Способ строительства зданий и сооружений на неравномерно сжимаемых грунтах

 

Изобретение относится к области строительства, а именно к возведению зданий, сооружений на неравномерно сжимаемых грунтах с осуществлением воздействия на грунты с целью изменения свойств последних способами инженерной мелиорации. Способ строительства зданий, сооружений на неравномерно сжимаемых грунтах включает воздействие на грунт для изменения его свойств. Новым в способе является то, что в процессе возведения здания, сооружения с введением в его конструктивную схему дополнительных элементов жесткости, например, железобетонных поясов, осуществляют поэтажные измерения деформаций и/или напряжений в основных и дополнительных элементах строения. Измерения напряжений и осадок производят после возведения каждого этажа надземного строения выше второго. Далее, определив напряженно-деформированное состояние на неравномерно сжимаемых грунтах с учетом жесткости надземного строения в пределах двух этажей, производят оценку допустимости уже возникших осадок и напряжений к моменту поэтажных измерений, фактических значений деформационных и прочностных характеристик грунтов основании, ожидаемых значений напряжений и осадок к моменту возведения последнего этажа надземного строения и судят о необходимости и об объемах локального воздействия на грунт до завершения строительства. При необходимости воздействия на грунт основания строения прекращают возведение строения или продолжают только в той его части, в основании которой не требуется воздействие на грунт, осуществляют требуемое воздействие на грунт, например, закрепляют нагнетанием цементно-песчаных растворов, после чего продолжают возведение здания, сооружения. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в повышении надежности строительства зданий, сооружений и сокращении объемов работ по инженерной мелиорации грунтов. 3 ил.

Изобретение относится к области строительства и используется для возведения зданий, сооружений на неравномерно сжимаемых грунтах с осуществлением воздействия на грунт с целью изменения свойств последних способами инженерной мелиорации.

Известен способ строительства зданий, сооружений на слабых и неравномерно сжимаемых грунтах, включающий воздействие на грунты, в частности, путем обработки грунтов растворами и химикатами для улучшения их свойств до начала строительства, и последующее возведение здания, сооружения (А.с. N 1294910 "Способ улучшения массива лессового просадочного грунта в основании зданий и сооружений"). Известны также способы инженерной мелиорации, которые включают предпостроечное ослабление грунтов (например, просадочных грунтов путем предварительного замачивания) и последующее возведение строения. Другие способы предполагают увеличение жесткости строения за счет введения в его конструктивную схему дополнительных элементов жесткости (например, железобетонных поясов) в сочетании со способами инженерной мелиорации.

Недостаток способа-аналога состоит в завышении объемов работ по инженерной мелиорации грунтов оснований.

Наиболее близким к заявляемому по совокупности существенных признаков является принятый нами за прототип способ строительства здания, сооружения на слабых и неравномерно сжимаемых грунтах, с введением в необходимых случаях в конструктивную схему строения дополнительных элементов жесткости, который включает возведение строения, а при образовании недопустимых его деформаций - последующее воздействие на грунт для улучшения его свойств путем погружения свай (А.с. N 2037604 "Способ усиления фундамента здания, сооружения").

Недостаток способа состоит в том, что воздействие на грунт осуществляется после того, как здание, сооружение уже получило недопустимые деформации, повреждения и частично утратило свои эксплуатационные качества.

Цель изобретения состоит в повышении надежности строительства зданий, сооружений и сокращении объемов работ по инженерной мелиорации грунтов.

Цель достигается тем, что в способе строительства зданий, сооружений на неравномерно сжимаемых грунтах, включающем воздействие на грунт для изменения его свойств, согласно изобретению, в процессе возведения здания, сооружения с введением в его конструктивную схему дополнительных элементов жесткости, например, железобетонных поясов, осуществляют поэтажные измерения деформаций и/или напряжений в основных и дополнительных элементах строения, причем измерения напряжений и осадок производят после возведения каждого этажа надземного строения выше второго, далее, определив напряженно-деформированное состояние на неравномерно сжимаемых грунтах с учетом жесткости надземного строения в пределах двух этажей, производят оценку допустимости уже возникших осадок и напряжений к моменту поэтажных измерений, фактических деформационных и прочностных характеристик грунтов оснований, ожидаемых значений напряжений и осадок к моменту возведения последнего этажа надземного строения и судят о необходимости и об объемах локального воздействия на грунт до завершения строительства, причем при необходимости воздействия на грунт основания строения прекращают возведение строения или продолжают только в той его части, в основании которой не требуется воздействие на грунт, осуществляют требуемое воздействие на грунт, например, закрепляют нагнетанием цементно-песчаных растворов, после чего продолжают возведение здания, сооружения.

При анализе уровня техники не выявлен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого решения, т.е. оно отвечает требованиям новизны. Не выявлены также признаки, являющиеся отличительными в заявляемом решении, т.е. оно отвечает требованию изобретательского уровня.

Сущность изобретения поясняется чертежами: на фиг. 1 схематически показано 16-этажное жилое здание с железобетонными поясами, имеющее длину 41 м в пределах разбивочных осей 1-11 (показаны цифрами в кружках); на фиг. 2 приведены эпюры осадок фундаментов, образующихся при возведении 5-го и 16-го этажей здания; на фиг. 3 показаны напряжения, возникающие в арматуре верхнего железобетонного пояса при возведении 5-го и 16-го этажей здания.

Здание (фиг. 1) имеет фундамент из железобетонных подушек 1 и бетонных стеновых блоков 2, надземное строение 3 из кирпича. По верху подушек 1 и в стенах строения 3 на уровне верха 2-го этажа предусмотрены дополнительные элементы жесткости - железобетонные пояса (соответственно 4 и 5). На уровне верха блоков 2 заложены марки 6 для измерения осадок здания, а в железобетонных поясах - тензометрические мессдозы 7 для измерения напряжений в арматуре, возникающих при сооружении здания. На фиг. 1 показана область локального закрепления грунтов оснований 8, местоположение и размеры которой обоснованы по результатам измерений и расчетов.

Введением железобетонных поясов 4, 5 над фундаментными подушками 1 и в стенах на уровне 2-го этажа надземного строения 3 создается конструкция, имеющая повышенную изгибную жесткость. При образовании неравномерных деформаций грунтов основания от надземного строения 3 выше 2-го этажа в железобетонных поясах 4, 5 возникают напряжения растяжения или сжатия σ, которые регистрируются мессдозами 7. Осадки грунтов оснований S и их неравномерность по длине L здания ΔS/L регистрируются путем нивелирования марок 6 относительно неподвижного репера. Измерения напряжений σ и осадок S производятся после возведения каждого этажа строения 3 выше 2-го.

Далее с использованием программы определения напряженно-деформированного состояния здания на неравномерно - сжимаемых грунтах с учетом жесткости надземного строения 3 в пределах 2-х этажей (в частности, программы "ЭТАЖ-ПЛЮС") производится оценка: - допустимости уже возникших осадок S и напряжений σ к моменту поэтажных измерений в соответствии с требованиями Строительных Норм СНиП 2.02.01-83^* "Основания зданий и сооружений" [3] (поз. 9 на фиг. 2 и 3 характеризует измерения после сооружения 5-го этажа); - фактических значений деформационных характеристик (модуля деформации E) грунтов оснований; - ожидаемых значений напряжений σ,осадок S и их неравномерности ΔS/L к моменту возведения 16-го этажа строения 3 (поз. 10 на фиг. 2 и 3) и оценка их допустимости для строения 3; - в случае, если напряжения σ и осадки S окажутся недопустимыми для 16-этажного строения 3, производится определение числа этажей, при которых измеряемые параметры достигнут предельно допустимых значений, т.е. когда потребуется прекратить дальнейшее строительство здания либо его части; - объемов (глубины и размеров в плане) области локального закрепления грунтов оснований 8; - ожидаемых значений напряжений σ, осадок S и их неравномерности ΔS/L к моменту возведения 16-го этажа строения 3 в том случае, если возникнет необходимость закрепления грунта (поз. 11 на фиг. 2 и 3).

В рассматриваемом примере в результате анализа напряженно-деформированного состояния здания по программе "ЭТАЖ-ПЛЮС" после возведения 5-го этажа было установлено: - сжимаемость грунтов в направлении разбивочной оси 11 увеличивается: модуль деформации грунтов E оснований в пределах осей 1-7 оказался равным E = 20 МПа, а в пределах осей 7-11 -E = 7 МПа; - измеряемые параметры пока не превосходят предельно допустимых значений по СНиП [3]; - к моменту сооружения 16-го этажа напряжения σ и осадки S превысят предельно допустимые значения; в частности, осадка по оси 11 составит S = 15.5 см (при допустимой по СНиП 2.02.01-83^* величине S_u = 10 см), разность осадок в осях 7-11 составит ΔS = 5.6 см (при допустимой (ΔS)_u = 3.6 см);
- до образования недопустимых значений измеряемых параметров возможно возведение всего здания до 7-го этажа либо только его части в осях 1-7;
- для обеспечения безопасного возведения здания до 16-ти этажей требуется увеличить модуль деформации грунтов в пределах разбивочных осей 7-11 до величины E = 30 МПа на глубину до 8 и ниже подошв фундаментных подушек 1, что достигается, например, путем закрепления грунтов нагнетанием цементно-песчаных растворов;
- после прекращения строительства здания и осуществления работ по закреплению грунтов ожидаемые осадки S при завершении строительства 16-этажного дома и их разность ΔS не превысят предельно допустимых значений по СНиП 2.02.01-83^*.

Преимущества предлагаемого изобретения в следующем:
- по сравнению со способом-аналогом [1] - в сокращении объемов закрепления грунтов более чем в 2 раза, поскольку согласно способу-аналогу требовалось бы закрепление грунтов на глубину 8 м под всем зданием (в осях 1-11, см. фиг. 1);
- по сравнению со способом-прототипом [2] - в исключении образования недопустимых напряжений σ и деформаций S в элементах строения 3, повышении строительной и эксплуатационной надежности здания, сооружения.

Формула изобретения

Способ строительства зданий, сооружений на неравномерно сжимаемых грунтах, включающий воздействие на грунт для изменения его свойств, отличающийся тем, что в процессе возведения здания, сооружения с введением в его конструктивную схему дополнительных элементов жесткости, например железобетонных поясов, осуществляют поэтажные измерения деформаций и/или напряжений в основных и дополнительных элементах строения, причем измерения напряжений и осадок производят после возведения каждого этажа надземного строения выше второго, далее, определив напряженно-деформированное состояние на неравномерно сжимаемых грунтах с учетом жесткости надземного строения в пределах двух этажей, производят оценку допустимости уже возникших осадок и напряжений к моменту поэтажных измерений, фактических значений деформационных и прочностных характеристик грунтов оснований, ожидаемых значений напряжений и осадок к моменту возведения последнего этажа надземного строения и судят о необходимости и об объемах локального воздействия на грунт до завершения строительства, причем при необходимости воздействия на грунт основания строения прекращают возведение строения или продолжают только в той его части, в основании которой не требуется воздействие на грунт, осуществляют требуемое воздействие на грунт, например, закрепляют нагнетанием цементно-песчаных растворов, после чего продолжают возведение здания, сооружения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3