Курсовая работа Обследование, испытание и реконструкция зданий и сооружений. Курсовая работа к курсовому проекту по дисциплине

• Название: Курсовая работа к курсовому проекту по дисциплине
• Анкор: Курсовая работа Обследование, испытание и реконструкция зданий и сооружений
• Дата: 05.02.2022
• Размер: 1.39 Mb.
• Имя файла: Rekonstruktsia_Viktoria.docx
• Тип: Курсовая; #352101
• страница: 1 из 2

Бюджетное учреждение высшего образования

Ханты-Мансийского автономного округа-Югры

«Сургутский государственный университет»

Политехнический институт

Кафедра: «Строительные технологии и конструкции»

КУРСОВАЯ РАБОТА

к курсовому проекту по дисциплине:

«Обследование, испытание и реконструкция зданий и сооружений»
Вопросы для рассмотрения: 
1. Усиление фундаментов вдавливаемыми сваями
2. Функциональная комфортность территорий и жизнеобеспечение застройки

3. Современные экспериментальные методы обнаружения первых трещин и процесса накопления повреждений в строительных материалах и конструкциях

Графическая часть представлена в рисунках

Выполнил: студент гр. 608-41

Корсакова В.А.

Проверил: преподаватель

Жиренков А. Н.

Сургут, 2018

Оглавление

Введение 2

1.Усиление фундаментов вдавливаемыми сваями 3

2. Функциональная комфортность территорий и жизнеобеспечение застройки 32

3.Современные экспериментальные методы обнаружения первых трещин и процесса накопления повреждений в строительных материалах и конструкциях 38

Заключение 41

Список литературы 42

Введение

Реконструкция зданий и сооружений — это их переустройство с целью частичного или полного изменения функционального назначения, установки нового эффективного оборудования, улучшения застройки территорий, приведения в соответствие с современными возросшими нормативными требованиями.

Реконструкция должна носить комплексный характер, учитывать длительную перспективу развития города, района, предприятия. Некомплектность подхода, удовлетворение только интересам сегодняшнего дня, отсутствие перспективного плана могут привести через определенное время к невозможности осуществления последующей реконструкции без сноса сложившейся после проведения реконструкции застройки.

Цель реконструкции жилого фонда заключается в его переустройстве для улучшения планировочного решения, повышения степени благоустройства инженерного оборудования зданий, создания квартир для посемейного заселения, отвечающих современным социологическим и демографическим требованиям.

В данной расчетно-графической работе будут рассмотрены такие вопросы как усиление фундаментов вдавливаемыми сваями, функциональная комфортность территории и жизнеобеспечения застройки и современные экспериментальные методы обнаружения первых трещин и процесса накопления повреждений в строительных материалах и конструкциях.

1. 
   Усиление фундаментов вдавливаемыми сваями
   

На основании опыта реконструкции зданий и сооружений сделан вывод не в пользу динамических и вибрационных способов погружения свай или шпунта в грунты как внутри реконструируемого здания, так и в непосредственной близости от него. Установлено, что статические способы погружения свай или шпунта, иначе говоря, вдавливание, обладают большими преимуществами. К наиболее существенным из них относятся следующие. Благодаря отсутствию динамических и вибрационных воздействий в конструкциях реконструируемого сооружения исключаются неравномерные осадки, трещины, разрушение и т. п. и отпадает необходимость в усиленном армировании ствола сваи, особенно ее головной части. При этом марка бетона для вдавливаемых свай может назначаться ниже. Бесспорно, что при вдавливании гарантируется высокая точность погружения. Вдавливание позволяет исключить   динамические воздействия, опасные вибрации, шум, загрязнение воздушной среды, неизбежное при работе дизель-молотов, и значительно снизить энергозатраты.

Однако технологии вдавливания свай присущи весьма серьезные недостатки. В первую очередь следует отметить очень низкую производительность существующих вдавливающих установок. Так, в частности, применявшиеся на строительстве Братской ГЭС установки АВС-3, АВС-35 на базе трактора С-100 и установка на базе экскаватора Э-754 вдавливали железобетонные призматические сваи сечением 25x25 и 30x30 см в лцдерные скважины со скоростью 1,5—3 м/мин. Лидерные скважины диаметром 20—25 см для коротких свай длиной 6—7 м бурились в суглинках тугопластичной и полутвердой консистенции глубиной на 0,5 м меньше проектной отметки острия сваи.

Несамоходная установка конструкции треста № 101 Главленинградстроя вдавливает сваи со скоростью всего 0,2 м/мин. При

реконструкции сцены Государственного академического театра оперы и балета им. С. М. Кирова трест Ленмостострой погружал вдавливанием полые круглые железобетонные сваи диаметром 78 мм и длиной 15 м в слабые и средней плотности глинистые грунты. Образовавшийся при этом в их внутренней полости грунтовый сердечник не вынимали. Общее время погружения одной сваи на глубину 12 м составило 9 ч. По-мимо того, большинство вдавливающих установок громоздко, имеет низкую маневренность и большую общую массу. Так, масса установки АВС-35 составляет 40,4 т, вдавливающей установки на базе экскаватора Э-754.— 45 т, установки с пригрузом конструкции треста № 101 Главленинградстроя — до 200 т. 

По данным В. П. Бурова, на само вдавливание сваи установкой АВС-35 затрачивается 11,5% всего времени на цикл, а на вспомогательные операции — 88,5%. Однако вряд ли на основе всего изложенного следует делать вывод о том, что существующие вдавливающие установки не пригодны для усиления фундаментов эксплуатирующихся зданий. Правильнее было бы разделить все известные установки на два класса. В первый следовало бы включить те установки, которые могут вдавливать сваи для нового строительства вблизи эксплуатирующихся зданий и сооружений или внутри реконструируемых объектов, но где нет большой стесненности; во второй — все малогабаритные мобильные вдавливающие устройства, с помощью которых можно работать в стесненных условиях, в том числе под стеной сооружения, в подвале, на свайном ростверке, фундаменте и т. п. (в дальнейшем изложении будут рассматриваться установки именно этого класса).
Установка конструкции треста № 101 Главленинградстроя основана на принципе вдавливания свай без направляющих. Установка состоит   из двух решетчатых рам с площадками для размещения груза массой 180 т. Свая (или ее элемент) заводится в гидравлический рабочий орган, зажимается по боковым граням специальным зажимным устройством (гидродомкратом с усилием 5-102 кН), расположенным горизонтально, и погружается под действием   вертикально направленного усилия в 2-103 кН от двух домкратов, прикладываемого к ее боковой поверхности (рис. 1). Штоки вертикально действующих домкратов соединены между собой балкой. Поэтому при синхронном движении штоков гидродомкратов вниз происходит вдавливание сваи.



Рис.1. Установка для вдавливания свай конструкции треста №101 Главленинградстроя

1 - платформа; 2 - упорная балка; 3 - свая; 4 - домкраты вдавливания;

5-груз; 6 - домкраты захвата свай
Если свая освобождена (зажим от горизонтально расположенных домкратов снят), а штоки вертикально поставленных домкратов двигаются вверх, то установка совершает холостой ход. При необходимости вместо холостого хода можно извлечь погруженную в грунт сваю. Габариты установки в плане зависят от необходимой пригрузки и составляют 3x9 м при h=3 м. Максимальное вдавливающее усилие — 2-103 кН, производительность — две-три сваи в смену. Для воспринятая реактивных усилий используется как сама установка массой около 30 т, так и съемный пригруз, состоящий из необходимого числа блоков массой по 5 т. Хотя описываемая установка несамоходная и имеет крайне низкую производительность, благодаря обеспечению большого усилия вдавливания се использование в работах по реконструкции является необходимым. 

В последнее время на строительных площадках Главленинградстрояпроходит производственную апробацию мобильная сваевдавливающая установка УСВ-120 конструкции ВНИИГС, НИИОСП, СКТБ ЦНИИС, треста 28 Главленинградстроя и Пролетарского завода (рис.2).



Рис.2. Общий вид сваевдавливающей установки УСВ-120:

1 - аутригеры; 2 - экскаватор; 3- вдавливающее устройство; 4 – свая
Базовой машиной для навесного оборудования служит экскаватор ЭО-6122. Максимальное усилие вдавливания 1800 кН. Установкой можно задавливать железобетонные призматические сваи с поперечным сечением 30 X 30; 35x35 и 40X40 см длиной 4—16 м, в том числе наклонные. При необходимости сваи можно состыковывать. Их задавливание целесообразнее осуществлять через лидерные скважины.

Производительность установки—1 свая длиной 12 м сечением 35x35 см за 1 ч. Установку обслуживают два оператора 6- и 4-го разрядов. На большие расстояния она может транспортироваться трейлером. Масса экскаватора 56,3 т, масса навесного оборудования — 43 т.
Установка для вдавливания свай УБПС-640 конструкции УкрПТКИГидроспецстроя основана на принципе боковой передачи вертикальных усилий на сваю с помощью гидравлических домкратов. Однако здесь реактивное усилие передается не на громоздкое загрузочное устройство, а на железобетонную плиту, расположенную под вдавливающей установкой. При использовании сваевдавливающей установки этой конструкции вначале устраивается железобетонная плита (которая затем станет ростверком) с окнами для анкеров и свай.

Погружение свай осуществляется гидравлическими системами со скоростью 1 м/мин. Максимальное усилие погружения, которое может создавать установка УБПС-640, составляет 640 кН. Во время проведения работ по устройству новых фундаментов сценической части Государственного театра оперы и балета им. Т. Г. Шевченко и в Киеве установкой УБПС-640 были задавлены все металлические сваи диаметром 168 мм и общей дли-пой 12 м. Работы велись в подвальном помещении высотой 5 м и поэтому сваи залавливались секциями по 3 м с соединением сваркой. В последующем внутренняя полость каждой сваи заполнялась цементным раствором марки 200 через трубу диаметром 50 мм, оставляемую затем внутри сваи. Расчетная нагрузка на такую сваю принималась равной 300 кН. 

Есть еще одна область применения вдавливаемых свай, погружаемых в грунт установками типа УБПС-640. В апреле 1991г. обрушился участок кремлевской стены в Великом Новгороде между Спасской и Княжой башнями. Стена возведена в XV веке на искусственно осыпанном земляном валу крутизной примерно 1:2, ограниченном с одной стороны рвом с водой, а с другой -ровной площадкой кремлевского двора (рис.3, a).



Рис.3, а. Потеря устойчивости грунта в основании кремлевской стены в г. Новгороде



Рис.3,б. Устройство системы контрофорсов по склону вала Новгородского Кремля
После расчистки вала от обломков было установлено, что фундаментов общепринятом смысле этого слова стена не имела.

Их заменяли уложенные по высоте в два ряда валуны, причем нижний ряд наполовину вдавлен в верхний глинистый контактный слой основания. Стена дугообразно сместилась по склону вниз, причем краевые ее точки, находящиеся у границ обрушения стены, имели нулевые смещения, а в середине дуги они составляли около 100 см. Это свидетельствовало о наличии сдвига массива грунта вниз по склону.

Стену восстановили, устроив под ней плитный железобетонный фундамент. Для обеспечения устойчивости кремлевского вала автором совместно с Л.В. Хазроном были предложены мероприятия, обеcпечивающие создание зон гарантированной устойчивости откоса вала в виде нескольких заглубленных контрфорсов, прорезавших склон вала в поперечном направлении. По их проектным разработкам предусматривалась система контрфорсов. Устроенных по склону вала с шагом 12м с внешней его стороны и не соединенных с фундаментами стены (рис.3,б). Тело контрфорсов образовывалось бетонными вдавленными спаями. Основанием свай служит rравиино-галечниковый слой на глубине 12 м oт верхней кромки откоса. Для исключения сил, вызывающих работу свай на изгиб и срез, они располагались с уклоном 60° к горизону. При вдавливании свай в три ряда уплотнялся грунтовый массив между ними, который совместно со сваям и ростверком образовывал контрфорс, удерживавший склон и сооружение на нем от оползания.Эта разработка в настоящее время полностью реализована в натуре (между Спасской и Княжой башнями).

Установкой можно задавливать и железобетонные длиномерные сваи, когда помещение не ограничено по высоте. В стесненных условиях могут использоваться составные сваи, но в этом случае возникает проблема рационального стыка (рис.4).

Р ис.4. Конструктивная схема усиления фундаментов в подвальном помещении

1 - установка типа готовая свая, 2-гидродомкраты с клиновым захватом; 3 - инвентарная труба (свая); 4-готовая свая; 5-железобетонный пол
Установка УБПС-640 была успешно использована в Херсоне при усилении фундаментов жилых зданий, сильно деформировавшихся в процессе эксплуатации.

Кафедрой строительного производства Уральского политехнического института (УПИ) совместно с управлением Уралэнергостроймеханизация запроектирован и изготовлен гидроцилиндровыйсваeвдавливающий самоходный агрегат на базе гдpофицированного трактора Т - 100МТП. Рабочим органом навесного сваeвдавливающего оборудования служит гидравлический домкрат с усилием вдавливання 680 кН и ходом поршня 112 см. Усилие вдавливания контролируется по манометру. Реактивное усилие воспринимается специальной стойкой и передается инвентарному анкерующему устройству. Скорость погружения свай установкой УПИ значительно увеличивалась, если они вдавливались через лидерную скважину, образуемую трубчатым лидером диаметром до 650 мм и длиной 3 м. Установка характеризуется высокой маневренностью, пониженной металлоемкостью и усилием вдавливания, в 1,5-2 раза превышающим усилия аналогичных установок.

Оригинальная конструкция сваeвдавливающей установки на базе крана РДК-25 разработана и апробирована в производственных условиях НИИСП.

В ней вместо массивного пригруза для воспринятия реактивных усилий от вдавливаемой сваи используются вакуумные анкеры, незначительно заглубляемые в грунт.

Иногда вместо монтажа тяжелых загрузочных устройств оказывается удобнее использовать для восприятия реактивных усилий стены самого реконструируемого сооружения. На этом принципе основано задавливание составных железобетонных свай типа Мега отдельными элементами. Метод хорошо известен в нашей стране, а также удачно применен на восстановительных работах за рубежом. Так, в частности большинство старых зданий гг. Хельсинки и Турку, деформировавшихся вследствие гниения голов деревянных свай, было восстановлено с использованием конструкций задавливаемых железобетонных свай типа Мега. Такие сваи обеспечивают не только разгрузку слабых слоев грунта, находящихся в верхней зоне основания, но и передачу нагрузки от здания на глубокозалегающие прочные грунты (длина таких свай достигает 25-30 м). Сваи типа Meгa изготовляют из сборных железобетонных элементов длиной 80-100 см квадратными с поперечными сечениями 20х20 и 30х30 см (рис. 5)или круглыми массой 100 кг со сквозным каналом по оси элемeнта диметром 75-100 мм.



Рис.5. Элемент свай типа Мега
Круглые элементы в стесненных условиях работы легче перекатувались. Последовательность работ по устройству задавливаемой сваи показана на рис.6.

Под несущей стеной разрабатывают траншею шириной 1 м и глубиной не менее 1,5 м и устраивают в стене выравнивающую распределительную балку из металла или железобетона, которая равномерно распределяет нагрузку от домкрата при нагружении сваи. Нижний (первый) элемент сваи с острием устанавливают на дно котлована под выравнивающую балку и задавливают строго вертикально в грунт основания с помощью гидравлического домкрата. Домкрат размещают между элементом сваи и выравнивающей балкой.



Когда нижний элемент сваи вдавлен, домкрат и подкладки убирают и на торец первого элемента устанавливают очередной элемент сваи. На торцевые поверхности соприкасающихся элементов укладывают выравнивающий цементный или известковый раствор, а в месте стыковки монтируют соединительную гильзу. В другх конструкциях элементы свай соединяют с помощью закладываемых в гнезда торца вертикальных штырей диаметром 40-50 мм. Стыковка и погружение элементов свай производятся до тех пор, пока свая не достигнет необходимой несущей способности, что можно визуально установить по манометру.

Последним устанавливают головной элемент сваи, размеры которого значительно увеличены по сравнению с размерами рядовых элементов. При этом нагрузка на домкрате, должна превышать расчетную в 1,8 раза. После этого достигнутую нагрузку фиксируют с помощью стальных балок или специальных стоек. Согласно финским техническим условиям,за пять обжатий суммарная осадка сваи не должна превышать 10 мм.

Когда головной элемент оказывается полностью закиненным, домкрат демонтируют. В отверстия, находящиеся в центре задавленных элементов, опускают арматуру, затем инъектируют раствор цемента. Пространство между стойками или стальными балками омоноличивают тощим бетоном марки 50. Опытные данные свидетельствуют о том, что допускаемая нагрузка на висячие сваи сечением 30х30 см составляет 400 кH, a на сваи сечением 20х20 см -около 200 кH. Расстояние между осями свай под стеной обычно составляет 1,3- 2.0 м.

Использование свай Мега позволяет не только предотврaтить дальнейшее развитие осадок здания, но и увеличить объем его подвальной части. Вместе с тем процесс задавливания свай Мега длителен и трудоемок. Так, в частности, на одном реконструируемом жилом 7-этажном доме в г. Турку (Финляндия) производилась замена сгнивших деревянных свай сваями Mera. Общая длина задавливаемой сваи составляла 10-12 м. Всего погружалось 160 свай. На yсиление фундамента работала бригада из 20 чел. Над подвальным помещением был смонтирован легкий кран для опускания элементов и насосная станция. Домкрат и элементы устанавливались вручую. Bдень квалифицированная бригада задавливала всего две сваи.

В одном из микрорайонов г. Tулы проводили усиление фундаментов деформировавшегося пятиэтажного жилого здания вдавливаемыми сваями. Дом стоял вблизи крутого косогора, спланированного насыпными грунтами. После усиления одного из торцов здания четырьмя вдавленными сваями были вновь зафиксированы его возрастающие во времени деформации. Скорость осадки некоторых свай опережала скорость осадки надфундаментных конструкций здания. Между головой cваи и нижней поясной балкой здания образовался зазор. По просьбе института "Тулагражданпроект” обследованием здании занялись сотрудники НИИOСП (автор совместно с Н.С. Никифоровой и Ф.Ф. Зехниевым).Они установили следующее. Сваи под здание были подведены с нарушением правил включения их в работу. Сначала их задавили домкратами до проектной отметки, упираясь в поясную балку здания. Потом давление в домкратах полностью сбросили и сняли их с голов сваи, a зазор между головами свай и поясной балкой расклинили стальными клинями. В результате всех операций сваи под зданием оказались не вкюченными в работу. После полного сброса нагрузки и демонтажа домкратов сваи вернулись в исходное положение. Их упругая часть осадки ликвидировалась. Образовавшийся в ряде мест зазор между головой сваи и нижней поясной балкой здания был вызван осадкой сваи вследствие нагружающего трения насыпного грунта. Особенно в случае, когда нижний конец сваи был недостаточно заглублен в прочный подстилающий слой грунта. Спустя некоторое время специалистами НИИOСП эти сваи были додавлены давлением, на 20% превышающим расчетное давление. Затем, сохраняя расчетное давление на сваю, стойками из стального профиля сваркой головы свай были скреплены с поясной балкой. Зазоры между включенными в работы сваями и поясной балкой впоследствии были забетонированы.

Задавливаемые отдельными элементами сваи типа Мега могут быть эффективно использованы для усиления фундaментов реконструируемого с повышением нагрузок здания. Обычно это оказывается удобным в тех случаях, когда устройство траншей под стенами зданий для подводки из них свай не сопряжено с понижением уровня подземных вод. В противном случае технолoгия работ по усилению фундаментов здания cваями Мега может выглядеть следующим образом. В стена подвала на уровне его пола вырубают шпрабы, в которые заводят арматурный каркас плиты. После укладки каркаса плиту бетонируют. Самостоятельно железобетонная плита как фундаментная конструкция работать не может, поскольку грунт под плитой в большинстве своем рыхлый, сильносжимаемый. Для включения этой плиты в работу здание должно претерпеть значительные осадки, может быть даже намного превышающие предельно допустимые для него. Но это равносильно тому, что здание заведомо обрекается на разрушение. Поэтому предварительно в плите, согласно проектy усиления, по числу вдавливаемых свай оставляются окна, через которые будут погружаться сваи, и закладные стальные анкеры для монтажа упорной конструкции. Общий вид такого устройства показан на рис.7.



Последовательно через окна ведется погружение свай до достижения ими проектной несущей способности. Затем голова сваи должна быть омоноличена с плитой. Железобетонная плита в данном случае будет играть роль свайного ростверка, не включенного в совместную работу с грунтом основания.

Аналогичным образом было проведено усиление плитного фундамента распределительной станции Кемеровского коксохимического завода, испытывавшего аварийные деформации. Основание плиты подверглось размыву водами аварийного коллектора. В фундаментной плите были пробиты отверстия, размером в плане 0.5x0.5 м. через которые погружались в грунт 113 металлических трубчатых свай диаметром 128…146 мм, длиной 7…9 м, шагом 1,4...2,4 м.К острию свай была приварена плоская металлическая пята диаметром 160 м. Они работают как сваи-стойки, так как своим острием опираются на галечниковый грунт. Соединение элементов свай длиной 0,5.. 1,0 м осуществлялось электросваркой. Их вдавливание велось механическими винтовыми домкратами с электроприводом. Рабочий ход домкратов составлял 0,5 м. Домкраты упирались в рамы, приваренные к рабочей арматуре плиты. Рабочая нагрузка на сваи была принята 200 кН. При достижении галечника свая обжималась усилием 300 кН. Включение свай в совместную работу с плитой было произведено при расчетной нагрузке. Внутренняя полость свай заполнялась бетоном. Деформации здания были остановлены, и оно нормально эксплуатируется.

Общие вопросы организации и технологии работ по усилению фундаментов вдавливаемыми сваями изучались в НИИпромстрое и завершились составлением «Инструкции по усилению фундаментов аварийных и реконструируемых зданий многосекционными сваями» (ВСН 16-84) Минпромстроя. На многосекционные железобетонные сваи квадратного сечения 30X30 см и длиной 0,6; 0,9 и 1,2 м с ненапрягаемой стержневой арматурой НИИпромстроем составлены рабочие чертежи. Основные параметры секций таких свай приведены в табл. 1.


Технология погружения этих свай практически аналогична технологии погружения свай Мега. Исключение составляет стыковка секций, которые фиксируются: на болтах или с помощью штырей. Болтовой стык способен воспринять изгибающие моменты, перерезывающие и выдергивающие усилия. Если на сваю действует только вдавливающее продольное усилие, то соединение секций оваи может осуществляться стальным штыревым стыком. Стальной штырь диаметром 40—50 мм и длиной 250—300 мм устанавливается вдоль продольной оси секций в специальных гнездах соответствующих размеров. 

В Инструкции НИИпрометроя достаточно детально рассмотрены основные вопросы проектирования усиления фундаментов. Многосекционные сваи применены при усилении аварийного здания Центра начисления пенсий в Уфе, где их использовали вместо стальных труб диаметром 300—400 мм, заполняемых бетоном марок 200—300. Они с успехом могут применяться как при наличии пространства под фундаментом или упорным элементом, так и при его отсутствии (рис. 8). По данным Э. И. Мулюкова, стоимость свай с болтовыми стыками— 85 руб/м3, со штыревыми — 62 руб/м3, что в 2—3 раза ниже стоимости стальных трубчатых свай. 



Рис.8. Погружение свай при наличии (a) и отсутствии (б) пространства под упорным элементом

a-упор-балка продольная двусторонняя; б- упор-балка поперечная двуконсольная;

1-свая; 2-домкрат; 3-упор; 4 -насосная станция
Поэлементное задавливание стальных трубчатых свай стало применяться у нас в стране еще в начале 40-х годов. Обычно для этого использовали отрезки стальных труб, свариваемых между собой по мере их задавливания в грунт гидравлическим домкратом. Первое звено в такой свае делается закрытым и служит его наконечником. Вследствие этого ему придают специальную форму, способствующую вертикальному погружению сваи. Так как со временем металлическая труба будет коррозировать, целесообразно в ее внутренней полости установить арматурный каркас и забетонировать ее. В случае полной коррозии стенок трубы вся нагрузка, будет восприниматься железобетонным заполнением. Следует отметить, что данные о скорости коррозии металлических свай в грунте весьма ограничены и противоречивы. Так, Е. Прентис и Л. Уайт и японские исследователи на основе экспериментальных измерений показали, что за 10 лет скорость коррозии металла составляла 0,01 мм в год и мало зависела от состава стали, грунтовых условий, наличия сварных швов и антикоррозийного защитного покрытия. Некоторые специалисты считают, что коррозирует только внешний слой металла толщиной 3—4 мм, а образовавшаяся при этом пленка защищает металл от дальнейшего разрушения. 

Фундаменты получившего большой крен жилого здания г.Сумгаитебыли усилены по проекту Э.М. Генделя вдавливаемыми сваями труб диаметром 426 мм (рис.9). Распределителем давления от домкрата на фундамент служила наддомкратная распределительная балка, высота которой зависела от прочности материала фундамента и нагрузки на сваю. Самым рациональным во всей этой технологии вдавливания элементов свай из труб является размещение гидравлического домкрата. Если при вдавливанни свай Мега домкрат после погружения каждого элемента снимают с тем, чтобы снова установить его на голову нового элемента, то в этом случае корпус домкрата прихватывался сваркой к наддомкратной балке и все время вдавливания висел над сваeй.

Трубчатые вдавливаемые сваи были также успешно использованы при усилении фундаментов деформировавшегося Потешнoго дворца в Московском Кремле - памятника архитектуры XVII века. Здание имело 3...6 этажей. За 300 лет существования оно осело, примерно, на 1 м и имело трещины с раскрытием до 40 мм. В основании ленточных фундаментов были обнаружены сгнившие деревянные сваи, вернее, пустоты от них с остатками древесины. Толща насыпных грунтов в основании здания представляла собой смесь песка и супеси с боем кирпича иизвестняка высотой около 15 м. Ниже залегал слой черного цвета высотой до 7,0 м с содержанием органики от 14 до 22%, подстилаемый отложениями каменноугольной системы.



За 35 последних лет, когда запамятником велись регулярные инструментальные наблюдения, здание село на 118... 126 мм. Строительство Дворца съездов в Москве привело кпонижeниюуровня подземных вод идополнrrельной осадке Потешного дворца. Химическое закрепление грунтов основания положительных результатов не дало. Пoэтому было решено усилить фундаменты дворца по проекту Э.М. Генделя задавливаемыми стальными сваями типа Meга, длиной 18 м, диаметром 351 мм с расчетным давленнем на сваю, равным 300 кН. Предварительно закрепили кладку и фундаменты цементно-известковым раствором, а затем усилили фундаменты сваями. Одновременно вдавливалось по две сваи.По завершении этих работ деформации здания стабилизировались.

Накануне 100-летнего юбилея поэта Пушинский комитет обследовал кладбище Пушкных. Убедившись в опасном состояниимогилы поэта комитет поручил псковскому инженеру В.Л. Назимову разработать проекту крепления откоса Cиничьей горы и устройство террасы у могилы А.С. Пушкина и захоронений Ганнибалов. Летом 1902 г. в откосе горы с восточной стороны были заложены основания двух каменных подпорных стен, располагаемых ярусами по склону горы (см. рис. 10).

Р ис.10. Разрез Cиничьей горы и некрополя Пушкиных-Ганнибалов в Святогорском монастыре

а - разрез усиленной стенки верхнего яруса восточного склона холма; б -план подпорной стенки с элементами усиления:

1 – памятник на могиле А.С. Пушкина; 2 – плиты гранитной отмостки; 3 -подпорная стенка верхнего яруса восточного склона холма; 4 - монолитный контрфорс; 5-свайный ростверк; 6 - пoдпорная стенка нижнего яруса восточного склона холма; 7-северная подпорная стенка; 8-упорная монолитная железобетонная балка; 9- настенная геодетическая марка; 10 - монастырская стена; 11 - анкерная задавленная свая, работающая на сжатие; 12-акeрная задавленная свая, работающая на выдергивание; 13-балюстрада; 14 – колокольня
Затем пришлось насыпать горизонтальную площадку вокруг могилы, находящейся ранее на краю склона, установить по верху подпорной стенки верхнего яруса мраморную балюстраду и памятник А.С. Пушкину. Однако, возведение подпорных стен с восточной и северной сторон крутого могильного холма, а также отсыпка площадки вокруг памятника с течением времени значительно изменили существовавшее здесь в течение ряда веков равновесие в гидрогеологической гидротехнической обстановке.

В 1994г. группа сотрудников НИИОСПа по собственной инициативе провела первичное обследование с замерами некрополя Пушкиных-Ганибалов и подпорных стеной холма. При обследовании этих сооружений, в первую очередь насыпной площадки вокруг памятника, было отмечено следующее:

- просадка толщи насыпного грунта на площадке вокруг памятника, горизонтальная сдвижка плит отмостки в сторону балюстрады (откоса), расширение зазоров между ними и образование общего уклона в сторону балюстрады (откоса);

- просадка насыпного грунта отмосток и отрыв ее от старой кладки;

- отклонение балюстрады от вертикали, разрыв углового (мpаморного) столбика балюстрады и выход левой его части из плоскости в сторону откоса.

Проектом усиления (автора совместно с Л.В. Хазрoном) подпорных стен, разработанным для обеспечения их устойчивости при замачиванни или обводнении грунтов предусматривалось устройство перед подпорными стенками на откосе упорных железобетонных плит ростверков мелкого заложения с вертикальными контрфорсами, жестко связанными с ростверками, а также горизонтальных железобетонных балок, бетонируемых у фундаментов подпорных стен.

Контрфорсы, железобетонные балки и ростверки при бетонированные впритык к подпорным стенам, воспринимали горизонтальные сдвиговые усилия и изгибающие моменты. Эти усилия через роствeрки передавались на наклонные сваи, половина из которых, направленных в сторону откоса, воспринимали сжимающие усилия. Остальные сваи (анкерные) с противоположным углом наклона, направленные под подпорную стену, воспринимали растягивающие усилия и работали на выдергивание.

Проект усиления подпорных стен предусматривал устройство свай методом вдавливания обсадных труб последующим их извлечением и одновременным бетонированием свай. Упором для механизма вдавливания труб являлся железобетонный ростверк, бетонированный на поверхности откосов с заглублением в грунт до 750 мм.

Габариты ростверков определялись с учетом обеспечения необходимой их массы при вдавливании. Усилие вдавливания при этом н превышало 20 тс. Обсадные трубы погружались после достижения 80…100% прочности бетона ростверка. Koнтpфорсы на ростверках бетонировались до задавливания свай в упор к подпорным стенкам. Примыкаяк подпорным стенкам, контpфорсы совместно с роствeрками обеспечивали необходимую опору при задавливани свай. Для обеспечения несущей способности свай в нижней их зоне предусматривалось уширение.

Задавливание колонны труб для устройства следующей сваи допускалось после набора 100% прочности предыдущей свaей. Для ускорения производства работ вдавливание свай осуществлялось на соседних роcтверках. Каждая свая перед бетонированием (после погружения колонны труб) сдавалась по акту на скрытые работы техническом надзору заказчика с указанием глубины погружения труб и наличия арматурного стержня.

Для вдавливаемых свай, кроме известных механических приспособлений, Э.А. Товмaсяном предложено использовать электромеханические подъемники, которые позволяют вдавливать сваи без ограничения длины, осуществлять вдавливание как вертикальных свай, так свай под углом, рядом с существующим фундаментом и через него, повысить производительность труда, значительно сократить сроки выполнения работ.

Несмотря на сравнительно широкое распространение вдавливания свай при усилении фундаментов, еще нет единой точки зрения на значение усилия, которое требуется передать на сваю перед включением ее в совместную работу с сооружением. Есть мнение, что усилие обжатия вдавливаемых свай домкратами на последней ступени дoлжно в 1.5-2 раза превышать расчетную загрузку. MетодикаНИИпpомстроя предусматривает по завершении вдавливания выдержку домкрата при расчетном усилии до условной стабилизации (осадка менее 0.1 мм за 30 мин). По нашему мнению, на последней ступени вдавливающее усилие должно быть выше расчетного не менее чем на 50%.

При проектировании вдавливаемых cвай необходимо исходить из условия



где m-коэффициент надежности, принимаемый равным 0,5-0,7; g -ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с2; Q1 - нормативная масса строительных конструкций (собственная масса существующего фундамента, стен и др.), приходящаяся на один домкрат при вдавливании сваи; NДМК - предельное усилие вдавливани сваи; Fd- несущая способность сваи, принимаемая по СНиП 2.02.03-85.

Для участка усиливаемого фундамента, на котором проводится вдавливание свай одновременно несколькими домкратами, неравенство (63) примет вид



где Qn - нормативная масса строительных конструкции, приходящаяся на расчетный участок усиливаемого фундамента; n-число домкратов (свай).

Расчет упорных элементов и свай выполняется в соответствии с требованиями СНиП на проектирование бетонных и железобетонных, стальных, каменных и армокаменных конструкций. При необходимости предусматриваются стальные тяжи для прикрепления упорных элементов к стене. При поперечных двухконсольных упорных балках рассчитываются страховочные инвентарные подкосы либо растяжки.

Допускаемая реактивная нагрузка на упорные элементы определяется прочностными свойствами материалов (кирпичная кладка, бетон т.п) и конструктивным н особенностями yпорного элемента с учетом его износа. Расчетная допускаемая нагрузка на упорный элемент cваи (прочность по материалу) дожна удовлетворять условию



где m2 -коэффициент условий работы упорного элемента и сваи, равный 0,9; N₀- расчетная допускаемая нагрузка на упорный элемент и сваю, m1 - коэффициент условий работы многосекционной сваи для железобетонной сваи с болтовым стыком m1 = 1.0; для стальной трубчатой ни коробчатой сваи, заполненной раствором (бетоном), m1 = 1.1; для железобетонной сваи со шrпыревым стыком m1=0,95; m3 - коэффициент, учитывающий усилие вдавливания многосекционной сваи, равный 1.2.

Несущая способность многосекционной сваи по грунту должна удовлетворять условию



где Fd - расчетная нагрузка, допускаемая на сваю (но несущей способности група), N-расчетная нагрузка, передаваемая на сваю.

Несущая способность многосекционной сваи по групу может определяться по формуле



где m1 - то же, что в формуле (4), Fd’ –несущая способность обычной сваи, размеры которой равны размерам многосекционной сваи, kn-коэффициент надежности, равный 1,1; либо по СНиП 2.02.03-85 для обычной забивной сваи, размеры которой равны размерам многосекционной сваи.

Коэффициенты _сR и _сfдля вдавливаемых свай берутся по табл. 2. Она составлена Е.М. Перлеем, С.В Светинским и С.В. Гдалиным по материалам ВНИИГСа, а также опытным данным, полученным при вдавливании свай в песчаные и пылевато-глинистые грунты различных видов. В ней учтена и технология погружения свай с помощью подмыва или в лидерные скважины различного диаметра. Предпочтение должно быть отдано тому расчетному методу, который дает меньше значения Fd.

Осадки от дополнительных нагрузок не должны превышать 10- 30% предельных осадок принимаемых в соответствии со СНиП 2.02.0183*



где - дополнительная осадка реконструируемого здания после усиления фундамента и приложения дополнительных постояных и временных нагрузок, k - коэффициент, зависяций от соотношения дополнительных нагрузок Nдоп и нагрузок до реконструкции N0, принимаемый равным:



[S] - предельно допустимая совместная деформация основания и здания, устанавливаемая по СНиП 2.02.01-83*.



Одной из разновидностей методов вдавливання свай под эксплуатируемыми сооружениями является их додавливание. Необходимость в нем возникает в тех случаях, когда при устройстве свайных фундаментов из-за плохой кученности инженерно-геологических условий концы свай оказываются в толще слабый грунт. Развивающиеся неравномерные осадки здания можно предотвратить дополнительным задавливанием существующих свай до прочного грунта. Естественно, что всякого рода повышение нагрузок на такие здания при реконструкции оказывается невозможным до тех пор, пока не будут ликвидированы причины деформаций.

Примером работ такого рода может служить восстановление эксплуатационной пригодности 12-этажного здания. Работы по усилению фундаментов выполнялись методом додавливаниясвай при полностью смонтированном здании. На участке, где сваи оказались в слое слабого грунта, было произведено дополнительно их задавливание до прочного грунта. Число погружаемых свай устанавливалось из расчета передачи на них нагрузки от лежащих выше конструкций, расположенных в пределах участка недопогруженных свай, и составляло, как правило, три сваи на ось. Расчетная нагрузка на сваю после ее додавливания составляла 800 кН.

Т ехнология работ по допогруженню свай сволиaсь к следующему. Вдоль наружной стены здания был разработан котлован (рис.11) на глубину 12 м ниже свайного ростверка.

Рис.11. Допогружение недобитых свай в основании жилого 12-этажного дома

1-песок; 2 -сапропель; 3-торф;

4 суглинки; 5 -торф; 6-насыпь
Кроме того, вручную он был расширен и до поперечных стен. Затем сваи подрубались на уровне 15-20 см от дна котлована и на них надевался металлический оголовник. К оголовнику на сварке прикреплялось первое звено стальной трубы диаметром 325 мм и длиной 0,5 м. Для передачи давления от домкрата на ростверк к нему прикреплялась поддомкратная стальная балка, а на гoлову первого звена укладывалась распределительная стальная плита.Задавливание свай домкратами грузопольемности 200 т велось на глубину от 0,2 до 3,5 м. Очередные звенья наращивались сваркой. После окончаниязадавливания сваю с помощью парных стоек швеллеров №24 перекрепляли на ростверк. Все работы вела бригaда из пяти человек. На додавливание одной сваи затрачивалось 4-5 человеко-смен. Таким образом, было погружено 80 свай.Несущая способность их, по данным статических испытаний, составила 800-960 кН.Полости всех труб заполнялись бетоном. По завершении всех работ деформации здания прекратились.

Однако работы по додавливанию могут по ряду причин и не принести ожидаемых результатов. Cвидетельством этому может служить следующий пример. На одной из намывных площадок был построен 9-этажный крупнопанельный дом на свайных фундаментах. Согласно проекту, длина свай составля ла 12 м. Предполагалось, что они прорежут верхнюю 7-9-метровую толщу мелких и средней крупности намывных песков, а также 1,5-2-метровые слои искусственно погребенных торфов и погрузятся в толщу плотных аллювиальных песков естественного сложения. Однако при забивке cвай не смогли прорезать слой торфа, так как энергия удара дизель-молота гасилась упругой деформацией торфа. Концы свай остановились вблизи кровли торфа. Строителями был установлен отказ свай (естественно, ложный) и они cрубили недобитую часть сваи, длина которой иногда составляла 4-5 м (рис.12)



Рис 12. Геологический разрез площадки строительства здания №7и схема размещения свай в его основaнии (геологические обозниченя приведены в соответствии с табл. 2)

В дальнейшем после завершения строительства дома под действием статической нагрузки сваи стали сильно и неравномерно врезаться в кровлю слабого грунта. Примерно за 4-5 лет осада некоторых точек здания достигала 70 см (рис.13)

Р ис.13 Эпюры осадок фундаментов наружных стен жилого здания № 7 на четвертый год с начала строительства
В надфундаментных конструкциях появились незатухающие трещины и выколы.Встал вопрос о возможности его дальнейшей эксплуатации. Тогда и было решено усилить фундаменты додавливанием свай. Технология ведения работ по додавливанию не отличалась от описанной выше. Однако ни одну сваю под домом додавить не удалось и хотя домкрат на свaе развивал усилие в 1000 кН, трение песка по боковой поверхности сваи не было преодолено. Дальнейшее повышение задавливающего усилия приводило к разрушению голов свай. В связи с этим работы по усилению фундаментов пришлось прекратить.