Особые требования и конструктивные решения для зданий и сооружений, возводимых на просадочных грунтах

Промышленные здания и сооружения нередко приходится возводить на просадочных грунтах.

Просадочный грунт – грунт, который при замачивании дает дополнительную деформацию, называемую просадкой.

В отличие от обычных, просадочные грунты, находятся в напряженном состоянии от действия внешней нагрузки и собственной массы, при замачивании дают просадку.

К просадочным грунтам относятся лёссы, лёссовидные суглинки, супеси, покровные суглинки и некоторые другие.

Причинами повышения влажности просадочных грунтов могут быть: замачивание их сверху из внешних источников или снизу при подъеме уровня грунтовых вод, а также постепенное накопление влаги в грунте вследствие инфильтрации поверхностных вод и экранирования поверхности. При определении просадок грунтов и их неравномерности учитывают:

- инженерно-геологический состав площадки строительства;

- физико-механические характеристики грунтов основания и их неоднородность;

- размеры, глубину заложения и взаимное расположение фундаментов;

- нагрузки на фундаменты и прилегающие площадки;

- конструктивные особенности сооружения (наличие подвалов, тоннелей и т.п.);

- характер планировки территории (наличие выемок, срезок или насыпей);

- возможные виды, размеры и места расположения источников замачивания грунтов.

Грунтовые условия площадок, сложенных просадочными грунтами, в зависимости от возможной просадки грунтов под воздействием собственной массы подразделяют на два типа:

I-й тип просадочности

I-й тип просадочности – грунтовые условия, в которых возможна в основном просадка грунтов от внешней нагрузки, а просадка грунтов от собственной массы отсутствует или не превышает 5 см.

II-й тип просадочности

Просадочные грунты с их большими и неравномерными деформациями могут повредить или разрушить конструкции здания, если не будут предусмотрены специальные меры.

II-й тип просадочности – грунтовые условия, в которых помимо просадки грунтов от внешней нагрузки возможна их просадка от собственной массы и ее размер превышает 5 см.

Строительные мероприятия – устройство искусственных оснований – достигается: уплотнением грунтов (трамбование тяжелыми трамбовками, устройство грунтовых свай, вытрамбование котлованов под фундаменты, предварительное замачивание грунтов; глубинное гидровиброуплотнение, использование вибрационных машин, катков); полной или частичной заменой в основании грунтов с неудовлетворительными характеристиками свайными подушками из песка, гравия, щебня и т.п. Строительные мероприятия предусматривают преобразование свойств грунтов основания, исключающие или снижающие до допустимых пределов просадки оснований или уменьшающие их влияние на эксплуатационную пригодность сооружения.

Более подробно строительные мероприятия рассматриваются в курсе «Основания и фундаменты».

Водозащитные мероприятия – предусматривают при разработке генеральных планов, планировке территории предприятия, устройстве оснований под полы, размещении трубопроводов.

Планировка застраиваемой территории проводится в данном случае с целью обеспечить быстрый и беспрепятственный сток атмосферных вод.

Чтобы предотвратить инфильтрацию в просадочный грунт поверхностных вод, следует до минимума сократить срезку верхнего слоя грунта. Для планировочных насыпей (включая основание под полы), засыпки пазух котлованов непригодны: песок, строительный мусор и другие дренирующие материалы. Вокруг зданий устраивают водонепроницаемую отмостку шириной 1-1,5 м с уклоном около 3 %, а по ее периметру – водоотводящий кювет (рис. 13.1 а).

Рис. 13.1 Конструктивные элементы зданий, возводимых на просадочных грунтах: а – отмостка с кюветом; б – фундамент с консолями в пределах башмака; в – крепление подкрановых балок на консолях; г – крепление кранового рельса; 1 – жирный цементный раствор; 2 – литой асфальт (20-30мм); 3 – мощение булыжником с заливкой швов битумом; 4 – взрыхленный и утрамбованный глинистый грунт; 5 – щебеночная подготовка (100-120 мм), пропитанная горячим битумом; 6 – консоль для подъема колонны домкратом; 7 – подкрановая консоль; 8 – стальная шпала; 9 – скоба болта.

В качестве основания под полы в цехах с мокрым технологическим процессом, возводимых на просадочных грунтах II типа, предусматривают водонепроницаемый экран толщиной не мене 1 м уплотнением грунта тяжелыми трамбовками или устройством грунтовой подушки.

Конструктивные мероприятия – предусматривают с целью обеспечить прочность, устойчивость и эксплуатационную надежность здания при возможных просадках от замачивания грунтов основания. Необходимо также создавать условия для быстрого восстановления проектного положения отдельных конструктивных элементов здания.

Основными конструктивными мероприятиями являются следующие:

- применение конструктивной схемы, малочувствительной к неравномерным осадкам;

- разрезка здания на блоки осадочными швами;

- устройство стыков, равнопрочных с соединяемыми элементами на воздействие неравномерной просадки основания;

- усиление отдельных конструкций дополнительным армированием;

- устройство армированных поясов по капитальным стенам, непрерывных в пределах каждого осадочного блока;

- увеличение площадей опирания в местах сопряжения конструктивных элементов;

- приспособление конструкций к быстрому восстановлению их просадки.

Малочувствительные к неравномерным осадкам конструкции подразделяются на два вида – жесткие и податливые.

Жесткие конструкции – обладают большой прочностью, исключают взаимные применения отдельных элементов и оседают как одно пространственное целое. В зданиях и сооружениях с такими конструкциями необходимо ограничивать возможные просадки и их неравномерность.

В податливых конструкциях элементы связаны с собой шарнирно, поэтому их взаимное перемещение вследствие неравномерной просадки основания практически не отражается на устойчивости здания в целом. Для зданий с такими конструкциями учитывают возможность отклонения колонн и стен от вертикали при просадке основания. С этой целью в проектах предусматривают не только шарнирные связи ферм (балок) и других элементов с колоннами, но и мероприятия по быстрому восстановлению нормальных условий эксплуатации в зданиях.

Для уменьшения длины изгибаемых участков при неравномерной просадке здания, его разрезают осадочными швами, которые совмещают с температурными.

В необходимых случаях по капитальным стенам устраивают железобетонные пояса, размещая их на уровне оконных перемычек в одноэтажных зданиях и на уровне междуэтажных перекрытий в многоэтажных. Кроме того, во всех типах зданий предусматривают армирование пояса в пределах подошв фундаментов. Количество поясов и их сечение определяют расчетом; во всех случаях их должно быть не менее двух.

Под несущие стены зданий устраивают монолитные или сборно-монолитные ленточные фундаменты. В каркасных зданиях фундаменты аналогичны зданиям, возводимым на обычных грунтах. При нежестких (податливых) несущих конструкциях фундаменты под отдельно стоящие колонны устраивают с консолями или отдельными площадками, предназначенными для подъема домкратами просевших колонн (рис. 13.1 б).

Подкрановые балки в зданих на просадочных грунтах следует применять разрезные металлические. Их опирают и крепят, как правило, на консолях (рис. 13.1 в). Такое крепление позволяет производить рихтовку подкрановых путей наименее трудоемким способом – путем изменения положения крановых консолей.

Крепление рельсов к подкрановым балкам должно быть подвижным и иметь конструкцию, допускающую выравнивание пути в вертикальном направлении подъемом рельсов не менее чем на 100 мм и в поперечном – не менее 50 мм. Один из способов крепления рельсов показан на рисунке 13.1 г. Рельс укладывается на стальные шпалы и крепится к балке лапками; между шпалами и балкой можно предусматривать прокладки.

В зданиях и сооружениях податливой конструкции необходимо предусмотреть мероприятия, исключающие возможность выпадения отдельных участков кровельного покрытия при неравномерной просадке. Для чего ограждающие элементы покрытия укладывают внахлестку или применяют элементы многопролетного типа (асбестоцементные, стальные и алюминиевые волнистые листы, стальной ребристый профилированный настил и др.).

2. Здания, возводимые на подрабатываемых территориях.

Подрабатываемым территориям, в следствие выемки пластов ископаемых, свойственны оседания, прогибы, наклоны, горизонтальные смещения и другие деформации, вызывающие значительные повреждения и разрушения расположенных на них зданий и сооружений

Подрабатываемая территория – участок поверхности земли, под которым ведут или намечают вести подземные горные разработки угля или других ископаемых.

Более подробно параметры деформации земной поверхности рассматриваются в курсе «Основания и фундаменты».

Прочность, устойчивость и надежность в эксплуатации зданий и сооружений, возводимых на подрабатываемых территориях, обеспечивают специальными мероприятиями.

Исходными данными для проектирования построек на подрабатываемых территориях являются максимальные величины прогнозируемых деформаций земной поверхности на участке строительства в направлении продольной и поперечной осей проектируемого здания.

 

При строительстве на подрабатываемых территориях предпочтение отдают зданиям небольшой площади, без выступов и пристроек. Здания большой протяженности разделяют на отсеки. Длину отсеков назначают в зависимости от интенсивности деформаций земной поверхности, принятой конструктивной схемы здания, типа конструкций и характеристик грунта.

Сохранность и надежность зданий и сооружений, располагаемых на подрабатываемых территориях, обеспечивают комплексом мероприятий. В данной теме рассмотрим конструктивные и строительные мероприятия.

Здания и сооружения, возводимые на подрабатываемых территориях, проектируют по податливым, жестким и комбинированным конструктивным схемам.

По жесткой конструктивной схеме проектируют бескаркасные здания с несущими стенами и небольших размеров в плане. В них предусматривают:

- усиленные несущие конструкции, объединенные в пространственно-жесткие блоки;

- фундаменты – плитные, ленточные с железобетонными поясами;

- отдельно стоящие со связями – распорками и др.

По податливой схеме проектируют каркасные здания, имеющие большие размеры в плане, с незначительной собственной жесткостью. При прогнозируемых значительных деформациях земной поверхности предпочтительнее применять здания с металлическим каркасом.

Комбинированная схема может быть использована в каркасных и бескаркасных зданиях. Каркасные здания решают в виде рамных, рамно-связевых и связевых систем.

Фундаменты, работающие в сложных напряженных условиях, выполняют в зданиях с податливой схемой с горизонтальными между отдельными его элементами.

Шов скольжения – два слоя пергамина с прослойкой молотого графита, щипаной слюды или инертной пыли.

Шов скольжения, отделяющий надземную часть здания от подземной, располагают в горизонтальной плоскости над фундаментной подушкой, а в зданиях с подвалом – под перекрытием подвала или технического подполья. Над швом предусматривают защитный пояс.

Для защиты от перекосов и снижения влияния горизонтальных деформаций основания устраивают связи-распорки. Их можно располагать в одном или двух уровнях фундамента, параллельно друг другу (рис. 13.2 а).

Рис. 13.2 Конструктивные элементы зданий возводимых на подрабатываемых территориях: а – схема устройства шва скольжения и связей-распорок; б – схема устройства сплошной фундаментной плиты со швом скольжения; в – крепление подкрановой балки к колонне; 1 – бетонная или железобетонная подушка; 2 – шов скольжения; 3 – связь-распорка; 4 – фундаментная плита; 5 – фундамент под оборудование; 6 – деформационный шов; 7 – анкер; 8 – величина возможного подъема подкрановой балки; 9 – то же горизонтального смещения.

При устройстве фундаментов в виде сплошной плиты, ее рекомендуется делать со швом скольжения. В местах примыкания плиты к фундаментам под технологическое оборудование оставляют зазоры, ширину которых определяют расчетом. Как правило, величина зазора не превышает 50 мм (рис. 13.2 б).

В зданиях с мостовыми кранами при отсутствии поперечных связей-распорок между фундаментами предусматривают возможную регулировку положения подкрановых путей (балок и рельсов) в горизонтальной плоскости, а при ожидаемом наклоне подкранового пути (более 6 мм/м – в продольном направлении и 4 мм/м – в поперечном направлении) и, кроме того, еще и по вертикали (рис. 13.2 в). Во всех случаях предпочтение следует отдавать подвесному и напольному подъемно-транспортному оборудованию.

При использовании мостовых кранов подкрановые балки следует выполнять разрезными, металлическими и реже разрезными железобетонными.

Несущие конструкции покрытия опирают шарнирно на колонны посредством катковых и скользящих опор, показанных на рисунке 13.3.

Рис. 13.3 Шарнирно-подвижные сопряжения несущих конструкций покрытия с колоннами: а – катковое; б – скользящее; 1 – колонна; 2 – направляющая пластинка; 3 – ферма; 4 – каток; 5 – ограничитель; 6 – опорный столик; 7 – шов скольжения.

Стены каркасных зданий рекомендуется монтировать из навесных облегченных панелей с податливым креплением к колоннам. Допускается также самонесущие кирпичные и блочные стены с усилением их по периметру железобетонными поясами, а в местах пересечения – и горизонтальными арматурными сетками.

Самонесущие стены крепят к колоннам деталями, не препятствующими относительным смещениям в плоскости стен.

15. Особые требования и конструктивные решения для зданий и сооружений, возводимых над горными выработками.

1.1. Настоящие нормы должны соблюдаться при проектировании подземных горных выработок для новых, реконструируемых и расширяемых действующих предприятий по добыче полезных ископаемых.

Нормы распространяются на проектирование подземных горных выработок, располагаемых в зоне и вне зоны влияния очистных работ.

Примечания:

 

1. Настоящие нормы не распространяются на проектирование подземных горных выработок, сооружаемых на глубине более 1500 м или специальными способами проходки, а также очистных выработок и располагаемых в пределах выемочных участков, выработок выщелачивания и предприятий подземной газификации.
2. Подземные горные выработки в последующем тексте именуются «выработки».

1.2. Выработки следует проектировать на основе:

Ÿ данных, определяющих назначение, срок службы, условия возведения и эксплуатации выработок;

Ÿ результатов инженерных изысканий, включающих данные инженерно-геологического изучения мест размещения выработок;

Ÿ требований нормативных документов, утвержденных или согласованных Госстроем СССР, государственных стандартов, законодательных актов по экономии земель, охране и рациональному использованию недр и природных ресурсов, а также правил безопасности, утвержденных Госгортехнадзором СССР, и требований органов государственного санитарного надзора СССР.

1.3. Проектирование выработок предприятий по добыче полезных ископаемых должно производиться исходя из условий снижения трудоемкости, материалоемкости и сметной стоимости строительства и применения широкой механизации горнопроходческих работ, а также в соответствии с требованиями «Инструкции по разработке проектов и смет для промышленного строительства» с учетом особенностей шахтного и горнорудного строительства:

а) разработка нескольких вариантов размещения, компоновки и взаимной увязки выработок с учетом их назначения, условий сооружения и эксплуатации, включая вопросы вентиляции, водоотлива и транспорта, технологии и организации строительства, предусматривая в каждом варианте максимально возможную прямолинейность выработок и минимальное количество типоразмеров сечений выработок, а также трудоемких в проведении сопряжений, заездов и приемных площадок;
б) проведение расчетов для каждого из вариантов по определению устойчивости пород выработок, формы и размеров их поперечного сечения, расстояния между выработками, величин смещения пород и нагрузок на крепь, конструкций и параметров крепи с учетом мер охраны и защиты выработок, способов их сооружения и с использованием действующих типовых проектов выработок, отвечающих требованиям настоящих норм;
в) технико-экономическое сравнение показателей вариантов и принятие на их основе оптимального решения по минимальным суммарным затратам при строительстве и эксплуатации выработок с учетом наиболее целесообразного использования недр.

Объемно-планировочные и конструктивные решения выработок должны учитывать опыт их сооружения в аналогичных горно-геологических и гидрогеологических условиях, применение передовой технологии и организации горнопроходческих работ и обеспечивать эксплуатацию выработок в течение установленного проектом срока их службы.

Проектирование выработок, пригодных к дальнейшему использованию после извлечения из недр полезного ископаемого, следует производить в соответствии с настоящими нормами с учетом требований «Инструкции по проектированию народнохозяйственных объектов, размещаемых в отработанных горных выработках».

1.4. Проектирование выработок при условиях наличия опасности горных ударов, самовозгорания угля, выбросов, угля, породы и газа, динамических воздействий, сейсмичности района свыше 7 баллов, повышенной температуры горных пород, в зоне вечной мерзлоты и др. должно производиться с учетом дополнительных требований, предусмотренных для таких случаев общесоюзными и ведомственными документами или на основе результатов исследований, выполненных специализированными организациями.

1.5. При проектировании временных (на период строительства) выработок необходимо соблюдать требования, предъявляемые к постоянным выработкам того же назначения, согласно настоящим нормам. При этом предусматривать максимальное использование временных выработок при дальнейшей эксплуатации предприятия по добыче полезных ископаемых.

1.6. В составе проектов особо ответственных выработок, нарушение которых ведет к остановке всего предприятия, для контроля их состояния следует предусматривать установку контрольных приборов и замерных станций.

1.7. Проекты вентиляции и кондиционирования воздуха, водоотлива, электроснабжения и подземного транспорта на предприятиях по добыче полезных ископаемых должны разрабатываться в соответствии с нормами технологического проектирования и другими отраслевыми нормативными документами, утвержденными в установленном порядке.