6.2. Усиление фундаментов сооружений башенного типа (ч. 2)
В селе Александрова Ставропольского края в результате замачивания верхних слоев лессовидных суглинков и супесей, находящихся в пределах сжимаемой толщи фундаментов здания элеватора, начались просадки основания, которые привели к крену зданий в верхней точке для различных корпусов от 20 до 80 см. Поскольку засыпка зерном отдельных отсеков элеватора производилась не одновременно, крен продолжал прогрессировать в течение пяти лет. Проявлению значительных осадок и кренов также способствовало повышение уровня грунтовых вод.
Здание элеватора состояло из семи корпусов, которые располагались на площадке последовательно с разрывом в 5 м. Корпуса элеватора построены по типовому проекту серии 4-15-73, емкость каждого корпуса 10 300 т. Силосный корпус имеет размеры в плане 15×33 м и высоту от пола подсилосного этажа до пола надсилосного — 35,84 м. Сетка расположения колонн силосов 3×3, высота подсилосного этажа 5,4 м, силосной части — 30 м. Фундаменты корпуса выполнены в виде сплошной монолитной железобетонной плиты, рассчитанной по схеме перевернутого безбалочного перекрытия. Сборные колонны установлены в стаканы башмаков, выступающих из фундаментной плиты. По колоннам уложены сборные железобетонные воронки.
При проектировании усиления оснований и фундаментов Укрспецстройпроектом были рассмотрены следующие варианты.
Первый вариант предусматривал усиление фундаментов буроинъекционными сваями, которые предполагалось устраивать из внутреннего помещения здания путем бурения станком СБА-500 скважин диаметром 190 мм и длиной 17 м. В каждую скважину опускается арматурный каркас, после чего скважина заполняется цементно-песчаным раствором под давлением. Стоимость этого варианта усиления 76 тыс. руб.
Во втором варианте предусматривалось термическое закрепление грунтов основания через пробуренные в фундаментной плите и грунте скважины диаметром 150 мм и длиной 11 м. Стоимость этого варианта усиления 58 тыс. руб.
По третьему варианту рассматривался метод упрочнения грунтов с помощью газовой силикатизации [43]. Погружение инъекторов типа ИТП-58 предусматривалось сквозь фундаментную плиту с помощью пневмомолотков на глубину 10 м, а извлечение — гидравлическими домкратами. Стоимость этого варианта усиления — 65 тыс. руб.
Четвертый вариант усиления (рис. 6.5, а) предусматривал увеличение площади опирания фундаментов. Однако, поскольку добавлявшиеся плитные фундаменты не обладали достаточной жесткостью для восприятия поперечной силы от реактивного давления грунта, было решено передать реакцию грунта на всю конструкцию элеватора путем устройства железобетонных рам. При бетонировании рам предусматривалась установка металлических манжетов в местах охвата колонн монолитом рамы (колонны не должны были защемляться бетоном рам до ликвидации крена корпуса). Над рамами существовавшие колонны усиливались железобетонными корсетами для восприятия повышенных реактивных усилий. Стоимость этого варианта усиления 58 тыс. руб.
Пятый вариант (рис. 6.5, б) аналогичен четвертому — усиление фундаментов осуществляется путем уширения площади их опирания. Однако реактивное усиление передается конструкциям элеватора с помощью железобетонных арок. При бетонировании арок также предусматривалась установка защитных металлических манжетов в местах охвата колонн. Сечения колонн усиливались с помощью железобетонных корсетов, охватывающих колонны на участках над арками, при этом усиление выполняется с устройством временного зазора величиной около 50 мм между верхом бетона арки и низом корсета. Крен здания ликвидируется после набора прочности бетоном арок и дополнительных фундаментов. Крен устраняется путем частичной загрузки зерном бункеров элеватора, а при необходимости — и с помощью искусственного одностороннего замачивания грунтов через инъекционные трубки или постепенного выбуривания грунта с нужной стороны. После ликвидации крена корпуса оставленные ранее зазоры между бетоном колонн и арок зачеканиваются бетоном. Стоимость строительно-монтажных работ по этому варианту 45 тыс.руб.
На основании технико-экономического сравнения вариантов работ был принят пятый вариант — усиление элеватора с помощью железобетонных арок и дополнительных фундаментов. Общее решение по принятому варианту заключалось в том, чтобы с помощью увеличения размеров фундамента (совместная работа пристраиваемой части с существующей достигалась, по предложению С.Г. Стратупата, с помощью арок) обеспечить уменьшение напряжений по подошве фундаментов до давления в 0,2 МПа, при котором удовлетворяется требование СНиП по допускаемым осадкам и крену. С этой целью с обеих сторон силосного склада (корпуса элеватора) устраивают дополнительные плитные фундаменты шириной по 2,5 м и протяженностью на всю длину склада. Посредством арочных железобетонных конструкций, пересекающих здание в плоскости колонн в десяти его поперечных сечениях, нагрузка с колонн склада частично снимается и передается на пристраиваемые плитные фундаменты. Распор арочных конструкций погашается путем устройства железобетонных затяжек, заанкериваемых в существующую фундаментную плиту. Элементы затяжек располагаются ниже пола склада, поверх существующей железобетонной фундаментной плиты и в нишах, образованных подколонниками. Связь затяжек с существующей фундаментной плитой осуществляется с помощью заполнения бетоном ниш, расположенных между первым и вторым, а также пятым и шестым рядами колонн.
Расчеты всех элементов усиления производили для случаев полной загрузки зерном силосного склада и односторонней загрузки (на 2/3 его ширины). Кроме того, в расчет принимали ветровую нагрузку. По этим нагрузкам определяли нормативные давления на грунт основания и выполняли расчет по деформациям. При расчете по деформациям удовлетворялось следующее условие: суммарное значение деформаций грунта (осадка + посадка) не превышало нормативное значение деформации для такого вида сооружений (30 см) и крен корпуса также был менее нормативного (iдоп = 0,004).
Расчет арочных конструкций для передачи части нагрузки на пристраиваемые фундаменты выполнялся по схеме свободно опертой арки с затяжкой. На такую арку сверху (по узлам сопряжения с колоннами) действуют усилия от веса силоса (вертикальная сила и момент), а снизу (по узлам опирания) — реакции дополнительных фундаментов. По данным нагрузкам определялись усилия в колоннах и во всех элементах арки с затяжкой, по которым и рассчитывались сечения всех элементов (например, пояс арки был принят размером 1100×600 мм). Вследствие уменьшения пролета затяжки и длины арки узлами сопряжения с колоннами армирование элементов арки с затяжкой соответственно уменьшалось.