Развитие теории и практических методов возведения многоэтажных монолитных жилых зданий на слабых грунтах в стесненных условиях

Размещено на http://www.allbest.ru/

Развитие теории и практических методов возведения многоэтажных монолитных жилых зданий на слабых грунтах в стесненных условиях

Падуев К.В., Терехова О.П.

Аннотация

В течение многих лет капитальные жилые здания возводились из мелкоштучных и крупных бетонных строительных материалов и из кирпича. Большой спрос на жильё, возникший после Великой Отечественной войны в основном был решен благодаря индустриальным методам домостроения (крупнопанельный, крупноблочный, объемноблочный и др.). К началу 1970 - х годов все большие и маленькие города и поселки городского типа по всей территории СНГ, в том числе РФ, были застроены, в основном, этими типами зданий. В настоящее время в мировой практике строительства соотношение между зданиями и сооружениями из сборного и монолитного бетона складывается в пользу монолитного. Так, в США они составляют соответственно 37 и 63%, в Англии - 32 и 68%, во Франции - 14 и 86%.

Ключевые слова: грунт, многоэтажные жилые дома, добавки, составы, тестирование.

Abstract

Paduev K.V., Terekhova O.P.

DEVELOPMENT OF THEORY AND PRACTICAL METHODS FOR CONSTRUCTION OF MULTI-STOREY MONOLITHIC RESIDENTIAL BUILDINGS ON WEAK SOILS IN CRAMPED CONDITIONS

For many years, capital residential buildings were builtfrom small-piece and large concrete building materials and bricks. The great demand for housing that arose after the Great Patriotic War was mainly solved thanks to industrial methods of housing construction (large-panel, large-block, bulk-block, etc.). By the early 1970s, all large and small towns and urban-type settlements throughout the CIS, including the Russian Federation, were built up mainly by these types of buildings. Currently, in the world construction practice, the ratio between buildings and structures made ofprecast and monolithic concrete is in favor of monolithic. So, in the USA they make up 37 and 63%, respectively, in England - 32 and 68%, in France - 14 and 86%.

Keywords: soil, multi-storey residential buildings, additives, formulations, testing.

Разработаны мероприятия по управлению технологическими характеристиками бетонной смеси за счет введения химических добавок, обеспечивающих интенсификацию производства работ в зимний и жаркий периоды при строительстве монолитных многоэтажных жилых зданий. Установлено влияние химического состава цементов на скорость набора прочности бетонов при введении добавок и тепловой обработке. Исследованы управляемые режимы выдерживания бетона монолитных конструкций зданий с применением греющих проводов, а также защиты свежеуложенного бетона от влагопотерь с применением пленкообразующих составов. капитальный здание бетонный сооружение

Разработана и внедрена в производство система инструментального контроля технологических процессов монолитного строительства, обеспечивающая количественную оценку показателей и способствующая повышению качества работ и эксплуатационной надежности зданий.

Использование разработанных технологий при возведении многоэтажных монолитных зданий позволило:

сократить себестоимость бетонных работ от 10 до 20 %,

снизить использование кранового времени до 32 %,

увеличить оборачиваемость опалубок до 400 раз,

сократить общий срок строительства объектов на 1,5 - 2,5 месяца.

На защиту выносятся следующие положения диссертации:

Первая глава диссертации посвящена анализу технологий строительства многоэтажных жилых зданий на слабых грунтах в стесненных условиях.

Появились компьютерные технологии, позволяющие повести вариантное сравнение различных архитектурно-конструктивных решений по зданиям и сооружениям ещё на стадии первоначальных проектных работ. Быстрыми темпами развиваются строительные технологии на основе современных машин и оборудования. Появились современные и экономичные бетонные заводы, способы перевозки и укладки бетонной смеси, современные опалубочные системы как отечественного, так и иностранного производства.

В настоящее время строительства зданий и сооружений, а также инженерных коммуникаций ведется на территориях, которые раньше считались «непригодными» для строительства, исходя из сложности проведения работ по инженерно-геологическим изысканиям, в связи с отсутствием опыта проектирования и строительства на таких территориях, нормативных документов, отсутствия опыта строительства на площадках со специфическими грунтами, специальных технологий машин и оборудования.

В технической и научной литература отсутствуют или имеются в малых объемах результаты исследования специфических свойств грунтов при различных на них воздействиях (замачивание грунтов сточными водами, химикатами и т.д.). При проектировании зданий и сооружений, а также инженерных коммуникаций часто не исследуются изменения физикомеханических свойств грунтов на площадках снесенных зданий.

Часто объекты возводятся в стесненных городских условиях, где расположены существующие здания и сооружения, а также различные инженерные коммуникации. Многие территории больших городов, особенно в г.Москве сложены слабыми водонасыщенными глинистыми, насыпными и карстовоопасными грунтами, а также имеются грунты с плывунными свойствами и суффозионноопасные. В городских условиях важным вопросом является обеспечение виброзащиты зданий и сооружений от городского транспорта (железнодорожный транспорт, автотранспорт, трамвай, метрополитен).

Для обеспечения прочности и долговечности строящихся зданий и сооружений, а также сооружений, попадающих в зону выполнения строительных работ должна быть установлена эффективность применения технологий устройства оснований, фундаментов и подземных частей зданий на специфических и очень сложных инженерно-геологических,

гидрогеологических и погодно-климатических условий РФ.

Как показывают исследования после забивки свай в слабые водонасыщенные глинистые грунты в некоторых случаях со временем наблюдается повышение несущей способности свай, что обусловлено процессами «засасывания». При забивке свай в слабые водонасыщенные глинистые грунты в зоне нарушения природной структуры наблюдается разрушение структурных связей и частичный переход физически связанной воды в свободную воду. Со временем наблюдается обратный процесс - тиксотропное упрочнение глинистых грунтов во времени и восстановление физически связанной воды. Степень тиксотропного упрочнения глин после нарушения их структуры зависит от «чувствительности» глин.

Проведенные работы показали, что во многих случаях при изысканиях не соблюдаются этапы проектных работ (предпроектные решения, стадия «Проект», стадия «Рабочая документация»). При этом объемы изыскательных работ будут меньше необходимого или их будет недостаточно. Это часто происходит при неправильном составлении технического задания на изыскательские работы. При составлении технического задания не учитываются опыт строительства на соседних площадках, архивные материалы и заранее без наличия информации об инженерно-геологических условиях указываются глубина подземной части здания (этажность) и вид фундаментов (свайные). Это влияет на объемы изыскательских работ и количества лабораторных и полевых -исследований грунтов, включаемых в программы по инженерно геологическим изысканиям.

Изучение опыта проектирования и строительства многоэтажных зданий в стесненных условиях показывает, что неправильно принятые архитектурнопланировочные и конструктивно-технологические решения приводят к удорожанию строительства и увеличению сроков выполнения как отдельных видов строительных работ, так и общего срока строительства.

При строительстве сборных зданий увеличение количества конструктивных элементов, их форм и веса приводит к выбору различных машин и механизмов, увеличению стыков, требующих особого ухода при бетонировании в зимних условиях, объема ручного труда и трудоемкости монтажных работ и т.д. При монолитном домостроении увеличение количества конструктивных элементов и разнообразия фасадов приводит к увеличению объема опалубочных работ, большему использованию кранового времени, увеличению общего объема арматурных и бетонных работ и трудоемкости. Изучение работы многих строительных организаций г.Москвы и Московской области показывает, что часто на строительных площадках по различным причинам допускаются нарушения технологий производства строительных работ, необоснованное изменение сроков выполнения отдельных видов строительных работ и нарушения технологической цепочки выполнения работ. Это является причиной низкого качества при изменении погодных условий, приводит к промораживанию грунтов оснований, к затоплению котлованов и т.д. При таких случаях часто некоторые виды строительных работ выполняются повторно (подготовка оснований, водопонижение, снос поврежденных бетонных подготовок, усиление поврежденных и деформированных конструкций и т.д.). Имеются случаи, когда при выполнении земляных работ на уровне устройства оснований обнаруживаются грунты, физико-механические свойства которых отличаются от значений, полученных при ранее выполненных изысканиях. При таких случаях приходиться выполнять дополнительные инженерногеологические изыскания, запроектировать основания и фундаменты в соответствии с подтвержденными новыми данными по свойствам грунтов. Это приводит к увеличению материальных затрат, то есть общей стоимости строительства.

С целью определения основных задач исследований был выполнен анализ и аналитический обзор отечественных и зарубежных теоретических и практических подходов к решению проблем устройства оснований, фундаментов и подземных сооружений на слабых водонасыщенных глинистых и насыпных грунтах. Были установлены факторы, влияющие на качество, обоснованность и эффективность проектных и строительных работ при устройстве оснований, фундаментов и подземных частей монолитных жилых зданий в стесненных условиях. В этой главе приведены задачи исследований.

Вторая глава диссертации посвящена теоретическому исследованию особенностей выбора технологий строительства многоэтажных жилых зданий на слабых грунтах в стесненных условиях.

Обеспечение надежности и долговечности возводимых зданий зависит от обоснованного выбора технологий производства работ на всех этапах строительства. Принятие конструктивных решений многоэтажных зданий базируется на использовании различных методов и приемов возведения конструкций, обеспечивающих сокращение сроков строительства, повышение качества и надежности зданий и сооружений.

Изучение опыта строительства многоэтажных зданий в стесненных городских условиях, особенно на территориях со слабыми грунтами показало, что чрезмерные осадки фундаментов, приведшие к деформированию зданий и дорогостоящим восстановительным работам во многих случаях произошли из-за неправильного выбора технологии возведения подземных частей зданий.

В стесненных городских условиях в настоящее время в подземной части многих многоэтажных зданий расположены подземные автостоянки глубиной до 3-х, 6-х этажей. Как правило, заглубленные части зданий выполняются в монолитном варианте. Они преимущественно базируются на использовании метода «стена в грунте», а также ограждения котлованов с применением погружаемых металлических свай различного сечения (шпунтовых ограждений). Создание геометрически неизменяемых систем достигается применением распорных конструкций и грунтовых анкеров.

Возведение подземной части здания включает в себя комплекс строительных процессов по устройству оснований, фундаментов, возведению стен подвальной части здания и других конструкций, прокладке инженерных коммуникаций на прилегающей территории и в подвале здания.

Технологический цикл возведения подземной части здания на естественных грунтах, как правило, один. Однако он разбивается на два или более подциклов - в зависимости от гидрогеологических особенностей грунтов и сложности архитектурно-планировочных и конструктивных решений здания.

В результате влияния указанных факторов определяют дополнительные строительные процессы.

Первый подцикл предусматривает устройство оснований и фундаментов зданий. Причиной выделения работ по устройству оснований и фундаментов зданий в самостоятельный цикл является та важнейшая роль, которую играют эти части зданий в обеспечении надежности работы несущих конструкций и здания в целом.

Во втором подцикле выполняются работы по возведению несущих и ограждающих конструкций, расположенных на фундаментах до нулевой отметки здания. К ним относятся внутренние и наружные стены, колонны, перекрытия и др. Иногда указанные конструкции размещаются в несколько этажей (ярусов), что характерно для заглубленных зданий. Ведущим строительным процессом этого подцикла является устройство несущих конструкций, которое необходимо осуществлять после окончания работ по устройству оснований и фундаментов здания.

Строительство многоэтажных зданий производится по двухцикличной, трехцикличной и многоцикличной технологиям.

Выбор соответствующей технологии строительства здания производится на основе рассмотрения архитектурно-планировочных решений и конструктивных решений здания, применяемых строительных материалов и изделий, а также назначения здания. Количество и структура технологических циклов полностью зависит от того, каким образом протекает ведущий процесс первого цикла, возведение несущих конструкций (коробки) здания, первоначально или совместно с другими процессами. Чем меньше в технологиях циклов, тем больше различных строительных работ выполняются параллельно по совмещенной технологии. Именно поэтому двух - и трехцикличные технологии имеют наименьшую продолжительность возведения зданий.

При двух цикличной технологии возведения надземной части зданий высокие требования предъявляются к архитектурно-планировочным и конструктивным решениям зданий в части послезаводской, транспортной, монтажной и послемонтажной технологичности строительной продукции. Такими параметрами обладают здания крупнопанельной конструктивной системы.

Каждый из двух циклов имеет свое назначение. Задача первого цикла - возвести коробку здания и подготовить к выполнению отделочных работ, а второго - завершить все строительные работы.

При двух цикличной технологии наиболее трудоемкие отделочные работы, характеризующиеся мокрыми процессами, - штукатурные и подготовка -оснований для устройства полов, выполняются в первом цикле.

Во втором цикле основными работами являются отделочные, которые включают малярные, плиточные, устройство покрытий полов, столярные, оклейка поверхностей пленочными материалами на тканевой или бумажной основе или обоями и др. Ведущей работой цикла являются малярные, которые выполняются на захватках чаще всего в два этапа: первый - подготовка всех поверхностей под окраску (оклейку обоями) и окраска потолков, второй - «чистая» окраска поверхностей масляной или водоэмульсионной краской или оклейка обоями. Под «чистой» окраской понимается последняя операция этих процессов.

Трехцикличная технология возведения надземной части многоэтажного здания отличается от двухцикличной технологии тем, что в первом цикле к моменту завершения работ по возведению коробки здания не созданы необходимые температурновлажностные условия и не подготовлен фронт работ для выполнения отделочных работ. Это означает, что по каким-то причинам параллельно с работами по возведению несущих и ограждающих конструкций здания не выполнялись сопутствующие им общестроительные и специальные работы.

По трехцикличной технологии чаще всего возводятся здания каркасной и блочной конструктивных систем, монолитные здания. Рассматриваемая трехцикличная технология возведения зданий по сравнению с двухцикличной представляет собой более сложные решения по взаимодействию строительных процессов и режимов их выполнения. Во-первых, количество строительных процессов возросло за счет их осуществления на строительной площадке. Во- вторых, технологические режимы их выполнения сопряжены с мокрыми процессами, что требует затрат на высушивание поверхностей.

По инженерно-геологическим данным предполагая, что скорости распространения упругих волн лежат в интервале 1,5-2,5 км/с, скорости поперечных волн - можно оценить как 0,5-0,07 км/с. Учитывая, что компонента Y регистрирует, в основном поперечные волны, возникающие при ударе, т.е. поперечную прямую и отраженные, а также обменную S-P, получаем оценку расстояний от конца сваи до соответственно кровли и подошвы слоя 2-3 м и 8-9 м.

Это хорошо согласуется с данными инженерно-геологических изысканий, учитывая появление в нижней части слоя моренных отложений прослоев с возможным водонасыщением, что является для поперечных волн отражающей границей.

Ниже приводятся результаты изучения воздействия ударов на существующее здание.

Для характеристики оценки воздействия ударов по высоте здания сопоставим спектры записей на грунте и на 1 и 8 этажах по одной вертикали - у лифта. Анализ спектров показывает следующее:

уровни колебаний, характерных для единичного удара - широкополосного максимума на центральной частоте 10 Гц, при переходе сигнала с грунта на здание меняются следующим образом: на 1 этаже снижаются примерно в 3 раза (по мощности на порядок) на всех компонентах по сравнению с таковыми на грунте, на 8 этаже - горизонтальные компоненты по уровню такие же, как и на 1 этаже, а вертикальная компонента возрастает по уровню примерно вдвое по сравнению с таковой на грунте и в 5 раз по сравнению с 1 этаже,

по частоте - низкочастотные максимумы, связанные с ритмом ударов не проходят в здание за исключением пика на частоте 2 Гц, который проявляется в виде возбуждения собственных колебаний здания,

- ударные воздействия на 1 этаже практически не возбуждают интенсивных собственных колебаний, но они проявляются на 8 этаже.

Таким образом, основное воздействие на здание ударов при забивке свай проявляется на верхнем этаже, причем как на частотах, характерных для удара, так и идет возбуждение колебаний на собственных частотах здания.

Возбуждение колебаний в здании на относительно высоких частотах (около 10 Гц) может привести к резонансным явлениям для отдельных конструктивных элементов здания, особенно консолей. Были проведены измерения на балконе 8 этажа. Полученные спектры сравнивались с данными по измерениям на 8 этаже, но внутри корпуса. Видно, что основное различие проявляется в усилении колебаний на частоте 20 Гц на балконе.

Экспериментальные измерения проводились в точках на 1 этаже здания. Результаты были представлены в виде спектров мощности. Сопоставление графиков показывает следующее.

В разных точках плана колебания здания, вызываемые воздействием ударов при забивке свай, практически одинаковые по форме спектра и уровням.

Наибольшие различия проявляются на компоненте, регистрирующей колебания поперек корпуса здания (направление - на источник сигналов). Здесь спектр отклика на воздействие представлен двугорбым максимумом с частотами пиков примерно 5 и 10 Гц. По мере удаления от источника по плану здания наблюдается относительное уменьшение интенсивности пика 5 Гц и увеличение для пика 10 Гц. Такая особенность связана, по-видимому, с устройством фундаментов здания.

Ударные воздействия при забивке свай создают в здании поле колебаний, состоящих из импульсной части и возбуждении колебаний на собственных частотах здания.

Доминирующими по ускорениям являются импульсные колебания, ускорения на собственных частотах на порядок слабее.

Амплитуды колебаний различаются по пространственному и конструктивному решению объема, наибольшие различия наблюдаются по высоте и на концентраторах напряжений.

На первом этаже наблюдается ослабление колебаний (по ускорениям примерно вдвое) по сравнению с грунтом, а на верхнем этаже здания ударные воздействия характеризуются увеличением ускорений примерно вдвое по сравнению с грунтом, различия между верхним и нижним этажом по ускорениям - примерно в 4- 5 раз,

Наиболее ярко эффект проявляется на вертикальной компоненте колебаний.

Проведенное исследование воздействия процесса забивки свай в глинистых грунтах показало, что сейсмометрический метод является удобным и технологичным инструментом для решения ряда новых задач по определению влияния колебаний на близрасположенные здания.

Восьмая глава диссертации посвящена исследованию эффективных технологий строительства монолитных многоэтажных зданий на слабых грунтах.

Приведена блок-схема мониторинга производства комплекса технологических процессов монолитного строительства. Исследованы шесть блоков, включающих: приготовление и транспортирование смеси, арматурные и опалубочные работы, подачу и укладку бетонных смесей, а также методы и технологии интенсификации набора прочности бетоном при различных внешних температурных воздействиях. Итогом каждого блока является количественная инструментальная оценка технологических процессов, обеспечивающих повышение качества и эксплуатационной надежности зданий в монолитном исполнении.

Разработана технология возведения монолитных зданий повышенной этажности, учитывающая эффективное использование кранов на весь период строительства, организацию бетонных работ по захваткам объемом принимаемой бетонной смеси от 545 до 1200 м3 в месяц и использование современных способов изготовления арматурных каркасов и опалубочных систем. При этом обеспечивается непрерывная подача бетонной смеси, круглогодичное применение греющих проводов и защита бетона от теплопотерь. При возведении монолитных зданий высотой до 25 этажей применение разработанной технологии позволило:

сократить себестоимость бетонных работ до 20 %,

снизить использование кранового времени до 32 %,

произвести бетонные работы в пределах одного этажа по захваткам в течение 4-6 суток,

увеличить оборот опалубок в 1,5 - 2,0 раза,

сократить общий срок строительства объектов на 1,5 - 2,5 месяца.

Список литературы

1. Щерба В.Г., Щерба В.В. Исследование технологий возведения многоэтажных монолитных зданий. Жилищное строительство. 2005 № 8.

2. Щерба В.Г. Эффективные способы производства работ при возведении жилого комплекса. Жилищное строительство. 2005 № 12. С. 6-8;

3. Щерба В.Г. Строительство многоэтажных монолитных жилых зданий по новым технологиям. Жилищное строительство. 2006 № 4. С. 2- 5;

4. Ройтман В.М., Щерба В.Г. Пожарная безопасность зданий повышенной этажности. Жилищное строительство. 2006 № 5. С. 22-25;

5. Капустян Н.К., Щерба В.Г. Особенности забивки свай вблизи зданий. Жилищное строительство. 2006 № 5. С. 12-15;

6. Щерба В.Г., Махова И.Д., Кочанов А.А., Коренков А.В., Храмов Д.В. К вопросу размещения пассажирских лифтов при строительстве многоэтажных монолитных жилых зданий. Промышленное и гражданское строительство. М. 2008, № 7. С. 47-48;

7. Щерба В.Г., Ломиев А.Н., Храмов Д.В., Кочанов А.А., Сагалаков Г.В. Особенности технологий приготовления, транспортировки и укладки бетонной смеси при возведении монолитных многоэтажных зданий в стесненных городских условиях. Промышленное и гражданское строительство. М. 2008, № С. 52-53;

8. Щерба В.Г., Бахронов Р.Р., Кочанов А.А, Сагалаков Г.В., Коренков А.В. Эффективные технологии всесезонного бетонирования с применением греющих проводов на объектах многоэтажных монолитных жилых зданий. Промышленное и гражданское строительство. М. 2008, № 8. С. 54-55;

9. Щерба В.Г., Кочанов А.А., Абелев К.М., Храмов Д.В., Козьмодемьянский В.Г. Особенности возведения оснований и фундаментов зданий в стесненных условиях. Промышленное и гражданское строительство. М. 2008, № 12. С. 59-60

Размещено на Allbest.ru