Снижение влияния дополнительных осадок от нового строительства путём стабилизации грунтового основания под существующим зданием

В статье автор рассматривает способы снижения дополнительных осадок существующего здания от нового строительства путём стабилизации грунтового основания под фундаментами существующего здания.

Ключевые слова: дополнительные осадки, стабилизация грунтового основания, снижение осадок, влияние нового строительства, инъектирование грунта основания, окружающая застройка.

В качестве объекта исследования было выбрано здание бизнес-центра, находящееся в самом центре Петербурга в зоне исторической застройки Санкт-Петербурга, в пределах объединенной охранной зоны памятников истории и культуры, кроме того, здание окружают объекты культурного наследия.

По периметру участка нового строительства находится историческая застройка, большая часть которой является объектами культурного наследия. Предельные дополнительные деформации основания фундаментов сооружений окружающей застройки, расположенные в зоне влияния нового строительства или реконструкции определяются согласно таблице К.1 приложения К СП 22.13330.2016. Исторические здания относятся к пункту 5 Таблицы К.1 «Многоэтажные и одноэтажные здания исторической застройки или памятники истории, архитектуры и культуры с несущими стенами из кирпичной кладки без армирования. Согласно пункту 5 в случае, если здание находятся в работоспособном состоянии, то предельные осадки могут составлять до 10 мм, а относительная разность осадок до 0,0006, в случае, если здание находится в ограниченно-работоспособном состоянии, то предельная осадка составляет не более 5 мм, а разность осадок не более 0,0004. [1]

В условиях Санкт-Петербурга выполнение данных требований представляется весьма сложной задачей на которую, зачастую, приходится тратить не малую долю бюджета нового строительства в исторической части города.

Схема 1

В схеме 1 рассматривался выполненный физически вариант в части компенсационных мероприятий для окружающей застройки. Решения предусматривают выполнение усиления тела фундаментов инъектированием цементного раствора с добавлением извести и усиление грунтов основания по технологии «jet-grouting». Грунтоцементные сваи выполняются на 2 метра ниже подошвы фундамента под каждой из 3-х лент объекта культурного наследия. Воздействия от устройства грунтоцементных свай в модели не учитывались. Расчётная схема показана на рисунке 1.

Последовательность производства работ следующая: выполнение усиления грунта основания существующего здания на глубину 2 метра ниже подошвы фундамента по технологии «jet-grouting», устройство ограждения котлована, выполнение свай с уровня планировки, откопка пионерного котлована, устройство перекрытий 1-го уровня, откопка котлована до отметки -6000, устройство перекрытий 2-го уровня, откопка котлована до проектной отметки, устройство ростверка, строительство надземной части здания.

При вышеперечисленных условиях осадка объекта культурного наследия составила 42 мм, что на 3 мм меньше, чем осадка при отсутствии компенсационных мероприятий, но превышает в 8 раз предельно допустимые осадки для здания. Неравномерность осадок составила 0,0005, что превышает допустимые нормами значения.

Схема 2

В схеме 6 показаны решения инъектирования грунта основания двухкомпонентным органоминеральным составом Resmix IS-F. Ввиду большой неравномерности осадок в схеме 5 было принято решение выполнять инъектирование для создания геополимерной плиты под существующим зданием. Инъектирование планируется выполнить под всё здание целиком для создания геополимерной плиты. Для получения аналитических данных по уменьшению значения дополнительной осадки окружающей застройки выполнен ряд математических расчётов по закреплению грунта на глубину с шагом 2 м от точки отсчёта до глубины 10 м, до получения значения осадки здания менее 5 мм. Значение в 5 мм выбрано, поскольку рассматриваемое здание является объектом культурного наследия и находится в ограниченно-работоспособном состоянии, поэтому, согласно табл. 1, осадка не должна превышать 5 мм. Расчётная схема показана на рисунке 2.

Последовательность производства работ следующая: выполнение усиления грунта основания путем инъектирования грунта основания существующего здания двухкомпонентным органоминеральным составом Resmix IS-F, устройство ограждения котлована, выполнение свай с уровня планировки, откопка пионерного котлована, устройство перекрытий 1-го уровня, откопка котлована до отметки -6000, устройство перекрытий 2-го уровня, откопка котлована до проектной отметки, устройство ростверка, строительство надземной части здания.

Рис. 2. Расчётная схема ограждении котлована выполненного по схеме «top-down» с компенсационными мероприятиями, выполненными по схеме 2

Результата удалось достичь при глубине инъектирования 10 м, осадка составила 1 мм, что соответствует нормам, при этом, неравномерность осадок составила 0,0006, что превышает норму в 1,5 раза. Изменения осадок фундаментов с увеличением глубины инъектирования показаны на рисунке 3. С помощью применения инновационного материала и выполнения геополимерной плиты удалось уменьшить осадки в 40 раз по сравнению с проектным решением.

Схема 3

В схеме 3 было принято решение совместить выполнение. Данное решение позволило уменьшить крен здания и привести осадки и их неравномерность к нормативным значениям. Инъектирование «плитой» выполняется на 2 метра ниже подошвы фундамента, инъектирование вдоль ограждения котлована выполняется на 10 метров ниже поверхности земли. Глубина увеличивается с шагом 2 метра до получения значения осадки здания менее 5 мм. Значение в 5 мм выбрано, поскольку рассматриваемое здание является объектом культурного наследия и находится в ограниченно-работоспособном состоянии, его осадка не должна превышать 5 мм. Расчётная схема показана на рисунке 4.

Последовательность производства работ следующая: выполнение усиления грунта основания путем инъектирования грунта основания существующего здания двухкомпонентным органоминеральным составом Resmix IS-F, устройство ограждения котлована, выполнение свай с уровня планировки, откопка пионерного котлована, устройство перекрытий 1-го уровня, откопка котлована до отметки -6000, устройство перекрытий 2-го уровня, откопка котлована до проектной отметки, устройство ростверка, строительство надземной части здания.

Рис. 4. Расчётная схема ограждении котлована выполненного по схеме «top-down» с компенсационными мероприятиями, выполненными по схеме 3

Результата удалось достичь при глубине инъектирования 8 м под подошвой фундамента и 16-ть метров вдоль ограждения котлована, осадка составила 4 мм, что соответствует нормам, при этом, неравномерность осадок составила 0,0003, что соответствует нормативным значениям. Соответственно, данный вариант усиления является наиболее удачным и советует условиям сохранения возможной плотной исторической застройки.

С помощью применения инновационного материала и выполнения геополимерной плиты удалось уменьшить осадки в 10 раз по сравнению с проектным решением.

Изменения осадок фундаментов с увеличением глубины инъектирования показаны на рисунке 5.

Рис. 5. График изменения осадки фундамента в зависимости от глубины инъекции

Таблица 1

Сравнение полученных результатов

Заключение

Исходя из представленных данных видно, что выполнение усиления по технологии «jet-grouting» в схеме 1 не позволяет достичь условий сохранности здания, попадающего в зону влияния нового строительства, осадка составляет 42 мм, что значительно превышает нормативные значения. В схеме 2 удалось снизить неравномерность осадок и добиться нормативного значения для работоспособного состояния здания. В схеме 3 удалось снизить неравномерность осадок, полученное значение соответствует нормативным требования для ограниченно работоспособного состояния здания.

Литература:

1. СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01–83*.
2. Камбефор А. Инъекция грунтов: Пер. с франц. — М.: Энергия, 1971. — 334 с.
3. Мангушев Р. А. и др. Методы подготовки и устройства искусственных оснований: Учеб. пособие / Р. А. Мангушев, Р. А. Усманов, С. В. Ланько, В. В. Конюшков. — М. — СПб.: Изд-во АСВ, 2012. — 280 с.
4. Аббуд М. Геотехническое обоснование стабилизации осадок фундаментов с помощью инъекционного закрепления грунтов: дис. канд. тех. наук: 05.23.02 / Аббуд Мухаммед.– СПб, 2000. — 163 с.
5. Никифоров А. А. Методы усиления оснований и фундаментов, применяемые в инженерной реставрации // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. — 2003. — № 2. С.181–188.