Геотехнический мониторинг при усилении фундаментов и оснований

Геотехнический мониторинг при усилении фундаментов и оснований

Лекция 1. Назначение и задачи реконструкции существующей застройки.

В мировой практике развитых в экономическом отношении стран с каждым годом увеличивается доля реконструкции зданий и сооружений по сравнению с новым строительством. Эта тенденция в инвестиционной политике дает возможность быстро менять технологию различных производств и назначение зданий, используя готовые объемы. Однако такого рода перепрофилирование часто ведет к увеличению нагрузок на существующие фундаменты за счет использования более тяжелого оборудования и к изменению статической схемы работы здания - устройству дополнительных опор, этажей, догрузке перекрытий и полов.

В городах уплотняется застройка, реконструируются целые кварталы, осваивается подземное пространство. Интенсивно строятся подземные торговые центры, транспортные магистрали, инженерные сети. При этом важным требованием мировой практики реконструкции является сохранение исторических архитектурных памятников, определяющих облик города.

Примеры г. Одессы

Аналогичные проблемы характерны и для многих крупных городов Украины. Растут инвестиции в капитальный ремонт, восстановление и реконструкцию зданий. Структурные изменения, происходящие в области строительства, требуют внедрения современных технологий, отличных от традиционно применяемых в новом строительстве.

Индустриальные строительные технологии будут находить все большее применение при реконструкционных работах, значительная часть которых сегодня выполняется вручную. Это характерно как для зарубежной, так и для отечественной практики реконструкции, особенно связанной с работой по восстановлению либо сохранению памятников архитектуры.

Опасна и наблюдающаяся в последнее время тенденция передачи аварийно-деформированных зданий частным (коммерческим) структурам. У новых владельцев возникает потребность в скорейшем извлечении дохода с минимальными затратами на ремонт; тем более не находится средств на усиление оснований и фундаментов, которое является наиболее сложным и дорогостоящим мероприятием. В силу этого здания после косметического ремонта продолжают претерпевать деформации, что опасно для их дальнейшей эксплуатации.

Использование самых передовых мировых технологий по устройству оснований и фундаментов без учета специфики инженерно-геологических условий и богатого отечественного опыта также опасно.

Для выполнения все усложняющегося комплекса реконструкционных работ требуются специальное оборудование и новые технологии. Работы, как правило, выполняются в стесненных условиях городской застройки либо в работающих цехах. В целом ряде случаев специальные работы по усилению фундаментов выполняются из подвалов и с первых этажей зданий.

Наиболее сложные геотехнические задачи решаются при реконструкции уже деформированных зданий на слабых водонасыщенных, насыпных либо просадочных грунтах.

Характеристика инженерно-геологических условий г. Одессы.

В императорском Петербурге существовало своеобразное ограничение давления по подошве фундаментов: высота зданий не должна была превышать карниза Зимнего дворца. Тем не менее, печальной закономерностью для центра города являлись деформации старой малоэтажной застройки в зоне примыкания к ней зданий повышенной этажности (5-7 этажей). Современное строительство в центре с его тенденцией к дальнейшему повышению этажности и использованию подземного пространства является еще большим фактором риска по отношению к исторической застройке.

В 60-х гг текущего столетия наблюдались многочисленные случаи аварийного деформирования старых зданий при возведении между ними встроек на естественном основании. Исследования, выполненные в Ленинградском инженерно-строительном институте, позволили установить причину этих деформаций. Она заключалась в образовании воронки (так называемой "мульды") оседания, распространяющейся за пределы нового здания. Развитию мульды способствовало наличие в основании мощной толщи слабых глинистых грунтов.

 

Предварительная оценка геотехнической ситуации

Современное геотехническое сопровождение начинается с первого шага строительного процесса - оценки инвестиционной привлекательности объекта реконструкции и пятна застройки (или технико-экономического обоснования). У инвестора - застройщика обычно не возникает проблем с оценкой вероятной стоимости надземных конструкций: каждая статья затрат - от строительно-монтажных работ до любого класса отделки - легко прогнозируется. В то же время даже ориентировочное определение стоимости устройства или усиления фундаментов требует привлечения специалиста - геотехника и проведения предварительной оценки геотехнической ситуации. Последняя требует решения (в первом приближении) трех задач:

• определения возможного типа фундаментов строящегося или реконструируемого здания, которые обладали бы необходимой надежностью и обеспечивали безопасность окружающей застройки;

• выбора щадящей¹ технологии работ нулевого цикла;

• оценки необходимости усиления основания и фундаментов соседних зданий.

Эти задачи могут быть решены, исходя из информации, содержащейся в геотехнических картах и в эскизном проекте.

Для предварительной оценки геотехнической ситуации необходимы:

• информация о назначении объекта нового строительства или реконструкции;

• генплан объекта;

• основные конструктивно-планировочные решения (включая подземное пространство);

• ориентировочный уровень нагрузок на основание;

• архивные сведения об инженерно-геологических условиях площадки.

В рамках предварительной оценки геотехнической ситуации производят:

• определение геотехнической категории объекта реконструкции или нового строительства;

• назначение объема работ по изысканиям и обследованиям в соответствии с геотехнической категорией;

• выявление принципиально возможных вариантов устройства подземной части строящегося здания, сооружения или необходимости усиления реконструируемого здания;

• ориентировочную оценку стоимости работ.

После того как предварительный анализ показал состоятельность инвестиционного проекта в части стоимости нулевого цикла и принято решение об открытии финансирования, необходимо выполнить комплекс предпроектных изыскательских работ. Программа этих работ и требования к ним составляются, исходя из геотехнической категории сложности объекта.

 

Поверочные расчеты

Инженерные изыскания и обследования должны обеспечить достаточную информацию для проведения поверочных расчетов. Расчетные характеристики материала конструкций принимают по результатам испытаний, размеры - по обмерочным чертежам с учетом степени повреждения. Характеристики грунтов основания принимают уточненными по результатам дополнительных изысканий.

Для геотехнической категории I выполняют поверочные расчеты характерных несущих элементов (в основном, подвергающихся дополнительным воздействиям):

• производят сбор нагрузок на обследованные элементы;

• определяют расчетное сопротивление грунтов основания, несущую способность фундаментов (в месте вскрытия шурфов);

• оценивают накопленную и дополнительную осадки (на том же участке);

• выполняют расчет прочности наиболее нагруженного простенка первого этажа.

Для геотехнической категории II:

• производят сбор нагрузок на типичные элементы сооружения;

• определяют расчетное сопротивление грунтов основания и несущую способность фундаментов;

• оценивают накопленную осадку всех типов фундаментов;

• выполняют расчет прочности всех типов простенков на наибольшие нагрузки;

• производят проверку несущей способности всех типов элементов перекрытий и проверку допустимости прогибов.

Для геотехнической категории III выполняют те же расчеты, что и для категории //, для всех несущих конструкций.

 

Технологические испытания

Технологические испытания являются необходимой составляющей геотехнического сопровождения строительства и проводятся в случае, если геотехнология не прошла достаточной апробации в условиях, аналогичных условиям данной строительной площадки. Испытания проводят для геотехнических категорий II и III.

Указания на необходимость выполнения таких испытаний для ряда технологий содержатся в действующей нормативной литературе. В частности, перед применением в условиях городской застройки методов забивки или вибропогружения свай и шпунта требуется проведение пробного погружения с регистрацией параметров колебаний грунтов основания и фундаментов окружающих зданий. При работах по закреплению грунтов основания и инъецированию фундаментной кладки предписывается проведение опытного нагнетания для определения фактического поглощения раствора, гарантированной зоны закрепления, корректировки давления нагнетания и состава растворов.

Наиболее актуальны технологические испытания при устройстве глубоких фундаментов (свайных, шлицевых, "стена в грунте" и т.д.), технология изготовления которых может оказывать наибольшее влияние на массив грунта. Действующие нормы предписывают, например, проведение статических испытаний опытных свай, изготовленных на площадке, до начала работ по устройству свайных фундаментов. Технологические испытания могут быть проведены в процессе изготовления опытных и анкерных свай и не потребуют существенных дополнительных затрат. В связи с этим представляется целесообразным дополнить положения норм требованием о проведении технологических исследований процесса устройства свай, предназначенных для статических испытаний.

Целью технологических испытаний является корректировка регламента, предложенного в проекте, и отладка щадящих технологических режимов.

Испытания должны включать:

• оценку изменения напряженно-деформированного состояния массива грунта с помощью системы глубинных и поверхностных геодезических марок, марок для измерения послойных деформаций грунта, датчиков порового давления, мессдоз для определения вертикальных и горизонтальных напряжений;

• фиксацию параметров колебаний на всех технологических операциях с помощью сейсмоприемников, а также анализ динамического воздействия на грунты основания и окружающие конструкции;

• инструментальную регистрацию параметров технологических операций посредством измерительной аппаратуры, установленной на рабочем оборудовании;

• визуальный пооперационный контроль.

По результатам технологических испытаний определяют радиусы безопасных зон работы механизмов, вносят коррективы в рабочую документацию и проект производства работ, в том числе в программу геотехнического мониторинга.

 

Контроль качества свай

Контроль качества строительной продукции - неотъемлемая часть строительного производства. Высокое качество и адекватная стоимость строительной продукции служат основными факторами, формирующими положительный имидж строительной компании.

Согласно российским нормам, при изготовлении свай в грунте необходимо контролировать следующие показатели:

положение свай в плане;

отметки голов свай;

глубину скважин;

качество зачистки забоя от шлама путем медленного опускания в забой рабочего органа бурового станка и забора проб со дна скважины;

удобоукладываемость бетонной смеси (ГОСТ 10181-2000);

прочность бетона по результатам испытаний контрольных образцов (ГОСТ 10180-90);

прочность и сплошность бетона по результатам испытаний кернов - цилиндрических образцов, выбуренных из стволов свай (ГОСТ 28570-90).

Основной опасностью при некачественном изготовлении буровых и набивных свай является снижение их несущей способности и, как следствие, развитие деформаций и потеря устойчивости здания.

Несущая способность свай-стоек зависит от прочности материала сваи и грунта под ее пятой. Поэтому при изготовлении свай-стоек следует уделять внимание соответствию фактических свойств материалов, используемых для бетонирования свай, нормируемым (входной контроль). Кроме этого, необходимо исключить возможность образования сужений в результате оплывания стенок скважины, перерывы в бетонировании, расслоение бетонной смеси и контролировать герметичность соединения обсадных труб при бетонировании свай в водонасыщенных грунтах (операционный контроль).

Для висячих свай наиболее опасно снижение несущей способности сваи по грунту из-за недобура скважины по вине рабочих и, как следствие, уменьшение проектной длины сваи. Это нарушение можно предотвратить при операционном контроле изготовления свай.

Для проверки качества изготовления свай используют разрушающие и неразрушающие методы контроля. Помимо этого, для определения фактической несущей способности свай по грунту проводят полевые контрольные испытания свай статической нагрузкой по ГОСТ 5686-94 (рис. 4.1). При этом количество испытываемых свай должно составлять не менее 0,5% от их общего числа на объекте, но в любом случае не меньше 2шт.

 

Методы отбора проб

9.1. Основным критерием, определяющим качество выполненных земляных работ по возведению насыпей, земляных плотин из однородного материала и обратных засыпок, является достижение проектной объемной массы скелета уложенного грунта.

При возведении земляных сооружений из песчаных и гравийно-галечниковых грунтов к основным контрольным характеристикам относится также и гранулометрический состав грунта.

9.2. Пробы грунта должны отбираться равномерно по всему возводимому сооружению как в плане, так и по высоте, чтобы была обеспечена проверка достижения проектной объемной массы скелета всех слоев грунта в разных частях сооружения, а также и в местах, где можно ожидать пониженную объемную массу скелета грунта.

9.3. При отборе проб сотрудниками лаборатории и контрольного поста заполняется полевая книжка.

9.4. Если грунт доуплотнялся и отбирались повторные пробы, то в «Журнал итоговых данных» вносятся результаты, полученные после отбора повторных проб.

9.5. Взятие проб грунта, разрабатываемого и уложенного в возводимое сооружение, производится следующими основными методами:

а) для глинистых и песчаных грунтов — отбором проб грунта с ненарушенной структурой металлическими цилиндрами;

б) для гравийно-галечниковых грунтов и мелкого песка с включением крупных фракций — отбором проб с нарушенной структурой из шурфика с последующим замером его объема.

9.6. Количество отбираемых проб при вертикальной планировке и обратных засыпках, исключая гидротехнические сооружения, ориентировочно принимается из расчета одна проба на 300м³ уложенного грунта:

а) на насыпях вертикальной планировки пробы отбираются в шахматном порядке через 20—40м;

б) при обратной засыпке траншей пробы берутся по ее оси;

в) в обратных засыпках пазух пробы отбирают на расстоянии не более 0,2м от граней сооружений.

9.7. Для определения состава и объемной массы скелета грунтов, уплотненных тяжелыми трамбовками оснований возводимых земляных сооружений, отбор проб производится из шурфов на глубине 0,5м и более по сетке, определяемой по месту и в зависимости от литологической разности пород. При однородных грунтах отбор проб производится с каждого угла всех квадратов со стороной 50—100м, а при неоднородных грунтах отбираются пробы дополнительно со всех участков с различными грунтами.

9.8. Для отбора проб при поверхностном уплотнении грунтов тяжелыми трамбовками в основаниях зданий и сооружений отрывается шурф размером в плане 0,7х1,5м, глубиной 2м. Образцы отбираются через 0,5м по глубине шурфа.

9.9. При уплотнении оснований на просадочных грунтах грунтовыми сваями количество шурфов для отбора образцов грунта назначают из расчета не менее одного шурфа на 300м² основания.

Места проходки шурфов назначаются в местах установки фун­даментов, резервуаров, бассейнов, отстойников и пр. по согласованию с заказчиком.

Размер шурфа в плане должен обеспечить вскрытие трех смежных грунтовых свай.

Образцы грунта отбирают в пределах всей полосы по треугольнику между тремя грунтовыми сваями. Между смежными сваями через равные промежутки, начиная от края сваи, отбирается по семь образцов и по два образца из тела грунтовой сваи (см. рис. 7.4).

9.10. При устройстве песчаных подушек, являющихся искусственным основанием под фундаменты зданий, особое внимание должно уделяться уплотнению теска в углах котлована или траншеи.

Пробы из песчаной подушки отбираются через каждые 0,5м то глубине под углами зданий и через 8—12м вдоль осей стен или рядов колонн.

 

Лекция 9. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРОИЗВОДСТВУ РАБОТ НА ПЛОЩАДКАХ, СЛОЖЕННЫХ ПРОСАДОЧНЫМИ ГРУНТАМИ

5.4.1. Проект организации строительных работ должен разрабатываться с учетом особенностей просадочных грунтов и дополнительно включать:

данные о грунтовых условиях площадки (участка) с указанием возможности просадки от собственного веса и оседания (искривления) земной поверхности для разработки мероприятий по предотвращению замачивания грунтов основания;

указания о возможной просадке основания на отдельных участках здания или на строительной площадке под действием местной нагрузки при замачивании основания (в местах складирования грузов, материалов, изделий, оборудования и т. п.).

совмещенный со схемой напластований просадочных грунтов генеральный план строительства, с указанием уровня подземных вод;

проект вертикальной планировки площадки объекта с указанием путей отвода поверхностных вод (атмосферных, талых, аварийных и др.), также вод в соседних (примыкающих) площадок и т. п.;

план расположения наружных водонесущих сетей и сооружений с указанием задвижек и запорных устройств.

5.4.2. При выполнении строительных работ по усилению оснований или конструкций фундаментов следует предусматривать:

комплексные водозащитные мероприятия, обеспечивающие отвод поверхностных вод с территории (площадки), на которой ведутся работы, исключать их скопление вблизи открытых котлованов и траншей;

размещение участков складирования материалов, изделий, оборудования и т. п. таким образом, чтобы они не преграждали путей естественного стока поверхностных вод в канализацию или в специально отведенные водоприемные (водосборные) устройства.

5.4.3. Не разрешается оставлять открытыми котлованы и траншеи во время дождей и снеготаяния. При невозможности избежать этого и для продолжения работ следует предусматривать мероприятия по откачке воды со дна котлованов (траншей), не допуская ее скопления и фильтрации в грунт.

5.4.4. На протяжении всего периода строительных работ по усилению оснований и (или) фундаментов, находящихся под нагрузкой от вышележащих конструкций здания, следует вести инструментальные геодезические наблюдения за осадками конструкций объекта. С этой целью необходимо использовать заранее установленные репера и осадочные марки.

Наблюдения следует вести начиная с момента вскрытия существующих фундаментов и по мере выполнения работ по их усилению.

5.4.5. Если в процессе работ по усилению фундаментов и (или) их оснований будут обнаружены их дополнительные (нарастающие) осадки или недопустимые деформации (трещины в плитах, разрывы бетона, перекосы и т. п.), а также деформации в наземных конструкциях, работы по усилению должны быть прекращены. При этом следует организовать ежедневные геодезические наблюдения и замеры осадок.

Работы могут быть возобновлены через 3—5 суток после выявления и ликвидации причин, вызвавших осадки, и после их стабилизации.

5.4.6. В тех случаях, когда возникшие неравномерные осадки фундаментов (п. 5.4.5) угрожают устойчивости или прочности конструкций здания или вызывают опасность их обрушения, следует устанавливать временные поддерживающие опоры и крепления.

Разборка временных опор и креплений допускается через 1,5— 2 месяца после стабилизации осадок фундаментов и прекращения дальнейшего развития деформаций в наземных конструкциях.

5.4.7. После окончания работ по усилению фундаментов и (или) их оснований, а также по мере окончания работ на отдельных участках объекта, следует производить обратную засыпку котлованов (траншей) с послойным уплотнением пазух между их откосами и конструкциями фундамента.

5.4.8. Во время производства работ по устройству свай усиления при случайном (аварийном) замачивании грунтов основания на отдельном участке здания, где подводка свай еще не выполнена, могут возникать недопустимые неравномерности осадок фундаментов по отношению к той части объекта, где подводка свай уже завершена.

При больших объемах работ по устройству свай усиления и длительности во времени (то есть при невозможности одновременного выполнения работ под всем объектом) следует устраивать временные усиления наземных конструкций объекта с помощью накладных бандажей, поясов, связей, закладки оконных и (или) дверных проемов, стальных обойм на столбах и простенках, подводки дублирующих элементов перекрытий или покрытий и т. п.

После завершения работ по устройству свай усиления под всем объектом и стабилизации осадок временные усиления демонтируются.

5.4.9. Все обнаруженные в процессе работ по усилению оснований и фундаментов осадки и другие деформации подземных и наземных конструкций объекта усиления должны быть зарегистрированы и детально описаны. Записи должны содержать данные геодезических наблюдений в течение всего периода работ по усилению, сопровождаться актированием обнаруженных деформаций и повреждений (осадок, кренов, трещин, разрывов и т. п.) с фотографической фиксацией и указанием дат составления актов и выполнения фотографий.

 

 

Значения коэффициента k

Таблица 2.5

Грунты основания независимо от влажности, плотности)	(SR/Su)х100%
	20%	70%
Пески крупные и средние То же мелкие То же пылеватые	1,4 1,2 1,1	1,0 1,0 1,0

Методические указания АКХ составлены для всех регионов страны и достаточно формализовано подходят к сложным вопросам реконструкции с увеличением нагрузок на существующие фундаменты и, соответственно, на грунты основания. Эти указания могут быть успешно использованы в регионах с достаточно хорошими грунтами (в Москве, Саратове, Нижнем Новгороде и др.), где 90% зданий имеют отношение S_R/S_u в диапазоне 0,2-0,4. Ранее выполненный анализ и многочисленные наблюдения для условий Петербурга показывают, что фактические осадки близки к предельным либо превышают их. Таким образом, почти во всех случаях коэффициенте будет равен 1, а коэффициент т почти всегда однозначен и равен 1,3.

Рассмотренная методика лишь косвенно учитывает соотношение осадок для введения дополнительного коэффициента. Эта методика не выполняет основополагающих требований современных норм и стандартов, связанных с необходимостью расчета по второму и первому предельным состояниям (по деформации и устойчивости).

Требования довольно прогрессивных немецких норм DIN и европейских единых норм (ЕUROCODE) допускают все возможные перестройки в процессе реконструкции при условии, что деформации после выполнения работ не превысят предельных значений. Однако предельные значения фактически не регламентируются, а определяются в процессе проектирования в зависимости от состояния здания.

Проведенный анализ практики проектирования и поверочных расчетов оснований реконструируемых зданий показал следующее. Расчетное сопротивление назначается без учета фактической ширины и глубины заложения фундамента. Разница рекомендуемых в технических заключениях величин расчетных сопротивлений для одних и тех же случаев достигает 300% из-за различных сочетаний произвольно назначаемых значений расчетного сопротивления и повышающих коэффициентов.

Таким образом, в ряде случаев рекомендуются и проектируются дорогостоящие усиления со сложными технологиями без должного обоснования. Последующие заключения допускают надстройки этих же зданий вообще без усиления фундаментов. Объективных критериев в обоих случаях нет - заказчик, не имея должной квалификации, решает столь сложные реконструкционные задачи по своему усмотрению.

Применительно к слабым водонасыщенным грунтам Петербурга специализированный трест ГРИИ по результатам объемных инженерно-геологических изысканий зачастую назначает величину расчетного сопротивления R, заимствованную из табл.2 прил. 3 СНиП 2.02.01-83*. Это значение является исходным почти для всех дальнейших преобразований с введением повышающих коэффициентов.

Так, например, в центральной части Петербурга характерными грунтами, залегающими в зоне устройства фундаментов, являются пески и супеси пылеватые, насыщенные водой, средней плотности. Согласно СНиП значения расчетного сопротивления R₀ находятся в диапазоне 100-250кПа. Как отмечалось ранее, фактическое давление в целом ряде случаев в 1,5-2 раза превышает полученное значение расчетного сопротивления, что вносит неопределенность в геотехнические расчеты, связанные с прогнозом поведения здания в послереконструкционный период. Таким образом, поверочные расчеты ведутся приближенно и мало отражают физическую суть процесса. Полученные результаты зависят от квалификации и интуиции эксперта.

Для обоснованного решения вопросов о необходимости усиления фундаментов и выбора соответствующих технологий представляется оправданным следующий подход:

1. В процессе обследования состояния грунтов в основании изучают большой массив грунта ниже подошвы фундамента в пределах сжимаемой толщи с использованием специальных полевых экспресс-методов (in situ).

2. По специально разработанной методике оценивают напряженно-деформированное состояние грунта основания.

3.На основании серии геотехнических расчетов устанавливают возможные деформации здания после выполнения всех реконструкционных мероприятий и оценивают предельное сопротивление грунтов основания.

4. Моделируют различные варианты технологических приемов усиления оснований и фундаментов по специально разработанной методике

5. Выбирают наиболее приемлемую технологию усиления,
позволяющую выполнить все геотехнические расчетные требования по
предельным состояниям и, соответственно, исключить все неблагоприятные
последствия реконструкции любой сложности в различных грунтовых
условиях.

Для регламентации осадок реконструируемых зданий имеются интересные разработки С.Н. Сотникова, сотрудников ВНИИГС, обобщенные в специальных таблицах. Используя эти таблицы, можно оптимизировать варианты усиления оснований и фундаментов, определяя расчетным путем деформации фундаментов при их реконструкции с применением различных технологических приемов.

2.2. Учет изменения свойств грунтов под подошвой фундаментов в процессе эксплуатации зданий

2.2.1. Увеличение плотности, изменение влажности грунтов

В процессе уплотнения грунтов под нагрузкой изменяются основные прочностные и деформационные характеристики. Это связано, в частности, с изменением напряженного состояния грунта, плотности, влажности, а также со сложными физико-химическими процессами, происходящими в грунте. Многими исследователями установлено, что в основаниях существующих зданий и сооружений, как правило, уменьшается коэффициент пористости (упрочняется грунт), увеличивается значение модуля деформации, изменяется естественная влажность грунта в пределах площадки застройки. Исследования М.Г. Ефремова, П.А. Коновалова (1980), В.В. Михеева, А.Т. Ройтмана (1970) свидетельствуют о том, что большое влияние на характер изменения прочностных свойств грунта оказывает процесс уплотнения либо разуплотнения в зависимости от реконструкционной ситуации.

Изменение свойств грунтов под нагрузкой выражается прежде всего в увеличении плотности. При действующих в основании давлениях в диапазоне 0,15-0,3МПа это увеличение может достигать 5-15% от начальной плотности. По данным П.А. Коновалова, при нагрузках от 0,3 до 1МПа плотность увеличивается на 10- 25%. Величина изменения плотности зависит, в частности, от начальной плотности, гранулометрического состава, типа грунта, величины уплотняющего давления, времени действия нагрузки и пр.

Установлено, что основное уплотнение происходит в зависимости от уплотняющего давления на глубине до 0,5 -1 ширины подошвы. П.И. Драни-шников (1985) установил, что при давлении р= 0,22МПа для суглинков и мелких песков изменение коэффициента пористости составляет 6-26% на уровне подошвы и 3-18% - на глубине z=0,5b (табл. 2.6).

Фактически глубина сжимаемой толщи при р =0,07МПа равнялась 0,8b при р =0,11МПа-1,4b.

На основе анализа результатов многочисленных исследований установлено, что уплотнение грунтов, которое может быть учтено в расчетах для дальнейшей реконструкции, в основании существующих фундаментов распространяется на глубинах (1,75-2bот подошвы). Наиболее интенсивное уплотнение происходит в зоне 0,5-1,0b.

Геотехнический мониторинг

Наличие обоснованного конструктивного решения и щадящей технологии ведения работ является необходимым, но не достаточным условием успешного строительства. Как показывает практика, на процесс производства влияет множество дополнительных факторов: квалификация персонала, состояние техники, соблюдение регламента, щадящих технологических режимов ведения работ. Кроме этого, нельзя исключить и несоответствие расчетных схем, использованных при геотехническом обосновании рабочего проекта и проекта производства работ, реальным условиям работы грунта и конструкций.

Геотехнический мониторинг является инструментом оперативного управления производством работ нулевого цикла. В международной практике ни одна строительная площадка не обходится без мониторинга, который является также обязательным условием заключения договора о страховании строительного риска.

Цель геотехнического мониторинга - обеспечение надежности возводимой конструкции, сохранности окружающей застройки и коммуникаций.

Основной задачей мониторинга является фиксация превышений критериев безопасного ведения работ. Мониторинг оказывается эффективным в том случае, если осуществляющая его геотехническая организация наделена правом приостановки работ при обнаружении превышения установленных критериев.

В сферу мониторинга, помимо строительной площадки, попадают геологическая и гидрогеологическая среды, капитальная застройка и ответственные коммуникации, находящиеся в зоне риска, связанного со строительством или сложной реконструкцией объекта.

Объем и состав мониторинга зависят от категории геотехнической сложности строительства. Мониторинг проводится для категорий II и III и состоит из двух этапов - подготовительного и рабочего.

На подготовительном этапе выполняют следующие работы:

для геотехнической категории II:

• анализ исходной информации по результатам обследования застройки (освидетельствование технического состояния застройки в зоне действия мониторинга; фиксация дефектов, графическая фиксация и фотофиксация, составление ведомостей дефектов; определение фоновых параметров колебания конструкций зданий от имеющихся воздействий автомобильного транспорта, трамваев, метро, соседних производств и т.д., определение кренов стен зданий, неравномерности осадок);

• установку маяков и датчиков раскрытия трещин;

• установку геодезических марок с привязкой к городской реперной сети;

• установку пьезометров (режимных скважин) для контроля за уровнем грунтовых вод (для случаев устройства выработок ниже УГВ);

• уточнение проектных критериев по допустимым воздействиям;

для геотехнической категории III:

помимо работ, перечисленных выше, в наиболее сложных и ответственных случаях дополнительно устанавливают грунтовые геодезические марки, марки для измерения послойных деформаций, датчики порового давления, мессдозы вертикальных и горизонтальных напряжений.

На рабочем этапе мониторинга осуществляют:

для геотехнической категории II;

• визуальный контроль технического состояния конструкций окружающей застройки; контроль состояния маяков и датчиков на трещинах;

• геодезические измерения деформаций зданий;

• наблюдения за параметрами колебаний;

• фиксацию уровня грунтовых вод по пьезометрам;

• контроль за соблюдением геотехнического регламента работ;

• технический контроль за состоянием возведенных конструкций;

• контроль качества выполненных работ согласно требованиям нормативных документов, в том числе контроль сплошности свай в случае устройства свайных фундаментов;

для геотехнической категории III:

дополнительно к перечню работ, приведенному выше, для наиболее сложных случаев производят фиксацию показаний установленной контрольно-измерительной аппаратуры.

Геотехническое сопровождение всех этапов строительного процесса: предварительная оценка геотехнической ситуации на стадии рассмотрения инвестиционной привлекательности объекта, изыскания и геотехническое обоснование при разработке проекта, технологические испытания на опытной площадке для отработки щадящих технологических режимов, геотехнический мониторинг на стадии производства работ нулевого цикла - является непременным условием успешного осуществления строительства и реконструкции.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

5.1.1. Способы и конструктивные решения усиления деформированных железобетонным конструкций практически не зависят от вида грунтовых условий и причин, вызвавших эти деформации.

5.1.2 В тех случаях, когда деформации железобетонных конструкций произошли (происходят) вследствие просадки грунта основания при неустраненном источнике его обводнения, все методы усиления конструкций, в том числе фундаментов, оказываются малоэффективными. Дополнительное заглубление, уширение подошв, устранение имеющихся повреждений и деформаций, а также усиление или наращивание тела поврежденного фундамента и т. п. при продолжающихся процессах оседания (просадки) грунта не останавливают дальнейшего деформирования здания.

5.1.3. Работам по оценке характера повреждений (деформаций) железобетонных конструкций, выбору метода их усиления и общему прогнозу восстановления эксплуатационной пригодности объекта в целом должно предшествовать выполнение инженерных мероприятий по устранению причин, вызывающих просадку грунтов в основании фундаментов, после завершения которых и стабилизации процесса оседания грунта и осадок фундаментов здания могут быть начаты работы по усилению конструкций.