ПРОВЕДЕНИЕ ШТАМПОВЫХ ИСПЫТАНИЙ В СЕЛЕ ПРИХОЛМЬЕ

REALIZATION OF STAMP TESTS IN PRIHOLMYE VILLAGE

Oleg Halimov

сandidate of Technical Sciences, Lecturer of “Construction” Chair, Associate Professor of Khakas Technical Institute,

Russia, Republic of Khakassia, Abakan

Dmitry Strelnikov

student of Khakas Technical Institute,

Russia, Republic of Khakassia, Abakan

Dmitry Sagalakov

geotechnician of OOO “Ekspertiza Nedvizhimosti”,

Russia, Republic of Khakassia, Abakan

Kirill Pudov

master’s Degree Student, Tomsk State Institute of Architecture and Construction, Russia, Republic of Khakassia, Abakan

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлены результаты проведения штамповых испытаний под подошвой существующих деформированных фундаментов. Поводом проведения данных испытаний послужило выяснение причины поворота фундаментной плиты, блоков и наружных несущих стен. Цель данных испытаний была не только в определении несущей способности грунта под подошвой фундамента, но и в проверке влияния усиления грунтов основания при создании шпунтовой стенки на конечные результаты. По результатам испытаний была установлена причина поворота фундаментной плиты и деформации здания.

ABSTRACT

This article presents results of stamp tests realization under the foot wall of existent deformed foundations. The cause of carrying out these tests is the identification of the reason of rotation of the foundation plate, blocks and external load-bearing walls. The aim of these tests is not only to determine the bearing capacity of soil under the foundation foot wall, but also to check the effect of strengthening the foundation soil by creation of the cutoff wall at final results. According to test results the cause of foundation plate rotation and the building deformation has been established.

Ключевые слова: фундаменты; грунт; штамп; реперная система; неоднородность; засыпка; деформации; усиление.

Keywords: foundations; soil; stamp; fiducial system; inhomogenuity; infilling; deformation; strengthening.

Введение

Очень часто при возведении фундаментов пренебрегают простейшим требованием о недоборе при разработке грунта. На практике бывает ситуация, когда котлован перекапывают и подсыпают местным грунтом, что в будущем может сказаться на неравномерном распределении нагрузок на основания и фундаменты. Одним из примеров являются два блока школы в селе Прихолмье Минусинского района. В следствие перекопа и последующей подсыпки разнородным грунтом наружная стена отклонилась от проектного положения.

На основании обследования было принято решение провести испытания грунта штампом. Этот метод является наиболее достоверным для определение деформационных характеристик грунтов.

В основном на стадии аварийного состояния приглашают геотехника (геологические изыскания как правило выполняют с помощью бурения скважин вне пределов пятна здания). Однако для принятия верного решения необходимо копать под наиболее деформированной конструкцией, а это опасно. Для безопасного производства работ необходимо осуществлять противоаварийные мероприятия, разрабатывать проект производства работ, вывешивать фундаменты [2] и конечно эта работа должна осуществляться при геотехническом сопровождении специалистов. На этом этапе уместны оба выражения: геотехнический консалтинг и геотехническая экспертиза [3]. Представленный ниже пример является одним из ярких доказательств эффективности геотехнического консалтинга на этапе аварийного состояния.

Сложившаяся ситуация

Здание школы возводилось за 4 основных этапа: блок «А» двухэтажный, построен на бутовых фундаментах в 1951 году, блок «Б» – двухэтажный на бетонных фундаментах в 1955, блок «В» двухэтажный в нем находятся кабинеты начальных классов «Г» – одноэтажный (спртзал). Два этих блока были построены в 1961 году. Блок «Д» – одноэтажный с частично надстроенной теплицей (рисунок 1).

Рисунок 1. Схематичный план школы в с. Прихолмье

По результатам обследования, проводимого Красноярским Промстрой – НИИпроектом и ООО «Пирамида» получены заключения об аварийном состоянии спортзала. В министерстве образования Красноярского края рассматривался вариант сноса аварийного здания спортзала.

По материалам инженерно-геологических изысканий, выполненных изыскательским подразделением промстройНИИпроекта в основании фундаментов, залегают суглинки текучей консистенции с включением дресвы и щебня. Уровень подземных вод колеблется на глубинах 3,60–4,20 м.

Для определения основных характеристик грунта под подошвой фундаментов был отобран монолит. После проведения всех исследований были установлены геологические условия на строительной площадке (рисунок 2) и получены основные характеристики грунта (таблица 1).

Таблица 1.

Основные характеристики грунта по результатам испытаний

Согласно гранулометрическому составу частицы от 0,1–0,05 мм составили 23 %

Рисунок 2. Геологический разрез

Анализ результатов обследования деформированных зданий показал на необходимость более тщательных исследований грунтов под подошвами фундаментов. В связи с наличием в глинистом грунте включений щебня и насыпного грунта наиболее объективными могут быть испытания грунтов штампами. Упором для домкрата будет подошва существующего фундамента.

В связи с предположением необходимости усиления грунтов заказчику был предложен вариант погружения шпунта, с уровня подошвы фундамента исключающим выпор грунта из – под подошвы фундамента. Такое усиление применялось в Абакане на участках падения кровли галечниковых грунтов при заложении фундаментов на перекрывающий верхний горизонт, представленными водонасыщенными пылевато-глинистыми грунтами.

Методика проведения испытания

Методика проведения испытания основывается на стандарте [1]. При проведении испытаний штамп устанавливают на дно выработки и проворачивают вокруг его вертикальной оси. Это нужно для достижения плотного контакта подошвы штампа с грунтом. Место проведение испытания выбрано из условий максимальных деформаций наружных стен (рисунок 3).

Рисунок 3. Схема расположения проведения штампового испытания

После установки штампа монтируют устройство для нагружения штампа, устанавливают реперную систему (рисунок 4).

Рисунок 4. Устройство реперной системы, системы нагружения и шпунтовой стенки

Стоит отметить, что проводилось два испытания штампами. Первое – на слежавшийся насыпной грунт под подошвой фундамента. Второе – на этот же грунт с его укреплением шпунтовой стенкой из стального уголка, погружаемого в суглинистый грунт (рисунок 5).

Рисунок 5. Схема устройства реперной системы, штампа и домкрата. а) без шпунтовой стенки; б) со шпунтовой стенкой

В качестве упора для домкрата использовались фундаменты существующего здания.

Нагрузку на штамп площадью 1000 см² увеличивали ступенями по 0,05–0,1 МПа. За критерий условной стабилизации принималась скорость осадки штампа, не превышающую 0,1 мм за время t (для глинистых грунтов t = 2,0 ч) [1].

Результат инженерно-геологических изысканий

По результатам штамповых испытаний были построены графики зависимости осадки штампа от давления (рисунок 6). Черной линией обозначается осадка штампа без шпунтовой стенки, а зеленой с ее наличием.

В первом случае видно, что максимальная усадка штампа составила 21,60 мм при нагрузке 0,35 МПа. Во втором случае результат составил 38,58 мм при нагрузке 0,25 МПа. Возможное объяснение этому является расструктуривание грунта при забивке стальных уголков, имитирующие шпунтовую стенку. Вторым фактором является повышение влажности грунта при замачивании вследствие проникания под подошву атмосферных осадков. Однако аналогичная ситуация с возможным замачиванием грунтов в период строительства производства работ также является реальной. По этим причинам усиление грунтов с помощью шпунтовой стенки является нецелесообразным.

Рисунок 6. График осадки штампа от давления

Вскрытие грунта под подошвой фундамента показали значительную неоднородность грунта, расположенного в напряженной зоне (рисунок 7).

Рисунок 7. График осадки штампа от давления

Стоить отметить из-за неоднородности грунта искривилась основание фундамента и накренилась наружная стена (рисунок 8).

Рисунок 8. Схема деформирования фундаментов и стен здания

Данная ситуация возникла в следствие перекопа котлована на 40–60 см. Засыпку грунта для подъема отметки подошвы фундаментов производили разнородным материалом. При этом с наружной стороны преобладал щебенистый грунт с суглинистым заполнителем, а с внутренней стороны – супесь мягкопластичная с включениями шлака, битого кирпича. В период строительства, после приложения нагрузки от стен и перекрытий произошли неравномерные деформации грунта под подошвой.

Характер поворота ж/б подушки и первого ряда блоков показывает на то, что в результате не уплотнения и слабого самоуплотнения грунта в пазухах обратных засыпок атмосферные осадки с крыши и окружающей территории вдоль наружной поверхности фундаментов попадали под подошву и щебенистый грунт оказался в результате поворота в более плотном состоянии, чем супесь с включениями шлака. Замачивание и уплотнение супеси привело к повороту фундаментной ж/б плиты и наклону 1-го ряда блоков (рисунок 8).

Внецентренное приложение нагрузки, а также более плотное состояние щебенистого грунта под наружной гранью подошвы фундамента привели к повороту плиты внутрь. При этом первый ряд блоков получил наклон в противоположном направлении. Также недопустимый наклон в этом же направлении получили кирпичные стены первого этажа (рисунок 8).

Вероятно, этот наклон произошел в период строительства. Доказательством этого является стабилизированное – наклонное состояние существующих стен (по оси «Д» в осях «5» – «6», рисунок 8).

По всей видимости, была следующая характерная ситуация: для исключения ручной доработки, в противоречие со всеми требованиями о разработке грунта с недобором, чтобы потом вручную обнажить природную структуру и на этот ненарушенный грунт посадить фундамент, но перекопали на 250 мм. И для подсыпки между осями «Б» и «Д» привозили щебенистый грунт и сыпали его с бровки котлована на ось «Д». Однако большая часть его задерживалась на откосах и в результате менее половины площади подошвы фундамента опирается на этот щебенистый грунт. Большая половина подошвы опирается на супесь с включениями шлака, кирпича (рисунок 9).

Рисунок 9. Анализ причин деформирования здания

Таким образом, проведенные испытания грунтов штампами позволили установить:

1. фактические напряжения под подошвой фундамента существенно (в 2,5–2,8 раза) ниже значений напряжений, полученных при испытаниях, которые являются работоспособными;
2. погружение шпунта на основе положительного результата о стабилизации деформаций грунтов под подошвой фундамента не является необходимым решением. Грунт обеспечивает требуемую несущую способность без усиления.

На основании всего вышесказанного можно сделать вывод:

Усиливать основание нет необходимости, так как деформации стабилизировались за период эксплуатации. В период откапывания фундаментов существует опасность замачивания и ослабления грунтов на основании, а при нагружении шпунта от динамического воздействия происходит ухудшение свойств водонасыщенных грунтов. Необходимо восстановить работоспособность надземных конструкции, что подразумевает их дальнейшее усиление.

Список литературы:

1. ГОСТ 20276 – 2012 «Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости». Введ. 01.07.2013. – М.: НИИОСП.
2. Полищук А.И. Основы проектирования и устройства фундаментов реконструируемых зданий. – М.: Нортхэмптон – Томск. 2004. – С. 1–476.
3. Халимов О.З., Талапова Г.Г., Геотехническая экспертиза недвижимости на различных этапах жизненного цикла. – М.: Интеллектуальные ресурсы ХТИ – филиала КГТУ – Хакасии – 2005. – С. 72–76.