Закономерности деформирования оснований зданий вблизи глубоких котлованов и защитные мероприятия

При расчетах деформаций оснований зданий вблизи глубоких котлованов модель здания примем в виде загруженной равномерно распределенной нагрузкой полубесконечной балки с изгибной жесткостью EJ, которая определяется по таблице, рекомендованной J N Franzius & T I. Addenbrooke, (2002) для зданий различной этажности.

Осадку здания на ленточных фундаментах по его длине вблизи котлована предлагается определять по формуле (8а) записанной в следующем виде:

,

Рис. 6 Расчетные схемы здания вблизи котлована: а) - балка полубесконечная, загруженная равномерно распределенной нагрузкой; б) - балка конечной длины, загруженная сочетанием нагрузок

Величину коэффициента постели следует вычислять через модуль общей деформации грунтов Ео по формуле М.И.Горбунова-Посадова (1984), или по п.6.5.4 («Справочник проектировщика «Основания, фундаменты и подземные сооружения», 1985), либо по рекомендациям С.Б.Ухова и др. (1994). На основе опыта строительства в Москве диссертант приводит поправочный коэффициент: =1 - при распорках из металлических труб; =0,6 -при распорных конструкциях в виде железобетонных перекрытий (метод строительства «top-down»); = 2,5 - при анкерах, а значение коэффициента f1 можно принимать для ограждения «стены в грунте» и для шпунтового ограждения из труб или двутавров при Hk 12 м f1 = - 0,56*10-2, для «стены в грунте» при Hk >12м - f1 = - 0,2*10-2. Для расчетов составлены справочные таблицы осадок для различных значений q, EJ, f1, k, Hk.

Сравнение осадки, рассчитанной по предлагаемому методу, с величинами, определенными численным методом с помощью программы PLAXIS, и замеренными в натуре (рис.7), свидетельствует об их хорошей сходимости.

Кривизна подошвы фундамента здания вблизи глубокого котлована:

На участках, где требуется применение защитных мероприятий для зданий, например, усиление фундаментов здания или укрепление грунтов основания.

В седьмой главе рассмотрены вопросы эффективности применения защитных мероприятий (свай усиления и отсечных экранов) в различных инженерно-геологических условиях для зданий вблизи глубоких котлованов и подземных выработок с учетом осадки, обусловленной технологией производства работ.

Для зданий вблизи глубоких котлованов автором была проведена серия из 19 численных и 5 натурных экспериментов по наблюдению за осадками зданий на строительных объектах Москвы (Б.Палашевский пер., д.10, стр.1, Б.Никитская, д.22, Госпитальный пер., д.8 и др.) по установлению степени снижения осадки при устройстве отсечных экранов и усилению фундаментов зданий сваями по сравнению с прогнозируемой ее величиной без применения защитных мероприятий. Доказано, что сваи усиления более эффективны по сравнению с отсечными экранами в качестве защитных мероприятий для зданий вблизи глубоких котлованов.

Рис. 7 Графики замеренных и рассчитанных экспериментально- аналитическим методом и методом численного моделирования осадок здания Моспроекта-3, расположенного вплотную к котловану глубиной 10 м здания «Берлинский дом» (Москва, ул. Петровка,5)

Автором при участии сотрудника НИИОСП Д.А.Внукова исследовано влияние устройства отсечных экранов различных конструкций на осадки зданий в зоне влияния подземных выработок - коммуникационных тоннелей, устраиваемых методом щитовой проходки (для транспортных тоннелей в Лефортово). Диссертантом были составлены рекомендации по выбору типа конструкции отсечного экрана в зависимости от инженерно-геологических условий площадки строительства, статуса и категории состояния конструкций зданий в зоне влияния коммуникаций, а также значения параметра m=(Н-h)/L, где Н - отметка низа подземной выработки, h - глубина заложения подошвы фундамента здания, L - расстояние от здания до подземной выработки.

Кроме того, автором при наблюдении за осадками 7 зданий на тоннельно-эстакадном участке третьего транспортного кольца в Лефортово были установлены величины осадок, вызванных технологией производства работ при устройстве свай усиления и отсечных экранов (рис.8).

Исследования показали, что применение защитных мероприятий для зданий в виде свай усиления или отсечных экранов может вызвать осадку за счет технологии производства работ, сопоставимую с осадкой от влияния подземного сооружения. Эта осадка превышает нормативное значение осадки, что приведет к возникновению множественных трещин в конструкциях здания и потребует проведения послеосадочного ремонта, но обеспечит общую конструктивную устойчивость здания.

Рис. 8 Осадки зданий после устройства защитных мероприятий и откопки котлована:1 - Ладожская,16; 2-М.Гавриков,29; 3-Танковый,6; МВТУ им.Баумана: Северный (4) и Южный (5) корпуса; 6- Бакунинская,24; 7- Госпитальный пер., д.8

Натурные эксперименты, проведенные НИИОСПом при участии автора, по устройству защитных мероприятий (свай усиления и отсечных экранов) методом струйной технологии для зданий типографии по Госпитальному пер., д.4 и Южного и Северного корпусов МВТУ им.Баумана (2-я Бауманская, д.5) в зоне влияния автодорожного тоннеля в Лефортово легли в основу составленных автором практических рекомендаций по их применению.

Общие выводы и результаты

В целях обеспечения сохранности существующей застройки вблизи глубоких котлованов и подземных выработок проведен комплекс экспериментальных и теоретических исследований по установлению закономерностей деформирования оснований зданий, на основе которых был разработан метод расчета их деформаций и рекомендованы защитные мероприятия.

При проведении исследований были получены следующие результаты:

1. Разработаны основные принципы и состав геотехнического мониторинга строящихся и реконструируемых объектов с подземной частью и окружающих их зданий, включенные в «Свод правил по проектированию и строительству. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений. СП 50-101-2004» (М, 2005), и в действующие в Москве нормативные документы.

2. На основе проведения натурных наблюдений за осадками зданий вблизи глубоких котлованов и методики полного факторного эксперимента с использованием линейной модели выявлены основные влияющие на осадки факторы: относительная удаленность зданий от котлована (m), тип инженерно-геологических условий, тип крепления ограждающей конструкции котлована (анкера, распорки из металлических труб, железобетонные перекрытия), категория состояния конструкций здания и вид ограждающей конструкции котлована, и установлена степень их влияния.

3. Доказано, что наиболее значимым, является фактор m. Даны рекомендации по выбору ограждающей конструкции котлована в зависимости от исследованных факторов.

4. Предложен полуэмпирический метод расчета максимальных осадок зданий вблизи котлованов, базирующийся на данных натурных наблюдений. Рекомендованы поправочные коэффициенты к расчетным значениям осадок зданий, полученным по программе PLAXIS с использованием упруго-пластической модели Кулона-Мора в плоской постановке задачи.

5. Составлена таблица дополнительных предельных деформаций их оснований, содержащая дополнительный критерий их оценки - кривизну подошвы фундаментов. Таблица введена в МГСН 2.07.01 «Основания. фундаменты и подземные сооружения» (М., Правительство Москвы, 2003).

6. Установлены закономерности развития деформаций оснований бескаркасных зданий с давлением по подошве фундамента до 0,3 МПа вблизи котлованов глубиной 8…12 м на основе численного моделирования методом конечных элементов с использованием упруго-пластической модели грунтов Кулона-Мора в плоской постановке задачи, учитывающие удаленность здания от котлована, тип грунтовых условий, вид ограждения и крепления котлована.

7. На основе результатов численного моделирования предложены полуэмпирические зависимости осадок зданий от двух параметров: L - расстояния от здания до котлована и r - расстояние точки по длине здания, в которой определяется осадка основания. Разработана методика определения размеров зоны усиления и укрепления оснований и фундаментов здания вблизи котлована, положенная в основу компьютерной геотехнической программы.

8. В процессе натурных измерений изучены деформации различных конструкций ограждения котлованов при различных видах их раскрепления, грунтового массива I…III типов и совместных деформаций и оснований в зоне влияния котлованов.

9. Установлены особенности деформирования грунтового массива по сравнению с деформированием грунтового массива при других видах технологических воздействий (замачиванием просадочных, набухающих и засоленных грунтах и при подработке территорий).

10. Разработан экспериментально-аналитический метод расчета деформаций зданий вблизи глубоких котлованов.

11. Установлено, что сваи усиления более эффективны по сравнению с отсечными экранами котлованов. При усилении фундаментов сваями осадка здания вблизи котлована снижается в среднем на 60% (в плотных песчаных грунтах) - 40% (в глинистых грунтах), при устройстве отсечных экранов - на 30-15% соответственно.

12. На основе натурных наблюдений за осадками зданий в зоне влияния подземных выработок исследовано влияние устройства отсечных экранов различных конструкций (из бурозавинчивающихся, в том числе с устройством между ними буроинъекционных свай, из грунтоцементных свай) на осадки зданий и даны рекомендации по выбору их типа.

13. На основе натурных наблюдений установлены величины технологических осадок при устройстве защитных мероприятий для зданий: свай усиления, отсечных экранов различных конструкций и их комбинации.

14. Применение защитных мероприятий для зданий в виде свай усиления или отсечных экранов может вызвать осадку за счет технологии производства работ, сопоставимую с осадкой от влияния подземного сооружения, и превышающую нормативное значение осадки.

15. Устройство свай усиления в качестве защитных мероприятий для зданий вблизи котлованов и анкерного крепления их ограждающих конструкций недопустимо, так как это приводит к прогрессирующему росту осадок здания вследствие снижения несущей способности свай.

16. При проведении натурных экспериментов изучены деформации зданий вблизи котлованов, для которых реализованы защитные мероприятия из грунтоцементных свай и разработаны практические рекомендации по их применению.

17. При внедрении результатов исследований получен экономический эффект в ценах 2006 г. 4,615 млн. руб. при строительстве отеля Ритц Карлтон по ул.Тверская,3-5 и 7,532 млн. руб. при реконструкции здания Генеральной прокуратуры РФ по ул.Б.Дмитровка,15 в Москве.

18. Проведенные комплексные исследования являются существенным вкладом в решение проблемы обеспечения сохранности застройки, в том числе исторической, при освоении подземного пространства в Москве, имеющей важное хозяйственное и культурное значение.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Никифорова Н.С. Исследование факторов, влияющих на деформируемость намывных грунтов //Нефтепромысловое строительство -№9.-1980.-с.11-13.

2. Коновалов П.А., Никифорова Н.С. Плоская задача о распределении деформаций в основании со слабым промежуточным слоем //Сб. тр. НИИОСП.- вып.78.- М., 1982. с. 121-128.

3. Никифорова Н.С. Опыт строительства зданий на основаниях со слоями торфа //Строительство на торфах и деформации сооружений на сильносжимаемых грунтах: Тр. Балт. конф. по механике грунтов и фундаментостроению.- т.1.- Таллин, 1988, с.245-248.

4. Никифорова Н.С.Мониторинг в геотехнике и требования к нему/ Коновалов П.А. Основания и фундаменты реконструируемых зданий. Разд. 5. Гл. 4 - М.: ВНИИНТПИ, 2000. -с.135-144.

5. Никифорова Н.С., Внуков Д.А. Исследование эффективности применения отсечных экранов для защиты существующих зданий при прокладке вблизи них подземных коммуникаций. // Тр. межд.конф. по геотехнике, посвященной 300-летию Санкт-Петербурга «Реконструкция исторических городов и геотехническое строительство »Том 2.- С.-Пб., 17-19 сентября 2003.- с.173…178.

6. Никифорова Н.С.Защитные мероприятия для зданий вблизи глубоких котлованов. // Доп. к тр. междунар. научно-практ.семинара «Актуальные проблемы проектирования и строительства в условиях городской застройки».- Пермь.: Пермский гос. техн. университет.- 2005.-с. 9…14.

7. Никифорова Н.С. Снижение геотехнического риска при устройстве глубоких котлованов в городских условиях// Основания, фундаменты и механика грунтов.- № 5.- 2005.- с.12…16.

8. Никифорова Н.С. Прогноз деформаций зданий вблизи глубоких котлованов. // Вестник гражданских инженеров. С.-Пб.- №2(3).-2005.- с. 38-43.

9. Никифорова Н.С. Расчет осадок существующих зданий при возведении вблизи них объектов с подземной частью//Вестник гражданских инженеров.С.-Пб.-№2(7).-2006.-с. 55-58.

10. Никифорова Н.С., Коренева Е.Б. Экспериментально-аналитический метод расчета деформаций оснований зданий вблизи глубоких котлованов // Тр. межд. науч.-техн.конф. «Проблемы механики грунтов и фундаментостроения в сложных грунтовых условиях». Том 3-Уфа, 2006.- с.71 …76.

11. Nikiforova, N S and Bulgakov, I A Deformatons of the Retaining Structures of the foundations Trenches in Congested Urban Housing Environment in Moscow// Proc. of Int. Geotech. Conf. dedicated to the Year of Russia in Kazakhstan. - Almaty, Kazakhstan, 23-25 September 2004.- pp 343-347.

12. Nikiforova, N S & Vnukov, D A The use of catoff of different tipes as a protection measure for existing buildings at the nearby underground pipelines installation // Proc. of Int. Geotech. Conf. dedicated to the Year of Russia in Kazakhstan. - Almaty, Kazakhstan, 23-25 September 2004.- pp 338-342.

13. Ильичев В.А., Никифорова Н.С., Коренева Е.Б. Метод расчета деформаций оснований зданий вблизи глубоких котлованов//Основания, фундаменты и механика грунтов.-2006.- № 6.- с.2 -6.

14. Ильичев В.А., Коновалов П.А., Бахолдин Б.В., Никифорова Н.С. Реконструкция фундаментов здания Старого Гостиного Двора в Москве и сопровождающий ее мониторинг//Основания, фундаменты и механика грунтов.-1998.-№ 4-5.- с.43 -46.

15. Ильичев В.А., Коновалов П.А., Никифорова Н.С. Особенности геомониторинга при возведении подземных сооружений в условиях тесной городской застройки.//Основания, фундаменты и механика грунтов.-1999.- № 4.-с.20 -16.

16. Ильичев В.А., Коновалов П.А., Никифорова Н.С. Геомониторинг - инструмент для обеспечения безопасности исторических памятников при их реконструкции. // Основания, фундаменты и механика грунтов.-1999.-№5.- с. 3 - 8.

17. Ильичев В.А., Коновалов П.А., Никифорова Н.С. Строительство торгово-рекреационного комплекса на Манежной площади в Москве и защита окружающих памятников//Транспортное строительство.-1998.-№1.- с.23-25.

18. Ильичев В.А., Коновалов П.А., Никифорова Н.С. Влияние строительства заглубленных сооружений на существующую историческую застройку в Москве // Основания, фундаменты и механика грунтов. -2001.-№ 4.- с.19…24.

19. Ильичев В.А., Коновалов П.А., Никифорова Н.С. Исследование влияния строящихся заглубленных сооружений на деформации близрасположенных зданий // Основания, фундаменты и механика грунтов. -2002.-№ 4.- с.8…11.

20. Ильичев В.А., Коновалов П.А., Никифорова Н.С. Прогноз деформаций зданий вблизи котлованов в условиях плотной городской застройки Москвы // Основания, фундаменты и механика грунтов.- 2004.- № 4.- с.17-21.

21. Ильичев В.А., Коновалов П.А., Никифорова Н.С. Деформации существующих зданий при строительстве заглубленных сооружений. // Тр. инст. «Научное издание. НИИОСП им.Н.М.Герсеванова -70 лет». - М.: Изд. дом «Экономика, строительство, транспорт», 2001.- с.253…263.

22. Ilyichev, V A, Konovalov, P A & Nikiforova, N S Management of the monitoring process when below-ground structures are built in Moscow.. // Proc. Int. Conf. «Responce of building to excavation-induced ground movements», 17-18 July, 2001, Imperial College.- London, UK: CIRIA.- p.1/11.

23. Ilyichev, V A, Konovalov, P A, Nikiforova, N S Geotechnical monitoring of urban building reconstruction during the underground construction // Proc. XVth ISMGE. The 1^st Int. Conf. of the Third Millenium.- Istanbul, 2001.-Vol 2. -pp 1347…1348.

24. Ilyichev, V A, Konovalov, P A & Nikiforova, N S. Underground construction impact on neighbouring buildings in Moscow// Proc. the 3^rd Int. Symp. (IS-Toulouse 2002) «Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground», 4^th Session Deep Excavation: Design and analysis.- Toulouse, France, 23-25 October, 2002. - pp 113-116.

25. Ilyichev, V A, Konovalov, P A, Nikiforova, N S Building with deep foundations and their impact on nearby structures in Moscow // Proc. the XIII^th European conf. on soil mechanics and geotechnical engineering..- Prague, Czech Republic», 25-28^th August 2003.- Vol. 2. - pp191 - 196

26. Ilyichev, V A, Konovalov, P A, Nikiforova, N S and Bulgakov, I A Deformations of the Retaining Structures Upon Deep Excavations in Moscow// Proc. 5^th Int. Conf. on Case Histories in Geotechnical Engineering.- New York, April 13-17, 2004.- paper 5.24.

27. Ilyichev, V A, Konovalov, P A & Nikiforova, N S Deformations of the buildings located near foundation trenches and underground excavationsand the messures for their reduction// Proc. the 16^th ICSMGE- Osaka, Japan, September, 2005. - pp 1489-1492.

28. Ilyichev, V A, Koreneva, E B, Nikiforova, N S. Computing the evaluation of deformations of the buildings located near deep foundation tranches //Proc. the XVI^th European conf. on soil mechanics and geotechnical engineering. Madrid, Spain, 24-27^th September 2007 “Geotechnical Engineering in urban Environments”. Vol.2.- pp.581-585.

29. Никифорова Н.С. Сохраняя наследие.// Мир строительства и недвижимости (тема номера: высотное и подземное строительство).- 2008.- №24.- с.22-25.

Размещено на Allbest.ru