сотрудник с 01.01.2001 по настоящее время
Краснодар, Краснодарский край, Россия
аспирант с 01.01.2016 по настоящее время
Кубанский государственный аграрный университет (Оснований и фундаментов, ассистент)
аспирант с 01.01.2013 по 01.01.2016
Краснодар, Краснодарский край, Россия
УДК 69 Строительство. Строительные материалы. Строительно-монтажные работы
ГРНТИ 67.11 Строительные конструкции
ГРНТИ 67.23 Архитектурно-строительное проектирование
ГРНТИ 67.01 Общие вопросы строительства
ОКСО 08.04.01 Строительство
ОКСО 08.06.01 Техника и технологии строительства
ББК 302 Проектирование
ББК 304 Конструкции
ББК 308 Монтаж, эксплуатация, ремонт машин и промышленного оборудования
ТБК 5413 Основания и фундаменты. Механика грунтов
В статье приведен пример использования свайно-плитного фундамента с промежуточной подушкой для реализации высотного здания на оползнеопасном склоне в сейсмическом районе.
свайно-плитный фундамент, промежуточная подушка, сейсмичность, склон, высотное здание, вертикально армированное основание, глубокий котлован, нестандартное решение фундамента
Строительство высотных зданий на крутых склонах является сложной задачей в связи с наличием ряда технических и технологических особенностей их возведения. Зачастую проектирование не может обойтись без применения нетрадиционных решений фундаментов и надземных частей здания, а также современных методов по устройству глубоких котлованов [3-4, 8, 11-15].
Рисунок 1 – Участки с высотными зданиями, расположенными на крутых склонах
В настоящей статье приведен опыт проектирования высотного здания в г. Сочи с нетрадиционным решением фундаментов, позволивший выровнять неравномерную сжимаемость основания в плане и по глубине геологического разреза в связи с крутопадающими напластованиями инженерно-геологических элементов (рис. 2…5).
Краснодарский край и его Черноморское побережье являются одним из наиболее привлекательных регионов России с современной курортной инфраструктурой. Такие факторы, как крутой рельеф, оползневая и селевая активность, неравномерное распространение слабых грунтов в плане и по глубине, – заставляют принимать нестандартные решения при проектировании фундаментов высотных зданий.
Рисунок 2 –Участок строительства высотного здания на крутом склоне
Проектируемое здание – 24-25-ти этажное (высота здания ~108,0 м), с двумя подземными этажами. Форма подземной части здания в плане близка к прямоугольной с размерами ~95х50 м. За относительную отметку 0,00 принята абсолютная отметка 74,7 м. Глубина заложения подошвы плиты переменная – 7,5-18,4 м. Отметка подошвы плиты -7,95 м (абс. отм. 66,75 м), сейсмичность площадки строительства 9 баллов.
Рисунок 4 – Схема совмещения фундаментов с естественным рельефом участка
Рисунок 5 – Инженерно-геологический разрез по линии 1-1 (рис.4)
В геоморфологическом отношении участок строительства приурочен к средней части приморского склона юго-западной экспозиции горы Бытха. Площадка строительства расположена на склоне горы Бытха и характеризуется резким перепадом рельефа поперек буквенных осей проектируемого здания. Участок строительства расположен в верхней части крупного древнего оползня, зарегистрированного в кадастре Северо-Кавказского Геоэкологического центра под № 1713, характеризующийся как стабилизировавшийся.
Геологическое строение, согласно инженерно-геологическим изысканиям, изучено до глубины 30 м и представлено следующими грунтами (сверху вниз).
- Насыпные грунты (tQIV) [ИГЭ-1] неоднородные, крупнообломочный, слежавшийся грунт с глинистым полутвердым заполнением. Толщина – 0,9-3,5 м.
- Нерасчлененные верхнечетвертичные и современные делювиально-оползневые образования (d-dpQII) [ИГЭ-2] представлены глиной песчанистой, полутвердой, слабонабухающей с включениями щебня и глыб выветрелых осадочных пород (до 25%). Толщина – 4,0-17,0 м.
- Древнеоползневые образования среднеплейстоценового возраста (dpQII) [ИГЭ-3] представлены смещенными блоками аргиллитов, алевритов и песчаников, выветрелых до состояния суглинков полутвердых, слабонабухающих, щебнистых. Толщина – 1,0-10,2 м.
- Коренные породы среднего палеогена (P2ф) [ИГЭ-4] представлены мергелями малопрочными, плотными, размягчаемыми, нерастворимыми. Падение пластов коренных пород юго-западное под углом 15-18°. Наибольшая вскрытая толщина – 20,5 м.
Подземные воды на участке строительства встречены при проходке древнеоползневых отложений [ИГЭ-3]. К современным и делювиально-оползневым отложением приурочены подземные воды типа «верховодка». Основные нормативные и расчетные характеристики физико-механических свойств грунтов приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Основные нормативные и расчетные характеристики физико-механических свойств грунтов
|
Номер ИГЭ |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
Разновидность грунта по ГОСТ 25100-95 |
Насыпной слежавшийся неоднородный крупнообломочный грунт с глинистым полутвердым заполнителем и включением строительного мусора |
Глина легкая песчанистая полутвердая слабонабухающая с включением щебня и глыб выветрелых осадочных пород (до 25%) |
Суглинок тяжелый пылеватый полутвердый ненабухающий непросадочный щебенистый |
Мергель малопрочный плотный размягчаемый нерастворимый |
|
|
Плотность грунта природной влажности, т/м3 |
pn |
1.95 |
2.05 |
2.10 |
2.53 |
|
pI |
|
2.02 |
2.06 |
2.50 |
|
|
pII |
|
2.03 |
2.07 |
2.51 |
|
|
Коэффициент пористости |
e |
|
0.642 |
0.530 |
|
|
Показатель текучести |
IL |
|
0.17 |
0.03 |
|
|
Степень влажности |
St |
|
0.98 |
0.93 |
|
|
Удельное сцепление, кПа |
Cn |
|
56/22*/80** |
70/19*/58** |
|
|
CI |
|
34/9* |
60/9* |
|
|
|
CII |
|
43/13* |
64/11* |
|
|
|
Угол внутреннего трения, град |
φn |
|
12/10*/14** |
14/13*/15** |
|
|
φI |
|
8/6* |
5/7* |
|
|
|
φII |
|
9/7* |
89* |
|
|
|
Модуль деформации при водонасыщении, МПа |
Eо |
|
17 |
16 |
|
|
Предел прочности на одноосное сжатие при естественной влажности, МПа |
Rс |
|
|
|
14.7 |
|
Предел прочности на одноосное сжатие при водонасыщении, МПа |
Rс(вод) |
|
|
|
10.1 |
|
Коэффициент размягчаемости |
|
|
|
|
0.50 |
|
Примечание:
|
|||||
Разработанное проектное решение глубокого котлована [18] предусматривало возведение свайно-анкерного ограждения из буронабивных свай d800 мм и d600 мм, которые по высоте раскреплялись 2-4 ярусами инъекционных анкеров (рис. 6). Сваи выполнялись с поверхности естественного рельефа. Длина свай d800 мм - 20,0-26,0 м; d600 мм - 16,0-18,0 м. Сваи изготавливались из бетона класса B25 и армировались пространственными каркасами из арматурных стержней d36 мм. Для обоснования принятых решений проводились геотехнические расчеты в ПК PLAXIS. Наиболее опасные расчетные сечения, их техническое решение замаркированы и показаны на рис. 6,7,9. Деформированные схемы на последней стадии расчета для каждого сечения показаны на рис. 8,10.
Рисунок 6 – Схема расположения решений ограждения глубокого котлована
Рисунок 7 – Расчетное сечение 1-1 Рисунок 8 – Деформированная схема
расчетного сечения 1-1
Рисунок 9 – Расчетное сечение 2-2 Рисунок 10 – Деформированная схема
расчетного сечения 2-2
Таблица 2 – Расчетные усилия в грунтовых анкерах в сечении 1-1
|
Номер яруса анкера |
Усилие в анкере на 1м.п., кН |
Шаг анкеров, м. |
Усилие в анкере, кН |
|
1 |
144.6 |
3.28 |
474 |
|
2 |
139.8 |
2.46 |
344 |
|
3 |
69.9 |
2.46 |
172 |
Таблица 3 – Расчетные усилия в грунтовых анкерах в сечении 2-2
|
Номер яруса анкера |
Усилие в анкере на 1м.п., кН |
Шаг анкеров, м. |
Усилие в анкере, кН |
|
1 |
122 |
3.28 |
400 |
|
2 |
118 |
2.46 |
290 |
|
3 |
61 |
2.46 |
150 |
В результате проведённых расчетов удалось определить расчетные усилия в элементах системы, по которым назначался их шаг и габаритные размеры. В таблицах 2-3 показаны расчетные и проектные значения усилий в грунтовых анкерах с учетом шага их расстановки, которые были подтверждены натурными испытаниями с применением соответствующих коэффициентов запаса.
Рисунок 11 – Инженерно-геологические условия строительства высотного здания
После обоснования конструкции глубокого котлована был проведен поиск эффективного решения фундамента высотного здания. Как видно из рисунка 11, участок строительства высотного здания расположен на крутом склоне. Данное здание предусматривает развитую 2-3-этажную подземную часть, в связи с чем необходимо выполнение откопки до 18 м, однако даже такие значительные подрезки склона не позволяют зданию опираться на однородные грунты. Это показано на рисунке 11, где правая часть фундамента здания опирается на скальные грунты ИГЭ-4, а левая часть – на дисперсные грунты ИГЭ-2, 3.
В таких условиях применение традиционных решений фундаментов является трудоемким и экономически неэффективным. В связи с чем было разработано специальное техническое решение фундамента, которое предусматривало выравнивание деформационных характеристик основания за счет применения вертикального армирования основания буронабивными сваями под частью фундаментной плиты высотного жилого здания (рис. 12).
Рисунок 12 – Схема расположения элементов вертикального армирования основания высотного жилого здания
Суть технического решения заключалась в использовании буронабивных свай d400 мм переменной длины - 2,0-18,0 м (см. рис. 11). Сваи выполнялись с отметки дна котлована -9,10 м (абс. отм. -65,60 м) (рис. 15). Длина свай назначалась из расчета заглубления подошвы свай в мергель (ИГЭ-4) не менее чем на 1,0 м. В верхней правой части фундамента, согласно инженерно-геологическим изысканиям, в основании фундаментной плиты здания залегает мергель (ИГЭ-4), в этих местах фундаментная плита здания опирается на естественное основание. В нижней правой части – на сваи. Все сваи вертикально армированного основания объединятся монолитной плитой толщиной 450 мм, для более равномерного и совместного восприятия приходящих нагрузок на армированное основание. Между сваями и плитой здания выполняется промежуточная подушка (рис. 13) толщиной 600 мм из гранитного щебня для снятия значительных горизонтальных нагрузок, приходящих на сваи при сейсмическом событии в 9 баллов [18].
Рисунок 13 – Техническое решение плитного фундамента на армированном основании для высотного здания в г. Сочи
Рисунок 14 – Процесс бурения свай инженерной защиты глубокого котлована
Рисунок 15 – Начало бурения свай вертикально армированного основания высотного здания с проектной отметки дна котлована
Рисунок 16 – Устройство промежуточной подушки из гранитного щебня для компенсации горизонтальных воздействий на высотное здание
Рисунок 17 – Этап возведения 14-го надземного этажа высотного здания
Рисунок 18 – Завершение фасадных работ на объекте
Использование современных геотехнологий в сочетании с заданной проектом последовательностью возведения фундамента, а также адаптация объемно-планировочного решения проектируемого объекта к существующему рельефу дают техническую и экономическую возможность воплотить задуманный архитектурный проект на практике. Это требует соответствующего расчетного обоснования и применения нестандартных технических решений фундаментов.
1. СП 14.13330.2014 Строительство в сейсмических районах. Актуализированная редакция СНиП II-7-81* . - М. : Минстрой России, 2015.
2. СНКК 22-301-2000 Строительство в сейсмических районах Краснодарского края. - М. : Госстрой России, 2001.
3. К расчету зданий и сооружений на сложных, неравномерно сжимаемых основаниях / Шадунц К. Ш., Мариничев М. Б. // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 2003. - № 2. - С. 7-10.
4. Эффективные фундаментные конструкции в сложных грунтовых условиях / Мариничев М. Б., Шадунц К. Ш., Маршалка А. Ю. // Промышленное и гражданское строительство. - 2013. - № 2. - С. 34-36
5. Справочник геотехника. Основания, фундаменты и подземные сооружения / Под общ. ред. Ильичева В. А. и Мангушева Р. А. -2-е изд., доп. и перераб. - М. : Изд-во АСВ, 2016, - 1040 с.
6. Справочник проектировщика. Основания и фундаменты, подземные сооружения / Под общ. ред.Сорочана Е. А., Трофименкова Ю. Г. - М.: Стройиздат, 1985. - 480 с.
7. Руководство по проектированию свайных фундаментов // НИИОСП им. Герсеванова. - М. : Госстрой СССР, 1980.
8. Рекомендации по проектированию свайных фундаментов с промежуточной подушкой для зданий и сооружений, возводимых в сейсмических районах // НИИ оснований им. Герсеванова при уч.института "Фундамент-проект". - Кишинев, 1974.
9. Способ строительства свайно-плитных фундаментов в сейсмических районах: пат. 2300604 Рос. Федерация: МПК E02D 27/34 №2005131149/03 заявл. 07.10.2005; опубл. 10.06.2007, Бюл. №16 / К. Ш. Шадунц, М. Б. Мариничев, В. А. Демченко / заявка 2005131149/03, заявл. 07.10.2005; опубл. 10.06.2007, Бюл. №16
10. Способ возведения свайно-плитного фундамента: пат. 2378454 Рос. Федерация: МПК E02D27/14 №2008133436/03, заявл. 14.08.2008; опубл. 10.01.2010, Бюл. №1 / К. Ш. Шадунц, М. Б. Мариничев / заявка 2008133436/03, заявл. 14.08.2008; опубл. 10.01.2010, Бюл. №1
11. Разработка конструктивного решения вертикально армированного основания плитного фундамента высотного здания в сейсмическом районе / Мариничев М. Б., Ткачев И. Г. // Материалы международной научно-технической конференции «Механика грунтов в геотехнике и фундаментостроении». - Новочеркасск: Изд-во ИД «Политехник», 2015. - С. 272-281.
12. Практическая реализация метода вертикального армирования неоднородного основания для компенсации неравномерной деформируемости грунтового массива и снижения сейсмических воздействий на надземное сооружение / Мариничев М.Б., Ткачев И.Г., Шлее Ю. // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2013. - №10(094). - IDA [article ID]: 0941310051. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2013/10/pdf/51.pdf
13. Опыт реализации нестандартных методов проектирования и строительства фундаментов высотных зданий в сейсмических районах / Мариничев М. Б. // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2017. - №01(125). С. 623 - 657. - IDA [article ID]: 1251701043. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2017/01/pdf/43.pdf, 2,188 у.п.л.
14. Оценка эффективности свайно-плитных фундаментов с промежуточной подушкой на примере высотных зданий в сейсмических районах Краснодарского края / Мариничев М. Б. // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета [Электронный ресурс]. - Томск: ТГАСУ, 2017. - №2(061). - С. 182-191 - Режим доступа: http://www.tsuab.ru/upload/files/additional/2_2017_14_Marinichev_file_5189_4644_4039.pdf
15. Особенности учета инженерно-геологического строения оснований пойменных территорий в сейсмических районах при выборе технических решений фундаментов высотных зданий / Мариничев М. Б. // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. - Пермь: ПНИПУ, 2018. - №1. - С. 103-113
16. Малинин А.Г. Струйная цементация грунтов. Моногр. Пермь : Пресстайм, 2007. - 168 с.
17. Расчеты взаимодействия высотного здания и основания с учетом нелинейных свойств конструкционных материалов и грунтов / Шашкин А. Г., Шашкин К. Г.// Жилищное строительство. - М. : Рекламно-издательская фирма "Стройматериалы", 2015. - №9, - С. 30-35.
18. Договор №1662/38-148-06/СП между ООО «Датонг Групп» и НИИОСП им.Н.М. Герсеванова - филиалом ФГУП «НИЦ «Строительство».
