Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Технология возведения зданий и сооружений. 3

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время условия строительства в крупных городах таковы, что наиболее интенсивно строительные работы ведутся в центральной части населенных пунктов. Отличительной особенностью современного городского строительства является стремление к освоению подземного пространства. Это связано, с одной стороны, с привлекательностью для инвесторов размещения объектов в районах с уже развитой инженерной инфраструктурой и наибольшей концентрацией населения, а с другой стороны, с исторической психологией престижности объектов недвижимости в центральных районах городов.

В этом случае при проектировании зданий и инженерных сооружений, а также при выполнении работ нулевого цикла в условиях плотной городской застройки как проектировщикам, так и подрядным организациям необходимо решить сложные геотехнические проблемы. Игнорирование этих проблем может привести в лучшем случае к нарушению условий нормальной эксплуатации инженерных сооружений, а в худшем – к аварийным ситуациям и человеческим жертвам.

Современные строительные технологии производства работ нулевого цикла, именующиеся сегодня в широком кругу специалистов как геотехнологии (гео – земля, греч.) позволяют решать любые инженерные задачи строительства и реконструкции. Переход от типового строительства на свободной территории к реконструкции и новому строительству в сложных условиях плотной городской застройки – это актуальная задача всех участников современного строительного комплекса. Согласно Европейскому международному стандарту – Eurocode 7 (Geotechnics), подобное строительство относится к III наиболее сложной геотехнической категории. Работы нулевого цикла в данных условиях оказываются самыми дорогими. Анализ аварий последних лет, произошедших у нас в стране и за рубежом, показывает, что свыше 70 % «отказов» зданий происходит по причине ошибок на стадии геотехнических работ. Поэтому в данной курсовой работе я бы хотел остановиться именно на этих вопросах.

Первая проблема, с которой приходится сталкиваться строителям при освоении геотехнического пространства в условиях плотной застройки, – это подготовка территории будущей площадки строительства. Данная проблема достаточно сложная и требует решения нескольких задач, а именно:

оценки геотехнической ситуации строительства. Она должна включать в себя комплексные инженерно-геологические и инженерно – экологические изыскания с учетом возможных геодинамических процессов и явлений, а также оценку состояния грунтов основания и фундаментов вблизи существующих зданий и сооружений. Такой подход необходим, т. к. за время эксплуатации построенных зданий, как правило, происходит изменение гидрологической и геологической обстановки. В пределах будущей площадки строительства меняются прочностные и деформативные свойства грунтового массива. Кроме того, необходимо оценить техническое состояния фундаментов существующих зданий с точки зрения возможности восприятия ими части давлений от вновь устраиваемых зданий;
разработки мероприятий по предотвращению возможных разрушений расположенных вблизи зданий во время производства геотехнических работ и выбора щадящей технологии работ нулевого цикла. Игнорирование данного этапа неминуемо приведет к возникновению нежелательных аварийных ситуаций;
переноса существующих коммуникаций с учетом нового строительства.

Вторая проблема – это выбор типа и конструкции фундамента будущего сооружения. При выборе фундаментов в стесненных условиях строительства необходимо учитывать сложное напряженно-деформируемое состояние грунтового массива, которое возникает из-за взаимного влияния существующих и вновь возводимых зданий. В этом случае эпюры напряжений в грунтовом массиве будут накладываться друг на друга, что может привести к недопустимому перенапряжению уже нагруженного грунтового основания. Обычно следствием этого является развитие дополнительных деформаций существующих зданий и переход их в аварийное состояние. Кроме того, необходимо грамотно подобрать конструкцию нового фундамента и осуществить его устройство с учетом не только геологических условий строительства, но и с учетом возможного влияния новых фундаментов на уже существующие. В составе проекта должен быть выполнен прогноз геотехнической обстановки как на этапе строительства, так и на этапе нормативного срока эксплуатации здания. В этом случае при производстве геотехнических работ необходимо соблюдать определенный технологический регламент, который заключается в создании параметров щадящих режимов производства работ, обеспечении надлежащего контроля за качеством работ нулевого цикла и обеспечении геотехнического мониторинга. Основные позиции технологического регламента должны содержаться в проекте организации работ, а в более уточненном виде – в проекте производства работ.

Третья проблема – стоимость устройства фундаментов. Известно, что стоимость выполнения геотехнических работ составляет от 10 до 40 % общей стоимости СМР по зданию, в зависимости от сложности геологических условий и уровня ответственности сооружения. С учетом выполнения всех перечисленных выше требований понятно, что производство работ нулевого цикла в условиях плотной городской застройки потребует от инвестора значительно больших вложений, нежели при строительстве аналогичных сооружений на свободных площадках. В этом случае для того чтобы сохранить привлекательность для инвестора такого проекта с точки зрения быстрой окупаемости капитальных вложений, необходимо устраивать такие виды фундаментов, которые обеспечивают высокую рентабельность используемого земельного участка. Этого можно добиться, используя современные геотехнологии такие как «стена в грунте», грунтовые анкера, высоконапорное закрепление грунтов, армирование оснований, устройство CFA-свай и т. д., которые позволяют эффективно использовать подземное пространство под зданиями, а также дают возможность передать значительные полезные нагрузки от тяжело нагруженных сооружений на грунтовое основание.

Четвертая проблема – это выполнение геотехнических работ по устройству фундаментов. Возведение зданий в непосредственной близости от существующих сооружений является несравнимо более сложной задачей, чем строительство отдельно стоящего дома. Как показывает опыт строительства в крупных населенных пунктах, несоблюдение требований к правилам проведения работ нулевого цикла на застроенных территориях приводит к недопустимым деформациям существующих зданий (трещины в несущих стенах, перекос лестничных маршей, сдвиг перекрытий и т. п.) вплоть до их полного разрушения. В особенности, опасность возникновения аварийной ситуации возникает при строительстве на структурно-неустойчивых и техногенных грунтах. Наиболее сложными геотехническими работами можно считать разработку вблизи существующих зданий котлованов, особенно с применением технологий водопонижения грунтовых вод; строительство вблизи существующих малоэтажных зданий новых со значительными нагрузками на основание; передачу динамических нагрузок на основание существующего здания при погружении свай или шпунта.

Целью данной курсовой работы рассказать особенности, методы возведения зданий и сооружений в условиях плотной городской застройки.

1 ОСОБЕННОСТИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ

Инженерные изыскания для проектирования новых зданий рядом с существующими обеспечивают не только изучение инженерно-геологических условий площадки строительства нового здания, но и получение необходимых данных для проверки влияния нового здания на осадки существующих, для проектирования мероприятий по уменьшению влияния нового здания на деформации существующих, а также для проектирования, в случае необходимости, усиления оснований и фундаментов существующих зданий.

Техническое задание на изыскания составляют после осмотра представителем проектной организации существующих зданий, расположенных рядом с новым, с целью визуальной оценки состояния несущих конструкций зданий (как снаружи, так и внутри) и уточнения требований к изысканиям.

В техническом задании на изыскания приводится характеристика нового здания и характеристики рядом расположенных эксплуатируемых зданий (этажность, конструкция, вид основания, тип и глубина заложения фундаментов, год постройки, уровень ответственности, геотехническая категория и др). Указываются сведения об имеющихся материалах изысканий для этих зданий (изыскательская организация, год изысканий, номера архивных дел) и сведения о техническом состоянии конструкций зданий по результатам предшествующих обследований, а также предварительного визуального обследования. Приводятся задачи изысканий, расширенные в связи с наличием рядом расположенных зданий.

Объем и состав технического обследования надземных и подземных конструкций существующих зданий устанавливаются с учетом предварительного обследования здания.

Сбор и анализ архивных материалов изысканий специализированных организаций выполняется не только для площадки нового строительства, но и для рядом расположенных существующих зданий. Собирают также сведения по планировке, инженерной подготовке и благоустройству площадки, документы по производству земляных работ. В условиях существующей застройки особое внимание обращают на выявление подземных сооружений и инженерных сетей (коллекторов, коммуникаций и т.п).

На основе сопоставления новых материалов изысканий с архивными данными устанавливают произошедшие за период эксплуатации существующих зданий изменения инженерно-геологических и гидрогеологических условий.

Горные выработки и точки зондирования размещаются не только в пределах новой площадки, но и в непосредственной близости от существующих зданий. Предусматривают шурфы около фундаментов существующих зданий для обследования конструкций фундаментов и грунтов основания.

В районах исторической застройки выявляют наличие и местоположение существующих и существовавших подземных сооружений, подвалов, фундаментов снесенных зданий, колодцев, водоемов, подземных выработок и пр.

Глубина бурения и зондирования назначается не только исходя из вида и глубины заложения фундаментов нового здания, но также с учетом вида и глубины заложения фундаментов существующих зданий. При выборе метода зондирования в условиях плотной жилой застройки предпочтение отдается статическому зондированию.

В программе инженерно-геологических изысканий на участках развития неблагоприятных процессов и явлений предусмотрено выполнение специализированными организациями стационарных наблюдений с целью изучения динамики их развития, а также установление площадей их проявления и глубин интенсивного развития, приуроченности к геоморфологическим элементам, формам рельефа и литологическим видам грунтов, условий и причин возникновения, форм проявления и развития.

Выполняются специальные исследования грунтов для оценки возможных изменений их свойств вследствие протекания этих процессов.

При строительстве уникальных сооружений, сооружений повышенного экономического, социального и экологического риска (I уровня ответственности), а также при наличии сложных инженерно-геологических условий (геотехническая категория III) экономически целесообразно увеличение объема инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий на 40-60 %, против рекомендуемых нормативными документами, причем это увеличение осуществляется в основном за счет горных выработок и определения характеристик грунтов полевыми методами. При выполнении этих работ привлекают специализированные организации.

Для сооружений повышенного уровня ответственности организуются наблюдения за осадками с момента закладки их фундаментов.

Технический отчет (заключение) по инженерным изысканиям составляется в соответствии со СНиП 11-02-96. Дополнительно приводят:

сведения об архивных материалах изысканий для рядом расположенных зданий и анализ соответствия новых материалов изысканий архивным данным;
характеристику инженерно-геологических напластований, физико-механических свойств грунтов и гидрогеологических условий оснований существующих зданий;
прогноз возможного влияния строительства нового здания на деформации существующих;
сведения о наличии и состоянии подземных водонесущих и других коммуникаций.

2 СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СТРОЙГЕНПЛАНА

Ограниченность площадей, выделенных под участок застройки, препятствует полноценному развертыванию строительной площадки. Вместе с тем существует целый комплекс обязательных мероприятий, без которых строительство будет незамедлительно приостановлено контролирующими органами. К ним относятся противопожарные мероприятия и мероприятия по технике безопасности. Обязательным является наличие эвакуационных проездов (выездов) по строительной площадке, подготовленных к использованию пожарных гидрантов, средств экстренного тушения пожара; ограничительной обноски или ограждения вокруг котлована, указателей зон проведения работ на строительной площадке, навесов над пешеходными зонами, расположенными вдоль строительной площадки.

В случаях ограниченной площади участка застройки вне пределов строительной площадки могут располагаться:

административно-бытовые помещения;
столовые и санитарные помещения;
арматурные, столярные и слесарные цеха и мастерские;
открытые и закрытые складские помещения;
краны, бетононасосы и другие строительные машины.

2.1 Административно-бытовые, складские помещения, производственные цеха и мастерские.

Расположение в пределах строительной площадки тех или иных помещений бывает затруднено в связи с отсутствием требуемых по нормативам площадей, а попытки найти технические решения размещения временных сооружений, такие, как увеличение их этажности, усложнение конфигурации в соответствии с конфигурацией пятна застройки, приводят к значительным техническим сложностям и удорожанию проекта (рис. 1).

Рис. 1. Размещение бытового городка вне пределов строительной площадки:

1 — строительная площадка; 2 — открытые и закрытые складские помещения; 3 — административно-бытовые помещения

В отдельных случаях площадка имеет настолько ограниченные размеры, что никакие технические решения не позволяют разместить вспомогательные помещения в ее границах. Вместе с тем существуют организационно-технологические решения, позволяющие разместить эти помещения вне пятна застройки без значительного ущерба для процесса возведения здания. В этом случае рассматривается экономическая и организационно-технологическая целесообразность размещения тех или иных помещений на территории строительной площадки и вне ее.

Административно-бытовые помещения, выносимые за пределы строительной площадки, могут располагаться в существующих зданиях или во вновь возводимых бытовых городках. До начала строительства проводят поиск зданий, в которых возможно на период строительства разместить бытовые помещения, или участка земли, на котором можно возвести бытовой городок. Требования к объектам поиска следующие:

расположение в максимальной близости к строительной площадке;
наличие на объекте возможности присоединения к сетям городской инфраструктуры — теплоснабжению, электроснабжению, водопроводу и канализации;
минимальная стоимость аренды помещений или участка земли.

Выбрав помещение или участок земли, там размещают административно-бытовой городок, по возможности, приближенный по своим габаритам к требованиям санитарных норм. Если городок размещается в непосредственной близости от строительной площадки, то персонал самостоятельно добирается до своих рабочих мест и обратно. В некоторых случаях, при невозможности размещения городка в непосредственной близости от площадки, персонал доставляют на объект и с объекта на автобусах.

Вынос с площадки столовых и санитарных помещений бывает связан не только с отсутствием необходимых площадей, но и с возникающими на первых этапах строительства трудностями с присоединением к городским сетям. Тем не менее наличие туалетов необходимо с первого дня строительства, поэтому с самого начала развертывания строительной площадки там должны быть установлены биологические туалетные кабины для персонала. Помещения столовых, душевых и туалетных комнат необходимо предусмотреть на разворачиваемых вблизи объекта арендуемых территориях и в зданиях.

2.2 Поставка изделий и оборудования в заданные сроки.

Отсутствие арматурных, столярных и слесарных цехов и мастерских затрудняет изготовление изделий и элементов строительных конструкций, таких, как подготовленная по размерам арматура, арматурные каркасы, элементы несущих металлических конструкций, столярные и слесарные элементы. Для решения этой проблемы все перечисленные выше элементы привозят на строительную площадку в подготовленном для использования виде. Их изготавливают на собственных производственных площадях, расположенных за пределами строительной площадки, или на специализированных предприятиях по специальным заказам. Их доставляют на площадку в соответствии с графиками поставки, в точно оговоренные дни и часы. На строительной площадке их разгружают и подают к месту производства работ, т. е. их монтаж осуществляют непосредственно «с колес». Невыполнение сроков поставки любого изделия может привести к срыву графика возведения всего сооружения. Поэтому при работе «с колес» возрастает роль диспетчерских служб строительно-монтажных организаций, осуществляющих контроль за разработкой графиков поставок и их последующим выполнением.

Невозможность размещения на территории строительной площадки открытых и закрытых складских помещений приводит к необходимости, во-первых, осуществлять большой объем монтажных работ «с колес», а во-вторых, особенно для дорогостоящего импортного оборудования, создавать промежуточные складские помещения. В такие помещения, расположенные на территории собственных производственных баз или арендуемые в непосредственной близости от строительной площадки, доставляют, как правило, напрямую от поставщика сантехническое, электротехническое и лифтовое оборудование, иногда оконные блоки, двери, различные отделочные материалы. По мере их востребования на строительной площадке изделия и материалы доставляют со склада и монтируют непосредственно с транспортных средств.

В некоторых случаях поставщик берет на себя обязательства поставлять затребованное оборудование непосредственно на строительную площадку в пределах оговоренного срока так же, как это делают поставщики изделий и конструкций. Некоторые проблемы при поставке импортного оборудования связаны с тем, что доставку из-за границы и осуществление таможенных процедур достаточно трудно нормировать по времени и практически невозможно точно указать день и час, когда оборудование будет доставлено на площадку. В этом случае оборудование заказывают заранее, за 2...3 недели до требуемого срока и до монтажа оно хранится на складе поставщика. При наличии большого числа таких поставщиков отпадает необходимость в промежуточных складских помещениях, однако при этом все участники строительного процесса находятся в очень жестких временных границах, устанавливаемых графиками производства работ и поставки оборудования.

2.3 Расположение кранов и крупногабаритных строительных машин.

Большой проблемой в условиях плотной городской застройки является размещение непосредственно на площадке крупногабаритных строительных машин и кранов. Краны и бетононасосы должны находиться на строительной площадке или в непосредственной близости от нее. Это связано с техническими возможностями оборудования — максимальным вылетом стрелы крана или подающего органа бетононасоса. Однако в большинстве случаев вокруг строительной площадки находятся ранее построенные здания и сооружения и размещение рядом с ними крупных башенных кранов, монтаж подкрановых путей невозможны. В этом случае используют легко-монтируемые башенные краны без подкрановых путей, для которых требуется подкрановая площадь до 9 м², большегрузные самоходные краны или самоподъемные краны, устанавливаемые непосредственно в пятно застройки.

Фундаментную плиту монтируют с помощью передвижного крана, затем на нее устанавливают башенный кран. По мере возведения конструкций, расположенных над фундаментной плитой, кран может подниматься и устанавливаться на смонтированные перекрытия. Иногда кран остается на фундаментной плите до окончания возведения здания, поэтому в перекрытиях вокруг крана остаются незабетонированные участки с выпусками арматуры. Размеры этих участков определяют исходя из габаритов наиболее протяженной по горизонтали части крана. После окончания работ кран демонтируют, извлекая по секциям. Незабетонированные зоны перекрытий, достигающие 10...20 м² каждое, бетонируют, начиная с нижнего. Бетон укладывают при помощи самоходных большегрузных кранов.

3 ПОДДЕРЖАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ ЗАСТРОЙКИ

Здания, расположенные в непосредственной близости от участка застройки, могут быть подвержены ряду воздействий, возникающих в процессе возведения нового здания. Это:

отрывка в непосредственной близости от здания котлована под новое строительство;
вибрация от расположенных в непосредственной близости строительных машин и механизмов.

Первая группа дефектов возникает от изменения статических характеристик оснований. Удаление грунта вблизи фундаментов зданий, оснований дорог и других существующих сооружений приводит к изменению силового поля вокруг них, поэтому создание конструктивного баланса позволяет компенсировать возникающие воздействия. Вторая группа дефектов является следствием динамических воздействий работающих строительных машин и механизмов. Их снижения до допустимых уровней достигают реализацией специальных инженерных мероприятий.

3.1 Укрепление оснований и фундаментов.

До начала земляных работ необходимо осуществить укрепление оснований и фундаментов существующих сооружений и городской инфраструктуры, расположенных в непосредственной близости от строи-тельной площадки. Укрепление конструкций оснований и фундамента должно обеспечить статическое равновесие здания на период отрытого котлована до возведения несущих конструкций подземной части нового здания.

Мероприятия по укреплению оснований и фундаментов подразделяют в зависимости от воздействия на несущий каркас и прилегающие основания на постоянные и временные. К постоянным относятся те решения, при реализации которых усиление конструкции становится неотъемлемой частью возводимого сооружения.

До начала земляных работ по всему периметру котлована устраивают шпунтовое ограждение (рис. 2).

Цель шпунтового ограждения — воспрепятствовать сползанию и обрушению грунтовых массивов, находящихся за пределами строительной площадки. В качестве несущих элементов шпунтового ограждения используют металлические трубы или сортаментные прокатные балки — швеллеры или двутавры. Расчетом устанавливают расстояние между металлическими элементами и их характеристки: для труб — это длина, диаметр, толщина стенки; для балок — длина и номер их сортамента. В рассматриваемых особых условиях элементы шпунтового ограждения устанавливают, как правило, забуриванием, поэтому предпочтительнее использовать металлические трубы. В случае когда по расчету металлические элементы допустимо устанавливать не вплотную, в целях предотвращения провалов грунта между ними горизонтально закладывают деревянные доски (забирку).

Рис. 26.2. План металлического шпунтового ограждения котлована:

1 — труба; 2 — деревянное ограждение; 3 — балка; 4 — распорки; 5 — раскосы

В зонах, где к границе строительной площадки непосредственно примыкают существующие сооружения, необходимо провести мероприятия по укреплению их подземных конструкций. На расстоянии 1...3 м от оси усиливаемого фундамента устанавливают буровую установку, с помощью которой осуществляют устройство буроинъекционных свай. Их использование связано с требованиями увеличения несущей способности существующих фундаментов, их дополнительной связи с окружающим основанием. Для этого пробуривают скважины, проходящие через тело существующего фундамента, и в них под давлением нагнетают бетон. Количество свай, месторасположение, их характеристики — длина, диаметр, класс бетона — определяют расчетом.

По окончании возведения подземной части здания шпунтовое ограждение, как правило, извлекают из грунта, его можно использовать повторно. Поэтому устройство шпунтового ограждения можно отнести к временным мероприятиям по укреплению оснований. В отличие от шпунтов буроинъекционные сваи остаются в теле усиленных фундаментов и после окончания нового строительства. К постоянным мероприятиям можно отнести и возведение подземной части здания с помощью «стены в грунте». Однако, «стена в грунте» является достаточно сложным и дорогостоящим инженерным сооружением, и ее возведение является экономически целесообразным лишь в случаях крупномасштабного или уникального строительства.

К временным мероприятиям относят решения, направленные на обеспечение требуемой несущей способности фундаментов в процессе выполнения земляных работ и до возведения подземной части нового здания. Среди наиболее часто применяемых решений можно выделить следующие:

создание металлических или естественных контрфорсов;
усиление фундаментов и стен подвала металлическими продольными конструкциями (обоймами);
замораживание грунта в зоне воздействия котлована на фундамент существующего здания.

Металлические контрфорсы выполняют в виде прокатных или сварных балок, упирающихся одной стороной в фундаментные балки или стены подвала существующего здания, а другой — в специально подготовленные конструкции подземной части возводимого здания (рис. 3).

Рис. 26.3. Устройство металлических контрфорсов:

1 — шпунтовое ограждение; 2 — балка; 3 — контрфорсы; 4 — монолитная железобетонная стена; 5 — грунт

Для этого в процессе выполнения земляных работ вдоль существующей стены здания грунт разрабатывают так, чтобы его оставшийся массив обеспечивал естественный контрфорс с запасом 15...20%. Далее расчетом устанавливают необходимое число и характеристику контрфорсных балок. Определяют зоны их установки. В этих зонах отрывают траншеи шириной 0,5... 1,5 м в виде ниспадающей от существующего здания бермы. Опирание в фундаментные балки или стены подвала осуществляют с помощью установленных в них закладных элементов, которые приваривают или крепят на болтах к контрфорсным балкам.

Иногда в качестве опорной используют балку, прикрепляемую к балкам шпунтового ограждения, устанавливаемого вплотную вдоль стены существующего здания. На вновь возводимых конструкциях эти балки крепят к закладным деталям, предварительно установленным в несущие конструкции элементов подземной части. Чаще всего такими элементами являются фундаменты или фундаментные плиты, реже — несущие стены, перекрытия или колонны.

После установки контрфорсных балок грунт полностью вывозят, и они воспринимают все усилия, возникающие от существующих конструкций. Затем на месте вывезенного массива грунта возводят конструкции подземной части здания: фундаменты или фундаментную плиту, колонны, плиты перекрытий, внутренние и наружные несущие стены.

Конструкции возводят в следующей последовательности: фундаментная плита, наружные стены до уровня опирания металлических контрфорсных балок, внутренние стены и колонны. Перекрытия монтируют так, чтобы в последствии они не создавали помех при удалении контрфорсных балок. Каркас подземной части рассчитывают таким образом, чтобы он мог воспринимать нагрузку не только от вышерасположенных элементов собственного здания, но и воздействия расположенных в непосредственной близости сооружений. Поэтому после возведения подземной части здания необходимость в контрфорсных балках отпадает, их демонтируют и вывозят со строительной площадки.