Работа посвящена решению проблемы проектирования и устройства фундаментов в условиях реконструкции и восстановления зданий. Выявлены закономерности изменения давления фундаментов мелкого заложения на грунты оснований в зависимости от назначения, конструктивной схемы, времени постройки зданий, вида и состояния грунтов несущего слоя. Установлены особенности изменения свойств грунтов, уплотненных давлением длительно эксплуатируемых зданий. Получены закономерности распределения контактных давлений и напряжений в глинистых (лессовых) и техногенных (зольных) грунтах в основании штампов-фундаментов при нагружении, характерном для условий реконструкции и восстановления зданий. Усовершенствован подход к прогнозированию загружения оснований фундаментов, предложены методы расчета и усиления фундаментов, упрочнения оснований реконструируемых и восстанавливаемых зданий.

Для работников проектных и строительных организаций, служб эксплуатации, а также специалистов, занимающихся вопросами реконструкции и восстановления зданий.

ПРЕДИСЛОВИЕ

При решении вопросов реконструкции и восстановления зданий в последние годы все более важное значение приобретает проблема проектирования и устройства оснований - фундаментов. Решение этой важной проблемы сопряжено со многими трудностями (особенно в условиях Сибири), преодоление которых требует специального научного подхода, учитывающего:

- закономерности изменения инженерно-геологических условий и напряженно-деформированного состояния оснований зданий;

- конструктивные особенности и условия эксплуатации зданий;

- характер и причины деформаций зданий;

- устойчивость оснований эксплуатируемых зданий на момент их реконструкции (восстановления).

Сложность заключается в том, что выполнение всех работ по устройству фундаментов реконструируемых зданий должно осуществляться при условии сохранения техногенной нагрузки на геологическую среду. Поэтому не всегда оказываются приемлемыми существующие подходы проектирования оснований и фундаментов реконструируемых и восстанавливаемых зданий, особенно если грунтовая толща сложена глинистыми и техногенными грунтами. Технические решения по переустройству, усилению (восстановлению) фундаментов, упрочнению оснований реконструируемых зданий часто разрабатываются с учетом только конструктивных требований. Следовательно, совершенствование методов проектирования и способов устройства оснований и фундаментов реконструируемых и восстанавливаемых зданий представляется исключительно актуальной работой, имеющей важное научное и практическое значение.

В настоящей работе сделана попытка разработать новые подходы и усовершенствовать методы проектирования фундаментов реконструируемых и восстанавливаемых зданий на глинистых и техногенных (зольных) грунтах, обеспечивающих снижение трудозатрат и экономию строительных материалов.

Решение данной проблемы базировалось на обобщении многочисленных результатов теоретических и экспериментальных исследований, связанных с выполнением инженерно-геологических изысканий, обследованием и проектированием оснований, фундаментов реконструируемых и восстанавливаемых зданий. Важное место в работе занимали вопросы оценки состояния оснований и фундаментов длительно эксплуатируемых зданий, а также изменения характеристик глинистых и других грунтов, уплотненных давлением, создаваемым зданиями. Были экспериментально установлены строительные свойства различных типов глинистых (лессовых) и техногенных (зольных) грунтов, используемых в условиях реконструкции и восстановления зданий, особенности их уплотнения и напряженно-деформированного состояния в основании фундаментов-штампов. С учетом выявленных закономерностей разработаны практические методы расчета оснований и фундаментов при различных случаях нагружения, характерных для условий реконструкции и восстановления зданий, предложены технологические и конструктивные мероприятия по усилению фундаментов, упрочнению оснований и определены основные пути их совершенствования.

Широкое внедрение результатов исследований в производство позволило создать реальные предпосылки для разработки нормативных документов, значительно сократить трудозатраты и расход строительных материалов при выполнении ремонтно-восстановительных работ. А использование техногенных грунтов из золы ГРЭС, ТЭЦ (зольных грунтов) для устройства подсыпок и оснований фундаментов при реконструкции зданий (сооружений) позволило решить проблему их утилизации и улучшить экологию окружающей среды. Результаты исследований и научные разработки автора внедрены в ряде организаций при подготовке технических решений, проектной документации на реконструкцию, реставрацию, строительство и восстановление зданий (ОГУП «Томскгражданпроект», ОАО «ТомскТЭП», ЗАО НПО «Геореконструкция», ООО СУ-13, ОАО «Ролтом», ЗАО «Том-Дом», 000 «Спецремстрой», ГУ НИИ СМ при ТГА- СУ, подразделения мэрии г. Томска и администрации Томской области и др.).

Автором совместно с А.И. Мальгановым и B.C. Плевковым подготовлена научно-техническая документация A987-1992 гг.) по вопросам оценки состояния и усиления строительных конструкций (подземных, наземных), упрочнения оснований, которая внедрена в проектных, научно-исследовательских и строительных организациях во многих городах России и стран ближнего зарубежья. Пользователями научно-технической документации являются: Кузбассразрезуголь (Кемерово), НПП Тюменьгазтехнология концерна Газпром (Тюмень), Дальневосточный ПромстройНИИпроект (Владивосток), Росремжилгражданпроект (Челябинск), ВНИИ транспортного строительства (Москва), Гипровуз (Москва), МосжилНИИпроект (Москва), Сибгипроречтранс (Новосибирск), Казремжилпроект (Алма-Ата), Донецкий ПромстройНИИпроект (Донецк), Укргипродор (Киев) и другие (всего более 700 организаций).

Методы расчета и способы усиления фундаментов реконструируемых, восстанавливаемых зданий, приведенные в настоящей работе, используются при чтении лекций по дисциплинам «Механика грунтов», «Основания и фундаменты», «Техническая эксплуатация зданий и сооружений», «Основания и фундаменты реконструируемых зданий» для студентов, студентов-магистров и слушателей Томского государственного архитектурно-строительного университета.

В книге содержатся результаты исследований автора, проведенных в период с 1977 по 2002 годы. Часть исследований A977-1983 гг.) проводилась под научным руководством члена-корреспондента АН СССР, д.т.н., профессора Н.А. Цытовича, д.т.н., профессора М.Ю. Абелева, к.т.н., старшего научного сотрудника В.Ф. Сидорчука, которым автор выражает самую глубокую признательность. Автор благодарит рецензента - заведующего лабораторией оснований и фундаментов на слабых грунтах НИИ ОСПа им. Н.М. Герсеванова, д.т.н., профессора П.А. Коновалова за ценные замечания, сделанные при рецензировании рукописи, сотрудников кафедры оснований, фундаментов и испытаний сооружений ТГАСУ за помощь в подготовке рукописи к печати.

Долгие годы автор работал совместно с В.Е. Ольховатенко, О.Г. Кумпяком, СВ. Ющубе, А.И. Мальгановым, B.C. Плевковым, М.В. Балюрой, В.В. Фурсовым, Г.Г. Щербаком, В.В. Эмом, О.Р. Пахмуриным, Л.И. Офицеровой, А.А. Лобановым, B.C. Нертиком, А.Н. Прутковым, А.С. Саркисовым, И.И. Подшиваловым, А.В. Нертиком.

АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОЙ ПРАКТИКИ ИНЖЕНЕРНО - ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЛЯ УСЛОВИЙ РЕКОНСТРУКЦИИ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЗДАНИЙ

Анализируется современный подход к практике инженерно- геологических исследований на застроенных территориях.

Установлено, что существующие в России методы инженерно-геологических исследований не всегда приемлемы для условий реконструкции и восстановления зданий.

Перспективными признаются ускоренные методы исследований грунтов зондированием, прессиометрией, а также геофизические, радиоизотопные и другие.

Рассмотрены вопросы изменения свойств грунтов, залегающих в основании фундаментов длительно эксплуатируемых зданий.

1.1. СОВРЕМЕННАЯ ПРАКТИКА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ

Под инженерно-геологическими изысканиями в условиях реконструкции и восстановления зданий (включая капитальный ремонт и надстройки этажей) понимается комплекс мероприятий, выполняемых с целью получения материалов об инженерно-геологических условиях площадки и оценки их изменения за период эксплуатации здания. Эти материалы необходимы для разработки рабочей документации по реконструируемому объекту и должны содержать достаточные сведения для расчета оснований и фундаментов, обоснования мероприятий инженерной защиты, рационального природопользования и охраны геологической среды. Материалы должны также отражать изменения рельефа площадки, геологического строения, гидрогеологических условий, состояния и свойств грунтов, активности геологических процессов за рассматриваемый период эксплуатации здания. Практика инженерно-геологических изысканий в строительстве показывает, что в настоящее время их методика в условиях реконструкции зданий мало отличается от методики изыскательских работ, выполняемых на незастроенных территориях. Но в условиях реконструкции зданий (сооружений) инженерно-геологические изыскания имеют свои особенности, которые заключаются в следующем:

1. Изыскания, как правило, выполняются в стесненных условиях, и поэтому возникает проблема установки инженерно-геологического оборудования.

2. Подземное пространство эксплуатируемых зданий практически всегда насыщено инженерными коммуникациями (водопровод, канализация, тепломагистрали, кабели и др.), что затрудняет получение в полном объеме материалов по инженерно-геологическим условиям площадок и данных по их изменению за период эксплуатации зданий.

3. Изыскания выполняются, как правило, без учета влияния техногенных процессов на грунтовые условия площадок реконструируемых зданий.

Анализ материалов инженерно-геологических изысканий на застроенных территориях показывает, что в условиях реконструкции и восстановления зданий выполняются специальные виды работ, связанные с обобщением архивных материалов инженерно-геологических и гидрогеологических условий рассматриваемых площадок, обследованием и испытанием грунтов в пределах сжимаемой толщи основания фундаментов, изучением строительных свойств грунтов на соседних участках. Эти работы ведутся обычно в дополнение к ранее выполненным (архивным) инженерно-геологическим изысканиям с целью выявления изменения свойств грунтов, залегающих в пределах сжимаемой толщи основания фундаментов реконструируемых зданий. Если же таких материалов нет, то программой работ предусматривается такой объем инженерно-геологических изысканий, который обеспечивает получение необходимых исходных данных для разработки рабочей документации.

При изучении архивных материалов по инженерно-геологическим условиям площадки выясняется история застройки участка, данные о проводимых ранее изысканиях, ремонтах и других изменениях реконструируемых, восстанавливаемых зданий. Изучаются также чертежи зданий, сохранившаяся исполнительная документация, данные о нагрузках, результаты наблюдений за осадками фундаментов.

Обследование грунтов основания производится в большинстве случаев из шурфов, вскрываемых в непосредственной близости от фундаментов реконструируемых зданий. При этом проверяется соответствие залегающих грунтов основания здания архивным данным инженерно-геологических изысканий рассматриваемой площадки, отбираются монолиты, пробы грунта и решаются другие задачи.