В районах Крайнего Севера распространены многообразные типы многолетнемерзлых пород, среди которых встречаются участки талых – талики. Строительство на них осуществляется обычными методами: применяют, как правило, свайные фундаменты, глубина погружения которых зависит от физико-механических свойств рыхлых грунтов основания, а также от наличия скальных пород. В таликах прочность грунтов незначительна, к тому же они довольно часто водонасыщены. В таких случаях обычно применяют свайные фундаменты глубокого заложения, что существенно удорожает строительство. Учитывая это, а также возможное протаивание многолетнемерзлых пород с поверхности вследствие наблюдающегося потепления климата в северных регионах, в том числе и в Якутии, необходимо использовать имеющийся опыт строительства зданий на таликовых участках.
В г. Игарке было осуществлено возведение на обводненных таликах двух- и трехэтажных жилых домов (№ 1 и № 2), а также лабораторного корпуса Игарской НИМС Института мерзлотоведения СО РАН на поверхностных пространственных фундаментах-оболочках, о которых сообщалось нами ранее [1].
Строительные площадки полностью расположены в пределах таликовой зоны. Это обстоятельство, а также геологические условия и рельеф, требующий создания единой планировочной отметки с окружающей территорией, привели к решению применить пространственный фундамент-оболочку с развитой поверхностью опирания и искусственное основание (промежуточный слой) из упрочненной гравийно-песчаной смеси с модулем деформации 20 МПа.
На рис.1, а представлена конструкция фундамента-оболочки под жилые дома, складки которой расположены в направлении поперечных несущих стен с шагом 6 м. Толщина оболочки 160 мм, класс бетона на сжатие В25 с морозостойкостью F300. Бетон монолитных участков того же класса, что и сборных элементов фундамента.
Отсыпка территории застройки производилась послойно песчано-гравийной смесью с уплотнением гружеными самосвалами (рис. 2). После ее завершения до проектной отметки, по разбивочным осям дома № 1 устанавливалась деревянная опалубка для устройства песчано-цементных вкладышей под внутренние полости фундамента-оболочки. В нее заливался раствор (М25). Через три часа опалубка снималась, и на поверхность вкладышей наносился выравнивающий слой из той же песчано-цементной смеси, после чего ставились сборные железобетонные элементы.
При закладке второго дома последовательность производства работ по монтажу фундамента-оболочки была иная. Элементы фундамента устанавливались по осям здания на подготовленное основание. После этого по торцам складок фундамента крепились деревянные щиты и желоба (рис. 3). Затем через желоба и зазоры между элементами складок заливался раствор. Уплотнение раствора во внутренних полостях складок осуществлялось глубинным вибратором, который пропускался через зазоры между элементами.
Степень заполнения внутренних полостей складок раствором контролировалась по вытеснению его излишков из коробов и зазоров между элементами.
На одном из домов работы по замоноличиванию участков между складками фундамента проводились в зимнее время (при температуре ниже минус 25° С). Армировались монолитные участки фундамента после очистки карт бетонирования от снега и прогрева их горячим воздухом – каждый монолитный участок фундамента накрывался брезентом между складками, и под него подавался горячий воздух от двух авиационных установок МП-85. Прогрев осуществлялся в течение 12 часов (в полярную ночь). На прогретую карту производилась кладка арматурных сеток и теплого бетона с последующим его электропрогревом. После набора бетоном прочности велась кладка кирпичных стен жилого дома.
Наблюдения за деформацией основания, подсыпки и соответственно осадками фундамента-оболочки жилых домов велись по глубинным и поверхностным маркам (см. рис. 1, б). Глубинные марки располагались на 1, 2, 3 и 5 м в средней части зданий между складками фундамента, а также вдоль одной из продольных и поперечных его стен, а поверхностные – в кладке цокольной части по продольным и поперечным стенам на уровне верхних обрезов фундаментов. В технических этажах домов в одном из отсеков были установлены глубинные реперы, погруженные в скальную породу (см. рис. 1, б).
Наблюдения за осадками оснований и фундаментов с применением высокоточного нивелира и инварной рейки начались по окончании строительных работ.
Из рис. 1, в, г, д, показывающих величину абсолютной осадки оснований и фундаментов-оболочек двух домов, видно, что произошла неравномерная осадка по длине зданий. Максимальная осадка оказалась в области торцевых стен по оси 5 (дом № 1) и оси 1 (дом № 2), где распространены наиболее слабые и сильносжимаемые грунты (рис. 4). В процессе утрамбовки подсыпного слоя на этих участках наблюдалось более интенсивное выдавливание жидкой массы грунта естественного залегания через подсыпку.
Наибольшая разность осадок дома № 1 (ось Б) составила 44 мм, а дома № 2 (ось А) – 33 мм. Вследствие неравномерности этого процесса по длине сооружений произошел крен фундаментов, составивший 0,0016 (оба дома), что значительно меньше предельно допустимой величины (0,005).
Как известно, изгиб фундамента определяется его жесткостью и сжимаемостью грунтов основания под ним. Анализ этой характеристики оболочек показал, что под домом № 1 произошел незначительный прогиб фундамента, составивший 0,00043, а под домом № 2 – несимметричное его перемещение (0,00072). Приведенные значения изгиба значительно меньше предельно допустимых для кирпичных зданий без армирования стен – 0,001 [2]. Это позволяет считать, что фундамент-оболочка обладает значительной жесткостью, благодаря которой кирпичные стены с пустотелой кладкой (колодцы в кладке заполнялись минерально-ватными плитами) не претерпели значительных деформаций, несмотря на большую сжимаемость грунтов основания. В дальнейшем осадки прекратились.
Анализ положения глубинных марок выявил затухание осадок по мере удаления от поверхности (см. рис. 1, г). Деформация подсыпки в пределах одного метра, а также под подошвой фундаментов мало отличалась. Следует отметить, что монтаж фундамента-оболочки для дома № 1 производился в июле, а устройство монолитных участков и возведение надфундаментной части здания – в зимнее время, когда грунты основания промерзли на глубину до 3 м. В этот период фундамент-оболочка находился в ненагруженном состоянии. Нивелировка показала, что на глубине 2,0 и 3,0 м марки поднялись соответственно на 2,5 и 0,31 мм. Исключение составили марки, расположенные в пределах подсыпки на глубине 1 м. Материал ее с влажностью около 6% был в сыпучемерзлом состоянии. Не отмечено также и поднятия ненагруженного фундамента под действием нормальных сил пучения промерзшего слоя грунта под подошвой. Следовательно, можно предположить, что эти силы перераспределились в толще гравийно-песчаной подсыпки, которая сыграла роль «буфера».
Осадка фундаментов-оболочек протекала неравномерно (по годам) – наибольшая среднемесячная скорость наблюдалась после ввода домов в эксплуатацию в течение первых двух лет. Эта скорость, определенная по средней величине осадки фундаментов, составила 2,8 и 3,8 мм/мес. для домов № 1 и № 2, соответственно. В последующие годы абсолютная осадка и ее скорость резко сократились. В дальнейшем осадка сошла на нет, что говорит о затухании процесса во времени.
Трехэтажное здание лабораторного корпуса выполнено кирпичной кладкой. Толщина продольных и торцевых несущих стен – 77 см, а внутренних – 50 см. Складки фундамента-оболочки ориентированы здесь вдоль продольных осей стен здания. Для опирания поперечных стен предусмотрены вертикальные ребра жесткости во внешних полостях фундамента-оболочки. Во внутренних полостях складок подкрепляющие ребра жесткости отсутствуют. Эти пустоты заполнены низко-прочным материалом М25. Класс бетона фундамента и монолитных плит между складками – В25.
Поскольку территория застройки находится на участке с талыми грунтами, система вентиляции в пространственном фундаменте не предусматривалась. Его внешние полости заполнялись гравийно-песчаной смесью, служившей основой бетонных полов первого этажа.
Железобетонные элементы фундамента-оболочки изготавливались в металлической опалубке с раскрывающимися бортами на находящемся на территории ЖБИ СУ «Игарстрой» полигоне.
Для набора бетоном прочности применялся пропарочный колпак (рис. 5), пар в который подавался шлангом из бетонного цеха. Изделие пропаривалось до набора бетоном 80% прочности, после чего колпак поднимался, борта опалубки раскрывались и изделие снималось.
Бетонирование горизонтальных плит фундамента-оболочки, ребер жесткости и стыков между элементами складок производилось после установки арматуры одновременно по захваткам вдоль фундамента. На рис. 6 приведен общий вид фундамента-оболочки до кладки стен лабораторного корпуса Игарской НИМС Института мерзлотоведения СО РАН.
Наблюдения за осадками здания не производились, так как во время строительства были нарушены марки, установленные на горизонтальных балках фундамента-оболочки при кладке стен. Однако визуальный осмотр здания в течение многих лет (начиная с 1992 г.) показал полное отсутствие трещин в стенах по всей высоте. Таким образом, наличие вертикальных диафрагм жесткости (во внешних полостях) и заполнение внутренних полостей раствором обеспечивает достаточную прочность и устойчивость фундамента-оболочки на структурно слабых неравномерно сжимаемых талых грунтах.
Анализ многолетних наблюдений за состоянием оснований и зданий, построенных на таликах с применением поверхностных пространственных фундаментов-оболочек, позволяет сделать следующие выводы.
1. Фундаменты-оболочки обладают достаточной пространственной жесткостью и обеспечивают надежность зданий при наличии в основании слабых и сильносжимаемых талых грунтов.
2. Подсыпка и применение фундаментов с развитой поверхностью опирания значительно уменьшают удельное давление и соответственно напряжение в нижележащих слабых грунтах.
3. Применение фундаментов-оболочек на подсыпках позволяет уменьшить материалоемкость, стоимость и трудозатраты на устройство нулевого цикла.
Литература
1. Гончаров Ю.М. Эффективный тип фундамента для строительства на многолетнемерзлых грунтах // Наука и техника в Якутии. – 2004. – № 1(6). – С. 20–23.
2. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений / Госстрой СССР. – М.: Стройиздат, 1985. – 41 с.
Первая страница
(c) 2001
