности повсеместно развиты современные техногенные образования (насыпные грунты). В геологическом строении исследуемого участка выделено три инженерно-геологических элемента (сверху-вниз), литологический разрез которого показан на рис. 3. Насыпной слой мощностью 0,7-1,3 м представлен асфальтом, бетоном, щебнем, песком серым, суглинком буровато-черным тугопластичным, черноземом; мощность насыпного слоя составляет от 0,7 до 1,3 м в пределах «пятна» застройки. По данным компрессионных испытаний супеси при замачивании проявляют просадочные свойства по всей мощности слоя (мощность просадочной Рис. 4. Конструкции нулевого цикла в местах примыкания дома-вставки и панельного жилого здания Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 1 20 СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ Рис. 5. Карта повреждений на фасаде панельного жилого дома (по данным 2010-2011 гг.) толщи изменяется от 4,2 до 5,8 м). Тип грунтовых условий по просадочности - I. Просадка слоя от собственного веса изменяется от 0,0 до 7,8 см. По сравнению с ранее выполненными изысканиями, которыми пользовались при проектировании конструкций нулевого цикла дома-вставки, и исследованиями авторов выявлены следующие отличия: - несущий слой, расположенный ниже уровня подошвы фундаментной плиты, должен классифицироваться как супесь, причем показатель Jp находится в пределах от 4 до 7 %; - начальное просадочное давление Psl по нашим результатам находится в диапазоне 20,4-176,0 кПа, что значительно меньше ранее определённого - 255-300 кПа на этапе проектирования объекта. Этот весьма важный показатель указывает на то, что конструкция нулевого цикла в виде фундаментной плиты исключается как вариант устройства, поскольку трудно обеспечить выполнение неравенства P2 < Psl в данных условиях застройки; - относительная просадочность верхнего слоя супеси колеблется от 0,017 до 0,098; - природная влажность грунта несущего слоя была наибольшей на участке стыка дома-вставки и панельного дома № 55 по ул. Ворошилова, т.е. в местах прохождения магистральных водонесущих сетей. Конструкции нулевого цикла в существующих панельных зданиях были выполнены в виде отдельностоящих фундаментов в вытрамбованных котлованах с уширением из втрамбованного щебня, объединённых монолитным ленточным ростверком. Под строящийся многоэтажный дом были разработаны два типа фундаментов: в виде сплошной монолитной фундаментной плиты толщиной 1200 мм под среднюю часть здания между сквозными проездами, а в местах примыкания к торцам панельных зданий были использованы изготовленные несколько лет назад буронабивные сваи с уширением по три штуки с каждой стороны дома-вставки длиной 12,0 м, диаметром ствола 1000 мм и несущей способностью 640 тс каждая. Общий вид узла сопряжения конструкций нулевого цикла двух соседних зданий - строящегося и существующего представлен на рис. 4. Наблюдения за динамикой развития трещин в панелях стен в период 2010-2011 гг. осуществлялись по установленным на трещины гипсовым маякам; одновременно выполнялись геодезические работы по оценке нарастания осадок оснований на участках примыкания соседних объектов. Схемы расположения повреждений (трещин) фасада на примере первой секции при обследованиях, выполненных в 2010-2012 гг., приведены на рис. 5. Анализ результатов наблюдения показал, что происходило дальнейшее постепенное ухудшение технического состояния панельного здания, многие трещины в наружных стеновых панелях имели сквозной характер. 21 Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 1 А.П. Казанков, З.Ф. Васильчикова, П.В. Игнатьев При возведении нового здания имело место увеличение нагрузки на грунт в пространстве между существующими панельными домами. Грунт испытывает кроме нормальных и горизонтальных (распорных) также касательные (сдвигающие) напряжения. Расчёт взаимного влияния соседних зданий - строящегося и существующих выполнялся в несколько этапов: вначале была приложена нагрузка оснований только от двух соседних 9-этажных панельных домов; далее произведён учёт работы свай при новом строительстве, расположенных по торцам вблизи эксплуатируемых объектов - буронабивных свай с уширением и устроенных между ними буронабивных свай длиной 8,0 м диаметром 600 мм; на заключительном этапе прикладывалась нагрузка на грунты основания от двухсекционного дома-вставки и от свай. Данный порядок передачи нагрузки от существующих и возводимого объектов в целом повторяет этапы загружения изучаемой площадки с течением времени. На первом этапе средняя расчётная величина осадки панельных зданий составила 7,5 см, напряжения под подошвой существующих фундаментов в уплотнённом слое находятся в диапазоне 210-340 кПа. Таким образом, осадки домов не превышают предельных значений, а их общая устойчивость обеспечивается относительно равномерным распределением деформаций грунтов по «пятну» застройки. Результаты расчёта второго этапа практически совпадают с первым. Из данных третьего этапа следует, что с загружением буронабивных свай и возникновением нагрузки от дома-вставки картина осадок панельных зданий резко меняется. На этом этапе просматриваются явления неравномерности деформаций оснований на участке стыка существующих и вновь строящегося объекта, т.е. имеет место негативное влияние строящейся кирпичной вставки на эксплуатируемом объекте. Математическое моделирование деформативности грунтового основания осуществлялось с помощью расчётного комплекса «PLAXIS». В основу разработанной схемы решения поставленной задачи были заложены следующие положения: грунтовой массив на территории застройки находится в условиях плоской деформации; предельное состояние дисперсных грунтов описывается теорией Кулона-Мора, т.е. Е = σ·tgϕ + с и tgψ = tgφ + (с/σ) . (1) Основными параметрами принятой модели являются: Е - модуль Юнга, кН/м2; ν - коэффициент Пуассона; ϕ - угол внутреннего трения, град; с - удельное сцепление, кН/м2; ψ - угол дилатансии, град. Результаты вычислений напряжений в массиве грунта на исследуемом участке в условиях плоской задачи представлены на рис. 6. По данным последнего этапа после построения эпюр сжимающих и сдвиговых напряжений можно видеть, что с загрузкой всех буронабивных свай и появлением напряжений в грунте от кирпичного дома-вставки изменялась картина осадок панельных зданий. Если до строительства дома-вставки величина осадок панельных зданий была достаточно равномерной под «пятном» застройки, то после появления нагрузки от строящегося дома-вставки просматривается явная неравномерность развития осадок от панельных зданий, причём их наибольшие величины деформаций находятся в непосредственной близости к буронабивным сваям дома-вставки. Из результатов расчёта оснований и фундаментов строящегося и существующих зданий и построенной картины напряжений в грунте следует, что строительство многоэтажной вставки привело к проявлению неравномерности развития деформаций оснований панельных зданий, особенно на соприкасающихся участках с новым строительством. Буронабивные сваи, устроенные по торцам строящегося объекта, никоим образом не могли предотвратить влияние возводимого дома на соседние панельные дома, тем более что длина буронабивных свай составила 8,0 м, тогда как активная зона грунтов оснований дома-вставки составляла от уровня подошвы монолитной фундаментной плиты более 17,0 м. Сваи следовало заглубить на 3-4 м от нижней точки пересечения изобар (линии равных сжимающих напряжений) соседних фундаментов. Следует отметить следующее: когда высота возводимого многоэтажного дома-вставки превысила высоту соседнего соприкасающегося с ним 9-этажного панельного здания по улице Ворошилова, д. 55, было выявлено, что практически отсутствует деформационный шов между соседними объектами в уровне 7-9-го этажей существующего дома, т.е. наружные стены дома-вставки и панельного здания вошли в непосредственный контакт. В связи с данным обстоятельством наружная торцевая панельная стена значительно изменила своё напряжённодеформируемое состояние - верхняя часть за счёт возникших сил трения с наружной кирпичной стеной дома-вставки оказалась как бы зафиксированной, а остальная - с 6-го этажа и ниже часть торцевой стены продолжала оседать. В результате на наружной торцевой стороне панельного дома возникли продольные горизонтальные трещины, а при проведении вскрышных работ в тех же панелях с внутренней стороны обнаружились разрывы вертикальной рабочей арматуры, хотя в целом панельное здание работает на восприятие сжимающих нагрузок. Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 1 22 СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ а б Рис. 6. Линии равных напряжений: а - изобары, б - распоры 23 Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 1 А.П. Казанков, З.Ф. Васильчикова, П.В. Игнатьев Рис. 7. Схема расположения шпунтового ограждения Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 1 24 СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ Замеры крена наружной стены 9-этажного здания, выполненные с помощью теодолита с накладным уровнем методом вертикального проецирования в соответствии с ГОСТ 24846-2012, выявили, что наибольшие отклонения торцевой стены от вертикали достигали 18 мм, что существенно превышает допустимые h./500 = 2,65/500 = 5,3 мм. Поверочные расчёты по оценке фактической несущей способности наружной железобетонной панели толщиной 35 см показали, что, в случае выхода из работы вертикальной рабочей арматуры, её несущей способности по изгибающему моменту оказывается недостаточно, техническое состояние наружных стеновых панелей оценивается как предаварийное согласно ГОСТ 31937-2011, а повреждённые конструкции на обследуемых участках требуют усиления. Поэтому жильцы первой секции панельного здания по ул. Ворошилова, д. 55 в конце 2011 г. были отселены. Для обеспечения надёжной и независимой работы строящегося дома-вставки и существующих панельных зданий, основываясь на опыте использования ограждающих конструкций [10-16], была разработана конструкция в виде шпунтовой стенки из буроинъекционных свай диаметром 250 мм (рис. 7). Шпунтовая стена располагается по торцам монолитной фундаментной плиты в один-два ряда (сплошной и прерывистой) в непосредственной близости от буронабивных свай дома-вставки и воспринимает все сдвиговые усилия, исходящие от фундаментной плиты дома-вставки. Выполненные работы по указанной выше схеме способствовали предотвращению дальнейшего нарастания осадок оснований панельного дома и обеспечили независимую работу соседних объектов.

Об авторах

Александр Петрович КАЗАНКОВ

Самарский государственный технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: vestniksgasu@yandex.ru

Зинаида Федоровна ВАСИЛЬЧИКОВА

Самарский государственный технический университет

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Павел Валерьевич ИГНАТЬЕВ

ООО ПКФ «Простор»

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Список литературы

Дополнительные файлы