ООО СтройФинансГрупп

Режим работы:
Пн - Пт: с 09:00 до 20:00
Сб - Вс: с 10:00 до 18:00

Звоните по телефонам:
+7 (929) 530-79-96
+7 (499) 375-29-28


Заказать обратный звонок

Работаем в Москве, Московской области
и регионах России

ОПЫТ СТРОИТЕЛЬСТВА ЗДАНИЙ
НА ЮРСКИХ ГЛИНАХ

Главная страница Рытьё котлованов → Строительство зданий на юрских глинах
"Основание, фундаменты и механика грунтов" - 2000, №3 
© Р.С.Зиангиров, Ю.П.Крылов, И.А.Николаев, Е.А.Сорочан,


ОПЫТ СТРОИТЕЛЬСТВА ЗДАНИЙ
НА ЮРСКИХ ГЛИНАХ В МОСКВЕ


Рассматриваются аварийные ситуации некоторых зданий, основания которых представлены юрскими набухающими глинами. Показано, что в результате изменении напряженного состояния грунтовой толщи при отрытии котлована и его длительном нахождении без пригрузки изменяются деформационные свойства глин, обусловившие неравномерную деформацию зданий. Неравномерность деформации зданий также зависит от неоднородности грунтов основания. Нагнетание песчано-цементного раствора в плотные юрские глины не вызывает заметного изменения их деформационных свойств.


Инженерно-геологические изыскания (ИГИ) на строительных площадках являются первым и важным звеном в цепи строительного производства: изыскания - проектирование - строительство - эксплуатация - реконструкция.
Важность ИГИ в том, что параметры геологической среды определяют рациональный тип фундамента, условия строительства и эксплуатации, надежность зданий и сооружений. В случае неполноценных материалов ИГИ, неполного учета параметров геологической среды при проектировании, ошибок при строительстве возникают недопустимые деформации, осложняющие эксплуатацию сооружения.
Puс. 2
Как правило, основная часть аварийных ситуаций (неравномерные осадки, крены, трещины в конструкциях и т.п.) являются следствием ошибок, допущенных при изыскании, проектировании и возведении фундаментов. Этому способствует многообразие инженерно-геологических условий (ИГУ) площадок даже на хорошо освоенных территориях, что исключает автоматическое применение накопленного в других районах опыта или безупречных теоретических решений. ОовТОНу при выборе проектных решений по устройству фундаментов всегда необходимо искать оптимальное решение, которое учитывает ИГУ каждой конкретной строительной площадки не только на момент проведения изысканий, но и их изменения в процессе строительства и эксплуатации зданий и сооружений.
Весьма поучительным примером являются аварийные ситуации в некоторых зданиях одного из районов массовой жилой застройки Москвы (Братеево, 1996 г.).
Территория микрорайона расположена в пределах Братеевского холма, занимающего водораздельное пространство между руслом р.Москвы и ее притока - р.Городня. Холм, сложенный четвертичными песчано-глинистыми отложениями, подстилаемыми меловыми и юрскими глинами и песками, представляет собой часть древней аллювиальной террасы р.Москвы, поверхность которой круто снижается к р.Москве И более пологой - к р.Городня (рис.1).
Основными факторами, определяющими ИГУ территории, являются песчано-глинистые водовмещающие слои четвертичной и меловой систем и подстилающие их юрские глины. Последние образуют региональный водоупор и отделяют нижние напорные воды в известняках карбона от верхних поверхностных вод в песчано-глинистых отложениях.
По внешнему облику, составу и структуре юрские глины достаточно однородны и образуют толщу горизонтально залегающих слоев. Они имеют темно-серую, почти черную окраску, часто известковистые, с тонкими прослоями глауконитовых песков и фосфоритовых желваков, обломками аммонитов и белемнитов. Физико-механические свойства юрских глин приведены в таблице.
Puс. 3
В песчано-пылеватой фракции глин преобладают обычные породообразующие минералы; кварц, карбонаты кальция и глауконит, небольшое количество слюды; в глинистых фракциях (частицы < 0,005 мм) - смешанно-слойные минералы и монтмориллонит (до 60-70%), органическое вещество и карбонаты кальция. Большое содержание пластинчатых глинистых минералов с раздвижной кристаллической решеткой и органического вещества определяет высокую дисперсность глин, их гидрифильность и наличие коагуляционно-цементационных структурных связей. Микроструктура юрских глин - ориентированно тонкослоистая.
Все эти особенности вещественного состава и структуры определяют специфические физико-механические свойства юрских глин - способность к набуханию, низкие значения угла внутреннего трения, способность к длительным деформациям, слабое восстановление разрушенных структурных связей, а также малую водопроницаемость и анизотропность. Высокая дисперсность и гидрофильность этих глин объясняет сравнительно слабое их уплотнение в условиях естественного залегания - на глубине 15...20 м коэффициент пористости больше 0,9.
Для массива юрских глин характерно увеличение сопротивления статическому зондированию с глубиной от 1 МПа в верхних слоях до 3,5 МПа на глубине 20 м, с отдельными отскоками до 5…6 МПа в прослоях песков и фосфоритов. Такая разница в значениях сопротивления зонду в верхних и нижних слоях юрских глин свидетельствует о наличии в верних слоях на контакте с водовмещающими песками и супесями глин мягкопластичной консистенции. С глубиной консистенция глин последовательно изменяется от тугопластичной до полутвердой. Наличие же в кровле глин мягкопластичных разновидностей связано со снятием покровных отложений при планировании территории, что привело к изменению природного давления и разуплотнению глин. Так, снятие слоя грунта толщиной до 16 м привело к разгрузке нижележащих слоев грунта и изменению напряженного состояния примерно на 0,3 МПа. В результате упругого разуплотнения образовалось большое число мелких трещин. Взаимодействие разуплотненных верхних слоев глин с водой привело к их набуханию и изменению консистенции, что обусловило заметное снижение модуля деформации по сравнению с неизмененными глинами в природном залегании, испытывающих давление от вышележащих слоев грунта.
Puс. 4
Кровля юрских глин неровная - имеются локальные понижения, не только замкнутые округлые, но и ложбинообраэные, вытянутые вдоль склона по направлению к р.Городня. По кровле глин движется маломощный поток подземных вод в сторону р.Городня, который застаивается в понижениях и взаимодействует с глиной, вызывая ее набухание, и обусловливает ее мягкопластичное состояние. При отрытии котлована в глине этот поток подземных вод может его заполнить.
Особенностью юрских глин как массива является наличие в их толще слоев супесей и песков, содержащих свободную воду, которая не связана с общим горизонтом подземных вод. Мощность этих прослоев небольшая, но их воды совместно с водами, текущими по кровле глин, могут привести к осложнению и задержке земляных работ, если не будут предусмотрены водоотлив и своевременное осушение котлована, необходимое перед устройством фундамента.
Для массива юрских глин характерна также тонкая общая трещиноватость и блочность, особенно ярко выраженная в верхних слоях разреза, а также наличие зеркал скольжения, ориентированных под углами 45 и 90°. Эти особенности строения массива глин могут определять их устойчивость в откосах глубоких котлованов или стен И кровли подземных выработок, а также повышенную водопроницаемость по сравнению с водопроницаемостью более глубоких слоев.
В вертикальном разрезе для массива юрских глин характерно наличие однородных по составу и свойствам пластов мощностью 0,2—1,5 м, которые отличаются друг от друга по дисперсности и плотности, а также слоев песков и фосфоритов. Эта особенность строения, на первый взгляд в однородной глинистой толщи, может осложнять устройство подземных выработок и глубоких котлованов, так как сопротивление сдвигу разных по глинистости прослоев может быть различным. Так, угол внутреннего трения изменяется от 7…8° для прослоев жирных глин до 15…17° для более песчаных разностей.
Результаты изысканий (см. таблицу), выполненных Мосгоргеотрестом в 1995 г. в Братеево, были достаточно благоприятными, чтобы запроектировать фундаменты зданий на естественном основании путем устройства в неглубоком котловане либо сплошной железобетонной плиты, либо поперечных лент из фундаментных подушек. Прогнозируемая конечная осадка для большинства 17-этажных жилых зданий не превышала предельных значений по СНиП 2.02.01-83. Неравномерные осадки и крены зданий также не превышали нормативных значений.
Перед застройкой микрорайона во второй половине 1995 г. был удалей слой грунта до кровли юрских глин, и отрыт котлован на полную глубину. Однако строительство было начато только через 4…5 мес. Котлованы длительное время были заполнены водой, грунты основания набухли, а при наступлении морозов промерзли.
Рассмотрим случаи аварийных ситуаций, приведших к задержке строительства и начала эксплуатации зданий.
Жилой 17-этажный крупнопанельный дом Л?3 имеет фундамент в виде монолитной железобетонной плиты толщиной 60 см с рабочими швами. В основании залегают темно-серые юрские глины. Под углом дома выявлены водонасыщенные пластичные супеси, заполнившие промоину в кровле юрских глин.
Здание, имевшее П-образную форму в плане (рис.2), возводилось в несколько этапов. Сначала был смонтирован цокольный этаж всего дома, а затем приступили к строительству первой очереди.
Первые признаки неравномерных осадок появились после монтажа пяти этажей. Однако строители не придали должного значения этим де4юрмациям, продолжая быстрыми темпами возводить здание, корректируя при этом подкладками отклонения стен от вертикали. По окончании строительства первой очереди давление по подошве плиты составило 0,2 МПа, а под остальной частью дома 0,015 МПА, т.е. на порядок меньше.
После того, как были обнаружены трещины в конструкциях цокольного этажа, главным образом в месте сочленения смонтированной 17-этажной части здания и цокольного этажа остальной части, строительство было приостановлено и организовано наблюдение за деформациями здания, были также проведены дополнительные инженерно-геологические изыскания.
Наибольшие осадки фундамента (до 17.4 мм за 5 мес.) наблюдались в шестой секции, примыкающей к недостроенной части дома, фундамент которого располагался на мягких супесях, заполнявших понижение в кровле юрской глины (см. рис.2). Осадки секций дома, опирающихся на глины, не превышали 3…6 мм. Максимальный крен (126...146 мм) наблюдался в части дома, претерпевшей наибольшую осадку. К концу периода наблюдения (октябрь 1996 г.) осадки и крены всех секций стабилизировались. При этом фактически имело место кручение здания (рис.3, 4).
Изучение сопротивления статическому зондированию показало, что свойства суглинков и супесей, заполняющих понижение, в кровле юрских глин были заметно ниже, чем под краевыми частями фундамента, опирающегося на юрские глины. Для суглинков сопротивление грунта конусу составляло примерно 0,5 МПа, модуль деформации 0,8...1,0 МПа, тогда как для юрских глин он превышал 3 МПа. Неоднородность грунтов основания и обусловила неравномерную осадку здания.
Сопоставление результатов статического зондирования 1995 и 1996 гг. грунтов, залегающих на одних и тех же абсолютных отметках, показало, что примерно в течение года сопротивление статическому зондированию юрских глин снижалось в 2...5 раз в слое мощностью до 1,8 ..2 м. При этом общая мощность разуплотненных глин достигала 5 м. После уплотнения слабых и набухших слоев грунта наступила стабилизация осадок здания.
Тем не менее, грунты основания были закреплены путем инъекции песчано-цементного раствора под давлением до 13 атм в скважины глубиной 6 м, что привело к подъему части дома, не изменив в последующем характера протекания осадки во времени. Так, осадка после возведения корпуса составила 6,0 мм (см. рис.2); подъем корпуса в результате нагнетания цемента - 12,0 мм, а осадка его после завершения нагнетания 7,8 мм.
Таким образом, причиной неравномерной осадки и крена некоторых секций дома №3 явилась неоднородность фунтов основания.
Вторая очередь дома №3 была возведена через 5...6 мес. Наблюдения показали, что средняя осадка составила 41,4 мм при разбросе значений от 22 до 53 мм. Такая осадка обусловлена уплотнением набухшей юрской глины, длительное время находившейся без пригрузки.
Другой жилой 17 этажный двухсекционной крупнопанельный дом №3а возводился на монолитной железобетонной плите толщиной 60 см. В основании фундамента дома залегали юрские глины, однако под одной их краевой частью не были полностью пройдены насыпные грунты (-0,9 м). Как и в предыдущем случае, грунты основания долгое время подвергались увлажнению в отрытом котловане. После монтажа цокольного этажа при давлении под подошвой фундамента 0,015 МПа в отдельных местах появились волосяные трещины в панелях и плитах перекрытия, что обусловило прекращение строительства.
Геодезические наблюдения показали (рис. 5), что в зимний период и после оттаивания грунта основания происходил неравномерный подъем здания с появлением трещин в его конструкциях, причиной которого явилось воздействие двух факторов - пучения и набухания юрских глин.
Для упрочнения грунта основания через пробуренные скважины под давлением был закачан цементный раствор, по аналогии с усилением грунта под домом № 3, что привело к подъему сооружения (70...80 мм по некоторым маркам). После возведения 17 этажей начался процесс осадки, которая в среднем составила 40 мм, что сопоставимо с осадками второй очереди дома № 3. Это свидетельствует о том, что нагнетание цементного раствора в плотные юрские глины не вызывает заметного изменения деформационных свойств зтих глин.
В процессе закачивания цементного раствора наблюдался (см. рис.5) неравномерный подъем всего здания с образованием крена. По завершении закачивания крен в продольном направлении вдоль стены 1-1 достигал величины - 0,005, стены 2-2 - 0,0031, а в поперечном направлении соответственно 0,0025 и 0,0011, т.е. не превысили предельных значений крена по СНиП 2.02.01-83.
По окончании работ по усилению основания во время монтажа надземной части здания наблюдалась интенсивная осадка фундамента, (наибольшая величина которой составила 55 мм) аналогичная осадке дома №5, где не проводилась цементация грунта основания. Следует отметить, что в процессе осадки крен здания не увеличился.
Жилой 17 этажный дом №1 имел ленточные фундаменты шириной 3,2 м из типовых железобетонных фундаментных плит. Стены технического подполья выполнены из железобетонных панелей, основанием фундаментов служат юрские глины.
После монтажа дома в одной из секций в несущих панелях обнаружены субвертикальные трещины. Замеренные осадки отдельных фундаментных плит достигали 50 мм. Вскрытие фундаментов шурфами, пройденными из подвала, показало наличие понижений в кровле юрской глины, заполненных песком и глиной нарушенной структуры Таким образом, причиной деформаций явилось отрывка котлована в локальных местах ниже требуемой отметки с последующей подсыпкой грунтом без его уплотнения.
Puс. 5Многосекционный 17-этажный жилой дом №5 был запроектирован также на ленточных фундаментах шириной 3,2 м из типовых железобетонных блоков. После строительства цокольного этажа в отдельных стеновых панелях и плита;: перекрытия были обнаружены волосяные трещины, причиной появления которых явилось набухание и пучение юрской глины, служащей основанием фундаментов лома. Отдельными экспертами предлагалось также закрепить грунты путем закачивания цементного раствора по аналогии с домом № За. Однако в дальнейшем было принято предложение авторов о продолжении строительства без закачивания раствора в грунт основания Из рис. 6, на котором приведены осадки марок, установленных на доме, видно что после окончания строительства осадки резко уменьшились, и не превышали 60 мм. При этом максимальная неравномерность деформации составила 0,0006 при допустимой осадке 100 мм и относительной разности 0,0016. Строительство дома №5 подтвердило возможность применения традиционных фундаментов на естественном основании, представленном юрскими глинами в коренном залегании.

Выводы
I. Юрские глины в условиях естественного залегания служат надежным основанием зданий и сооружений, обладают достаточной прочностью и малой сжимаемостью. Отрицательными качествами их являются пучение и набухание, поэтому необходимо предотвратить это явление в отрытых котлованах. В частности, следует исключить перерывы в строительстве, и не оставлять на длительный период глины без пригрузки. Мощность измененного слоя юрских глин в результате разгрузки, промерзания, оттаивания и набухания в течение одного года может достигать 4...5 м.
2. Осадка 17-этажных домов на плитном или ленточном фундаменте, возведенном на юрских глинах, не превышает 8 см, а крен находится в допустимых пределах.
3. Нагнетание в основание построенных зданий песчано-цементной смеси приводит к подъему здания, не изменяя в последующем величины и характера протекания осадки.

Для обсуждения заказа оставьте контактный номер

Впишите и отправьте телефонный номер,
  представитель компании позвонит Вам в ближайшее время.

 

тел. +7 (929) 530-79-96    E-mail: kotlovanstroi@yandex.ru