Строительство в стесненных условиях.

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.

Укрепление оснований и фундаментов. До начала земляных работ необходимо осуществить укрепление оснований и фундаментов существующих сооружений и городской инфраструктуры, расположенных в непосредственной близости от строительной 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.).

Рис. План металлического шпунтового ограждения котлована: 1 — труба; 2 — деревянное ограждение; 3 — балка; 4 — распорки; 5 — раскосы

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).

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 выполне­ния подробно ранее рассмотренной «стены в грунте». Однако, как отмечалось, «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.).

Рис. 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.

Укрепление фундаментов и стен подвалов существующих зданий металлическими конструкциями (обоймами) используют довольно редко и, как правило, в сочетании с каким-либо из перечисленных выше методов. Ограничение его использования связано с тем, что, во-первых, мероприятия по усилению существующих конструкций при одностороннем доступе к ним со стороны подвала достаточно редко приводят к достижению требуемой несущей способности, а во-вторых, доступ к этим конструкциям со стороны существующих зданий бывает затруднен и требует значительных дополнительных расходов. Если в процессе предварительных изысканий установлено, что реализация предполагаемого решения будет иметь позитивное значение, то поступают следующим образом.

1.Выбирают проектное решение, позволяющее обеспечивать несущую способность и эксплуатационную пригодность конструкций зданий при вывозе с их внешней стороны грунта. Наиболее часто применяемым решением является устройство обойм из металлических конструкций. Вдоль стены на расширяющихся болтах устанавливают прокатную металлическую балку из стандартного сортамента, которая с помощью металличе­ских конструкций крепится к элементам фундамента или фундаментной плиты, создавая таким образом обойму, охватывающую фундаменты и стены подвала существующего здания.

2. Элементы металлической обоймы изготавливают в цеховых условиях и доставляют в разобранном виде на строительную площадку. Укрупнение и соединение с существующими конструкциями фундамента и стен подвала осуществляют с помощью сварки и болтовых соединений.

3. После монтажа обоймы приступают к разработке и вывозке грунта с внешней стороны усиливаемой конструкции. По окончании земляных работ возводят каркас подземной части здания, который воспринимает на себя и необходимые нагрузки от существующих сооружений.

4.Металлическую обойму разбирают, ее элементы, которые могут быть использованы повторно в производственном процессе, вывозят из подвальных помещений существующего здания на склад. Чаще используют метод установки металлических обойм в наземной части существующих зданий. Его применение не требует специального допуска в помещения, так как обоймы устанавливают с наружной стороны здания.

Закрепление грунтов оснований в зонах, расположенных между котлованом и существующими зданиями, в зависимости от физико-механических свойств грунта и требуемой степени закрепления осуществляют с помощью замораживания, цементации, битумизации, химизации, термического, электрического и других искусственных способов закрепления грунтов.

На практике эти методы используют редко. Их применяют лишь тогда, когда в непосредственной близости от котлована располагаются полосы грунта длиной 3...5 м, а лишь за ними — существующие здания и сооружения. В этом случае определяют характеристики грунта, затем расчетом устанавливают его требуемые характеристики по несущей способности, обеспечивающие эксплуатационную пригодность объектов, расположенных вблизи строительной площадки. Используя один из перечисленных выше методов, осуществляют мероприятия, приводящие к увеличению несущей способности грунта до требуемой величины.

Земляные работы. После устройства шпунтового ограждения и набора расчетной прочности буроинъекционных свай разрешается начинать земляные работы. Разработку котлована следует осуществлять частями, уступами, начиная в тех зонах, где отсутствует примыкание существующих зданий к строительной площадке. В качестве землеройных машин используют экскаваторы со средними и малыми ковшами вместимостью до 1 м3. По мере вывоза грунта высвобождаются металлические трубы шпунтового ограждения. Для обеспечения противодействия давления грунта, расположенного вне площадки, трубы соединяют металлическими балками, в которые упираются раскосы в углах, расположенные на примыкающих сторонах котлована, и распорки между противоположными сторонами котлована. Закончив установку раскосов и ча­стично распорок (не мешающих дальнейшим землеройным работам) на верхнем уровне котлована, приступают к разработке и вывозу грунта с расположенных ниже отметок, устанавливая через каждые 3...5 м (в соответствии с расчетом) раскосы и распорки. По окончании вывоза грунта приступают к возведению несущих конструкций здания, демонтируя постепенно снизу вверх металлические конструкции крепежа котлована. При осуществлении земляных работ вдоль фундаментов и стен подвальных этажей существующих зданий необходимо оставлять берму, разработку которой выполняют в последнюю очередь или даже после частичного возведения подземной части нового здания, если позволяют технические условия. Такая последовательность обусловлена перераспределением нагрузок на основание и участием в пространственной работе не только уже существующих конструкций, но и вновь возводимых. Грунтовую берму можно рассматривать как естественный контрфорс, выполняемый посредством неполной разработки грунта в зонах существующих зданий (рис.).

Рис. Естественный контрфорс и железобетонная обойма:1 — железобетонная фундаментная плита; 2 — естественный контрфорс; 3 — железобетонная наружная стена подвала; 4 — естественный грунт вне котлована

Ее геометрические характеристики определяют расчетом, исходя из необходимости обеспечения несущей способности и эксплуатационной пригодности примыкающих объектов. Естественные контрфорсы целесообразно использовать в случаях, когда существующая застройка располагается вдоль одной, а в редких случаях — двух сторон котлована. Последовательность возведения подземной части здания следующая.

1. Разрабатывают и вывозят грунт из пятна застройки до отметки возводимых фундаментов или фундаментной плиты, за исключением зоны, располагающейся вдоль существующей застройки (эта зона может располагаться полностью вдоль котло­вана или в некоторой ограниченной его части).

2. Рассчитывают размеры естественного контрфорса в виде грунтовой бермы. При этом обязательным требованием является снятие верхнего слоя бермы так, чтобы разница между ее верхом и нулевой отметкой возводимого здания составляла не менее 1 м.

3. Возводят конструкции подземной части: фундаменты, перекрытия, колонны внутренние и наружные несущие стены. Наружные несущие стены, как правило, в таких случаях выполняемые из монолитного железобетона, подводят вплотную к земляной берме. Укладку бетона заканчивают за 30...70 см от границы бермы на всю высоту до нулевой отметки, далее остаются только арматурные выпуски.

4. В верхних зонах стен, там где отсутствует грунт бермы, возводят участок наружной железобетонной стены, связанный с помощью арматурных выпусков с возведенным каркасом подземной части здания. Таким образом, по периметру всего котлована образуется монолитный железобетонный пояс, жестко связанный с пространственным каркасом возводимого здания.

5. Разрабатывают и вывозят грунт естественного контрфор­са. Возводят оставшиеся конструкции подземной части здания.