Основные понятия курса

Министерство образования и науки Российской Федерации
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра механики грунтов и геотехники
ВВЕДЕНИЕ В ГЕОТЕХНИЧЕСКОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО
Методические указания к практическим занятиям
по дисциплине «Введение в геотехническое строительство»
для студентов бакалавриата всех форм обучения направления подготовки
08.03.01 Строительство
© НИУ МГСУ, 2015
Москва 2015
УДК 69
ББК 38
В24
Составитель
Д.Ю. Чунюк
В24
Введение в геотехническое строительство [Электронный ресурс] :
методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Введение в
геотехническое строительство» для студентов бакалавриата всех форм обучения
направления подготовки 08.03.01 Строительство / М-во образования и науки
Рос. Федерации, Нац. исследоват. Моск. гос. строит. ун-т, каф. механики грунтов
и геотехники ; сост.: Д.Ю. Чунюк. — Электрон. дан. и прогр. (2,27 Мб). —
Москва : НИУ МГСУ, 2015. — Учебное сетевое электронное издание — Режим
доступа:
http://lib.mgsu.ru/Scripts/irbis64r_91/cgiirbis_64.exe?C21COM=F&I21DBN=
IBIS&P21DBN=IBIS — Загл. с титул. экрана.
Даны основные темы для рассмотрения на практических занятиях основных
вопросов строительства зданий и сооружений с основным упором на вопросы
геотехники.
Для студентов бакалавриата всех форм обучения направления подготовки 08.03.01
Строительство.
Учебное сетевое электронное издание
© НИУ МГСУ, 2015
Отв. за выпуск — кафедра механики грунтов и геотехники
Подписано к использованию 03.09.2015 г. Уч.-изд. л. 4,3. Объем данных 2,27 Мб
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Национальный исследовательский Московский государственный
строительный университет» (НИУ МГСУ).
129337, Москва, Ярославское ш., 26.
Издательство МИСИ – МГСУ.
Тел. (495) 287-49-14, вн. 13-71, (499) 188-29-75, (499) 183-97-95.
E-mail: ric@mgsu.ru, rio@mgsu.ru
ВВЕДЕНИЕ В СТРОИТЕЛЬНОЕ ДЕЛО
Оглавление
Тема 1. ............................................................................................................................................................... 8
1. Основные понятия курса. Цели и задачи курса. Состав, строение, состояние и физические свойства
грунтов. ............................................................................................................................................................. 8
1.1. Основные понятия курса. ..................................................................................................................... 8
1.2. Состав и строение грунтов. .................................................................................................................. 8
1.3. Структура и текстура грунта, структурная прочность и связи в грунте. ......................................... 9
1.4. Физические свойства грунтов. ............................................................................................................. 9
1.5. Строительная классификация грунтов. ............................................................................................. 10
1.6. Связь физических и механических характеристик грунтов. ........................................................... 10
1.7. Понятие об условном расчетном сопротивлении. ........................................................................... 11
Тема 2. ............................................................................................................................................................. 11
2. Механические свойства грунтов ............................................................................................................... 11
2.1. Деформируемость грунтов ................................................................................................................. 11
2.1.1. Компрессионные испытания, получение и анализ компрессионных кривых. ........................... 12
2.1.2. Деформационные характеристики грунтов. .................................................................................. 12
2.1.3. Принцип линейной деформируемости. .......................................................................................... 13
2.2. Водопроницаемость грунтов. ............................................................................................................. 13
2.2.1. Закон ламинарной фильтрации. ...................................................................................................... 13
2.2.2. Закономерности фильтрации воды в сыпучих и связных грунтах. ............................................. 14
2.3. Прочность грунтов. ............................................................................................................................. 14
2.3.1. Трение и сцепление в грунтах. ........................................................................................................ 14
2.3.2. Сопротивление грунтов при одноплоскостном срезе. .................................................................. 14
2.3.3. Сопротивление сдвигу при сложном напряженном состоянии. Теория прочности КулонаМора. ........................................................................................................................................................... 15
2.3.4. Прочность грунтов в неконсолидированном состоянии .............................................................. 16
2.4. Полевые методы определения параметров механических свойств грунтов. ................................ 16
Тема 3. ............................................................................................................................................................. 17
3. Определение напряжений в массивах грунтов. ....................................................................................... 17
3.1. Определение контактных напряжений по подошве сооружения. .................................................. 17
3.1.1. Классификация фундаментов и сооружений по жесткости. ........................................................ 17
3.1.2. Модель местных упругих деформаций и упругого полупространства ....................................... 18
3.1.3. Влияние жесткости фундаментов на распределение контактных напряжений. ........................ 18
3.2. Распределение напряжений в грунтовых основаниях от собственного веса грунта. ................... 19
4
3. 3. Определение напряжений в грунтовом массиве от действия местной нагрузки на его
поверхности. ............................................................................................................................................... 20
3.3.1. Задача о действии вертикальной сосредоточенной силы. ............................................................ 20
Тема 4 .............................................................................................................................................................. 21
4. Конструктивные решения и элементы гражданских и промышленных зданий. ................................. 21
4.1 Классификация зданий и требования к ним. ......................................................................................... 21
4.2. Конструктивные элементы и схемы зданий. ........................................................................................ 24
Тема 5 .............................................................................................................................................................. 26
5. Части зданий. .............................................................................................................................................. 26
5.1. Каркасы одноэтажных промышленных зданий. .................................................................................. 26
5.2. Конструкции многоэтажных зданий. .................................................................................................... 30
Тема 6 .............................................................................................................................................................. 31
6.1. Введение. Основания и фундаменты..................................................................................................... 31
6.2. Порядок проектирования ОиФ .......................................................................................................... 33
6.3. Фундаменты мелкого заложения ....................................................................................................... 33
6.4. Конструкции фундаментов мелкого заложения ............................................................................... 35
6.4.1. Отдельные фундаменты ................................................................................................................... 35
6.4.2. Ленточные фундаменты .................................................................................................................. 37
6.4.3. Сплошные фундаменты ............................................................................................................... 37
6.4.3. Расчет фундаментов мелкого заложения ....................................................................................... 38
6.4.4. Определение глубины заложения фундамента ......................................................................... 39
Тема 7 .............................................................................................................................................................. 41
7.1. Свайные фундаменты. Основные положения и классификация ........................................................ 41
7.2. Способы погружения готовых свай в грунт ..................................................................................... 47
7.2.1 Забивные сваи ................................................................................................................................ 48
7.2.2 Вибропогружение .......................................................................................................................... 49
7.2.3 Вдавливание................................................................................................................................... 49
7.2.4 Ввинчивание .................................................................................................................................. 49
7.3 Сваи, изготовляемые в грунте (на месте): буровые, набивные, буронабивные сваи ................... 49
7.4. Взаимодействие свай с окружающим грунтом .............................................................................. 49
Тема 8 .............................................................................................................................................................. 54
8. Инженерные методы преобразования строительных свойств оснований (грунтов) ........................... 54
8.1.Общие положения ................................................................................................................................ 54
8.2 Конструктивные мероприятия ............................................................................................................ 56
8.2.1. Грунтовые подушки ..................................................................................................................... 56
8.2.2. Шпунтовые конструкции............................................................................................................. 56
8.2.3. Армирование грунта ................................................................................................................... 57
5
8.2.4. Боковые пригрузки ..................................................................................................................... 57
8.3. Уплотнение грунтов ........................................................................................................................... 57
8.3.1. Укатка и вибрирование ................................................................................................................ 58
8.3.2. Трамбовка .................................................................................................................................... 59
8.3.3. Подводные взрывы ...................................................................................................................... 61
8.3.4. Вытрамбовывание котлованов .................................................................................................... 62
8.3.5. Песчаные сваи ............................................................................................................................. 62
8.3.6. Глубинное виброуплотнение...................................................................................................... 65
8.3.7. Предварительное уплотнение оснований статической нагрузкой......................................... 66
8.3.8. Уплотнение грунта водопонижением...................................................................................... 67
8.4. Химическое закрепление грунтов.................................................................................................. 68
8.4.1 Цементация .................................................................................................................................... 68
8.4.2 Силикатизация ............................................................................................................................... 69
8.4.3 Смолизация .................................................................................................................................... 70
8.4.4 Глинизация и битумизация........................................................................................................... 70
8.4.5 Термическое закрепление грунтов (обжиг) ................................................................................ 70
Тема 9 .............................................................................................................................................................. 71
9.1. Защита фундаментов от подземных вод и сырости ............................................................................. 71
13.3. Дренаж........................................................................................................................................... 72
Тема 10 ............................................................................................................................................................ 76
10.1. Проектирование котлованов ................................................................................................................ 76
10.2. Обеспечение устойчивости стенок котлованов .............................................................................. 78
10.2.1 Котлованы с естественными откосами...................................................................................... 78
10.2.2 Котлованы с вертикальными стенками ..................................................................................... 78
10.2.3. Закладные крепления ................................................................................................................. 79
10.2.3. Анкерные и подкосные крепления ........................................................................................... 79
10.2.4. Шпунтовые ограждения ............................................................................................................ 79
Тема 11 ............................................................................................................................................................ 82
11.1. Защита котлованов от подтопления .................................................................................................... 82
Тема 12 ............................................................................................................................................................ 85
12.1 История архитектуры Москвы .............................................................................................................. 85
12.2 Городская застройка Москвы ................................................................................................................ 90
Тема 13 ............................................................................................................................................................ 91
13.1 Периоды индустриального домостроения ........................................................................................... 91
13.1.1 Первый период .................................................................................................................................... 91
13.1.2 Второй период ..................................................................................................................................... 92
13.1.3 Третий период ..................................................................................................................................... 93
6
13.1.4 Четвертый период ............................................................................................................................... 93
Тема 14 ............................................................................................................................................................ 95
14.1 Реконструкция и восстановление аварийных зданий ......................................................................... 95
14.1.1. Свайные работы.................................................................................................................................. 95
14.1.2 Обследование технического состояния............................................................................................. 95
14.1.3. Ограничение по состоянию грунта ................................................................................................... 96
14.1.3. Ограничение по состоянию объекта ................................................................................................. 96
14.1.4. Сроки и гарантии................................................................................................................................ 96
14.2. Укрепление фундаментов при реконструкции старого фонда ......................................................... 97
14.3. Общие работы при реконструкции общественных зданий ............................................................... 98
14.4. Особенности реконструкции зданий ................................................................................................... 99
14.4. Реконструкция без приостановки эксплуатации зданий ................................................................. 101
7
Тема 1.
1. Основные понятия курса. Цели и задачи курса. Состав, строение,
состояние и физические свойства грунтов.
1.1. Основные понятия курса.
Целью курс Введение в строительное дело является знакомство
студентов с основными понятиями выбранной специальности Механика
грунтов и Основания и фундаменты, а так же ряда смежных специальностей.
Курс начинается с основных понятий механики грунтов.
Механика грунтов изучает физические и механические свойства грунтов,
методы расчета напряженного состояния и деформаций оснований, оценки к
устойчивости грунтовых массивов, давление грунта на сооружения.
Грунтом называют любую горную породу, используемую при
строительстве в качестве основания сооружения, среды, в которой сооружение
возводится, или материала для сооружения.
Горной породой называют закономерно построенную совокупность
минералов, которая характеризуется составом структурой и текстурой.
Под составом подразумевают перечень минералов, составляющих
породу. Структура – это размер, форма и количественное соотношение
слагающих породу частиц. Текстура – пространственное расположение
элементов грунта, определяющее его строение.
Все грунты разделяются на естественные – магматические, осадочные,
метаморфические - и искусственные – уплотненные, закрепленные в
естественном состоянии, насыпные и намывные.
1.2. Состав и строение грунтов.
Грунт является трехкомпонентной средой, состоящей из твердой,
жидкой и газообразной компоненты. Иногда в грунте выделяют биоту – живое
вещество. Твердая, жидкая и газообразная компоненты находятся в постоянном
взаимодействие, которое активизируется в результате строительства.
Твердые частицы грунтов состоят из породообразующих минералов с
различными свойствами:
- минералы инертные по отношению к воде;
- минералы растворимые в воде;
- глинистые минералы.
Жидкая составляющая присутствует в грунте в 3-х состояниях:
- кристаллизационная;
- связанная;
- свободная.
Газообразная составляющая в самых верхних слоях грунта представлена
атмосферным воздухом, ниже – азотом, метаном, сероводородом и другими
газами.
8
1.3. Структура и текстура грунта, структурная прочность и связи в грунте.
Совокупность твердых частиц образует скелет грунта. Форма частиц
может быть угловатой и округлой. Основной характеристикой структуры
грунта является гранулометрический состав, который показывает
количественное соотношение фракций частиц различного размера.
Текстура грунта зависит от условий его формирования и геологической
истории и характеризует неоднородность грунтовой толщи в пласте. Различают
следующие основные виды сложения природных глинистых грунтов: слоистые,
слитные и сложные.
Основные виды структурных связей в грунтах:
1) кристаллизационные связи присуще скальным грунтам. Энергия
кристаллических связей соизмерима с внутрикристаллической энергией
химической связи отдельных атомов.
2) водно-коллоидные связи обуславливаются электромолекулярными
силами взаимодействия между минеральными частицами, с одной стороны, и
пленками воды и коллоидными оболочками – с другой. Величина этих сил
зависит от толщины пленок и оболочек. Водно-коллоидные связи пластичны и
обратимы; при увеличении влажности они быстро уменьшаются до значений
близких к нулю.
1.4. Физические свойства грунтов.
Представим себе некоторый объем V трехкомпонентного грунта массой
M , разделенный на отдельные компоненты, где V1 , m1 , V2 , m 2 , V3 , m3 —
соответственно объем и масса твердой, жидкой и газообразной компонент
грунта (рис. 1.1). Тогда V  V1  V2  V3 ; M  m1  m2  m3  m1  m2 , так как масса
газообразной составляющей ничтожно мала и не оказывает влияния на
результаты определений.
Рис. 1.1. Схематическое изображение
содержания компонент в объеме грунта
Плотность грунта (г/см3, т/м3) - отношение массы грунта к его объему:
  М / V  m1  m2  / V1  V2  V3  .
(1.1)
3
Удельный вес грунта (кН/м ):     g .
(1.2)
Влажность грунта - отношение массы воды к массе твердых частиц,
выражаемое в долях единицы, иногда в процентах:
w  m2 / m1  M  m1  / m1 .
(1.3)
3
3
Плотность частиц грунта (г/см , т/м ) определяется как отношение
массы твердых частиц грунта к их объему:
9
 s  m1 /V1 .
(1.4)
Плотность сухого грунта (плотностью скелета грунта) - отношение
массы сухого грунта (частиц грунта) к объему всего грунта:
(1.5)
 d  m1 / V или d   / 1  w .
Пористость грунта - отношение объема пор ко всему объему грунта, что
соответствует объему пор в единице объема грунта:
(1.6)
n  V2  V3  / V .
Относительное содержание твердых частиц в единице объема грунта:
(1.7)
m  V1 / V , тогда m  n  1 .
Коэффициент пористости грунта - отношение объема пор к объему
твердых частиц:
(1.8)
e  n / m  n / 1  n или e   s 1  w /   1 .
Степень влажности (степень водонасыщения) - отношение объема воды
в порах грунта к объему пор и соответствует отношению влажности грунта к
его полной влагоемкости:
S r  w s / e w  или S r  w s / e w  .
(1.9)
По консистенции различают три состояния глинистого грунта: твердое,
пластичное и текучее. Границами между этими состояниями являются
характерные значения влажности, называемые границей раскатывания
(нижний предел пластичности) wP и границей текучести (верхний предел
пластичности) wL .
Число пластичности грунта - разница между границей текучести и
границей раскатывания:
(1.10)
I P  wL  wP .
Показатель текучести глинистого грунта:
(1.11)
I L  w  wP  / wL  wP  .
1.5. Строительная классификация грунтов.
Тип крупнообломочных и песчаных грунтов устанавливается по
гранулометрическому составу, разновидность – по степени влажности.
Песчаные грунты дополнительно имеют разновидность по плотности
сложения и неоднородности. Классификационными показателями являются
соответственно коэффициент пористости e и показатель неоднородности cu .
Тип глинистого грунта зависит от числа пластичности I p , разновидность
– от показателя текучести I L .
1.6. Связь физических и механических характеристик грунтов.
Обобщение огромного количества исследований образцов грунта
позволило
составить
таблицы
СНиП,
по
которым,
используя
классификационные физические параметры грунтов можно определить
нормативные значения их прочностных и деформационных характеристик.
10
1.7. Понятие об условном расчетном сопротивлении.
Важнейшей характеристикой несущей способности грунтов является
расчетное сопротивление, которое зависит от физико-механических свойств
основания и геометрических параметров фундамента. Однако для
предварительных расчетов допускается использовать условное расчетное
сопротивление грунтов – ориентировочное допускаемое давление на грунт под
подошвой фундамента, имеющего ширину 1м и глубину заложения 2м.
Условное расчетное сопротивление зависит от классификационных показателей
грунта и определяется по таблицам СНиП.
Тема 2.
2. Механические свойства грунтов
Под механическими свойствами грунтов понимают их способность
сопротивляться изменению объема и формы в результате силовых
(поверхностных и массовых)
и физических (изменение влажности,
температуры и т. п.) воздействий.
Характеристики механических свойств грунтов используются для
расчетов деформаций, оценки прочности и устойчивости грунтовых массивов и
оснований.
Механические свойства грунтов зависят от их состава (минерального и
гранулометрического), физического состояния (плотности, влажности,
температуры) и структурных особенностей.
2.1. Деформируемость грунтов
Под действием нагрузок, передаваемых сооружением, грунты основания
могут испытывать большие деформации.
Рассмотрим зависимость осадки штампа s от возрастающего
давления p (рис. 2.1.а, б).
Рис.2.1. Схема опыта (а) и графики зависимости осадки штампа от давления
по подошве p при нагружении (б) и при нагружении-разгрузке (в)
На рисунке (рис. 2.1. б) видно, что грунтам свойственна нелинейная
деформируемость, причем в некотором начальном интервале изменения
напряжений от 0 до Р1 она достаточна близка к линейной.
При нагружении и последующей разгрузки штампа общая осадка грунта
может быть разделена на восстанавливающуюся (упругую) s e и остаточную
(пластическую) s p (рис.2.1.в).
11
Пластические деформации в грунтах можно разделить на объемные и
сдвиговые. Объемные деформации приводят к изменению объема пор в грунте,
т.е. к его уплотнению, сдвиговые – к изменению его первоначальной формы и
могут вызвать разрушение грунта.
2.1.1. Компрессионные испытания, получение и анализ компрессионных кривых.
Компрессией называется одноосное сжатие образца грунта вертикальной
нагрузкой при условии отсутствия его бокового расширения. Испытания
проводят в компрессионном приборе – одометре (рис. 2.2.).
Рис.2.2. Схема одометра компрессионного прибора
Рис.2.3. Компрессионные кривые грунта
ненарушенной (1) и нарушенной (2)
структуры
Под действием возрастающей нагрузки F происходит вертикальное
перемещение штампа, вызывающее осадку образца. Деформации уплотнения
образца грунта происходят вследствие уменьшения объема пор за счет более
компактного размещения частиц, возникновения взаимных микросдвигов
частиц, уменьшения толщины водно-коллоидных плёнок и сопровождаются
отжатием воды из пор грунта.
По результатам испытаний строится компрессионная кривая зависимость коэффициента пористости грунта от сжимающего напряжения
(рис. 2.3.).
Форма компрессионной кривой определяется наличием или отсутствием
структурной прочности, обусловленной связями между частицами грунта и
придающие скелету грунта способность выдерживать некоторую нагрузку до
начала разрушения его каркаса.
2.1.2. Деформационные характеристики грунтов.
При небольшом изменении сжимающих напряжений (порядка 0,1…0,3
МПа) уменьшение коэффициента пористости грунта пропорционально
увеличению сжимающего напряжения.
Коэффициент сжимаемости m0 , кПа-1:
m0  e  e /      .
(2.1.)
-1
Относительный коэффициент сжимаемости m , кПа :
m  m0 / 1  e .
(2.2.)
Модуль деформации грунта E , кПа:
12
E

m

1  e
.
m0
(2.3.)
где  зависит от коэффициента бокового давления грунта  :
 2  2 
,
  1 
1  

(2.4.)

   / 1   , где  – коэффициент Пуассона.
(2.5.)
2.1.3. Принцип линейной деформируемости.
При небольших изменениях давлений (0,3-0,5 МПа) можно рассматривать
грунты как линейно деформируемые тела, т. е. с достаточной для практических
целей точностью можно принимать зависимость между общими деформациями
и напряжениями для грунтов линейной.
2.2. Водопроницаемость грунтов.
Водопроницаемостью называется свойство водонасыщенного грунта под
действием разности напоров пропускать через свои поры сплошной поток
воды.
Рассмотрим схему фильтрации воды в элементе грунта.
Рис.2.4. Схема фильтрации воды в
элементарной трубке грунта
Рис.2.5. Зависимость скорости фильтрации в
грунте от гидравлического градиента
Напор в любой точке движущегося потока воды H определяется
выражением:
H  p /  w  z  v 2 / 2  g   p /  w  z ,
(2.6.)
где р /  - пьезометрическая высота (з – давление в воде;  – удельный вес
воды); z – высота рассматриваемой точки над некоторой горизонтальной
плоскостью сравнения; v 2 /( 2 g ) – скоростной напор ( v – скорость движения
воды в потоке; g – ускорение свободного падения).
Скорость фильтрации, учитывая сложную неоднородную структуру
порового пространства грунтов и наличие пленок связанной воды у частиц
глинистых грунтов, не может быть определена через расход воды и площадь
сечения элементарной трубки грунта.
w
w
2.2.1. Закон ламинарной фильтрации.
Экспериментально ученым Дарси было установлено, что скорость
фильтрации прямо пропорционально разности напоров ( H  H1  H 2 ) и обратно
пропорциональна длине пути фильтрации L :
13
H
(2.7.)
 k i ,
L
где i – гидравлический градиент (градиент напора); k – коэффициент
фильтрации (основная фильтрационная характеристика грунта).
Закон ламинарной фильтрации Дарси: скорость движения воды в грунте
прямо пропорциональна гидравлическому градиенту.
 k
2.2.2. Закономерности фильтрации воды в сыпучих и связных грунтах.
Закон Дарси справедлив для песчаных грунтов. В глинистых грунтах при
относительно небольших значениях градиента напора фильтрация может не
возникать. Постоянный режим фильтрации устанавливается после
определенного значения i0 , называемого начальным градиентом напора (рис.
2.5.).
Закон ламинарной фильтрации для глинистых грунтов принимают в виде:
(2.8.)
  k   i  i0  ,
где k  - коэффициент фильтрации глинистого грунта, определяемый в
интервале зависимости между точками а и б;
2.3. Прочность грунтов.
Под прочностью грунтов понимается их свойство в определенных
условиях сопротивляться разрушению или развитию больших пластических
деформаций.
2.3.1. Трение и сцепление в грунтах.
Ш. Кулоном экспериментально было установлено, что разрушение грунта
происходит за счет сдвига одной его частицы по другой. Сопротивление сдвигу
песчаных и крупнообломочных грунтов возникает в результате трения между
перемещающими частицами и зацепления их друг за друга. В глинистых
грунтах, за счет вводно-коллоидных связей помимо трения между частицами
возникает сцепление, обуславливающее сопротивление растяжению при
разрушении.
2.3.2. Сопротивление грунтов при одноплоскостном срезе.
Сдвиговой прибор (рис. 2.6.) позволяет при различных заданных
нормальных напряжениях определить предельные сдвигающие напряжения,
возникающие в момент разрушения образца грунта. Сдвиг (разрушение)
образца грунта производится по фиксированной плоскости среза.
Рис.2.6. Схема сдвигового прибора
14
Экспериментально установлено, что зависимость между предельными
сдвигающими напряжениями и нормальными напряжениями в интервале от 0,3
до 0,5 МПа можно с достаточной точностью принять линейной (рис. 2.7. а, б, в).
в)
φ
С
С
С
Рис.2.7. Кривые горизонтальных перемещений образцов при разных значениях σ (а), графики
сопротивлениями сдвигу образцов песчаного (б) и глинистого грунта (в)
Тогда эта зависимость может быть выражена уравнениями:
- для песчаных грунтов:  пр  tg ;
(2.9)
- для глинистых грунтов:  пр  tg  с ,
(2.10)
где  - угол внутреннего трения и с - удельное сцепление являются
параметрами прочности грунтов.
Уравнения (2.9) и (2.10) называют законом Кулона для сыпучих и связных
грунтов: сопротивление грунтов сдвигу есть функция первой степени от
нормального давления.
2.3.3. Сопротивление сдвигу при сложном напряженном состоянии. Теория
прочности Кулона-Мора.
Теория Кулона-Мора рассматривает прочность грунта в
условиях
сложного напряженного состояния. Пусть к граням элементарного объема
грунта приложены главные напряжения (рис. 2.8, а). При постепенном
увеличении напряжения  1 и постоянной величине напряжения  3 произойдет
сдвиг по некоторой площадке, наклоненной к горизонтальной плоскости,
причем промежуточное главное напряжение  2 будет действовать параллельно
этой площадке, никак не влияя на сопротивление грунта сдвигу.
В предельном состоянии в каждой точке
грунта имеются две сопряженные площадки
скольжения, наклоненные под углом
 / 4   / 2 к линии действия максимального
и  / 4   / 2 - минимального главного
напряжения (рис. 2.8, б). Соотношение
между главными напряжениями  1 и  3 в
Рис. 2.8. Положение площадки скольжения (а);
ориентация площадок скольжения относительно предельном состоянии, характеризуемым
направления действия главных напряжений (б):
с,
параметрами
прочности
и

1, 2 – площадки скольжения
описываются уравнениями:
- для связных грунтов sin   (1   3 ) /(1   3  2 c ) ;
(2.11)
- сыпучих грунтов sin   (1   3 ) /(1   3 ) .
(2.12)
15
Выражения (2.11) и (2.12) часто называют условием предельного равновесия
грунтов.
Рис.2.9. Схема стабилометра
Рис. 2.10. Определение прочностных характеристик
по опытам в стабилометре:
а – связный грунт; б – сыпучий грунт
2.3.4. Прочность грунтов в неконсолидированном состоянии
Изложенное выше соответствует проведению испытаний грунтов в
стабилизированном состоянии, т. е. когда осадка образца от действия
сжимающего напряжения прекратилась.
При незавершенной консолидации водонасышенного глинистого грунта
эффективное напряжение в скелете  , вызывающее уплотнение грунта, всегда
меньше полного напряжения и закон Кулона будет иметь следующий вид:
 пр  (  uw )tg  с ,
(2.13)
где uw - избыточное (поровое) давление.
2.4. Полевые методы определения параметров механических свойств грунтов.
В тех случаях, когда сложно или невозможно отобрать образцы грунта
ненарушенной структуры для определения деформационных и прочностных
характеристик используют полевые методы испытаний.
Испытания пробной статической нагрузкой для определения модуля
деформации грунтов проводятся в шурфах инвентарными жесткими штампами.
Модуль деформации определяется по формуле:
E  b(1  2 ) pi / si , где
(2.14)
 - коэффициент, зависящий от формы жесткого штампа; b - ширина
или диаметр штампа;  - коэффициент Пуассона; pi , si - давление и осадка
штампа в пределах линейной зависимости кривой на рис. 2.1.б.
Статическое зондирование заключается в медленном задавливании в
грунт стандартного зонда. Механические и прочностные характеристики
определяются по величине удельного сопротивления погружению зонда qc .
Динамическое зондирование производится путем забивки в грунт зонда из
колонки штанг с коническим наконечником. Основой для определения
16
механических параметров грунта является показатель зондирования N - число
ударов, необходимых для погружения зонда на 10 см.
Тема 3.
3. Определение напряжений в массивах грунтов.
Напряжения в массивах грунтов, служащих основанием, средой или
материалом для сооружения, возникают под воздействием внешних нагрузок и
собственного веса грунта.
Основные задачи расчета напряжений:
- распределение напряжений по подошве фундаментов и сооружений, а
также по поверхности взаимодействия конструкций с массивами грунта, часто
называемых контактными напряжениями;
- распределение напряжений в массиве грунта от действия местной
нагрузки, соответствующей контактным напряжениям;
- распределение напряжений в массиве грунта от действия собственного
веса, часто называемых природным давлением.
3.1. Определение контактных напряжений по подошве сооружения.
При взаимодействии фундаментов и сооружений с грунтами основания на
поверхности контакта возникают контактные напряжения.
Характер распределения контактных напряжений зависит от жесткости,
формы и размеров фундамента или сооружения и от жесткости (податливости)
грунтов основания.
3.1.1. Классификация фундаментов и сооружений по жесткости.
Различают три случая, отражающие способность сооружения и основания
к совместной деформации:
- абсолютно жесткие сооружения, когда деформируемость сооружения
ничтожно мала по сравнению с деформируемостью основания и при
определении контактных напряжений сооружение можно рассматривать как
недеформируемое;
- абсолютно гибкие сооружения, когда деформируемость сооружения
настолько велика, что оно свободно следует за деформациями основания;
- сооружения конечной жесткости, когда деформируемость сооружения
соизмерима с деформируемостью основания; в этом случае они деформируются
совместно, что вызывает перераспределение контактных напряжений.
Критерием оценки жесткости сооружения может служить показатель
гибкости по М. И. Горбунову-Посадову
t  10
El 3
,
Ek h3
(3.1)
где E и Ek - модули деформации грунта основания и материала конструкции;
l и h – длина и толщина конструкции.
17
3.1.2. Модель местных упругих деформаций и упругого полупространства
При определении контактных напряжений важную роль играет выбор
расчетной модели основания и метода решения контактной задачи. Наибольшее
распространение в инженерной практике получили следующие модели
основания:
- модель упругих деформаций;
- модель упругого полупространства.
Рис. 3.1. Деформации поверхности основания:
а – по модели местных упругих деформаций;
б – по модели упругого полупространства
Модель местных упругих деформаций.
Согласно этой модели, реактивное напряжение в каждой точке
поверхности контакта прямо пропорционально осадке поверхности основания в
той же точке, а осадки поверхности основания за пределами габаритов
фундамента отсутствуют (рис. 3.1.а.):
(3.2)
p( x)  kw( x) ,
где k – коэффициент пропорциональности¸ часто называемый
коэффициентом постели, Па/м.
Модель упругого полупространства.
В этом случае поверхность грунта оседает как в пределах площади
загрузки, так и за её пределами, причём кривизна прогиба зависит от
механических свойств грунтов и мощности сжимаемой толщи в основании
(рис. 3.1.б.):
w( x) 
где C 
P
ln( x   )  D ,
C
(3.3)
E
- коэффициент жесткости основания, x – координата точки
1  2
поверхности, в которой определяется осадка;
силы P ; D – постоянная интегрирования.

3.1.3. Влияние
напряжений.
на
жесткости
фундаментов
- координата точки приложения
распределение
контактных
Теоретически эпюра контактных напряжений под жестким фундаментом
имеет седлообразный вид с бесконечно большими значениями напряжений по
краям.
Однако
вследствие
пластических
деформаций
грунта
в
действительности контактные напряжения характеризуется более пологой
кривой и у края фундамента достигает значений, соответствующих предельной
несущей способности грунта (пунктирная кривая на рис. 3.2.а.)
18
Рис.3.2. Эпюры контактных напряжений:
а – под жестким круглым штампом; б – под плоским
фундаментом при различном показателе гибкости
Изменение показателя гибкости существенно сказывается на изменении
характера эпюры контактных напряжений. На рис. 3.2.б. приведены контактные
эпюры для случая плоской задачи при изменении показателя гибкости t от 0
(абсолютно жесткий фундамент) до 5.
3.2. Распределение напряжений в грунтовых основаниях от собственного веса
грунта.
Вертикальные напряжения от собственного веса грунта на глубине z от
поверхности определяются формулой:
(3.4)
 z  z ,
а эпюра природных напряжений будет иметь вид треугольника (рис. 3.3.а)
При неоднородном напластовании с горизонтальным залеганием слоев
эта эпюра будет уже ограничиваться ломаной линией Оабв, где наклон каждого
отрезка в пределах мощности слоя hi определяется значением удельного веса
грунта этого слоя  i (рис. 3.3.б).
Рис.3.3. Характер распределения напряжений по оси фундамента в
зависимости от формы и площади его подошвы
Неоднородность напластования может вызываться не только наличием
слоев с разными характеристиками, но и наличием в пределах толщи грунта
19
уровня подземных вод (WL на рис. 3.3.в). В этом случае следует учесть
уменьшение удельного веса грунта за счет взвешивающего действия воды на
минеральные частицы:
(3.5)
 sb  ( s   w ) /(1  e) ,
где  sb - удельный вес грунта во взвешенном состоянии;  s - удельный вес
частиц грунта;  w - удельный вес воды, принимаемый равным 10 кН/м3; e –
коэффициент пористости грунта.
3. 3. Определение напряжений в грунтовом массиве от действия местной нагрузки
на его поверхности.
Распределение напряжений в основании зависит от формы фундамента в
плане. В строительстве наибольшее распространение получили ленточные,
прямоугольные и круглые фундаменты. Таким образом, основное практическое
значение имеет расчет напряжений для случаев плоской, пространственной и
осесимметричной задач.
Напряжения в основании определяется методами теории упругости.
Основание при этом рассматривается как упругое полупространство,
бесконечно простирающееся во все стороны от горизонтальной поверхности
загружения.
3.3.1. Задача о действии вертикальной сосредоточенной силы.
Решение задачи о действии вертикальной сосредоточенной силы,
приложенной к поверхности упругого полупространства полученное в 1885 г.
Ж. Буссинеском, позволяет определить все компоненты напряжений и
деформаций в любой точке полупространства M от действия силы P (рис.
3.4.а).
Рис. 3.4. Расчетные схемы основных задач:
а – задача Буссинеска; б – задача о действии нескольких сил; в – задача Фламана
Вертикальные напряжения определяются по формуле:
z 
K
3
1
P , где K 

.
2
2 [1  (r / z ) 2 ]5 / 2
z
(3.6)
Используя принцип суперпозиции можно определить значение
вертикального сжимающего напряжения в точке M при действии нескольких
сосредоточенных сил, приложенных на поверхности (рис. 3.4.б):
z 
K
K1
K
1
P1  22 P2  ...  2n Pn  2
2
z
z
z
z
n
K P
i 1
i
i
(3.7)
20
В 1892 г. Фламан получил решение для вертикальной сосредоточенной
силы P в условиях плоской задачи (рис. 3.4.в):
z 
2 P xz 2
2P z 3
2P x 2 z
2
2
2
, где r  x  z
 4 ; x 
 4 ;  xz 

 r
 r4
 r
(3.8)
Зная закон распределения нагрузки на поверхности в пределах контура
загружения, можно, интегрируя выражение (3.6) в пределах этого контура,
определить значения напряжений в любой точке основания для случая
осесимметричной и пространственной нагрузки (рис. 3.5.), а интегрируя
выражение (3.8) – для случая плоской нагрузки.
Рис. 3.5. Схема к приближенному
расчету напряжений в любой точке
основания
Рис.3.6. Схема для расчета напряжений в случае плоской задачи
(а); расположение эллипсов напряжений в основании (б)
Тема 4
4. Конструктивные решения и элементы гражданских и
промышленных зданий.
4.1 Классификация зданий и требования к ним.
Строители возводят различного назначения здания и сооружения.
Здания – это разнообразные наземные сооружения, имеющие внутренние
пространства, предназначенные для того или иного вида деятельности (жилые
дома, заводские корпуса, дома культуры, предприятия бытового обслуживания
и т. д.)
Сооружения – это строения специального назначения (плотины, мосты,
тоннели, дымовые трубы и др.)
Здания в зависимости от их функционального назначения подразделяются
на
гражданские
(жилые
и
общественные),
промышленные
и
сельскохозяйственные. Жилые здания – это квартирные дома для постоянного
проживания людей, гостиницы, общежития.
Общественные здания предназначены для социального обслуживания
населения, для размещения административных учреждений и общественных
21
организаций. К ним относятся здания школ, техникумов, институтов, торговые
здания, здания предприятий общественного питания, здания зрелищного и
культурно-просветительного назначения, здания лечебно-оздоровительного
назначения, административные здания и т.п.
Промышленными называются здания, предназначенные для размещения
орудий производства и выполнения трудовых процессов, в результате которых
получается промышленная продукция. К ним относятся здания цехов заводов и
фабрик, электростанций, здания транспорта и др.
Сельскохозяйственные здания предназначены для обслуживания
потребностей сельского хозяйства. К ним относятся животноводческие
постройки, птичники, теплицы, склады сельскохозяйственной продукции и др.
Кроме того, здания подразделяются на отапливаемые и неотапливаемые
(холодные) и классифицируются по этажности: одноэтажные, малоэтажные (до
трех этажей включительно), многоэтажные (4 – 9 этажей), повышенной
этажности (10 – 20 этажей), высотные (свыше 20 этажей) и смешанной
этажности, когда одно здание имеет объемы с различной этажностью.
В
зависимости
от
градостроительных
требований
и
народнохозяйственной значимости здания или комплексного объекта, в состав
которого оно входит, здания делят на классы. Это способствует выбору
наиболее рациональных проектных решений. Каждая группа зданий по
совокупности этих признаков делится на четыре класса, причем к I классу
относят здания, к которым предъявляются максимальные требования.
Например, крупные общественные здания (театры, музеем и др.) и жилые дома
выше 10 этажей. Школы, больницы, детские учреждения, предприятия
общественного питания и торговли, а так же жилые дома в 6 – 9 этажей – ко II
классу. Жилые дома в 3 – 5 этажей и общественные здания небольшой
вместимости – к III классу, одно- и двухэтажные – к VI классу.
Любое здание должно прежде всего соответствовать своему назначению,
т.е. обладать необходимыми эксплуатационными качествами, создавая
наилучшие условия для быта, труда и производственного процесса.
Эксплуатационные качества зданий, обеспечивающие их нормальную
эксплуатацию, определяются составом помещений, их объемами и площадями,
качеством внутренней и наружной отделки, наличием и уровнем инженерного
оборудования помещений. Здания должны быть прочными, жесткими,
устойчивыми, долговечными, удовлетворять санитарно-гигиеническим,
противопожарным, экономическим и архитектурным требованиям.
Определяющим в выборе конструкции здания и его отдельных элементов
являются внешние воздействия. Эти воздействия подразделяют на силовые и
несиловые (воздействия среды). К силовым относят нагрузки от собственной
массы элементов здания (постоянные нагрузки), массы оборудования, людей,
снега, нагрузки от действия ветра (временные) и особые (сейсмические
нагрузки, воздействия в результате аварии оборудования и т.п.)
К несиловым относят температурные воздействия (вызывают изменения
линейных размеров конструкций), воздействия атмосферной и грунтовой влаги
(вызывают изменение свойств материалов конструкций), движение воздуха
22
(изменение микроклимата в помещении), воздействие лучистой энергии солнца
(вызывают
изменение
физико-технологических
свойств
материалов
конструкций), воздействие агрессивных химических примесей, содержащихся в
воздухе (могут привести к разрушению конструкций), биологические
воздействия (вызываемые микроорганизмами или насекомыми, приводящие к
разрушению конструкций), воздействие шума от источников внутри или вне
здания, нарушающие нормальный акустический режим помещения.
С учетом указанных воздействий здание должно удовлетворять
требованию прочности, устойчивости и долговечности. Прочностью здания
называется способность воспринимать воздействие без разрушения и
существенных остаточных деформаций.
Устойчивостью (жесткостью) здания называют способность сохранять
равновесие при внешних воздействиях. Долговечность означает прочность,
устойчивость и сохранность как здания в целом, так и его элементов во
времени.
Строительные нормы и правила делят здания по долговечности на IV
степени: I – срок службы более 100 лет, II – от 50 до 100 лет, III – от 20 до 50
лет, IV – от 5 до 20 лет.
Важным техническим требованием к зданиям является пожарная
безопасность, которая означает сумму мероприятий, уменьшающих
возможность возникновения пожара и, следовательно, возгорания конструкций
здания. Применяемые для строительства материалы и конструкции делятся на
несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.
Конструкции здания характеризуются также пределом огнестойкости, т.е.
сопротивлением воздействию огня (в часах) до потери прочности или
устойчивости либо до образования сквозных трещин или повышения
температуры на поверхности конструкции со стороны, противоположной
действию огня, до 140 °С (в среднем).
По огнестойкости здания разделяются на пять степеней в зависимости от
степени возгорания и предела огнестойкости конструкций. Наибольшую
огнестойкость имеют здания I степени, а наибольшую – V степени. К зданиям I,
II и III степеней огнестойкости относят каменные здания, к IV – деревянные
оштукатуренные, к V – деревянные неоштукатуренные здания. В зданиях I и II
степеней огнестойкости стены, опоры, перекрытия и перегородки несгораемые.
В зданиях III степени огнестойкости стены и опоры несгораемые, а перекрытия
и перегородки трудносгораемые. Деревянные здания IV и V степеней
огнестойкости по противопожарным требованиям должны быть не более двух
этажей.
Архитектурная выразительность достигается соответствием планировки,
геометрических пропорций и художественного облика здания его назначению и
конструкции.
Экономичность здания определяется совокупностью стоимости его
возведения и эксплуатации (содержание, отопление, ремонт), отнесенных на
эксплуатационную единицу (1 м2 жилой площади в жилом доме, одно место в
гостинице и т. д.) за один год общего срока службы здания. При решении
23
экономических требований должны быть обоснованы принимаемые размеры и
формы помещений с учетом действительных потребностей населения,
поскольку в условиях социалистического общества производство и
распределение осуществляются в интересах всего народа. Строящиеся в
настоящее время квартиры удобны по планировке, имеют большую подсобную
площадь, встроенное оборудование.
Снижение стоимости здания может быть достигнуто рациональной
планировкой помещений и недопущением излишеств при установлении
площадей и объемов помещений, а также внутренней и наружной отделке;
выбором наиболее оптимальных конструкций с учетом вида здания и условий
его эксплуатации; применением современных методов и приемов производства
строительных работ с учетом достижений строительной науки и техники.
4.2. Конструктивные элементы и схемы зданий.
Здания и сооружения состоят из отдельных конструктивных элементов,
которые подразделяют на несущие и ограждающие. Несущие элементы
(фундаменты, стены, каркасы, перекрытия и покрытия) воспринимают
вертикальные и горизонтальные нагрузки, возникающие от массы
оборудования, людей, снега, собственной массы конструкций, действия ветра и
т. д. Ограждающие элементы (наружные и внутренние стены, полы,
перегородки, заполнения оконных и дверных проемов) защищают внутренние
помещения от атмосферных воздействий. Они позволяют поддерживать внутри
зданий требуемые температурно-влажностные и акустические условия. Кроме
того, встречаются конструктивные элементы, которые одновременно
совмещают несущие и ограждающие функции, например стены и покрытия в
бескаркасных зданиях.
К основным конструктивным элементам зданий различного назначения
относятся: фундаменты, стены и перегородки, перекрытия, отдельные опоры,
крыши, лестницы, окна, двери и т.п.
Фундамент – подземная или подвальная часть здания (сооружения),
воспринимающая нагрузки и передающая их на основание. Основанием служат
слои грунта, располагающиеся под зданием и обладающие необходимой
несущей способностью.
Стены по своему назначению и месту расположения в здании делятся на
наружные и внутренние и являются вертикальными ограждениями и
одновременно часто выполняют несущие функции. В зависимости от этого
делятся на несущие и ненесущие. Несущими могут быть как наружные, так и
внутренние стены. Ненесущие стены – это обычные перегородки. Они служат
для разделения в пределах этажа больших, ограниченных капитальными
стенами помещений на более мелкие, причем для опирания перегородок не
требуется устройства фундаментов.
24
Наружные стены, кроме того, могут быть самонесущими, которые
опираются на фундаменты и несут нагрузку только от собственной массы, и
ненесущими (навесными), которые являются только ограждениями и
опираются в каждом этаже на другие элементы здания.
Перекрытия представляют собой горизонтальные несущие конструкции,
опирающиеся на несущие стены или столбы и воспринимающие передаваемые
на них постоянные и временные нагрузки. Перекрытия делят здания на этажи,
несут собственную массу, массу перегородок, мебели, людей, оборудования и
передают эти нагрузки на стены или отдельные опоры. Этаж называется
надземным, если пол его расположен выше тротуара или отмостки, цокольным
или полуподвальным, ели этаж заглублен в землю не более чем на половину его
высоты, и подвальным – при большем заглублении.
В ряде зданий (лабораторные корпуса, здания повышенной этажности и
др.) кроме основных этажей устраивают технические, на которых размещают
инженерное оборудование (отопительные устройства, вентиляционные камеры,
насосные и т.д.) Общая этажность здания определяется числом надземных
этажей. Цокольные этажи используют для нежилых помещений.
Перекрытия играют большую роль в обеспечении общей устойчивости
здания и в зависимости от системы соединения их элементов со стенами или
отдельными опорами влияют на несущую способность последних. Так,
отдельно стоящая стена обладает меньшей несущей способностью, чем такая
же стена, связанная с перекрытиями. Различают надподвальные, междуэтажные
и чердачные перекрытия. В зданиях с подвалами, имеющими более одного
этажа, перекрытия между подвальными этажами называют нижними
перекрытиями.
Отдельные опоры – несущие вертикальные элементы (колонны, столбы,
стойки), передающие нагрузку от перекрытий и других элементов здания на
фундаменты. Перекрытия опираются на уложенные по колоннам специальные
балки, называемые прогонами или ригелями, а иногда и непосредственно на
колонны. Расположенные внутри здания отдельные опоры и балки образуют
внутренний каркас здания.
Крыша является конструктивным элементом, защищающим помещения и
конструкции здания от атмосферных осадков. Она состоит из несущих
элементов и ограждающей части. Крыша, совмещенная с перекрытием верхнего
этажа, т.е. без технического этажа (или чердака), называется совмещенной
крышей или покрытием. Хорошо выполненные плоские совмещенные крыши
дешевле скатных как в строительстве, так и в эксплуатации. Кроме того,
плоские крыши можно использовать в качестве площадок для отдыха и других
целей.
Лестницы служат для сообщения между этажами, а также для эвакуации
людей из здания. Помещения, в которых располагаются лестницы, называются
лестничными клетками. Конструкция лестниц в основном состоит из маршей
(наклонных элементов со ступенями) и площадок. Для безопасности
передвижения по лестницам марши ограждают перилами.
25
Окна устраивают для освещения и проветривания помещений; они
состоят из оконных проемов, рам и коробок и оконных переплетов.
Двери служат для сообщения между помещениями. Состоят из дверных
проемов, устраиваемых в стенах и перегородках, дверных коробок и дверных
плотен.
В гражданских зданиях могут быть и другие конструктивные элементы
(входные тамбуры, козырьки над дверями, балконы и др.).
Тема 5
5. Части зданий.
5.1. Каркасы одноэтажных промышленных зданий.
Каркас одноэтажных промышленных зданий состоит из поперечных и
продольных элементов, образующих рамную конструкцию. Поперечные рамы
компонуются из колонн и несущих конструкций покрытия – балок, ферм и
арок. Продольные элементы каркаса – фундаментные балки, подстропильные
конструкции, плиты покрытия – обеспечивают устойчивость здания и
воспринимают ветровые нагрузки, возникающие от работы кранного
оборудования. Элементы каркаса соединяются в узлах шарнирно с помощью
металлических закладных деталей, анкерных болтов и сварки. Каркасы
одноэтажных зданий выполняются железобетонными, металлическими или
смешанными. Элементы каркаса подвергаются комплексу силовых воздействий
возникающих от постоянных и временных загрузок и должны отвечать
требованием прочности, устойчивости и долговечности.
Металлические конструкции элементов каркаса применяют главным
образом в цехах заводов, в которых используют краны тяжелого непрерывного
режима работы. При этом необходимо применять легкие конструкции
массового изготовления. Разработаны трубчатые фермы пролетом 24, 30, 46м, а
также колонны с применением труб и широкополочных двутавров. Под
колонны каркаса зданий устанавливают фундаменты из железобетона в
сборном или монолитном исполнении.
Для восприятия вертикальных и горизонтальных нагрузок в
промышленных зданиях предусматривают отдельные опоры – колонны. В
современном
строительстве
применяют
преимущественно
сборные
железобетонные колонны заводского изготовления прямоугольного или
квадратного
сечения.
Размеры
сборных
железобетонных
колонн
унифицированы по сечению, форме и длине и соответствуют установленным
унифицированным
высотам
производственных
зданий.
Сборные
железобетонные колонны применяют для зданий с мостовыми кранами и без
них. Для бескрановых зданий высотой до 10800мм применяют колонны
прямоугольного сечения размером 400х400 и 500х500 мм для крайних колонн,
400х600 и 500х600 мм – для средних.
Для каркасов зданий, оборудованных мостовыми кранами, применяют
колонны прямоугольного и двухветвевого сечения. Они состоят из двух частей:
26
надкрановой и подкрановой. Надкрановая части (надколонник) служит для
опирания несущих конструкций покрытия. Подкрановая часть передает
нагрузку на фундамент от надколонника, а также от подкрановых балок,
которые опираются на выступы консоли колонны. Крайние колонны крановых
пролетов имеют односторонний выступ-консоль, средние – двухсторонние
консоли.
Колонны изготовляют из бетона классов В20, В30 и В40, армируют их
сварными каркасами из горячекатаной стали периодического профиля класса
А-III. Для крепления связей стеновых панелей, подкрановых балок,
стропильных и подстропильных конструкций в колонная предусматривают
закладные металлические детали, представляющие собой металлические
пластины с приваренными к ним анкерными стержнями. Для распалубки,
погрузки и разгрузки в колоннах предусматривают подъемные монтажные
петли из стали гладкого профиля.
Жесткость и устойчивость зданий достигается установкой системы
вертикальных и горизонтальных связей. Так, для снижения и
перераспределения возникающих воздействий здание разбивают на
температурные блоки и в середине каждого блока устраивают вертикальные
связи между колоннами: при шаге колонн 6 м – крестовые, при шаге колонн 12
м – портальные. Связи выполняют из уголков или швеллеров и приваривают к
закладным частям колонн. Кроме вертикальных связей между колоннами
устанавливают еще горизонтальные и вертикальные связи между фермами
(балками) покрытия.
Для обеспечения работы мостовых кранов на консоли колонн монтируют
подкрановые балки, на которые укладывают рельсы. Подкрановые балки также
обеспечивают дополнительную пространственную жесткость здания.
Подкрановые балки могут быть железобетонными и стальными.
Железобетонные подкрановые балки по своему конструктивному решению
различаются на: таврового сечения с обычным армированием, тавровотрапецеидального сечения напряженно-армированные. Подкрановые балки
таврового сечения с обычным армированием предназначаются под краны
грузоподъемностью не свыше 5 т, балки таврово-трапецеидального сечения –
для кранов грузоподъемностью – 5-30 т, двутаврового сечения – для кранов 3050 т. Длина балок 6000 и 12000 мм, высота 1000-1400 мм. Подкрановые балки
изготовляют из бетона классов В30-В50, армируют их высокопрочной прядевой
или стержневой арматурой. В балках предусмотрены закладные детали для
крепления их к колоннам, а также крепления к ним рельсов и токопроводящих
шин.
Стальные подкрановые балки более эффективны, чем железобетонные.
Они подразделяются на разрезные и неразрезные. Они более просты в
изготовлении и при монтаже. По типу сечения подкрановые балки могут быть
сквозными (решетчатыми) и сплошными. Балки сплошного сечения
изготовляют в виде двутавра (прокатного профиля или составленного из трех
листов стали с ребрами жесткости). Элементы сечения балок соединяют
сваркой.
27
Несущие
конструкции
покрытий
являются
важнейшими
конструктивными элементами здания и принимают в зависимости от величины
пролета, характера и значений действующих нагрузок, вида грузоподъемного
оборудования, характера производства и других факторов. По характеру работы
несущие конструкции покрытия бывают плоскостные и пространственные. По
материалу конструкции покрытия делят на железобетонные, металлические,
деревянные и комбинированные.
В связи с характером работы эти конструкции должны отвечать
требованиям прочности, устойчивости, долговечности, архитектурнохудожественным и экономическим. Поэтому при выборе несущих конструкций
покрытия производят тщательный технико-экономический анализ нескольких
вариантов. Железобетонные конструкции огнестойки, долговечны и часто
более экономичны по сравнению со стальными. Стальные же имеют
относительно небольшую массу, просты в изготовлении и монтаже, имеют
высокую степень сборности. Деревянные конструкции обладают легкостью,
относительно небольшой стоимостью и при соответствующей защите –
приемлемой огнестойкостью и долговечностью. Весьма эффективны и
комбинированные конструкции, состоящие из нескольких видов материалов.
При этом важно, чтобы каждый материал работал в тех условиях, которые
являются самыми благоприятными для него. Рассмотрим основные виды
несущих конструкций покрытий.
Железобетонные балки применяют при пролетах до 18м. Они могут быть
односкатными и двускатными. Балки изготовляют из бетона классов В30-В50,
армируют высокопрочной проволочной, канатной и стержневой арматурой.
Устойчивость балок обеспечивается креплением их опорной части к стальным
закладным деталям оголовков колонн. По верхней грани верхнего пояса балки
через 1.5 м расположены стальные закладные детали, к которым приваривают
закладные опорные детали сборных железобетонных плит покрытия.
Очертания фермы покрытия зависит от вида кровли, расположения в
формы фонаря и общей компоновки покрытия. Для зданий пролетов 18 м и
более применяют железобетонные предварительно напряженные фермы из
бетона класса В30 – В50. Фермы предпочтительнее балок при наличии
различных санитарно-технических и технологических сетей, удобно
располагаемых и межферменном пространстве, и при значительных нагрузках
от подвесного транспорта и покрытия. В зависимости от очертания верхнего
пояса различают фермы сегментные, безраскосные, арочные.
Устанавливают фермы на железобетонные колонны или подстропильные
фермы. Для крепления ферм к колоннам (подстропильным фермам), а также к
фермам плит покрытия, рамам фонаря, связей в них предусмотрены
соответствующие стальные закладные детали. Фермы выполняют с
предварительным напряжением нижнего пояса. Изготовляют из бетона классов
В30 – В50, рабочую арматуру – из высокопрочной арматурной стали (прядевой,
проволочной или стержневой).
Подстропильные фермы (балки) применяют в покрытиях одноэтажных
многопролетных промышленных зданий в средних рядах зданий для опирания
28
ферм или балок покрытия в тех случаях, когда их шаг составляет 6000мм, а шаг
колонн средних рядов – 12000мм. Их устанавливают вдоль зданий
непосредственно на колонны, с которыми скрепляют путем сварки закладных
деталей. Все фермы (балки) имеют одинаковый пролет – 12000 мм.
Исключение составляют фермы, устанавливаемые в торцах здания и у
поперечных температурных швов, их пролет составляет 11500 мм (в
соответствии с расположением колонн). По концам и посредине (в нижнем
узле) подстропильных ферм (балок) предусмотрены площадки для опирания
стропильных ферм (балок). Фермы (балки) армируются предварительно
напряженной высокопрочной прядевой, проволочной или стержневой
арматурой и изготовляются из бетона В30 – В50.
Простейшим видом стальных несущих конструкций покрытия являются
двутавровые прокатные или составные балки пролетом 12 – 18м. При больших
пролетах рациональнее применять типовые стальные фермы. Их различают по
характеру очертания поясов: полигональные, с параллельными поясами, а
также треугольные.
В промышленных зданиях с рулонной кровлей используют фермы
трапецеидального очертания. Для малоуклонных покрытий применяют арочные
фермы с рожками. При необходимости создать крутые уклоны (более 20%)
используют треугольные фермы. Наиболее часто применяют унифицированные
пролеты стальных ферм покрытий зданий, равные 18, 24, 30, 36 м. Для
упрощения изготовления проведена унификация геометрических схем и
размеров (пролет и высота) ферм. Элементы фермы соединяют в узлах, как
правило, на сварке.
При применении конвейерной сборки и крупнообломочного монтажа
покрытий особо важную роль получает компоновка несущих конструкций в
блоках (настил, прогоны, подстропильные и стропильные фермы).
В ряде производств с агрессивными средами, и в покрытиях складов,
гаражей, мастерских и других применение клееных деревянных и
клеефанерных конструкций, защищенных современными средствами от
гниения и возгорания, позволяет снизить стоимость строительства и обеспечить
высокую долговечность здания. Разработаны несущие и ограждающие
конструкции из клееной древесины для покрытий производственных зданий
(клееные дощатые и клеефанерные балки, клееные сегментные
металлодеревянные фермы, трехшарнирные арки, панели покрытий, а также
оболочки и складки).
В отечественной практике клееные конструкции находят применение, в
первую очередь, в теплых и холодных однопролетных бесчердачных
помещениях с наружным отводом воды, без фонарей, в которых опасность
загнивания древесины является минимальной. В современном промышленном
строительстве для покрытий применяют также металлодеревянные фермы, в
которых элементы, работающие на сжатие, делают деревянными, а на
растяжение – стальными.
При возведении большепролетных производственных зданий в их
покрытиях целесообразно применять пространственные несущие конструкции,
29
так как плоскостные конструкции получаются очень громоздкими, с большой
собственной массой. Пространственные конструкции покрытия могут быть
выполнены из различных материалов: железобетона (сборного, монолитного и
сборно-монолитного), металла (стали, алюминия) и дерева. Применение
тонкостенных пространственных конструкций в промышленном строительстве
позволяет значительно снизить материалоемкость и массу конструкций,
особенно при больших размерах сетки колонн.
Большое распространение получили сборные железобетонные плиты
типа КЖС для пролетов 18 и 24м.
В нашей стране для покрытия значительных пролетов промышленных
зданий находят применение длинные и короткие цилиндрические оболочки,
складки и другие эффективные конструкции пространственных покрытий.
5.2. Конструкции многоэтажных зданий.
Многоэтажные производственные здания по своей конструктивной схеме
в большинстве случаев представляют собой каркасные здания. Многоэтажные
здания обычно проектируют из сборного железобетона и строят с
полносборным каркасом и самонесущими или навесными стенами. Сборные
конструкции перекрытий применяют двух типов: балочные и безбалочные.
Многоэтажные здания разделяют на три вида: производственные,
лабораторные и вспомогательные (административно-конторские, культурнобытовые и др.) Применяют здания с сеткой колонн 6х6, 6х9, (6+3+6)х6,
(9+3+6)х6, 12х6 м и балочными конструкциями перекрытий. Такие здания в
ряде случаев предназначаются для размещения производств химической,
радиотехнической, электронной, приборостроительной, легкой и другой
промышленности.
Там, где предполагается частая модернизация производства (электронная,
радиотехническая и другие отрасли промышленности), могут применять здания
с сеткой колонн 12х6 м и др. В производственных зданиях с сетками колонн
6х6 и 9х6 и балочными конструкциями перекрытий нередко размещают
производства химической, машиностроительной, угольной, горно-рудной и
других отраслей тяжелой промышленности. Производственные здания с сеткой
колонн 6х6 и безбалочными конструкциями перекрытий предназначены в
основном для размещения пищевых производств и холодильников.
Здания с подвесными проходными потолками, подвешенными к
перекрытию и обеспечивающими проход для обслуживания коммуникаций и
светильников, с сетками колонн 9х9 и 12х6 м часто предназначены для
производств с кондиционированием воздуха (радиотехническая, электронная и
приборостроительная промышленность).
В настоящее время стремятся к укрупнению сеток колонн и увеличению
этажности. Высоту этажей многоэтажных производственных зданий в
зависимости от назначения принимают от 3.6 до 7.2 м.
Многоэтажные производственные здания часто имеют относительно
небольшую ширину. Однако в широких зданиях кроме улучшения
30
технологических связей и уменьшения протяженности коммуникаций
значительно улучшается использование площадей. Широкие здания являются
универсальными, допускают различные технологические компоновки и
отвечают условиям непрерывного совершенствования производства. Для
использования преимуществ широких многоэтажных зданий и устранения их
недостатков необходимо с увеличением ширины здания обеспечить наиболее
рациональную планировку помещения.
Основными элементами каркаса многоэтажного промышленного здания
являются колонны, отличающиеся от элементов каркаса одноэтажных зданий, и
ригели, образующие железобетонные рамы. Для перекрытий применяют ригели
двух типов: прямоугольного и таврового сечений. Конструкции междуэтажных
балочных перекрытий также могут быть двух типов: с опиранием плит на
полки ригелей или сверху на прямоугольные ригели.
В зданиях гражданского строительства небольшой этажности часто
применяют схему неполного каркаса, например кирпичные наружные стены
(несущие) и внутренние кирпичные столбы. При больших нагрузках
целесообразно вместо кирпичных столбов применить железобетонные
колонны, которые вместе с железобетонными ригелями образуют каркас
здания. Как уже отмечалось, здания могут иметь полный или неполный каркас.
Наряду с железобетонными каркасами в строительстве применяют стальные
каркасы. По конструктивной схеме стальной каркас в целом подобен
железобетонному и представляет собой основную несущую конструкцию
промышленного здания, поддерживающую покрытие, стены и подкрановые
балки, а в некоторых случаях – технологическое оборудование и рабочие
площадки.
Основными
элементами
несущего
стального
каркаса,
воспринимающими действующие на здание нагрузки, являются плоские
поперечные рамы, образованные колоннами и стропильными фермами,
ригелями. На поперечные рамы опираются продольные элементы каркаса –
подкрановые балки, ригели стенового каркаса фахверка, прогоны покрытия и в
некоторых случаях фонари. Пространственная жесткость каркаса достигается
устройством связей в продольном и поперечном направлениях.
Стальной
каркас
имеет
определенные
преимущества
перед
железобетонными. Его монтаж может осуществляться быстрее. Однако
металлический каркас значительно дороже железобетонного, требует большего
расхода металла и эксплуатационных затрат.
Тема 6
6.1. Введение. Основания и фундаменты
Фундамент – это подземная часть сооружений, которая воспринимает
нагрузку от его надземной части и передает ее на основание.
- Мировой опыт строительства показывает, что большинство аварий
построенных зданий и сооружений вызвано ошибками, связанными с
31
возведением фундаментов и устройством оснований, что проявляется в
накоплении грунтами основания достаточных деформаций, т.е. как правило в
период эксплуатации.
- Стоимость фундаментов составляет в среднем 12% от стоимости
строительства, а в сложных ИГУ может достигать 20-30 % и более. Поэтому
необходимо уметь принимать (проектировать) абсолютно обоснованные и
экономически выгодные конструктивные решения фундаментов.
Основанием называют толщу грунтов, на которых возводится сооружение
и в которых возникают напряжения и деформации от передаваемых на них
нагрузок.
N
d
фундамент
p
b
основание
Рис.1. Основание и фундамент
Таким образом, проектирование оснований и фундаментов должно включать в
себя обоснованный расчетом выбор типа основания (естественное или
искусственное); типа конструкции, материала и размеров фундаментов
(глубина заложения, размеры, площади подошвы и т.д.), а так же мероприятий,
применяемых при необходимости уменьшения влияния деформаций основания
на эксплуатационную пригодность и долговечность сооружения.
- Конструирование фундаментов (класс бетона, выбор арматуры,
определение размеров отдельных его частей и т.п.) относится к курсу
железобетонных конструкций.
Основания:
I. Скальные.
Массивная горная порода, обладающая большой прочностью и малой
сжимаемостью.
Изучением свойств скальных оснований и их поведением под нагрузкой
занимается наука «Механика скальных грунтов».
II. Грунтовые.
Раздробленная горная порода (минерально-дисперстное образование) –
результат физического и химического выветривания массивных горных пород.
Грунтовое основание обладает большой сжимаемость и малой прочностью, что
необходимо учитывать при проектировании.
32
- Проектирование ОиФ производится в соответствии с нормативными
документами.
При этом необходимо:
1) Обеспечить прочность и эксплуатационную надежность сооружения
(абсолютные осадки, а также их разность, не должны превышать допускаемые
для данных сооружений), т.е. S≤Su.
2) Максимально использовать прочностные свойства грунтов, а также
материалов фундаментов.
3) Минимальная стоимость фундамента, сокращение трудоемкости и сроков
производства работ.
6.2. Порядок проектирования ОиФ
1. Изучить материалы инженерно-геологических, гидрогеологических и
геодезических изысканий на площадке будущего строительства. (Обязательно
должно быть изучение архивных материалов, особенно в условиях городской
застройки.)
2. Произвести анализ проектируемого здания с точки зрения оценки его
чувствительности к неравномерным осадкам.
3. Определить нагрузки на фундаменты.
4. Выбрать несущий слой грунта.
5. Рассчитать предложенные варианты фундаментов по 2-м предельным
состояниям (прочность и деформации).
6. Произвести экономическое сравнение вариантов и выбрать наиболее
дешевый.
7. Произвести полный расчет и проектирование выбранного варианта
фундамента.
6.3. Фундаменты мелкого заложения
К ФМЗ относятся фундаменты, имеющие отношение высоты к ширине
подошвы, не превышающее 4, и передающие нагрузку на грунты основания
преимущественно через подошву.
d
 4  ФМЗ
b
ФМЗ возводятся в открытых котлованах или в специальных выемках,
устраиваемых в грунтовых основаниях.
33
Рис. 2. Схема фундамента мелкого заложения:
1 – фундамент; 2 – колонна; 3 – обрез фундамента.
- ФМЗ по условиям изготовления разделяют на:
 монолитные, возводимые непосредственно в котлованах.
 сборные, монтируемые из элементов заводского изготовления.
- По конструктивным решениям ФМЗ разделяют на:
 отдельно стоящие фундаменты:
a) под колонну (опору);
b) под стены (при малых нагрузках)
 ленточные фундаменты:
a) выполняются под протяженные конструкции (стены);
b) выполняются под ряды и сетки колонн в виде одинарных или
перекрестных лент.
 сплошные (плитные) фундаменты
Выполняются в виде сплошной железобетонной плиты, как правило, под
тяжелые сооружения. Такие фундаменты разрезаются в плане только
осадочными швами, что способствует уменьшению неравномерности осадки
сооружения.
 массивные фундаменты
Выполняются в виде жесткого компактного железобетонного массива под
небольшие в плане тяжелые сооружения (башни, мачты, дымовые трубы,
доменные печи, устои мостов и т.п.).
34
Рис.3. Основные типы фундаментов мелкого заложения:
а – отдельный фундамент под колонну; б – отдельные фундаменты под стену; в –
ленточный фундамент под стену; г – то же, под колонны; д – то же, под сетку колонн; е –
сплошной (плитный) фундамент.
- ФМЗ изготовляют из следующих матреиалов:
 железобетон
 бетон
 бутобетон
 каменные материалы (кирпич, бут, пиленные блоки из природных
камней)
 в отдельных случаях (временные здания) допускается применение дерева
или металла.
Железобетон и бетон – основные конструкционные материалы для
фундаментов.
Бутовый камень, кирпич и каменные блоки используются для устройства
фундаментов, работающих на сжатие и для возведения стен подвалов.
Бутобетон и бетон целесообразно применять при устройстве
фундаментов, возводимых в отрываемых полостях или траншеях при их
бетонировании в распор со стенками.
Железобетон и бетон можно применять при устройстве всех видов
монолитных и сборных фундаментов в различных ИГУ, т.к. они обладают
достаточной морозостойкостью, прочностью на сжатие (а для железобетона и
на растяжение → действие моментов).
6.4. Конструкции фундаментов мелкого заложения
6.4.1. Отдельные фундаменты
Могут выполняться в монолитном или сборном варианте. Представляют
собой кирпичные, каменные, бетонные или железобетонные столбы с
уширенной опорной частью.
35
- Фундаменты имеют наклонную боковую грань или, что чаще,
уширяются к подошве уступами, размеры которых определяются углом
жесткости α (≈30-40º), т.е. предельным углом наклона, при котором в теле
фундамента не возникают растягивающие напряжения.
Рис.4. Конструкция жесткого фундамента:
а – с наклонными боковыми гранями; б – уширяющийся к подошве уступами.
- Сопряжение сборных колонн с фундаментом осуществляется с
помощью стакана (фундаменты стаканного типа), монолитных колонн –
соединением арматуры колонн с выпуском из фундамента, а стальных колонн –
креплением башмака колонны к анкерным болтом, забетонированным.
Рис.5. Сборный фундамент под колонну:
а – из нескольких элементов; б – из одного элемента; 1 – фундаментные плиты; 2 –
подколонник; 3 – рандбалка; 4 – бетонные столбики; 5 – монтажные петли.
- Размеры в плане подошвы, ступеней и подколонника монолитных
фундаментов принимаются кратным 300 мм, а высота ступеней - кратной 150
мм.
- При устройстве отдельных фундаментов под стены по обрезу
фундаментов, а при необходимости и через дополнительные опоры,
укладываются фундаментные балки (рандбалки), на которые упираются
подземные конструкции (рис.5.).
- В тех случаях, когда это возможно, сборный фундамент устраивают из
одного элемента или переходят на монолитный вариант фундамента.
36
6.4.2. Ленточные фундаменты
 Под стены:
монолитными.
также устраивают либо
из сборных блоков, либо
Рис. 6. Ленточные фундаменты:
а – монолитный; б – сборный сплошной; в – сборный прерывистый; 1 – армированная лента;
2 – фундаментная стена; 3 - стена здания; 4 – фундаментная подушка; 5 – стеновой блок.
- Фундаментные стеновые блоки (ФБС) изготовляют из тяжелого бетона,
керамзитобетона или плотного силикатного бетона. Ширина блоков принимают
равной (или меньше) толщине надземных стен, но не менее 30 см.
Надземные стены не должны выступать над фундаментными более чем на 15
см.
Высота типовых стеновых блоков составляет 280 или 580 мм (20 на цементный
шов).
- Для повышения жесткости сооружения (выравнивания осадок,
антисейсмические мероприятия и т.п.) сборные фундаменты усиливают
армированными швами или железобетонными поясами, устроенных поверх
фундаментных плит или последнего ряда стеновых блоков по всему периметру
здания на одном уровне.
 Под колонны: устраивают в виде одиночных или перекрестных лент и
выполняют, как правило, в монолитном варианте из железобетона. Возможно
их устройство и в сборном варианте в виде отдельных блоков, соединяемых
между собой с последующим омоноличиванием стыков.
6.4.3. Сплошные фундаменты
Выполняются, как правило, из монолитного железобетона.
- По конструктивным особенностям различают:
 Плитные (гладкие, ребристые);
 Коробчатые.
37
Рис.7.. Сплошные фундаменты:
а – гладкая плита со сборными стаканами; б – гладкая плита с монолитными стаканами; в
– ребристая плита; г – плита коробчатого сечения.
- Толщину плиты определяют расчетом на моментные нагрузки (от
изгиба в двух взаимно перпендикулярных направлениях) и исходя из расчета на
продавливание в местах опирания колонн.
- Опирание колонн осуществляется через сборные и монолитные стаканы, ребристые плиты
соединяются с колоннами с помощью монолитных стаканов или выпусков арматуры.
6.4.3. Расчет фундаментов мелкого заложения
Расчет ФМЗ начинают с предварительного выбора его конструкции и
основных размеров (это глубина заложения фундамента и размер его подошвы).
Далее производят расчет по двум предельным состояниям:
I – Расчет по прочности (устойчивость)
II – Расчет по деформациям, которые являются основным и обязательным
для всех ФМЗ.
А расчет по I группе предельных состояний является дополнительным и
производится в одном из следующих случаев:
 Сооружение расположено на откосе (склоне) или вблизи него;
 На основание передаются значительные по величине горизонтальные
нагрузки;
 В основании залегают очень слабые грунты (или текучие и
текучепластичные глинистые грунты и т.п.), обладающие малому
сопротивлению сдвигу;
 В основании залегают наоборот, очень прочные – скальные грунты.
Установив окончательные размеры фундамента, удовлетворяющие двум
группам предельного состояния, переходят к его конструированию (курс ЖБК).
38
6.4.4. Определение глубины заложения фундамента
Очевидно, что чем меньше глубина заложения фундамента, тем меньше
объем затрачиваемого материала и ниже стоимость его возведения. Однако при
выборе глубины заложения фундамента приходится руководствоваться целым
рядом факторов:
 Геологическое строение участка и его гидрогеология (наличие воды);
 Глубина сезонного промерзания грунта;
 Конструктивные особенности здания, включая наличие подвала, глубину
прокладки подземных коммуникаций, наличие и глубину заложения соседних
фундаментов.
1. Учет ИГУ строительной площадки заключается в выборе несущего
слоя грунта. Этот выбор производится на основе предварительной оценки
прочности и сжимаемости грунтов. По геологическим разрезам. Все
многообразие напластования грунта можно представить в виде трех схем:
Рис.8.. Схемы напластований грунтов с вариантами устройства фундаментов:
1 – нормальный грунт; 2 – более прочный грунт; 3 – слабый грунт; 4 – песчаная подушка; 5
– зона закрепления грунта.
При выборе типа и глубины заложения фундамента придерживаются
следующих общих правил:
 Минимальная глубина заложения фундамента принимается не менее 0,5
мот планировочной отметки;
 Глубина заложения фундамента в несущий слой грунта должна быть не
менее 10-15 см;
 По возможности закладывать фундаменты выше УГВ для исключения
необходимости применения водопонижения при производстве работ;
 В слоистых основаниях все фундаменты предпочтительно возводить на
одном грунте или на грунтах с близкой прочностью и сжимаемостью.
Если это условие невыполнимо, то размеры фундаментов выбираются
главным образом из условия выравнивания осадок.
2. Глубина сезонного промерзания грунта.
Проблема заключается в том, что многие водонасыщенные глинистые
грунты обладают пучинистыми свойствами, т.е. увеличивают свой объем при
замерзании, за счет образования в них прослоек льда. Замерзание
39
d
df
сопровождается подсосом грунтовой воды из ниже лежащих слоев .за счет чего
толщина прослоек льда еще более увеличивается. Это приводит к
возникновению сил пучения по подошве фундамента. Которые могут вызвать
подъем сооружения. Последующее оттаивание таких грунтов приводит к
резкому их увлажнению, снижению их несущей способности и просадкам
сооружения.
Наибольшему пучению подвержены грунты, содержащие пылеватые и
глинистые частицы. К непучинистым грунтам относят: крупнообломочный
грунт с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней
крупности, глубина заложения фундаментов в них не зависит от глубины
промерзания (в любых условиях).
силы морозного
пучения
Рис.9. Схема морозного пучения основания
df – глубина сезонного промерзания грунтов.
Если d<df – фундамент поднимается.
Надо пройти мощность промерзания грунта и заложить фундамент на большую
глубину (в Подмосковье это 1,4 м). d>df
Для малых зданий (дачные постройки) настоящий бич – боковые силы
пучения грунта:
d f  Kh  dfn
Kh – коэффициент, учитывающий тепловой режим подвала здания.
dfn – нормативная глубина сезонного промерзания грунта
d fn  do Mt
Mt – коэффициент, численно равный ∑ абсолютных значений (-) температур за
зиму в данном районе.
do– коэффициент, учитывающий тип грунта под подошвой фундамента.
3. Конструктивные особенности сооружения.
Основными конструктивными особенностями возводимого сооружения,
влияющими на глубину заложения его фундамента, являются:
 Наличие и размеры подвальных помещений, приямков или фундаментов
под оборудование;
 Глубина заложения фундаментов примыкающих сооружений;
 Наличие и глубина прокладки подземных коммуникаций и конструкций
самого фундамента.
40
Глубина заложения фундамента принимается на 0,2-0,5 м ниже отметки
пола подвала (или заглубленного помещения), т.е. на высоту фундаментного
блока.
Фундаменты сооружения или его отсека стремятся закладывать на одном
уровне.
Рис.10. Выбор глубины заложения фундамента в зависимости от конструктивных
особенностей сооружения:
а – здание с подвалом в разных уровнях и приямком; б – изменение глубины заложения
ленточного фундамента; 1 – фундаментные плиты; 2 – приямок; 3 – трубопровод; 4 –
стена здания; 5 – подвал; 6 – ввод трубопровода; 7 – стеновые блоки.
В других случаях, разность отметок заложения расположенных рядом
фундаментов (Δh) не должна превышать:
h  a  (tgI 
cI )
P
a – расстояние в свету между фундаментами;
p – среднее давление под подошвой расположенного выше фундамента.
Фундаменты проектируемого сооружения, непосредственно
примыкающие к фундаментам существующего, рекомендуется закладывать на
одном уровне, либо проведение специальных мероприятий (шпунтовые стены).
Тема 7
7.1. Свайные фундаменты. Основные положения и классификация
В тех случаях, когда с поверхности залегают слои слабых грунтов, которые
не могут служить основанием для фундаментов мелкого заложения
проектируемого сооружения, возникает необходимость передачи нагрузки на
более плотные слои, расположенные на глубине. В подобных ситуациях чаще
всего прибегают к устройству свайного фундамента.
41
Сваей называют погруженный в готовом виде или изготовленный в грунте
стержень, предназначенный для передачи нагрузки от сооружения на грунт
основания.
Отдельные сваи или группы свай, объединенные поверх распределительной
плитой или балкой, образуют свайный фундамент.
Распределительные плиты или балки, объединяющие головы свай,
выполняются, как правило, из железобетона и называются ростверками.
Ростверк воспринимает, распределяет и передает на сваи нагрузку от
расположенного выше сооружения.
Если ростверк заглублен в грунт или его подошва расположена
непосредственно на поверхности грунта, то его называют низким ростверком,
если подошва ростверка расположена выше поверхности грунта – это высокий
свайный ростверк (рис. 1.). Наиболее часто применяют низкий ростверк,
высокий ростверк устраивают в опорах мостов, набережных, пирсов и т.п.
Рис.1. Типы свайных ростверков:
а, б – низкий; в – высокий
Рис.2. форма свайных ростверков в плане:
Свая, находящаяся в грунте, может передавать нагрузку от сооружения либо
через нижний конец (пята), либо совместно с боковой поверхностью сваи за
счет трения последней об грунт.
В зависимости от этого, по характеру передачи нагрузки на грунт сваи
подразделяются на сваи-стойки и висячие сваи (сваи трения)
К сваям-стойкам относятся сваи, прорезающие толщу слабых грунтов и
опирающиеся на практически несжимаемые или малосжимаемые грунты
(крупнообломочные грунты с песчаным наполнителем, глины твердой
консистенции). Такие сваи практически всю нагрузку передают через нижний
конец, т.к. при их малых вертикальных перемещениях не возникают условия
для возникновения сил трения на ее боковой поверхности.
Свая-стойка работает как сжатый стержень в упругой среде, ее несущая
способность определяется или прочностью материала сваи, или
сопротивлением грунта под ее нижним концом:
Fd  Rs
42
N
б)
малосжимаемый
грунт
скальный грунт
a)
N
Rf
Rs
Rs
Рис.3. Схемы передачи нагрузки сваями на грунты основания:
а – сваи-стойки ; б – висячие сваи
К висячим сваям относятся сваи, опирающиеся на сжимаемые грунты. Под
действием продольной силы (N) свая получает перемещение (дает осадку),
достаточное для возникновения сил трения между боковой поверхностью сваи
и грунтом. В результате нагрузка на основание передается как боковой
поверхностью, так и нижним концом сваи. Несущая способность такой сваи
определяется суммой сопротивления сил трения по ее боковой поверхности и
грунта под острием:
Fd  R f  Rs
По условиям изготовления сваи делятся на две группы:
 сваи, изготовляемые заранее на заводах или полигоне (предварительно
изготовляемые) и затем погружаемые в грунт;
 сваи, изготовляемые на месте, в грунте.
По расположению свай в плане различают следующие виды свайных
фундаментов:
1) одиночные сваи применяют под легкие сооружения в качестве опор
(теплицы, склады), когда несущей способности одной сваи достаточно
для передачи нагрузки на грунт.
43
колонна
ростверк
одиночная
свая
сваяколонна
Рис.4.Схемы одиночной сваи и сваи-колонны
Сложность: необходимо точно забить (погрузить), отклонение от оси в
плане у одиночных свай ±5 см, от вертикальной оси не более 5º.
5°
+5см
-
Рис.5.Схема максимальных допустимых горизонтальных и вертикальных отклонений при погружении
одиночной сваи
2) группы свай (свайный куст), устраивают под колонны или отдельные
опоры конструкций, передающие значительные вертикальные нагрузки.
44
Рис.6. Виды свайных фундаментов:
а – свайный куст; б – ленточный; в – сплошное свайное поле
3) ленточные свайные фундаменты устраивают под стены зданий и другие
протяженные конструкции. Сваи в таком фундаменте располагаются в
один или несколько слоев (рис.6).
4) сплошные свайные поля устраивают под тяжелые сооружения башенного
типа, имеющие ограниченные размеры в плане. Сваи располагаются в
определенном порядке под всем сооружением (рис.6. в).
В зависимости от материала предварительно изготовленные сваи
подразделяются на:
 деревянные (условия эксплуатации – ниже уровня подземных вод).
бугель
деревянная
свая
башмак
Рис.7.схема деревянной сваи
Простейшая деревянная свая представляет собой бревно с заостренным
нижним концом. На верхний конец бревна надевают бугель (стальное кольцо),
который защищает сваю от размочаливания оголовка во время забивки. На
заостренном конце при погружении сваи в грунты с твердыми включениями
закрепляют стальной башмак. Достоинства этого вида свай – простота
изготовления и небольшой вес. Недостатки – малая несущая способность,
трудность погружения в плотные грунты, опасность гниения в условиях
переменной влажности. Деревянные сваи имеют ограниченное применение.
 стальные изготавливают из стандартных стальных труб d=0,2…0,8 м,
используют также двутавровые балки, швеллеры и другие прокатные
профили.
Рис.8. поперечные сечения стальных свай
Если после погружения в грунт стальная трубчатая свая заполняется
бетоном, ее называют трубобетонной. Достоинство этого вида свай –
возможность наращивания сваркой по мере погружения в грунт. Недостатки –
подверженность коррозии (для защиты поверхность труб покрывают битумом
или эпоксидными смолами).
45
Стальные сваи рекомендуется применять в сложных для забивки грунтовых
условиях (включения валунов, гальки и т.п.), часть их применяют в качестве
ограждения котлованов.
 железобетонные сваи (получили наибольшее распространение в практике
строительства). Их подразделяют:
- по форме поперечного сечения
- по форме продольного сечения
- по способу армирования на сваи:
1) с ненапрягаемой арматурой и с предварительно напряженной
продольной арматурой
2) с поперечным армированием и без него
- по конструктивным особенностям – на сваи цельные и составные.
а)
г)
б)
д)
в)
ж)
е)
Рис.9. Сечения железобетонных свай:
а – квадратной; б – квадратной с круглой полостью; в – полое цилиндрическое сечение; г – прямоугольной; д –
тавровой; е – двутавровой; ж – швеллерной
Рис.10. Железобетонные сваи различного профиля:
а – призматические; б – цилиндрические; в – пирамидальные; г – трапецеидальные; д – ромбовидные; е – с
уширенной пятой (булавовидные)
46
Рис.11. Конструкция железобетонных свай:
а – призматическая с поперечным армированием ствола; б – то же, без поперечного армирования ствола; в –
то же, с круглой полостью; г – полая круглая; 1 – строповочная петля; 2 – арматурные сетки головы; 3 –
продольная арматура; 4 – спираль острия; 5 – поперечная спиральная арматура
 комбинированные сваи – составные по длине из двух различных материалов.
Чаще всего это комбинация деревянной части, которая помещается ниже
уровня подземных вод, с бетонной или железобетонной частью.
7.2. Способы погружения готовых свай в грунт
а)
б)
в)
г)
д)
Рис.12. Способы погружения свай:
47
а – забивка; б – вибропогружение; в – задавливание; г – завинчивание; д – погружение в лидер (в очень
плотных грунтах, промерзших грунтах); 1 – молот; 2 – металлический оголовок; 3 – деревянная или резиновая
прокладка(для смягчения удара)
7.2.1 Забивные сваи
При забивке свай в обезвоженные плотные песчаные и супесчаные грунты для
повышения производительности забивки осуществляется подмыв. За счет
подачи воды (под большим напором) под нижний конец сваи, грунт
размывается, что значительно уменьшает сопротивление погружению.
поп
обрубают
Рис.13. Забивка сваи механическим молотом:
1 – мачта копра; 2 – подвесной молот; 3 – металлический наголовник; 4 – свая
48
7.2.2 Вибропогружение
сваи наиболее эффективно при насыщенных водой песках. В этом случае
вертикальные колебания, создаваемые вибратором, передаются сваей грунту,
который разжижается, что приводит к резкому уменьшению сил трения по
боковой поверхности и она легко погружается в грунт. После прекращения
вибрирования структура грунта быстро восстанавливается и трение по боковой
поверхности сваи увеличивается.
7.2.3 Вдавливание
свай осуществляется с помощью мощных гидродомкратов и применяется
тогда, когда нельзя использовать забивку или вибропогружение (вблизи
существующих зданий), также применяется при усилении существующих
фундаментов.
7.2.4 Ввинчивание
свай, снабженных на конце винтовыми лопастями (винтовые
осуществляется особыми механизмами, называемыми кабестанами.
сваи),
7.3 Сваи, изготовляемые в грунте (на месте): буровые, набивные,
буронабивные сваи
Такие сваи изготавливают из бетона, железобетона (с армокаркасом) или из
цементно-песчаного раствора.
По способу изготовления подразделяются на
 сваи без оболочки;
 сваи с оболочкой, извлекаемой из грунта;
 сваи с неизвлекаемой оболочкой.
7.4. Взаимодействие свай с окружающим грунтом
Взаимодействие свай с окружающим грунтом носит сложный характер и
зависит от процессов происходящих в грунте при изготовлении и при их работе
под эксплуатационными нагрузками. Процессы оказывают влияние на несущую
способность и осадки свайного фундамента, от их правильного учета во многом
зависит точность расчета и экономическая эффективность применения свай.
Процессы, происходящие в грунте при устройстве свайных фундаментов
зависят от типа свай, грунтовых условий, технологии погружения или
изготовления свай и т.п.
Так при погружении забивной сваи (сплошной сваи) объем грунта равный
объему сваи вытесняется вниз, вверх и в стороны, в результате чего грунт
вокруг сваи уплотняется.
49
r
эпюра вертикальных
нормальных
rmax
напряжений
r0
s
r
zp
dсв
зона
уплотнения
~3...4d
~3d
Рис.14. Зона уплотнения грунта вокруг сваи.
Но если свая забивается в плотные пески, может наблюдаться обратный
эффект – разуплотнение грунта.
Учитывая явление уплотнения грунта, рекомендуют во всех случаях, а в
плотных грунтах особенно, забивку вести от середины свайного поля к его
периметру. Если это правило не соблюдается, средние сваи из-за сильного
уплотнения грунта не всегда удается погрузить до заданной глубины.
50
<6d
<6d
<6d
<6d
<6d
Рис.15. Зона уплотнения грунта вокруг рядом расположенных свай.Расстояние менее 3d.
Но если брать расстояние между сваями в свайном фундаменте >6d, то это
приведет к огромным размерам ростверков, поэтому принято сваи забивать на
расстоянии друг от друга равном 3d.
взаимного
влияния
нет
d
d
/ 6d
Рис.16. Зона уплотнения грунта вокруг рядом расположенных свай. Расстояние более 6d.
Но изменение напряженного состояния и плотности в грунтах при забивке
свай могут носить и временный характер, т.е. грунт может обладать временным
сопротивлением погружению сваи.
Скорость погружения сваи принято характеризовать величиной ее
погружения от одного удара, называемой отказом сваи.
По величине отказа, который замеряется при достижении сваи проектной
отметки, можно судить о ее сопротивлении, поскольку, чем меньше отказ, тем,
очевидно, больше несущая способность сваи.
При забивке свай в маловлажные пески плотные и средней плотности под
нижним концом образуется переуплотненная зона, препятствующая
51
дальнейшему погружению сваи вплоть до нулевого значения отказа, и
дальнейшая попытка забить сваю может привести к разрушению ее ствола. Но
оставив эту сваю в покое, через некоторое время в результате релаксации
напряжений сопротивление грунта под нижним концом сваи снизится и можно
снова продолжить ее забивку до проектной отметки.
a>3d
излом
сваи
Рис.17. Излом сваи в грунте.
Описанное явление носит название ложного отказа. Время, необходимое для
релаксации напряжений называется отдыхом свай (3…5 суток в песчаных
грунтах, до 30 часов в глинах), а отказ определенный после отдыха свай и
характеризующий ее действительную несущую способность – действительным
отказом.
При забивке свай в глинистые грунты часть связной воды переходит в
свободную, грунт на контакте со сваей разжижается (тиксотропное
разжижение) и сопротивление погружению сваи наоборот – снижается,
происходит так называемое засасывание сваи. Здесь также, если прекратить
забивку, то через некоторое время структура грунта восстановится, и несущая
способность сваи значительно возрастет.
зона избыточных
напряжений
грунтовая
рубашка из
разжиженного
грунта
52
Рис.18. Специфические зоны, возникающие в грунте при забивке свай.
Процессы происходящие в грунте при работе свай под нагрузкой. Не менее
сложны, особенно в случае висячих свай.
Т.к. вертикальная нагрузка, воспринимаемая сваей перераспределяется на
грунт по боковой поверхности и под нижним концом, в окружающем грунте
возникает напряженная зона, имеющая сложное криволинейное очертание
(рис.19а).
Рис.19. Схемы передачи нагрузки на грунт основания:
а – одиночной сваей; б – группой свай
Эпюра вертикальных нормальных напряжений σz на уровне нижнего конца
свай имеет выпуклую форму. Принято считать, что напряжения σz
распределяются по площади, равной основанию конуса, образующая которого
составляет со сваей угол α, зависящий от сил трения грунта по ее боковой
поверхности.
При редком расположении свай в кусте >6d напряженные зоны в грунте не
пересекаются, и все сваи работают независимо, как одиночные. При а <6d зоны
пересекаются, происходит взаимное наложение эпюр, а давление на грунт в
уровне нижних концов свай возрастает (рис.19б), увеличивается и активная
зона сжатия грунта.
Вследствие этих причин при одинаковой погрузке осадка сваи куста при
совместной работе будет всегда превышать осадку одиночной сваи.
Что касается несущей способности куста свай, то с одной стороны,
уплотнение межсвайного пространства при забивке свай, приводит к ее
увеличению, а с другой – осадка свай за счет наложения зон напряжений
приводит к ее уменьшению. Что в итоге больше скажется на несущую
способность сваи куста зависит от многих условий и не всегда легко
прогнозируется. Но опыт показывает, что в глинистых грунтах, а также в
пылеватых и мелких песках несущая способность сваи в кусте, как правило,
уменьшается по сравнению с несущей способностью одиночной сваи, а в
песках средней крупности и крупных песках – увеличивается.
53
Описанные следствия совместной работы свай в кусте принято называть
кустовым эффектом. Изучение его влияния очень сложно и противоречиво и
требует постановки экспериментов.
Тема 8
8. Инженерные методы преобразования строительных свойств
оснований (грунтов)
8.1.Общие положения
За последние годы наблюдается неуклонное увеличение объема строительства в
сложных ИГУ. Все чаще для строительства используются площадки,
сложенные слабыми грунтами – иглами, рыхлыми песками, заторфованными
отложениями.
Особую проблему составляют т.н. региональные грунты, обладающие
специфическими свойствами это:
- вечномерзлые грунты;
- лессовые просадочные грунты;
- набухающие;
- засоленные грунты;
- озерно-ледниковые отложения
Давайте краток рассмотрим их специфические свойства:
Особое место занимают насыпные грунты – это толщи разнородных
отложений, сформировавшееся в результате техногенной деятельности
человека, а также создаваемые целенаправленно отсыпкой или намывом.
Насыпные грунты очень разнообразны и использовать их в качестве основания
следует с очень большой осторожностью.
 Многие их этих (указанных) грунтов в природном состоянии имеют
невысокую несущую способность и повышенную сжимаемость. Для
других характерно существенное ухудшение механических свойств при
определенных воздействиях (например, замачивание лессовых грунтов
под нагрузкой, оттаивание мерзлых грунтов, рассоление засоленных
грунтов и т.д.)
 Недооценка этих явлений может привести к значительным деформациям
основания к его просадкам и даже к потере устойчивости основания.
Учет этих явлений подразумевает улучшение строительных свойств таких
грунтов многочисленными способами направленного воздействия.
→ Меры преобразования строительных свойств основания можно разделить на
три группы:
1. – Конструктивные методы, которые не улучшают свойства самих грунтов, а
создают более благоприятные условия работы их как оснований за счет
регулирования напряженного состояния и условий деформирования, когда их
отрицательные свойства не могут проявиться;
54
2. – Уплотнение грунтов, осуществляется различными способами и направлено
на уменьшение пористости грунтов, создание более плотной упаковки
минеральных агрегатов;
3. – Закрепление грунтов, заключающееся в образовании прочных
искусственных структурных связей между минеральными частицами.
 Выбор метода преобразования структурных свойств грунтов зависит от:
- типа грунта (его физических свойств);
- характеристика напластований;
- особенности будущего сооружения, т.е. интенсивности
передаваемых им нагрузок;
- решаемых инженерных задач;
- технологических возможностей строительной организации.
* Специфические свойства региональных грунтов
1. Илы: образовались в результате выпадения в осадок мельчайших частиц
породы. Илистые грунты всегда находятся в водонасыщенном состоянии
Sr~1.0
В таком грунте имеются (преобладают) водно– коллоидные связи;
– кристализационные связи;
2. Лессовый грунт: это тот же ил, но в высушенном состоянии (просадочные
грунты). Рыхлая структура – теже структурные связи, но нет воды.
3. Вечномерзлый грунт, свойства этих грунтов существенно зависят от их
температуры. При ее увеличении, т.е. оттаивании, также грунты дают (также
как лесс) мгновенную просадку, а при промораживании наблюдается морозное
пучение строительство на таких гуртах ведется специальными методами:
- либо сохранение весной мерзлоты;
- либо специального оттаивания и уплотнения
- либо применение специаьных схем зданий не боящихся осадок;
4. Заторфованные грунты – грунты, содержащие от 30 до 60 %
органический веществ, эти грунты обладают малой прочностью, и большой а
главное неравномерной сжимаемостью.
В погребенном торфе можно строить, но не в коем случае не дорывать до торфа
(гниение) и проверяется несущая способность (подстилающий торфяной слой)
5. Набухающие глины – увеличивают свой объем при замачивании.
6. Засоленные грунты - при засолении резко снижают свою прочность и
увеличивают сжимаемость (в местах где возникает постоянная фильтрация
воды следует вымывание соли)
7. Озерно-ледниковые отложения (ленточные глины)
Исторический процесс их образования выглядит следующим образом: водный
поток несет крупные частицы и они выпадают в осадок. Вода останавливается и
выпадают мелкие частицы и т.д.
глинистые прослойки водонасыщенны за счет такой структуры (глинистых
прослоек) они очень хорошо пропускают воду в горизонтальном направлении, а
в вертикальном kф достаточно мал.
55
Если ленточные глины перемять, то они переходят в текуче- пластичное
состояние, за счет освобождения воды из глинистых прослоек.
8.2 Конструктивные мероприятия




Замена грунта основания (грунтовые подушки)
Шпунтовые ограждения
Армирование грунтов
Боковые пригрузки
8.2.1. Грунтовые подушки
Если в основании залегают слабые грунты и их использование оказывается
невозможным или нецелесообразным, то возможно экономичной может
оказаться замена слабого грунта другим, т.е. применяют т.н. грунтовые
подушки.
Все основные выкладки, расчеты и замечания касательно применения и
проектирования грунтовых (песчаных) подушек см. ранее стр.24
8.2.2. Шпунтовые конструкции
используются для улучшения условий работы грунтов как ограждающие
элементы в основания сооружений
Шпунт погружают через толщу слабых грунтов в относительно плотный грунт.
И на песчаной подсыпке (дренирующий слой) в сопряжении со шпунтовым
ограждением устраивается сооружение.
Такое технической решение исключает возможность выпирания грунта в
сторону из-под фундамента, т.е. увеличивает его несущую способность, за счет
того, что грунт приводит к уменьшению осадок.
Рис.1. Усиление основания с помощью шпунтового ограждения:
1 – фундамент; 2 – слабый грунт; 3 – шпунтовое ограждение; 4 – плотный грунт; 5 – песчаная подушка
(дренирующий слой)
56
Рис.2. Армировании грунта в искусственном основании фундамента (а), при устройстве насыпи (б), при
воздействии засыпок (в):
1 – фундамент; 2 – армирующие элементы; 3 – песчаная подушка; 4 – насыпь; 5 – подпорная стенка; 6 –
призма обрушения.
8.2.3. Армирование грунта
Метод армирования грунта заключается в введении в него специальных,
армирующих элементов, уменьшающих его сжимаемость и увеличивающих его
прочность. Армирование производится в виде лент или сплошных матов,
выполненных из геотекстиля. Реже используется металлическая арматура (см.
рис. 12.2). Армирующие элементы должны обладать достаточной прочностью и
обеспечивать необходимое зацепление с грунтом, для чего их поверхность
делается шероховатой.
8.2.4. Боковые пригрузки
Устройством пригрузок основания и низовой части откосов можно повысить
устойчивость откосов, а также основание грунта под ее подошвой. Пригрузки
выполняются из крупнообломочных или песчаных грунтов
Рис.3. Увеличение устойчивости насыпи на слабых грунтах методом боковой пригрузки:
1 – слабый грунт; 2 – боковая пригрузка; 3 – насыпь.
8.3. Уплотнение грунтов
Методы уплотнения грунтов подразделяют на:
- поверхностные, когда уплотняющие воздействия прикладываются на
поверхности и приводят к уплотнению сравнительно небольшой толщи грунтов
- глубинные, когда уплотняющие воздействия передаются значительные по
глубине участки грунтового массива.
→ Поверхностное уплотнение производится
 укаткой;
 трамбовкой;
 вибрационными механизмами (виброуплотнением)
 подводными взрывами;
57
 вытрамбовыванием котлованов.
→ К методам глубинного уплотнения относят
 устройство песчаных, грунтовых и известковых свай
 глубинное виброуплотнение
 уплотнение статической пригрузкой в сочетании с устройством
вертикального дренажа
 водопонижение
 глубинные(камуфлетные взрывы зарядов ВВ или электровзрывы)
Любые уплотнение можно производить только до определенного предела (до
отказа), после достижения которого дальнейшее воздействие не производят к
заметному уплотнению
Оптимальная влажность – влажность соответствующая наилучшему
уплотнению грунта. Она определяется в приборе стандартного уплотнения
(прибор Проктора)
8.3.1. Укатка и вибрирование
Уплотнение укаткой производится самоходными и прицепными катками на
пневматическом ходу, гружеными скреперами, автомашинами, тракторами.
Помимо
укатки
используют
виброкатки
и
самопередвигающиеся
вибромашины. Укаткам можно уплотнить грунты только на очень небольшую
глубину, поэтому этот метод в основном применятся при послойном
возведении грунтовых подушек, планировочных насыпей, земляных
сооружений, при подсыпке оснований под полы. Уплотнение достигается
многократной проходкой уплотняющих механизмов. Влажность грунтов при
этом должна соответствовать оптимальной.
За уплотненную зону hсom принимают толщу грунта, в пределах которой
плотность скелета грунта ρd не ниже заданного в проекте или допустимого её
минимального значения. Уплотнение оптимальной толщины уплотняемого слоя
грунта и числа проходов используемых механизмов производится на основании
опытных работ.
58
Метод
Каток
Мощность уплотняемого слоя hcom
0.1...0.25м
0.2...0.35м
0.2...0.35м
Виброплита
0.5...0.7м
При ограниченном фронте работ
8.3.2. Трамбовка
-Ручные легкие трамбовки (при ограниченном фронте работ)
-Тяжелые трамбовки
hcom =10...15cм
Рис.4.Ручные легкие трамбовки
Трамбовка вес
2-15тонн
h =5...10м
59
Сталь. лист
(8...20мм)
Рис. 5.Тяжелые трамбовки
Тяжелая трамбовка изготавливается из ж/б и имеет в плане форму круга или
многоугольника (>8 сторон). Применяется для уплотнения всех видов грунтов в
природном залегании (пылевато-глинистых при Sr<0,7), а также искусственных
оснований и насыпей.
Рис.6. Схема поверхностного уплотнения грунта тяжелой трамбовкой.
1-уплотняемая полоса; 2-полоса перекрытия; 3-уплотняемая полоса; 4-место стоянки экскаватора; 5-ось
проходки экскаватора; 6-трамбовка.
10
N
(число ударов)
по одному следу
20
30
40
50
60
h=соnst
отказ
(для глин: 1...2см
для песков: 0,5...1,0см)
h1
h2
разница
осадок h (мм)
Рис.7. График зависимости разницы осадок от числа ударов трамбовкой..
60
N
(число ударов)
Smax
общая осадка
S мм
Рис. 8. График зависимости осаки от числа ударов трамбовкой..
  kc  d тр
hcom
k c - коэффициент
d тр - диаметр трамбовки
Пески, супеси: k c =1,8
Суглинки, глины: k c =1,5
Имеется опыт применения сверхтяжелых трамбовок весом >40т,
сбрасываемых с высоты до 40м.
Часто уплотнение производится до определенной степени плотности,
выражаемой через коэффициент уплотнения kcom , равный отношению
заданного или фактически полученного значения плотности скелета
уплотненного грунта  d ,com к его максимальному значению по стандартному
уплотнению  d ,com , т.е. kcom =  d ,com /  d ,max .
При этом kcom принимают ≈ 0,92…0,98
Трамбование производится с перекрытием следов (рис.8.8.)
8.3.3. Подводные взрывы
применяются для уплотнения рыхлых песчаных грунтов или макропористых
просадочных. Наибольший эффект при Sr=0,7…0,8
Обваловка
≥1,0 м
0,3 м...0,4м
h ≥1,5 м
h < 1,5 м
Сетка 0,8 *0,8...1,2 * 1,2м
заряды ВВ
Рис.9. Схема уплотнения рыхлых песчаных грунтов подводными взрывами
За счет энергии взрыва уплотнение происходит примерно на h=0,3…0,5(м),
hобщ=1…4(м).
61
Суть метода заключается в использовании энергии взрыва, производимого в
водной среде, для разрушения структуры и уплотнения грунтов.
Водная среда, с одной стороны, обеспечивает более равномерное
распределение уплотняющего взрывного воздействия по поверхности грунта, с
другой стороны – гасит энергию взрыва, направленную вверх.
8.3.4. Вытрамбовывание котлованов
Метод заключается в образовании в грунтовом массиве полости путем
сбрасывания в одно и то же место трамбовки, имеющей форму будущего
фундамента. Затем полость заполняется бетонной смесью.
Метод эффективен тем, что во время вытрамбовывания, грунт вокруг
образуемой полости уплотняется, за счет чего увеличивается несущая
способность основания и снижается деформируемость, а сооружение
монолитной фундаментной конструкции не требует применения опалубки.
Рис.10. Схемы устройства методом вытрамбовывания котлованов фундаментов с плоской подошвой (а), с
заостренной подошвой обычного типа (б) и с уширенным основанием (в):
1 – стакан для установки колонны; 2 – фундамент; 3 – зона уплотнения; 4 – втрамбованный жесткий
грунтовый материал
Вытрамбовывание выполняют путем сбрасывания трамбовки весом 1,5…10т
(до 15т) по направляющей мачте с высоты 3…8(м) в одно место. (≈10…20
ударов)
Трамбовку изготавливают из листовой стали толщиной 8…10(мм) в форме
будущего фундамента и заполняют ее бетоном до заданной массы.
Такой способ устройства фундаментов позволяет сократить объем земляных
работ в 3…5 раз, практически полностью исключить опалубочные работы,
снизить расход бетона в 2…3 раза, металла в 1,5…4 раза, а стоимость и
трудоемкость уменьшить в 2…3 раза.
 d ,max  16,5...17,5(кН / м 3 )
8.3.5. Песчаные сваи
применяются для уплотнения сильно сжимаемых пылевато-глинистых грунтов,
рыхлых песков, заторфованных грунтов на глубину до 18…20(м).
62
Рис.11. Схема устройства песчаных свай:
а – погружение обсадной трубы; б – извлечение обсадной трубы и засыпка скважины песком; в – схема
песчаной сваи; 1 – обсадная труба; 2 – самораскрывающийся наконечник; 3 – песчаная свая; 4 – зона
уплотнения
Применяется также метод « свая в сваю». Суть его заключается в том, что
после того, как инвентарная труба извлечена из грунта, створки наконечника
закрывают, и труба повторно погружается в тело уже устроенной сваи
(получается погрузить до 0,8hсв), снова засыпается порцией песка, и труба
постепенно извлекается.
Получившиеся песчаные сваи, помимо уплотнения грунта, играют роль
вертикальных дрен, за счет чего существенно ускоряется процесс консолидации
водонасыщенных глинистых оснований.
Сваи размещают обычно в шахматном порядке с пересечением зон
уплотнения.
Рис.12. Схема размещения песчаных свай в плане:
1 – песчаная свая; 2 – зона уплотнения
Грунтовые сваи
применяются для уплотнения и улучшения строительных свойств просадочных
макропористых и насыпных пылевато-глинистых грунтов на глубине до 20(м).
Суть метода: устраивается вертикальная скважина (полость) путем
погружения металлической трубы (пробойника) d≈40(см), которая затем
засыпается местным грунтом с послойным уплотнением.
В
результате
образуется
массив
уплотненного грунта, характеризующийся
повышенной прочностью и более низкой
сжимаемостью, в просадочных грунтах
r=1,5...3,5м
устраняются просадочные свойства.
63
Зона уплотнения
Рис.13. Схема размещения грунтовых свай в плане:
Рис.14. Схема устройства грунтовых свай способом сердечника:
а – образование скважины забивкой инвентарной сваи; б – извлечение инвентарной сваи; в – заполнение
скважины грунтом с трамбованием; 1 – инвентарный башмак; 2 – сердечник; 3 – молот; 4 – трамбовка; 5 –
уплотненный грунт заполнения
Рис.15. Схема образования скважин энергией взрыва:
а – устройство скважины – шпура; б – скважина – шпур, подготовленная к взрыву; в – готовая скважина; 1 –
башмак; 2 – буровая штанга; 3 – наголовник; 4 – молот; 5 – деревянный брусок для подвески заряда; 6 –
детонирующий шнур; 7 – заряд ВВ
Известковые
сваи
применяются
для
глубинного
уплотнения
водонасыщенных глинистых и заторфованных грунтов. Устраивают их также
как грунтовые или песчаные сваи.
Пробуренную скважину dскв=320…500(мм) (или с обсадной инвентарной
трубой) заполняют негашеной комовой известью трамбованием.
Негашеная известь (при взаимодействии с поровой водой) гасится и в
процессе гашения увеличивается в объеме. Общее увеличение объема сваи (за
счет трамбования и гашения ) составляет 1,6…2 раза.
64
Температура тела сваи при гашении достигает 160 0...300 0 С . Соответственно
происходит частичное испарение поровой воды, в результате чего уменьшается
влажность грунта (осушение примыкающей зоны) и ускоряется уплотнение.
Также происходит физико-химическое закрепление грунта в зонах
примыкающих к поверхности сваи, увеличиваются прочностные и
деформационные характеристики грунта.
Стоимость известковых свай довольно низкая, поэтому они относятся к
одним из самых дешевых способов улучшения свойств слабых
водонасыщенных оснований.
8.3.6. Глубинное виброуплотнение
Применяют для уплотнения рыхлых песчаных грунтов естественного
залегания, а также при укладке насыпных несвязных грунтов, устройстве
обратных засыпок и т.п.
Рис.16. Схема виброустановки ВУУП – 6:
1 – вибропогружатель В – 401; 2 – трубчатая штанга; 3 – стальные ребра
При вибрации в сыпучих грунтах связь между частицами нарушается, и они
начинают перемещаться под действием инерционных сил вибрации и сил
тяжести. В результате грунты уплотняются.
65
вибробулава
сопла(вода)
h =8...10м
Рис.17. Схема уплотнения вибробуловой
Эффективность уплотнения повышается при подаче в зону уплотнения воды
(гидровиброуплотнение – подача воды через сопла в вибробулаве). Достигают
уплотнения до  d ,max  17...18(кН / м 3 ) .
Существует два основных способа виброуплотнения:
 В первом способе уплотнение происходит при погружении в песок
вибратора (вибробулавы).
(Уплотнение рыхлых песков мощностью до 8…10м)
 Второй
способ заключается в погружении в грунт стержня с
прикрепленным к его голове вибратором.
8.3.7. Предварительное уплотнение оснований статической
нагрузкой
Используют для уплотнения (улучшения строительных свойств) слабых
водонасыщенных пылевато-глинистых грунтов и торфов, но на небольших
площадках.
резервуар
насыпь
из местных
материалов
дренирующий
слой
уплотнение
Рис.18. Схема уплотнения статической нагрузкой
Нельзя передавать большую нагрузку моментально, иначе произойдет выпор.
 пред    tg  c
   пред

- эффективное давление
  u
66
При

t=∞; при u t=0
Давление под насыпью должно быть не менее давления будущего
сооружения, т.к. высота насыпей ограничена, этот метод как правило
применяют при строительстве сооружений, передающих относительно
небольшие давления на основание – это малоэтажные здания, ж/д полотна,
автодороги, взлетно–посадочные полосы, резервуары и т.п.
Т.к. при использовании этого метода при уплотнении слабых грунтов
мощностью > 10м требуется длительное время (для завершения процессов
консолидации и стабилизации осадок). Для ускорения процесса уплотнения
используют вертикальные дрены различных конструкций:
 Песчаные дрены
 Бумажные комбинированные дрены и др.
также применяют электроосмос
дренирующий
слой
h до 30м
насыпь
плотный грунт
h до 2,5 м
h - высота уплотняемой зоны
(длина пути фильтрации)
Рис.19. Схема уплотнения грунтов с помощью вертикальных дрен
Время уплотнения грунтов t обратно пропорционально коэффициенту
фильтрации Кф и квадрату высоты зоны уплотнения - h 2 .
t=f (Кф; h 2 ) – за счет изменения Кф многократно уменьшается время.
Технология устройства вертикальных песчаных дрен аналогична технологии
изготовления песчаных свай.
Бумажные комбинированные дрены имеют поперечное сечение 4×100 мм и
состоят из полимерного жесткого ребристого сердечника и фильтрующей
оболочки.
Дрена вводится в грунт в обсадной трубе прямоугольного сечения
статическим вдавливанием (на глубину до 20м) их шаг 1,5 – 3,0м (для
песчаных) и 0,6 – 1,5м (для бумажных комбинированных).
8.3.8. Уплотнение грунта водопонижением
Метод эффективен при уплотнении водонасыщенных грунтов (лучше мелкие
или пылеватые пески) на больших площадях.
67
коллектор
до
иглофильтр
γ
▼ WL
дипрессионная
нагрузка
до
γвзв
▼WL
после
P  w h
σ
σ
после
Рис.20. Схема уплотнения грунтов с помощью водопонижения иглофильтрами
Для этого площадку, на которой предполагается уплотнить грунт, окружают
(протыкают) иглофильтрами при Кф=0,05…0,002 см/с или при Кф<0,002 см/с –
ижекторные иглофильтры (понижение УГВ до глубины 25м) или с помощью
электроосмоса.
Понижение УГВ приводит к снятию взвешивающего действия воды на скелет
грунта. В объеме грунта возникает дополнительная массовая сила равная
разнице    взв , которая вызывает уплотнение грунтового массива.
8.4. Химическое закрепление грунтов
Базируется на искусственном преобразовании строительных свойств грунтов
(создание более прочных связей между частицами) в условиях их естественного
залегания разнообразными физико-химическими методами.
Это достигается за счет инъецирования в грунт и последующего твердения
определенных реагентов. Важным условием применимости инъекционных
методов закрепления является достаточно высокая проницаемость грунтов.
8.4.1 Цементация
Метод служит для закрепления (упрочнения) насыпных грунтов,
галечниковых отложений, средних и крупнозернистых песков (сухих и
влажных при Кф>80 м/сутки). Так же используют для заполнения карстовых
пустот, закрепления и уменьшения
водопроницаемости трещиноватых
скальных грунтов.
1...1,5м
перфорированные
звенья е=0,5...1,5м
труба
d=25...100мм
Рис.21.Схема цементации
Цементный раствор нагнетаемый в грунт имеет
В/Ц отношение 0,4…1,0 , часто в раствор
68
добавляют песок.
Применяют забивные инъекторы – тампоны, опускаемые в пробуренные
скважины. Цементация возможна и в водонасыщенных грунтах, но там где вода
стоячая; если есть течение, то цементный раствор уносит.
Метод цементации применим также для усиления конструкций самих
фундаментов. Для этого в теле фундамента пробуривают шпуры, через которые
в материал или кладку фундамента под высоким давлением нагнетается
цементный раствор.
8.4.2 Силикатизация
Применяется для химического закрепления песков с Кф=0,5…80 м/сут,
макропористых глинистых просадочных грунтов с Кф=0,2…2 м/сут (лессы), и
отдельных видов насыпных грунтов.
Рис.22.Схема закрепления методом силикатизации оснований фундаментов (а), защиты фундаментов зданий
при строительстве подземных сооружений (б) ,при возведении зданий (в):
1 – фундамент; 2 – инъекторы; 3 – зоны закрепления; 4 – строящееся подземное сооружение; 5 –
существующий тоннель; 6 – строящееся здание
Сущность метода заключается в нагнетании в грунт силиката Na в виде
раствора (жидкое стекло), которым заполняется поровое пространство. При
соответствующих условиях (при наличии отвердителя), раствор переходит в
гелеобразное состояние, затвердевая со временем. Создаются новые связи
между частицами, что приводит к увеличению прочности уменьшению
сжимаемости грунта.
Силикатизация:
 однорастворная (лессовый грунт)
 двухрастворная (пески)
-Особенностью силикатизации лессов является то, что в состав этих грунтов
входят соли, выполняющие роль отвердителя жидкого стекла. Процесс
закрепления происходит мгновенно, достигаемая прочность составляет 2МПа и
более. Закрепление водоустойчиво, что обеспечивает ликвидацию просадочных
свойств лессов.
- Двухрастворный способ заключается в следующем. В грунт погружаются
инъекторы (трубы d=38мм) с нижним перфорированным звеном, длиной
0,5…1,5м. Через них в пески нагнетается раствор силиката натрия под
давлением 1,5 МПа. Через соседнюю трубу, погруженную на расстоянии
15…25см, нагнетают раствор хлористого кальция.
69
Иногда оба раствора начинают поочередно через один и тот же инъектор
(первый раствор при его погружении, второй раствор при извлечении).
Регулируя состав отвердителя можно в широких пределах варьировать время
гелеобразования (от 20…30мин. до 10…16ч.). На полное твердение геля
требуется 28 дней.
Увеличение времени гелеобразования необходимо в малопроницаемых
грунтах, где для обеспечения необходимого радиуса закрепления требуется
длительное время на проникновение раствора.
8.4.3 Смолизация
– закрепление грунтов смолами.Сущность метода заключатся во введении в
грунт высокомолекулярных органических соединений типа карбамидных,
фенолформальдегидных и других синтетических смол в смеси с отвердителями
– кислотами, кислыми солями.
Через определенное время в результате взаимодействия с отвердителями
смола полимеризуется.
Время гелеобразования 1,5…2,5 часа, полное упрочнение происходит после
двух суток. Смолизация эффективна в сухих и водонасыщенных песках с
Кф=0,5-25 М/сут.
Достигаемая прочность колеблется в пределах 1…5 МПа и зависит в
основном от концентрации смолы в растворе.
Организация работ аналогична силикатизации.
Радиус закрепленной зоны составляет 0,3…1,0м и зависит от Кф.
Метод относится к числу дорогостоящих.
8.4.4 Глинизация и битумизация
Глинизацию применяют для уменьшения водопроницаемости песков. Через
инъекторы в песок нагнетается водная суспензия бетонитовой глины с
содержанием монтмориллонита ≥60%. Глинистые частицы, выпадая в осадок,
заполняют поры песка, в результате чего его водопроницаемость снижается в
несколько порядков.
Битумизацию применяют в основном для уменьшения водопроницаемости,
закрепления трещиноватых скальных пород, при подземном течении вод.
Через скважины в скальный массив нагнетается расплавленный битум (или
специальные его эмульсии). Происходит заполнение трещин и массив
становится практически водонепроницаемым.
8.4.5 Термическое закрепление грунтов (обжиг)
Применяют для упрочнения сухих макропористых пылевато-глинистых
грунтов, обладающих газопроницаемостью (лессы).
70
Сущность: через грунт в течение нескольких суток (5…12 суток) пропускают
раскаленный воздух или газы. Под действием высокой температуры (t≈800˚C)
отдельные минералы, входящие в состав скелета, оплавляются. В результате
этого образуются прочные водостойкие структурные связи между частицами.
При обжиге грунты теряют большую часть химически связанной воды, что
уменьшает просадочность, размокаемость, способность к набуханию. В
результате термической обработки получается упрочненный конусообразный
массив грунта d поверху 1,5…2,5м понизу 0,2…0,4м глубина 8…10м.
Рис.23. Схемы термического закрепления грунтов при сжигании топлива в устье скважины (а) и при
передвижении камеры сгорания вдоль скважины (б):
1 – трубопровод для жидкого топлива; 2 – то же, для воздуха; 3 – форсунка; 4 – затвор с камерой сгорания; 5
– скважина; 6 – просадочный лессовый грунт; 7 – зона термического закрепления; 8 – гибкий шланг; 9 –
натяжное устройство; 10 – жароизолирующий материал
Применяется и другая технология, позволяющая сжигать топливо в любой по
глубине части скважин. В результате образуются грунтовые массивы
(термосваи) постоянного сечения. Сроки обжига в этом случае несколько
сокращаются, упрощается технология работ.
Прочность обожженного массива R≈100 кг/см 2
Тема 9
9.1. Защита фундаментов от подземных вод и сырости
Необходимость защиты вызвана тем негативным воздействием, которое они
оказывают на состояние строительных конструкций (появление на внутренней
стороне стен сырости, плесени, отслоение краски, отсыпание штукатурки,
ухудшение санитарных условий подвала за счет повышенной влажности;
сырость может по капиллярам конструкций распространиться и выше в нижние
этажи зданий и т.д. и т.п.).
Три основные группы способов защиты заглубления помещений от
вредного воздействия подземных вод и сырости:
 Отвод дождевых и талых вод;
 Устройство дренажей для осушения грунта;
71
 Применение гидроизоляции.
Выбор способа защиты зависит от топографических, гидрогеологических
условий, сезонного колебания УПВ, агрессивности вод, конструктивных
особенностей заглубленных помещений.
9.2. Отвод дождевых и талых вод
1. Вдоль наружных стен зданий обязательно устраивают отмостку с
уклоном в сторону от сооружения.
i
Рис.1. Схема отмостки
2. Осуществляется вертикальная планировка территории застройки
(придание местности определенных уклонов).
3. Устройство системы водоотливных канав, ливневой канализации и т.п.
13.3. Дренаж
Это система дрен и фильтров, которая служит для перехвата, сбора и
отвода подземных вод от сооружения.
Дренажи могут устраиваться как для одного здания (кольцевой дренаж),
так и для комплекса зданий (систематической дренаж), что более экономично,
за счет меньшей протяженности.
Виды дренажей:
 Траншейные;
 Закрытые беструбчатые;
 Закрытые трубчатые;
 Галерейного типа;
 Пластовый + пристенный.
1. Траншейные дренажи.
(открытые дренажи и канавы).
72
Рис.2.Схема траншейного дренажа
Являясь эффективным средством водопонижения (отвода вод), они в тоже
время занимают большие площади, осложняют устройство транспортных
коммуникаций и требуют больших затрат для поддержания их в рабочем
состоянии.
2. Закрытый беструбчатый дренаж – траншея, заполненная фильтрующим
материалом (гравий, щебень, камень) от дна до уровня подземных вод.
Предназначен для недолговременной эксплуатации (период пространства работ
нулевого цикла).
73
Рис.3. Виды дренажей:
а - закрытый беструбчатый; б – трубчатый совершенного типа; в – трубчатый
несовершенного типа; г – дренажная галерея; 1 – дерн корнями вниз; 2 – уплотненная глина;
3 - дерн корнями вверх; 4 – обратная засыпка из метного песчаного грунта; 5 – щебень; 6 –
каменная кладка; 7 – глинобетонная подушка; 8 – песок средней крупности; 9 – труба; 10 –
водоупор; 11 – обделка из сборных железобетонных элементов; 12 – дренажная засыпка; 13
– отверстия для воды.
3. Трубчатый дренаж – дырчатая труба (перфорированная) с обсыпкой
песчано-гравийной смесью или с фильтровым покрытием из волокнистого
материала.
4. Галерейный дренаж – применяют в ответственных сооружениях и там,
где большой приток воды.
5. Пластовый дренаж – слой фильтрующего материала, уложенный под всем
сооружением. Вода из него отводится с помощью обычных трубчатых дрен.
Состоит, как правило, из двух слоев:
 Нижний (h ≥ 100 мм) – песок средней крупности;
 Верхний (h ≥ 150 мм) – щебень или гравий.
Рис.4. Пластовый дренаж:
1 – уровень подземных вод; 2 – защищаемое заглубленное помещение; 3 – пристенный
дренаж; 4 – песчаный слой; 5 – защитное покрытие щебеночного слоя; 6 – песчаногравийный или щебеночный слой; 7 – труба.
 Часто при защите отдельных зданий пластовый дренаж сочетается с
пристенным (сопутствующим) дренажом – вертикальный слой из
проницаемого материала, устраиваемый с наружной стороны фундамента
и заглубляемый ниже его подошвы.
При неглубоком залегании водоупора и слоистом основании иногда
достаточно устройства только одного пристенного дренажа.
 Собираемые воды отводятся и сбрасываются в водоемы, дождевую
канализацию или другие специальные места.
→ Гидроизоляция предназначена для обеспечения водонепроницаемости
сооружений (антифильтрационная гидроизоляция), а также защиты от коррозии
и разрушения материалов фундаментов при физической или химической
агрессивности подземных вод (антикоррозионная гидроизоляция).
1). Простейший случай – защита от капиллярной влаги.
74
На высоте 15-20 см от верха отмостки по выровненной горизонтальной
поверхности стен устраивают непрерывную водонепроницаемую прослойку из
1…2 слоев рулонного материала на битумной мастике (рис.7.5.)
Рис.5. Изоляция стен от сырости и капиллярной влаги:
а – стена бесподвального здания; б – стена подвального помещения; 1- цементный раствор или рулонный
материал; 2 – обмазка битумом за два раза.
2). Если уровень грунтовых вод находится ниже пола подвала, то для защиты
фундаментов применяют изоляцию от сырости.
Для этого с наружной поверхности заглубленных стен осуществляется
обмазка горячим битумом за 1…2 раза и прокладываются рулонная изоляция в
стене на уровне ниже пола подвала.
3). Если УГВ выше отметки пола подвала, то гидроизоляцию осуществляют в
виде сплошной оболочки, защищающей заглубленное помещение снизу и по
бокам.
Выполняется из рулонных материалов с не гниющей основой (гидроизол,
стеклорубероид, металлоизол, толь и т.п.) – оклеечная гидроизоляция.
- Вертикальная гидроизоляция наклеивается, как правило, с наружной стороны
фундамента, т.к. в этом случае под действием напора подземных вод изоляция
просто прижимается к изолируемой поверхности.
Для предохранения изоляции от механических воздействий (например,
при обратной засыпки) снаружи ее ограждают защитной стенкой из кирпича,
бетона или блоков. Зазор между стенкой и гидроизоляцией заполняют жидким
цементным раствором.
Рис.6. Гидроизоляция подвальных помещений:
а – при небольших напорах подземных вод; б, в – при больших напорах подземных вод; 1 – защитная
стенка; 2 – уровень подземных вод; 3 – битумная обмазка; 4 – цементный раствор или рулонный материал; 5
– рулонная изоляция; 6 – защитный цементный слой; 7 – бетонная подготовка; 8 – цементная стяжка; 9 –
железобетонное ребристое перекрытие; 10 – железобетонная коробчатая канструкция
- Горизонтальная гидроизоляция наклеивается на выровненную цементной
стяжкой поверхности подготовки и защищается сверху цементным или
асфальтовым слоем t=3…5см.
75
 Гидростатической давление воды при УГВ до 0,5м выше пола подвала
компенсируются весом конструкции пола.
 Если УГВ выше отметки пола подвала более чем на 0,5 м, то применяют
специальные конструкции (заделанные в стены ж/б плиты, специальной
плиты с упорами в стены здания и т.п.).
 В любом случае гидроизоляция должна устраиваться на высоту
превышающую максимальную отметку УГВ на 0,5м.
4). Защита от коррозии.
- При слабоагрессивных водах делают глиняный замок из хорошо перемятой и
плотоноутрамбованной глины по всей высоте защитной стенки и с боков
фундаментов.
Рис.7. Изоляция фундаментов от агрессивных подземных вод:
1 – глиняный замок из перемятой глины; 2 – обмазка битумом за три раза; 3 – защитная стенка; 4 – рулонная
изоляция; 5 – чистый пол; 6 – железобетонное перекрытие; 7 – защитный слой; 8 – цементная стяжка; 9 –
щебеночная или гравийная подготовка на битуме.
- При более агрессивных водах до устройства глиняного замка поверхность
защитной стенки и фундаментов покрывают за 2 раза битумной мастикой или
оклеичной изоляции из битумных рулонных материалов.
Снизу фундамента и под полом подвала изоляция имеет более сложную
конструкцию.
- На ряду с антикоррозионной изоляцией фундаменты защищают за счет
применения более стойких к данному виду агрессивности цементов
(сульфатостойкие и т.п.), а также плотных бетонов.
Тема 10
10.1. Проектирование котлованов
 Котлованами называют выемки различные по глубине, но с достаточно
большими размерами в плане, устраиваемые в грунте и предназначенные
для различных целей: устройство фундаментов, монтажа подземных
конструкций и оборудования, прокладки туннелей и коммуникаций и т.п.
 Выемки, имеющие малую ширину и большую длину, называют
траншеями, а имеющие малые размеры в плане и большую глубину –
шахтами.
76
- Проект котлована является составной частью общего проекта здания или
сооружения и включает в себя:
- чертеж котлована;
- указания по производству и организации работ;
- защитные мероприятия.
 Чертеж
учитываются: в плане
1. возможность производства работ;
2. возможность устройства опалубки;
3. размещение крепления стенок котлована;
4. размещение водопонижающих установок;
5. глубина в основном определяется заложением фундамента (с учетом
песчаной подушки, пласт. дренажа и т.п.)
 Указывают:
- горизонтальную и вертикальную привязку котлована к местности;
- основные оси;
- размеры поверху и понизу;
- абсолютные отметки дня и заглублений;
- заложение откосов – i
 Защитные мероприятия
Их целью является сохранение природной структуры грунтов в основании
возводимых фундаментов (т.е. дня котлована) и обеспечении устойчивости
стенок котлована на все время производства строительных работ.
Необходимость сохранения природной структуры грунтов объясняется тем,
что ее нарушение в процессе работ нулевого цикла сопровождается, как
правило, ухудшением строительных свойств основания.
Требования по сохранению природной структуры основания:
- Не допускать скапливание на дне котлована воды (замачивания), т.к. оно
ухудшает свойства грунтов предусматриваются специальные меры для защиты
котлована от обводнения.
- Не допускать промерзания дна котлована в зимний период работ, т.к.
большинство в зимний период работ, т.к. большинство грунтов обладает
пучинистыми свойствами. Для этого, дно котлована покрывают слоем шлака
или другого аналогичного по свойствам материала.
- Не допускать механического воздействия на дно котлована. Для этого
котлован механизированной техникой недокапывают на 20…30 см.
Оставшийся грунт аккуратно снимают лопатами.
- Устройство фундаментов необходимо выполнить по возможности быстрее,
особенно в дождливый и зимний периоды строительства.
Требования к устойчивости стенок котлована.
- Конструкции крепления стенок или откосов котлованов должны
воспринимать все нагрузки от давления грунта и подземных вод и защищать
его от их оползания или обрушения.
77
- При разработке котлованов и траншей в непосредственной близости и ниже
уровня заложения примыкающих сооружений необходимо принятие
специальных мероприятий против развития осадок и деформаций
близкорасположенных сооружений:
 это забивка шпунтовой стенки;
 закрепление грунтов основания;
 подводка нового фундамента.
10.2. Обеспечение устойчивости стенок котлованов
В зависимости от глубины котлована, грунтовых условий и УГВ,
котлованы устраивают либо с естественными откосами либо применяют те или
иные методы их крепления.
10.2.1 Котлованы с естественными откосами
Устраивают в сухих и маловлажных устойчивых грунтах.
Если высота котлована hк≤5 м, то заложение откоса (отношение hк/b)
определяется по таблицам в зависимости от вида грунта.
Если высота hк>5 м, то необходим расчет крутизны откоса.
 Такие котлованы наиболее просты, однако при этом резко увеличивается
объем земляных работ, особенно при глубоких котлованах. Кроме того в
естественных условиях города отрывка котлована с естественным
откосом далеко не всегда возможна (близко расположенные здания)
10.2.2 Котлованы с вертикальными стенками
могут быть: - с креплением
- без крепления
Без крепления допускается только в сухих и маловлажных устойчивых грунтах
на непродолжительный срок. Глубина таких котлованов не должна превышать:
 в песках до 0,5 м
 в супесях до 1,0 м
 в суглинках и глинах до 3х м
Конструкции креплений котлованов выбирают в зависимости от следующих
условий:
 глубина котлована;
 свойств грунтов;
 УГВ;
 срок службы крепления.
В зависимости от этих условий подбираются следующие конструкции
крепления:
78
 закладные крепления;
 анкерные или подкосные крепления;
 шпунтовые ограждения.
10.2.3. Закладные крепления
Устраивают при глубине котлована до 2…4 м в сухих и маловлажных
грунтах. Закладное крепление состоит из стоек, распорок и горизонтальных
досок (забирки), которые заводят за стойки снизу по мере углубления
котлована или траншеи, а стойки постепенно заменяют на более длинные
тщательно раскрепляя их распорками.
Рис.1. Крепление вертикальных стенок выемок:
а, б – закладное; в – анкерное; г – подкосное; 1 – стойка; 2 – доски; 3 – распорка; 4 – свайка; 5 –
стяжка; 6 - подкос
Более удобное крепление не требующее замены стоек по мере
заглубления выемки, состоит из предварительно забитых в грунт двутавровых
стальных балок, за полки которых постепенно закладываются доски.
10.2.3. Анкерные и подкосные крепления
Устраивают в тех случаях когда исключается возможность установки распорок
(широкий котлован, так же если распорки мешают возведению фундамента).
Для устройства анкерных креплений вдоль стенки котлована забивают
наклонные свайки, которые соединяют анкерными тягами со стойками
крепления.
В подкосном креплении стенки удерживаются подкосами передающими
сдвигающие усилия на упор, забиваемый у них основания.
10.2.4. Шпунтовые ограждения
79
Служат для крепления вертикальных стен котлована при глубине более 4-х
метров, а также при любой глубине, но при уровне подземных вод выше дна
котлована.
Шпунтовые ограждения состоят из отдельных элементов (шпунтин), которые
погружаются в грунт еще до отрывки котлована и образуют сплошную стену
предотвращающую сползание грунта и проницание воду в котлован.
Рис. 2. Деревянное шпунтовое ограждение:
а – из досок; б – из брусьев; в – нижний конец деревянной шпунтины
Шпунты могут выполняться из:
- дерева;
- стали;
- ж\б
→ Деревянные шпунтовые ограждения применяют для крепления неглубоких
котлованов (3…5 м) (рис. 7.9.) может быть:
- дощатым (толщина до 8…10см)
- брусчатым (t от 10 до 24 см)
Длина шпунтин определяется глубиной их погружения, но, как правило,
не превышает 8 м, поскольку более длинный дорогой и дефицитный.
Для полного смыкания шпунтин их снабжают гребнем или пазом, а нижний
конец делают с односторонним заострением, за счет чего погружаемая
шпунтина прижимается к уже погруженной, что делает стенку более плотной.
Дополнительному уплотнению соединения шпунтин способствует и
постепенной разбухание древесины в воде.
Деревянное шпунтове ограждение отличает простота изготовления, однако есть
ограничения его применения:
- невозможность забивки шпунтин в плотные грунты;
- небольшая длина шпунтин (6…8 м);
- и относительно малая прочность.
→ Металлический шпунт применяют при глубине более 5…6 м. За счет своей
конструкции (рис. 7.10.) он обладает большой прочностью и жесткостью.
80
Рис.3. Профили прокатного стального шпунта:
а – плоский; б – корытный; в – Z-образный
Он состоит из прокатного профиля l=8…24 м.
- плоской;
- корытной;
} при больших изгибающих моментах
- Z-образной формы
Связь между шпунтинами по вертикали осуществляется при помощи «замков».
Конструкция замков обеспечивает плотное и прочное соединение шпунтин
между собой. Остающиеся зазоры в замках, быстро заливаются и
металлическая шпунтовая стенка становится практически водонепроницаемой.
Железобетонный шпунт применяют при постройке набережных, причальных и
гидротехнических сооружений, или в тех случаях когда шпунт в дальнейшем
используются как часть конструкции.
Ж/б шпунт
Сплошной ж/б ряд свай (забивных или буронабивных)
Разрешенный ряд свай в глинистых грунтах.
Конструкции шпунтовых стенок:
- без креплений (консольные);
- с распорным креплением;
- с грунтовыми анкерами.
Применение креплений распорного и анкерного типа увеличивает устойчивость
шпунтовой стенки, уменьшает возникающие изгибающие моменты и ее
горизонтальные смещения, что позволяет делать стенки более легкими.
Рис.4. Схемы шпунтовых ограждений:
а – консольное; б – с распорным креплением; в – с анкерным креплением; 1 – шпунтовая стенка; 2 – распорка;
3 – обвязка; 4 – анкерная свая; 5 – анкерная тяга.
81
Тема 11
11.1. Защита котлованов от подтопления
 Для защиты котлованов от подтопления используют следующие группы
методов:
- водопонижение;
- противофильтрационные завесы;
- комбинация первых двух методов.
 Выбор той или иной группы методов зависит от:
- вида подземных вод;
- УПВ (УГВ);
- свойств грунтов;
- особенностей их напластования;
- глубины, размеров и формы котлована в плане;
- других факторов.
 Во всех случаях, какой бы способ мы не выбрали, необходимо исключить
нарушение природной структуры грунта в основании, обеспечить
устойчивость откосов котлована и сохранность близко расположенных
зданий.
→ Водопонижение осуществляется с помощью:
- глубинного водопонижения;
- открытого водоотлива
1. Открытый водоотлив – наиболее простой способ. Воду откачивают насосами
непосредственно из котлована. А точнее из устраиваемой на дне котлована сети
канавок глубиной 0,3…0,6 м, по которым вода отводится в приямок (зумпф),
откуда она и откачивается систематически насосами.
- Открытый водоотлив применяют только в малоразмываемых грунтах и
породах (трещиноватые скальные породы, галька, гравий, крупные пески), а
также там, где мало прямого поступления воды.
2. Глубинное водопонижение исключает просачивание подземных вод через
откосы и дно котлована. Он заключается в искусственном понижении УГВ в
районе котлована.
Осуществляется с помощью:
- иглофильтров;
либо
- откачной воды из глубинных трубчатых колодцев (в
случае большого притока воды).
82
Рис.1. Схемы глубинного водопонижения:
а – одноярусное расположение иглофиьлтров; б – то же, многоярусное; 1 – насосная станция; 2 – гибкие
шланги; 3 – коллектор; 4 – иглофильтры; 5 – депрессионная воронка
Иглофильтр состоит из стальной трубы d=38…50 мм, нижнем конце имеется
фильтрующее устройство, через которое производится всасывание и откачка
воды. Фильтр сконструирован так, что обеспечивается невозможностью выноса
частиц.
Возникающее при движении воды (от дна котлована к ИФУ),
гидродинамическое давление способствует уплотнению грунтов а … улучшению их структурных свойств.
 Легкие иглофильтровые установки (ЛИУ) служат для понижения уровня
подземных вод на глубину 4…5 м в песках. При больших глубинах
иглофильтры располагают в несколько ярусов или применяют
специальные эжекторные иглофильтры (водоструйные насосы,
создающие разрежение окло фильтрующего элемента, что способствует
увеличению всасывания), позволяющее понизить УГВ на глубину до 25
м.
- ЛИУ применяют в песках крупной, средней крупности и мелких
- Эжекторные иглофильтры, как более мощные применяют в пылеватых песках
и супесях с kф>0,1 м/сут.
- при грунтах с kф<0,1 м/сут используют специальные методы водопонижения:
→ вакуумирование;
→ электроосушение.
Вакуумирование:
83
У вакуумных скважин устья герметизируются специальными тампонами. Из
скважин откачивается вода и воздух, создается зона вакуума, за счет чего
приток воду увеличивается.
Позволяет откачивать воду при 0,01< kф<0,1 м/сут и до 20 м глубиной.
Электроосушение (электроосмотическое водопонижение)
Применяют в глинистых грунтах с низкой водоотдачей
Этот способ основан на свойстве передвижения воды в глинистых грунтах под
действием постоянного тока (электроосмос).
Стежки и иглофильтры размещают по периметру котлована в шахматном
порядке (рис. 7.13.)
На них подают напряжение U=30…60В.
Вода под действием тока перемещается от анода «+» к катоду «-», грунтовая
вода поступает в иглофильтр и откачивается всасывающим насосом.
Понижение воды возможно до 20 м.
За счет электроосмоса kф резко увеличивается (в десятки, а то и в сотни раз), но
требуется соблюдение соответствующих правил техники безопасности.
Рис.2. Схема электроосмотического водопонижения:
1 – иглофильтр катод; 2 – металлический стержень-анод; 3 – коллектор; 4 – депрессионная кривая
→ Создание противофильтрационных завес.
Используют:
 замораживание (естественное искусственное);
 битумизация;
 шпунтовое ограждение
Замораживание – используется свойство влажных грунтов переходить в
твердое состояние при замерзании.
Рис.3. Схема защиты котлована от затопления подземными водами при помощи замораживания:
1 – водоносный слой грунта; 2 – водоупорный слой грунта; 3 – замораживающая колонка; 4 – цилиндр мерзлого
грунта.
- Естественное замораживание
Котлован вскрывают до УГВ, дают грунту промерзнуть на глубину 20…30см.
Затем срезают верхний слой, оставляя 10…15 см. нетронутого мерзлого грунта.
По мере промерзания грунта эту операцию повторяют до тех пор пока не будет
84
достигнута проектная отметка дна котлована. За счет большой
продолжительности Метод эффективен в географических зонах с
соответствующим климатом.
- Искусственное замораживание (рис. 7.14.)
Применяют при разработке значительных по объему котлованов в
водонасыщенном грунте.
Способ заключатся в создании по периметру котлована льдогрунтовой стенки
(до водоупора) t=-15…-20۫С.
За счет циркуляции раствора амиака по нагруженным с шагом 0,9…1,5 м в
грунт трубам, образуется цилиндры мерзлого грунта, которые смыкаются
между собой, образуя сплошную защитную стенку.
Толщина стенки замороженного грунта зависит от ее назначения:
- от притока подземных вод достаточно иметь толщину 10…15 см;
- как ограждение котлована – расчетом
Работа по замораживанию проводятся в 2 этапа.
1 этап – активное замораживание (40…70 суток) – грунт замораживают
2 этап – пассивное замораживание – поддержание грунта в замороженном
состоянии в течении периода производства работ в котловане.
Следует строго следить за вертикальностью заглубления инжекторов.
Недостаток: В пылевато-глинистых грунтах происходи морозное пучение –
поднятие поверхности грунта с сооружениями, находящимися в зоне влияния.
Еще хуже в процессе отстаивания, т.к. сжимаемость такого грунта
увеличивается, а прочность уменьшается.
Битумизация заключается в подаче (нагнетание) в грунт, обладающий
трещиноватостью (скальные трещиноватые породы) с большим притоком воды,
разогретого до жидкого состояния битума. За счет чего, образуется сплошная
водонепроницаемая стенка.
Наряду с нагнетанием битума используют цементный раствор, или
синтетические смолы.
Нагнетание в грунт какого-либо материала с целью устранения его
водопроницаемости называется тампонажем.
Тема 12
12.1 История архитектуры Москвы
Для внешнего облика города характерна радиально-кольцевая планировка. И по
этим кольцам, как по кольцам на стволе дерева, можно определить возраст
столицы: Китай-город, Белый город (нынешнее Бульварное кольцо), Земляной
город (ныне Садовое кольцо), Московская кольцевая железная дорога
Московская кольцевая автомобильная дорога.
Дороги, которые издревле вели к Москве, со временем превращались в
основные радиальные улицы: дорога на Тверь стала Тверской, на Дмитров Большой и Малой Дмитровками, а от крепостных ворот стали ответвляться все
85
новые и новые улицы, образуя пучки городских магистралей.
По мере развития города вокруг Кремля возводились новые укрепления.
Постройки Китайгородской каменной стены с 13 башнями (шесть из них имели
проездные ворота) относятся к XVI в.
Возведение стен и башен Белого города было завершено в 1593 г. В этот же
период посад за стенами Белого города укреплялся земляным валом с
деревянными стенами и 50 башнями. Именно это укрепление и получило в
дальнейшем название Земляного города. Москва – естественно
расширяющийся и увеличивающийся город.
Здесь следует рассказать о Московском Кремле - градостроительном
заповеднике столицы, сокровищнице русской культуры и истории.
Кремль расположен на Боровицком холме. В плане он представляет собой
неправильный треугольник. С одной стороны, протекает Москва-река, с другой
- р. Неглинная (в 1819 г. ее заключили в подземную трубу). Площадь Кремля в
пределах крепостных стен составляет 27,5 га, общая длина стен - 2,235 км,
высота - от 11 до 19 м, ширина - от 3,5 до 6,5 м. Первое деревянное укрепление
Кремля, засвидетельствованное летописью, относится к 1156 г. К сожалению,
деревянная городская застройка Кремля часто подвергалась пожарам во время
вражеских нашествий, а в первой трети XIII в. Кремль был выжжен дотла.
Но уже в XIV в. Москва выходит на арену мировой истории, а Кремль
превращается в большую и могучую средневековую крепость. Однако в 1365 г.
деревянный Кремль опять выгорел дотла. Московский Кремль градостроительный заповедник столицы, расположен на Боровицком холме и
изначально был деревянным.
И тогда князь Дмитрий Иванович, внук Иваны Калиты, решает построить
каменный Кремль. Архитектура его тех времен неизвестна, поскольку он
пережил многие нападения врагов вместе с Москвой и всей Россией (польсколитовскую интервенцию, нашествие французов), а также народные восстания
(1648 г. - Соляной бунт, 1682 г. - первый стрелецкий бунт, 1698 г. - Стрелецкое
восстание и т.д.).
Когда Иван Ш, принявший титул «государя всея Руси», завершил объединение
русских земель под эгидой Москвы в централизованное государство, то все эти
политические события отразились и на облике Кремля: он приобрел особое
великолепие, поскольку на его территории развернулось строительство дворцов
и соборов, а отстроенная заново Кремлевская стена из красного кирпича
существует и до настоящего времени. Стены завершают зубцы (мерлоны) с
узкими щелевыми бойницами (всего их 1045). Каменный Кремль пережил
войны, народные восстания и неоднократно перестраивался.
Перестройка Кремля и башен, находящихся по углам крепости, велась
поэтапно. Первой была возведена башня с тайным ходом к Москве-реке,
получившая название Тайницкой (архитектор - итальянец Антон Фрязин), затем
другой итальянский архитектор Марко Фрязин в 1487 г. построил
Беклемишевскую башню (теперь она называется Москворецкой). Следующей
стала Свиблова башня с колодцем и тайным ходом к реке (когда в 1633 г. в ней
установили водоподъемную машину ее стали называть Водовзводной). В 1488
86
г. завершилось строительство Благовещенской башни.
Затем были построены 1-я и 2-я Безымянные башни. Петровская, Боровицкая,
Константино-Еленинская, Набатная башни. В 1491 г. для укрепления восточной
части Кремля была возведена Спасская башня, названная так в честь икон
Спаса Смоленского и Спаса Нерукотворного. Она очень узнаваема по силуэту и
является символом Московского Кремля. Парадные Спасские ворота - это
главный вход в него, они во все времена считались святыми.
Одновременно со Спасской строится и Никольская башня, а между ними глухая, квадратная в плане башня, которая сначала была безымянной, а потом
стала называться Сенатской.
В конце XV в. были построены Угловая Арсенальная и Средняя Арсенальная
башни, а в 1495 г. завершилась постройка самой высокой кремлевской башни Троицкой (названа по имени находящегося рядом Троицкого монастырского
подворья). Для защиты проходов к ней сооружается Кутафья башня, а затем
Вдоль берегов р. Неглинной возводятся Комендантская и Оружейная башни, а
позже всех, в 1680 г., на кремлевской стене подстроили маленькую башенку Царскую.
Время и враги Отечества не щадили стены Кремля. Во время Отечественной
войны 1812 г. были взорваны Водовзводная, 1-я Безымянная и Петровская
башни, упала половина шатра Боровицкой, почти полностью разрушена
Никольская, пострадали и другие башни. В 1817-1822 гг. в Кремле велись
восстановительные работы под руководством русского архитектора О.И. Бове.
Каждая башня Московского Кремля неповторима: имеет своё назначение,
название, архитектуру.
Известными на весь мир украшениями и достопримечательностям Кремля
являются Царь-пушка и Царь-колокол. Центр Кремля - Соборная площадь, на
которой расположены замечательные памятники древнерусского зодчества. Это
Успенский, Благовещенский и Архангельские соборы, церковь Ризоположения,
колокольня Ивана Великого со звонницей, Грановитая палата. Патриаршие
палаты и церковь Двенадцати апостолов. Внутри Кремля находятся известные
на весь мир постройки и достопримечательности.
Успенский собор является первопрестольным храмом Российского государства,
усыпальницей московских митрополитов и патриархов, место венчаний и
коронаций русских великих князей, царей, императоров и императриц.
Построен он был в 1475-1479 гг. по проекту итальянского зодчего Аристотеля
Фиоравенти из белого камня и представляет собой шестистолпный, пятиглавый
храм с золотыми маковками. Порталы, служащие главными входами, украшены
росписью.
Для его интерьера трехъярусный иконостас создавал с соратниками сам
Дионисий (до наших дней сохранились фрагменты древнейших фресок XV в.).
Самыми известными достопримечательностями собора являются древние
иконы, «Мономахов трон» (царское моленное место), бронзовый шатер для
хранения церковных реликвий. Служба в Успенском соборе восстановлена в
1990 г. Успенский собор - первопрестольный храм России.
Благовещенский собор, построенный в 1484-1489 гг. псковскими мастерами из
87
белого камня, по праву считается жемчужиной древнерусского зодчества.
Во второй половине XVI в. он был перестроен - на четырех углах поставили
небольшие придельные одноглавые храмы, а с западной стороны - две
девятиглавые, после чего он стал девятиглавым. Расписывал собор, по
летописным сведениям, Феодосий - сын иконописца Дионисия, но после
пожара 1547 г. большая часть настенной росписи была утрачена,
восстанавливают ее в 1547-1551 гг., а затем, вплоть до XIX в., неоднократно
подновляют.
Иконостас собора поражает своей величественностью и уникальностью по
художественной ценности икон. Предположительно, авторы икон главных его
рядов (деисусного и праздничного) Феофан Грек, Прохор с Городца и Андрей
Рублев. На сводах галереи находятся композиция «Древо Иесеево» библейская родословная Христа, а также изображения античных философов,
историков, поэтов. В Благовещенском соборе содержится уникальное собрание
икон.
Архангельский собор построен уже не в стиле российского зодчества. Ему
приданы черты дворцовой архитектуры эпохи Возрождения: фасады украшают
пилястры, между ними находятся декоративные арки, входы собора имеют
богато декорированные порталы. Этот собор является усыпальницей русских
князей и царей до Ивана V. Интерьер собора украшают превосходно
выполненные московскими мастерами медные люстры-паникадилы. Фрески
выполнены русскими живописцами, собранными из различных городов, а
возглавлял их знаменитый изограф Симон Ушаков.
Росписи южной и северной стен посвящены деяниям Архангела Михаила, здесь
же находятся изображения князей московской династии. В центре собора
находится рака (гробница) с мощами царевича Дмитрия - невинно убиенного
младенца.
Иван Грозный с сыновьями похоронен в алтарной части, за иконостасом,
московские князья захоронены у южной стены. В средней части собора
размещены захоронения первых царей династии Романовых (к 300-летию дома
Романовых надгробья были заключены в особые медные футляры с
остеклением, на которых написаны имена погребенных и даты смерти). В
настоящее время в архангельском соборе проводятся торжественные
богослужения. Архангельский собор – домовая церковь русских князей и царей.
Самым высоким сооружением Кремля является колокольня Ивана Великого (с
Успенской звонницей и Филаретовой пристройкой). После надстройки в 1600 г.
по приказу Бориса Годунова, ее высота достигла 81 м. Колокольня была
сторожевой и сигнальной башней, поскольку с нее можно было видеть
окрестности на 30 км. Звонница и пристройка пострадали во время нашествия
наполеоновских войск в 1812 г. - они были взорваны. Но в 1819 г. их
восстановили по проекту известного русского архитектора Д.И. Жилярди.
На колокольне и звоннице находится 21 колокол (относятся к XVI-XIX вв.) произведения известных русских литейщиков - Федора и Ивана Моториных,
Андрея Чехова, Василия и Якова Леонтьевых. Около колокольни поставлен
Царь-колокол - шедевр литейного мастерства. Его поверхность украшена
88
великолепным рельефным орнаментом. Колокольня Ивана Великого известна
своей высотой и колоколами.
К всемирно известным памятникам архитектуры Кремля относится Оружейная
палата. В настоящее время она является музеем, где хранятся сокровища
живописи, иконографии, ювелирного искусства, словом, все предметы одежды,
регалии и драгоценности, связанные с княжескими и царскими дворами
Российской империи. Здесь находится богатейшая коллекция русских
серебряных и золотых изделий XII - начала XX в., например потир работы
владимиро-суздалъских мастеров или серебряный кувшин, изготовленный в
Константинополе, ковш царя Михаила Романова.
Больше всего изделий относится к XVIII-XIX вв. Это и табакерки в стиле
русского классицизма, и посуда, украшавшая императорские столы, и
изумительный по красоте футляр для Евангелия, и драгоценные пасхальные
яйца работы Карла Фаберже. В Оружейной палате хранятся памятники
оружейного мастерства XII-XIX вв. К числу реликвий относятся: сабли Кузьмы
Минина и Дмитрия Пожарского, парадный кованый шлем царя Михаила
Романова, булатный клинок сабли работы известного мастера из Златоуста И.
Бушуева, парадный щит князя Ф. Мстиславского, изготовленный в Иране в XVI
в.
Славится музей-хранилище и коллекцией западноевропейского
художественного серебра XIII-XIX вв. Здесь представлены дары русским царям
от зарубежных царствующих особ, в том числе рассольник (блюдо),
подаренный Ивану Грозному одним из первых английских послов в России,
блюдо и рукомойный кувшин, присланные царю Алексею Михайловичу
Карлом II Стюартом, фарфоровый сервиз, презентованный императору
Александру I Наполеоном по случаю заключения Тильзитского мира.
В залах музея выставлена коллекция драгоценных тканей, древнерусской
светской и церковной одежды, парадного костюма XVI - начала XX в. Здесь и
вышитые цветным шелком, золотой нитью и жемчугом церковные покровы,
плащаницы, облачения священников; и парадные одежды духовенства из шелка
и бархата; и парадные кафтаны Петра I, одежда царя Алексея Михайловича,
коронационное платье императрицы Екатерины I, а также коронационное
платье 1896 г.; шапка Мономаха, венец царя Ивана грозного (шапка Казанская),
корона императрицы Анны Иоановны.
Интересна коллекция старинных царских тронов - Ивана IV Грозного, Бориса
Годунова, Михаила Романова. Особый интерес представляет Алмазный трон
XVI в., подаренный царю Алексею Михайловичу, выполненный из золотых и
ажурных серебряных пластин, украшенных множеством драгоценных камней,
среди которых насчитывается 800 алмазов. Оружейная палата является музеемсокровищницей предметов живописи, иконографии, ювелирного искусства.
Нельзя не сказать и о знаменитом Алмазном фонде, где представлены
выдающиеся произведения русского и зарубежного ювелирного искусства
XVIII-XIX вв., в том числе и государственные императорские регалии: Большая
императорская корона, созданная к коронации Екатерины II; золотой скипетр,
украшенный двуглавым орлом и знаменитым алмазом «Орлов» (189,62 карата);
89
Малая бриллиантовая корона, выполненная в 1801 г. придворными ювелирами
для коронации Елизаветы Александровны, супруги императора Александра I. В
Алмазном фонде представлены выдающиеся произведения ювелирного
искусства XVIII-XIX вв.
Большой Кремлевский дворец объединяет в себе многие гражданские и
культовые постройки, которые создавались архитекторами и мастерами в
течение XV-XIX вв. Самое древнее из них - Грановитая палата, которая
строилась как тронный зал для великих князей. Облик здания менялся, его не
щадили ни время, ни люди. Так, Красное крыльцо было разрушено в 1932 г.
полностью и только в 1993 г. начались работы по его восстановлению, которые
завершились в 1994 г. Восстанавливали и утраченные росписи Святых сеней, а
также расписывали и новыми сюжетами из Библии и русской старины.
Парадный зал Грановитой палаты предназначался для официальных и
торжественных церемоний: заседаний Боярской Думы, приема послов,
объявления престолонаследников и т.д. И сейчас Грановитая палата
используется для проведения официальных церемоний, приемов и пр.
Грановитая палата строилась как тронный зал для великих князей и ныне
используется для официальных церемоний.
К другим строениям, входящим в ансамбль Большого Кремлевского дворца,
относятся Золотая Царицына палата, Теремной дворец, домовые храмы
(Рождества Богородицы, Рождественская, Воскресения Христова).
Но самым примечательным является Большой Кремлевский дворец, его
строительство началось в 1838 г., и в нем принимали участие известные
архитекторы: Ф.Ф. Рихтер, П.А. Герасимов, Н.И. Чичагов; к оформлению
интерьеров были привлечены художники и скульпторы: И.П. Витали, Ф.Г.
Солнцев, П.К. Клодт и др.
На втором его этаже расположены четыре знаменитых зала: Георгиевский,
Владимирский, Андреевский и Александровский, в соответствии с русскими
дореволюционными орденами, и их элементы включены в декор оформления.
Георгиевский зал посвящен военному ордену св. Георгия (учрежден в 1769 г.).
На мраморных досках золотом высечены названия награжденных этим орденом
полков и имена Георгиевских кавалеров: А.В. Суворова, М.И. Кутузова, П.И.
Багратиона, В.В. Ушакова, П.С. Нахимова – героев Отечественной войны 1812
г. В XIXв. строится Большой Кремлевский дворец при участии известных
архитекторов, художников и скульпторов.
12.2 Городская застройка Москвы
История Москвы отразилась в ее городской застройке. Самые разные стили и
направления смешались и до сегодняшнего дня мирно уживаются в
своеобразной московской архитектуре.
Церкви Троицы в Никитниках (1630-1650), Николая Чудотворца в Хамовниках
(1682), Рождества Богородицы в Путинках (1654), возведенные и стиле
90
нарышкинского, или московского, барокко с их узорчатой кирпичной кладкой,
нарядной белокаменной резьбой и цветными изразцами возвращают нас в XVII
в.
Пашков дом, здание Благородного собрания, Екатерининской дворец,
построенные в стиле русского классицизма со свойственным ему спокойным
величием и четкостью архитектурных форм, свидетельствуют о том, что эти
постройки относятся уже ко второй половине XVIII в.
Величественные здания Большого театра и Манежа, Александровский сад
напоминают о начале XIX в. Начальные годы XX в. оставили нам здания в
стиле модерн: Художественный театр, особняк Рябушинского на Малой
Никитской улице, Ярославский вокзал.
О конструктивизме 20-30 гг. напоминают Шуховская радиобашня, дом газеты
«Известия», дворец культуры автомобильного завода «АМО».
Особые черты столице придали высотные здания, сооруженные в послевоенные
годы - Московский государственный университет на Воробьевых (Ленинских)
гораx, Министерство иностранных дел на Смоленской площади, жилые дома на
площади Восстания и Котельнической набережной, гостиница «Украина».
Разные стили и направления смешались и мирно уживаются в своеобразной
московской архитектуре.
Сегодня Москва - динамично развивающийся мегаполис, многие улицы и
проспекты трудно узнать коренному москвичу, так сильно они преобразились.
Похорошела Красная площадь, возродилась Манежная площадь, где создан
подземный торгово-рекреационный центр, поражает своим размахом
мемориальный комплекс на Поклонной горе, вознеслись над Москвой золотые
купола Храма Христа Спасителя. Все это яркие свидетельства возрождения
исторического облика столицы России. Ведь именно в ней сконцентрировались
не только наши национальные, но и общечеловеческие святыни.
Каждый памятник Москвы - это одна из страниц истории России. И грядущим
поколениям важно не допустить больше попыток никакого правительства
переписать или перечеркнуть историю, и разрушать с этой целью памятники
старины, каменную летопись России.
Тема 13
13.1 Периоды индустриального домостроения
Вопреки расхожему мнению об однообразности массовой застройки
современных городов в Москве выделяются четыре периода индустриального
домостроения, каждый из которых характеризуется своими сериями типовых
домов, в разное время возводившихся в районах города.
13.1.1 Первый период
Первый период датируется 1957—1962 гг., когда в Москве в большом
количестве возводились панельные пятиэтажки, называемые в народе
91
«хрущёвками». Это было время восстановления экономики Советского Союза
после Великой Отечественной войны, и одной из самых острых проблем
являлась нехватка жилья. Именно тогда и было решено взять на вооружение
молодую технологию возведения жилых домов из готовых панелей, которая
позволяла в рекордные по сравнению с кирпичным домостроением сроки
возводить сравнительно дешёвое и достаточно качественное жильё. Благодаря
внедрению индустриального домостроения многие тысячи семей в нашей
стране впервые получили возможность обрести свой отдельный, независимый
«домашний очаг». К этому периоду относятся серии домов К-7, II-32, 1605-АМ,
1 МГ-300, II-35 и некоторые другие.
13.1.2 Второй период
Толчком к развитию второго периода индустриального домостроения
послужили процессы урбанизации, которые стали развиваться ускоренными
темпами в ходе первого периода. Вместе с урбанизацией городов пришли
и характерные сложности, типичные для индустриального градостроения.
В качестве основного метода сооружения жилья был принят крупнопанельный
метод, позволивший в исторически короткие сроки сделать существенные
сдвиги в деле решения жилищной проблемы. Успешное решение проблемы
перехода к массовой застройке предусматривало переход к массовому
проектированию типового жилища.
В Москве, однако, впервые в истории руководство города столкнулось
с проблемой нехватки территории. В ходе застройки «хрущёвками» были
освоены территории на юго-западе, севере и юге столицы и встал вопрос
об определении новой административной границы Москвы. Определилась
новая административная граница города в 1960 году, одновременно
с появлением МКАД, ставшей своеобразным вещественным олицетворением
пределов Москвы.
После изменения границ возникла необходимость в разработке нового
Генплана Москвы, который и был разработан и утверждён в 1971 году. Одной
из его основных предпосылок было признание нецелесообразности
дальнейшего территориального роста города и значительного роста его
населения. Поэтому одним из путей решения задач нового Генплана было
выбрано увеличение этажности городской застройки. Тем более, что к началу
1960-х годов уже был разработан ряд серий типовых проектов 9—12-этажных
жилых домов. Большое распространение получили серии П-49П и I-515.
Во втором периоде Москва перешла на строительство жилых домов
повышенной этажности новых серий. В этот период решались сложные
инженерно-технические задачи, домостроительные комбинаты создавали
новую и модернизировали старую продукцию, осваивали прогрессивные
92
методы производства конструктивных элементов
Совершенствовалась и планировка квартир.
и монтажа
зданий.
13.1.3 Третий период
В предыдущей статье речь шла о первых двух периодах индустриального
домостроения. Говоря о третьем периоде нельзя не вспомнить о легендарном
фильме Эльдара Рязанова «Ирония судьбы, или С лёгким паром!» Эта
кинолента стала не только отражением духа и антуража эпохи «золотых
семидесятых», но и увековечила экспериментальный жилой дом на проспекте
Вернадского, 125 — именно в нём проходили съёмки картины.
Этот 16-этажный крупнопанельный жилой дом в Тропарёве был построен
по индивидуальному проекту в 1970 году. Таких экспериментальных зданий
в Москве было построено всего три и все — на проспекте Вернадского.
Спроектированы они были на основе элементов нового Единого каталога
строительных деталей. Эти дома стали предшественниками панельных жилых
домов знаменитой серии П3, которыми в 1980 году будет застроена московская
Олимпийская деревня, расположенная недалеко от станции метро ЮгоЗападная. Впоследствии на опыте экспериментального строительства, а именно
на основе «дома Жени Лукашина» на проспекте Вернадского была разработана
серия 16-этажных жилых домов — П3-16.
В конце семидесятых за «метод Единого каталога» архитектор А. Самсонов
и ряд других архитекторов были удостоены Ленинской премии.
Революционность внедрения Единого каталога заключается в возможности
сооружать разные здания из одних и тех же типовых строительных деталей.
Если во времена первого и второго периодов домостроения районы
застраивались
домами
по типовым
проектам,
то третий
период
характеризовался уже большим разнообразием не похожих друг на друга
архитектурных композиций. Следовательно, впервые у архитекторов появился
простор для творчества при сооружении зданий на основе типовых элементов.
В третьем периоде (1970—1985 гг.) в жилищном строительстве лидирующим
стал «метод Единого каталога». В него входили жилые дома таких серий как:
П3, П22, П30, П31, П42, П43, П44, П46 («П» — «панельный»). В массовое
строительство
пошёл
десяток
этих
серий.
В Москве
наиболее
распространёнными стали модификации серий П44, П46 и П3, которые
и сформировали лицо новых районов города.
13.1.4 Четвертый период
С середины семидесятых московские домостроительные комбинаты полностью
переходят на высотное строительство. Интерес к этому определился самим
историческим ходом развития столицы и дефицитом свободных территорий
93
в Москве, а также тем, что проблему коммуналок, несмотря на интенсивную
панельную застройку, решить полностью так и не удалось. К тому же,
наступление новых экономических условий определило появление
повышенных требований к качеству жилья, соответствовать которым оказались
способны не все типовые серии домов из Единого каталога.
Четвёртый период индустриального домостроения в Москве, пожалуй,
неразрывно связан с появлением двух «знаковых» жилых серий — высотной
серии панельных домов КОПЭ и серии П-44Т, во внешней отделке которой
используются материалы, характерные скорее для частных загородных домов,
что приближает панельные многоэтажки к классу «D» монолитно-кирпичных
домов.
КОПЭ на общем фоне выделялась, прежде всего, «ростом». До сегодняшнего
дня дома этой серии самые высокие — 22 этажа, но всё же главная
их особенность в том, что они монтируются из нескольких компоновочных
жилых секций, каждая из которых имеет собственную планировку. Отличить
КОПЭ от других серий легко по характерной белой в коричневую клетку
окраске и навесным балконам, расположенным вдоль выступающих краёв
фасадных панелей. Общей во всех планировках уже в первых модификациях
КОПЭ была огромная по тем временам 10-метровая кухня и раздельный
санузел, что и принесло домам популярность у населения. Значительная
по советским меркам высота потолков — 2,8 м — также впечатляла новосёлов.
Неудивительно, что серия КОПЭ в Москве, с давних пор озабоченной
квартирным вопросом, почти сразу приобрела статус легендарных домов.
Серия П-44Т была разработана на основе домов П-44, возводимых из элементов
Единого каталога, однако при разработке внешнего вида новой серии
архитекторы сделали ставку на самые современные материалы и технологии.
В отделке домов П-44Т использованы облицовочные материалы, имитирующие
красный глиняный кирпич, кроме того, кровля домов — черепичная. Впервые
в домах, возводимых индустриальным методом, воплощены элементы дизайна,
характерные для частного домостроения.
Облик московских новостроек современных этапов жилой застройки начисто
уничтожил миф о безликости новых районов. Действительно, теперь видя
комплексно застроенный квартал с детским садиком, школой и небольшими
магазинами, занимающими специально спроектированные помещения первых
этажей в домах серии П-44, мы никогда не ошибёмся в названии города —
это Москва.
94
Тема 14
14.1 Реконструкция и восстановление аварийных зданий
14.1.1. Свайные работы
Одна из наиболее часто применяемых технологий укрепления - установка свай.
Технологический процесс усиления здания состоит из двух основных
составляющих:
1. Устройство монолитного железобетонного ростверка с размещением в
нем анкерных петель для крепления установки вдавливания и стального
конуса оголовка сваи.
2. Изготовление железобетонного ствола сваи.
Ростверк монолитный железобетонный может быть ленточный или в виде
плиты. В нем устанавливается стальной конус оголовка сваи, а с двух сторон от
него - стальные анкерные петли, на которые ставится и крепится установка.
Компактность установки позволяет монтировать ее на расстоянии 0,3 м от
стены или конструкции. Высота до низа перекрытия должна быть не менее 1,8
м.
Изготовление сваи начинается после монтажа установки и вдавливания
лидирующей трубы Ф114 мм., состоящей из навинчивающихся друг на друга
секций и теряемого башмака Ф120 мм. Максимальное усилие вдавливания,
определенное возможностью гидравлики, - 22тнс.
Ствол сваи армируется каркасом, заполняется мелкозернистым бетоном кл. В25
и формируется посредством постепенного извлечения трубы установки и
опрессовкой бетона в процессе циклического подъема, опусканием
лидирующей трубы с заглушкой на верхнем конце. Давление опрессовки
составляет 12-14 Мпа.
Несущая способность сваи зависит от грунтов и глубины вдавливания
лидирующей трубы, материала сваи, но всегда находится в пределах 18-22 тнс.
14.1.2 Обследование технического состояния
Перед началом работ по усилению аварийного здания необходимо провести его
обследование и проектную подготовку. В ходе этого выясняются причины
аварийности объекта. Либо это ошибки проектировщиков, либо, как часто
случается, многократные прорывы водопровода, вследствие чего, вокруг дома
многократно ведутся ремонтные работы, и происходит его усадка. Ошибкой
также считается использование неправильного или плохого материала.
95
На аварийность также влияют природные факторы. Например, они могут стать
причиной суффозии грунта, или вымыва его из-под фундамента, если рядом
находится сливная канализация, каналы или реки, в которых происходит
подъем или резкий спад воды при наводнении.
14.1.3. Ограничение по состоянию грунта
Процесс обследования здания осуществляется согласно действующим
нормативным документам. Нормативы требуют взятия проб грунта из-под
основания, проведения динамического или статического зондирования грунта
ниже подошвы фундамента, т.е. вдавливания или забивки, например,
металлическим зондом. По количеству ударов, затраченных на погружение
штанги на глубину 10см , судят о плотности грунта. Плотность может быть
высокая, например, 30 ударов на 10см. Однако, случается и так, что от одного
удара штанга вылетает на метр, и это свидетельствует о разуплотнении грунта.
В некоторых случаях в связи с плохим состоянием грунта специалистам нужно
определить, можно ли проводить комплексное усиление аварийного здания без
расселения жильцов, и какие при этом могут быть риски? Уверенно ответить на
эти вопросы, конечно, нельзя. Однако считается, что в любой ситуации можно
подобрать какую-либо из применяемых сегодня технологий.
14.1.3. Ограничение по состоянию объекта
В случае если аварийный объект находится в центре города, например, рабочие
не смогут проводить работы со стороны подвала. Нередко случается так, что
подвальные помещения заняты коммерческим предприятием, руководство
которого не желает приостанавливать свой бизнес. Это создает определенные
трудности. Проводить работы по усилению здания с его лицевой стороны
значительно сложнее.
В процессе усиления здания могут возникать различные ситуации, поэтому в
случае принятия решения о проведении таких работ без расселения жильцов
нельзя утверждать, что рабочий процесс пройдет без каких-либо неудобств.
Однако эти неудобства более терпимые, нежели переезд в маневренный фонд.
Работы по усилению аварийного здания без расселения жильцов, – это скорее
обычный ремонт в квартире, нежели капитальный ремонт.
14.1.4. Сроки и гарантии
Сроки по обслуживанию зданий и гарантий, после проведенных работ по
усилению аварийного здания регламентируется законодательством. В течение
всего действующего срока обслуживания строительные фирмы устраняют
недостатки своей работы, либо просто контролируют процесс эксплуатации
здания.
96
Если дом располагается вблизи реки или канала, не исключено, что через 5-10
лет суффозия грунта может повториться, даже если грунт закрепили
цементным раствором. Работы по усилению дома в таких случаях делаются
повторно. Но, как правило, после усиления дома осадка здания уменьшается,
либо полностью прекращается, и трещины не раскрываются.
Работы по комплексному усилению здания проводятся обычно 3-4 месяца. В
них задействованы несколько бригад: одни усиливают конструкции здания,
другие – основания. Конечно, при условии отсутствия жильцов в здании, сроки
исполнения всех работ были бы сжаты ровно вдвое.
14.2. Укрепление фундаментов при реконструкции старого фонда
Фундамент - это наименее изнашиваемая часть здания. Если фундамент
правильно спроектирован и не подвергается новым воздействиям, он может
благополучно служить многие столетия. Но, рано или поздно необходимость в
ремонте фундамента и усилении его оснований может возникнуть .
Укрепление фундамента является одним из основополагающих этапов
реконструкции или реставрации здания. Деформации конструкций, в
частности фундамента, происходят в процессе длительной эксплуатации зданий
и сооружений. Основными процессами, влияющими на разрушение,
деформацию и усадку оснований и фундаментов зданий, являются увеличение
нагрузки, разрушение кладки, снижение гидроизолирующих свойств,
ухудшение условий устойчивости фундаментов либо грунтов в их основании,
увеличение деформативности грунтов, недопустимое перемещение
конструкций. В значительной степени на деформативность фундамента влияет
физическое воздействие, т.е. строительные работы, которые проводятся в
городе - развитие метрополитена, трамвайных путей, трасс, инженерных
систем, оказывающие динамическое воздействие на фундамент извне.
По мнению специалистов, преждевременный износ фундамента могут вызвать:
- Неправильная эксплуатация.
Примерно половина зданий исторического центра Петербурга имеет под
фундаментами деревянные элементы (лежни, сваи). Пока древесина находится
ниже уровня подземных вод (УИВ), она не гниет. Если же УПВ понижается и
древесина оказывается в зоне аэрации, то начинается ее быстрое гниение. В
результате возникают неравномерные осадки амплитудой до 3-5 см.
Длительное затопление подвала и местный подъем УПВ может сопровождаться
появлением фильтрационного потока под подошвой фундамента, выносом
мелких частиц грунта и повторным появлением неравномерных осадок.
Одновременно с этим, фильтрационный поток через кладку фундамента может
выщелачивать кладочный раствор: по кладке из природного камня не идет
капиллярный подъем влаги. Однако, при накоплении культурного слоя вокруг
97
здания почвенная влага вступает в непосредственный контакт с кирпичной
кладкой стен, которая, как фитиль, жадно всасывает влагу. Сырая стена
покрывается плесенью и высолами и разрушается при замерзании воды.
- Реконструкция здания.
Например, надстройка с увеличением нагрузок на фундаменты будет
сопровождаться возобновлением процесса оседания здания. Едва ли не каждый
третий дом был надстроен, порой неоднократно, и несет следы накопленных
осадок: замазанные трещины, оконные проемы на разной высоте.
- Близкое новое строительство.
Как правило, это является причиной появления осадок с различными
механизмами. Во-первых, вокруг нового строительного котлована образуется
так называемая мульда сдвижения. Другой причиной образования мульды
сдвижения может явиться перебор грунта при изготовлении буровых свай.
Мульда сдвижения на поверхности образуется при подземной проходке
канализационных и транспортных тоннелей. Во-вторых, вокруг тяжелого
нового здания формируется воронка оседания. Наконец, специфической
особенностью грунтов является их способность менять показатели
сжимаемости от механических воздействий. Так, вполне благополучное здание
может получить осадку даже при безударном статическом вдавливании сваи
вблизи него без какого-либо отбора грунта. Близкое новое (уплотнительное)
строительство, особенно зданий с подземными этажами, - сегодня это основной
источник повреждений зданий исторического центра городов. Впрочем, архивы
еще дореволюционных судов хранят немало исков владельцев поврежденных
домов к новому соседнему застройщику. То есть, соседние стройки влияли и
ранее, но ныне воздействия стали интенсивней и повреждения тяжелее.
Реконструкция общественных зданий направлена в первую очередь на
повышение удобства использования общественных и жилых объектов, будь то
офисный центр, торговый павильон, административное здание или жилой дом.
В большинстве случаев после реконструкции здания используются лишь
прежние несущие конструкции: капитальные стены, перекрытия, лестничные
площадки и марши. Меняются все инженерные коммуникации, полы, стены
или перегородки, потолки, кровля. Часто здание надстраивается и кардинально
меняет свой внешний вид.
14.3. Общие работы при реконструкции общественных зданий
 восстановление ветхих конструкций здания;
 новые инженерные коммуникации – электросеть, водопровод,
канализация, отопление;
 усиление или замена перекрытий;
 перепланировка помещений;
98
 отделочные работы.
К основным видам работ при реконструкции относятся:







укрепление фундамента;
наращивание цоколя;
ремонт отмостки;
реконструкция "коробки" здания;
изменение архитектурного облика;
изменение этажности здания;
производство ремонтных работ внутри здания (полы, потолки,
перегородки, лестничные марши, двери, окна и т.д.);
 производство дополнительного утепления полов, кровли, облицовка
здания различными материалами (лицевой кирпич, вагонка, сайдинг,
природный камень и др.);
 изготовление каминов, печей, установка и ремонт инженерного
оборудования.
14.4. Особенности реконструкции зданий
Реконструкция сооружений по ходу их эксплуатации является основным и
довольно значимым вопросом. Ведь расходы на содержание обветшалых
строений намного больше расходов, затраченных на реконструкцию объектов.
Порядок реконструкции зданий" подразумевает начало выполнения
реконструкционных работ с фундамента.
Реконструкция фундаментов при профессиональном подходе к выполнению
восстановительных работ является предварительной процедурой перед
выполнением реконструкции фасадов. Если не придерживаться такого порядка,
в скором времени все усилия и работы по реконструкции будут сведены на нет.
Вследствие неусиления фундамента, стены и несущая конструкция здания
может дать трещины, которые повредят декор и отделку фасада.
Усадка, деформация и обрушение конструкций здания происходит в
большинстве случаев из-за сложного и неустойчивого грунта, отсутствия
регулярного ремонта и воздействия окружающей среды. Эти же факторы в
большинстве своем влияют не только на состояние жилых зданий, но и
коммуникаций, проходящих как под, так и над землей.
Именно поэтому при реконструкции жилых зданий большое внимание
следует уделять реконструкции фундаментов и целостности инженерных
коммуникаций.
Для гидрозащиты и изоляции основы здания при реконструкции жилого дома
стоит использовать специальные материалы, которые наносят на внутренние
99
поверхности фундамента. Эти смеси и материалы препятствуют
проникновению влаги внутрь помещения, таким образом, позволяя зданию
продлить срок службы.
Однако, самое важное при реконструкции фундаментов — это их разгрузка. То
есть увеличение несущей площади фундамента и уменьшения давления на
каждый квадратный метр площади основы строения.
Вторым и не менее важным этапом в проекте реконструкции здания является
реконструкция стен.
Реконструкция общественных зданий упирается в необходимость
восстановления стен, не только как декоративных и ограждающих частей
конструкции, но и как основных несущих ее элементов.
Аспекты реконструкции зданий подразумевают снижение нагрузки не только
на фундамент сооружения, но и на стены. Достичь этого можно с помощью
усиления конструкций стен и разгрузки верхних конструкций, в том числе и
крыши. Снижение несущей способности стен здания происходит в результате
воздействия все тех же факторов, которые влияют и на его фундамент. Это
общая осадка здания, трещины и эрозия на его стенах, а также разрушение
общего каркаса несущей конструкции.
Реконструкция домов имеет главную цель для реализации — восстановление
несущей способности стен. С этой целью используют несколько приемов и
технологий, ведущими среди которых являются: замена разрушенных участков
стены, заделка трещин,
Одним важным вопросов при реконструкции зданий является снижение
теплопотерь. Реконструкция объекта недвижимости, для чего бы он ни
предназначался, подразумевает сокращение и экономию энергетических
ресурсов на обогрев или, другими словами, повышение энергоэффективности
реконструированных зданий.
Добавление в каркас строения железных конструкций и элементов для
усиления прочности стен и повышения их несущей способности. Также
пристраивают новую кладку вдоль всей поверхности стен и прикрепляют к ней
старые стены при помощи анкерных болтов.
Например, для обеспечения экологического аспекта реконструкции зданий,
сооружений и строений, используют новейшие, экологически чистые и
безопасные материалы, такие как ячеистые бетоны. Этот материал обладает
низкой теплоотдачей и позволяет сохранять тепло в помещении на протяжении
более длительного периода времени. По прочности, долговечности и
огнеупорности он не уступает своим предшественникам, поэтому широко
100
используется для реконструкции промышленных зданий и для реконструкции
заводов.
Вот по такому принципу в большинстве случаев и происходит реконструкция
жилых зданий. Конечно, не стоит все обобщать, ведь каждое здание имеет свои
особенности и характеристики, было построено с применением различных
материалов и имеет различную степень износа. Поэтому профессиональные
строители и проектировщики, специализирующиеся на реконструкции
общественных зданий и заводов, прежде чем приступить к выполнению работ
тщательно анализируют ситуацию, разрабатывают проект реконструкции,
выделяют необходимые для проведения работ материалы и оборудование. И
только после этого приступают к планомерной работе по реставрации
сооружений.
14.4. Реконструкция без приостановки эксплуатации зданий
Проектом реконструкции зданий может быть предусмотрено:
 увеличение этажности;
 выполнение пристроек;
 реконструкция и ремонт подвальных помещений
Реконструкция и капитальный ремонт целого ряда конструктивных элементов,
в том числе наиболее подверженных климатическим воздействиям, может быть
произведена без необходимости вмешательства в процесс эксплуатации здания.
Это касается реконструкции:
 фасада;
 балконов (включая полную замену балконных конструкций, устройство
ранее не предусматриваемых балконных конструкций);
 крыши (ремонт, реконструкция, строительство мансард);
 фундамента (выполнение усилений).
А также:
В режиме частичной (поэтапной) приостановки эксплуатации зданий
(поэтапным отселением жильцов) на короткий срок.
Возможно выполнение проектов по замене перекрытий локальными участками,
не нарушая целостности квартиры, находящейся этажом ниже, т.е. с
проведением поэтапного отселения жильцов с обеспечением возможности
производить эксплуатацию смежных квартир.
Архитектурно-технические решения направлены не только на обеспечение
уровня современных архитектурно-эстетических требований, но и на
повышение уровня надёжности и безопасности эксплуатируемых зданий,
позволяют устранить первопричины преждевременного износа (в первую
101
очередь по причине климатических воздействий), увеличить срок эксплуатации
зданий в целом.
Ремонтные работы целесообразно выполнять в комплексе, что позволит
получить синергетический эффект, существенно повысить эксплуатационные
характеристики, снизить эффект климатического воздействия (это касается
ремонту балконных конструкций с выполнением их остекления, ремонт крыш,
фасадов и т.д.)
Реконструкция зданий. Замена перекрытий. Усиление фундаментов.
В настоящее время многие здания, в том числе общественные (школы,
больницы и т.д.) не удовлетворяют современным нормам и требованиям
пожарной и эксплуатационной безопасности.
Состояние межэтажных перекрытий зачастую выполнено из деревянных
конструкций, с использованием деревянных опорных балок, находящихся в не
удовлетворительном или условно-удовлетворительном состоянии, что создаёт
угрозу жизни и деятельности а так же пожарной безопасности.
В качестве комплексного решения, как правило, целесообразно выполнение
капитального ремонта и реконструкции таких зданий с заменой деревянных
перекрытий на железобетонные, с выполнением работ по усилению и
укреплению фундаментов. Комплекс таких работ позволяет улучшить
эксплуатационные характеристики зданий, увеличить срок эксплуатации.
Работы по реконструкции целесообразно выполнять одновременно с заменой
старой электрической проводки, организации локальных вычислительных
сетей, установкой пожарно-охранной системы сигнализации и пожаротушения
в соответствии с современными требованиями.
102