Проектирование оснований при возведении зданий, часть 2

• часть 1
• часть 2
• часть 3
• часть 4

3.9 Выбор типа фундаментов осуществляется в зависимости от инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства, местоположения проектируемого здания, глубины подземного помещения, от состояния конструкций и фундаментов существующих зданий, вблизи которых планируется осуществить строительство. Общие принципы выбора оснований и фундаментов разработаны в разделе 6 МГСН 2.07-97. Конструкции и область применения свайных фундаментов новых типов приведены в "Рекомендациях по расчету, проектированию и устройству свайных фундаментов нового типа в г. Москве" (1997 г., с. 91).

3.10 Несущие конструкции - колонны, стены (внутренние и наружные), перекрытия применяются из железобетона класса по прочности не ниже В20; марка по водонепроницаемости W2; марка по морозостойкости F50; арматура, как правило, из стали класса АIII.

3.11 Подземные конструкции (ограждающие стены, фундаменты) изготавливаются из монолитного или сборного железобетона класса по прочности не ниже В15; марка по водопроницаемости W4; марка по морозостойкости F35; арматура, как правило, класса АIII (продольная).

4. Характеристика защищаемых зданий и фундаментов

4.1 Защита существующих зданий (в том числе оснований и фундаментов) при строительстве новых выполняется в случаях:

- расположения существующего здания в зоне влияния нового здания (см.п.7.4);

- возведения заглубленных помещений, влияющих на деформации существующего здания;

- при выполнении устройства фундаментов с применением специальных видов работ (замораживание, инъекции и др.);

- при необходимости выполнения строительного водопонижения.

4.2 Защищаемые здания характеризуются:

- исторической значимостью;

- технологическим назначением;

- размерами (габаритами);

- возрастом (сроком эксплуатации);

- типом и состоянием несущих конструкций;

- типом и габаритами подземных помещений;

- типом и состоянием фундаментов;

- геологическими и гидрогеологическими условиями оснований.

4.3 По возрасту защищаемые здания подразделяются на:

- исторические (возраст более 100 лет);

- памятники архитектуры независимо от возраста;

- старые (возраст 50-100 лет);

- современные (возраст 10-50 лет).

4.4 Общие технические характеристики зданий, возле которых осуществляются строительные работы и которые подлежат предварительной защите, приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Технические характеристики существующих зданий, подлежащих защите

*) уточняется в зависимости от принадлежности тому или иному типу зданий по пп. 1-3 прил. 4 СНиП 2.02.01-83*

4.5 Оценка защищаемых зданий производится на основании рассмотрения:

- архивных проектно-изыскательских материалов и исполнительной сдаточной документации;

- результатов натурного обследования.

4.6 При необходимости разработки проекта защиты существующих зданий, вблизи которых намечается новое строительство, он разрабатывается одновременно с проектом нового строительства и, как правило, выполняется в две стадии:

- на стадии ТЭО;

- на стадии рабочих чертежей.

4.7 На стадии ТЭО разработка проекта защиты существующих зданий и их подземных помещений может осуществляться с использованием фондовых материалов с учетом уточнений на последующих стадиях проектирования. Состав и объем изыскательских работ должен назначаться в соответствии с требованиями нормативных документов, указанных в п. 2.2, с учетом современного состояния площадки строительства. На этой стадии объем полевых работ может быть минимальным, а результаты их выполнения должны дать сведения о главных изменениях в инженерно-геологических и гидрогеологических условиях площадки строительства по сравнению с имеющимися фондовыми материалами. Выводы по изыскательским работам на этой стадии должны содержать обоснованные предложения по составу и объемам изыскательских работ для последующей стадии - рабочих чертежей.

4.8 На стадии рабочих чертежей разработка проектов усиления существующих зданий и их подземного помещения должна выполняться с учетом инженерных изысканий, проведенных для проектирования нового строительства, или по специальным изысканиям.

4.9 Задание на выполнение изыскательских работ по обследованию существующего здания должно составляться, как правило, исходя из двухстадийного проектирования зданий со сложной конструкцией подземной части. Примерные форма и содержание задания на выполнение обследования приведены в Приложении.

4.10 Для обеспечения эксплуатационной пригодности существующих зданий и сооружений, вблизи которых планируется новое строительство, целесообразно применение следующих основных методов их защиты и производства работ, в том числе:

- фундаменты на естественном основании: усиление оснований, увеличение опорной площади, устройство перекрестных лент или фундаментной плиты, укрепление фундаментной плиты, усиление сваями различных видов (буроинъекционными, буронабивными, составными вдавливаемыми, забивными);

- свайные фундаменты: усиление (ремонт) свай, устройство дополнительных свай с уширением ростверков, изменение конструкции свайного фундамента за счет пересадки несущих конструкций на дополнительные сваи со значительно большей несущей способностью, устройство перекрестных лент или сплошной железобетонной плиты на свайных фундаментах, уширение ростверков, усиление тела ростверков;

- ограждающие конструкции (забирка, шпунт, стены в грунте различных конструкций и способов их изготовления);

- предварительное закрепление грунтов различными способами (цементация, смолизация, буросмесительный метод и т.п.) в зонах сопряжения реконструируемого и нового сооружения;

- использование конструктивных решений, не создающих дополнительных воздействий на сущестеующие конструкции (решения консольного типа со сваями, применение вдавливаемых и завинчивающихся конструкций свай и т.п.).

4.11 Проектирование свайных и шпунтовых конструкций усиления существующих фундаментов зданий должно производиться в соответствии с требованиями раздела 8 МГСН 2.07-97, а также с учетом требований СНиП 2.02.03-85, ВСН 490-87 и "Рекомендаций по расчету, проектированию и устройству свайных фундаментов нового типа в г. Москве" (1997 г.). Фундаменты из свай рассчитываются по двум предельным состояниям - по прочности и деформациям.

Проектирование усиления фундаментов существующих зданий должно выполняться в соответствии с требованиями раздела 14 МГСН 2.07-97, а также СНиП 2.02.01-83*.

5. Методы оценки влияния строительства новых зданий на расположенные вблизи здания и сооружения

5.1 Основными причинами деформаций существующих зданий и сооружений при строительстве вблизи них могут являться:

- изменение гидрогеологических условий, в том числе подтопление, связанное с барражным эффектом при подземном строительстве, или понижение уровня подземных вод;

- увеличение вертикальных напряжений в основании под фундаментами существующих зданий, вызванное строительством вблизи них;

- устройство котлованов или изменение планировочных отметок;

- технологические факторы, такие как динамические воздействия, влияние устройства всех видов свай, фундаментов глубокого заложения и ограждающих конструкций котлованов, влияние устройства инъекционных анкеров, влияние специальных видов работ (замораживание, инъекция и пр.);

- негативные процессы в грунтовом массиве, связанные с выполнением геотехнических работ (суффозионные процессы, образование плывунов и пр.).

5.2 Степень влияния строительства новых зданий на расположенные вблизи здания и сооружения, как правило, в большой мере обусловливается технологией производства работ и качеством строительства. Все виды геотехнических работ должны выполняться в строгом соответствии с требованиями СНиП 3.02.01-87 "Земляные сооружения, основания и фундаменты", а также дополнительными требованиями "Организационно-технических правил строительства (реконструкции) объектов в стесненных условиях существующей городской застройки" и технологических регламентов, разрабатываемых специализированными организациями, на отдельные виды работ.

Методы оценки влияния строительства на расположенные поблизости здания и сооружения, рекомендуемые в настоящем разделе, ориентированы на строгое соблюдение всех технологических требований производства работ. Технологические отклонения могут приводить к значительно большему влиянию строительства на существующую застройку, чем может быть оценено такого рода прогнозом.

5.3 При выполнении расчетов оснований существующих зданий и сооружений, подвергаемых влиянию нового строительства, следует учитывать изменения физико-механических свойств грунтов и гидрогеологических условий в процессе соседнего строительства, в том числе с учетом сезонного промерзания и оттаивания грунтового массива.

5.4 Расчет оснований и фундаментов существующих зданий по I группе предельных состояний следует выполнять в следующих случаях:

- устройства котлованов вблизи зданий;

- устройства выработок и траншей (в том числе под защитой тиксотропных растворов) вблизи зданий;

- снижения планировочных отметок вблизи наружных стен зданий;

- изменения поровых давлений в грунтовом массиве при незавершенном процессе консолидации;

- передачи на существующие фундаменты дополнительных нагрузок и воздействий.

Целью расчета по I группе предельных состояний является обеспечение прочности и устойчивости оснований, недопущение сдвига или опрокидывания существующих фундаментов.

Расчет оснований по I группе предельных состояний следует выполнять в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83* "Основания зданий и сооружений" и "Пособия по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83)". При этом в качестве предпочтительных должны использоваться методы расчета, основанные на поиске наиболее опасной поверхности скольжения, отделяющей сдвигаемый массив грунта от неподвижного (например, методы круглоцилиндрических или ломаных поверхностей, метод логарифмической спирали, метод переменной мобилизации сопротивления сдвигу и пр.).

Полученные величины коэффициента запаса устойчивости должны быть не менее 1,2 (коэффициент запаса по грунту) или 1,35 (коэффициент запаса по нагрузке) при использовании расчетных значений характеристик грунта для расчетов по первой группе предельных состояний.

5.5 В случае применения при строительстве забивки и вибропогружения свай или шпунта следует выполнять проверку на динамическую прочность несущих конструкций существующего здания ближайших к погружаемым элементам.

Проверку прочности следует выполнять в соответствии с указаниями "Инструкции по расчету несущих конструкций промышленных зданий и сооружений на динамические нагрузки".

5.6 Расчет оснований существующих зданий или сооружений по II группе предельных состояний должен выполняться во всех случаях, если они находятся в зоне влияния нового строительства.

Расчет дополнительных деформаций оснований зданий и сооружений, подвергаемых влиянию нового строительства, должен проводиться из условий совместной работы сооружения и основания, за исключением случаев, оговоренных в СНиП 2.02.01-83*.

Дополнительные деформации зданий или сооружений при расчете по II группе предельных состояний должны характеризоваться и определяться в зависимости от вида воздействия в соответствии с таблицей 5.1.

Таблица 5.1

Требования к определению деформаций основания сооружения в зависимости от видов воздействий при строительстве вблизи него

5.7 При строительстве вблизи существующих зданий и сооружений расчет их оснований и фундаментов по деформациям следует выполнять исходя из двух условий:

, (5.1)

, (5.2)

где - деформация основания, завершившаяся до начала нового строительства и определяемая расчетом в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83*, СНиП 2.02.03-85 и МГСН 2.07-97;

- предельное значение полной деформации основания;

- дополнительная деформация основания, вызванная новым строительством;

- предельное значение дополнительной деформации основания, вызванной новым строительством.

5.8 Предельное значение полной деформации основания следует определять как:

, (5.3)

где - предельное значение деформации для нового строительства, определяемое в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83*,

- коэффициент условий работы, назначаемый в зависимости от категории состояния конструкций здания в соответствии с таблицей 5.2.

Категория состояния конструкций зданий должна устанавливаться в соответствии с "Рекомендациями по обследованию и мониторингу технического состояния эксплуатируемых зданий, расположенных вблизи нового строительства или реконструкции" (1998 г.).

Таблица 5.2

Коэффициент условий работы

5.9 Предельные значения дополнительных деформаций основания , вызванных соседним строительством, следует назначать на основе расчетов совместной работы конструкций здания или сооружения и основания и определения допустимых величин внутренних усилий в конструкциях, вызванных дополнительными деформациями основания в процессе нового строительства, а также с учетом степени износа конструкций, конструктивных и эксплуатационных требований, величин уже произошедших деформаций.

Для зданий и сооружений II и III уровней ответственности ориентировочные значения предельных дополнительных максимальных осадок, относительных разностей осадок и кренов приведены в Приложении 5 "Рекомендаций по обследованию и мониторингу технического состояния эксплуатируемых зданий, расположенных вблизи нового строительства или реконструкции" (1998 г.) в зависимости от типа здания или сооружения и категории его состояния.

Предельные величины горизонтальных перемещений фундаментов должны назначаться в зависимости от конструктивных особенностей узлов примыкания перекрытий к наружным несущим стенам или элементам каркаса.

Предельные величины относительной разности горизонтальных перемещений соседних фундаментов должны назначаться в зависимости от допустимого уровня дополнительных растягивающих напряжений в конструкциях перекрытий и несущих стен, вызванных неравномерностью горизонтальных перемещений.

5.10 При проектировании нового строительства вблизи застройки прогнозируемые величины дополнительных деформаций существующих зданий и сооружений от всех факторов влияния рекомендуется определять комплексно на основе математического моделирования методом конечных элементов с использованием нелинейных моделей грунтов в соответствии с требованиями п.10.15 МГСН 2.07-97.

Для зданий и сооружений II и III уровней ответственности, а также для предварительной оценки необходимости применения защитных мероприятий, допускается использование в расчетах приближенных методов, рекомендованных в п.п. 5.11-5.15 настоящих рекомендаций и рассматривающих раздельно дополнительные деформации, вызванные различными факторами.

5.11 Расчет деформаций оснований существующих зданий при повышении уровня подземных вод, вызванного новым строительством, следует выполнять в соответствии с рекомендациями п.п. 2.112-2.114 "Пособия по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83)".

Расчет деформаций следует проводить для двух основных случаев:

- возникновения дополнительных эффективных напряжений в грунте за счет подъема УПВ;

- снижении величин модуля деформации грунта при его водонасыщении.

5.12 Деформации оснований существующих зданий при временном или постоянном (дренаж) водопонижении вблизи них следует определять от влияния возникающих дополнительных эффективных напряжений в грунте, вызванных снятием взвешивающего действия воды. Величина дополнительных эффективных напряжений в грунте определяется как:

, (5.4)

где - удельный вес грунта;

- удельный вес грунта во взвешенном состоянии;

- удельный вес частиц грунта;

- удельный вес воды;

- коэффициент пористости;

- понижение уровня подземных вод для точек, находящихся ниже нового положения УПВ, или расстояние до старого положения УПВ для точек, находящихся выше нового и ниже старого УПВ.

Величины осадок допускается определять методом послойного суммирования по формуле:

, (5.5)

где - безразмерный коэффициент, равный 0,8;

- см. формулу (5.4);

, - толщина и модуль деформации -го слоя грунта;

- число слоев грунта в пределах сжимаемой толщи.

За нижнюю границу сжимаемой толщи должна приниматься меньшая из двух величин - глубина кровли нижележащего водоупора или глубина, на которой величина дополнительных (включая напряжения от собственного веса существующих сооружений) эффективных напряжений равна 20% величины вертикальных напряжений от собственного веса грунта.

5.13 Расчет деформаций оснований и фундаментов существующих зданий при увеличении вертикальных напряжений в основании за счет нового строительства следует выполнять методами послойного суммирования или линейно-деформируемого слоя с использованием метода угловых точек в соответствии с указаниями СНиП 2.02.01-83* и рекомендациями "Пособия по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83)".

Данный расчет допускается не выполнять, если выполняется условие:

, (5.6)

где - минимальное расстояние между существующими и строящимися фундаментами в м;

- расстояние в м, определяемое по графикам на рис. 5.1, в зависимости от ширины фундамента строящегося здания и величины давления по его подошве в МПа;

- коэффициент, определяемый по формуле

, (5.7)

где - ширина подошвы фундамента строящегося здания в м;

- среднее значение модуля деформации в пределах сжимаемой толщи в МПа;

0.06 - коэффициент, имеющий размерность м/МПа.

Рис. 5.1 Графики для определения расстояния между фундаментами, при котором учитывается влияние нового строительства.

А) - для квадратного фундамента; Б) - для прямоугольного фундамента.

1 - = 0,1 МПа;

2 - = 0,2МПа;

3 - = 0,3 МПа.

Величина в случае определения влияния квадратного фундамента находится по графику на рис. 5.1, А); в случае прямоугольного фундамента с отношением сторон - по графику на рис. 5.1, Б); для промежуточных значений отношений величина определяется интерполяцией.

5.14 Расчет осадок и горизонтальных смещений существующих фундаментов, вызванных деформациями ограждающих конструкций при устройстве вблизи зданий подкрепленных котлованов, для проверки необходимости применения защитных мероприятий допускается проводить без учета жесткости элементов здания.

Для определения перемещений фундаментов существующих зданий, попадающих в зону влияния, необходимо выполнить расчет ограждающих конструкций котлована в соответствии с требованиями МГСН 2.07-97 и построить эпюру их горизонтальных перемещений.

В случае, если существующий фундамент попадает в призму активного давления грунта (см. рис. 5.2), можно считать, что его перемещения непосредственно зависят от величин горизонтальных смещений ограждающей конструкции. В предположении, что площадь эпюры осадок поверхности грунта равна площади эпюры горизонтальных перемещений ограждающей конструкции и формы этих эпюр соответствуют друг другу, величины перемещений точек фундаментов с координатами (рис. 5.2) находятся из соотношений:

осадка , (5.8)

горизонтальное перемещение , (5.9)

где - горизонтальное перемещение ограждающей конструкции на глубине ;

- средневзвешенное расчетное значение угла внутреннего трения грунта в градусах для расчетов по второй группе предельных состояний.

Рис. 5.2 Схема для определения осадок и горизонтальных перемещений фундаментов вблизи подкрепленных котлованов

Для ограждающих конструкций, работающих по консольной схеме, допускается принимать линейный закон распределения горизонтальных перемещений стены по глубине. В этом случае величины перемещений точки фундамента с координатами определяются выражениями:

осадка , (5.10)

горизонтальное перемещение , (5.11)

где - горизонтальное перемещение верха ограждающей конструкции;

- глубина котлована;

- безразмерный коэффициент, принимаемый в зависимости от грунтовых условий равным 1,3 - для песков, 1,2 - для суглинков и супесей, 1,1 - для глин.

Справочные величины перемещений верха консольной ограждающей конструкции для различных грунтовых условий в зависимости от глубины котлована и типа конструкции приведены на рис. 5.3. Величины , соответствующие промежуточным значениям изгибной жесткости ограждающей конструкции, для предварительных расчетов допускается определять интерполяцией.

Рис. 5.3. Величины максимальных горизонтальных перемещений ограждающих конструкций в зависимости от глубины котлована:

А) в песках. Б) в супесях и суглинках. В) в глинах.

1 - стена в грунте толщиной 600 мм, ЕI = 540000 кН·м;

2 - шпунт ларсен-5, ЕI = 107000 кН·м;

3 - ограждение из труб 325 мм с шагом 1 м, ЕI = 21000 кН·м.

Полученные значения , вычислены для полной глубины ограждающей конструкции равной 2 и с учетом поверхностной равномерно распределенной нагрузки равной 10 кПа. Уровень подземных вод во всех расчетах принимался ниже дна котлована, нагрузка, передаваемая зданием, не учитывалась.

Для определения перемещений фундаментов существующих зданий, не попадающих в призму активного давления грунта, следует выполнять математическое моделирование согласно п. 5.10.

5.15 При устройстве вблизи существующих зданий и сооружений свайных фундаментов или шпунтовых ограждений из элементов, погружаемых забивкой или вибрационным оборудованием, дополнительные деформации основания существующих фундаментов от динамических воздействий рекомендуется определять в соответствии с ВСН 490-87.

Дополнительные деформации основания, вызванные динамическими воздействиями, определяются в зависимости от ускорения вертикальных колебаний фундамента, типа грунтов, конструктивной схемы здания и категории его состояния.

5.16 При необходимости использования защитных мероприятий по снижению величин дополнительных деформаций оснований и фундаментов существующих зданий, вызванных новым строительством, эффективность этих мероприятий должна оцениваться путем математического моделирования в соответствии с п. 5.10 настоящих Рекомендаций.

5.17 В случае устройства анкерного крепления ограждения котлована вновь строящегося здания следует учитывать возможность его влияния на деформации фундаментов рядом расположенных существующих зданий и сооружений за счет дополнительных усилий, передаваемых на основание при натяжении анкеров, а также за счет ползучести корней анкеров в процессе экскавации котлована.

Величины дополнительных деформаций фундаментов существующих зданий при расположении корней анкеров в пределах сжимаемой толщи их основания, а также в случае возможности передачи на фундаменты дополнительных горизонтальных составляющих нагрузок должны оцениваться методами математического моделирования в соответствии с п. 5.10 настоящих Рекомендаций.

6. Выбор метода устройства оснований и фундаментов нового здания

6.1 При возведении нового здания, вплотную примыкающего к существующему, минимальное расстояние между краями нового и существующего фундамента устанавливается при проектировании в зависимости от способа разработки грунта и глубины котлована, конструкции фундаментов и разделительной стенки, а также требований раздела 9.

6.2 Конструкция, размеры и взаимное размещение фундаментов нового здания, устраиваемых около существующих зданий, должны назначаться с учетом развития дополнительных неравномерных деформаций фундаментов существующих зданий и образования перекосов несущих конструкций этих зданий (фундаментов, стен, перекрытий и др.), вызванных дополнительной осадкой, рассчитанных в соответствии с рекомендациями раздела 5.

6.3 Если проектом нового здания не предусмотрено опирание его конструкций на конструкции существующего здания, следует устраивать осадочный шов между новым зданием и существующим.

6.4 Осадочные швы должны быть сконструированы и выполнены так, чтобы ширина шва обеспечивала раздельное перемещение новых и старых построек в течение всего периода их эксплуатации.

6.5 При необходимости заложения фундаментов нового здания в неподкрепленном котловане ниже отметки заложения фундаментов существующего (рис.6.1) допустимая разность отметок заложения определяется исходя из условия

, (6.1)

где - расстояние между фундаментами в свету;

и - соответственно расчетные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта, принимаемые для расчета по первой группе предельных состояний;

- среднее давление под подошвой фундамента существующего здания от расчетных нагрузок, определяемых для расчета основания по несущей способности.

Рис. 6.1. Расположение соседних фундаментов на различной глубине

6.6 Если условие (6.1) не может быть выполнено или величины деформаций существующего здания от влияния нового здания превысят предельно допустимые значения, то необходимо принимать меры, направленные на уменьшение влияния оседания нового здания на существующее. К таким мерам относятся:

- применение креплений котлована;

- устройство разделительной стенки;

- передача давления от нового здания на слои плотных подстилающих грунтов посредством использования глубоких опор или свай различных конструкций;

- укрепление грунтов основания зданий различными технологическими средствами (химическое закрепление, армирование, втрамбовывание щебня и т.п.).

6.7 В качестве разделительной стенки могут быть использованы:

- шпунтовый ряд;

- ряд завинчиваемых стальных труб с проволочной навивкой (бурозавинчиваемая свая);

- стенка из свай, в том числе буронабивных, буроинъекционных и вдавливаемых;

- ряд из забивных свай, устраиваемых согласно ВСН 490-87;

- "стена в грунте".

Вопрос о типе стенки решается на основе технико-экономического сравнения вариантов или возможностей исполнителя.

6.8 Жесткость и глубина заделки разделительной стенки, и в случае если она служит и ограждением котлована, определенные расчетом, или конструктивные мероприятия (устройство анкеров, подкосов, распорок с упором в предварительно возведенные конструкции нового здания и т.п.) должны обеспечить ограничение горизонтальных смещений в основании существующего здания.

6.9 Расчет глубины заделки разделительной стенки в более прочные слои грунта или в слои грунта, расположенные ниже сжимаемой толщи основания проектируемого фундамента, производится исходя из условия

, (6.2)

где - коэффициент условий работы, принимаемый для разделительной стенки, погружаемой в грунт на глубину менее 4 м, = 0,6, то же на глубину более 4 м = 0,8;

- длина участка разделительной стенки, принимаемая равной 1 м;

- расчетное сопротивление -го и -го слоя грунта соответственно на боковой поверхности разделительной стенки в пределах глубины или ( - глубина сжимаемой толщи) и (рис.6.2), определяемые по табл. 2 СНиП 2.02.03-85;

• часть 1
• часть 2
• часть 3
• часть 4