Текст
С. Н. Сотников
В. Г. Симагин
В. П. Вершинин
Техническая библиотека
www.serii.ru
Инв. №________
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
И ВОЗВЕДЕНИЕ
ФУНДАМЕНТОВ
ВБЛИЗИ СУЩЕСТВУЮЩИХ
СООРУЖЕНИЙ
ОПЫТ СТРОИТЕЛЬСТВА В УСЛОВИЯХ СЕВЕРО-
ЗАПАДА СССР
Под редакцией канд. техн, наук С. Н. Сотникова
Москва Стройиздаг 1986
ББК 38.654.1
С 67
УДК 624.15
Печатается по решению секции литературы по инженерному оборудованию ре
дакционного совета Стройиздата.
Рецензент — д-р техн, наук, проф. М. Ю. Абелев.
Сотников С. Н. и др.
С 67 Проектирование и возведение фундаментов
вблизи существующих сооружений: (Опыт стро-
ительства в условиях Северо-Запада СССР) /
С. Н. Сотников, В. Г. Симагин, В. П. Вершинин;
Под ред. С. Н. Сотникова. — М.: Стройиздат,
1986. — 96 с.: ил.
Рассмотрен комплекс вопросов, возникающих при строительстве
на застроенных городских и промышленных территориях. Описаны
повреждения существующих зданий, вызванные деформациями осно-
ваний от силовых и технологических воздействий со стороны возво-
димых зданий и сооружений. Изложены особенности изысканий, а
также методы предотвращения повреждений зданий при проектирова-
нии фундаментов и производстве строительных работ.
Для инженерно-технических работников проектных и строитель-
ных организаций.
3202000000—609
С -------------- 98—86
047(01)—86
ББК 38.654.1
Производственное издание
СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧ СОТНИКОВ,
ВАЛЕНТИН ГРИГОРЬЕВИЧ СИМАГИН,
ВЛАДИМИР ПЕТРОВИЧ ВЕРШИНИН
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ВОЗВЕДЕНИЕ ФУНДАМЕНТОВ
ВБЛИЗИ СУЩЕСТВУЮЩИХ СООРУЖЕНИЙ
Опыт строительства в условиях Северо-Запада СССР
Редакция литературы по инженерному оборудованию
Зав. редакцией И. В. Соболева
Редактор Г. А. Лебедева
Мл. редактор Н. И. Романова
Технические редакторы М. В. Павлова, О. С. Александрова
Корректор Н. А. Беляева
И Б № 3973
Сдано в набор 15.04.86. Подписано в печать 19.08.86.
Формат бОХЭСР/ю Бумага тип. № 2. Гарнитура «Литературная»
Усл. nes л. 6,0 Усл. кр.-отт. 6,25 Уч.-изд. л. 6,77 Тираж 1/6500 экз.
Заказ № 240 Цена 35 коп.
Т-15768.
Печать высокая.
Изд. № AVI-1315.
Стройиздат, 101442, Москва, Каляевская, 23а
Подольский филиал ПО «Периодика» Союзполиграфпрома при Государственном комитете
СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли
142110, г. Подольск, ул. Кирова, д. 25
(g) Стройиздат, 1986
ПРЕДИСЛОВИЕ
В Основных направлениях экономического и социального развития СССР на
1986—1990 годы и на период до 2000 года особое внимание уделяется дальней-
шему развитию и совершенствованию жилищно-гражданского строительства, а
также реконструкции действующих промышленных предприятий. На пути реа-
лизации этих планов необходимо вести большую работу по повышению эффек-
тивности и качества строительства вообще и фундаментостроения в частности.
Особую актуальность приобретает проблема устройства фундаментов новых
(или реконструируемых) объектов в непосредственной близости к существующим
зданиям и сооружениям (в условиях плотной промышленной и городской за
стройки), поскольку при этом не только возникают значительные технологические
трудности, но и появляется опасность повреждений вблизирасположенных стро-
ений.
В недавнем прошлом устройство фундаментов вблизи зданий и сооружений
относилось к исключительной ситуации, характерной, главным образом, для ело-
жившихся районов старых городов. В настоящее время планировка застройки
вновь осваиваемых территорий претерпела значительные изменения: возросла ее
плотность, вместо отдельно стоящих зданий (свободная планировка кварталов)
стали применять сплошные комплексы протяженных зданий разной этажности,
возводимых разновременно, появились различные заглубленные и подземные со-
оружения (гаражи, склады, станции кондиционирования воздуха, установки му-
сороудаления, переходы и др.), которые нередко возводятся после завершения
строительства зданий.
Реконструкция промышленных предприятий включает в себя уплотнение за-
стройки промышленной зоны, установку нового крупногабаритного технологиче-
ского оборудования, для которого зачастую требуется устройство массивных
фундаментов глубокого заложения, замену коммуникаций и т. п.
Таким образом, основная проблема при строительстве новых зданий заклю-
чается в обеспечении нормальной эксплуатации существующих зданий (сооруже-
ний), непрерывной работы промышленного предприятия, сохранении комфорт-
ных условий для проживания, труда, лечения и учебы людей. Решение данной
задачи особенно затруднено в районах распространения слабых грунтов, посколь-
ку эти грунты сравнительно легко подвержены технолш пческому разрушению и
получают большие и долго незатухающие осадки.
В 1981 — 1984 гг. в Москве, Ленинграде, Уфе были проведены научно-техни-
ческие совещания и семинары, посвященные данной теме, на которых отмечалось,
что в нормах проектирования и производства работ вопросы устройства основа-
ний п фундаментов вблизи зданий и сооружений еще не нашли достаточно пол-
ного освещения, а имеющийся опыт строительства в технической литературе не
обобщен. По этим причинам во многих проектах фундаментов применены недо-
статочно эффективные конструктивные и технологические решения, а здания и
сооружения, вблизи которых по таким проектам выполнялось строительство, по-
лучили опасные повреждения. Настало время, когда проблема устройства фун-
даментов вблизи существующих сооружений должна получить развитие как са-
мостоятельное направление фундаментостроения по линии совершенствования
методов инженерно-геологических изысканий, расчета и конструирования фунда-
ментов, техники и технологии производства работ.
В 1977 г. Отраслевой научно-исследовательской лабораторией фундаменто-
строения Ленинградского инженерно-строительного института (научный руководи-
тель д-р техн, наук проф. Далматов) была разработана «Временная инструкция по
устройству фундаментов около существующих зданий» (ВСН 401-01-1-77), предна-
значенная для использования в строительных и проектных организациях, подчи-
ненных исполкому Ленсовета. Указанный документ отражает результаты много-
летних исследований ЛИСИ в данной области, содержит рекомендации по расчету
оснований и конструкциям фундаментов, по комплексу мер, применение которых
направлено на обеспечение сохранности существующих зданий. Только институт
Ленниипроект по рекомендациям ВСН 401-01-Г-77 разработал до 200 проектов
зданий, реализованных в центре города и районах массового жилищного строи-
1* Зак. 240
3
тельства в период 1977—1984 гг. Натурные наблюдения, проведенные ЛИСИ на
площадках строительства, показали, что применение этих рекомендаций в проектах
и в ходе производства строительных работ позволяет успешно решить рассматри-
ваемую задачу при минимальных затратах и использовании имеющейся в наличии
строительной техники. Аналогичные исследования в последние годы выполнены в
Киеве, Харькове, Москве и Уфе.
Настоящая книга впервые обобщает многолетний опыт и результаты иссле-
дований и разработок ряда организаций; ЛИСИ, Ленниипроект, Ленжилпроект,
ГПИ Фундаментпроект, ВНИИГС (Минмонтажспецстроя СССР), Харьковский
Промстройниипроект, НИИпромстрой (г. Уфа), Архитектурно-планировочное
управление (г. Киев) и др. В книге рассмотрены причины, приводящие к развитию
повреждений и аварий сооружений, вблизи которых возводят новые фундаменты
и даны практические рекомендации по особенностям изысканий, проектирования,
организации строительства и производства работ. Авторы на основе собствен-
ных обобщений сделали попытку раскрыть стоящие перед промышленным и жи-
лищно-гражданским строительством задачи, которые должны быть реализованы
в условиях плотной городской и промышленной застройки.
Главы 1, 2, 5 написаны канд. техн, наук В. Г. Симагиным: главы 3, 4, 6, 7 —
канд. техн, наук С. Н. Сотниковым; глава 8 — С. Н. Сотниковым, В. Н. Верши-
ниным, В. Г. Симагиным; глава 9 — С. Н. Сотниковым, В. П. Вершининым; пре-
дисловие и заключение — С. Н. Сотниковым и В. Г. Симагиным.
Авторы с признательностью приняли ценные советы и замечания рецензента
рукописи д-ра техн, наук проф. М. Ю. Абелева.
ГЛАВА 1. ДЕФОРМАЦИИ ЗДАНИЙ ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ ВБЛИЗИ
НИХ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
1. Природа деформаций зданий и их оснований
Изучение причин аварий и повреждений сооружений позволяет выявить за-
кономерности совместной работы их конструкций и оснований. Знать эти при-
чины должны и изыскатели, и проектировщики, и строители, для того чтобы
созданные ими объекты не подвергались в дальнейшем опасным деформациям.
Аварии и деформации зданий и сооружений происходят не столько из-за ошибок
в инженерных расчетах наземных конструкций, сколько из-за просчетов, допу-
скаемых при проектировании и возведении оснований и фундаментов [1]. Еще в
1570 г. выдающийся итальянский архитектор и строитель Палладио в трактате
«Четыре книги об архитектуре» писал, что «из ошибок, происходящих на по-
стройке, наиболее пагубны те, которые касаются фундамента, так как они вле-
кут за собой гибель всего здания и исправляются с величайшим трудом».
Конструкции фундаментов в значительной степени определяются свойства-
ми грунтов основания, поэтому необходимо рассматривать основание, фундамент
и наземную конструкцию как единую систему, требующую совместного расчета.
При строительстве и эксплуатации сооружения изменяется естес! венное течение
процессов, происходящих в грунтах основания, особенно в слое, залегающем не-
посредственно под подошвой фундамента (несущий слой), т. е. в наиболее на-
пряженной зоне.
Опыт показывает, что повреждения конструкций! или авария здания редко
происходят по какой-либо одной причине. Обычно это результат взаимодействия
многих факторов, один из которых может играть решающую роль. Установление
главной причины деформации здания является довольно сложной задачей, раз-
решение которой требует от специалиста всестороннего учета работы конструк-
ций здания и его основания, а также тщательного изучения обстоятельств, выз-
вавших развитие деформаций.
4
Рис. 1.1. Диаграмма аварий и деформа^
ций строительных конструкций зданий (по
данным А. В. Коротеева и А. П. Нова-*
ка; 1974)
1 — строящихся; 2 — построенных, но не
сданных в эксплуатацию; 3 — эксплуати-
руемых не более 1 года; 4 — то же, до
15 лет; 5 — то же, более 15 лет; 6 — то
же, после капитального ремонта
а) 8)
Рьс. 1.2. Генеральные планы застройки кварталов в районах массового строительства?
а — 60-х годов; б — намеченной на 80-е годы (заштрихованы подземные сооружения)
Рис. 1.3. Деформации в виде трещин в
существующих зданиях (/) при возведений*
вблизи них новых зданий (2)
Из рис. 1.1 видно, что почти 50% всех аварий происходит на объектах, нахо*
дящихся в стадии строительства, 20% —на готовых, но не сданных в эксплуата^
цию объектах, и 9% — на объектах, эксплуатируемых не более 1 года, т. е<
около 80% деформаций происходит практически до периода эксплуатации (за-*
штрихованная часть рисунка). Поскольку большинство аварий зданий и соору*
жений связано с фундаментами и основаниями, можно сделать следующие вы-
воды: 1) наиболее опасным является период загружения основания (строитель-
ство, монтаж оборудования, приложение полезной нагрузки); 2) со временем
по мере стабилизации основания вероятность возникновения аварии уменьша-
ется. Эти положения справедливы для отдельно стоящих зданий и сооружений,
5
В первые десятилетия после войны расширение городов и промышленных
Предприятий в нашей стране происходило преимущественно за счет строительства
новых кварталов и целых районов (рис. 1.2,а). Однако позднее возникла необ-
ходимость в возведении зданий различного типа и назначения в районах старой
застройки, что требует обеспечения правильного примыкания новых фундамен-
тов к существующим. В городах все шире осуществляется строительство длин-
ных протяженных зданий, заглубленных или подземных сооружений вблизи су-
ществующих зданий (переходов, гаражей-стоянок, складских помещений, кана-
лов для инженерных сетей и т. д.) (рис. 1.2,6). Строительство подземных соору-
жений большей частью выполняется открытым способом. Примыкание части
здания последующей очереди к ранее построенной также должно рассматри-
ваться как возведение нового здания вблизи существующего [6].
Как показывает опыт, устройство новых фундаментов очень часто приводит
к появлению в кладке стен ранее построенных зданий трещин, перекосов прое-
мов и лестничных маршей, к сдвигу плит перекрытий и т. п. Так, например, при
обследовании сотрудниками Ленинградского инженерно-строительного институ-
та в одном из районов Ленинграда 128 домов (вблизи которых были построены
новые здания) оказалось, что 80% из них имеют повреждения различной степени
вплоть до аварийных. Неповрежденными оказались в основном те дома, кото-
рые были выше новых, а чем выше были новые дома против существующих, тем
значительнее оказались повреждения последних (рис. 1.3). Все существующие
здания, вблизи которых возводились новые, более высокие (на 4 и больше эта-
жей) сооружения, имели повреждения различной степени, но примерно одного
характера. Аналогичное положение отмечалось и в ряде других городов страны.
Повреждения конструкций были связаны, главным образом, с силовым воздейст-
вием новых зданий на основания существующих.
Различные здания и сооружения неодинаково реагируют на возведение
вблизи них новых. Главными причинам этого являются [1, 6, 15,23, 35, 36]:
чувствительность конструкции зданий (сооружений) к неравномерным осад-
кам (определяется конструктивной схемой и техническим состоянием несущих
конструкций — зависит от возраста, физического износа);
инженерно-геологические и гидрогеологические условия (определяются де-
формируемостью основания);
технология производства земляных работ.
Практика строительства показывает, что если не учтен хотя бы один из ука-
занных трех основных факторов, то это отрицательно сказывается на состоянии
существующих зданий и может привести к нарушению режима работы разме-
щенного в них оборудования, инженерных сетей на участках вводов и др.
Перечисленные отрицательные причины обусловлены следующим:
технологическими воздействиями на основания и конструкции существу-
ющих зданий и сооружений во время производства, строительных работ (нару-
шение структуры грунта при разработке котлована, нарушение устойчивости не-
сущих слоев основания и откосов котлована, суффозионный вынос частиц грун-
та, промораживание грунта несущего слоя и др.);
изменением напряженного состояния существующих зданий и сооружений
под действием нагрузки от нового объекта (деформирование нового здания
вследствие размещения его на неравномерно уплотненном основании, оседание
поверхности земли вокруг новых зданий, неравномерная их осадка, изменение
проектных уклонов коммуникаций, отмосток, дорог и др.).
6
Поэтому проекты возведения новых зданий, не предусматривающие эффек*
тивных мер, направленных на предотвращение деформаций конструкций ранее
возведенных зданий, не могут быть реализованы на практике и должны расцени*
ваться как недоработанные.
Как показывает анализ [1, 35], причинами большинства возникающих пов*
реждений являются ошибки, допущенные при инженерно-геологическом обосно*
вании проектов. В результате этих ошибок снижается уровень проектов, качест*
во строительства, надежность эксплуатации зданий и сооружений.
Сложные грунтовые, гидрогеологические и климатические условия севере*
западного региона страны, особенно Карелии и территории Ленинграда с его
пригородными районами, накладывают своеобразный отпечаток на способы ве-
дения строительства при примыкании новых зданий к ранее построенным и тре-
буют от изыскателей, проектировщиков и строителей особого внимания при со-
ставлении проектов и выполнении строительных работ.
2. Деформации зданий при разработке вблизи
них строительных котлованов и траншей
При строительстве сооружений свойства грунтов, являющихся их основанием
или средой, как правило, изменяются. Свойства грунта могут ухудшаться в пе-
риоды строительства и эксплуатации сооружения в соответствии с изменением
условий, поэтому надо уметь предвидеть отрицательные последствия различных
воздействий и возможность изменения свойств грунтов, особенно при возведе-
нии фундаментов вблизи ранее построенных зданий.
Так, например, согласно нормативным документам, характеристики механи-
ческих свойств грунтов, необходимые для проектирования оснований (Е, с и ф),
определяют, как правило, для состояния грунта в природном залегании. Поэто-
му при проектировании оснований, сложенных неполностью водонасыщенными
глинистыми грунтами и пылеватыми песками, следует учитывать возможность
снижения их прочностных и деформационных характеристик вследствие раз-
уплотнения и повышения влажности грунтов в процессе строительства. Необхо-
димо считаться также и с быстрым увеличением нагрузки на основание, сложен-
ное слабыми глинистыми грунтами, находящимися в состоянии неполной консо-
лидации и обладающими поэтому пониженным сопротивлением сдвигу.
В настоящее время при возведении наземной части большинства зданий и со^
оружений применяются высокомеханизированные процессы. Устройство подзем-
ной части зданий, и в первую очередь фундаментов, связано с выполнением ря-
да трудоемких и дорогостоящих работ, таких как крепление стен котлованов и
траншей, обратная засыпка пазух фундаментов, водоотлив или глубинное водо-
понижение, нанесение защитных покрытий и т. д. Кроме того, работы по возве-
дению подземной части имеют свою специфику — их приходится совмещать во
времени с работами по устройству инженерных коммуникаций; эффективность
при этом во многом зависит от атмосферных и гидрогеологических условий. Сле-
довательно, всегда могут возникнуть условия для нарушения естественной струк-
туры грунтов при производстве работ. Большинство из приведенных факторов
действует однозначно — ухудшаются свойства грунтов.
Рассмотрим кратко влияние основных указанных факторов. Большой про-
изводственный опыт, накопленный при устройстве фундаментов в различных
грунтовых условиях, свидетельствует о существенном влиянии методов произ-
7
Рис. 1.4. Вертикальные напряжения в основании сооружений*
А —до разработки соседнего котлована; б — после его разработки; / — зоны пластических
деформаций грунта, 2 — зоны возможного выпора грунта; 3 — подъем дна котлована; 4 —
котлован, выкопанный возле фундамента
Рис. 1.5. Расположение существующих (/)
и проектируемых (2) фундаментов, при
котором исключается выдавливание грунта
а — примыкание фундаментов вплотную,
б — примыкание фундаментов при незначи-
тельном удалении
водства работ, определяемых конструкцией сооружения, на стоимость и в зна-
чительной степени на устойчивость (несущую способность) фундаментов и на
деформируемость грунтов основания, а следовательно, и всего здания.
При разработке котлована вблизи существующих фундаментов снижаются
вертикальные и горизонтальные напряжения в массиве грунта ниже дна котло-
вана и рядом с ним (рис. 1.4), что уменьшает несущую способность основания
вследствие полного или частичного исключения боковой пригрузки [6]. При глу-
бине котлована, большей глубины заложения существующих фундаментов, могут
возникнуть дополнительные отрицательные явления: развитие бокового активно-
го давления грунта на стену существующего фундамента (у бесподвальных зда-
ний), образование нисходящего откоса, устойчивость которого ограничена, дейст-
вие гидродинамических сил, обусловленных понижением уровня подземных вод в
массиве грунта, и др.
Такие явления нередко приводят к неравномерному подъему дна котлована
'(см. рис. 1.4). Изменение исходного напряженного состояния массива может при-
вести к потере устойчивости прифундаментного слоя грунта, если не под всем
фундаментом, то, по крайней мере, под его частью, примыкающей к разрабаты-
ваемому котловану. В результате могут развиваться пластические деформации
грунта с выдавливанием его из-под подошвы фундамента в сторону котлована,
8
что особенно опасно. Интенсивность развития этих деформаций в значительной
степени зависит от взаимного расположения подошвы ранее возведенного фун-
дамента и разрабатываемого котлована.
Если среднее давление под подошвой существующего фундамента (в случае
непосредственного примыкания) R (где R— расчетное сопротивление грунте
основания), то при расположении дна котлована выше на 0,5 м и более подошвы
существующего фундамента (рис. 1.5), как правило, выдавливания грунта из-
под подошвы фундамента не происходит. Однако необходимо учитывать, что
фундамент пристраиваемого здания может оказаться на недостаточно уплот-
ненной обратной засыпке ранее возведенного фундамента и поэтому получи?
осадку большую, чем остальные фундаменты.
3. Деформации зданий при строительном водопонижении
Для северо-западных районов европейской части СССР, в частности дл
Карелии щ Ленинградской области, характерно высокое положение уровня по/,
земных вод. В весеннее и осеннее время обычно образуется верховодка, поэтом,
при производстве земляных работ и возведении фундаментов почти всегда при-
ходится удалять воду из котлована или понижать ее уровень с помощью под-
земных водозаборов.
Бутовые фундаменты существующих зданий часто имеют крупные полости,
поэтому в пылеватых песках п супесях они работают в качестве дрен, через ко-
торые проходит вода, как только начинается разработка вблизи них котлова-
на [6].
Длительно продолжающаяся фильтрация воды через основание фундамента
может сильно ослабить грунт, что особенно опасно при открытом водоотливе.,
Кроме того, при длительной фильтрации воды возможна и механическая суффо-
зия грунта — вынос фильтрационным потоком мелких частиц из грунтового мас-
сива (рис. 1.6).
Механическая суффозия характерна для рыхлых песчаных грунтов с неодно-
родным гранулометрическим составом. Если песок однороден, то суффозионный
вынос не развивается, но чем больше неоднородность грунта, тем больше опас
ность возникновения суффозии. Механическая суффозия наблюдается также i
в связных грунтах. Интенсивность развития суффозии зависит от градиент
фильтрационного потока г, т. е. от понижения уровня подземных вод, которс
становится опасным, если градиент напора i>0,6.
Вынос мелких частиц грунта приводит к увеличению скорости фильтрации
воды, при этом начавшийся процесс суффозии возрастает лавинно, развивается
гидродинамическое давление воды на частицы грунта, в результате чего напря-
жения от собственного веса грунта существенно уменьшаются. Наиболее значи-
тельное, а следовательно, и наиболее опасное снижение этого напряжения про-
исходит вблизи шпунта (см. рис. 1.6), вследствие чет о существенно уменьшается
устойчивость шпунта и основания фундамента, ведущая к его проседанию.
К значительным деформациям существующих зданий может привести даже
кратковременное понижение уровня подземных вод, вызванное необходимостью
проведения работ насухо. В этом случае нет взвешивающего влияния подземной
воды (в песках мелких и пылеватых, в супесях). Удельный вес грунта в этом
случае может повыситься примерно вдвое, и основание существующего здания
подвергнется дополнительному уплотнению, сопровождающемуся неравномерной
9
Рис. 1.7. Деформация здания вследствие
понижения уровня подземных вод игло-
фильтровой установкой-
7-^здание; 2 — шпунт; 3 — иглофильтр;
4 — уровень подземных вод до водопони-
жения; 5 — то же, после водопонижения
Рис. 1.6. Суффозионное разрушение грунта
под существующими фундаментами при
открытом водоотливе
а — без ограждающего шпунта; б — при
шпунте, не забитом до водоупора или не-
достаточно заглубленном ниже дна котло-
вана; / — существующий фундамент; 2 —
котлован возводимого здания; 3 — области
возможного образования пустот; 4 — гри-
фоны; 5 — насос; 6 — шпунт; h — глубина
погружения шпунта ниже отметки дна
котлована
Рис. 1.8. Деформация жилого дома, выз-
ванная открытым водоотливом из смежной
с ним траншеи
/ — жилой дом; 2 — траншея; 3 — уровень
подземных вод до откачки; 4 — то же,
после откачки
осадкой здания (рис. 1.7). Поскольку депрессионная поверхность подземных вод
быстро выполаживается по мере удаления от колодца (иглофильтра), то участ-
ки основания, охваченные процессом самоуплотнения грунта, по глубине будут
различны, даже в пределах ограниченной площади, занятой зданием, и поэтому
здание нередко получает крен в сторону иглофильтров (рис. 1.7). Подобные яв-
ления могут наблюдаться и при водоотливе из котлованов и траншей, находя-
щихся на значительном расстоянии (рис. 1.8) от зданий.
Строительное глубинное водопонижение должно производиться в сжатые
сроки. При этом обязателен контроль мутности откачиваемой воды. Появление
замутненных вод — признак развития механической суффозии. В такой ситуации
требуется принимать срочные меры: уточнять состав обсыпки фильтров, прекра-
щать откачку и применять другие способы проходки строительных котлованов,
например, использование фильтрационных завес в виде замкнутого шпунтового
ограждения, конструкций типа «стена в грунте» и др.
Мерой защиты оснований от суффозии является снижение градиентов напо-
ра и сокращение продолжительности откачки, для чего следует уменьшить глу-
бину разрабатываемого котлована. Если же изменение глубины котлована не-
возможно, необходимо применить шпунт, погруженный в подстилающий водо-
упор и образующий (в плане) замкнутый контур. Можно ограничиться и отно-
сительно коротким шпунтом, используя его для снижения градиента напора за
Счет увеличения пути фильтрационных потоков, направленных к строительному
J0
котловану. Длина шпунта в этом случае должна быть такой, чтобы градиент
снизился до величины i<0,6.
Развитие плывунных явлений, т. е. разжижение песка восходящими потока-
ми воды, недопустимо. При разжижении песок будет поступать в котлован С
участков, его окружающих, и в том числе из-под фундаментов, расположенных
возле котлована зданий, что приведет к их деформации и даже к авариям.
Очень существенно то, что это явление может сказаться на значительном удале-
нии, составляющем иногда десятки метров.
4. Деформации зданий при загружении соседних с ними участков
Известно, что строительство нового здания вблизи уже существующего вы-
зывает дополнительное уплотнение основания, в результате чего увеличиваются
напряжения в грунте (рис. 1.9). Дополнительная осадка зависит от деформиру-
емости грунтов, величины сжимаемой толщи, времени приложения нагрузки И
других факторов. Односторонняя пригрузка основания может вызвать неблаго-
приятные последствия: наклон, неравномерную осадку, искривление и перекос
конструкций зданий и т. д.
Характер деформаций (осадок и кренов) при взаимном влиянии фундамен-
тов зависит от условий загружения этих фундаментов, т. е. от времени прило-
жения нагрузок. Так, если загрузка оснований двух фундаментов происходит
одновременно, то здания или сооружения получают наклон в направлении друг
к другу (рис. 1.10,а). Когда фундаменты возводятся и нагружаются последова-
тельно, то здания, возведенные во вторую очередь (при прочих равных услови-
ях), получают осадку меньшую, чем возводимые одновременно. Крен зданий и
первой и второй очереди оказывается направленным в одну сторону (рис. 1.10,б),
Это обстоятельство необходимо учитывать при проектировании. При размещений
складов материалов (рис. 1.11,а) или выполнении искусственной подсыпки тер-
ритории (рис. 1.11,6) возникают аналогичные явления.
Учитывая это, при проектировании фундаментов вблизи уже существующих
зданий необходимо расчетным путем определить ожидаемые осадки не только
здания, которое предполагается возводить, но и зданий, находящихся в проделал
воронки оседания. Так, поверхность грунта непосредственно у края подошвь
фундамента дает осадку, приблизительно равную осадке самого фундаменте
(рис. 1.12), а с удалением от края подошвы она интенсивно уменьшается. Ши
рина воронки оседания L вблизи здания приблизительно равна суммарной тол-
щине сжимаемых слоев Нс. На искривление поверхности грунта существенное
влияние оказывают жесткость наземной конструкции и фундамента, сжимаемость
основания и ряд других факторов.
Образование воронки оседания поверхности грунта вблизи возводимых от-
носительно тяжелых зданий приводит к деформации любых существующих со-
оружений и коммуникаций, находящихся в пределах указанной воронки, поэто-
му выпуски и вводы коммуникаций существующих зданий, расположенные вбли-
зи новоге здания, должны быть перенесены, внутренние сети водостоков возво-
димого и существующего зданий должны проектироваться раздельно.
Расчет осадок зданий, находящихся в пределах воронки оседания, с по-
мощью традиционных методов отнимает много времени и не всегда приводит к
удовлетворительным результатам [27]. Метод ограниченной сжимаемой толщи,
предложенный Б. И. Далматовым в 1964 г. и в последующем значительно усо-
11
Рис. 1.9. Взаимное влияние двух фундаментов (зданий)
а— зоны напряжений не перекрываются; б, в — зоны напряжений перекрываются
Рис. 1.10. Взаимное влияние близко расположенных зданий в зависимости от времени за*
гружения основания*
£ —одновременно; б — последовательно; / — зона влияния напряжений, 2 — дополнительные
нормальные вертикальные напряжения, 3 — нижняя граница сжимаемой зоны
эершенствованный А. А. Собениным в 1974 г., позволяет с помощью кольцевых
графиков учесть с необходимой детальностью влияние всех одновременно возво-
димых фундаментов на осадку основания в любой заданной точке, расположен-
ной на удалении от них.
5. Деформации зданий в результате нарушения естественной
структуры грунта
Из всех разновидностей грунтов, встречающихся в северо-западных районах
европейской части СССР, наибольшей способностью к разупрочнению при про-
изводстве земляных работ обладают ленточные грунты (глины, суглинки, супе-
си), иольдиевые глины, пылеватые и мелкие пески при высоком уровне подзем-
ных вод, биогенные грунты (торфы, заторфованные грунты, сапропели). Одной
из наиболее серьезных причин разупрочнения названных грунтов является их
промерзание в разработанных около существующих фундаментов котлованах.
При оттаивании промерзшего грунта, подвергавшегося морозному пучению, про-
исходит его интенсивное уплотнение (просадка), а несущая способность резко
уменьшается, поскольку грунт при этом приобретает текучую консистенцию. В
связи с неравномерным промерзанием и оттаиванием грунта осадка здания, а
гем более выпор грунта, происходят неравномерно, и деформации существующих
зданий в этих случаях бывают особенно опасными.
»2
Рис. 1.11. Развитие дополнительной осадки
от размещенных материалов (а) и устрой-
ства искусственной насыпи (б)
1 — материалы; 2 — насыпь
Рис. 1.12. Осадка поверхности грунта*
1 — существующее здание; 2 — возводимое
здание; 3 — воронка оседания; 4 — эпюра
осадки поверхности грунта; 5 —сильно-
сжимаемый грунт
Так, например, для Ленинградской области и Карелии характерно выпаде-
ние большого количества осадков в осенний период и частое повышение темпе-
ратуры воздуха в зимнее время, что способствует увлажнению грунта, вскрытого
в котловане, перед промерзанием. В таких случаях глинистые грунты в пределах
возможной глубины промерзания становятся пучинистыми вне зависимости от их
влажности во время изысканий. Следовательно, работы по возведению котлована
вблизи существующих фундаментов в осенне-зимний период проводить не реко-
мендуется, а выкопанные летом и осенью котлованы необходимо засыпать до
наступления морозов.
Обстоятельства, приводящие к промерзанию и пучению грунтов основания,
различны. Основной причиной промерзания грунтов при разработке котлована
вблизи существующих фундаментов является нарушение правил производства
земляных работ в морозное время, т. е. недостаточность теплоизоляции сущест-
вующих фундаментов и оснований. Этому способствует также нехватка хорошо
зарекомендовавших себя дешевых теплоизоляционных присыпок (шунгизита, ми-
нераловатных плит, древесных опилок, котельного шлака и т. п.). В настоящее
время применяются прогрессивные теплоизоляционные материалы: жидкие пе-
нопласты, которые специальным агрегатом укладываются на поверхность грунта
слоем 7—10 см и затвердевают, эффективно предохраняя грунт от промерзания.
Чаще всего в практике строительства допускают следующие ошибки и наруше-
ния технологических правил, приводящие к повреждениям зданий, расположен-
ных вблизи строительных котлованов [1, 6, 24 и др.]:
отсутствие утепления дна котлована, разрабатываемого зимой (рис. 1.13,а),
что приводит к промораживанию грунта под существующими фундаментами;
разработка грунта вблизи существующих фундаментов, которая может при-
вести к выпиранию грунта из-под фундаментов в котлован, разработанный ниже
проектной отметки (рис. 1.13,6);
применение для рыхления мерзлого грунта и разрушения старых фундамен-
тов тяжелых ударных механизмов (шар-молота или клин-молота); влияние их
динамической работы сказывается на состоянии грунта в зависимости от его ви-
да на расстоянии до 20 м и более (рис. 1.13,в);
использование при разработке котлована и удалении из него разбираемых
старых фундаментов экскаватором с ковшом драглайн, передающим на грунт
интенсивные динамические воздействия (рис. 1.13,г);
13
Рис. 1.13. Нарушение естественного состо-
яния грунта при производстве работ по
устройству фундаментов
а — промораживание грунта, б — перебор
грунта, в, г — динамическое воздействие
механизмов; 1 — существующий фунда-
мент, 2 — граница сезонного промерзания
грунта, 3 — мерзлый грунт, 4 — выдавли-
вание грунта; и ау — нормальные на*
пряжения по боковой поверхности и по
подошве фундамента, Т — суммарная
касательная сила выпучивания
недостаточное уплотнение грунта обратной засыпки между новым и старым
фундаментами, в результате чего он в последующем обводняется и самоуплот-
няется;
нарушение требований проекта производства работ по разработке котлова-
на, креплению его стенок и возведению фундаментов в части устройства непод-
вижного шпунта и сохранения естественной структуры грунтов оснований со-
седних зданий.
ГЛАВА 2. ДЕФОРМАЦИИ ЗДАНИЙ ПРИ ПОГРУЖЕНИИ
ВБЛИЗИ НИХ ШПУНТА И СВАЙ
1. Процессы, происходящие в грунтах при забивке
и вибропогружений свай и шпунта
В сложных инженерно-геологических условиях наиболее эффективными яв-
ляются свайные фундаменты. В стесненных условиях существующей застройки
при забивке свай и погружении шпунта вблизи стоящих зданий развиваются до-
полнительные осадки от сотрясения, а конструкции зданий получают поврежде-
ния от действия инерционных сил.
Следовательно, при сооружении свайных фундаментов вблизи существую-
щих зданий, необходимо иметь четкое представление о физической сущности
процессов, протекающих в различных грунтах при погружении в них свай и
шпунта, поскольку именно эти процессы оказывают влияние на состояние при-
мыкающих к котловану зданий. Исходя из этого определяют конструкцию свай
и порядок производства свайных работ.
При погружении свая должна вытеснить грунт в объеме, по крайней мере
равном объему сваи. Однако в процессе ее погружения в грунте происходят бо-
лее сложные явления, связанные с его уплотнением и сдвигом одних объемов па
отношению к другим. Интенсивность развития таких деформаций в различных
точках грунтового массива и в разное время зависит от вида и состояния грун-
та, способа погружения сваи, ее размеров. При забивке свай в результате воз-
14
действия инерционных сил, возникающих при колебаниях грунта, развития до-
полнительных осадок или выпора грунта вокруг сваи, могут возникнуть опасные
деформации существующих зданий. Поэтому при проектировании и строитель-
стве вновь возводимых зданий необходимо предварительно установить степень
опасности влияния забивки свай на конструкции существующих зданий, а также
выбрать тип свай, погружение которых не вызовет недопустимых вибраций.
При современных способах работ погружение свай происходит быстро, а
уплотнение грунтов, связанное с выжиманием воды из пор, требует значитель-
ного времени. Поскольку скорость движения воды в грунтах зависит от разме-
ров пор, уплотнение грунтов разного состава будет протекать по-разному. По
степени уплотняемости в процессе погружения сваи грунты можно подразделять
следующим образом [17]:
уплотняющиеся (песчаные, супесчаные);
частично уплотняющиеся (маловлажные связные);
практически неуплотняющиеся (водонасыщенные глинистые).
При погружении свай в песчаные грунты в первый момент острие сваи, за-
хватывая слои грунта, перемещает их вниз с одновременным уплотнением Когда
уплотнение грунта под острием достигает определенного предела, грунт начина-
ет выдавливаться в стороны и в направлении к поверхности. Перемещение грун-
та в горизонтальном направлении начинается при некотором минимальном за-
глублении сваи, при дальнейшем ее заглублении происходит выпирание грунта
на поверхность, но не по боковой поверхности сваи, а на некотором удалении от
нее. Наибольшие перемещения частиц грунта наблюдаются около острия на рас-
стоянии до полутора диаметров сваи.
В маловлажных песчаных, супесчаных и гравелистых грунтах средней плот-
ности и плотных при непрерывной забивке сваи может наблюдаться быстрое
уменьшение отказов. После «отдыха» (перерыва на несколько дней в работе)
погружение сваи может быть успешно продолжено, при этом отказ возрастает.
Такое явление объясняется тем, что при забивке грунт вокруг сваи быстро уп-
лотняется, особенно под острием, что препятствует погружению сваи, в резуль-
тате чего может сильно возрасти уровень колебаний грунта. Через некоторый
промежуток времени происходит частичная потеря сопротивления грунта (релак-
сация — расслабление), и отказ сваи увеличивается.
В насыщенных водой чистых песках и гравелистых грунтах, имеющих боль-
шие поры, вода отжимается быстро, что способствует перемещению частиц в
значительной по глубине зоне под концом сваи и поэтому местная уплотненная
зона не образуется. Отсутствие же глинистых и пылеватых частиц в таких грун-
тах исключает возможность возникновения пленки — смазки тиксотропного ха-
рактера на поверхности сваи, снижающей ее боковое сопротивление, и поэтому
«отдых» не влияет на величину отказа.
При погружении свай в глинистые грунты возникают более сложные про-
цессы. Забиваемая в грунт свая раздвигает в стороны и вдавливает вниз частицы
грунта. В грунте вокруг сваи образуются поверхности скольжения и область
перемятого грунта. Поперечные размеры этой области возрастают, но по дости-
жении сваей некоторой глубины увеличение размеров прекращается, и при даль-
нейшем погружении сваи размеры остаются без изменения. Радиус зоны дефор-
мирования зависит от свойств грунта, поперечных размеров сваи и способа ее
погружения. Чем меньше прочность грунта, тем меньше размеры области, где
происходят деформации.
15
Если глинистые грунты неводонасыщенные, то при забивке сваи грунт в ос-
новном уплотняется за счет сокращения объема пор, заполняемых воздухом.
Если глинистый грунт содержит мало коллоидных глинистых частиц, то разу-
прочнение от перемятия и динамических воздействий незначительно. Степень
разуплотнения ленточных грунтов, иольдиевых глин и илов при забивке свай
увеличивается, поэтому вытесняемый грунт будет испытывать меньшие сопротив-
ления при перемещении вверх — в направлении нарушенного грунта. В связи с
этим в процессе забивки свай поперечные размеры зоны деформаций и степень
уплотнения грунта будут невелики, но увеличится количество выдавленного
вверх грунта. Наиболее интенсивно выпор грунта происходит в начале погруже-
ния сваи. Чем меньше уплотнение грунта, тем больше его выпор. Объем дефор-
мированного грунта может достигать 100% объема погруженной сваи в зависи-
мости от ее размеров, свойств грунта и способа погружения. По окончании за-
бивки свай или при перерывах выдавливание грунта прекращается и начинается
его осадка вследствие консолидации.
Таким образом, размеры области деформирования зависят от площади по-
перечного сечения и длины сваи, свойств грунта, скорости и очередности погру-
жения.
При забивке свай в мягкопластичные глинистые грунты вода не успевает
уйти в окружающую грунтовую толщу и образует своего рода смазку боковой
поверхности ствола сваи, резко снижая сопротивление грунта по этой поверхно-
сти. Кроме того, динамическое воздействие вызывает разжижение окружающего
сваю грунта, который также служит смазкой, облегчающей погружение сваи.
Поэтому при непрерывной забивке величина отказов снижается все медленнее и
евая начинает легче уходить в грунт. После же «отдыха» происходит трансфор-
мация свободной воды в физически связанную, поэтому свая с трудом поддается
дальнейшей забивке. Это явление «засасывания» необходимо учитывать при за-
бивке свай, особенно составных. При больших перерывах в погружении после-
дующих звеньев свая в ряде случаев не может быть забита до проектной отмет-
ки, так как отказы уменьшаются в несколько раз. При этом возрастает интен-
сивность динамических воздействий и, следовательно, опасность повреждений
соседних домов.
При погружении свай в слабые водонасыщенные глинистые грунты уплотне-
ния грунта практически не происходит ввиду малой скорости фильтрации воды
по сравнению со скоростью погружения свай. Такие грунты являются, как пра-
вило, высокочувствительными, и при погружении сваи они превращаются в око-
лосвайном пространстве в текучую массу, которая не уплотняется полностью и
легко выдавливается вверх, не нарушая массива окружающего грунта.
Особенно большое влияние на существующее здание при погружении свай
могут оказать инерционные силы, возникающие при колебаниях грунта. Наибо-
лее чувствительными к уплотнению при динамических воздействиях являются
рыхлые песчаные водонасыщенные грунты. В случае когда существующие здания
опираются на свайные фундаменты, необходимо учитывать возможность уплот-
нения около них грунтов при динамических воздействиях и развития отрица-
тельного трения. Влияние динамических воздействий на грунты основания воз-
растает с увеличением числа источников колебания.
16
2. Деформации зданий при забивке вблизи них шпунта и свай
При погружении шпунта и свай в результате работы сваебойного снаряда
в окружающих грунтах возникают колебания. Воздействие этих колебаний на
близко расположенные здания или сооружения может привести к повреждению
или разрушению конструкций вследствие дополнительных неравномерных осадок
оснований, выпирания грунта при потере его устойчивости, действия вибрации
на конструкцию, т. е. возникновения усталостной прочности материала конструк-
ций, и т. п. [6, 7, 8, 19, 21].
Глинистые грунты в меньшей степени реагируют на вибрацию, чем пески.
Для развития деформаций глинистых грунтов требуется продолжительное воз-
действие вибрации, поэтому при забивке шпунта существующие фундаменты не
теряют своей устойчивости, если он забивается до разработки котлована. Иначе
реагируют на динамические воздействия водонасыщенные пески и супеси, нахо-
дящиеся в рыхлом состоянии (е>0,70) или в состоянии средней плотности. Су-
ществующие фундаменты в таких грунтах могут подвергаться значительным не-
равномерным осадкам вследствие уплотнения или выдавливания грунта из-под
фундаментов. Для прогнозирования возможности уплотнения грунта при дина-
мических воздействиях необходимо знать, при каком уровне колебаний он начи-
нает уплотняться. Обычно это оценивается сопоставлением ускорения колебаний,
возникающих при забивке или вибропогружении свай (шпунта), с резким качест-
венным изменением свойств грунта, определяемым экспериментально.
Степень опасности колебаний при забивке свай, вызывающих осадку зданий,
существенно зависит от вида грунта, глубины погружения сваи, расстояния от
сваи до существующих зданий, размеров сваи и ряда других факторов [22]. Как
видно из рис. 2.1,а, амплитуды смещений быстро затухают с увеличением рас-
стояния и существенное их влияние сказывается на расстоянии L = 20 м. Опре-
деляющим фактором значений амплитуд смещений являются грунтовые условия.
Применение для забивки свай молота меньшего веса также приводит к сниже-
нию амплитуд смещений грунта и соответственно зоны их влияния.
С увеличением глубины погружения сваи Н амплитуды смещения могут из-
меняться в 1,5—2 раза — зоны А и Б (рис. 2.1,6). Наибольшие значения ампли-
туд наблюдаются при погружении сваи на глубину 3—6 м (зона А — критиче-
ская- глубина). Однако увеличение амплитуды на глубине может быть связано
с особенностями геологического строения площадки, возможными перерывами
(зона Б) в погружении сваи в тиксотропных грунтах (явление засасывания —
быстрое восстановление структурных связей между частицами грунта, а также
образование их между грунтом и сваей после прекращения забивки).
Рис. 2.1. Изменение амплитуды вертикальных колебаний;
Az — в зависимости от расстояния от сваи (а) и глубины ее погружения {б)
2 Зак. 240
Рис. 2.2. Влияние забивки свай на тех-
ническое состояние существующих зда-
ний (а) и подъем ранее погруженных
свай при забивке последующих (б)
1—существующее здание, 2 — направ-
ление фронта работ при забивке свай
Рис. 2.3. Подъем ранее забитых свай при
погружении последующих:
а — план размещения свай; б — подъем
свай; А — погружаемая свая; 1—14 — но-
мера свай
Для снижения уровня колебаний целесообразно уменьшать частоту ударов и
высоту падения молота, увеличивая его вес, а также сокращать время «отды-
ха» сваи в процессе забивки. Наиболее эффективным для снижения уровня коле-
баний являются следующие способы погружения свай: в лидерные скважины, в
тиксотропной рубашке, вдавливанием и др.
При погружении свай в глинистые грунты нередко происходит подъем грунта
и ранее забитых свай. Это весьма распространенное явление чаще всего наблюда-
ется на значительном расстоянии от существующего здания при забивке свай по
направлению к нему. В результате поднимаются полы (сделанные по грунту) в
подвале или в первом этаже (бесподвальных зданий), фундаменты мелкого зало-
жения, а также и свайные, развиваются деформации несущих конструкций зданий,
возникают и другие неблагоприятные явления (рис. 2.2).
Несущая способность ранее забитых свай зависит от их подъема при погру-
жении последующих свай. Это объясняется тем, что свая при погружении в грунт
выдавливает его в стороны, а так как сопротивление грунта смещению в сторонны
в ряде случаев больше, чем вверх, то грунт выпирает вверх, увлекая за собой и
ранее забитые сваи (см. рис. 2.2). У сваи, поднятой грунтом, контакт между
острием и грунтом нарушается. Полость под острием, по-видимому, заполняется
грунтом с нарушенной структурой, сжимаемость которого намного больше, чем
сжимаемость грунта в естественном состоянии.
Величина подъема ранее забитых свай зависит от показателя текучести грунта,
размеров погружаемых свай, плотности свайного поля, грунтовых условий, ско-
рости и способа погружения и других факторов. На рис. 2.3 показан подъем свай
на одной из площадок Ленинграда при забивке сваи А на различную глубину [22].
18
Из этого рисунка видно, что максимальный подъем имела свая №14, соседняя со
сваей А. Влияние от забивки сваи № 14 распространялось и на сваю № 9, значи-
тельно удаленную (до 8500 мм) от забиваемой (по данным О. П. Гузенкова и
В. С. Ласточкина, радиус зоны подъема достигал 10 м). Суммарная величина вы-
пора некоторых свай превысила 200 мм. Выпор свай, соседних с забиваемой, начи-
нался даже при небольшой глубине ее погружения (3—5 м). Подъем дна котло-
вана составлял 380—800 мм в зависимости от плотности размещения свай в свай-
ном поле. Размеры зоны влияния, величина подъема ранее забитых свай и дна
котлована зависят главным образом от физико-механических свойств глинистых
грунтов (от твердого до текучепластичного состояния), расстояний между сваями
и порядка забивки свай. Чем меньше показатель текучести глинистых грунтов,
тем больше интенсивность жодъема ранее забитых свай при погружении последу-
ющих.
Сваи, расположенные ближе к границе котлована, испытывают обычно мень-
шую суммарную величину поднятия, чем сваи, расположенные в середине котло-
вана. По всей видимости, это связано с тем, что последовательное погружение
свай приводит к увеличению плотности грунта, поэтому нужно иметь в виду, что
забивка на одном и том же расстоянии каждой последующей сваи приводит ко
все более возрастающему приравниванию выпора у предыдущей сваи (Гузенков,
Ласточкин, 1981 и др.).
С учетом изложенного выше, в ряде случаев целесообразнее применять способ
вдавливания сваи. Однако у некоторых грунтов (иольдиевые глины, позднеледни-
ковые ленточные глины и др.), перемятых в процессе погружения свай, сущест-
венно ухудшаются строительные свойства (уменьшается сопротивляемость сдви-
гу, увеличивается сжимаемость). Поэтому для уменьшения возможных деформа-
ций зданий вдавливание свай и шпунта рекомендуется начинать с ряда, располо-
женного ближе к существующему фундаменту, а сваи применять с меньшей пло-
щадью поперечного сечения.
При забивке свай вблизи подпорных стенок необходимо учитывать состав
грунта засыпки за стенкой. Если этот грунт будет оседать при сотрясениях, давле-
ние на стенку может значительно возрасти; если грунт малосжимаем, он может
сдвинуться к стенке, значительно увеличить опрокидывающий момент.
3. Явление отрицательного трения
При возведении зданий на фундаментах мелкого заложения могут возникнуть
значительные неравномерные осадки вблизи стоящих зданий, построенных на свай-
ных фундаментах. Это происходит вследствие развития отрицательного трения
между сваей и окружающим грунтом (рис, 2.4).
Висячие сваи, работающие за счет сил трения, часть нагрузки от сооружения
передают на грунт через боковую поверхность. При этом силы трения f, развива-
ющиеся по боковой поверхности сваи, направлены вверх. По мере возведения со-
седнего здания на фундаментах мелкого заложения грунты, уплотняясь, получают
вертикальные перемещения вниз не только непосредственно под новыми фундамен-
тами, но и на соседних участках, в том числе и вблизи существующих свай. На
этих участках грунт будет стремиться переместиться вниз относительно сваи (см.
рис. 2.4, область а), трение сваи о грунт будет снято, и все давление от сооруже-
ния в этой области будет передаваться через нижнюю часть сваи. При дальнейшем
перемещении окружающего грунта вниз свая получает дополнительную загрузку
2* Зак. 240
19
Рис. 2.4. Деформация здания на висячих
сваях при возведении вблизи него здания
на фундаментной плите
1 — здание на сваях; 2 — здание на пли-*
те, 3 — слабые грунты; 4 — уплотняющие-
ся грунты
силой, направленной вниз, — отрицательно направленным трением грунта о сваю
fn (см. рис. 2.4, область а). Это может привести к развитию значительных нерав-
номерных осадок свай ss в области а, особенно когда ниже острия свай залегают
недостаточно плотные грунты, способные уплотняться под действием напряжений,
возникающих от увеличения нагрузки, передаваемой сваями вследствие давления
от нового здания [6].
Следовательно, необходимо оценивать дополнительную неравномерную осад-
ку свайного фундамента, возникающую от действия дополнительных напряжений
при возведении нового здания, от изменения условий передачи давления за счет
уменьшения сопротивления грунта по боковой поверхности свай и увеличения дав-
ления, передаваемого их остриями, а также от отрицательного трения [6]. Вели-
чину каждого из этих слагаемых трудно оценить, поэтому нужно стремиться ис-
ключить возможность дополнительной загрузки свай.
Если сваи заглублены в плотный грунт не менее чем на 3—4 диаметра попе-
речного сечения и имеют некоторый запас несущей способности, то значительных
дополнительных осадок от действия отрицательного трения, как правило, не мо-
жет быть [6].
4. Деформации зданий на свайных фундаментах
при разработке вблизи них котлованов
При разработке котлована в непосредственной близости от свайных фунда-
ментов существующих зданий и сооружений на глубину ниже отметки заложения
ростверка возможно оголение свай и сползание (вывалы, обрушение) грунта из
межсвайного пространства, что может вызвать:
уменьшение несущей способности свай и как следствие дополнительную не-
равномерную осадку сооружения;
наклон свай под действием горизонтальных сил, разрушение или повреждение
балок ростверка;
разрушение полов по грунту на участках примыкания;
повреждение вводов и выпусков коммуникаций и другие отрицательные явле-
ния.
Поэтому при разработке проекта производства работ в указанных условиях
необходимо детально продумать вопрос о последовательности строительства.
20
ГЛАВА 3. ИЗЫСКАНИЯ ПРИ ЗАСТРОЙКЕ УЧАСТКОВ,
РАСПОЛОЖЕННЫХ ВБЛИЗИ СУЩЕСТВУЮЩИХ ЗДАНИИ
1. Общие положения
Задача инженерных изысканий в рассматриваемой ситуации—получение ис-
ходных данных для разработки эффективных мероприятий, обеспечивающих со-
хранность конструкций зданий, вблизи которых планируется новое строительство
Эта задача достаточно сложна и ответственна, поскольку для ее разрешения тре-
буется учет многих дополнительных факторов.
Практика строительства в Ленинграде, других городах северо-запада нашей
страны и, в частности, Карельской АССР показывает, что проведение строитель-
ных работ около зданий и загружение смежных с ними площадей новыми построй-
ками могут привести к опасным последствиям, степень которых зависит от сжи-
маемости грунтов, конструктивных особенностей зданий, их физического износа,
способов производства работ при возведении новых зданий, веса зданий, типа фун-
даментов и др. В некоторых случаях существующие здания получали аварийные
повреждения, а иногда возникали только волосные трещины в кладке стен. При
выработке проектных решений требуется учитывать также назначение и ценность
существующих зданий: для одних возникновение трещин не опасно, для других,
являющихся памятниками истории и архитектуры, совершенно недопустимо.
При застройке участков вблизи существующих зданий проектировщикам
приходится делать нелегкий выбор (особенно в тех случаях, когда дома имеют
большой износ) между следующими возможными вариантами:
отказаться от нового строительства;
выселить жителей из существующих домов (приостановить производство) в
тем, чтобы в последующем, по завершении нового строительства выполнить капи-
тальный или выборочный восстановительный ремонт этих домов;
произвести предварительное усиление строительных конструкций существую-
щих зданий в опасных местах;
предусмотреть возможность выравнивания конструкций существующих зданий
и сооружений после развития неравномерной осадки основания;
снести существующие постройки как малоценные.
В обобщенном виде, различные факторы, влияющие на выбор проектного ре-
шения, приведены в табл. 3.1.
Для получения исходных данных, необходимых для разработки проектов, в
рассматриваемых случаях требуется проведение изысканий трех видов:
1) инженерных, включающих работы по выявлению фактического состояния
конструкций существующих зданий и расположенных вблизи них инженерных со-
оружений;
2) инженерно-геодезических, включающих работы по выявлению фактической
деформации коробки здания, взаимных перемещений его конструкций, которые
образовались в результате развития осадки основания;
3) инженерно-геологических, включающих исследования свойств грунтов ос-
нований проектируемых и существующих зданий.
21
Таблица 3.1
Благоприятные факторы
Неблагоприятные факторы
Наличие в основании слабо- и сред-
несжимаемых грунтов при залегании
скалы близко к поверхности
Наличие на площадке мощной толщи
слабых и неравномерно сжимаемых
грунтов
В основании существующих зданий
нет грунтов, способных получать до-
полнительное уплотнение или терять
устойчивость при динамических воз-
действиях
На площадке строительства низкий
уровень подземных вод; водоотлив и
устройство дренажа не требуется
В основании имеются грунты, способные
уплотняться или терять устойчивость при
динамических воздействиях
На площадке строительства высокий уро-
вень подземных вод; требуется водопо-
нижение и дренаж
Существующее здание не имеет исто-
рической или художественно-архитек-
турной ценности
Существующее здание является памят-
ником архитектуры, охраняется государ-
ством
Технологическое оборудование нечув-
ствительно к крену перекрытий или
фундаментов, на которых оно разме-
щено_______________________________
Конструкции старых и новых зданий
(сооружений) нечувствительны к не-
равномерной осадке
Проектируемое здание ниже суще-
ствующего или его высота не более
четырех этажей; существующее зда-
ние имеет более шести этажей
Конструкции существующих зданий
не имеют повреждений
Существующее здание имеет свайный
фундамент или фундамент в виде глу-
боких опор
Технологическое оборудование выходит
из строя при развитии крена
Конструктивные особенности старых и
новых зданий таковы, что неравномер-
ная осадка оснований приводит к разви-
тию деформаций
Проектируемое жилое здание выше су-
ществующего или его высота превышает
четыре этажа
Конструкции существующих зданий име-
ют повреждения, обусловленные предше-
ствующей неравномерной осадкой осно-
вания
Существующее здание имеет фундаменты
мелкого заложения на естественном ос-
новании
Заглубление фундаментов проектируе-
мого здания меньше,, чем у сущест-
вующих зданий
Заглубление фундаментов проектируемо-
го здания больше, чем у существующих
зданий
Проектируемое здание не имеет под-
вала
Проектируемое здание имеет подвал
2. Инженерные изыскания на площадке строительства
В Ленинграде институтом Ленжилпроект в 70-е годы была выполнена уни-
кальная по объему работа: обследование и установление технического состояния
всех домов, расположенных в пределах исторически сложившегося центра горо-
да (Бурак, 1977). Полученные данные служат основой для назначения сроков ка-
питального ремонта домов. Кроме того, эти данные имеют большое методологиче-
ское значение и используются при разработке планов реконструкций районов
центра.
Результаты инженерных изысканий отражают на поэтажных планах зданий,
показывая на них в условных обозначениях, выявленные дефекты строительных
конструкций и степень их развития (рис. 3.1). Этой методикой полезно пользо-
ваться для решения задач, рассматриваемых в настоящей работе, но указанных
изысканий для этого недостаточно.
При производстве инженерных изысканий в первую очередь требуется изу-
чить имеющиеся в архивах следующие материалы:
1. Исторические справки (в них часто содержатся важные данные об истории
застройки участка, реконструкциях, надстройках, различных изменениях сущест-
вующих зданий и т. п.).
2. Чертежи зданий и исполнительные схемы (по этим материалам определя-
ются суммарные нагрузки на фундаменты, выявляются конструктивные схемы
зданий, примененные в них конструкционные материалы). Изучение таких доку-
ментов в архивах Ленинграда показало, что до революции проектов (чертежей
фундаментов) обычно не разрабатывали, эти вопросы решал подрядчик на свой
«страх и риск», основываясь не на расчетах, а на опыте строительства.
Установлено также, что под зданиями старой постройки фундаменты имеют
относительно малую ширину (1—1,5 м), а фактическое давление по подошве этих
фундаментов на грунт существенно превышает расчетное сопротивление основа*
ния, установленное СНиП 2.02.01-83. Это обстоятельство при разработке проектов
реконструкции зданий создает большие, еще непреодоленные трудности.
3. Данные о нагрузках (эти материалы имеются обычно только для зданий,
построенных в послереволюционный период).
Одним из основных этапов инженерных изысканий является обследование
подземных конструкций зданий. Для этой цели требуется откапывать фундаменты,
производить соответствующие обмеры и обследования. Методика таких работ опи-
сана во многих руководствах, здесь только отметим, что при обмерах необходимо
установить первоначальную и фактическую глубину заложения подошвы фунда-
ментов и ее ширину, выявить состояние материала (камня, растворов, древесины),
наличие различных повреждений и переделок, состав грунта несущего слоя и по-
ложение уровня подземных вод.
Инженерные изыскания включают также обследования наземных конструкций,
по результатам которых требуется выявить повреждения перемычек, стен, про-
стенков, сводов, лестничных маршей и др., вызванные неравномерными осадками
оснований. Кроме того, необходимо установить развитие повреждений и его ди-
намику, т. е. измерить раскрытие трещин или швов, установить на трещинах маяки
или трещиномеры, наладить регулярные наблюдения за раскрытием и развитием
обнаруженных трещин.
Результаты инженерных изысканий позволяют выполнить расчеты возмож-
ной осадки оснований существующих зданий, давлений по подошве, а также рас-
23
Рис. 3.1. План подвала секции дома ста-
рой постройки
/—трещины в кладке стены; 2 — выпу-
ченная кладка; 3 — расслоенная кладка;
4 — коренной кирпичный свод; 5 — переко-
сы и уклоны перекрытий и полов; 6 —
участки провисающих перекрытий; 7 —
выветрившаяся кладка; 8 — места пробив-
ки гнезд для определения прочности клад-
ки; Скв. № 6 — разведочная скважина;
Ш. № 1 и Ш. № 2 — номера шурфов, вы-
копанных около фундаментов
четного и предельного критического сопротивления грунта основания. Результа-
том инженерных изысканий должна явиться также количественная оценка состо-
яния конструкций существующих зданий и отнесение их к «категории развития
повреждений и износа» в соответствии с табл. 3.2.
Следовательно, для проведения инженерных изысканий требуется привле-
кать инженеров-строителей, имеющих большой опыт проектной работы и знакомых
с методами капитального ремонта зданий.
3. Инженерно-геодезические изыскания и наблюдения
По результатам инженерно-геодезических изысканий устанавливают факти-
ческую форму коробки зданий, крены, прогибы и перекосы, оценивают возмож-
ную величину накопленной осадки оснований, скорость нарастания осадки и про-
гноз ее развития. Для решения перечисленных задач следует выполнять высотную
съемку зданий и проводить регулярные геодезические наблюдения. Указанные ра-
боты включают: изучение архивных данных; устройство наблюдательной сети;
проведение измерений; обработку и представление полученных данных в форме
графиков; оценку величин накопленных осадок; прогноз развития во времени ожи-
даемой осадки.
Высотная съемка проводится обычно техническим нивелированием по III клас-
су. Ее результаты позволяют выявить фактические профили стен зданий (на
уровне обрезов фундаментов, цоколей, поясков, низа оконных проемов, граней
наружных панелей и т. п.). Профили зданий строят в абсолютных или относитель-
ных отметках, а при наличии результатов измерений осадок в предшествующий
период выявляют величину средней накопленной осадки. Для этой же цели мож-
но использовать указания на чертежах и исполнительных схемах о посадочных
24
Таблица 3.2
Категория повреждений Вид повреждений Износ конст- рукций, %
несущих стен, столбов, колонн, фундаментов ограждающих стен перекрытий, лестниц, сводов
Нулевая Трещин нет Трещин нет Сдвигов и тре- щин нет До 5
Первая Наклонные и вер- тикальные трещи- ны в межоконных поясах и перемыч- ках с раскрытием до 1 мм Трещины в кладке и швах между па- нелями с раскрыти- ем до 1 мм Повреждений и сдвигов нет До 20
Вторая То же, до 5 мм То же, до 5 мм Трещины в со- пряжениях кон- струкций и сдвиги в задел- ке До 40
Третья Сквозные горизон- тальные и верти кальные трещины вывалы кладки Трещины с раскры- тием более 5 мм; сдвиги панелей Трещины и сдвиги в сопря- жениях; разрыв анкеров Свыше 40
Примечание. Процент физического износа конструкций зданий определяется в соот-
ветствии с руководствами: «Методика определения физического износа гражданских зданий»
(М.: Министерство коммунального хозяйства РСФСР, 1970) и «Методика обследования и
проектирования оснований и надстройки зданий» (М.: Стройиздат, 1972).
отметках. Величина накопленной осадки зданий, определенная по данным высот-
ной съемки, позволяет повысить достоверность расчетов осадок оснований про-
ектируемых и существующих зданий, т. е. позволяет принимать наиболее эффек-
тивное решение, поэтому данной стороне работы требуется уделять особое вни-
мание.
Регулярные наблюдения по специально оборудованной системе знаков (на-
стенным деформационным маркам и устойчивым реперам высотной основы) сле-
дует проводить в тех случаях, когда возле существующих зданий намечены ра-
боты с применением динамических воздействий на грунт (прежде всего, погруже-
ние шпунта и свай ударными методами). В необходимых случаях такие измере-
ния выполняются в период проведения предпостроечных испытаний пробных
сван, во время их забивки. Эти данные используют при выработке проектного
решения (безопасного удаления свай, погружаемых забивкой), выборе типа
и параметров сваебойного оборудования, а также для своевременного принятия
необходимых мер при опасном развитии динамических дополнительных осадок
существующих зданий. Измерения осадки при забивке свай должны быть выпол-
нены высокоточными методами с применением прецизионного геодезического
оборудования.
Длительные измерения организуются и проводятся в тех случаях, когда
ожидаемые осадки новых и существующих зданий по расчету должны получить
значительное развитие в течение по крайней мере нескольких лет. По результа-
там таких измерений назначаются величины подъема конструкций (стен, колонн,
25
перекрытий, балок) с помощью встроенных домкратов (что предусматривается
соответствующими проектами), производится рихтовка оборудования, назнача-
ются сроки планово-предупредительных ремонтных работ, определяется степень
опасности для нормальной эксплуатации зданий.
Назначение дат измерений осадки и общей продолжительности наблюдений
устанавливается в зависимости от грунтовых условий и интенсивности нараста-
ния осадки, поэтому для каждого случая разрабатывается особая программа
измерений. Если ожидаемая осадка меньше 5 см, измерения следует производить
по мере возведения одного-двух этажей, если же осадка более 5 см, то измерения
выполняются после монтажа каждого этажа. При динамических воздействиях
(забивке свай, шпунта и пр.) наблюдения должны проводиться ежедневно. Про-
должительность наблюдений за зданиями массового строительства, в основании
которых залегают слабые грунты, должна быть не менее 5 лет.
Результаты геодезических измерений после каждого цикла представляются
в виде:
ведомости осадок деформационных марок, в которую включаются абсолют-
ные и относительные перемещения марок, максимальные, минимальные и средние
величины осадок;
эпюры осадок стен существующего здания и вновь возводимого;
графика развития во времени осадок характерных марок.
В некоторых случаях, которые оговариваются проектом, геодезические рабо-
ты включают в себя и некоторые специальные измерения:
отклонений (горизонтальных смещений) шпунтовых ограждений котлованов;
подъема дна глубоких строительных котлованов;
кренов высоких (точечных) зданий и сооружений;
оседания территории, окружающей возводимые здания.
4. Инженерно-геологические изыскания
Инженерно-геологические изыскания и исследования грунтов оснований про-
ектируемых зданий должны проводиться в соответствии с требованиями действу-
ющих норм, а также с учетом конструктивных и эксплуатационных особенностей
зданий и сооружений, как проектируемых, так и существующих, расположенных
в пределах зоны уплотнения грунта нагрузками, передаваемыми новым зданием.
Эти изыскания включают в себя изучение и обобщение архивных материалов,
инженерно-геологическую съемку и полевые опытные работы.
Результаты инженерно-геологических изысканий должны содержать данные,
необходимые для разрешения следующих вопросов:
назначение типа основания и фундаментов вновь возводимых зданий;
составление прогноза возможных изменений свойств грунтов основания
существующих зданий от технологических воздействий со стороны проектируемо-
го строительного котлована, который должен быть расположен рядом с сущест-
вующим зданием (сооружением);
определение дополнительных осадок от силового воздействия вновь возво-
димого здания (сооружения) на основание существующих зданий;
выбор (в случае необходимости) метода искусственного улучшения свойств
грунтов оснований существующего и вновь возводимых объектов;
выбор способа производства работ по разработке котлована, креплению его
стен, водоотливу, погружению шпунта и свай, обеспечивающих сохранность
26
структуры грунта основания и развития дополнительных осадок в допустимых
пределах.
Глубина проходки разведочных выработок назначается в зависимости от
особенностей геологического напластования, размеров и веса вновь возводимого
здания и типа принятого фундамента. Часть разведочных скважин, но не менее
двух, должна быть пройдена до кровли подстилающих плотных грунтов.
Использование справочных характеристик свойств грунтов без специального
обоснования в рассматриваемых случаях не допускается. При проведении испы-
таний для получения характеристик механических свойств грунтов основания су-
ществующих и вновь возводимых зданий требуется учитывать фактическое на-
пряженное состояние грунта и степень его уплотнения при последующем загру-
жении. Данные о величинах указанных нагрузок устанавливаются по результа-
там инженерных изысканий.
Поскольку при погружении свай и шпунта в ходе разработки мерзлого грун-
та и разработки старых фундаментов могут изменяться свойства грунта, необхо-
димо устанавливать возможность дополнительного уплотнения грунтов основания
существующих зданий при воздействии на грунт динамических колебаний путем
сопоставления фактического (ожидаемого) ускорения колебаний с критическим
для данного грунта. В ряде случаев необходимо выполнять испытания грунтов с
учетом фактического напряженного состояния основания и его последующего из-
менения в связи с проектируемым строительством.
ГЛАВА 4. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ,
ВОЗВОДИМЫХ ВБЛИЗИ СУЩЕСТВУЮЩИХ ЗДАНИЙ
1. Основные задачи проектирования фундаментов,
возводимых вблизи существующих зданий
Проектирование фундаментов вблизи существующих зданий на современном
уровне должно включать такие конструктивные решения, реализация которых
позволит выполнить строительство экономично, в сжатые сроки, с полной гаран-
тией сохранности строительных конструкций существующих зданий от техноло-
гических и силовых воздействий со стороны вновь возводимых. Это достигается
при совместном учете технического состояния существующего здания, типа про-
ектируемого здания, деформируемости основания, технологии производства ра-
бот при устройстве фундаментов [31].
Поэтому при выборе участка застройки и компоновке генерального плана
следует учитывать состояние конструкций существующего здания, материалы
инженерных и инженерно-геологических изысканий, выполненных до возведения
существующих зданий и при подготовке исходных данных для нового строитель-
ства, принимая во внимание степень уплотненности грунтов оснований существу-
ющими и снесенными постройками. Если грунты основания относятся к сильно-
или среднесжимаемым (модуль деформации Е^20 МПа), то в экономическом
обосновании проекта необходимо учесть удорожание строительства, связанное
с осуществлением мероприятий, направленных на обеспечение целостности кон-
струкций существующих зданий при возведении новых на смежных участках.
Требования, предъявляемые к технологии работ по устройству оснований и
27
фундаментов, должны выполняться в полной мере, независимо от сжимаемости
грунтов.
Для предотвращения возможности возникновения неблагоприятных явлений,
рассмотренных ранее в гл. 1 и 2, рекомендуется использовать систему архитек-
турно-планировочных, конструктивных, организационных и технологических ме-
роприятий с тем, чтобы обеспечить комплексное решение задач, возникающих
при проектировании зданий, располагаемых в непосредственной близости от су-
ществующих построек, а также при строительстве зданий в несколько очередей,
на всех стадиях разработки проекта и его реализации. При этом важным отправ-
ным моментом является определение средней осадки основания проектируемого
здания (табл. 4.1).
При разработке проектов зданий следует всемерно облегчать их конструк-
ции в зоне примыкания к существующим постройкам, ограничивать их высоту
и размер по ширине, устраивать в зоне примыкания большие проемы высотой в
2—3 этажа, применять эффективные (облегченные) конструкционные материалы.
Одной из наиболее эффективных мер является устройство разрыва в плане меж-
ду фундаментами нового и существующего здания. Необходимый разрыв L дол-
жен определяться расчетом осадки методом попыток, в каждой из которых вы-
числяются дополнительные осадки оснований существующих зданий от загруже-
ния смежных площадей новыми постройками.
При проектировании новых зданий следует стремиться к минимальному за-
глублению в грунт фундаментов подвальных помещений, особенно в местах
примыкания их к уже существующим.
2. Предельно допустимые дополнительные совместные
деформации зданий и их оснований
Дополнительными осадками зданий (сооружений) принято называть осадки,
которые возникают в результате загружсния (застройки) смежных с ними пло-
щадей. Эти дополнительные осадки развиваются в результате одностороннего
приложения нагрузки относительно основания существующих зданий, они всегда
и заведомо неравномерны, а поэтому и особенно опасны [29].
Очевидно, что строительство в сложившихся районах города или в промыш-
ленной зоне не должно приводить к авариям и повреждениям конструкций су-
ществующих домов, поэтому экономичные и безопасные конструктивные реше-
ния фундаментов могут быть приняты только на основе расчета оснований новых
(проектируемых) и старых (существующих) зданий по деформациям.
В соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83 при проектировании отдель-
но стоящих зданий должно быть выполнено условие
(4.1)
’-де s — осадка основания, определяемая расчетом; sn — предельно допустимая
осадка основания зданий, устанавливаемая по прил. 4 СНиП 2.02.01-83 или
совместным расчетом системы «сооружение — основание».
При проектировании зданий, располагаемых возле существующих, необхо-
димо удовлетворить и второе условие:
Sad^ sad,in (4.2)
где Sad — дополнительная осадка от загружения основания существующего
здания проектируемым; sad,u — предельно допустимая величина совместной до-
полнительной деформации здания (сооружения).
28
Таблица 4.1
Прогнозиру- емая осадка нового здания на естествен- ном основании Эбщая харак- теристика проектного решения Мероприятия
архитектурно-планировочные по фундаментам нового здания по наземным конструкциям организационно- технологические
Менее 5 см Предупреди- тельные меры Новое здание должно быть не выше существую- щих Устройство ленточных фундаментов перпенди- кулярно линии примыка- ния Временное усиление су- ществующих зданий в зоне примыкания Применение шпунта по линии примыкания при расчете на горизонталь- ные силы. Разработка выемок участками
От 5 до 10 см Специальные меры Нежелательны: примыка- ния, сложные в плане, в поперечных направлени- ях, в углах; разноэтаж- ные части. Рационально примыкание посредством легких переходов Максимально возмож- ное удаление фундамен- тов от существующих зданий. Разрезка основа- ний конструктивным шпунтом ниже глубины сжимаемой зоны Устройство примыканий на консолях. Применение осадочных швов. Усиле- ние соседних зданий ме- таллическими продоль- ными стяжками. Устрой- ство ниш в фундаментах для установки домкратов или других выравниваю- щих устройств. Проекти- рование нового здания по жесткой конструктивной схеме Погружение шпунта вда- вливанием (при наличии слоев песка). Первооче- редное строительство от- носительно тяжелых бло- ков (частей) зданий. При- дание конструкциям строительных подъемов
Более 10 см к> СО Меры по уменьшению проектной осадки до 5 см Не регламентируются Устройство опор глубо- кого заложения: свай буровых, винтовых, ко- ротких, забивных, вдав- ливаемых и забивных с лидирующей скважиной, в тиксотропной рубашке; стен в грунте; опускных колодцев; массивов из закрепленного грунта Те же. что и при осадке менее 5 см Ограничение динамиче- ских воздействий
Рис. 4.1. К определению максимального
перекоса конструкций существующего
здания*
1—здание более ранней постройки, 2—
новое здание, а и b — точки определения
осадки по расчету
Материалы натурных наблюдений за развитием дополнительной осадки су-
ществующих зданий и возникших при этом повреждений строительных конструк-
ций показали, что предельным дополнительным совместным деформациям су-
ществующих зданий Sad,и требуется придать иное смысловое содержание, чем
установленным в СНиП 2.02.01-83 su для отдельно стоящих зданий. Указанное
положение обусловлено тем, что дополнительная осадка sad заведомо неравно-
мерна, а ее вид (форма совместной деформации: перекос стен) всегда предска-
зуем.
В рассматриваемой ситуации целесообразно использовать три показателя:
дополнительную осадку точки, наиболее приближенной к линии примыкания
нового здания к существующему, sad,a;
дополнительный перекос1 существующего здания на участке примыкания jad't
дополнительный крен существующего здания в сторону нового iad.
Дополнительный перекос определяется по формуле
j ~ ($ad» a sad>b)/li (4,3)
где Sad,а — осадка точки существующего здания, находящейся возле линии его
примыкания к новому; sad,b—осадка точки существующего здания, отстоящей
от линии его примыкания к проектируемому на расстоянии I, которое устанав-
ливается в зависимости от конструкции здания.
Расстояние I (рис. 4.1) назначается для кирпичных и крупноблочных домов
с продольными несущими стенами равным расстоянию от линии примыкания до
ближайшего проема; для зданий с поперечными стенами — шагу этих стен; для
зданий каркасных — шагу колонн и т. п. Обычно это расстояние равно 2—6 м.
Теория и опыт свидетельствуют о том, что на участке длиной I перекос стен
зданий и вызванные этим повреждения получают наиболее опасное развитие.
Дополнительный крен определяется выражением
lad~ (sad, a sad» n)l^a—nt (4.4)
где sad,п — осадка точки существующего здания (блока), находящейся на сто-
роне, противоположной линии примыкания к новому зданию; La-n — характерный
размер существующего здания в плане (расстояние между точками а и п).
Величина iad устанавливается для относительна коротких (£«204-30 м),
«точечных» зданий или блоков протяженных зданий, разделенных осадочными
швами на ряд отсеков.
Определение sad,u расчетом сопряжено с большими трудностями: конструк-
ции старых зданий имеют износ и ослаблены ранее образовавшимися деформа-
циями основания, грунты которого неравномерно уплотнены. Методики проведе-
1 Термину «перекос» по СНиП 2.02.01-83 соответствует определение «отно-
сительная неравномерность осадки». Термин «перекос», предложенный Б. И. Дал-
матовым, по нашему мнению, предпочтителен каж более лаконичный и лучше от-
вечающий природе явления.
30
ния такого расчета и необходимых инженерно-геологических изысканий для его
выполнения еще не разработаны.
По указанным причинам для установления величин sad,u были использованы
данные натурных наблюдений. Методически такая разработка состояла в следу-
ющем. Обследованием устанавливалось техническое состояние конструкций зда-
ний, возле которых планировалось новое строительство. По степени износа и
развития повреждений строительных конструкций от собственной неравномерной
осадки эти здания относились к одной из категорий, приведенных в табл. 3.2.
С самого начала работ по строительству новых зданий производилась синхрон-
ная периодическая фиксация осадок существующих и возводимых зданий (гео-
дезические измерения) и повреждений конструкций (обеследования, показания
щелемеров, установка маяков) с целью выявления дополнительной осадки, при
которой возникают новые повреждения' (или развиваются трещины, образовав-
шиеся ранее).
По описанной методике были проведены натурные обследования и измере-
ния 16 объектов — зданий различного назначения1. По конструктивным особен-
ностям объекты исследования были разбиты на три группы (табл. 4.2).
1 Исследования проводились с 1969 по 1979 г. группой специалистов ЛИСИ
в составе: Т. М. Зверевич, А. А. Собенина, А. А. Соловьева под руководством
С. Н. Сотникова.
Таблица 4.2
Здания Номер объекта Категория исходного состояния (по табл. 3.2) Осадка при возникновении первых повреждений
абсолютная (возле примыкания), м1й перекос старого здания
нового здания старого здания
Жилые кирпичные с про- 1 II 79 33 0,0012
дольными несущими сте- 2 III 69 17 0,0010
нами, без арматуры в кладке 3 II Не изме- рялась 28 0,0010
4 II То же 31 0,0008
5 III 42 19 0,0010
6 III Не изме- рялась 20 0,00075
То же, с арматурой в 7* I 88 65 0,0044
кладке стен и поясами 8* I 30 26 0,0016
армирования 9 III 63 18 0,0020
10 I 96 64 0,0023
Крупнопанельные дома 11 I 124 69 0,0040
разных серий с попереч- 12* I 119 77 0,0022
ными и продольными не- 13* I 107 20 0,0003
сущими стенами 14* I 101 28 0,0011
15* I 101 24 0,0007
16* I 71 9 0,0004
* При максимальных измеренных осадках, указанных в таблице, трещин не возникало.
31
Первая группа (шесть объектов) — кирпичные дома с продольными стена-
ми, на ленточных фундаментах из бутового камня, построенные до 1917 г. По
состоянию конструкций они были отнесены ко II и III категории (см. табл. 3.2);
конструкции начинали получать повреждения, когда их дополнительная осадка
достигала только 3 см, а перекос стен — 0,001.
Вторая группа (четыре объекта) — кирпичные здания преимущественно с
поперечными несущими стенами, на сборных ленточных фундаментах, построен-
ные после 1957 г. Продольные и поперечные стены этих зданий имели арматуру
в кладке и пояса армирования. Собственная осадка (по оценке) составляла 20—
30 см. Три из этих относительно «молодых» домов были отнесены к I категории,
один — к III (в стенах дома III категории образовались трещины от собствен-
ной неравномерной осадки). Дома этой группы до появления первых трещин
выдерживали значительно большие дополнительные осадки. Можно полагать,
что максимальная дополнительная осадка этих домов (возле линии примыкания)
не должна превышать 6 см.
Третья группа (шесть объектов) — крупнопанельные дома разных серий
(1-ЛГ600, 1-ЛГ600а, 1-ЛГ606, БС-9) с поперечными и продольными несущими
стенами, построенные после 1968 г. Дома серии БС-9 были сконструированы в
расчете на возведение их в условиях слабых грунтов. Собственная осадка дости-
гала в среднем 40—50 см, однако значительных повреждений конструкций не
образовалось. Повреждения конструкций этих домов возникли при дополнитель-
ной осадке 7—8 см и перекосе 0,002—0,004. Дома остальных серий получали по-
вреждения при дополнительной осадке 3—4 см. Вопрос о sad,u крупнопанельных
домов весьма сложен. На данном этапе можно предположить, что дополнитель-
ная осадка этих домов около линии примыкания не должна быть более 4 см,
а перекос — примерно 0,003.
Из данных, приведенных в табл. 4.2, можно видеть, что и старые и вновь по-
строенные дома (объекты наблюдений) имели фундаменты мелкого заложения.
Значит, исследования охватывали только одно из возможных сочетаний типов
фундаментов новых и существующих зданий, т. е. не включали, в частности, до-
ма на свайных фундаментах различных типов. Судя по абсолютным величинам
измеренных осадок, на большинстве площадок размещения зданий залегали сла-
бые грунты.
Результаты проведенных исследований были обобщены в таблице предель-
ных дополнительных осадок зданий трех типов, широко распространенных в жи-
лищно-гражданском строительстве СССР (табл. 4.3). Приведенные в ней значе-
ния в последующем, по мере накопления новых данных и развития методов сов-
местных расчетов зданий и оснований, подлежат уточнению, по-видимому, в сто-
рону увеличения. В настоящее время их следует рассматривать как первое и
достаточно грубое приближение.
Используя эту таблицу при разработке проектов фундаментов, которые дол-
жны быть возведены вблизи существующих зданий, целесообразно различать три
возможных случая:
1) su и Sadsad,и (ожидаемая осадка проектируемого и существую-
щего зданий меньше допустимой) — достаточно применения простейших меро-
приятий, в частности устройства осадочных швов;
2) s<su и Sad>$ad,u (новое здание может быть возведено на естествен-
ном основании, т. е. без применения свай) — эффективное решение может быть
найдено, в частности, путем использования «консольного подхода» нового здания
32
Таблица 4.3
Здания Категория состояния (по табл. 3.2) предельные дополнительные совместные деформации зданий
наибольшая осадка, 5ad,u> см перекос на участке примыкания, 1'асЬ и крен и
Бескаркасные со стенами из I 4 0,0030 0,004
кирпича или крупных бло- II 3 0,0015 0,002
ков без армирования III 2 0,0010 0,002
То же, с армированием или железобетонными поясами I 6 0,0035 0,004
II 4 0,0018 0,004
III 3 0,0012 0,003
Бескаркасные со стенами из I 4 0,0020 0,004
крупных панелей II 3 0,0010 0,002
III 2 0,007 0,002
к существующему, разделительного шпунта и других сравнительно дешевых ме-
роприятий, конструктивных и технологических (см. табл. 4.2 и 4.3);
3) s>su, sad>Sad,u (для возведения новых зданий необходимо использо-
вать фундаменты, обеспечивающие уменьшение осадки до допустимых вели-
чин) — на участках примыканий требуется применение относительно дорогостоя-
щих фундаментов, скажем свай, погружаемых вдавливанием, а также бурона-
бивных, винтовых свай и др.
После внедрения изложенных положений в практику жилищно-гражданско-
го строительства (с 1980 г.) в Ленинграде случаев повреждений зданий отмече-
но не было [30], что позволяет считать возможным использовать эти положения
для более широкого применения.
3. Проектирование фундаментов мелкого заложения
вблизи существующих зданий
Как было указано выше, разработка проектов фундаментов зданий, распо-
лагаемых в непосредственной близости от существующих сооружений, включает
в себя расчет оснований как проектируемого здания, так и существующих по-
строек.
Расчет естественного основания нового здания должен производиться по
несущей способности и по деформациям в соответствии со СНиП 2.02.01-83.
По несущей способности производится расчет и тех фундаментов существу-
ющих зданий, возле которых располагаются котлованы для устройства фунда-
ментов проектируемых зданий. Расчет несущей способности оснований проекти-
руемых зданий должен выполняться (в запас) без учета одностороннего загру-
жения соседних площадей.
В расчет оснований по деформациям входит также расчет неравномерности
дополнительных осадок существующих зданий при загрузке соседних участков
возводимым сооружением (см. рис. 1.10).
3 Зак. 240
33
Рис. 4.3. Схема силового воздействия
строящегося здания (/) на уже существу-
ющее (II), расположенное в пределах во-
ронки оседания4
А — Г — зоны повреждения конструкций
здания
Рис. 4.2. К определению дополнительного
перекоса нового здания, возведенного
вблизи уже существующего
а — схема примыкания, б — эпюра оса-
док по расчету; 1 — ранее построенное
здание; 2 — новое здание; 3 — условная
линия распределения напряжений от ра-
нее построенного здания; 4 — нижняя гра-
ница сжимаемой толщи; 5 — осадка нового
здания без учета уплотнения грунта у
примыкания; 6 — то же, с учетом уплот-
нения грунта
Если грунты площадки строительства ранее не были загружены внешней на-
грузкой, то новое здание в местах примыкания к существующим будет давать
меньшие осадки, чем на свободной территории (см. рис. 1.10). Это может при-
вести к опасному перекосу нового здания вблизи примыкания его к существую-
щим, а также к относительно большему общему прогибу нового здания, что сле-
дует учитывать при проектировании (рис. 4.2).
Увеличение перекоса нового здания в местах примыкания к существующему
может быть оценено по следующей методике:
а) определяется осадка $! фундамента стены, примыкающей к существую-
щему зданию, без учета жесткости здания по деформационным характеристикам
площадки строительства, установленным при изысканиях;
б) определяется осадка s2 того же фундамента, но по деформационным ха-
рактеристикам грунта в уплотненном состоянии с учетом нагрузки, передаваемой
существующим зданием;
в) вычисляется дополнительный перекос здания в месте его примыкания к
существующему по формуле
iad= («1 — s.)!ln, (4.5)
где In — длина участка в пределах которого развивается перекос; 1п—прини-
мается равной 0,25 Нс (здесь Нс — мощность сжимаемой толщи).
Значение перекоса /8 суммируется со значением перекоса, полученным при
расчете неравномерности осадок фундаментов проектируемого здания как сво-
бодно стоящего с учетом взаимного влияния всех его фундаментов.
Не рекомендуется производить планировку территории подсыпкой более
0,5 м в пределах площади, загрузка которой вызовет дополнительное уплотне-
ние грунтов под существующими зданиями. При необходимости выполнения под-
сыпки, толщина которой превышает 0,5 м, следует учитывать, что это мероприя-
тие может вызвать дополнительную неравномерную осадку как существующих,
так и проектируемых зданий и сооружений, особенно если эта подсыпка проек-
тируется только на части территории (см. рис. 1.11,6). Подсыпку необходимо
34
принимать как распределенную нагрузку наравне с нагрузками от проектируе-
мых построек со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Мероприятия, направленные на ликвидацию влияния неравномерной допол-
нительной осадки оснований, следует разрабатывать с учетом осадки, которая
должна быть определена расчетом.
Расположение сооружений в плане, заглубление фундаментов и подземной
части, выбор типа фундамента принимаются с учетом следующих основных тре-
бований.
Если давление на грунт от проектируемого здания не меньше давления ог
существующих соседних зданий, рекомендуется новое здание относить от суще-
ствующих фундаментов на расстояние L^,HC. При 0,5//с влияние ново-
го здания, как правило, незначительно и может быть учтено расчетом.
При необходимости устройства фундаментов на расстоянии Л<С0,5Л/с мини-
мальное безопасное расстояние будет зависеть от инженерно-геологических ус-
ловий, конструкции фундамента, способа разработки грунта, требований техно-
логии устройства фундаментов, порядка монтажа здания и ряда других факто-
ров. Наибольшая неравномерность осадок территории, примыкающей к новой
постройке (а следовательно, и неравномерность дополнительных осадок сущест-
вующих зданий), проявляется на удалении до 0,2//с от новых фундаментов
(рис. 4.3) (зона Г — практически в пределах ближайших 2—6 м). У жилых бес-
каркасных зданий именно на этом участке развиваются наиболее значительные
повреждения конструкций, прежде всего продольных стен. На удалении (0,24-
4-0,5) Нс (зона В) обычно возникают перекосы конструкций с образованием в
стенах наклонных трещин; на удалении от 0,5 Нс до Нс (зона Б) происходит
общий крен здания.
При оценке Нс можно пользоваться методикой, изложенной в работах
Б. И. Далматова, или методом суммирования по СНиП 2.02.01-83 (в последнем
случае Hc — z). Величину Нс следует определять для центра проектируемого
здания (сооружения) с учетом загружения всех фундаментов.
В зависимости от ожидаемых конечной осадки нового и дополнительных
осадок существующего здания, чувствительности конструкций последнего к раз-
витию неравномерных осадок и архитектурных особенностей объекта определя-
ется минимально допустимый разрыв между краями новых и существующих
фундаментов. Примыкание сооружений вплотную, необходимое по архитектур-
ным или иным соображениям, может осуществляться только с устройством оса-
дочного шва в наземной части и разрыва между новыми и старыми фундамен-
тами. Современные методы производства работ по разработке грунта и устрой-
ству фундаментов позволяют при соответствующем выборе варианта новых фун-
даментов (например, стена в грунте) и соблюдении определенных требований
обеспечить примыкание новых фундаментов почти вплотную к существующим.
Нежелательна сложная в плане форма примыкания, а также примыкание
нового здания к продольной стене существующего. Предпочтительно расположе-
ние новых ленточных фундаментов перпендикулярно линии примыкания.
Если новое и старое здания примыкают друг к другу торцами, то дополни-
тельная осадка основания существующего здания приводит к изменению формы
его изгиба, а при значительном развитии осадки в торцевом участке этого зда-
ния может образоваться выгиб (рис. 4.4,а). Такого рода деформации наименее
опасны для зданий со стенами, кладка которых усилена армированными пояса-
ми (см. табл. 4.2).
3* Зак. 240
35
Рис. 4.4. Развитие дополнительных осадок при различном устройстве /. зданий^
а — к торцу; б —к продольной стене; 1 — здание ранней постройки; 2 — новое зцан ie; 3 —
эпюра осадки нового здания; 4 — эпюра дополнительной осадки старого здания; 5 — то же,
по оси Б; 6 — то же, по оси А
При примыкании нового здания торцом к продольной стене существующего
здания дополнительная осадка приводит к образованию поперечного крена и
прогибов продольных стен, которые при этом получают особенно опасные по-
вреждения. В этом случае требуется применять относительно сложные и доро-
гостоящие защитные мероприятия, включая превентивное усиление конструкций
существующего здания.
Если ожидаемые величины дополнительной осадки существующих зданий
значительно превосходят sad,u (см. табл. 4.3), необходимо уменьшить дополни-
тельную осадку, т. е. снизить влияние строящегося здания на существующее. В
этих случаях оправдывают себя следующие меры:
разделение основания нового и старого здания шпунтовым рядом;
передача давления от нового здания на слои плотных подстилающих грун-
тов с помощью глубоких опор, в том числе и свай различных конструкций;
укрепление грунтов основания зданий различными технологическими средст-
вами (силикатизацией, смолизацией и др.);
предварительное усиление конструкций существующих зданий в расчете на
ожидаемую дополнительную неравномерную осадку;
обеспечение возможности выправления (выравнивания) неравномерных пе-
ремещений участков старых зданий, вызванных дополнительной осадкой.
У зданий с повреждениями II и III категории и износом свыше 40% (см.
табл. 3.2) новое строительство недопустимо без осуществления специальных
мероприятий.
Указанные в табл. 4.3 значения предельного дополнительного крена iad, и
существующих зданий допускаются только в том случае, когда здание не имеет
собственного крена. Если дополнительный крен складывается с ранее возникшим,
то их суммарная величина не должна превышать 0,005. Если дополнительный
крен направлен в противоположную сторону, то его допускаемую величину сле-
дует принимать-равной половине табличного значения.
При проектировании необходимо считаться с величиной и направлением кре-
на i существующего здания, который вызван собственной неравномерной осад-
кой. Если здание не имеет крена, действительны величины iad,и, установленные
в табл. 4.3. Если существующее здание имеет крен в сторону линии примыкания,
36
Рис. 4.5. К определению ширины осадоч-
ного шва между зданиями
1 — здание ранней постройки; 2 — новое
здание
Рис. 4.6. Консольное примыкание (разра-
ботка Е. А. Челнокова) к существующим
фундаментам новых зданий
а — с продольными несущими стенами;
б — с поперечными несущими стенами; в —
с сохранением фундамента разобранного
здания; 1 — существующий фундамент; 2 —•
ограждающая стена; 3 — несущая стена;
4 — зазор; 5 — монолитная часть стены
фундамента с консолью; 6 — уширение по-
дошвы фундамента; 7 — шпунт; 8 — попе-
речный ленточный фундамент; 9 — сохра-
няемая часть старого здания
то дополнительный крен fad, определяемый по расчету, складывается с фактиче-
ским, а их суммарная величина должна быть ограничена: H-faa ^0,005. Если
крен существующего здания направлен от линии примыкания, то определенная
расчетом величина дополнительного крена iad должна быть уменьшена на вели-
чину г, установленную высотной съемкой. Особенно важно учесть возможный
дополнительный крен односекционных (коротких) зданий или блоков протяжен-
ных зданий, отделенных от основного объема осадочным швом.
Теория и опыт показывают, что конструкции здания ранней постройки по-
лучают крен в сторону нового сооружения вследствие закономерного распреде-
ления осадки основания за пределами площади загружения. Достаточно часто
в градостроительном решении населенных пунктов проектировщики варьируют
уровни застройки, чтобы обеспечить выразительность пространственной компо-
зиции. При этом иногда многоэтажные жилые дома имеют низкие пристройки ма-
газинов, предприятий бытового обслуживания и т. п. Здания с пристройками
обычно возводятся одновременно, поэтому низкие (легкие) здания должны быть
37
Рис. 4.7. Примыкание к существующим
фундаментам свайных фундаментов зда-
ний
а, г, д—с продольными несущими стена-
ми, б, в — с поперечными несущими сте-
нами, / — существующий фундамент; 2 —
ограждающая стена, 3 — фундаментная
балка, 4 — ростверк; 5 — свая; 6 — несу-
щая или ограждающая стена; 7 — техно-
логический (теряемый) шпунт, 8 — желе-
зобетонная консоль; 9 — зазор, 10 — буро-
набивная свая (фундамент)
отделены от высоких осадочными швами. Если величина раскрытия осадочных
швов недостаточна (что связано с ошибками в проектах или низким качеством
строите тьства), встречные крены зданий (блоков) разной этажности приводят к
заклиниванию швов, а строительные конструкции получают опасные поврежде-
ния [30].
При назначении ширины осадочного шва 13 между стенами нового и суще-
ствующего зданий (рис. 4.5) в расчет принимается только наклон конструкций
существующего здания с учетом его высоты. В зависимости от характера пере-
мещений около осадочного шва, типа фундамента и конструкции здания могут
применяться следующие способы устройства деформационного шва:
удвоение торцевых стен; удвоение колонн и балок (в каркасных конструк-
циях) ;
удвоение прогонов — при одностороннем подвижном их опирании;
метод «вложенного пролета»;
одностороннее или двустороннее вынесение конструкций покрытия.
На рис. 4.6 приведены возможные варианты примыкания к существующим
зданиям новых фундаментов на естественном основании, а на рис. 4.7 — свайных.
Форма и характер деформационных швов в вертикальных кирпичных стенах
обусловлены направлением и величиной предполагаемого перемещения расчле-
ненных швами частей здания, типом несущей конструкции, жесткостью здания,
особенностями производства работ и рядом других факторов. При неправиль-
ном размещении деформационных швов жесткость здания может быть значи-
тельно снижена.
38
4. Применение разъединительного шпунта как средства
защиты конструкций существующих зданий
Разъединительный шпунт при проектировании и устройстве примыканий мо-
жет явиться незаменимым элементом основания, хотя достаточно дорогостоя-
щим и металлоемким. При рациональном использовании шпунт может обеспечить:
крепление стенок строительных котлованов, включая и такие, которые раз-
рабатываются ниже подошвы фундаментов существующих зданий, расположен-
ных непосредственно возле бровки котлованов;
возможность устройства котлованов без откосов, что особенно важно при
производстве работ в стесненных условиях существующей застройки;
сохранение уровня подземных вод на исходных отметках при водоотливе из
разработанных котлованов; предотвращение развития плывунных явлений и
суффозии;
существенное уменьшение дополнительных осадок территории, окружающей
проектируемые здания.
При разделении шпунтом оснований существующего и возводимого здания
(рис. 4.8) необходимо добиваться того, чтобы перемещение шпунта было суще-
ственно меньше осадки возводимого здания. Для этой цели шпунтины должны
заглубляться в подстилающий слой плотных грунтов либо на такую глубину,
при которой сила трения, удерживающая шпунт от вдавливания, была бы заве-
домо больше силы отрицательного трения, вызывающей его внедрение в грунт
совместно с оседающим новым зданием. При этом должно соблюдаться неравен-
ство [6]: •
ht h2
J^fn, (4.6>
0 hi
где hi — суммарная толщина уплотняющихся грунтов, в пределах которой раз-
виваются силы отрицательного направленного трения (вниз); h2 — глубина по-
гружения шпунта в толщу грунтов, обладающих модулем деформаций £>10 МПа
при этажности зданий не более 12 и £>20 МПа при более высоких зданиях;
— удельное нормативное боковое трение свай и грунта f-го слоя, принимае-
мое по СНиП на проектирование свайных фундаментов; fn,i — удельное отрица-
тельное трение свай о грунт на участке hi, определяемое по формуле
(4.7>
здесь ус — коэффициент условий работы, принимаемый при /и <4 м равным 0,6
и при Л1>4 м равным 0,8; f“ —удельное нормативное трение.
Приведенное выше условие может не проверяться в тех случаях, когда
шпунт забивают до скалы или до грунтов, имеющих модуль деформации более
50 МПа.
Разъединительная шпунтовая стенка должна идти вдоль всей линии примы-
кания фундамента возводимого здания к существующему и с каждой стороны
иметь «шпоры» длиной в плане не менее 1/4 части сжимаемой толщи (длины
шпунта) (рис. 4.9). «Шпоры» необходимы для предотвращения влияния нового
здания на существующее, а также на коммуникации, расположенные около зо-
ны примыкания зданий.
39
Рис. 4.8. Разъединительная шпунтовая
стенка
1- фундамент существующего здания; 2 —
фундамент строящегося здания, 3 — разъе-
динительный шпунт
Рис. 4.9. Расположение разделительной
шпунтовой стенки
а — план (сплошная, пунктирная и штрих-
пунктирная линии — различные варианты),
б — разрез; 1 — существующее здание, 2 —
строящееся здание, 3 — разъединительный
шпунт
5. Проектирование свайных фундаментов
Выбор вариантов свайных фундаментов на площадках, примыкающих вплот-
ную к заселенным зданиям в районах старой городской застройки и к эксплуа-
тируемым промышленным объектам, требует детальной проработки, поскольку
погружение свай забивкой или вибрированием в этих условиях обычно крайне
нежелательно, а применение другой технологии погружения и свай иных типов
приво стт к значительному удорожанию строительства.
Как было указано в гл. 2, при погружении свай около существующих зда-
ний возникают колебания подземных конструкций, на которые они обычно не
рассчитаны, и грунтов основания. Все это может вызвать повреждение конструк-
ций, ; пготнение грунтов или потерю устойчивости грунтов с выпиранием их из-
под подошвы фундаментов, дополнительную просадку или осадку основания с
аварийными последствиями. Поэтому до разработки проекта свайных фундамен-
тов вблизи существующих зданий необходимо установить, какое влияние может
оказать забивка или вибропогружение свай на состояние примыкающих зданий.
На этой основе выбираются и типы свай.
В «Инстпукпии по забивке свай вблизи зданий и сооружений» (ВСН 358-76)
определен порядок оценки опасности колебаний грунта, распространяющихся от
забиваемых свай, для окружающих зданий и сооружений и сформулированы
требования к производству работ в случае, когда колебания грунта вызывают
повреждения этих сооружений
40
Опасность колебаний оценивают по допустимому ускорению колебаний, оп-
ределяя допустимое расстояние от зданий до ближайших забиваемых свай, на
котором здание или сооружение не получит дополнительных повреждении. Если
свайное поле находится за пределами этого расстояния (для естественных осно-
ваний, сложенных выдержанными по мощности слоями однородных песчаных
грунтов средней плотности и плотных, а также глинистых грунтов с показателем
их текучести это расстояние принимается не менее 20 м), ограничений на
производство сваебойных работ не накладывается. При наличии в зданиях при-
боров, машин и оборудования безопасное расстояние L определяется допусти-
мой скоростью или ускорением колебаний, принимаемых в зависимости ат клас-
са машин и приборов по чувствительности к колебаниям. Если уровень колеба-
ний окажется недопустимым для приборов, машин или оборудования, то следует
их виброизолировать, или остановить на время забивки свай, или увеличить рас-
стояние до ближайших забиваемых свай.
Допустимый уровень колебаний на рабочих местах проверяется в соответст-
вии с требованиями «Санитарных норм проектирования промышленных предпри-
ятий» и «Положения о режиме работников виброопасных профессий, организа-
ций и предприятий Минмонтажспецстроя СССР». Для жилых зданий допусти-
мый уровень колебаний устанавливается в соответствии с «Санитарными норма-
ми допустимых вибраций в жилых домах».
До настоящего времени вопрос о допустимости забивки свай вблизи сущест-
вующих зданий в должной степени теоретически и ,экспериментально не изучен.
Допустимое расстояние зависит: от характеристик и свойств грунтов, залегаю-
щих под существующими фундаментами и в основании проектируемого здания;
уровня подземных вод; прочности несущих конструкций существующего здания
и наличия в них каких-либо дефектов; назначения здания и размещенных в нем
производств; числа забиваемых свай, их типа и др.
Наименьшее удаление свай от края существующих фундаментов должно
составлять пять поперечников свай (1,5—2 м). Минимальное расстояние опреде-
ляется также размерами сваебойного оборудования, которое должно работать в
непосредственной близости от стен домов и сооружений.
Применение забивных свай в непосредственной близости от существующих
зданий возможно в том случае, если налицо ряд условий, снижающих вероят-
ность образования повреждений существующих зданий и сооружений от виб*
рации:
существующее здание построено на сваях, забитых в относительно плотные
грунты;
ростверки фундаментов проектируемого здания располагаются не глубже
подошвы существующих фундаментов мелкого заложения;
в основании существующих зданий отсутствуют слабые и структурно неу-
стойчивые грунты;
состояние конструкций существующих зданий хорошее;
существующее здание имеет повышенную сейсмическую прочность, т. е. име-
ет полный каркас, монолитные или сборно-монолитные перекрытия, пояса арми-
рования в стенах на нескольких уровнях, железобетонные фундаменты
в виде сплошных плит, перекрестных монолитных или сборно-монолитных
лент и т. п.
Забивные сваи, погружаемые обычным способом, использовать не рекомен-
дуется:
41
при II или III категории повреждений существующих зданий и физическом
их износе более 40% (см. табл. 3.2);
при относительно низкой сейсмической прочности зданий (массивных несу-
щих стенах, сводчатых и клинчатых перекрытиях и перемычках, перекрытиях по
деревянным балкам и т. п.)
если в основании существующих домов залегают рыхлые пески или слабые
глинистые грунты при высоком уровне подземных вод.
При разработке проектов в указанных случаях целесообразно использовать
все технические возможности для увеличения разрыва между существующими
фундаментами и ближайшими к ним рядами (кустами) забиваемых свай, по-
скольку с их удалением интенсивность динамических воздействий падает до-
вольно быстро и уже на расстоянии 2—4 м снижается примерно вдвое, и при-
менять технические приемы, облегчающие погружение свай (например, лидерные
скважины, сваи в тиксотропной рубашке)1.
Уфимским НИИпромстроем разработана технология забивки свай в тиксо-
тропной рубашке. Применение такой технологии позволяет уменьшить необхо-
димое число ударов для погружения свай на заданную глубину в глинистые
грунты [9]. Этим достигается снижение суммарного динамического воздействия
на окружающую среду (по сравнению с обычной технологией), т. е. умень-
шается опасность повреждения конструкций существующих зданий, уровень шу-
ма, отрицательное влияние технологических факторов на существующую за-
стройку.
В тех случаях когда забивка свай недопустима, возможно применение на-
бивных свай, в том числе с уширением в нижней части. При выборе типа и кон-
струкции буронабивных свай (включая их длину, диаметр, наличие уширения)
рекомендуется руководствоваться следующими положениями:
при наличии в основании существующих зданий песков и супесей, способных
уплотняться при динамических воздействиях, а также тиксотропных грунтов
(ленточные глинистые грунты, илы, супеси) следует применять проходку скважин
вращательным бурением под глинистым раствором, а бетонирование произво-
дить способом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ);
если буронабивные сваи используются только в зоне примыкания, нижние
концы их необходимо располагать на той же глубине, что и у забивных свай,
чтобы не вызывать искусственного развития неравномерных осадок разных час-
тей нового здания (в водонасыщенных песчаных грунтах может быть утечка
грунта в пробуренные рядом скважины).
При проходке скважин, расположенных на расстоянии I 2df от фундамен-
тов существующего здания (здесь df — глубина заложения подошвы этих фун-
даментов), обязательна обсадка их трубами; скважины, расположенные на рас-
стоянии 2d/^C (где lh — длина ствола скважины), можно проходить без
•обсадных труб, но обязательно под глинистым раствором. В остальной части
котлована может быть использована технология, определяемая только особенно-
стями грунтов площадки, т. е. использование обсадных труб и глинистого ра-
створа может оказаться не обязательным.
Применение вдавливаемых свай в непосредственной близости от фундамен-
тов существующих зданий недопустимо при наличии в основании глинистых грун-
1 В непосредственной близости от фундаментов применение подмыва при
погружении свай недопустимо. Минимальное расстояние от фундаментов, допус-
кающее такую технологию, — 20 м (СНиП 3.02.01-83).
42
тов, которые могут существенно снизить показатели механических свойств при
перемятии (сопротивление сдвигу более чем в 2 раза, модуль деформации более
чем в 1,5 раза). Данные о способности грунтов к изменению свойств должны
содержаться в материалах изысканий и характеризоваться показателями чувст-
вительности грунта к нарушению его природного сложения.
Таким образом, разработку технической документации в рассматриваемых
условиях следует производить после тщательного обследования состояния су-
ществующих зданий, сооружений, подземных коммуникаций, а также выполнения
детальных инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий. Проекти-
рование таких объектов, как правило, выполняется силами специализированных
проектных и исследовательских организаций.
ГЛАВА 5. ПРОИЗВОДСТВО РАБОТ ПРИ УСТРОЙСТВЕ
ФУНДАМЕНТОВ ВБЛИЗИ СУЩЕСТВУЮЩИХ ЗДАНИЙ
1. Общие требования к производству работ
Выбор оптимального способа производства работ по устройству фундамен-
тов определяет успешную работу оснований и фундаментов в не меньшей степе-
ни, чем хорошо обоснованное проектное решение.
Способ разработки котлована должен выбираться с учетом заглубления
котлована по отношению к существующим фундаментам, размера захваток, уров-
ня подземных вод, вида и состояния грунтов, времени года и других факторов.
При производстве работ динамическое воздействие на основание и фундаменты
существующих зданий не должно быть значительным, поэтому в пределах поло-
сы, примыкающей непосредственно к постройкам, рекомендуется использовать
экскаваторы с малой емкостью ковша, но не размещать их в котлованах.
Способ и сроки производства работ следует выбирать таким образом, чтобы
не допустить:
промораживания грунтов основания существующих фундаментов;
разуплотнения грунта основания восходящими потоками подземной воды
при удалении ее открытым способом;
ухудшения свойств грунта в основании работающими землеройными, рыхли-
тельными, сваебойными, уплотняющими машинами и механизмами и транспорт-
ными средствами;
затопления основания подземными водами;
выдавливания плывунных грунтов во время разработки котлована;
вывалов грунта из-под фундамента в котлован при его перекопке.
Перечисленные факторы, как правило, ухудшают свойства грунта и приво-
дят к опасным деформациям основания, поэтому работы по возведению фунда-
ментов должны выполняться по тщательно разработанному проекту производ-
ства работ (ППР).
2. Производство работ при возведении фундаментов
мелкого заложения
Разработку котлована и возведение фундаментов мелкого заложения вблизи
существующих зданий необходимо вести таким образом, чтобы не нарушать ес-
тественной структуры грунтов основания. Возводить фундаменты в открытом
43
Рис. 5.1. Схема устройства котлована
вблизи существующего фундамента:
1 — фундамент; 2 — котлован
Рис. 5.2. Схемы забивки технологического
шпунта
а — для образования водонепроницаемой
завесы; б — для предотвращения механи-
ческой суффозии грунта; 1 — водонепро-
ницаемые грунты; 2 — водоупор
котловане в северо-западных районах СССР желательно преимущественно ле-
том. Период, на который котлованы и траншеи остаются открытыми, должен
быть предельно сокращен, поскольку прочность, а следовательно, и устойчивость
грунтов при вскрытии уменьшается в связи с их набуханием, размоканием, раз-
уплотнением, развитием в них суффозии и других явлений. Наихудшие условия
складываются при разработке котлована в конце лета или осенью (из-за увели-
чения количества осадков) и при последующем возведении фундаментов зимой.
При разработке ППР в зависимости от соотношения глубин проектируемого
котлована dt, заложения подошвы существующих фундаментов df и уровня под-
земных вод dw требуется учитывать следующие положения (рис. 5.1) [34].
1. При dt^df — 0,5 и dt<dw разработка котлованов возможна без приме-
нения специальных мероприятий.
2. При df — Qi5<dt<Zdf и dt<dw разработку котлована в пределах полосы
шириной 5 м, считая от края существующего фундамента, следует производить
захватками не более 1,5 м по длине примыкания.
3. При dd>dw до начала разработки котлована необходимо забить техноло-
гический шпунт (рис. 5.2), чтобы сократить или предотвратить приток подземных
вод; такой шпунт должен быть погружен до подстилающего водоупора (рис.
5.2а) или на глубину, определяемую соотношением (рис. 5.2,6)
Z>2,2^-~ 1,1
где I — необходимая длина шпунта (от поверхности земли).
Необходимо помнить, что длина шпунта, определенная по приведенной
формуле, не гарантирует устойчивости грунтов основания существующих фунда-
ментов, и этот вопрос подлежит специальному рассмотрению. Разработка котло-
вана и возведение фундаментов должны выполняться захватками.
4. При df<dt<df-\A м вдоль линии примыкания котлована к существую-
щим фундаментам следует забивать шпунт, устойчивость которого должна быть
вычислена с учетом давления, передаваемого на грунт существующими фунда-
ментами [8].
5. При dt>db+l м независимо от соотношения dt и dw требуется проведе-
ние следующих мероприятий: выполнение работ на одной захватке не должно
44
превышать 2 сут; выбор способа разработки грунта следует осуществлять с уче-
том напряженного состояния грунтов в основании существующих фундаментов.
Применение экскаватора с ковшом драглайн, шар- или клин-молота на расстоя-
нии ближе 20 м от существующих зданий и др., а также взрывного способа не-
допустимо.
6. Если котлован глубиной dt<.df примыкает вплотную к фундаментам су-
ществующих построек, следует, как правило, применять деревянный технологи-
ческий шпунт, забиваемый по краю фундамента на глубину 2—3 м ниже подо-
швы. При этом необходимо выполнить расчет этого основания по устойчивости
с учетом способа разработки котлована.
7. В случаях когда котлован глубиной dt<df примыкает не вплотную к
существующим фундаментам, необходимо принимать во внимание следующие
положения (см. рис. 5.1): db^df,L^^,5df, bf^L — котлован располагается за
пределами призмы выпора, устойчивость фундамента заведомо обеспечена; df—
—db^df — dt при L ^0 и dw>dt — устойчивость фундаментов и основания обес-
печена; dt^df, 0CL<l,5dy — производится расчет по первому предельному
состоянию1.
Если dw>dt, рекомендуется использовать характеристики сопротивления
грунтов сдвигу в консолидированном состоянии, а удельный вес грунта yi и
у ! находить по результатам прямых определений. Если же уровень подземных
вод находится выше дна котлована и проектируется открытый водоотлив, зна-
чение удельного веса подставляется с учетом взвешивающего действия воды не-
зависимо от состава грунтов, т. е. yisb и ylsd . Таким образом можно рассчи-
тать несущую способность основания существующего фундамента с учетом
разработки котлована, дно которого располагается выше уровня подземных, вод.
Разработка котлована возможна без шпунта, если выполнено условие [фор-
мула (11) СНиП 2.02.01-83]
F -У у с Fu/у п,
где F — расчетная нагрузка на основание существующего здания: Fu — сила
предельного сопротивления основания существующего здания; уп— коэффици-
ент надежности по назначению существующего сооружения, принимаемый рав-
ным 1,1 с учетом того, что котлован около существующих зданий должен быть
открыт ограниченное время; ус — коэффициент условий работы.
При и 0 длина заделки шпунта ниже подошвы существующего
фундамента h должна приниматься по условию h>2b/. Такой шпунт гарантирует
устойчивость основания (без учета динамических воздействий), и расчет можно
не производить.
При необходимости разработки котлована, примыкающего вплотную к су-
ществующему зданию, не имеющему подвала, устойчивость основания рассчиты-
вается в соответствии с указаниями СНиП 2.02.01-83 (как с учетом, так и без
учета гидродинамического давления) графоаналитическим, методом с построени-
ем круглоцилиндрических поверхностей скольжения. Разработка котлована ниже
подошвы существующих фундаментов допускается в исключительных случаях.
При этом обязательна забивка технологического шпунта, который должен быть
рассчитан не только на прочность с учетом вертикального давления на грунт от
существующих фундаментов, но и на деформацию в горизонтальном направле-
1 Для выполнения этого расчета можно использовать методику, изложенную
в СНиП 2.02.01-83.
45
нии1. Неподвижность шпунта может быть обеспечена анкерами, распорами и
другими элементами. Только после надежного крепления шпунта и обеспечения
его неподвижности возможна разработка грунта в котловане до проектной от-
метки.
При разработке котлована ниже подошвы существующих фундаментов с не-
которым удалением от них необходима проверка устойчивости основания загру-
женного фундамента, расположенного вблизи нисходящего откоса.
В тех случаях, когда новое здание заглубляется в грунт значительно ниже
подошвы существующих фундаментов, целесообразно устраивать стену в грун-
те, которая одновременно может служить фундаментом нового здания, подваль-
ной стенкой, ограждением котлована и стеной, разъединяющей основание ново-
го и существующего здания. В соответствии с расчетом такую стену анкеруют
или закрепляют контрфорсами. Применение указанного способа особенно целе-
сообразно в ^условиях тесной застройки территории при высоком уровне подзем-
ных вод. Проектом производства работ по устройству стены в грунте должны
быть предусмотрены меры по ограничению временных нагрузок возле траншеи.
В ряде случаев для понижения уровня подземных вод приходится произво-
дить глубинное водопонижение с помощью иглофильтров. При этом необходи-
мо считаться с тем, что применение глубинного водоотлива требует осторожности,
поскольку основания существующих зданий могут получить дополнительные де-
формации вследствие неравномерного уплотнения из-за суффозионного выноса
частиц, а также увеличения (примерно вдвое) удельного веса грунта и оседания
территории. Поэтому при разработке проекта производства работ возможная
дополнительная осадка основания, вызываемая водопонижением, должна быть
учтена при расчете, для которого можно использовать следующие положе-
ния [6]:
нагрузка на основание приложена в пределах площади, находящейся под
воздействием водопонижения;
мощность осушенной толщи, создающей пригрузку, равна разности отметок
первоначального уровня подземных вод dw и уровня воды в скважинах (у игло-
фильтров) d ' ;
дополнительная нагрузка определяется по формуле
Pad ~ (у У sb) >
нагрузка считается приложенной на отметке dw;
мощность сжимаемой зоны принимается до кровли коренных или малосжи-
маемых грунтов.
Полученная осадка от водопонижения суммируется с дополнительной осад-
кой фундамента существующего здания, расположенного ближе всего к новому
сооружению.
Работы по погружению иглофильтров и по водоотливу должны выполняться
с соблюдением специальных требований и проводиться под постоянным техниче-
ским контролем. Так, погружение иглофильтров в грунт методом размыва допу-
скается на расстоянии от края существующего фундамента, большем разности
между отметками подошвы фундамента и низа иглофильтров. При этом игло-
фильтры, погружаемые в пылеватые ц тонкие пески и супеси, должны обсыпать-
ся крупным или средней крупности песком. При расстоянии, меньшем указанного,
1 Метод такого расчета разработан в ЛИСИ в 1979—1980 гг. ,[8].
46
иглофильтры должны устанавливаться в буровые скважины и обсыпаться круп-
ным или средней крупности песком.
При близком расположении иглофильтров к существующим фундаментам
недопустимо вымывание пылеватых и тонкопесчаных частиц грунта. Это должно
быть выявлено заранее по данным инженерно-геологических изысканий. Кроме
того, в период водоотлива необходим постоянный контроль мутности воды.
3. Производство работ при погружении шпунта и свай
Возможность погружения свай или шпунта вблизи существующих зданий
должна устанавливаться на основании тщательного анализа инженерно-геологи-
ческих условий площадки, учета конструктивных особенностей и состояния су-
ществующих зданий, расстояния до вновь возводимого здания. Следовательно,
проекты должны быть разработаны с учетом возможных последствий от погру-
жения свай и шпунта и содержать мероприятия, позволяющие избежать разви-
тия недопустимых деформаций конструкций.
Учитывая особенности распространения колебаний и развития дополнитель-
ных осадок зданий, вызываемых забивкой свай и шпунта, можно свести к ми-
нимуму повреждения зданий, если будут соблюдены следующие требования [34].
1. Забивку свай в грунты, на которых рядом стоящее здание получает до-
полнительные осадки, вызываемые колебаниями [рыхлые и средней плотности
песчаные грунты, супеси (е>0,9)], следует начинать с дальних рядов, переме-
щая фронт работ по направлению к зданию. В этом случае уровни колебаний
на дальних расстояниях от забиваемых свай оказываются малыми и приблизи-
тельно одинаковыми по всей площади (существенное уменьшение уровня коле-
баний наблюдается на расстоянии 10—12 м от сваи). Колебания небольшого
уровня вызывают незначительные дополнительные осадки фундаментов, причем
осадки будут достаточно равномерными вследствие малого различия в уровнях
колебаний разных частей здания. Кроме того, уровень колебаний, передающихся
фундаментам через грунт природного сложения, оказывается меньшим, чем при
распространении колебаний по уплотнившемуся грунту свайного поля. В слабо-
сжимаемые глинистые грунты сваи необходимо забивать в обратном порядке (от
здания), что уменьшит деформацию (выпор) грунта из-под фундаментов су-
ществующего здания.
2. Для уменьшения динамических воздействий при погружении свай реко-
мендуется применять массивные сваебойные агрегаты и сбрасывать свайные
молоты с небольшой высоты (менее 50 см).
3. На расстоянии ближе безопасного необходимо уменьшить высоту паде-
ния молота при достижении глубины погружения свай (обычно 3—6 м), на ко-
торой наблюдаются колебания наибольшего уровня (см. рис. 2.1,6).
4. В тиксотропных ленточных глинах и суглинках, где проявляется эффект
засасывания свай, забивать сваи следует без перерывов (особенно при состав-
ных сваях), так как после остановки работ уровень колебаний может значитель-
но возрасти (в 1,5—2 раза) по сравнению с непрерывной забивкой.
5. При забивке свай на расстоянии меньше безопасного необходимо наблю-
дать за развитием осадок зданий и сооружений по специальной программе, а
на расстоянии, равном безопасному, проводить наблюдения в следующих слу-
чаях [11]:
вблизи существующих зданий имеются котлованы, отметка дна которых ни-
47
же отметок подошвы фундаментов мелкого заложения или низа ростверков
свайных фундаментов;
отсутствует засыпка пазух фундаментов на расстоянии от их края, равном
полуторной глубине заложения;
здания находятся в зоне влияния подземных выработок, влияющих на де-
формации оснований.
В первых двух случаях наблюдения можно не проводить, если предусмот-
рены технические мероприятия, предотвращающие возможную потерю несущей
способности основания.
6. При возведении зданий очередями сваи следует забивать сразу под все
здания.
7. Погружение свай вдавливанием и изготовление набивных свай рекомен-
дуется начинать с участков, наиболее близко расположенных к существующим
фундаментам. При таком порядке производства работ сваи, устроенные в пер-
вую очередь, будут служить антисейсмическим экраном при изготовлении или
забивке остальных свай.
8. Влияние динамических воздействий на грунты основания возрастает с уве-
личением числа источников колебаний, поэтому одновременная работа несколь-
ких сваепогружающих агрегатов вблизи существующих зданий не допускается.
Следует иметь также в виду, что подвесные молоты создают сотрясения меньшей
интенсивности, чем молоты других типов. В период производства работ по за-
бивке свай или шпунта на участках застройки, находящихся в зоне интенсив-
ного влияния вибрации, необходимо:
выселить (удалить) людей из жилых зданий, больниц, детских учреждений,
т с посредственно примыкающих к котлованам;
св айные работы вблизи общественных и промышленных зданий и учрежде-
ний выполнять в нерабочие дни или в вечернее время;
подготовить здание к динамическим воздействиям, для чего нужно заложить
проемы несущих стен на участках примыкания длиной 20 м, усилить стены стяж-
ками, произвести дополнительную анкеровку перекрытий или установить под-
порки и подкосы, усилить столбы и простенки металлическими обоймами.
До завершения свайных работ разборка перекрытий зданий, поставленных
на капитальный ремонт, недопустима.
Погружение шпунта вибропогружателем или свайным молотом возможно
только при отсутствии в основании существующего здания грунтов, способных
уплотняться при динамических воздействиях (песков и супесей рыхлых, водо-
насыщенных и др ). При наличии таких грунтов целесообразно шпунт вдавли-
вать в грунт.
Для уменьшения трения металлического шпунта о грунт при погружении
рекомендуется заполнять замки шпунтов перемятой пластичной глиной или та-
вотом, погружать шпунт в лидерные скважины, применять электроосмос, исполь-
зовать раствор тиксотропной (бентонитовой) глины и применять полимерные и
другие обмазки
При отсутствии механизмов для погружения шпунта вдавливанием можно
использовать механические молоты большой массы (5 т и более), которые сле-
дует сбрасывать с высоты не более 5—10 см. Использование этого способа по-
гружения шпунта допускается только при геодезическом контроле за высотным
положением существующих построек и состоянием их конструкций.
48
На площадках, сложенных рыхлыми и средней плотности песками и супесями,
способными уплотняться при динамических воздействиях, забивка или вибропо-
гружение шпунта допустимы лишь на расстоянии более 20 м от фундаментов
существующих зданий. При меньших расстояниях до погружения шпунта ди-
намическими методами необходимо закреплять пески и супеси для исключения
их уплотнения. Закрепление грунтов производится по проекту.
4. Применение шпунта при разработке котлованов
в моренных грунтах
В ряде районов северо-запада нашей страны, и особенно в Карелии, широ-
кое распространение имеют моренные грунты. Характерной особенностью морен
является большое содержание валунов (иногда до 70%) значительных размеров
и наличие линз водонасыщенных песков, сходных с плывунами. Все это увели-
чивает неоднородность основания, влияет на устойчивость стенок котлованов,
способствует прониканию воды в котлован.
Работы по возведению в таких грунтах заглубленных сооружений вблизи
существующих зданий и сооружений часто выполняются с применением метал-
лического шпунта. Однако при этом возникают следующие трудности [25]:
шпунт заклинивается в замке в результате изгиба при встрече с валунами
и тянет соседние шпунтины (на глубину до 4 м), при этом в подпорной стенке
образуются бреши, через которые вымывается грунт, создавая угрову деформа-
ций соседних сооружений (рис. 5.3);
шпунт выходит из замка (даже на значительной глубине), в результате чего
также образуются бреши, поэтому при разработке котлована приходится за-
делывать бреши или выполнять дополнительное крепление.
Большие затруднения возникают при извлечении такого шпунта. Опыт ве-
дения работ в Карелии свидетельствует, что количество шпунта, оставляемого в
грунте по указанным и другим причинам, составляет около 60%. Эти обстоя-
тельства необходимо учитывать при разработке ППР.
5. Особенности работ в стесненных условиях
Наиболее сложными и трудоемкими в рассматриваемых условиях являются
работы по устройству фундаментов в связи со следующими обстоятельствами
[9, 25]:
стесненность площадки, не позволяющая применять технологию работ, эф-
фективную в обычных условиях, что приводит к снижению производительности
труда;
отсутствие возможностей для использования высокопроизводительных ма- •
шин при выполнении земляных, бетонных, монтажных, свайных и других работ;
наличие соседних фундаментов, требующих соблюдения особой техноло-
гии работ (шпунтовые ограждения, водопонижение и т. п.);
повышенные требования к допустимому уровню динамического воздействия
на окружающую среду;
невозможность извлечения в ряде случаев технологического шпунта и других
факторов.
Хронометражные наблюдения, проведенные Еникиевым А. X. и Ковале-
вым В. Ф. показали, что стесненные условия приводят к значительному сниже-
49
Рис. 5.3. Бреши
в подпорной стенке
из металлического шпунта
нию производительности сваебойного агрегата. Так, например, наличие стены
или препятствия с одной стороны снижает производительность на 27%, с двух
сторон (в углу)—на 50%, с трех сторон (тупик)—на 58%. Стесненность осо-
бенно сказывается на расстоянии до 3,5 м от места забивки сваи до суще-
ствующего здания.
Эти и другие обстоятельства должны учитываться при разработке проектно-
сметной документации и особенно проекта производства работ.
ГЛАВА 6. ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВА ФУНДАМЕНТОВ
ВБЛИЗИ СУЩЕСТВУЮЩИХ ЗДАНИЙ НА СЛАБЫХ ГРУНТАХ
1. Слабые грунты как основания зданий и сооружений
Слабыми принято называть молодые (в геологическом понимании) наносы
различного состава и генезиса, которые не получили в естественных условиях
достаточного уплотнения. Понятие слабый грунт в современной технической ли-
тературе трактуется довольно широко. По условиям образования и залегания
эти грунты можно разбить на три группы: морские и озерные отложения, обра-
зующие слоистые толщи (пески, супеси, суглинки, глины, органогенные и мине-
ральные илы); покровные отложения, залегающие на плоских участках, на скло-
нах и под склонами (торфяники, глинистый элювий коренных пород, размоченный
50
лёсс, делювиальные отложения склонов, пролювий конусов выноса); техногенные
отложения, залегающие в форме бугров, терриконов или во впадинах рельефа,
в оврагах, карьерах в форме карманов (городская свалка, культурные слои
старых городов, отвалы промышленных отходов, накопления хвостохранилищ
и т. п.).
Слабые грунты особенно широко распространены в районах северо-запада
СССР, в недавнем геологическом прошлом освободившихся от ледникового по-
крова последнего континентального оледенения, в условиях избыточного увлаж-
нения и затрудненного стока подземных и поверхностных вод. Эти грунты об-
разуют залежи на дне и по берегам морей и озер, в поймах и дельтах рек, на
заболоченных водоразделах. Суммарная мощность толщ слабых грунтов срав-
нительно невелика, обычно не более 20—30 м; в ряде районов она достигает
50 м. Слабые грунты обычно водонасыщены, имеют весьма высокую влажность
большую пористость и весьма большую сжимаемость; они чувстви-
тельны к воздействию вибрации и других факторов, связанных со строительным
производством.
На территории многих городов северо-запада СССР, в частности Ленинграда,
слабые грунты распространены почти повсеместно. Здания и сооружения, по-
строенные в этих городах еще в дореволюционное время на ленточных фундамен-
тах из бутового камня, а также на коротких деревянных сваях, получили осад-
ки порядка десятков сантиметров. Развитие осадки продолжалось в течение
многих лет после завершения строительства и обычно приводило к поврежде-
ниям кладки стен.
В условиях слабых грунтов современные крупнопанельные каркасные и кир-
пичные дома возводят на сваях, которые погружают в плотный подстилающий
грунт. Длина таких свай обычно составляет 9—15 м, а под некоторыми здани-
ями— 32 м [28]. Однако и длинные сваи по ряду причин не гарантируют от
возможного развития неравномерных осадок [32].
2. Устройство фундаментов в условиях существующей
застройки на слабых глинистых грунтах
Слабые глинистые грунты — глины, суглинки, супеси, имеют высокую влаж-
ностть (w>0,5), большую пористость (е>1), модуль деформации примерно 1—
10 МПа, низкую водопроницаемость [7]. При воздействии вибрации прочность
этих грунтов понижается, т. е. проявляются тиксотропные свойства. Осадки
зданий, возведенных на таких грунтах, развиваются в течение десятков лет и
достигают больших величин. В районах северо-запада нашей страны распро-
странены ленточные глины — поздние и послеледниковые отложения пресноводных
бассейнов. Эти грунты имеют характерную (ленточную) текстуру; т. е. состоят
из большого числа тонких слоев песчаного и глинистого материала, ритмично
сменяющих друг друга, поэтому водопроницаемость грунта по вертикали (попе-
рек слоистости) значительно меньше, чем по горизонтали. Распределение влаж-
ности в толще ленточных глин закономерно (рис. 6.1): в середине толщи влаж-
ность заметно больше, чем в периферийных частях, поэтому грунт на глубине 2—
3 м и более заметно слабее залегающего у поверхности. Ленточные глины обла-
дают большой пучинистостью при промораживании.
Кроме того, эти глины особенно чувствительны к перемятию, т. е. резко
изменяют свойства при различных технологических воздействиях. Поэтому, как
51
Рис. 6.1. Кривая распределения влажности
в слоях слабых и подстилающих грунтов
(основание здания гостиницы «Россия» в
Ленинграде)
1 — насыпной грунт (взамен торфа); 2 —
ленточные глины; 3 — моренный суглинок —
относительно плотный грунт
рекомендовал в свое время Б. Д. Васильев, при разработке котлованов в этих
грунтах требуется применять особые меры предосторожности (см. гл. 5). Разра-
ботка котлованов возле фундаментов на ленточных глинах весьма опасна.
Дополнительные осадки фундаментов на ленточных глинах могут быть уч-
тены расчетом при проектировании. При этом, как показывает опыт, следует
использовать результаты лабораторных испытаний, принимая значения коэффи-
циента сжимаемости грунта в том диапазоне компрессионной кривой, который
соответствует изменению напряженного состояния основания при возведении но-
вого здания.
Ленточные глины в большой степени подвержены морозному пучению, по-
этому при зимнем производстве работ в котлованах, вскрывающих ленточные гли-
ны, необходимо надежно утеплять существующие фундаменты. Для предотвра-
щения выдавливания глины из-под подошвы фундаментов старых домов следу-
ет, как правило, применять технологический шпунт, погружаемый на 2—4 м ниже
дна котлована.
Если строительный котлован разрабатывается ниже подошвы существующих
фундаментов, применение ограждающего шпунта обязательно. Шпунт должен
быть рассчитан не только по устойчивости, но и по деформациям. Для этой цели
можно использовать методику, разработанную в ЛИСИ [8].
Сваи и шпунты легко проникают в ленточные глины, поэтому суммарное ди-
намическое воздействие на основание бывает сравнительно невелико. Известны
случаи, когда для проходки слоя ленточных глин толщиной 5 м требовалось
всего 30—40 ударов механического молота [18]. Однако сваи и шпунты, ближай-
шие к существующему фундаменту, должны отстоять от него не менее чем на
2 м, а фронт свайных работ должен быть направлен в сторону существующих
фундаментов [6].
При разработке проектов фундаментов при наличии ленточных глин необхо-
димо иметь данные детальных изысканий, достоверно устанавливающих глубину
заложения подошвы фундаментов существующих зданий по всей линии примы-
кания. Если в материалах изысканий эти данные отсутствуют, возможен выпор
грунта. К примеру, в Ленинграде на ул. Куйбышева в 1978 г. при разработке
котлована для устройства фундамента здания цеха возле заселенного трехэтаж-
52
ного дома в последнем образовались опасные деформации. Оказалось, что этот
дом состоял из двух частей разновременной постройки: в одной части подошва
фундаментов была заглублена на 0,5 м больше, чем под другой, где фундамент
при изысканиях был вскрыт шурфом. В результате развился выпор грунта,
жильцы были в срочном порядке выселены и здание разобрано, так как из-за по-
лученных повреждений его капитальный ремонт оказался невозможен.
3. Устройство фундаментов вблизи зданий,
возведенных на водонасыщенных рыхлых песках
Водонасыщенные рыхлые пески (аллювиальные, озерно-морские и другие)
в условиях статического нагружения не получают больших деформаций, поэто-
му осадки зданий высотой, до 6—7 этажей на этих грунтах обычно не имеют
опасного развития. Однако выполнение строительных работ в непосредственной
близости от таких зданий может существенно изменить картину. Например, в
районе Большой Охты в Ленинграде в 1979 г. при разработке котлована и за-
бивке свай два здания, постройки 60-х годов получили сильные повреждения из-
за неравномерной дополнительной осадки водонасыщенных песков (рис. 6.2).
Сваи, погружаемые вибрированием или забивкой (механическим молотом,
дизель-молотом) в рыхлые водонасыщенные пески, должны располагаться на
достаточном удалении от существующих фундаментов. Исследования, проведен-
ные ВНИИГСом и ГПИ Фундаментпроект, показали, что безопасным является
рассе яние 20 м [11]. Большее приближение к существующему фундаменту тре-
бует проведения специальных виброметрических исследований при проведении
инженерно-геологических изысканий и виброметрического контроля в период
свайных работ.
На участке, приближенном к существующим фундаментам, уместно приме-
нение свай, погружаемых вдавливанием, а также винтовых и буронабивных свай.
Разбуривание полостей для устройства буронабивных свай, даже под глинистым
Рис. 6.2. Здание, получившее аварийные
повреждения в результате забивки свай в
соседнем строительном котловане (фото
1979 г.)
53
раствором, в рыхлых водонасыщенных песках около существующих фундамен-
тов небезопасно. В этих условиях наиболее рационально применение стальных
обсадных труб, оставляемых в скважинах, и подводное бетонирование без от-
качивания воды из полости. Такой метод был успешно использован в Ленингра-
де при устройстве фундаментов здания гостиницы «Москва» в непосредственной
близости от ранее возведенной станции метрополитена (проект Ленинградского
отделения ГПИ Фундаментпроект).
В водонасыщенных рыхлых песках применение глубинного водоотлива при
наличии зданий возле котлована является нежелательной мерой, так как пониже-
ние уровня подземных вод на длительный период времени вызывает уплотне-
ние грунта и развитие дополнительной осадки. В силу этих причин применение
постоянных дренажных устройств на застроенных территориях, приводящие к
понижению уровня подземных вод на несколько метров, недопустимо (см. гл. 1).
4. Устройство фундаментов вблизи зданий,
возведенных на биогенных грунтах
К биогенным хрунтам оiносятся заторфованные грунты (песчаного пылева-
того и глинистого состава), торфы, сапропели (пресноводные илы). Эти грунты
имеют весьма широкое распространение в районах северо-запада СССР. Гене-
тически разновидности биогенных грунтов относятся к четвертичным отложе-
ниям озерного, аллювиального, озерно-болотного, болотного происхождения.
Торф состоит преимущественно из остатков различных растений, часть ко-
торых при разложении преобразуется в коллоидную массу (гумус), а часть со-
храняет свои начальные формы. В зависимости от условий образования и соста-
ва растительных остатков среди торфов выделяется ряд разновидностей — ни-
зинный, верховой и переходный, а также древесный, моховой, осоковый и т. п.,
а по залеганию — открытый и погребенный.
Торф обладает способностью вмещать воду в весьма большом количестве:
1 кг торфа может впитать 3—10 кг воды, т. е. его влажность достигает П7= 10
(1000%). Торф отдает воду почти с таким же трудом, как и глинистые грунты.
Это свойство (низкой водоотдачи) затрудняет осушение торфяных болот в хо<
де их освоения для застройки. Торф при осушении уменьшается в объеме в 7—10
раз, поэтому поверхность грунта опускается на 1—2 м и более. Сооружениям,
построенным на таких участках на сваях, угрожает «повисание в воздухе». Так,
например, при осушении территории в Архангельске с помощью дренажей, не-
смотря на малые давления на грунт (менее 0,05 МПа), осадки зданий достигли
3—4 м при абсолютнной разности осадок до 1,3 м, что привело к разрушению
зданий [16]. Следует также иметь в виду, что здания, построенные на таких грун-
тах, получают деформации не только от вертикальных осадок, но и от сдвигов
торфяных залежей в сторону откосов котлованов (оползание распространяется до
20 м и более). В этом случае могут деформироваться здания, возведенные на
свайных фундаментах [16].
На физико-механические свойства торфа оказывает влияние степень его
разложения, т. е. отношение полностью разложившейся массы к общей массе
торфа. Сжимаемость торфа чрезвычайно велика. Под нагрузкой всего 100—
200 кН/м2 осадка образца торфа достигает 30—50% первоначальной высоты.
Уплотнение торфа за счет фильтрационной консолидации протекает быстро, а
за счет ползучести — длительное время (годы). Компрессионная зависимость
54
торфа нелинейна. При циклических нагрузках наблюдается общее увеличение де-
формации сжатия с каждым циклом.
Сопротивление торфа сдвигу в сильной степени зависит от его- плотности-
влажности. Сопротивление возрастает быстрее степени его консолидации под
нагрузкой и достигает практически конечной (наибольшей) величины, в то вре-
мя как осадка составляет только 60—70% ее полного значения. Сопротивление
сдвигу увеличивается с увеличением продолжительности уплотнения. Однако
70—90% полного сопротивления реализуется уже после трехчасового уплотнения
образца.
Водопроницаемость торфа изменяется в большом диапазоне значений коэф-
фициента фильтрации. Для торфа характерно наличие начального градиента, да-
же если он обладает сравнительно большой водопроницаемостью. Уплотнение
торфа внешней нагрузкой значительно уменьшает его водопроницаемость и уве-
личивает начальный градиент напора. Аналогичные явления наблюдаются при
увеличении степени разложения торфа. В процессе фильтрации водопроницае-
мость снижается вследствие кольматации пор торфяной массы.
Таким образом, торф в качестве основания по сравнению с минеральными
грунтами имеет значительно худшие свойства, поскольку его влажность больше
в 20—60 раз, коэффициент пористости — в 15—40 раз, а модуль деформации
меньше в 10—100 раз [16].
Коэффициент морозного пучения торфа составляет 1,02—1,03; это значит,
что торф — практически непучинистый грунт [16]. Влияние притока воды почти
не сказывается на пучинистости, а влажность грунта до и после промерзания не
меняется.
Заторфованными называются грунты, содержащие от 10 до 50% (по массе)
органических веществ (неразложившихся и разложившихся). По условиям об-
разования заторфованные грунты могут относиться к трем основным фациальным
группам: морской, лагунной, континентальной. Заторфованные грунты морского
происхождения обычно представлены мелкими песками, супесями и суглинками
с содержанием органических веществ 10—45%. Заторфованные грунты лагунно-
го происхождения имеют значительное количество растительных остатков. За-
торфованные грунты континентального происхождения представлены озерными,
болотными, озерно-болотными, озерно-ледниковыми и аллювиальными отложе-
ниями [15].
Наличие органических включений предопределяет высокую гидрофильность
заторфованных грунтов и в связи с этим повышенное содержание в них адсор-
бированной влаги. Для этих грунтов характерна низкая фильтрационная способ-
ность. Так, например, при содержании органики 0,2% скорость фильтрации (по
сравнению с чистыми песками) уменьшается в 10 раз, содержание органики 20%
делает пески практически водонепроницаемыми за счет явления кольматажа (заи-
ливания) пор в песке органическими включениями и их набухания при увлаж-
нении. В суглинках увеличение содержания органики ведет к снижению коэффи-
циента фильтрации, а в глинах водопроницаемость возрастает.
Высокая пористость и водонасыщенность заторфованных грунтов, а также
наличие органических включений в различных пропорциях и стадиях по степени
разложения, особенности структурных связей и т. п. влияют на прочностные
свойства грунтов [15].
Деформируемость заторфованных грунтов также обусловлена их структурны-
ми особенностями. Структурная прочность в редких случаях превышает 0,03 МПа.
55
При давлениях, превышающих значение структурной прочности, происходит ин-
тенсивное уплотнение грунта за счет фильтрационной консолидации. Увеличение
содержания в грунтах органических веществ приводит к повышению их сжимае-
мости. Увеличение степени разложения органики уменьшает сжимаемость в 1,5
3 раза [15].
Особенностью заторфованных грунтов является их большая сжимаемость
(Е—1-4-20 МПа) и медленное протекание осадок во времени. Сильнозаторфован-
ные грунты при воздействии на них постоянной действующей нагрузки ведуг себя
аналогично торфу, и значительно деформируются, причем остаточные деформа-
ции составляют до 90% общей осадки. Эту особенность заторфованных грунтов
используют при строительстве, предварительно уплотняя основание временной
пригрузкой (предпостроечное и предэксплуатационное уплотнение).
Специфической особенностью заторфованных грунтов является их свойство
изменять свой химический состав во времени под действием процессов разложе-
ния органических включений. При этом увеличивается пористость грунта, и мо-
жет произойти его самоуплотнение под действием собственного веса.
Сапропель — пресноводный ил, образованный при разложении органичес-
ких (преимущественно растительных) остатков и содержащий более 19% органи-
ческих веществ. Коэффициент пористости сапропеля, как правило, более 3, пока-
затель текучести больше 1; содержание частиц размером более 0,25 мм не пре-
вышает 5%. Образуется этот грунт на дне озер, морей и в долинах рек (в усло-
виях отсутствия кислорода).
Свойства сапропелей весьма неблагоприятны: влажность достигает 100—
200% и более; модуль деформации обычно не более 0,5 МПа; обладают способ-
ностью к большой усадке при уменьшении влажности, удельный объем твердой
фазы при этом уменьшается в 3—10 раз, а пористость — в 7—9 раз.
В XVII—XIX столетиях и ранее при подготовке торфяных болот под застрой-
ку часть торфа снимали (выторфовка), подсыпали грунт в разработанные тран-
шеи, укладывали в них бревна (лежни) и уже после этого вели кладку фунда-
ментов. Если торф оставляли непосредственно под фундаментами, то здания да-
же незначительной высоты (1—2 этажа), получали большие и неравномерные
деформации. Капитальные здания возводили на деревянных сваях, длина которых
обычно не превышала 6 м. Такие сваи зачастую не достигали плотных подстилаю-
щих грунтов, и здания также получали большие осадки. Массовые обследования
в Ленинграде показали, что капитальные дома в районах распространения тор-
фов и заторфованных грунтов находятся обычно в худшем техническом состоя-
нии, чем в других районах.
При возведении новых зданий вблизи существующих в рассматриваемых
грунтовых условиях в настоящее время применяются сваи. Однако и в этом слу-
чае приходится разрабатывать котлованы и производить водопонижение, т. е.
использовать воздействия, влияющие на напряженно деформированное состояние
грунта, лежащего ниже подошвы существующих фундаментов.
Наибольшую опасность представляет временное и постоянное понижение
уровня подземных вод. Осушенный торф претерпевает сильнейшие изменения: по-
лучает большую усадку, подвергается процессам грибкового и бактериального
разложения. Вместе с торфом разлагается и древесина подземных частей старых
зданий: сваи, ростверки, лежни. По указанным причинам на таких площадках
недопустимо применение постоянных дренажных устройств, приводящих к по-
нижению уровня подземных вод ниже подошвы существующих фундаментов.
56
Кроме того, технологический водоотлив (глубинный или открытый) также неже-
лателен. поскольку торф, заторфованные грунты, сапропели могут весьма интен-
сивно уплотняться при снятии взвешивающего действия воды, и здания получат
опасные повреждения. В рассматриваемых условиях строительные котлованы
должны устраиваться под защитой фильтрационных завес, прежде всего из ме-
таллического шпунта, который должен быть погружен в водоупорный слой.
Изложенное показывает, что биогенные грунты, содержащие органические
вещества, обладают особыми отрицательными свойствами, которые необходимо
учитывать при строительстве возле зданий и сооружений, под которыми зале-
гают такие грунты.
5. Устройство фундаментов вблизи зданий,
возведенных на насыпных грунтах
На территориях многих городов, особенно тех, которые основаны сотни лет
назад, образовались наносы (культурный слой) мощностью 10 м и более, т. е.
довольно большой величины. Состав этих наносов зависит от многих факторов,
включая климат района, тип местных грунтов, характер промышленности, разме-
щенной в городе, исторические события. К примеру, в ряде старинных городов
сохранились многоярусные мостовые из бревен, которыми в течение 3—5 столе-
тий покрывали территории дворовых пространств, площадей и улиц. Так, в За-
речной части Новгорода обнаружены участки, где имеется до 30 накатов бревен
с общей толщиной этого слоя более 7 м (Арциховский, 1979). Местами древе-
сина мостовых перегнила и превратилась в особый органогенный грунт, залегаю-
щий слоями толщиной до 7 м. Такие же слои распространены в центральных рай-
онах Риги, в старых районах Москвы (на территории Кремля) и в других
городах.
Совсем иной состав культурных слоев в городах, которые в прошлом под-
вергались разрушениям (от землетрясений, войн). Так, на территории вентраль-
ных районов Варшавы слой битого кирпича (остатки разрушенных домов) до-
стигает 5—7 м (Леггет, 1976). Аналогичные слои распространены на гсрритории
Гданьска и Волгограда.
В городах с поливным земледелием, например в Бухаре, Самарканде, Урген-
че и многих других, распространен слой суглинистого грунта, имеющего неясно
слоистую структуру — результат накопления осадка, выпавшего из поливных вод.
Мощность таких слоев достигает 10 — 12 м.
Во многих городах имеются культурные слои, образованные технологичес-
кими отходами различных отраслей промышленности: горной, металлургической,
химической, строительных материалов и т. п. Состав этих наносов различен, час-
то они содержат токсичные и агрессивные вещества, иногда отвалы таких отхо-
дов способны самовозгораться и т. п.
В реконструируемых районах городов, где приходится возводить фундамен-
ты вплотную к существующим зданиям, имеются участки со снесенными ранее
зданиями и оставшимися погребенными под землей фундаментами и участками
стен, полостями (подвалы снесенных зданий, выгребные ямы), длинномерными
элементами строительных конструкций, расположенными беспорядочно (бревна,
балки из металла и железобетона, плиты перекрытий и сводов, трубы старых
заброшенных коммуникаций).
При разработке проектов застройки таких участков обычно отсутствуют до-
57
кументы, отражающие расположение снесенных зданий на плане, и чертежи под-
земных конструкций, поэтому требуется проведение тщательных инженерных
изысканий, в результате которых должны быть определены местоположение
фундаментов снесенных домов, глубина их заложения, состав материала, глуби-
на залегания культурных слоев и подстилающих их грунтов естественного про-
исхождения, характер подземных вод. В проектах должно быть точно установ-
лено, какие из старинных фундаментов подлежат разборке, на какую глубину,
возможно ли при этом погружение свай и шпунтов и каким способом и т. п.
Предпочтительно старые фундаменты, расположенные вплотную к фундаментам
существующих (и сохраняемых) зданий, не разбирать. Разборка опасна, посколь-
ку она требует применения динамических воздействий и может привести к вскры-
тию подошвы существующих фундаментов. Опасно также удаление длинномер-
ных элементов, которые могут располагаться в грунтах под подошвой фундамен-
тов существующих зданий. Применение шпунта в этих условиях весьма затруд-
нительно из-за того, что в грунте может оказаться кирпич и различные элемен-
ты строительных конструкций. Поэтому использование под новые здания фун-
даментов, заглубляемых ниже подошвы существующих фундаментов, а также
глубоких подвалов и подземных объемов крайне нежелательно.
В районах распространения насыпных грунтов недопустимо при строитель-
стве зданий применение дренажей и других водопонизительных устройств, по-
скольку при осушении в условиях доступа воздуха в грунт проникают бактерии
и грибки, развиваются процессы гниения органических веществ и окисления раз-
личных материалов, что приводит к просадке оснований.
ГЛАВА 7. ОПЫТ ВОЗВЕДЕНИЯ ЗДАНИЙ В УСЛОВИЯХ ПЛОТНОЙ
ГОРОДСКОЙ И ПРОМЫШЛЕННОЙ ЗАСТРОЙКИ
1. Изучение опыта строительства
Использование технических мероприятий, рассмотренных в предшествующих
главах, требует от проектировщиков большой изобретательности, особо тща-
тельной проработки проектных решений фундаментов зданий в условиях плотной
застройки и довольно значительных дополнительных затрат по сравнению с
обычным строительством, которые, впрочем, не идут ни в какое сравнение с ма-
териальным и моральным ущербом, сопряженным с повреждениями и авариями
существующих зданий. К сожалению, как показывает опыт исследовательской и
экспертной работы авторов, далеко не все сознают сложность и ответственность
задач, ставящихся при разработке и реализации проектов фундаментов вблизи
старых зданий. Часто ссылаются на то, что вопрос устройства примыканий не
новый, что он рассмотрен даже в старых учебниках по механике грунтов, что в
крупных городах уже десятки (и сотни) лет успешно стоят дома вплотную друг
к другу. Изложенное как будто подтверждается знакомой картиной внешнего
вида улиц в любом крупном городе, допустим, Невского проспекта в Ленинграде,
ул. Кришна Барона в Риге, ул. Лай в Таллине и т. п.
Специальное изучение этого вопроса в Ленинграде позволило установить по
архивным документам, что до Октябрьской революции в судебных инстанциях
Петербурга-Петрограда многократно рассматривались исковые заявления домо-
владельцев, которые требовали возмещения убытков, нанесенных зданиям в ре-
58
Рис. 7.1. Одноэтаокный дом (постройка середины XIX в.), получивший аварийные повреж-
дения после возведения вблизи него в 1909 г. шестиэтажного жилого дома (фото 1983 г.)
зультате застройки смежных с ними участков. Такие иски, как правило, удов-
летворялись, причем размер компенсации ущерба мог превышать нарицательную
стоимость поврежденных домов. При внимательном осмотре старых зданий
(рис. 7.1) нетрудно обнаружить в их торцевых частях, на участках примыканий
к относительно более новым (обычно более высоким) постройкам многочислен-
ные повреждения, скрытые слоями штукатурки: трещины в кладке стен, переко-
сы проемов, изгибы и переломы карнизов, поясков, лепнины, а также многочис-
ленные исправления: стяжки, заложенные проемы, контрфорсы и т. п. (рис. 7.2).
Очевидно, что в наше время в условиях социализма ущерб в описанной ситуа-
ции несет государство, все общество, поэтому требуется принять все необходи-
мые меры, предотвращающие развитие повреждений конструкций зданий.
В недавнем прошлом в описанных обстоятельствах применяли простейшие
и малоэффективные мероприятия: котлован под новые фундаменты разрабаты-
59
Рис. 7.2. Здание (постройка первой поло-
вины XIX в.), получившее сильнейшие по-
вреждения при разработке около него глу-
бокой траншеи и отклонении ограждаю-
щего траншею шпунта (фото 1981 г.>
Рис. 7.3. Схема традиционного устройства
примыкания двух зданий, возведенных на
смежных участках в разное время?
1 — ранее устроенный фундамент (буто-
вый); 2 — сборный железобетонный фун-
дамент более поздней постройки; 3 - тех-
нологический шпунт (дерево); 4 — ось
осадочного шва
вался не ниже подошвы существующих, по краю фундаментов старых зданий
забивался короткий шпунт, обеспечивалось свободное перемещение фундаментов
и стен новых и существующих зданий с помощью осадочных швов (рис. 7.3).
Заметим, что даже в 60—70-е годы в Ленинграде отмечалось ежегодно 10—
15 случаев развития значительных деформаций домов в результате застройки
смежных с ними участков. Анализ таких случаев по материалам соответствую-
щих экспертиз показал разные причины возникновения деформаций, среди кото-
рых главные: недостаточность принятых в проекте конструктивных, технологи-
ческих и организационных мероприятий; отступление от принятых в проекте ре-
60
шений при производстве строительных работ; низкая технологическая дисципли-
на на строительстве (отступление от нормативных требований).
В последние годы в этом направлении отмечены большие достижения. Боль-
шинство проектов зданий, предназначенных к возведению в условиях плотной
застройки, разрабатывается весьма детально и продуманно на основе изыска-
ний, выполненных по программам, учитывающим особенности решаемых задач.
По таким проектам успешно возведены капитальные здания. Следовательно, при
внимательном отношении к делу и квалифицированном подходе можно получить
отличные результаты, располагая относительно простыми техническими средства-
ми. Ниже рассмотрены наиболее интересные и показательные случаи положи-
тельного и отрицательного опыта строительства в Ленинграде.
2. Примеры повреждений зданий, вблизи
которых возведены новые дома
Деформации зданий ранней постройки при возведении вблизи них семиэтаж-
ного жилого дома. Кирпичное здание А, возведенное в 1979 г. по проекту, раз-
работанному в 1975 г., располагалось на месте снесенных домов вплозную к
трем зданиям (рис. 7.4): одному, построенному в 60-х годах, Б и двум другим,
возведенным в дореволюционное время, В и Л К сожалению, при составлении
проекта нового дома не были учтены возможные последствия и не применены
защитные мероприятия, поэтому результат не заставил себя ждать: трещины в
стенах домов В и Г возникли еще при монтаже пятого и шестого этажей нового
дома, когда его осадка достигла в среднем только 100 мм (рис. 7.5). Регуляр-
ные геодезические наблюдения, выполненные ОНЛФ ЛИСИ, показали:
осадка нового дома А была неравномерной (он получил несимметричный
прогиб), поскольку грунты основания имели предварительное и неравномерное
уплотнение от ранее существовавших и снесенных построек и от влияния сосед-
них существующих домов;
максимальное измеренное перемещение (в 1983 г.) составило 234 мм; как
следует из табл. 4.2 и 4,3, при таких осадках без применения специальных меро-
приятий строительство новых домов недопустимо, что и подтвердилось наблю-
дениями й обследованиями — существующие дома получили опасные повреж-
дения;
все три существующих дома получили неравномерную дополнительную осад-
ку, превышающую 100 мм, перекос стен достиг 0,05, что недопустимо;
перекос стен привел к развитию повреждений (трещин) в стенах старых до-
мов, выпадению кирпичей из клинчатых перемычек, перекосу лестничных маршей,
т. е. вызвал поверждения II категории (см. табл. 3.2);
в стенах здания Б повреждений не образовалось; здесь положительное вли-
яние оказали предложенные Б. Д. Васильевым меры, направленные на пониже-
ние чувствительности конструкций кирпичных зданий к неравномерным дефор-
мациям оснований, — в кладке стен этого дома была применена арматура и сте-
ны усилены поэтажными поясами армирования.
Разрушение стен жилого дома при забивке свай на соседнем участке. В про-
екте крупного каркасного здания концертного зала, расположенного вплотную к
семи домам старой постройки (часть из них подлежала разборке), были преду-
смотрены свайные фундаменты, поскольку нагрузки на колонны достигали значи-
тельных величин (4000—6000 кН), а площадка сложена толщей слабых грунтов
61
F
Рис. 7.4. Осадка семиэтажного кирпичного
жилого дома (А) и трех расположенных
вблизи домов более ранней постройки (Б,
В, Г)
а — план (цифры — номера деформацион-
ных марок; штриховка — зоны поврежде-
ний); б — эпюра осадки наружных стен
зданий А, Б, В\ (даты наблюдений: I —
5.09.79 г.; II — 23.12.79 г.; III — 22.11.83 г.);
в — кривые развития осадки зданий во
времени (в скобках буква М и цифра
обозначают номера марок)
Рис. 7.5. Кирпичное здание старой построй-
ки, получившее повреждения после возве-
дения вблизи него нового кирпичного дома
до глубины 16 м. Сваи длиной 15 м должны были погружаться со дна строитель-
ного котлована, размером в плане 150X120 м, разработанного на глубину до
2,5 м (рис. 7.6).
На участках, расположенных в непосредственной близости от существующих
зданий, проектом было предусмотрено погрузить способом вдавливания 59 свай.
Нелишне заметить, что непосредственно под фундаментами зданий залегают
водонасыщенные пылеватые пески, весьма чувствительные к динамическим воз-
действиям. Строительная организация (генеральный подрядчик) решила обойтись
без услуг субподрядной организации и самостоятельно возле пятиэтажного жи-
лого дома забила 11 свай трубчатым дизель-молотом. В результате здание полу-
чило столь значительные дополнительные осадки и повреждения (см. на
62
рис. 7.6 — заштрихованная часть здания /), что из него пришлось срочно выселить
жильцов. По-видимому, это здание будет разобрано.
Дальнейшие работы были продолжены в точном соответствии с проектом:
все оставшиеся 48 свай вдавлены, остальные (650 шт.) — погружены ударным
способом. При забивке свай на достаточном удалении от домов дополнительных
осадок не развилось.
Повреждение конструкций здания, возведенного на свайных фундаментах^
в результате пристройки к нему кирпичного дома на естественном основании.
Девягиэтажный крупнопанельный жилой дом (серии 1-ЛГ600) протяженностью
более 200 м был успешно возведен на стыкованных призматических сваях пло-
щадью сечения 40X40 см, длиной 24 м, погруженных в морену — суглинок туго-
пластичной консистенции. Измерения показали, что нестабилизированная осадка
этого здания достигла примерно 10 см, при этом повреждения строительных
конструкций отмечено не было [32]. Через два года после ввода этого дома
в эксплутатацию вплотную к нему было построено массивное кирпичное здание
на естественном основании (на ленточных фундаментах под поперечные несущие
стены), коробка которого была усилена поясами армирования.
Загрузка участка, примыкающего к зданию на сваях, привела к развитию
отрицательно направленного трения и к дополнительной осадке грунта ниже ос-
трия свай, которая, конечно, не была равномерной. В результате на удалении от
линии примыкания до 18 м (эта величина соизмерима с мощностью толщи слабых
грунтов), развилась дополнительная неравномерная осадка основания дома на
сваях, что, в свою очередь, привело к повреждению наружных навесных панелей
и, самое опасное, к сдвигу плит междуэтажных перекрытий (рис. 7.7). Наиболь-
шие горизонтальные перемещения плит достигали 4 см. Поскольку здание имело
короткий шаг несущих стен (3,2 м) и платформенное опирание перекрытий на
грани несущих стен, возникшее положение было признано опасным.
Повреждение конструкций зданий на естественном основании в результате
осадки свайных фундаментов вновь возведенного высокого здания. При расшире-
нии одного из действующих производств потребовалось вплотную к двум четы-
рехэтажным П-образной формы в плане производственным зданиям постройки
середины 60-х годов строить каркасное 12-этажное также производственное
здание (рис. 7.8). Площадка строительства сложена слабыми грунтами до глуби-
ны 32 м. Погружение стыковых свай вблизи существующих зданий было призна-
но опасным и затруднительным. Поэтому проектировщики решили принять сваи
длиной только 16 м, под острием которых залегал слой песка, толщиной около 3 м,
а под ним слои слабых грунтов: ленточных и слоистых суглинков, суммарной
мощностью до 12 м. При погружении свай забивкой осложнений не было — сваи
легко погружались в слабые грунты. Однако здание при возведении восьмого и
последующих этажей начало давать осадку (до 9 см). При этом возникли допол-
нительные осадки и у существующих корпусов, в их стенах развились трещины.
Часть производственных площадей была временно утрачена, поскольку потребо-
валось проведение срочных работ по усилению конструкций.
Повреждения конструкций трехэтажного кирпичного административного зда-
ния при прокладке возле него глубокой траншеи. Небольшое трехэтажное кир-
пичное здание дореволюционной постройки, надстроенное в 50-е годы на один
этаж, получило сильнейшие повреждения при разработке на расстоянии около
3 м от края его фундаментов траншеи, заглубленной на 5 м. Конструкции здания
подверглись повреждению трижды: при погружении шпунта, ограждающего тран-
63>
Рис. 7.6. План свайного поля массивного здания концертного зала в Ленинграде, построен-
ного в 1981—1985 гг.’
/—7 — кирпичные дома дореволюционной постройки; 8 — забитые сваи; 9 — сваи, погружен-
ные методом вдавливания; 10 — забитые (в отступление от проекта) вместо вдавливаемых
свай
Рис. 7.7, Плита перекрытия 9-го этажа
крупнопанельного дома, получившая сдвиг
в результате развития неравномерной до-
полнительной осадки основания (фото
1978 г.)
Рис. 7.8. План размещения трех производ-
ственных корпусов (заштрихованы участки
развития повреждений)
1 и 2 — на естественном основании; 3 —
на сваях
64
шею, вибратором, при разработке траншеи и при последующем извлечении шпун-
та. Особенно опасные повреждения возникли при разработке траншеи, поскольку
шпунт не был жестко раскреплен и заанкерован. Верх шпунта отклонился на
15—30 см в сторону от здания, а это, в свою очередь, привело к развитию
неравномерной осадки. В стенах развились зияющие трещины, сдвинулись пере-
крытия, перекосились оконные и дверные проемы. Несмотря на то, что после раз-
работки траншеи на ее ограждения были установлены мощные распоры, а стены
дома укреплены стяжками, извлечение шпунта по окончании работ привело к
развитию дополнительных осадок, столь значительных, что дальнейшая эксплуа-
тация здания оказалась невозможной (см. рис. 7.2).
3. Примеры успешного строительства вблизи
существующих зданий
Строительство гостиницы «Спортивная». Гостиница «Спортивная», возведен-
ная в 1980 г., является весьма показательным примером того, как использование
положительного опыта и теоретических разработок гарантированно обеспечивает
эффективные конструктивные решения. Здание состоит из четырех основных объ-
емов (рис. 7.9): шестиэтажного прямоугольной формы в плане дома постройки
1908 г., который был реконструирован и включен в новое здание гостиницы;
двух восьмиэтажных крыльев, примыкающих к старому зданию вплотную; двух-
этажного здания ресторана. Старое здание имеет фасад, богато отделанный
природным камнем, и по архитектурным соображениям его было необходимо
сохранить. Однако примыкающие крылья нового корпуса были запроектированы
достаточно массивными, а осадка их при мощной толще слабых грунтов достига-
ла по расчету более 20 см, т. е. опасной величины. Поэтому было принято реше-
ние боковые крылья зданий, возводимых вновь, опереть на сплошные фундамент-
ные плиты, оставив разрыв между краем плиты и краем фундаментов старого
здания, а между ними погрузить разделительный шпунт длиной 16 м. В резуль-
тате такого решения в стенах старого дома не образовалось трещин.
Строительство промышленного здания возле существующего корпуса. Кар-
касное здание нового цеха (сетка колонн 12X18 м, высота 24 м, размер в плане
40X240 м) примыкает вплотную к ранее построенному каркасному производ-
ственному корпусу. Учитывая большие нагрузки на колонны (от кранов и строи-
тельных конструкций) и наличие слабых грунтов, при строительстве цеха были
приняты свайные фундаменты из забивных призматических свай длиной 14 м,
площадью сечения 35X35 см. Существующий корпус построен на относительно
коротких 9-метровых сваях, острие которых погружено в сжимаемые грунты.
Погружение новых свай забивкой было признано опасным для конструкций су-
ществующего корпуса. По этой причине несколько десятков свай на расстоянии
до 20 м от линии примыкания были погружены методом вдавливания, остальные,
находящиеся на большем расстоянии,— забиты. Осадка фундаментов нового
корпуса достигла 6 см, старого — 3 см. Никаких повреждений в его конструкциях
при этом не образовалось.
Строительство 12-этажного жилого кирпичного дома-вставки вйзле
крупнопанельного 9-этажного дома. По проекту дом-вставка, предназначенный
для возведения около крупнопанельных зданий, рассчитан на применение в грун-
товых условиях, при которых средняя осадка дома не превышает 20 см. Для
предотвращения развития дополнительной осадки крупнопанельных домов в
65
Рис. 7.9. План здания гостиницы «Спортив-
ная» в Ленинграде*,
1 — здание постройки 1908 г.; 2 и 3 — кор-
пуса, возведенные в 1980 г.; 4 — раздели-
тельные шпунтовые ряды
опасных размерах предусмотрен разрыв между краями фундаментов крупнопа-
нельного и кирпичного дома, равный 2 м. Плотное примыкание наружных стен
зданий обеспечено опиранием этих стен на балки с консолями, которыми перекры-
вается разрыв между фундаментами (рис. 7.10).
По данному проекту в период 1978—1981 гг. в Ленинграде, в районе Шува-
лове— Озерки было успешно возведено 14 домов-вставок около 19 крупнопанель-
ных домов, построенных до 1977 г.
Проведенные ЛИСИ натурные инструментальные наблюдения за развитием
осадки четырех домов-вставок и шести ранее построенных крупнопанельных зда-
ний, расположенных в строительном районе Шувалове — Озерки, показали, что
способ консольного примыкания на практике оправдался. Осадка одного из до-
мов-вставок, построенного в 1979 г., практически стабилизировалась к 1982 г.
и достигла примерно 10 см. Примыкающая к этому дому торцевая стена 9-этаж-
ного крупнопанельного дома серии 1-ЛГ504 получила дополнительную осадку
2,4 см, а перекос участка примыкания длиной 5 м составил 0,0006 — величину
несущественную. Повреждений в конструкциях крупнопанельного дома обнару-
66
жено не было. Аналогичными были результаты наблюдений и по остальным объ-
ектам данной группы.
По этому проекту в период 1978—1981 гг. в различных районах Ленинграда
было построено почти 20 таких домов-вставок, при этом годовой экономический
эффект составил 330 тыс. руб.
Приведенные в данном пункте примеры убедительно показывают, что приме-
нение даже достаточно простых технических средств позволяет получать хорошие
результаты.
ГЛАВА 8. ВОССТАНОВЛЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ,
ПОВРЕЖДЕННЫХ В РЕЗУЛЬТАТЕ РАЗВИТИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ
ОСАДКИ ПРИ ЗАСТРОЙКЕ СМЕЖНЫХ УЧАСТКОВ
1. Характеристика повреждений конструкций
Повреждения зданий, вызванные дополнительной осадкой уплотнения, могут
образоваться либо в период возведения нового здания (когда оно становится
выше существующего на несколко этажей), либо уже после завершения строи-
тельства, обычно в первый год эксплуатации [14].
Критерием предельной величины осадки, как уже говорилось, является обра-
зование первых повреждений (трещин) в конструкциях существующих зданий.
Этот критерий достаточно строг, поскольку появление первых трещин еще не со-
здает реальной угрозы безопасной эксплуатации зданий, хотя и наносит им боль-
шой ущерб и способствует ускорению физического износа. Многие здания,
являвшиеся объектами наблюдений и исследований ЛИСИ, имели дополнитель-
ные осадки, больше допустимых, а повреждения конструкций были аварийными.
На рис. 8.1 отражены результаты измерений осадок трех зданий: нового 11-этаж-
ного кирпичного жилого дома постройки 1972 г. (II) и двух соседних — четырех-
этажного постройки 1937 г. (III) и шестиэтажного постройки 1956 г. (I). Осадка
нового дома (по расчету) должна была достигнуть 31 см. Согласно данным наблю-
дений, начатых в завершающей стадии строительства и продолжающихся в период
эксплуатации, осадка достигла 20 см (1983 г.), а полная фактическая осадка оце-
нивается в 36 см [31]. Проект нового здания не содержал каких-либо мер,
направленных на защиту конструкций существующих зданий, повреждения обра-
зовались еще в период строительства, а при дополнительной осадке (возле линии
примыкания), достигшей 7—8 см, здания стали аварийными.
Эпюры дополнительной осадки при перемещениях, больше допустимых, при-
обретают характерный вид, на них нетрудно выявить четыре участка (см.
рис. 8.1). В пределах участка А часть существующего здания только наклоняется
в сторону нового, в конструкциях повреждений не возникает. Этот участок в при-
веденном примере находится на расстоянии от линии примыкания более чем 20 м.
В пределах участка Б развивается заметный перекос, в кладке перемычек обра-
зуются наклонные трещины. В пределах участка В перекос уже достигает 0,01,
а конструкции получают аварийные повреждения: наклонные трещины с раскры-
тием более 10 мм, сдвиг перекрытий и лестничных маршей. Конструкции на
участке Г также получают аварийные повреждения: перекос стен меньше, чем
на участке В, кладка стен повреждена вертикальными трещинами, которые про-
слеживаются от подошвы фундаментов до карниза стен (рис. 8.2).
67
MM ILM
Рис. 8.1. Повреждения стен двух домов старой постройки, между которыми был возведен
новый дом
а — план участка, б — разрез нового здания и его основания, в — эпюры измеренных оса-
док трех зданий (1973—1583 гг ), /—/// —номера корпусов, / — деформационные марки;
2 — осадочные швы, 3 — участок четырехэтажного здания, получивший аварийные повреж-
дения, разобранный и восстановленный в 1980 г; 4 — песок пылеватый, 5 — супесь, 6 —
суглинок ленточный 7 — глина ленточная, 8 — суглинок, 9 — песок мелкий; 10— глина мо
ценная, // — суглинок моренный, А—Г — участки домов старой постройки, получившие
повреждения различной степени развития
В рассмотренном случае обрушений конструкций удалось избежать, потому
что оконные проемы были своевременно заложены кирпичом, а под перекрытия
были подведены стойки. Однако в 1978 г. половина секции этого здания была
разобрана до обреза фундаментов, затем возведена заново и сдана в эксплуата-
цию только в 1982 г. Время проведения восстановительного ремонта было опре-
делено по данным наблюдений, когда годовое приращение осадки нового здания
уменьшилось до 1 см в год.
Сопоставление результатов наблюдений и обследований по данному объекту
и другим, аналогичным ему, показывает, что указанные зоны повреждений конст-
рукций по мере развития осадки как бы продвигаются в сторону от нового зда-
ния. Если дополнительные осадки малы, то зоны Г и В не образуются, т. е. ава-
рийных повреждений может и не возникнуть.
Имеющиеся данные показывают, что кирпичные дома с продольными несу-
щими стенами на ленточных фундаментах получают аварийные повреждения при
дополнительных осадках, превышающих 5—10 см (в зависимости от степени их
физическоге износа). Размер зоны аварийных повреждений зависит от мощности
толщи сжимаемых грунтов и локализуется обычно в пределах участка протяжен-
ностью от 3 до 20 м, т. е. не выходит за пределы одной половины секции жилого
дома, расположенной непосредственно возле линии примыкания.
По иному от влияния дополнительной осадки развиваются повреждения кон-
струкций крупнопанельных и каркасных зданий. У каркасных зданий обычно
разрушается кладка ограждающих стен в пределах первого пролета (ближайше-
го) к новому зданию или первых двух пролетов. Колонны каркаса и перекрытия
получают наклон. Колонны в заделке могут получать повреждения. У крупнопа-
нельных зданий с поперечными несущими стенами особенно сильно деформиру-
ются наружные (навесные) панели.
Конструкции домов, возведенных на свайных фундаментах, получают опас-
ные дополнительные осадки, если новые (смежные) массивные здания возводятся
на естественном основании (см. гл. 6).
Среди наиболее опасных технологических воздействий в ходе выполнения
котлованных работ наибольшее значение имеют подкоп существующего фунда-
мента, разработка котлована, огражденного нераскрепленным шпунтом, открытый
водоотлив и производство работ в морозный период. Перечисленные воздействия
на основания существующих зданий вызывают:
выпор грунта из-под подошвы фундаментов, большую осадку наружных стен
или колонн;
осадку, вызванную отклонением шпунта в сторону разработанного котлована;
осадку, вызванную суффозионным выносом частиц грунта из-под фундамен-
тов здания;
подъем фундаментов при промораживании грунта силами пучения.
Повреждения конструкций зданий в каждом из перечисленных случаев имеют
характерные особенности, но все повреждения проявляются на ранней стадии
строительства —• при выполнении земляных работ, и обычно прекращают разви-
ваться с остановкой строительных работ. Выявить группу причин повреждений не-
сложно, поскольку в этот период строительный котлован еще не засыпан.
Подкоп подошвы существующих фундаментов наиболее опасен при наличии
слабых глинистых грунтов, он проявляется в форме быстрой просадки стены (или
колонны), ближайшей к строительному котловану. При этом стены, направленные
перпендикулярно к линии примыкания, получают местные повреждения, а пере-
69
Рис. 8.2. Четырехэтажный кирпичный дом, конструкции которого получили аварийные по-
вреждения в результате застройки соседнего участка
крытия сдвигаются. Повреждения локализуются на коротком участке, протяжен-
ность которого не превышает 2—5 м.
Повреждения зданий при забивке шпунта и свай возникают весьма быстро,
обычно после погружения первых трех — пяти свай или шпунтин, т. е. в течение
нескольких часов. Быстрому развитию повреждений способствует вибрация, ко-
торую испытывают не только грунты основания, но и конструкции здания. По-
этому при сопоставимых дополнительных осадках забивка свай вызывает на-
7®
иболее опасные повреждения конструкций. Протяженность зоны наибольших по-
вреждений конструкций зависит от длины погружаемых свай: чем длиннее сваи,
тем протяженнее зона повреждений. Аварийные повреждения конструкций обычно
локализованы в пределах участка протяженностью 3—6 м (реже 10—12 м). На
большем удалении от забиваемых свай, аварийные повреждения нами не отмеча-
лись. Подобные данные приводятся и в «Инструкции по забивке свай вблизи
зданий и сооружений» ВСН 358-76, где дано несколько конкретных примеров,
подтверждающих изложенное.
Отклонение шпунта, ограждающего строительный котлован, приводит к
быстрому развитию просадки грунта и повреждениям конструкции, которые рас-
пространяются от нижних этажей существующих зданий вверх. В стенах при
этом образуются вертикальные трещины, а перекрытия сдвигаются.
Суффозионный вынос частиц грунта при откачивании воды из соседнего
котлована приводит к просадке грунта, при этом фундаменты оседают, а бли-
жайшие к котловану наклоняются. Внешне характер повреждений аналогичен
повреждениям, возникающим при выдавливании грунта.
К опасным эксплуатационным воздействиям на основания промышленных
зданий и сооружений относятся: большие полезные нагрузки и вибрации.
Большие эксплуатационные нагрузки получают фундаменты складов сыпучих
материалов, больших емкостей для жидкостей, элеваторов и силосов. Вес полез-
ной нагрузки может в данных случаях превосходить вес строительных конструк-
ций зданий и сооружений, что приводит к развитию дополнительной осадки,
большей, чем первоначальная. Поскольку осадки суммируются — последствия
могут быть весьма опасными. В принципе такие явления аналогичны описанным
выше и связаны с дополнительной осадкой уплотнения.
Наиболее опасны вибрации, вызванные работой мощных компрессоров.
В Ленинграде в 1957 г. отмечен случай аварийных повреждений конструкций
жилого дома, расположенного примерно в 1000 м от источника колебаний — но-
вой компрессорной завода.
2. Меры безопасности при возникновении
повреждений конструкций
Застройка участков, смежных с существующими зданиями, должна быть
обьектом пристального внимания службы эксплуатации. В период выполнения
работ по разработке котлована, по возведению наземной части, при вводе новых
зданий и в ходе их эксплуатации требуется вести реулярное обследование конст-
рукций ранее построенных зданий. Служба технадзора должна внимательно от-
носиться ко всем жалобам жильцов или людей, работающих в помещениях ста-
рых зданий, и немедленно принимать во внимание все сообщения о появлении
повреждений конструкций.
Служба технадзора при обнаружении первых повреждений должна быстро
определить необходимость срочного прекращения эксплуатации здания или его
части и проведения первоочередных мер, предотвращающих обрушение повреж-
денных конструкций. В последующем на основе изысканий должны быть опреде-
лены условия, при которых эксплуатация помещений и поврежденной части зда-
ний может быть продолжена.
При обнаружении повреждений все работы в котловане, включая разработку
грунта, погружение шпунта и свай, откачку воды, должны быть немедленно пре-
71
кращены. В качестве первоочередной меры следует на участке примыкания к су-
ществующим фундаментам засыпать часть котлована песком с послойным его
трамбованием для прекращения развития деформаций грунта. Первые
же трещины в стенах домов и другие повреждения от дополнительного уплотнения
должны быть взяты под контроль. На трещинах требуется установить маяки,
наблюдать за которыми следует ежедневно.
Признаком надвигающейся опасности при непрекращающемся развитии до-
полнительной осадки или просадки основания являются:
появление наклонных трещин в стенах зданий с раскрытием более 2 мм;
возникновение вертикальных трещин в простенках, столбах, колоннах с рас-
крытием до 1 мм;
образование по периферии кладки систем трещин; сдвиги блоков кладки;
сдвиги перекрытий;
сдвиги и перекосы лестничных маршей;
ухудшение условий эксплуатации лифтов;
раскрытие швов в панелях и разрушение связей в местах их крепления.
Если перечисленные признаки выявлены, а маяки продолжают получать по-
вреждения в течение 1—2 сут, из секции здания, примыкающей к застраиваемому
участку, следует срочно выселить жителей (прекратить эксплуатацию здания).
Для предотвращения возможных обрушений конструкций необходимо принять
следующие первоочередные меры:
оконные и дверные проемы заложить кирпичом, последний слой кирпича
уложить с подклинкой с тем, чтобы свод проема (или плита над проемом) опи-
рался на новую кладку без зазора;
на участках стен, поврежденных вертикальными трещинами, установить
стяжки;
под большими (дверными) проемами и арками проездов, которые по услови-
ям эксплуатации заложить нельзя, установить стейки или рамы из металла или
дерева;
под перекрытиями и лестничными маршами, получившими сдвиги, превыша-
ющие 1—2 см, установить стойки, опорные рамы или тяжи, обеспечивающие на-
дежное анкерование.
Возобновление работ на смежном с поврежденным зданием участке допус-
кается только по новому проекту, включающему дополнительные меры безопас-
ности и мероприятия по восстановительному ремонту поврежденных конструкций.
3. Изыскания для разработки проекта ремонта
Ремонтные мероприятия эффективны и экономичны только в том случае, если
проведены детальные изыскания, результаты которых позволяют:
установить причины развития повреждений;
выявить все поврежденные элементы конструкций;
определить величины деформаций конструкций (крены перекрытий и колонн,
лифтовых шахт и др.);
оценить динамику развития перемещений и повреждений, составить-прогноз
их развития, определить время стабилизации.
Геодезические изыскания в аварийных случаях включают: высотную съемку,
плановую съемку, определение кренов конструкций, периодические измерения пе-
72
ремещений. Поскольку опасные повреждения зданий возникают непредвиденно,
наблюдательную сеть приходится организовывать заново и в срочном порядке.
Кроме знаков геодезической сети устанавливают маяки и щелемеры для наблю-
дений за динамикой развития повреждений.
Высотная съемка цоколей зданий или обрезов фундаментов позволяет вы-
явить величины перемещений, накопившихся до проведения изысканий, а также
установить величины кренов, перекосов и протяженности зоны наиболее опасного
развития дополнительной осадки. Плановая съемка выполняется при отклонении
шпунта и обрушении стен строительных котлованов. В этих случаях съемкой
устанавливаются положение верха шпунтовых стенок, их конфигурация, величи-
ны горизонтальных перемещений. Проведение повторной съемки дает данные о
динамике этих перемещений, позволяет установить эффективность принятых мер.
Отметки о состоянии маяков и снятие показаний щелемеров производятся син-
хронно с циклами высотной и плановой съемки.
Результаты всех геодезических измерений обрабатываются в форме таблиц
и графиков и представляются проектной организации, разрабатывающей проект
проведения ремонтно-восстановительных работ.
Кроме геодезических измерений производится обследование поврежденных
конструкций, по результатам которого составляются дефектные ведомости. При
этом производится фотографирование участков повреждений. Обследованию под-
лежат фундаменты, стены, колонны (столбы), перемычки, перекрытия, лестницы;
в производственных зданиях, помимо этого, обследуются фундаменты под обору-
дование, подкрановые балки и пути. В зонах примыкания существующих зданий
к новым обследованию подлежат инженерные коммуникации: канализация, водо-
воды, газовые магистрали, кабели.
Для обследования состояния фундаментов в зонах наибольшего развития
повреждений стен закладывают шурфы, позволяющие осмотреть фундаменты и
отобрать образцы грунта несущего слоя.
Как правило, для разработки ремонтных мероприятий проведения инженерно-
геологических изысканий не требуется, поскольку необходимую информацию
можно получить в проектных материалах вновь возводимых зданий. Инженерно-
геологические изыскания нужно проводить только тогда, когда планируется уси-
ление основания существующих поврежденных зданий. В этих случаях следует
взять пробы для определения гранулометрического состава грунтов, водопроница-
емости и других параметров, на основе которых принимается решение о возмож-
ности и целесообразности применения закрепления грунта и выбирается метод
закрепления (силикатизация, газовая силикатизация, смолизация и др.).
4. Мероприятия по восстановлению конструкций зданий
и сооружений, поврежденных дополнительной осадкой
Восстановительный ремонт поврежденных зданий сопряжен с выполнением
трудоемких и достаточно опасных работ, при этом применение средств механиза-
ции весьма затруднительно. Стоимость ремонтно-восстановительных работ вели-
ка, и их выполнение занимает много времени, поэтому тщательность проработки
проектов имеет весьма большое значение.
При выборе проектного решения восстановительного ремонта поврежденных
зданий требуется принимать во внимание многие факторы, в числе которых: во-
зраст зданий, их техническое состояние до возникновения повреждений, ценность
73
зданий как аркитектурно-исторических памятников, назначение зданий и т. п.
Кроме того, весьма существенным является учет динамики развития поврежде-
ний и перемещений и установление времени возможной стабилизации.
При разработке проектов восстановительного ремонта необходим обоснован-
ный выбор одного из возможных вариантов: снос поврежденных зданий (или час-
ти зданий), постановка всего поврежденного здания на капитальный ремонт; за-
мена части (или всех) конструкций; усиление части (или всех) конструкций
Выбор одного из перечисленных вариантов определяет выбор проектного
решения и технологии работ, стоимость и продолжительность ремонта. При этом
очень важно выработать то конструктивное решение, которое обеспечит надеж-
ную эксплуатацию зданий после ремонта, т. е. здания должны иметь опреде-
ленный запас в расчете на возможное развитие деформаций оснований Ремонт-
ные мероприятия и конструктивные решения относятся к укреплению оснований,
усилению фундаментов, ремонту стен, выправлению и усилению колонн, перекры-
тий, лестничных маршей, коммуникаций, технологического оборудования В про-
екте должны быть определены порядок и последовательность проведения всех
планируемых работ.
Изложенное показывает, что выбор проектного решения требует учета мно-
гих факторов и зависит от назначения поврежденных зданий, поэтому указаний,
общих для всех возможных случаев, по рассматриваемому вопросу дать нельзя.
Например, в Ленинграде решение о сносе домов, получивших повреждения при
застройке смежных с ними участков, принималось в следующих случаях:
поврежденные здания к моменту аварии имели большой физический износ;
существующие здания малоценны и имеют жилые помещения, не удовлетво-
ряющие современным требованиям;
деформации конструкций зданий, вызванные дополнительной осадкой, за-
хватили большую площадь.
Последний случай отмечается при примыкании новых зданий к существую-
щим продольными стенами, т е когда линия примыкания имеет протяженность
в несколько десятков метров Решения о частичной разборке зданий в основном
принимались при торцевом примыкании, когда небольшие повреждения возникали
в продольных несущих стенах, а зона повреждений была локализована в преде-
лах одной секции здании Этот метод дает хорошие результаты и может в после-
дующем обеспечить нормальные условия эксплуатации зданий на большой срок.
Решения о постановке зданий, поврежденных при застройке соседних участ-
ков, на капитальный ремонт принимались тогда, когда ремонт был уже заплани-
рован в установленном порядке, и по нему была разработана проектная доку-
ментация При этом проект требовал только корректировки с учетом восстанов-
ления поврежденных конструкций, и значительного удорожания работ это не вы-
зывало В остальных случаях принимался выборочный ремонт, усиление или
замена отдельных конструкций.
5. Методы усиления наземных конструкций зданий и сооружений
Анализ данных по деформациям зданий и сооружений в рассматриваемых
условиях показал, что выбор способа усиления несущих конструкций зависит от
инженерно-геологических условий (свойств грунтов) и степени их изученности,
характера и величины приложенной нагрузки, детальности обследования сущест-
вующих фундаментов, сохранности существующих конструкций, способа произ-
водства работ и типа применяемого оборудования,
74
Особо опасные деформации происходят в построенных без учета развития
неравномерных осадок старых зданиях, получивших повреждения и имеющих
многочисленные дефекты, ослабляющие несущие конструкции: трещины в стенах,
сдвиги перекрытий и лестничных маршей, перекосы проемов, отклонения стен от
вертикали и др.
Исходя из особенностей и характера примыкания принимаются те или иные
конструктивные мероприятия, направленные на обеспечение эксплуатационной
пригодности существующих зданий: предупредительные проектные решения; пре-
дупредительные меры, необходимые при производстве работ; ремонтные меры
при возникновении аварийных ситуаций.
Усиление конструкций может выполняться по временной и по постоянной
схеме. Временное усиление конструкций применяют в случаях длительного раз-
вития деформаций при возникновении аварийных повреждений зданий. По мере
стабилизации деформаций временное усиление заменяется постоянным.
Усиление конструкций, как предупредительное, так и восстановительное, вы-
полняется увеличением несущей способности элементов сооружения или измене-
нием конструктивной схемы зданий путем увеличения его пространственной
жесткости и прочности.
К настоящему времени разработаны и проверены практикой многочислен-
ные методы восстановления эксплуатационных качеств зданий. Одни методы
позволяют усилить надфундаментные конструкции креплением простенков в кир-
пичных домах, устройством накладных и напряженных поясов, разгрузочных
балок, скоб-стяжек и т. п. Другими методами повышают несущую способность
основания, реконструируют или усиливают фундамент устройством сплошной
фундаментной плиты, расширением или заглублением фундамента, подведением
под стены здания свай типа «Мега», набивных, буроинъекцпонных и т. п.,
вдавливанием существующих свай с увеличением их длинц.
Прежде чем начать работу по усилению отдельных конструкций, необходимо
их разгрузить с помощью установки временных опор. Однако здесь нередко
допускаются ошибки: нагрузка лежащих выше деформированных конструкций
сосредоточенно передается на деформирующийся фундамент и тем самым ухуд-
шаются условия его работы. Нагрузку необходимо перераспределить так, чтобы
разгрузить полностью или частично деформирующийся фундамент, т. е. передать
ее на надежное основание, иногда через специально выполненные опоры (пло-
щадки). За временными опорами необходимо вести постоянные наблюдения и
при необходимости подбивать под них клинья или ставить дополнительные раз-
гружающие опоры.
Деформированные простенки между оконными, дверными или иными прое-
мами кирпичных зданий усиливают путем устройства металлических или железо-
бетонных корсетов (обойм). Если выполнено временное крепление лежащей
выше кладки, простенки могут быть усилены частичной или полной их пере-
кладкой.
Конструкция металлического корсета состоит из вертикальных стоек уголко-
вой стали с шириной полок 100—120 мм, охватывающих углы простенка, и
приваренных к стойкам через определенный интервал горизонтальных планок из
полосовой стали толщиной 6—8 мм. Такой корсет почти вдвое повышает несу-
щую способность простенка (рис. 8.3). С внутренней стороны здания части ме-
таллического каркаса устраиваются с заглублением в тело простенка и последу-
ющим оштукатуриванием борозд. Железобетонный корсет применяется в тех
75
Рис. 8.3. Усиление кирпичного простенка Рис. 8.4. Усиление здания вертикальными на-
металлической обоймой кладными поясами
/ —- кирпичная кладка; 2 — металлическая 1 — накладной пояс из швеллера; 2 — метал»
планка; 3 —« уголок лический тяж
ш.
□ □□
□ □
ппп
ITELD
Рис. 8.5. Усиление здания
напрягаемыми поясами
а — фасад; б — план части
здания; в -« варианты раз-
мещения тяжей; 1 — арма-
турный тяж диаметром 22—
32 мм; 2 —штраба
случаях, когда напряжение в рабочем сечении простенка может вызвать разру-
шение кладки. Стойки такого корсета также могут располагаться в вертикаль-
ных бороздах, пробиваемых в кладке простенков.
В тех случаях, когда в конструкциях здания возникают опасные трещины
в местах примыкания капитальных стен друг к другу, стены отклоняются от
вертикальной плоскости и выпучиваются их отдельные участки, в целях пре-
дотвращения дальнейшего развития деформаций устраивают накладные пояса
(рис. 8.4). Эти пояса представляют собой систему парных вертикальных анкеров
из швеллеров № 12—14, объединенных горизонтальными тяжами из круглой
стали диаметром 18—28 мм. Тяжи лучше всего устраивать на уровне железобе-
тонных перекрытий с последующим укрытием их под полами. Натяжение тяжей
76
ведется вручную с помощью муфт, имеющих обратную нарезку. Рассчитываются
тяжи по усилию на растяжение кладки. С наружной стороны анкеры и тяжи
можно утапливать в штрабу, которая затем оштукатуривается.
В зимнее время не исключена возможность проявления изморози на ме-
таллических частях накладных поясов внутри зданий, поэтому на наружной
части тяжей необходимо устраивать теплоизолирующие прокладки.
Напряженные пояса конструкции Козлова применяются в тех случаях, ког-
да в стенах зданий возникают трещины со значительным раскрытием и большой
протяженностью. Такие пояса придают зданию пространственную жесткость,,
снимают растягивающие напряжения в кладке и передают их на металл
(рис. 8.5).
Применение напряженных поясов имеет определенные преимущества по
сравнению с другими способами, поскольку они обеспечивают: выравнивание не-
равномерных деформаций коробки здания; ведение восстановительных работ
без нарушения нормальной эксплуатации здания; исключение перекладки значи-
тельных участков стен; экономичное расходование металла на восстановление
поврежденных стен и здания.
Напряженные пояса состоят из металлических стержней диаметром 22—
32 мм, охватывающих поврежденное здание или его отсек на уровне междуэтаж-
ных и чердачного перекрытий. Стержни натягивают обычно вручную резьбовыми
муфтами. Для установки стержней поясов пробивают горизонтальные штрабы с
наружной стороны стен. Стержни крепят к опорным частям, представляющим со-
бой вертикальные уголки № 10—15, установленные на углах или пересечениях
стен. Пояса должны быть замкнутыми. Согласно методике Академии коммуналь-
ного хозяйства им. К. Д. Памфилова, длина большой стороны пояса не должна
превышать 1,5 длины короткой. Длинная сторона обычно составляет Г5—18 м.
Пояс, охватывающий деформированную часть здания, должен быть заведен на
неповрежденную часть не менее чем на 1,5 длины деформированного участка.
Сечение тяжей подбирается по усилию, зависящему от расчетного сопротив-
ления кладки на скалывание, толщины стены и ее длины. Сечение стержней,
воспринимающих изгибающий момент в стене, назначается таким, чтобы их
прочность равнялась прочности кладки, воспринимающей перерезывающую силу:
А = 0,2hlb,
где N— усилие в стержне, кН; R — расчетное сопротивление кладки скалыва-
нию, кН/м2; / —длина стены, м; b — толщина стены, м.
Трещины в стенах здания можно укрешпь с помощью скоб-стяжек, устанав-
ливаемых на уровне каждого этажа. Назначение таких скоб — перераспределение
нагрузки от деформированных участков стен на прочные участки. Такое меропри-
ятие позволяет предотвратить дальнейшее раскрытие трещин. Скоба-стяжка
(рис. 8.6) состоит из обрезка швеллера или уголка длиной не менее 2 м,
скрепленного со стеной двумя анкерными болтами диаметром 20—22 мм. Анкер-
ный болт располагается на расстоянии не ближе 1 м от трещины.
В отличие от скоб-стяжек, обеспечивающих локальное усиление поврежден-
ного участка стены, разгрузочные балки служат для общего усиления здания.
Обычно их устраивают из швеллеров № 22—27 и ставят на уровне верха фун-
дамента пли на уровне оконных перемычек первого или подвального этажа (см.
рис. 8.6).
Двусторонние разгрузочные балки устанавливают при толщине стен более
64 см и анкеруют болтами диаметром 16—20 мм через 2—2,5 м. Односторон-
77
Рис. 8.6. Усиление кирпичных зданий с
помощью скоб-стяжек или разгрузочных
балок (размеры в см)
а — фасад; б — фрагмент усиления, / —
скоба-стяжка; 2 —* разгрузочная балка из
швеллера на уровне верха фундамента
(на уровне 1-го или подвального этажа),
3 — стяжной болт, 4 — планка-анкер; 5 —
бетон марки 100
Рис. 8.7. Усиление конструкций крупно-
панельных зданий
а — анкерами; б — тяжами; / — анкер; 2 —
стеновая панель; 3 — тяж; 4 — арматур-
ный каркас; 5 — тяжи; 6 — штукатурка
по сетке; 7 — металлический уголок
ние разгрузочные балки ставят при малой толщине стен и анкеруют полосовым
или круглым железом с тем же интервалом, что и двусторонние балки.
Скобы-стяжки и разгрузочные балки устанавливают на цементном растворе
в штрабе глубиной не менее ширины полки. По окончании крепления анкеров
штраба заполняется бетоном марки 100 с уплотнением. Все металлические де-
тали скоб-стяжек и разгрузочных поясов должны быть покрыты антикоррозион-
ными составами.
Для крупнопанельных зданий в связи с их конструктивными особенностями
нужны иные решения по усилению. Для таких зданий предупредительные меры
осуществляются введением горизонтального поэтажного армирования (рис 8 7);
усилением крепления плит перекрытий на панелях внутренних и наружных стен
(рис 8 8); устройством консольных опираний перекрытий (рис. 8 8, в); армиро-
ванием вертикальных стыков и др.
Увеличение пространственной жесткости сооружения изменением конструк-
тивной схемы позволяет перераспределить усилия в конструкциях, обеспечив
более эффективную их работу. Для этого можно установить дополнительные
конструкции в виде стоек, подкосов, порталов, ввести связи, диафрагмы, распор-
ки и др. (рис. 8.9).
Указанные способы в первую очередь применимы для многоэтажных произ-
водственных зданий каркасного типа, являются достаточно эффективными и
позволяют разгрузить конструкции, получившие повреждения Во всех случаях
усиливающие элементы должны быть включены в совместную работу с сущест-
вующими конструкциями Для этой цели усиливающие элементы обжимают
домкратами, подклинивают, заделывают зазоры раствором на расширяющемся
цементе и т. п.
6. Методы усиления оснований и фундаментов
Усиление оснований, сложенных водонасыщенными глинистыми и пылеваты-
ми грунтами,— задача сложная, так как эти грунты имеют малую водопроница-
78
Рис. 8.8. Усиление и повышение устойчи-
вости перекрытий панельных зданий'
а — вывешиванием перекрытий; б — приме-
нением стеновых панелей с консольным
уширением; в установкой ребер жестко-
сти; /^металлическая серьга; 2 —балка;
3 — перекрытие; 4 — стеновая панель; 5 —
тяж; 6 — трещины, сколы; 7 — консоль;
8 — штукатурка по сетке
емость. Имеющийся опыт свидетельствует о том, что для закрепления таких
грунтов наиболее приемлемыми оказались методы электросиликатизации и элек-
трохимический.
Электросиликатизация грунтов основана на сочетании закрепления грунтов
способом силикатизации и обработки их постоянным током. Электрический ток
ускоряет и облегчает проникание химических растворов в грунт. Этот способ
применяется в глинистых и песчаных грунтах с коэффициентом фильтрации
0,5—0,005 м/сут. Инъекторы-электроды погружают в грунт основания с обеих
79
8.10. Закрепление грунтов в основании
фундаментов электрохимическим способом
1 — инъекторы; 2 — закрепленный грунт
сторон фундамента через каждые 0,6—0,8 м по его длине. Закрепление ослаблен-
ного грунта основания ведется вдоль фундамента захватками снизу вверх. Для
закрепления как можно большего объема грунта инъекторы целесообразно по-
гружать под углом 10—15° (рис. 8.10). Для электросиликатизации используют
растворы жидкого стекла и хлористого кальция [10]. Непременным условием
применения данного способа является наличие влажных или водонасыщенных
грунтов. Общий расход электроэнергии на закрепление 1 м3 грунта составляет
10—15 кВт-ч. Стоимость этих работ сравнительно высока—около 15 руб. за
1 м3 закрепленного грунта.
Электрохимический способ закрепления может быть использован для повы-
шения несущей способности и уменьшения деформируемости водонасыщенных
глинистых и пылеватых грунтов с коэффициентом фильтрации 1-Ю-6 —
Ы0“2 м/сут. Для этого с обеих сторон фундамента через каждые 0,6—2,4 м
забивают трубчатые электроды, соединенные с источником постоянного тока
100—120 В. В инъекторы-аноды подают раствор СаС12, потом A12(SO4) или
Fe2(SO4), а из инъекторов-катодов откачивают поступающую в них воду
Электрохимические процессы ведут к значительному изменению химико-минерало-
гического и гранулометрического составов грунта, а также к уменьшению его дис-
персности. Установлено, чго упрочнение грунта продолжается и после окончания
электрохимической обработки. Расход электроэнергии здесь составляет 60—•
100 кВт-ч/м3, а стоимость — 3—5 руб. за 1 м3 закрепленного грунта.
ГЛАВА 9. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТОСТРОЕНИЯ
ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ ЗДАНИЙ В УСЛОВИЯХ ПЛОТНОЙ
ГОРОДСКОЙ И ПРОМЫШЛЕННОЙ ЗАСТРОЙКИ
1. Общие положения
Рассмотренные выше примеры проектирования и успешного устройства фун-
даментов зданий в условиях плотной застройки основаны на таких конструк-
тивных решениях, реализация которых не требовала использования специализи-
В0
Рис. 9.1. Фундамент под массивный крупногабаритный станок, размещаемый в действую-
щем цехе завода:
□ — поперечное сечение цеха; б — геологическая колонка основания; / — анкер, 2 — фунда-
мент станка; 3 — колонна; 4 — шпунт; 5 — свая; 6 — насыпной грунт; 7 — пески пылеватые
с растительными остатками; 8 — торф; 9 — суглинки пылеватые; 10 — то же, ленточные;
// — морена
рованных механизмов и сложной современной технологии производства работ.
Однако нужно отметить, что указанными средствами и методами невозможно
решить все задачи такого рода. В качестве примера можно привести сооружение
фундамента под тяжелый станок внутри действующего цеха. Схема фундамента,
показанная на рис. 9.1, представляет собой первый вариант проекта. Такое ре-
шение было вынужденным, так как оно приспособлено к техническим возмож-
ностям неспециализированной маломощной строительной организации, намечен-
ной первоначально в качестве подрядчика. Это повлекло за собой следующие
трудности: 1) забивка свай1 внутри действующего цеха вблизи фундаментов
под колонны каркаса здания и станки вызывает вибрацию грунта, которая мо-
жет достигнуть опасного для конструкции и оборудования уровня; 2) погруже-
ние свай длиной 14 м внутри цеха, в котором подкрановые пути находятся на
высоте 9 м, а покрытие—12 м, обычным оборудованием невозможно; 3) жест-
кое раскрепление шпунта, необходимое для безопасной разработки котлована
возле фундаментов, с помощью тяг и анкерных свай также невозможно, по-
скольку грунты верхней толщи (торф, ленточная глина) податливы и имеют вы-
сокую сжимаемость. В связи с вышеизложенным указанный вариант проекта
фундамента был отвергнут.
Оптимальное решение такой и аналогичных задач может быть получено
применением высокоспециализированного оборудования и такой технологии стро-
ительного производства, которая позволяет работать в стесненных условиях,
обеспечивая сохранность конструкций существующих зданий, сооружений и обо-
рудования. Высокоспециализированное оборудование должно обеспечить мини-
мальные динамические воздействия на грунт, на существующие сооружения и
1 Необходимость применения свай, погружаемых в прочный грунт, обуслов-
лена жесткими технологическими требованиями к неравномерности осадки фун-
дамента.
81
здания, а следовательно, уменьшить развитие деформаций грунтов, что достига-
ется устройством глубоких опор, передающих нагрузку на плотные грунты, ко-
торые зачастую расположены на глубине нескольких десятков метров. Некото-
рые виды оборудования, позволяющего устраивать буронабивные, завинчиваемые
и вдавливаемые сваи, а также конструкции типа «стена в грунте» уже созданы
и успешно применяются при реконструкции промышленных предприятий и горо-
дов.
2. Использование свай, погружаемых вдавливанием
До настоящего времени способ погружения свай вдавливанием применялся,
главным образом, при устройстве опор линий электропередач и в условиях сла-
бых грунтов, исключающих воздействие вибраций. Существующие установки для
вдавливания свай статической нагрузкой не получили еще широкого распрост-
ранения из-за их малой маневренности и большой массы. Наиболее известна
разработанная в Омске установка АВС-35, состоящая из одного или двух
тракторов С-100 (второй — пригрузочный), навесного оборудования и системы
полиспастов. Усилие вдавливания может достигать 250—350 кН; наибольшая
длина погружаемых свай 6 м, площадь сечения 20X20 ом.
Применение в Ленинграде способа погружения свай вдавливанием было
вызвано необходимостью сооружения свайных фундаментов вблизи заселенных
домов на площадках с большой толщей слабых грунтов [5]. Для этой цели
еще в 1970 г. была разработана и изготовлена установка (рис. 9.2), представля-
ющая собой инвентарную грузовую платформу, приспособленную первоначально
для производственных статических испытаний свай и оборудованную дополни-
тельными силовыми конструкциями: двумя гидродомкратами общим максималь-
ным усилием 2000 кН и захватами с домкратом усилием 500 кН; производи-
тельность установки 2—3 сваи в 1 смену. Свая погружается под действием вер-
тикально направленного усилия, прикладываемого к боковой поверхности свай,
с помощью гидравлических захватов и клинового замка. Для восприятия реак-
тивных усилий при вдавливании используется сама установка и балласт — ме-
таллические грузы. Установка работает с подъемным краном, который осущест-
вляет монтаж оборудования, загружение платформы, подачу и установку свай.
В Ленинграде за последние годы с помощью этой установки успешно воз-
ведены свайные фундаменты, примыкающие вплотную к зданиям (гражданским
и промышленным) на 20 объектах строительства. Было погружено около 2000
свай длиной от 6 до 32 м, площадью сечения 35X35 и 40X40 см, с расчетной
нагрузкой на сваю до 1000 кН.
Один из примеров эффективного применения такого способа — строительство
на Васильевском острове трех типовых девятиэтажных жилых кирпичных домов,
расположенных вплотную к существующим крупнопанельным зданиям. Площадка
строительства расположена на намывных грунтах, под которыми залегают слабые
грунты на глубину более 30 м. Средние осадки крупнопанельных девяти — две-
надцатиэтажных зданий в этом районе достигли необычайно больших величин
(55—72 см), поэтому для примыкающих домов второй очереди строительства
решено было применить свайные фундаменты. На участке непосредственного
примыкания (протяженностью 18 м) сваи погружали вдавливанием. На осталь-
ной площади участка — методом забивки. В результате использования указан-
82
Рис. 9.2. Установка Главленинградстроя
для вдавливания свай.
1 — грузовая платформа; 2 — груз; 3 —
свая: 4 — гидродомкраты
Рис. 9.3. Установка для вдавливания свай
в стеневых условиях:
1 — экскаваторная тележка; 2 — грузовая
платформа; 3 — стрела для подъема сваи;
4 — свая; 5 — сваевдавливающий агрегат
Рис. 9.4. Установка Главленинградстроя
для массового вдавливания свай (проект>
1 — сваи (I—IV — очередность их погруже-
ния); 2 — механизм для погружения свай;
,п — мост; 4 — направляющие; 5 — рельсо-
вый путь; 6 — грунтовые анкеры
Рис. 9.5. Механизм для погружения свай
в грунт (проект)
1 — вдавливающий агрегат; 2 — свая; 3 —
трансмиссия; 4 — цепи; 5 — охватывающие
звездочки; 6 — пружины; 7 — захваты; 8 —
мостовая ферма
ного способа во время производства работ существующие дома не получили
заметных дополнительных осадок и повреждений.
Применение метода вдавливания свай открывает принципиально новые тех-
нологические возможности, преимущества которых перед другими методами
погружения свай трудно переоценить. Вдавливание полностью устраняет шум,
опасную вибрацию и загрязнение воздушной среды, что невозможно устранить
при забивке свай дизель-молотами— наиболее широко применяемыми механиз-
мами на наших стройках.
Кроме того, метод забивки свай в условиях заселенных кварталов способст-
вует созданию нетерпимых условий для проживания людей, особенно при дву-
сменной работе механизмов.
Как показывают расчеты и проработки, метод вдавливания при определен-
ной организации работ позволяет значительно снизить энергетические затраты,
уменьшить отходы свай, повысить культуру производства и производительность
труда [19].
83
ВНИИГСом и НИИ оснований и подземных сооружений им. Н. М. Герсе-
ванова разработана мобильная установка для вдавливания свай на базе само-
ходных экскаваторных тележек (рис. 9.3). Объем вспомогательных операций
при использовании этой установки сократится до 40—50% по сравнению с 80—
85% при применении установки, описанной выше.
Главленинградстрой разрабатывает установку1 для массового погружения
свай методом вдавливания с использованием мостового агрегата, вдавливающе-
го механизма и грунтовых анкеров (рис. 9.4). Принципиальное отличие данной
установки состоит в том, что погружение свай в грунт осуществляется непрерыв-
но, с изменяемой скоростью в зависимости от сопротивления грунтов, что позволяет
согласовать прилагаемую силу с сопротивлением проходимого грунга на любой
глубине. Достигается это с помощью рабочего органа с захватами, выполненны-
ми в виде приводных цепей-траков (рис. 9 5). По предварительной опечке новая
установка позволит исключить не только шум, удары, вибрацию, но if сокра-
тить затраты энергии в 3—4 раза, повысить производительность труда и умень-
шить затраты на вспомогательные операции на 20%.
3. Установка для вдавливания металлического шпунта
При погружении шпунта с помощью различных сваебойных снарядов (удар-
ных и вибрационных) в большинстве случаев возникают повреждения рядом
стоящих зданий Применение метода вдавливания шпунта исключает деформа-
ции этих зданий.
За рубежом для вдавливания шпунта используется гидравлический копер
«Тайвуд-BSP» (рис. 9 6), способный погружать и извлекать шпунт, не создавая
вибраций и шума. Копер состоит из силового блока, оголовка, системы наведе-
ния. Управление установкой дистанционное При погружении шпунта или свай
копер способен развивать вдавливающее усилие до 2250 кН, а при извлечении —
1650 кН. Постоянный пригруз не применяется, так как используется анкерующая
способность (сила трения) и вес ранее погруженных (частично или полностью)
шпунтин.
Рис. 9.6. Гидравлический погружатель
шпунта фирмы «Тайвуд»
1 — шпунт; 2 — гидродомкраты; 3 — тра-
верса
1 Установка разрабатывается по инициативе и под руководством инженеров
В. В. Раскатова и В. Ф. Петулько при участии авторов данной книги.
84
В настоящее время в Главленипградстрое разрабатывается устройство п$
вдавливанию металлического шпунта вблизи зданий, которое позволит переда-
вать часть реактивного усилия вдавливания на фундаменты существующего
здания.
4. Применение буронабивных свай
Устройство буронабивных свай по технологическим особенностям вполне отве-
чает требованиям к возведению фундаментов вблизи зданий. В нашей стране
набивные сваи, широко применяемые в мостостроении, промышленном и гидро-
техническом строительстве, еще недостаточно используются в условиях плотной
городской застройки.
Известно много типов буронабивных свай, отличающихся, в основном, кон-
струкцией оборудования, применяемого для проходки скважин, изготовления
ствола и уширения сваи.
Во многих случаях буронабивные сваи изготовляются без обсадных труб
(рис. 9.7). Область применения этих свай — плотные связные грунты, способные
держать стенки скважин. В неустойчивых грунтах проходка ствола осуществля-
ется под защитой обсадных труб или глинистого раствора.
Буронабивные сваи с уширенной пятой изготовляются специализированными
организациями, в числе которых наибольшего эффекта добились тресты Упргид-
роспецфундаментстрой, Упрбурвод и др. Из зарубежных фирм, изготовляющих
специализированное оборудование, наиболее широко известны «Бсното» (Фран-
ция), «Като» (Япония), «Калвелд» (Англия) и др.
При строительстве Камского автозавода в г. Брежневе применялись уста-
новки СО-2 и СО-1200, разработанные трестом Упргидроспецфундаментстрой.
С их помощью были выполнены опоры с уширением (диаметр ствола 0,6—1,2 м,
уширения до 1,6 м) в сухих грунтах без обсадных труб, а при наличии подзем-
ных вод—под глинистым раствором.
Трест Упрбурвод выполнял буронабивные сваи диаметром 0,5—0,6 м с уши-
рением диаметром до 1,6 м, а также буровые опоры, состоящие из ствола
диаметром 0,7—1,5 м и уширения 1,2—3 м. Максимальная длина буронабивных
свай, изготовляемых под глинистым раствором, 15—16 м, а устраиваемых без
укрепления стенок скважин или с креплением их инвентарными трубами до
30 м.
В Ленинграде имеется большой опыт строительства жилых 9—14-этажных
зданий на буронабивных опорах мелкого заложения — буронабивных фундамен-
тах (рис. 9 8) Диаметр ствола 0,65 м, диаметр уширения 2,5—3 м. Заглубление
подошвы уширения от поверхности грунта 1,2—1,5 м. Наблюдения, проводимые
ЛИСИ, показали, что осадки девятиэтажных крупнопанельных домов на буро-
набивных фундаментах в 2 раза меньше осадок домов на ленточных фундамен-
тах. Это открывает широкие возможности использования буронабивных фунда-
ментов на участках примыкания к существующим зданиям, обеспечивая тем са-
мым уменьшение влияния загружения соседних площадей до необходимых безо-
пасных пределов
Можно полагать, что в перспективе при выборе типа фундаментов при
сооружении их вблизи существующих зданий преимущество должно быть на
стороне буронабивных свай и фундаментов, позволяющих достигать высокого
уровня механизации процесса, передавать большие сосредоточенные нагрузки
85
Рис. 9.7. Буронабивная свая
1 — поперечная арматура каркаса; 2 —
фиксатор; 3 — рабочая арматура каркаса;
4 — уширение, 5 — технологическая пята
Рис. 9.8. Буронабивной фундамент:
/ — шейка фундамента; 2 — уширение; Я—*
ствол
2
на грунт, проходить толщу насыпных, водонасыщенных слабых грунтов и плы-
вунов, опираться на прочные грунты ненарушенной структуры, т. е. создавать
условия для сохранения конструкций домов, вблизи которых ведется строитель-
ство, при минимальных затратах.
5. Метод «стена в грунте»
Метод «стена в грунте», или «траншейная стенка» (особый способ произ-
водства строительных работ), является одним из важнейших достижений фун-
даментостроения в 20-м столетии В наши дни с помощью этой технологии реша-
ются сложные задачи строительства при возведении подземных вооружений,
подпорных стен, противофильтрационных завес, фундаментов глубокого заложе-
ния и др. [20, 26]Т
Основным звеном этой прогрессивной технологии является разработка глу-
боких траншей без крепления стенок под глинистым раствором Проходка таких
траншей возможна в разнообразных и неблагоприятных инженерно-геологических
и гидрогеологических условиях: например, при наличии слабых глинистых грун-
тов, плывунов, при высоком уровне подземных вод без водопонижения и т. п.
Глинистый раствор представляет собой разбавленную суспензию бентонито-
вой глины, в которую вводятся некоторые добавки (измельченные минералы —
барит, гематит, магнезит и др ) Эта суспензия обладает высокой устойчивостью
и тиксотропными свойствами, т. е. частицы глинистого минерала монтмориллони-
та, составляющего главный компонент бентонитовой глины, не выпадают в оса-
док, а остаются во взвешенном состоянии неопределенно долгое время. Вяз-
кость суспензии падает в результате сотрясений Суспензия в зависимости от
концентрации глины и добавок (утяжелителей) обладает сравнительно высокой
плотностью (1,1—4,3 г/см3), поэтому она оказывает на стенки траншеи значи-
тельное давление, не воспринимаемое поровой водой окружающего грунта. Это
давление воспринимает активное боковое давление грунта, чем обеспечивается
устойчивость стенок прорези (траншеи). Подобный эффект сохраняется и в грун-
тах, обладающих высокой фильтрационной способностью, поскольку поры таких
86
грунтов быстро заиливаются глиной раствора (явление кольматажа), утечка ра-
створа из траншеи прекращается и суспензия воспринимает распор грунта.
Траншея в грунте, заполненная бентонитовой суспензией, представляет собой
противофильтрационную завесу (она резко сокращает притоки воды в строитель-
ные котлованы) или разделительную конструкцию (последняя выполняет ту же
роль, что и разделительный шпунт). Однако гораздо чаще траншея, заполненная
суспензией,— лишь начальный этап производства работ. Ее используют для воз-
ведения в ней железобетонной конструкции (в последующем она будет работать
вначале в качестве крепления котлована, а затем как конструкция фундамента),
выполняемой в сборном или монолитном варианте.
Технологическая схема устройства стены в грунте (в одном из возможных
вариантов) приведена на рис. 9.9. Прорезь в грунте проходят грейферным экс-
каватором с плоским ковшом, который подвешивается на жесткой штанге. Ши-
рина прорези в зависимости от размеров ковша задается 0,5—1,5 м; глубина
стенки — до 100 м. Стенке придается в плане любая форма: прямоугольная,
круглая, в виде креста, «ромашки» и т. п., что удобно при необходимости пе-
редачи на основание больших сосредоточенных сил.
Свободно стоящая стена при одностороннем ее откапывании может иметь
лишь ограниченную высоту. Поэтому в необходимых случаях применяют два
типа креплений: распорное и анкерное (грунтовой анкер). Последний тип креп-
ления представляет наибольший интерес как весьма прогрессивная и эффектив-
ная конструкция. Грунтовой анкер устраивают следующим образом (рис. 9.10).
Через железобетон траншейной стенки пробуривают горизонтальную или наклон-
ную скважину (с креплением или без него), в скважину вводят (забивают)
специальное устройство — заделку анкера. В заделке закрепляют трос или
стержень. На траншейной стенке устанавливают распределительную пластину,
через которую натягивают анкер силой, обеспечивающей устойчивость стенки при
откапывании, чтобы ее перемещения не превышали заданной величины. Длину
анкеров устанавливают таким образом, чтобы якорь (активная часть устройст-
ва) был расположен за пределами призмы обрушения, а сопротивление анкера
достигало необходимой величины. Обычно длина анкера составляет 6—20 м
(активная часть 1—6 м), диаметр активной части — 0,2—0,4 м, напряжение (кон-
тролируется динамометрами либо по величине удлинения троса или стержня
при натяжении) —в зависимости от вида грунта 150—200кН. Грунтовые анкеры
размещают рядами, в несколько ярусов, чем обеспечивается устойчивость и не-
подвижность стен любой высоты.
Способ «стена в грунте» наиболее приемлем при возведении фундаментов
вблизи существующих зданий, так как при этом исключаются динамические
воздействия па грунт (как при забивке свай), обеспечиваются минимальные при-
токи воды в котлован (поэтому не требуется выполнять глубинное водопо-
нижение, опасное для окружающих котлован зданий) и гарантируется устойчи-
вость грунтов оснований существующих фундаментов, поскольку стенка облада-
ет достаточной жесткостью и прочностью.
В мировой и отечественной практике известны многочисленные примеры
успешного применения этого способа при возведении массивных зданий и под-
земных сооружений в непосредственной близости от существующих зданий, экс-
плуатация которых не прерывалась при выполнении строительных работ. Опыт
показал, что траншея, заполненная глинистым раствором, сохраняет устойчи-
вость даже в тех случаях, когда она разрабатывается возле фундаментов зда-
87
в)
Рис. 9.9. Стадии выполнения работ спо-
собом «стена в грунте*
а — выемка грунта из траншей под гли*
нистым раствором; б — заполнение тран-
шей тампонажным раотворот*!; в — установ-
ка панелей; /—сборная панель; 2 — грей-
фер; 3 — тампонажный раствор; 4 — гли-
нистый раствор
Рис. 9.10. Крепление стены в грунте грун-
товыми анкерами инъекционного типа;
/ — призма обрушения; 2 — етена в гранте
(железобетон); 3 — тяж анкера (трос); 4 —
х резиновый паркер (уплотнитель)i; 5 — ерш
(активная часть анкера); / — заделка (ак*
тивная часть); // — пассивная часть; III —
натяжное (стопорное) устройство (пунк-
тирные линии — глубина разработки грун-
та в котловане перед установкой очеред-
ного анкера)
ний (на участках возле зданий стена в грунте выполняется захватками длиной
3—5 м, что гарантирует безопасность работ). В таких условиях приближение
нового строительства к существующим зданиям лимитируетея только размерами
применяемого оборудования, т. е. несколькими десятками сантиметров.
В ближайшие годы способ «стена в грунте» должен получить широкое
распространение при реконструкции промышленных предприятий и при подзем-
ном строительстве в городах, что особенно важно в условиях слабых грунтов.
6. Применение свай в тиксотропной рубашке
Одним из путей существенного снижения динамического воздействия при
реконструкции или возведении фундаментов вблизи зданий является способ за-
бивки свай в тиксотропной рубашке, разработанный в Уфимском НИИпромстрое.
Этот метод позволяет снизить энергоемкость забивки призматических свай до
40%, а следовательно, уменьшить число ударов на забивку свай до 50%, об-
легчить режим работы дизель-молотов, снизить суммарное динамическое воздей-
ствие на окружающую среду.
Сущность метода заключается в подаче в образующуюся при забивке около-
свайную полость воды (или твердеющего раствора), которая, разжижая глини-
стую фракцию грунта, образует тиксотропную рубашку, позволяющую на время
забивки снизить трение грунта о боковую поверхность сваи.
На основании проведенных экспериментально-производственных работ
НИИпромстроем разработана «Инструкция по проектированию и устройству
фундаментов из свай в «рубашке» (ВОН 65.03.81) [13].
88
7. Метод шахтной проходки
В стесненных условиях реконструкции действующих промышленных пред-
приятий в плотных и скальных грунтах в ряде случаев может оказаться весьма
эффективным метод шахтной проходки без остановки технологического обору-
дования [19]. Этот метод по сравнению со способом опускного колодца позво-
ляет: повысить степень индустриализации работ, снизить трудоемкость до 25%,
значительно сократить размеры котлованов и расход бетона.
Метод шахтной проходки был применен при реконструкции действующих
цехов Магнитогорского металлургического комбината по проекту, разработан-
ному Магнитогорским Гипромезом [37].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Вопросы фундаментостроения и механики грунтов, рассмотренные в данной
книге, приобретают особенно большое значение в наши дни, когда претворяется в
жизнь выдвинутая партией программа экономического развития нашей страны
на базе научно-технического прогресса. В соответствии с этой программой осу-
ществляется: 1) реконструкция действующих промышленных предприятий;
2) дальнейшее развитие и совершенствование жилищно-гражданского строитель-
ства по новым планировочным решениям, согласно которым плотность жилой
застройки существенно увеличивается; 3) реконструкция застройки сложивших-
ся районов Городов, в ходе которой вблизи старых домов будут возводиться
новые, достаточно высокие здания; 4) развитие подземного строительства в го-
родах.
Реализация перечисленных задач требует достоверного учета процессов и
явлений, происходящих в грунтах оснований зданий и сооружений, вблизи кото-
рых осуществляется строительство. При этом необходимо применять такие
архитектурно-планировочные, конструктивные решения и организацию работ,
при которых была бы обеспечена сохранность существующих зданий и сооруже-
ний, нормальные условия проживания и трудовой деятельности людей, а также
исключалось влияние вредных воздействий на окружающую среду и подземное
пространство.
Главная цель настоящей работы — обратить внимание всех специалистов
(изыскателей, проектировщиков, строителей, эксплуатационников) на то, что
спроектировать и построить здание, примыкающее к существующим постройкам,
значительно сложнее, чем отдельно-стоящее. Опыт строительства в Ленинграде
показал, что осознание значимости проблемы и ее специфики быстро дало по-
ложительные результаты — число аварий и повреждений конструкций домов
в городе резко сократилось. Этот опыт должен быть творчески использован в
других городах при жилищном, гражданском и промышленном строительстве,
чтобы затраты народных средств были подчинены одной главной цели — повы-
шению эффективности строительства.
89
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Абелев М. Ю. Деформации сооружений в сложных инженерно-геологиче-
ских условиях. — М.: Стройиздат, 1982.
2. Абелев М. Ю. Строительство промышленных и гражданских сооружений на
слабых водонасыщенных грунтах. — М.: Стройиздат, 1983.
3. Вершинин В. П., Панфилов П. Ф., Сотников С. Н. Стабилизация осадки и
выправление крена 16-этажного жилого дома на свайном фундаменте//Ос-
нования, фундаменты и механика грунтов.— 1981. — № 4.
4. Волдржих Ф. Деформационные швы в конструкциях наземных зданий. —
М.: Стройиздат, 1978.
5. Гдалин С. В. Применение способа вдавливания свай в стесненных условиях
строительства//Монтаж, и спец, строит, работы. Сер. Спец, строит, работы.
Экспресс-информ. / Минмонтажспецстрой СССР. — 1983. — Вып. 6.
6. Далматов Б. И. Проектирование и устройство фундаментов около сущест-
вующих зданий. — Л: ЛДНТП, 1973.
7. Далматов Б. И. Фундаменты зданий на слабых грунтах//Труды VII Ду-
найско-Европейской конф, по механике грунтов и фундаментостроению. —
Кишинев, 1983.
8. Ежов Е. Ф. Исследование дополнительных осадок фундаментов сооружений
при устройстве около них ограждающих шпунтовых стенок Автореф. дис.
канд. техн. наук. — Л., 1980.
9. Еникиев А. X., Ковалев В. Ф. Опыт устройства свайного фундамента вбли-
зи существующих зданий.//Возведение фундаментов при реконструкции
предприятий в стесненных условиях строительства: Материалы семинара.—
Уфа, 1983.
10. Жинкин Г. Н., Калганов В. Ф. Электрохимическая обработка глинистых
грунтов в основании сооружений —М.: Стройиздат, 1980.
11. Инструкция по забивке свай вблизи зданий и сооружений: ВСН 358-76.—
М., 1976.
12. Инструкция по проектированию зданий и сооружений в существующей за-
стройке г. Киева: ВСН 2-80. — Киев, 1980
13. Инструкция по проектированию и устройству фундаментов из свай в ру-
башке ВСН 6.5 03.81. —Уфа, 1981.
14. Кириллов Г. Н., Сотников С. Н., Собенин А. А. Исследование распростра-
ненности случаев повреждения конструкций жилых домов при возведении
возле них новых зданий. // Устройство фундаментов и подземных сооружений
вблизи существующих зданий: Материалы семинара. — Л, 1976.
15. Коновалов П. А. Устройство фундаментов на заторфованных грунтах. — М.:
Стройиздат, 1980
16. Морарескул Н. Н. Основания и фундаменты в торфяных грунтах —Л.:
Стройиздат, 1979.
17. Новожилов Г. Ф. Исследование увеличения несущей способности свай во
времени в слабых грунтах г. Ленинграда: Строительство на слабых грун-
тах.— Рига, 1970.
18 Ободовский А. А. Проектирование свайных фундаментов. — М.: Стройиздат,
1977.
19. Перлей Е. М., Рукавцов А. М. Особенности проектирования и строительства
свайных фундаментов и заглубленных помещений при реконструкции дейст-
вующих предприятий//Монтаж, и спец, строит, работы. Сер. Спец, строит,
работы. Экспресс-информ. / Минмонтажспецстрой СССР.— 1983. — Вып. 6),
20. Подземные сооружения, возводимые способом «стена в грунте» // Под ред.
В. И. Зубкова. — Л.. Стройиздат, 1977.
21. Рудь В. К. Колебания зданий от забивки вблизи них свай//Монтаж, и
спец, строит, работы Сер. Спец, строит, работы. Экспресс-информ. / Мин-
монтажспецстрой СССР. — 1983. — Вып. 6.
22. Середюк И. П. Исследование процессов, происходящих в глинистых грунтах
при погружении свай: Автореф. дис. канд. техн, наук/—Л., 1977.
90
23. Симагин В. Г. Особенности проектирования и возведения фундаментов
около существующих зданий. — Петрозаводск, 1983.
24. Симагин В. Г., Коновалов П. А. Деформации зданий. — Петрозаводск: Ка-
релия, 1978.
25. Симагин В. Г., Федоров Н. Н. Строительство очистных сооружений в стес-
ненных условиях / Возведение фундаментов при реконструкции предприятий
в естественных условиях строительства: Материалы семинара. — Уфа, 1983.
26. Смородинов М. Н., Федоров Б. С. Устройство фундаментов и конструкций
способом «стена в грунте». — М1.: Стройиздат, 1976.
27. Собенин А. А. Осадки поверхности грунта за пределами загруженной пло-
щади: Автореф. дис. канд. техн. наук. — Л., 1974.
28. Сотников С. Н. Осадки сплошных фундаментных плит и ленточных фунда-
ментов крупнопанельных домов на мощной толще слабых грунтов//Меха-
ника грунтов, основания и фундаменты: Сб. науч. тр. / ЛИСИ. — Л., 1975.
29. Сотников С. Н. О дополнительных совместных деформациях зданий и ос-
нований, возникающих при строительстве в районах плотной застройки // Ос-
нования, фундаменты и механика грунтов.— 1984. — № 4.
30. Сотников С. Н., Вершинин В. П. Актуальные задачи устройства фундамен-
тов на участках примыканий к существующим зданиям в условиях слабых
грунтов (из опыта использования «Временной инструкции по устройству
фундаментов около существующих зданий») // Рациональные фундаменты в
условиях слабых грунтов Ленинграда / ЛДНТП.— Л., 1979.
31. Сотников С. Н., Собенин А. А. Вопросы проектирования фундаментов в при-
мыканиях к существующим зданиям//Механика грунтов, основания и фун-
даменты: Сб. науч. тр. / ЛИСИ. — Л., 1976.
32. Сотников С. Н., Соколов В. М., Вершинин В. П. Осадки свайных фунда-
ментов жилых домов в условиях слабых грунтов Ленинграда // Фундамен-
тостроение в сложных грунтовых условиях: Тезисы докладов Всесоюзного
совещания. — Алма-Ата, 1977.
33. Сотников С. Н., Утенов Е. С. К методике учета фактора предшествующего
уплотнению грунта при проектировании оснований зданий в условиях суще-
ствующей застройки // Вопросы устройства оснований и фундаментов в сла-
бых и мерзлых грунтах / ЛИСИ. — Л., 1982
34. Указания по устройству фундаментов около существующих зданий и соору-
жений / Ленниипроект. — Л., 1980.
35. Устройство фундаментов и заглубленных сооружений в условиях реконст-
рукции действующих предприятий в стесненных условиях строительст-
ва/Под ред. Б. И. Далматова, Е. М Перлея. — Л.: ЛДНТП, 1983.
36. Утенов Е. С. Исследование развития осадок фундаментов, возводимых око-
ло существующих зданий с учетом уплотненности грунтов в основании: Ав-
тореф. дис. канд. техн. наук. — Л., 1981.
37. Швайбург Г. Б. Использование горно-проходческих методов при реконст-
рукции действующих цехов Магнитогорского металлургического комбина-
та // Возведение фундаментов при реконструкции предприятий в стесненных
условиях строительства: Материалы семинара. — Уфа, 1983.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие .................................................... . . 3
Глава 1. Деформации зданий при возведении вблизи них фундаментов
мелкого заложения..................................г..................4
1. Природа деформаций зданий и их оснований . . ъ..................4
2. Деформации зданий при разработке вблизи них строительных кот-
лованов и траншей..................................................7
3. Деформации зданий при строительном водопонижении..............9
4. Деформации зданий при загружении соседних с ними участков . 11
5. Деформации зданий в результате нарушения естественной струк-
туры. грунта.....................................................«12
Глава 2. Деформации зданий при погружении вблизи них шпунта и свай 14
1. Процессы, происходящие в грунтах при забивке и вибропогруже-
нии свай и шпунта.................................................14
2. Деформации зданий при забивке вблизи них шпунта и свай ... 17
3. Явление отрицательного трения..................................19
4. Деформации зданий на свайных фундаментах при разработке
вблизи них котлованов ........................................... 20
Глава 3. Изыскания при застройке участков, расположенных вблизи су-
ществующих зданий...............................................<21
1. Общие положения................................................21
2. Инженерные изыскания на площадке строительства . . ... 23
3. Инженерно-геодезические изыскания и наблюдения.................24
4. Инженерно-геологические изыскания............................ 26
Глава 4. Особенности проектирования фундаментов, возводимых вблизи
существующих зданий..................................................27
1. Основные задачи проектирования фундаментов, возводимых вблизи
существующих зданий...............................................27
2. Предельно допустимые дополнительные совместные деформации
зданий и их оснований.............................................28
3. Проектирование фундаментов мелкого заложения вблизи сущест-
вующих зданий.......................................... . . .33
4. Применение разъединительного шпунта как средства защиты кон-
струкций существующих зданий......................................39
5. Проектирование свайных фундаментов . . . . t .................40
Глава 5. Производство работ при устройстве фундаментов вблизи суще-
ствующих зданий......................................................43
1. Общие требования к производству работ.......................43
2. Произволе!во работ при возведении фундаментов мелкого зало-
жения ............................................................43
3. Производство работ при погружении шпунта и свай...............47
4. Применение шпунта при разработке котлованов в моренных грун-
тах ................................49
5. Особенности работ в стесненных условиях............ . . .49
Глава 6. Особенности устройства фундаментов вблизи существующих зда-
ний на слабых грунтах................................................50
1. Слабые грунты как основания зданий и сооружений .... .50
2. Устройство фундаментов в условиях существующей застройки на
слабых глинистых грунтах . .......................................51
3. Устройство фундаментов вблизи зданий, возведенных на водонасы-
щенных рыхлых песках..............................................53
4. Устройство фундаментов вблизи зданий, возведенных на биогенных
грунтах ... ............................ ................54
5. Устройство фундаментов вблизи зданий, возведенных на насыпных
грунтах . . . . .........................................57
Глава 7. Опыт возведения зданий в условиях плотной городской и про-
мышленной застройки ........................................ ....... 58
1. Изучение опыта строительства...................................5S
92
Стр..
2. Примеры повреждений зданий, вблизи которых возведены новые
дома . . ...................................................... 62
3. Примеры успешного строительства вблизи существующих зданий . 65
Глава 8. Восстановление конструкций зданий, поврежденных в результате
развития дополнительной осадки при застройке смежных участков , , 67
1. Характеристика повреждений конструкций........................67
2. Меры безопасности при возникновении повреждений конструкций . 71
3. Изыскания для разработки проекта ремонта . . •................72
4. Мероприятия по восстановлению конструкций зданий и сооруже-
ний, поврежденных дополнительной осадкой ........................73
5. Методы усиления наземных конструкций зданий и сооружений . . 74
6. Методы усиления оснований и фундаментов 78
Глава 9. Перспективы развития фундаментостроения при возведении зда-
ний в условиях плотной городской и промышленной застройки .... 80
1 Общие положения................................................80
2. Использование свай, погружаемых вдавливанием ....... 82
3. Установка для вдавливания металлического шпунта...............84
4. Применение буронабивных свай..................................85
5. Метод «стена в грунте»........................................86
6. Применение свай в тиксотропной рубашке...................... .88
7. Метод шахтной проходки .......................................83
Заключение...........................................................89
Список литературы.................................................. 90
Sotnikov S. N. et al.
Design and Erection of Foundations in Close Vicinity to the Exis-
ting Structures: (Experience of Construction in the North-Western
Areas of the USSR)/S. N. Sotnikov, V. G. Simagin, V. P. Vershi-
nin. Edited by S. N. Sotnikov.—M.: Stroyizdat, 1986 — p. : il.
Problems of construction in urban and industrial areas are
being considered. Impairments of the existing buildings that occur
due to deformation of the subsoil as a result of loading and techno-
logical impact of the structures under construction are being listed.
Peculiarities of geological survey are being discussed and measures
that are to be taken during designing and constructing in order to
avoid structure failiures are being suggested.
The book is an aid for agencies concerned with design and
construction.
Contents
Preface.................................... . ............................. 3
Chapter 1. Deformations of buildings caused by shallow footings
erected nearby ...........................................: : : : 4
1. The character of deformations of buildings and their founda-
tions .......................................................... 4
2. Deformations due to excavating pits and trenches nearby . . 7
3. Deformations of buildings due to water drawdown in the course
of construction............................. . . ...................... 9
4. Deformations of buildings due to loading of the adjoining sites 11
5. Deformations of buildings as a result of disturbances of the
original structure of the soil.......................................... 12
Chapter 2. Deformations of buildings caused by the driving of
sheet-pile walls and piles near them...................................... 14
1. Processes that occur in the soil during driving and vibro-dri-
ving of piles and sheet-jile walls.............................. . 14
2. Deformations of buildings resulting from driving of piles and
sheet-pile walls close to them * . . . . « , 17
3. The downdrag phenomenon . ........................................... 19
4. Deformations of buildings constructed on pile foundations due
to excavating pits nearby............................................... 20
Chapter 3. Geological survey of construction sites located close to
the existing buildings.................................................... 21
1. Generalities •...............«... 4 . 21
2. Geological survey of the construction site................... . 23
3. Geodetic survey . ................к.................., i. . .< 24
4. Geological survey.................................................... 26
Chapter 4. Peculiarities of design of foundations which are to be
erectednear the existing buildings........................................ 27
1. Main objectives in design of foundations which are to be con-
structed near the existing buildings.................................... 27
2. Ultimate permissible additional joint building—subsoil deforma-
tions .................................................................. 28
3. Design of shallow footings which are to be constructed near
the existing buildings.................................................. 33
4. Implementation of cut-off sheet-pile walls as means of protec-
tion of the existing buildings.......................................... 39
5. Design of pile foundations........................................... 40
Chapter 5. Construction operations in order to erect footings in the
vicinity of the existing buildings........................................ 43
1. General requirements for the fulfilment of construction operations 43
2. Construction operations for erection of shallow—depth footings 43
3. Construction operations for driving of sheet piles and piles .
soils................................................................. 47
4. Application of sheet-pile walls for excavating pits in morainic 49
5. Specificity of carrying-out of construction operations in tight 49
working space........................................
Chapter 6. Peculiarities of erection of footings on soft soils in the 50
vicinity of the existing buildings...............................
1. Soft soils as bases for buildings and structures.................... 50
2. Erection of footings on soft clays in the vicinity of the existing 51
buildings ........................................... ........
3. Erection of footings close to the buildings constructed on water 53
saturated losse sands........................................... .
4. Erection of footings close to the buildings constructed on the 54
biogeneous soils..............................« . -...........
5. Erection of footings close to the buildings constructed on fills 57
Chapter 7. Experience of erection of buildings in conditions of high
95
housing density in urban and industrial areas................................. 58
1. A study of case histories . ............................................ 58
2. Examples of damages of buildings in the vicinity of which new
houses have been erected.................................................... 62
3. Examples of successful construction in the neighbourhood of
the -existing buildings..................................................... 63
Chapter 8. Restoration of structures damaged as a result of additi-
onal settlements caused by construction on the adjoining sites . 67
1. Characteristics of impairments of the structures . . . . : 67
2. Safety measures in the case of structural demage .... 71
3. Survey for the development of the repairs design........................ 72
4. Measures to be taken in order to restore buildings and structu-
res damaged as a result of additional settlements........................... 73
5. Ways of reinforcement of superstructures................................ 74
6. Ways of strengthening of basements and foundations ... 78
Chapter 9. Prospects of development of foundation engineering for
the purposes of construction in conditions of high housing density
in urban and industrial areas................................................. 80
1. Generalities j. ...............................•............( . 80
2. Application of the pressed-in piles . .................... . . 82
3. The rig for pressing in of metallic sheet—piles......................... 84
4. Application of bored cast-in-situ piles . . ............. 85
5. The slarry-wall technology.............................................. 86
6. Application of piles in thixotropic cover ......... 88
7. The shaft mining technology............................................. 89
Conclusion ........ l............................... „ . 89
Bibliography . 90