аспирант с 01.01.2017 по настоящее время
Ростов-на-Дону, Ростовская область, Россия
студент с 01.01.2018 по настоящее время
Ростов-на-Дону, Ростовская область, Россия
студент с 01.01.2018 по настоящее время
Ростов-на-Дону, Ростовская область, Россия
студент с 01.01.2018 по настоящее время
Ростов-на-Дону, Ростовская область, Россия
ГРНТИ 67.01 Общие вопросы строительства
ОКСО 08.02.01 Строительство и эксплуатация зданий и сооружений
ББК 382 Изыскания и проектирование в строительстве
В настоящее время в Ростовской области, как и в России в целом, существуют проблемы строительства и эксплуатации зданий, построенных на просадочных грунтах. Существует множество методов противодействия возникновению просадочных явлений, одним из наиболее популярных является закрепление грунтов способом силикатизация. Данная методика позволяет значительно снизить просадки основания и предотвратить различные деформации здания. Инъекционная силикатизация широко используется как в Российской Федерации, так и в зарубежной практике в виду технической эффективности, высокой степени надежности и минимальных объемов земляных работ.
Инъекционная силикатизация, основания, фундаменты, инженерно-геологические изыскания, просадочные свойства, геолого-литологический разрез, способы закрепления, эксплуатация здания, обследование технического состояния здания
Проблемы строительства и эксплуатации зданий на просадочных грунтах основания являются актуальными для южной части страны. На всей территории Ростовской области преобладают грунты, относящиеся к I и II типу по просадочности, которые при замачивании изменяют свою плотность под собственным весом без возможности бокового расширения. Просадочные свойства данных грунтов обусловлены их строением и структурой [1].
Просадочные свойства грунтов, проявляемые при замачивании, приводят к деформациям зданий и сооружений, а затем и к их разрушению. Поэтому первостепенной задачей является обеспечение геотехнической безопасности и совершенствование способов закрепления грунтов, которые помогут уменьшить материальный ущерб зданий и сооружений.
В практике строительства приходится часто сталкиваться с вопросами о способах и методах закрепления грунтов основания. Выбор метода закрепления выбирается после проведения обследования технического состояния здания, инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий, требований экологии и технико-экономического сравнения вариантов укрепления грунта основания.
Рассмотрим один из самых распространённых способов закрепления грунтов основания на примере «Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя школа №11» г. Новочеркасск, Ростовская область.
При анализе использованы результаты обследования технического состояния здания, выполненные в 2017 гг. учеными и специалистами ООО «НПП Алектич», ООО «Архитектурное наследие», НИИ «Строительные технологии», Академии строительства и архитектуры ДГТУ.
Здание школы состоит из нескольких частей, которые были построены в разные годы (3-х этажная «старая часть» построена в 1968 г., 4-х этажная «новая часть» - в 1988г.), различающихся конструктивными решениями.
Конструктивная схема «старой части» представляет собой здание с продольными несущими стенами с жесткими дисками междуэтажных перекрытий. Габаритные размеры в плане составляют 53,7х41,3 м с поздними пристройками спортзала и актового зала.
Конструктивная схема «новой части» здания – с поперечными несущими стенами с жесткими дисками междуэтажных перекрытий и покрытия. Размеры в осях составляют 92,2х13,6 м с примыкающими крыльями спортзала и обеденным залом.
В процессе эксплуатации здания грунты основания фундаментов неоднократно подвергались замачиванию техногенными водами, что привело к деформациям здания.
Осмотр шурфов показал, что фундаменты различных частей здания отличаются как по геометрическим параметрам, так и по конструктивным решениям.
Обследование здания показало, что на поверхности вскрытых фундаментов отсутствует горизонтальная и вертикальная гидроизоляция. Грунт во вскрытых шурфах находится в увлажненном состоянии.
Наличие свежих вертикальных трещин в несущих стенах здания и результаты геодезических наблюдений за осадками здания, проведенные в 2017 году, свидетельствуют о продолжающемся процессе неравномерной просадки грунтов основания.
Результаты инженерно-геологических изысканий, проводимые НПП «Алектич» в 2017 г., показали, что на площадке вскрыты верхнечетвертичные отложения осадочного генезиса, относящиеся в соответствии с ГОСТ 25100-2011 к классу дисперсных грунтов с физическими, физико-химическими и структурными связями; к подклассу – связных грунтов; к типу осадочных и техногенных грунтов; к подтипу делювиальных грунтов; к виду – минеральных; к подвиду - преимущественно глинистым.
В период изысканий (апрель 2017 г.) появление подземных вод зафиксировано на глубинах 5,0 м-7,0 м.
В геолого-литологическом разрезе площадки по данным бурения скважин на площадке выделены следующие инженерно-геологические элементы (ИГЭ):
- ИГЭ‑1 (dQIII) (в границах слоя 3) – суглинок желто-бурый тяжелый пылеватый, твердый, слабо- и среднепросадочный, незасоленный, ненабухающий, минеральный, толщиной от 0,7 м-1,8 м до 1,3 м-6,6 м;
- ИГЭ‑2 (dQIII) (в границах слоя 4)– суглинок желто-бурый, тяжелый пылеватый, полутвердый, непросадочный, незасоленный, ненабухающий, минеральный, толщиной 1,3 м-6,6 м до 5,5 м-20,0 м;
- ИГЭ‑3 (dQIII) (в границах слоя 5) – глина красно-бурая, легкая пылеватая, полутвердая, непросадочная, незасоленная, ненабухающая, минеральная, толщиной 1,3 м-6,6 м до 5,5 м-13,0 м-20,0 м.
Рассмотрим результаты расчета по определению значения относительной просадочности грунтов по ИГЭ-1. Результаты приводятся в таблице №1.
Таблица №1
Значения относительной просадочности грунтов по ИГЭ-1.
|
№№ скважин |
Глубина скважин, м. |
Установившийся уровень подземной воды, м. (абс. отм. м) |
Глубина кровли и подошвы просадочных грунтов, м. (абс.отм.). |
Просадка от собственного веса грунтов, см. |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
23(2017) |
15.0 |
6.8(37.75) |
1.6-6.6(42.95-37.95) |
2.1 |
|
27(2017) |
15.0 |
5.0(38.00) |
1.8-3.8(41.12-39.12) |
0.0 |
|
28(2017) |
15.0 |
4.8(39.63) |
0.7-4.5(43.73-39.93) |
1.8 |
|
31(2017) |
15.0 |
4.6(37.10) |
1.5-4.3(40.20-37.40) |
0.0 |
На основании расчетов и СП 22.13330.2016, п. 6.1.6 в связи с тем, что просадка грунтов от собственного веса равна 0,0-2.1см (менее 5см), площадка отнесена к I типу грунтовых условий по просадочности.
Анализ инженерно-геологических условий площадки и расчеты показали необходимость проведения работ по закреплению грунтов в основании фундаментов здания МБОУ СОШ №11. Непосредственно под подошвой фундаментов существующего здания залегают просадочные суглинки ИГЭ-1 с коэффициентом фильтрации 0,24 м/сут., степенью влажности 0,67 и pH=7,0÷7,3.
При повышении уровня грунтовых вод и при локальном замачивании грунтов в основании фундаментов возможно проявление существенных неравномерных осадок грунтов вследствие реализации их просадочных свойств.
В условиях существующих зданий при их ремонте и реконструкции в Ростовской области широко применяются инъекционные способы закрепления грунтов основания фундаментов [2].
Инъекционная технология закрепления грунтов отличается высокой степенью механизации процессов, минимальными объемами земляных работ, высокой степенью надежности [3].
Проанализировав все данные, было принято решение провести закрепление просадочных грунтов способом однорастворной силикатизации по инъекционной технологии через извлекаемые инъекторы согласно п.6.9.3 СП 22.13330.2016.
Для исключения отрицательного влияния влажности и щелочной среды на закрепление грунтов с коэффициентом водонасыщения близким 0,7, силикатизацию выполнять двухкомпонентной [4-5].
Рис. 1. – Фрагмент плана здания
Для исключения вибрационного воздействия на поврежденные и ослабленные конструкции здания погружение инъекторов производить в предварительно пробуренные скважины. Расположения скважин представлены на фрагменте плана здания (см. рис.1).
После закрепления грунта инъекционной силикатизацией он приобретает повышенную прочность, становится водостойким и не просадочным, что исключает деформации здания от подъема грунтовых вод и потерь от водонесущих коммуникаций [6-7].
В качестве рабочего раствора для закрепления просадочных суглинков ИГЭ-1 принято стекло натриевое жидкое ГОСТ 13078-81 с силикатным модулем 2,8 - 3,0 с плотностью закрепляющего рабочего раствора 1,15 г/смз при расходе раствора
Рис. 2. – Фрагмент геологического разреза с устройством закрепления.
Из опыта закрепления просадочных грунтов Ростовской области приняты следующие нормативные значения физико-механических показателей свойств закрепленного силикатизацией основания (при расходе
- предел прочности на одноосное сжатие – не менее 0,25 Мпа;
- модуль деформации – не менее 25 Мпа;
- нормативный угол внутреннего трения: не менее 22,0о;
- нормативное удельное сцепление: не менее 32 кПа;
- закрепленный грунт должен быть не просадочным и иметь 100 % водостойкость в пределах расчетных проектных "радиусов закрепления".
Принятая инъекционная технология закрепления грунтов силикатизацией является щадящей технологией с практически мгновенным закреплением грунта (см. рис.2); поэтому силикатизация не провоцирует дополнительные деформации при производстве инъекционных работ. Она выполняется без отрывки и нарушения сплошности фундаментов. Одновременно с грунтом жидкое стекло усиливает бутовую кладку путем упрочнения известкового раствора бутобетона. При реакции жидкого стекла с известковой кладкой образуются нерастворимые цементирующие новообразования гидратов окиси кальция повышенной прочности [8-10]. При этом происходит восстановление разрушенной и ослабленной со временем известковой кладки.
1. Черкасов С.М. Расчет величины деформаций лессовых просадочных грунтов от собственного веса и сравнение с результатами опытных работ // Научное обозрение. 2014. №11. Ч.3. С. 746 – 749.
2. Мартыненко И.А., Прокопова М.В., Капралова И.А. Реконструкция зданий, сооружений и застройки. – Ростов н/Д.: РГУПС, 2017. – 221 с.
3. Прокопов А.Ю., Михайлов А.А. Анализ причин деформаций и способов закрепления оснований зданий – объектов культурного наследия Ростовской области // Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики: м-лы 13-й Междунар. конф. – Тула: ТулГУ, 2017. – Т.2. – С. 139 – 147.
4. В.П. Новоженин, И.Н. Карлина Влияние температуры грунта на степень его химического закрепления // Инженерный вестник Дона, 2013, №4. URL:ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2068/.
5. Рекомендации по подготовке оснований и устройству фундаментов из силикатированного лессового грунта. -г. Ростов-на-Дону: Ростовский Промстройниипроект,1976.-49с.
6. Прокопов А.Ю., Солтани И.Ф. Анализ методов закрепления грунтов объектов культурного наследия// Современные проблемы науки и пути их решения: сб. науч. статей. Вып. 34. – Уфа: Омега Сайнс, 2017. – С. 337 – 341.
7. Крахмальный Т.А. Исследование влияния увеличения периметра ленточного фундамента на несущую способность основания. // Инженерный вестник Дона, 2009, №2. URL:ivdon.ru/magazine/archive/n2y2009/128/.
8. Панасюк Л.Н., Таржиманов Э.А. Моделирование работы сооружений с учетом проявления неравномерных деформаций в основании// Инженерный вестник Дона, 2011, №4. URL:ivdon.ru/magazine/archive/n4y2011/591/.
9. Prokopov A., Prokopova M., Rubtsova Ya. The experience of strengthening subsidence of the soil under the existing building in the city of Rostov-on-Don // MATEC Web of Conferences. Vol. 106. 2017. 02001. International Science Conference SPbWOSCE-2017 «SMART City», URL: doi.org/10.1051/matecconf/201710602001.
10. Wang A., Ma L., Zhang D., Li K., Zhang Y., Yi X., Wang Z. Soil and water conservation in mining area based on ground surface subsidence control: Development of a high-water swelling material and its application in backfilling mining. // Environmental Earth Sciences. 2016. V. 75. № 9. p. 779.
