 |
Эксплуатация оснований, фундаментов и стен подвальных помещений
|
|
|
|
Техническая эксплуатация строительных конструкций жилых и общественных зданий
Эксплуатация оснований, фундаментов и стен подвальных помещений
Прочность и устойчивость здания в значительной степени зависит от несущей способности основания и фундамента.
Толщина грунта, расположенного под фундаментом и воспринимающая через него нагрузку от здания, называется основанием. Грунты оснований под действием нагрузки от здания, сооружения деформируются; если при этом не происходит коренного изменения структуры грунта, то такая деформация называется осадкой. Наличие от осадки, просадкой называют деформации основания, связанные с коренными изменениями: выпиранием грунта из-под подошвы фундамента, оседанием отдельных пластов и т.п. Равномерная и незначительная осадка не нарушает прочности и устойчивости зданий. Неравномерная осадка и просадка грунтов оснований могут привести к значительным деформациям здания. Грунты, используемые в качестве оснований подразделяются на скальные, крупнообломочные, песчаные и глинистые.
Скальные и крупнообломочные грунты, практически не сжимаемые под нагрузкой, не подвержены pазмыванию и являются надежным основанием.
Несущая способность песчаных оснований зависит от крупности песка и его влажности.
Глинистые грунты в сухом состоянии являются хорошим основанием, но при увлажнении они теряют свои свойства: в пластичном и разжиженном состоянии несущая способность глин значительно снижается. Глинистые грунты, обладающие в естественном состоянии видимыми невооруженным глазом порами (макропорами), размеры которых значительно превосходят размеры частиц, составляющих скелет грунта, при увлажнении теряют свою связность. В таких грунтах образуются просадки, поэтому необходимо принимать меры для предохранения таких оснований от увлажнения.
|
|
|
Необходимо учитывать, что даже весьма значительные осадки, если они равномерны по периметру безболезненна воспринимаются зданиями и coopужениями. Известны случаи, когда равномерные осадки, измеряемые десятками сантиметров, не вызывали серьезных деформаций и не препятствовали нормальной эксплуатации зданий. Как уже отмечалось, более опасными являются неравномерные осадки. По чувствительности к неравномерным осадкам здания и сооружения подразделяются на малочувствительные и чувствительные.
Малочувствительными являются сооружения, которые проседают как одно пространственное целое равномерно или с креном, а также здания, элементы которых шарнирно связаны между собой.
Чувствительными к неравномерным осадкам называют конструкции, состоящие из жестко связанных между собой элементов, взаимное смещение которых может вызвать в несущих конструкциях здания значительные деформации или местные повреждения. К таким конструкциям относятся крупнопанельные здания с несущими поперечными стенами, рамы с жесткими узлами и др.
Предельные разности осадок оснований фундаментов колонн или стен гражданских зданий не должны превышать 0,002 L (L-расстояние между точками, по которым проверяют разность просадок оснований).
Предельные значения средних осадков оснований зданий и сооружений, см:
крупнопанельных и крупноблочных……………..8
с кирпичными стенами... ……………………. 10
каркасных....................... ……………………. 10
со сплошным железобетонным фундаментом 30
В зависимости от характера развития неравномерных осадок основания и жесткости сооружения различают пять форм деформаций: крен, прогиб, выгиб(перегиб), перекос, кручение.
Крен - поворот относительно горизонтальной оси. Наибольшую опасность крен представляет для узких зданий повышенной этажности. Прогиб и выгиб связаны с искривлением сооружения. Перекос возникает в конструкциях, когда резкая неравномерность осадок развивается на коротком участке здания. Кручение сооружения наблюдается при неодинаковом крене по длине сооружения, при котором в двух сечениях здания он развивается в разные стороны.
|
|
|
Предельное значение крена, установленное нормами, не должно превышать 0,004 высоты здания. Прогибы зданий ограничиваются предельными значениями, не превышающими для крупнопанельных зданий 0,0007 L, а для кирпичных и крупноблочных - 0,0013 L (длина изгибаемого участка).
В общем случае осадка каждого фундамента может рассматриваться как сумма четырех слагаемых осадок, каждое из которых может принимать различные значения, в том числе может быть равно нулю:
S = Sупл + Sразупл + Sвып + Spасстр,
где Sупл - осадка в результате уменьшения пористости грунтов под воздействием нагрузки от фундамента или уплотнение, вызванные работой соседних зданий и сооружений; Sразупл - осадка фундамента в связи с разуплотнением верхних слоев грунта; Sвып-осадка вследствие выдавливания грунта из-под подошвы фундамента; Spасстр - осадка при нарушении структуры грунта.
Разнообразие причин развития неравномерных осадок уплотнения (различные инженерно-геологические условия, неравномерная загрузка частей сооружения или изменение нагрузок, сооружение зданий в непосредственной близости от существующих и др.) требует внимательного изучения состояния здания в период эксплуатации, а также строгого выполнения проектных условий работы оснований.
Осадки разуплотнения Sразупл развиваются под действием веса сооружения, когда он меньше массы вынутого грунта.
Осадки выпирания Sвып связаны с развитием пластических деформаций грунта основания. Причины развития неравномерных выпираний те же, что и при развитии неравномерных осадок уплотнения.
От воздействия различных факторов могут развиваться осадки, вызванные изменением структуры грунтов. Структура грунтов может нарушиться вследствие метеорологических воздействий, воздействий грунтовых вод и газа, динамических воздействий.
|
|
|
К метеорологическим воздействиям относятся промерзание и оттаивание, набухание и, размягчение, высыхание грунтов. Очевидно, что все перечисленные факторы могут происходить при нарушении проектных условий во время эксплуатации.
При нарушении структуры основания и потере в связи с этим несущей способности применяют различные методы искусственного его укрепления. Уплотнение основания песчаными и грунтовыми сваями. Для этого в грунте делают скважины либо при помощи стальной трубы (сердечника) с башмаком большего диаметра для облегчения извлечения трубы, либо путем пробивки скважины-шпура буровой штангой диаметром 42…48 мм с наконечником диаметром 60…80 мм. Уплотнение грунта производится силой взрыва взрывчатых веществ (ВВ), закладываемых в образованные бурением скважины. Скважины заполняют уплотненным грунтом или песком. Объемная масса скелета грунта достигает значения, при котором основание становится непросадочным (1,55…1,65 т/м3).
Силикатизация грунтов применяется для закрепления сухих и водонасыщенных песков, просадочных макропористых и насыпных грунтов. Сущность метода заключается в том, что в пески и лессы нагнетают водный раствор силиката натрия, который цементирует грунт и значительно повышает его прочность. Сухие и водонасыщенные пески с коэффициентами фильтрации от 2 до 80 м/сут закрепляют путем введения поочередно жидкого стекла (силиката натрия) Na20-nSi02 и хлористого кальция СаС12, который является катализатором.
Растворы взаимодействуют следующим образом:
Na20-nSi02 + СаС12 + m Н20 = п Si02 (m - 1) Н20+ Са (ОН)2 + 2NaCl.
При этом образуется нерастворимый в воде гель кремниевой кислоты, который цементирует частицы песка.
Грунты, пропитанные нефтепродуктами, смолами при наличии грунтовых вод, имеющих рН>9, силикатизации не поддаются.
Пески с коэффициентом фильтрации от 0,5 до 5 м/сут (плывуны) закрепляют одним раствором, состоящим из жидкого стекла и фосфорной кислоты или из серной кислоты Н3РО4 или из серной кислоты и сернокислого алюминия (в качестве более дешевого заменителя). Для закрепления лёссов и лёссовидных суглинков, макропористых просадочных грунтов выше уровня грунтовых вод с коэффициентом фильтрации 0,1…2 м/сут применяют однорастворный метод силикатизации жидким стеклом плотности 1,13 г/см3, которое, соединяясь с сернокислым калием, содержащимся в лёссах и лёссовидных суглинках (вместо хлористого кальция), образует нерастворимый гель и цементирует частицы грунта.
|
|
|
Силикатизация производится следующим образом. В грунт на глубину до 15 м погружают перфорированные трубы диаметром 19…38 мм, по которым нагнетают растворы под давлением 15-105 Па. При двухрастворном способе силикатизации инъекторы (перфорированные трубы) погружают попарно на расстоянии 15…20 см один от другого. Оба раствора можно нагнетать по одной трубе поочередно.
Закрепленные жидким стеклом мелкие пески с коэффициентом фильтрации 2…80 м/сут обладают прочностью 15…35-10 Па, прочность плывунов доходит до 5-10 Па; лёссовых и просадочных суглинков - до 6…8-10 Па; при этом просадочные свойства исчезают.
Если обозначить через V объем закрепляемого грунта в кубических метрах, а через п - пористость грунта в процентах, то объем химических растворов, необходимых для силикатизации, будет следующий:
для песков: (объем каждого раствора в отдельности жидкого стекла и хлористого кальция);
Коэффициент фильтрации - скорость проникания воды в грунт, выражаемая в сантиметрах в секунду или в метрах в сутки.
для плывунов
Схема водопонижения при помощи иглофильтров с электроосушением (буквами обозначен контур посадки здания)
Иногда для закрепления грунтов применяют электроосмос - явление передвижения воды под действием электрического тока. При таком движении вода захватывает с собой частицы грунта. Если процесс электроосмоса протекает длительное время и при этом вода, собирающаяся у катодов, откачивается, то грунт будет доживаться и уплотняться.
В глинистых грунтах повышение эффекта откачки воды создается путем сочетания работы иглофильтров с электроосушением (рис. 3).
Метод электроосмоса может применяться также в сочетании с химическим методом. Длительная работа электродов под действием постоянного тока приводит к их разрушению, при этом продукты разрушения электродов, соединяясь с частицами глинистого грунта, увеличивают его прочность. Иногда через трубу (анод) в грунт подают водные растворы солей многовалентных металлов, которые, соединяясь с глинистым грунтом, коагулируют глинистые частицы, цементируют их между собой гелями солей железа и алюминия.
|
|
|
Способ цементации грунтов заключается в нагнетании в грунт под давлением 3… 6 - 105 Па цементного раствора, который, затвердевая в порах грунта, связывает между собой его частицы, увеличивает прочность грунта и уменьшает фильтрацию воды. Цементацию можно примен ять для грунтов с крупными порами, так как частицы цемента могут проникать в щели размером не менее 0,1 мм. К таким грунтам относятся песчано-гравийные, галечниковые и гравийные отложения, а также крупнообломочные грунты сухие и, в водонасыщенном состоянии с коэффициентами фильтрации 80…200 м/сут.
Схема битумизации грунтов: 1 - битумоварка; 2-насос; 3 - скважина;
- трансформатор; 5-нагнетательная труба; 6 - тампонаж цементным раствором; 7 - укрепляемая порода
Для увеличения водонепроницаемости и уменьшения фильтрации применяют также битумизацию грунтов. Разогретый битум нагнетают через инъектор в поры грунта под давлением до 25-105 Па.
Для получения особо высоких прочностных показателей песчаных грунтов (10…30-103 Па) используют карбамидные смолы. Закрепление песчаных карбамидными смолами производится так же, как закрепление грунтов методом силикатизации. Однако следует иметь в виду, что закрепление грунтов смолами очень дорогой способ и его можно применять в исключительных случаях.
Имеются и другие способы укрепления грунтов, но все они связаны с дополнительными затратами. Поэтому при технической эксплуатации зданий необходимо принимать меры, исключающие увлажнение грунтов или расстройство их структуры по другим причинам (авария инженерных коммуникаций, неграмотная организация земляных работ при возведении зданий рядом с существующими, нарушение правил эксплуатации зданий, вызывающее структурное расстройство грунтов и т.д.).
Фундаменты относятся к основным конструктивным элементам сооружений, воспринимающих нагрузку от надземных частей и передающих ее основанию. Для прочности и устойчивости здания необходимо, чтобы фундаменты удовлетворяли следующим требованиям:
площадь подошвы фундамента принималась из расчета допустимого напряжения на грунт основания, при этом нагрузка на единицу площади поверхности основания была бы одинаковой для однородных грунтов;
Столбчатые фундаменты: 1-стена; 2 - рандбалка; 3-уровень пола первого
По способу возведения фундаменты подразделяют на монолитные и сборные. При заложении ниже 1,5 м фундаменты можно выполнять одиночными с рандбалками, несущими нагрузку от вышележащих стен.
Ленточные фундаменты равномерно распределяют одинаковую нагрузку на однородные основания. При различных нагрузках в здании делают местные уширения фундаментов, а также выполняют осадочные швы на расстоянии около 70 м друг от друга; в просадочных грунтах эти расстояния уменьшаются. Ленточные фундаменты при незначительных нагрузках можно устраивать под столбы и колонны.
В конструкциях крупнопанельных жилых домов в связи с большой жесткостью при неравномерных деформациях основания возникают значительные дополнительные усилия. Поэтому фундаменты этих зданий должны исключать значительные или неравномерные осадки. Предельные допустимые деформации оснований для этих зданий примерно в 1,5 раза меньше, чем, для кирпичных.
При эксплуатации зданий необходимо иметь в виду, что наличие подвалов в здании определяет глубину заложения фундаментов той части здания, где эти подвалы находятся.
При приемке зданий надо обращать внимание на качество гидроизоляции фундаментов и подвальных частей здания.
Ремонт и усиление фундаментов сопровождается как правило, земляными работами по вскрытию фундаментов. При этом должны приниматься меры по предотвращению переувлажнения грунтов и нарушения их структуры. Отрываемые траншеи должны иметь глубину достигающую подошвы фундамента на 50 см. Затем (в соответствии с проектом) углубляют траншею отдельными колодцами, расположенными на расстоянии 2…2,5 м друг от друга и имеющими по длине вдоль фундамента 1,5 м, после чего усиляют фундамент. После окончания работ на усиляемом участке тщательно послойно засыпают место работ песком и плотно утрамбовывают.
Прочность фундаментов можно восстановить методом цементации, для чего в поры фундаментов нагнетают цементный раствор. Работы должны производиться по проекту с определением числа просверливаемых отверстий в фундаменте для инъекторов, нагнетаемого раствоpa и других параметров.
Значительную опасность для фундаментов и оснований представляют растения, прорастающие на отмостках вблизи фундаментов. Поэтому деревья и кустарники сажать следует на расстоянии не менее 5 м от стен здания. Случайные поросли необходимо немедленно удалять.
фундамент здание грунт строительный
Литература
1. Косимова С.Т. Техническая эксплуатация зданий и сооружений. Конспект лекций, 2009 г.
|
|
|
