Министерство образования и наук

и Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

(ФГБОУ ВПО «СибАДИ»)

На правах рукописи

ТИШКОВ Евгений Владимирович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СПОСОБА УСИЛЕНИЯ КУСТОВЫХ

СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ЗДАНИЙ В ГЛИНИСТЫХ ГРУНТАХ

05.23.02 – «Основания и фундаменты, подземные сооружения»

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Пономаренко Юрий Евгеньевич Омск

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

1.1. Краткий обзор существующих способов усиления оснований и фундаментов

1.2. Анализ современных способов устройства свайных фундаментов........ 1.3. Экспериментальные и теоретические исследования совместной работы элементов фундаментов при их усилении и устройстве

1.4. Анализ исследований влияния низкого ростверка на работу свайного фундамента

1.5. Выводы по главе

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ ЭЛЕМЕНТОВ

КУСТОВЫХ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ПРИ УСИЛЕНИИ В ГЛИНИСТЫХ

ГРУНТАХ

2.1. Анализ инженерно-геологических условий Западной Сибири на примере города Омска

2.2. Разработка усовершенствованного способа усиления кустовых свайных фундаментов

2.3. Оценка параметров напряженно-деформированного состояния усиливаемого кустового свайного фундамента

2.4. Разработка аналитической методики оценки работы сваи при нагружении и разгрузке

2.5. Выводы по главе

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ

ЭЛЕМЕНТОВ УСИЛИВАЕМЫХ КУСТОВЫХ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

СОВМЕСТНО С ГЛИНИСТЫМИ ГРУНТАМИ

3.1. Исходные предпосылки

3.2. Методология проведения экспериментов. Инструментальное обеспечение

3.3. Результаты экспериментальной оценки работы свай при разгрузке.

Сопоставление теоретических и экспериментальных данных

3.4. Натурные испытания грунтов штампом при различной скорости загружения основания

3.5. Выводы по главе

ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

ВЫПОЛНЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1. Разработка инженерного метода расчета и проектирования усиления кустовых свайных фундаментов

4.2. Опыт внедрения результатов исследования в г. Омске

4.2.1. Усиление свайных фундаментов здания по улице Пушкина, 137....... 4.2.2. Усиление свайных фундаментов административного здания по улице 24 Северная, 125а

4.2.3. Усиление свайных фундаментов здания бассейна санатория............ 4.3. Оценка экономической эффективности разработанного способа усиления

4.4. Выводы по главе

ГЛАВА 5. ПОВЫШЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СВАЙНЫХ

ФУНДАМЕНТОВ В УСЛОВИЯХ НОВОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

5.1. Совершенствование способа устройства свайных фундаментов......... 5.2. Теоретический анализ работы свайного фундамента совместно с ростверком на грунтовом основании

5.3. Экспериментальные исследования свайных кустовых фундаментов с демпфирующими вставками

5.3.1. Методология проведения экспериментов. Инструментальное и программное обеспечение

5.3.2. Лабораторные испытания демпфирующих вставок

5.3.3. Численное моделирование работы свайно-ростверкового фундамента.

Сопоставление результатов теоретических и экспериментальных исследований

5.4. Алгоритм проектирования и расчета свайных фундаментов с демпфирующими вставками

5.5. Перспективы применения свайно-ростверковых фундаментов на примере г. Омска

5.6. Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Патент на разработку автора «Конструкция усиления фундамента»

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Справка о внедрении результатов научноисследовательской работы при реконструкции здания по улице Пушкина, 137 в г. Омске

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Справка о внедрении результатов научноисследовательской работы при реконструкции здания по улице 24 Северная, 125а в г. Омске

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Справка о внедрении результатов научноисследовательской работы при разработке проекта реконструкции здания санатория-профилактория в г. Омске

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Патент на разработку автора «Свайно-ростверковый фундамент с регулируемой работой ростверка на грунтовом основании» ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Справки о внедрении результатов исследований в учебный процесс

ВЕДЕНИЕ

Современный этап территориально-пространственного развития городов характеризуется интенсивным уплотнением застройки территорий. Развитие застройки происходит как за счет возведения новых зданий, так и за счет реконструкции уже существующих объектов капитального строительства. В условиях рыночных отношений особую актуальность приобретают вопросы экономии строительных материалов, энергии, снижения сроков и трудоемкости строительно-монтажных работ, максимального использования существующих резервов несущей способности конструктивных элементов. Часто такие вопросы возникают при разработке проектов строительства и реконструкции фундаментов зданий. Решение вопросов может вестись в направлении применения эффективных способов усиления, уточнения действительной работы основания и методов расчета, расчетного обоснования максимального использования резервов фундаментов при усилении для целей реконструкции.

Постановлением правительства от 17.10.2012 г. №1050 «О федеральной целевой программе "Жилище" на 2011-2015 годы» предусмотрено решение задач по снижению стоимости жилья и повышению уровня обеспеченности населения жилой площадью. Эту задачу можно решить как за счет увеличения объемов нового жилищного строительства, так и путем обеспечения сохранности имеющегося фонда жилья за счет его реконструкции и модернизации. Несмотря на увеличение темпов ввода в эксплуатацию новых объектов, на сегодняшний день устаревание существующих основных фондов происходит быстрее, чем появление новых. Отчасти это связано с несовершенством существующих способов строительства и реконструкции фундаментов.

Анализ особенностей работы свайных фундаментов и технологий их устройства, способов усиления оснований и фундаментов, нормативной базы, практики проектирования и строительства свидетельствует, что существующие способы усиления свайных фундаментов не всегда в должной степени позволяют решать поставленные задачи. В СибАДИ (г. Омск) разработан способ усиления кустовых свайных фундаментов, который позволяет передавать на основание часть нагрузки от реконструируемого здания через железобетонную плиту (низкий ростверк), дополнительно устраиваемую под подошвой существующего ростверка. Однако, до настоящего времени недостаточно исследован ряд вопросов, связанных с усилением свайных фундаментов: не решена проблема включения низкого ростверка в работу с грунтом основания при усилении и устройстве свайных кустовых фундаментов с учетом особенностей грунтов;

недостаточно исследовано изменение напряженно-деформированного состояния (НДС) усиливаемых свайных фундаментов и оснований; отсутствует методика, позволяющая учитывать работу глинистых грунтов в основании разгружаемых элементов при усилении фундаментов; недостаточно проработаны вопросы практической реализации и обеспечения надежности известных способов усиления применительно к свайным фундаментам и т.д. Поэтому тема диссертационной работы о совершенствовании способов усиления кустовых свайных фундаментов зданий в глинистых грунтах является актуальной.

Степень разработанности. До настоящего времени выполнены многочисленные исследования и разработаны различные способы усиления оснований и фундаментов. Недостатками известных способов являются: высокая стоимость и трудоемкость работ; включение в работу элементов усиления после отказа основной конструкции фундамента; практическая невозможность применения отдельных способов применительно к свайным фундаментам и др..

Современные способы усиления свайных фундаментов и их оснований не в полной мере обеспечивают результат повышения их несущей способности и не позволяют контролировать параметры НДС усиливаемых элементов.

В условиях Западной Сибири самое широкое распространение получили фундаменты с низкими ростверками и применением железобетонных свай.

Проведенными исследованиями доказано, что при передаче давлений на грунт основания через подошву ростверка можно достичь повышения несущей способности фундаментов. Однако, широко применяемые способы устройства кустовых свайных фундаментов не учитывают взаимодействие низкого ростверка с грунтом основания ввиду отсутствия методов их проектирования, которые позволяют передавать давление на грунт основания подошвой низкого ростверка в течение всего срока эксплуатации здания.

Объект исследований - конструктивно-технологическая система «низкий ростверк – куст свай – грунтовое основание».

Предмет исследований – оценка процессов, происходящих в системе «низкий ростверк – куст свай – грунтовое основание» при усилении свайных фундаментов в глинистых грунтах.

Цель работы – разработка способа повышения несущей способности кустовых свайных фундаментов для условий реконструкции зданий, обеспечивающего эффективность его применения в глинистых грунтах.

Для достижения цели поставлены следующие задачи исследований:

1. На основе анализа результатов экспериментально-теоретических исследований усовершенствовать способ усиления кустовых свайных фундаментов реконструируемых зданий и обосновать область его применения в глинистых грунтах на примере Омского региона.

2. Установить аналитические зависимости и параметры напряженнодеформированного состояния, характеризующие работу усиливаемого кустового свайного фундамента в глинистых грунтах при нагружении и разгрузке;

разработать методику оценки работы свай при разгрузке.

3. Выполнить экспериментальные исследования работы элементов системы «низкий ростверк - куст свай - грунтовое основание».

4. Разработать инженерный метод расчета усиления кустовых свайных фундаментов в глинистых грунтах; осуществить внедрение результатов исследований при проектировании усиления кустовых свайных фундаментов в условиях реконструкции и восстановления зданий.

совершенствованию конструктивных решений и методов расчета свайных фундаментов для нового строительства, обеспечивающих заданную несущую способность свай в глинистых грунтах.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

1. Усовершенствован способ усиления кустовых свайных фундаментов, который позволяет передавать часть нагрузки на глинистый грунт через монолитную железобетонную плиту, дополнительно устраиваемую под подошвой существующего ростверка, и обеспечивает повышение их несущей способности на 15-45 % за счет регулируемой передачи давления на основание.

2. Установлены закономерности работы разгружаемых кустовых свайных фундаментов в глинистых грунтах и разработан аналитический метод определения перемещений свай при разгрузке.

3. Разработан метод расчета усиления кустовых свайных фундаментов реконструируемых (восстанавливаемых) зданий, который базируется на использовании системы «низкий ростверк - куст свай - грунтовое основание» в глинистых грунтах.

Теоретическое значение работы заключается:

- в обосновании положения о повышении несущей способности кустового свайного фундамента в глинистых грунтах, учитывающего включение в работу дополнительно устраиваемой железобетонной плиты под подошвой существующего ростверка;

- в получении аналитических зависимостей, характеризующих работу усиливаемых кустовых свайных фундаментов в глинистых грунтах при нагружении и разгрузке;

- в обосновании использования конструктивно-технологических параметров при усилении кустовых свайных фундаментов в глинистых грунтах.

Практическое значение работы и ее использование:

1. Практическое значение работы состоит в том, что разработанные конструктивные решения, инженерный метод расчета усиления кустовых свайных фундаментов обеспечивают повышение их несущей способности в глинистых грунтах и могут использоваться при реконструкции и восстановлении зданий в грунтовых условиях Омского региона.

2. Результаты исследований использованы:

при разработке проектной документации и производстве работ по усилению кустовых свайных фундаментов в реконструируемых зданиях в г. Омске (ул.

Пушкина, 137; ул. 24 Северная, 125а; санаторий-профилакторий «Рассвет»);

в Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ) специальности «Промышленное и гражданское строительство», а также при чтении лекций на курсах повышения квалификации для специалистов проектных и строительных организаций.

Применяемые методы исследований:

теоретические в виде обобщения материалов инженерно-геологических строительства;

вдавливающими нагрузками при их нагружении и разгрузке, штамповых испытаний грунтов.

Личный вклад автора заключается: в совершенствовании способа экспериментальных исследованиях процессов нагружения и разгрузки свай; в исследованиях скорости нагружения глинистых грунтов при полевых штамповых испытаниях; в лабораторных исследованиях материалов демпфирующих вставок;

в непосредственном участии внедрения способа усиления кустовых свайных фундаментов реконструируемых зданий.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

- способ усиления кустовых свайных фундаментов с регулируемой передачей давления на глинистое основание через дополнительную монолитную железобетонную плиту, устраиваемую под подошвой существующего ростверка;

- результаты натурных экспериментальных исследований работы свай при нагружении и разгрузке в глинистых грунтах;

- результаты экспериментальных исследований штампов при различной скорости нагружения в глинистых грунтах в натурных условиях;

- инженерный метод расчета усиления кустовых свайных фундаментов в глинистых грунтах для условий реконструкции и восстановления зданий;

- способ устройства свайных кустовых фундаментов с регулируемой передачей давления на глинистый грунт основания посредством демпфирующих вставок.

Достоверность научных положений, выводов и результатов исследований диссертационной работы подтверждается: корреляцией теоретических положений и результатов экспериментальных исследований; полнотой и достоверностью данных; достаточным объемом экспериментальных исследований; результатами геотехнического мониторинга объектов, реконструированных с применением предложенных способов.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на всероссийских научно-технических конференциях (с международным участием) «Ориентированные фундаментальные и прикладные исследования – основа модернизации и инновационного развития архитектурностроительного и дорожно-транспортного комплексов России» (г. Омск, ноябрь 2011 г., ноябрь 2012 г.); международной научно-методической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения В.Н. Байкова (г. Москва, июнь 2012 г.);

международном конгрессе «Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии.

Инновации» (г. Омск, октябрь 2013 г.); международной научно-практической конференции «Инновационное лидерство строительной и транспортной отрасли глазами молодых ученых» (г. Омск, февраль 2014 г.); международной научнопрактической конференции «Актуальные проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири» (г. Тюмень, апрель 2014 г.). В полном объеме диссертационная работа докладывалась на расширенных научных семинарах инженерно-строительного института и факультета «Автомобильные дороги и мосты» ФГБОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильнодорожная академия» (г. Омск, ноябрь 2013 г.).

Публикации по теме диссертационного исследования. По материалам диссертации опубликовано десять научных работ, в том числе два патента РФ на полезные модели и две статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах (изданиях), входящих в перечень ВАК для публикаций научных результатов диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 146 наименований и 6 приложений.

Общий объем работы 180 страниц. Основной текст диссертации (без учета оглавления, списка литературы и приложений) выполнен на 146 страницах печатного текста и содержит 61 рисунок, 11 таблиц. Приложения к диссертации на 14 страницах.

Специальность, которой соответствует диссертация. Согласно сформулированной цели работы, научной новизне и практической значимости результатов диссертация соответствует паспорту специальности 05.23.02 – Основания и фундаменты, подземные сооружения, пункту 7 «Разработка новых методов расчета, конструирования и устройства оснований, фундаментов и подземных сооружений при реконструкции, усилении и ликвидации аварийных ситуаций»; пункту 10 « Разработка научных основ и основных принципов обеспечения безопасности нового строительства и реконструкции объектов в условиях сложившейся застройки, в том числе для исторических памятников, памятников архитектуры и др.».

Автор выражает признательность и благодарность научному руководителю зав. кафедрой «Инженерная геология, основания и фундаменты» СибАДИ, профессору, д.т.н. Ю. Е. Пономаренко, а также доценту, к.т.н. И. М. Ивасюку за ценные советы и замечания при подготовке диссертационной работы. Автор выражает благодарность руководству ОАО «ОмскТИСИЗ» за помощь в предоставлении архивных материалов инженерно-геологических изысканий.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

1.1. Краткий обзор существующих способов усиления оснований и Вопросы, связанные с причинами усиления фундаментов и грунтовых оснований, в разное время изучали Ю. М. Абелев [1], М. Ю. Абелев [2], В. А.

Богомолов [14], Ф. Е. Волков [18, 19], Н. М. Глотов [60], М. И. Горбунов-Посадов [61], Б. И. Далматов [29-32], П. А. Коновалов [39, 40], А. И. Мальганов в соавторстве с В. С. Плевковым и А. И. Полищуком [48, 49], Л. В. Нуждин [59], А.

И. Полищук [74-76], В. Г. Симагин [84], Е. А. Сорочан и Ю. Г. Трофименков в соавт. [62], А. Г. Тамразян с соавторами [87], В. М. Улицкий [126], С. Б. Ухов [128], Н. А. Цытович [130, 131], В. Б. Швец в соавт. с В. И. Феклиным и Л. К.

Гинзбургом [135], K. Avellan [140-142], R. L Terrel [144], J. Teymourian [145], E.

White [146] и другие отечественные и иностранные ученые. Были разработаны различные классификации причин, обуславливающих необходимость усиления необходимости усиления, являются: изменения условий эксплуатации строений (в том числе геологических и гидрогеологических); ухудшение физикомеханических характеристик грунтов основания, в том числе вследствие наличия специфических свойств (просадочных, набухающих) оснований и т.п.; увеличение нагрузок на конструктивные элементы здания; необходимость восполнения утрат от физического износа; ошибки при выполнении изыскательских работ, проектировании и строительстве зданий и сооружений; воздействие динамических, сейсмических нагрузок и т.д..

До настоящего времени разработаны различные способы усиления оснований и фундаментов. Поскольку фундамент необходимо рассматривать в неразрывной связи с грунтовым основанием, известные способы усиления можно разделить на две большие группы, предусматривающие улучшение свойств основания посредством различного воздействия на грунты, либо изменение характеристик самого фундамента.

Ниже рассмотрены характерные особенности различных способов усиления грунтовых оснований.

1) Одним из распространенных способов улучшения характеристик основания является способ замены грунта основания, применяемый при наличии слабых сильно сжимаемых грунтов в основании фундамента [1, 41]. Способ предусматривает экскавацию требуемого объема грунта слабого слоя, послойную засыпку песком или щебнем с последующим трамбованием слоев. Основным достоинством способа замены грунта являются значительное снижение осадок оснований фундаментов, уменьшение объема используемого бетона на устройство фундамента, уплотнение нижележащих грунтовых слоев. Недостатки данного способа – большой объем земляных работ, необходимость предохранения грунтов от промерзания, значительное удорожание при ведении работ в обводненных грунтах, увеличение сроков строительства. Применительно к свайным фундаментам способ практически не применяется ввиду необходимости замены грунтов на большую глубину, а также практической невозможности замены грунта вокруг существующих свай.

2) Способы уплотнения грунтов: поверхностное и глубинное уплотнение, виброуплотнение, уплотнение взрывным методом, уплотнение насыпями, уплотнение вертикальными элементами [58]. Способы применяются для уплотнения просадочных грунтов, рыхлых песчаных грунтов. Технология способов уплотнения предусматривает изменение физико-механических характеристик за счет трамбования и повышение прочностных и деформативных характеристик основания [1].

Главное достоинство способов уплотнения - возможность устранения специфических свойств грунтов. Среди недостатков подобных способов отмечаются неэффективность в слабых водонасыщенных грунтах, характерных для регионов Западной Сибири; нецелесообразность применения в пучинистых грунтах; практическая невозможность применения в условиях действующего сооружения; наличие динамических воздействий, которые могут негативно повлиять на окружающую застройку.

3) Инъекционные способы закрепления грунтов: силикатизация, смолизация, цементация, защелачивание и др.. Изменение характеристик грунтов происходит либо вследствие возникновения химической реакции между растворами крепителя и отвердителя, либо под действием нагнетаемого цементного, цементно-песчаного или цементно-глинистого раствора. Растворы нагнетают в грунт через инъекторы или инъекционные скважины под давлением 0,6…1,0МПа. Инъекторы при усилении оснований устанавливают с шагом 0,3…1,0м в зависимости от характеристик укрепляемого грунта [41, 79, 82].

Основным достоинством инъекционных способов являются возможность выполнения работ в условиях реконструкции. Главными недостатками считаются высокая стоимость работ, затруднения при контроле равномерности распределения нагнетаемого материала по глубине и в плане. Кроме того, в случае свайных фундаментов эффект усиления может достигаться только до обеспечения такого состояния фундамента, при котором несущая способность сваи по грунту будет равна несущей способности сваи по материалу.

4) Способы термического закрепления грунтов – предусматривают увеличение прочностных характеристик за счет глубинного обжига либо за счет искусственного замораживания. Преимущественно способ глубинного обжига применяют в просадочных грунтах. Основными недостатками данных способов являются высокая стоимость работ, большой расход энергии и материалов [41].

5) Технология замораживания грунта. Эффект достигается за счет понижения температуры воды находящейся в порах грунта, и ее дальнейшего смерзания с грунтовыми частицами. При этом грунт переходит в мерзлое состояние, происходит увеличение прочности грунтового массива [41].

Несмотря на то, что данный способ применим для водонасыщенных глинистых грунтов, он не нашел широкого применения при реконструкции зданий и применяется в особых случаях. Основным недостатком технологии замораживания при усилении является крайне высокая стоимость работ, а также потеря полученного эффекта в случае прекращения подачи хладогента.

Разработаны принципиально другие способы усиления, направленные непосредственно на изменение самой конструкции фундамента.

1) Уширение опорной части фундаментов устройством приливов из бетона и железобетонных обойм (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1. Конструкции усиления фундаментов бетонными приливами и железобетонными обоймами: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – распределительные балки; 3 – дополнительные балки; 4 – опоры балок; 5 – тяжелый бетон; 6 – втрамбованный в грунт щебень; 7 – арматурная сетка; 8 – новая кладка; 9 – штрабы; 10 – цементно-песчаный раствор; 11…13 – анкера Вышеуказанные способы разработаны для столбчатых и ленточных фундаментов на естественном основании. Сущность технологии заключается в устройстве уширений подошв существующих фундаментов с помощью дополнительных бетонных либо железобетонных элементов, соединенных с телом усиливаемого фундамента за счет анкеров. Один из вариантов данного усиления предусматривает сквозное пробуривание тела усиливаемого фундамента и устройство соединительных анкеров для обеспечения совместной работы конструкции усиления и существующего фундамента. В другом варианте монолитные бетонные приливы заводят под подошву существующего фундамента, образуя «зуб» [48, 49, 75].

Достоинством способов является увеличение несущей способности фундаментов за счет уширения подошвы и предохранение материала фундамента от дальнейшего разрушения. Однако, устройство подобных конструкций, особенно в условиях залегания под подошвами фундаментов слабых грунтов, может привести не к усилению, а к ухудшению состояния фундамента, поскольку существует два главных недостатка подобных способов усиления:

- включение элементов усиления в совместную работу с фундаментом происходит только после некоторой осадки основания, которая может длиться в течение продолжительного периода времени, т.е. в первое время элементы усиления являются лишь балластом;

- при выглублении грунта боковой засыпки в период производства работ основание существенно ослабляется, появляются зоны разуплотненного грунта и возможность выпора грунта из-под подошвы фундамента с последующими непрогнозируемыми деформациями.

2) Усиление фундаментов свайно-рамной конструкцией (рисунок 1.2).

Способ усиления свайно-рамной конструкцией предполагает пробивку отверстий в усиливаемых фундаментах и проводку через них усиливающих ригелей. Включение в работу свайно-рамной конструкции происходит за счет предварительного обжатия (например, домкратами) [48, 49, 75].

Рисунок 1.2. Усиление фундамента свайно-рамной конструкцией: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – сборная железобетонная свая; 3 – ригель; 4 – подкладка;

5 – стальные клинья; 6 – монолитная обвязка свай; 7 – бетон усиления Существенным недостатками данного способа усиления являются:

- практическая невозможность погружения сборных железобетонных свай изнутри существующего здания;

- при включении в работу конструкции усиления произойдет осадка усиливающих свай, что повлечет за собой образование зазоров между конструкциями и нарушение совместной работы.

3) Отчасти перечисленные недостатки компенсируются при усилении фундаментов способом вдавливания сваями типа «Мега» (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3. Усиление фундамента вдавливанием свай «Мега»: 1 – усиливаемый фундамент;

2 – распределительный элемент; 3 – домкрат; 4 – нижний элемент сваи; 5 – подпорка;

Сваи усиления многосекционные, секции последовательно стыкуют по мере вдавливания домкратом до той длины, при которой обеспечивается требуемое предельное сопротивление, либо достигается контрольная величина фактического отказа сваи. Упорным элементом домкрата служит подошва существующего фундамента, специальная упорная продольная железобетонная балка или инвентарное упорное устройство [75, 85].

Как разновидность данной технологии существует способ усиления, заключающийся в устройстве монолитной железобетонной плиты, закрепленной в теле усиливаемого фундамента. Для включения в работу в плите устраиваются отверстия, сквозь которые погружают секционные сваи, объединяемые после погружения с плитой.

Основные преимущества технологий вдавливания заключаются в:

- возможности определения несущей способности свай и прогноза деформации фундаментов;

- уплотнении грунта основания при погружении свай;

- отсутствии динамических воздействий на грунт.

Наиболее существенными недостатками таких способов являются: высокая стоимость работ; ограничения при выполнении работ в отдельных категориях грунтов; неопределенность относительно значения усилия, передаваемого на сваю перед включением ее в совместную работу с сооружением. Поскольку при усилении вдавливанием используют громоздкую систему гидравлических домкратов, возникает необходимость получения ускоренного затухания осадок усиливаемых свай, для чего усилие обжатия вдавливаемых свай домкратами на последней ступени должно в 1,5-2 раза превышать расчетную нагрузку. Учитывая кратковременный характер такого загружения, происходит затухание упругих перемещений. По мере дальнейшей эксплуатации могут возникать дополнительные осадки свай, связанные с пластической работой грунта в основании, что приведет к образованию зазоров между усиливающими элементами и фундаментом и непроектной работе конструкции усиления.

Примером данной ситуации может служить усиление фундаментов здания в г. Туле, рассмотренное П.А. Коноваловым [39]. В результате нарушения технологии сваи усиления, после сброса давления в домкратах, оказались не включены в работу в связи с наличием зазоров между «головами» свай и нижней поясной балкой здания.

4) Весьма часто при реконструкции зданий применяется способ усиления фундаментов буроинъекционными сваями [134]. Положительными сторонами данной технологии являются:

- исключение земляных работ, выполняемых вручную;

- использование малогабаритного оборудования при производстве работ, что актуально в стесненных условиях.

Недостатки технологии усиления буроинъекционными сваями - малая несущая способность свай; необходимость увеличенного армирования при усилении в слабых грунтах; сложность устройства надежного узла сопряжения усиливающей сваи и существующего фундамента.

Таким образом, известные способы усиления фундаментов зданий и сооружений можно объединить, в зависимости от реализованного подхода, в группы:

1 группа – предусматривающие изменение характеристик и свойств грунтов основания;

2 группа - направленные на изменение конструкции фундамента.

Перечисленные способы разработаны преимущественно для фундаментов мелкого заложения на естественном основании.

1.2. Анализ современных способов устройства свайных фундаментов В последнее время в строительстве зданий все более активно применяются свайные фундаменты. Изучению вопросов расчетов, проектирования, устройства и совершенствования свайных фундаментов посвящены работы Бартоломея А. А.

[9-11], Б. В. Бахолдина [12, 13], В. А. Веселова [17], И. В. Глушкова [21, 22], Н. М.

Дорошкевич [34, 35], В. А. Кондрашева [38], В. В. Лушникова [46, 67], Мангушева Р. А. [50], Н. С. Метелюка [52, 53], В. П. Петрухина [68, 70], Л. М.

Пешковского [71], А. В. Пилягина [72], В. А. Сернова [86, 136], В. И. Теличенко [101], Ю. Г. Трофименкова [124], Д. Ю Чунюка [133], N. Dallas [143] и других ученых. Исследованиями и совершенствованием фундаментов применительно к условиям Западно-Сибирского региона занимались И. Ф. Буланкин [16], А. А.

Луга [45], А. И. Полищук [74, 75], А. Н. Тетиор [103], В. М. Чикишев [132] и другие ученые.

В условиях Западной Сибири наибольшее распространение получили фундаменты с использованием двух основных видов свай:

1. Сборные железобетонные сваи и сваи-оболочки. Данные сваи погружаются преимущественно забивкой либо вибропогружением. По форме поперечного сечения сваи могут быть квадратные (применяются чаще всего), прямоугольные, тавровые, двутавровые и полые. В практике строительства используются как сваи с ненапрягаемой арматурой, так и предварительно напряженные. Существующие технологии позволяют изготовлять сваи сечением от 30х30 см до 45х45 см. Для увеличения длины сваи разработаны типовые узлы стыковки, позволяющие применять сваи длиной до 25 м [60].

Основными достоинствами сборных железобетонных свай являются:

- долговечность ствола сваи, поскольку арматура в сваях надежно защищена бетоном и практически не подвержена коррозии;

- при заводском изготовлении и контроле существенно ниже процент бракованных свай.

Недостатки железобетонных свай:

- относительно большая масса, в связи с чем требуется применение тяжелого кранового оборудования и мощных погружателей;

- недоиспользование сечения сваи по прочности ствола, что особенно характерно для условий Сибири, т.е. определяющим при расчетах по I-й группе предельных состояний будет являться условие обеспечения прочности сваи по грунту, что приводит к завышенному расходу материалов;

- затруднения при погружении в отдельных категориях грунтов.

2. Буронабивные железобетонные сваи. Применяются сваи сплошного сечения, полые круглого сечения, буронабивные с уплотненным забоем. Для повышения несущей способности буронабивные сваи могут изготавливаться с уширением диаметром до 5 м [60]. Преимуществами данного типа свай являются:

- возможность изготовления свай большой длины без устройства стыков;

- высокая несущая способность свай;

- отсутствие динамических воздействий при бурении;

- необходимость армирования ствола только на эксплуатационные нагрузки.

Вместе с тем, буровые сваи имеют и ряд недостатков:

- необходимость тщательного контроля при устройстве буровых свай, поскольку значительно возрастает вероятность наличия дефектов стволов;

- применение сложного дорогостоящего оборудования для бурения;

- необходимость обеспечения сохранности стенок скважин при бурении.

Расчет фундаментов производят по II-м группам предельных состояний. По I-й группе (обеспечение прочности и устойчивости основания и фундамента) рассчитывают несущую способность свай по материалу, по грунту на действие вертикальных и горизонтальных нагрузок устойчивость фундамента на действие сил пучения. Расчет по II-й группе предельных состояний предусматривает определение деформаций фундаментов (осадок, кренов, относительной разности осадок) и сопоставление их с предельно допустимыми величинами. Ростверки свайных фундаментов (за исключением плитных ростверков комбинированных свайно-плитных фундаментов) рассчитывают по прочности как железобетонные элементы. При определении несущей способности свай учитываются силы сопротивления под нижними концами свай, а также силы бокового сопротивления грунта. Работу ростверка по грунту при расчетах фундаментов не учитывают, за исключением свайно-плитных фундаментов.

После погружения «головы» свай объединяют монолитными железобетонными ростверками. Различают фундаменты с высокими и низкими ростверками.

Как правило, для устройства фундаментов зданий используются фундаменты с низкими ростверками, т.е. с подошвой, опирающейся на грунт.

Глубину заложения таких ростверков определяют из условия обеспечения устойчивости фундаментов на действие силам морозного пучения, а также из конструктивных требований (наличия подвалов, технологических процессов и т.

п). Возведение фундаментов с низким ростверком предусматривает:

- устройство котлованов в грунте c выполнением подготовки основания;

- бетонирование ростверков с опиранием подошвы на грунт основания;

- выполнение обратной засыпки пазух фундаментов.

Заглубление ростверков в грунт имеет свои преимущества и недостатки. К преимуществам можно отнести: возможность эксплуатации нижнего этажа без потери площади; лучшая работа фундамента на горизонтальные нагрузки за счет возникновения отпора грунта по боковой поверхности ростверка. Недостатками конструктивного решения фундамента с низким ростверком является:

повышенный расход материалов на устройство ростверков; большой объем земляных работ; необходимость дополнительной гидроизоляции бетона ростверков.

Главным недостатком свайных фундаментов, устраиваемых в Сибири, является отсутствие учета работы низкого ростверка по грунту, что объясняется:

отсутствием нормативной базы и практики проектирования свайных кустовых и ленточных фундаментов с ростверками, работающими по грунту; наличием слабых глинистых грунтов в верхних частях геологических разрезов, что минимизирует эффект от включения ростверка в работу фундамента и другими причинами.

В результате рассмотрения существующих способов устройства свайных фундаментов установлено следующее:

- в практике строительства в основном используются забивные сваи;

- при расчетах свайных фундаментов ролью ростверка в работе фундамента по грунту пренебрегают.

1.3. Экспериментальные и теоретические исследования совместной работы элементов фундаментов при их усилении и устройстве До настоящего время накоплен значительный теоретический опыт в исследовании совместной работы свай с ростверком. Разработана теория расчета свайно-плитных фундаментов. Применены на практике различные способы усиления путем передачи части усилий на элементы усиления через домкратные устройства. Решению проблем, связанных с усилением оснований и фундаментов, а также с процессами деформирования основания и взаимодействия свай и грунтов, посвящены работы многих ведущих советских и российских ученых.

специфических грунтах, а также способы усиления специфических грунтов оснований рассматривались Ю. М. Абелевым и М. Ю. Абелевым [1, 2].

Процессы деформирования основания реконструируемых зданий изучал С.

И. Алексеев [6]. Обобщением существующих способов усиления оснований и фундаментов в различных грунтовых условиях, а также разработкой новых способов усиления занимался Г. М. Бадьин [7, 8]. Для свайных фундаментов им рассмотрен способ усиления вдавливаемыми сваями.

Обширные исследования взаимодействия свай, ростверка и грунтового основания были произведены А.А. Бартоломеем. На основании опытных данных и теоретического анализа было установлено следующее:

1. При расстоянии между сваями, равным 3…4d (d – диаметр сваи), после некоторого уплотнения грунта под подошвами ростверков сваи и грунтовый массив можно рассматривать как единое целое.

2. Предложенная теория по расчету осадок свайных фундаментов может быть применена на практике для определения деформаций свайных фундаментов зданий и сооружений [9-11].

Теоретические и экспериментальные исследования процессов взаимодействия грунтов и забивных свай проводил Б. В. Бахолдин [12, 13]. На основе исследований автором была предложена методика расчетов свайных фундаментов.

Обзор ошибок при изысканиях, проектировании и устройстве фундаментов транспортных сооружений, а также способы устранения негативных последствий аварий фундаментов, приведен Н. М. Глотовым [60].

Б. И. Далматов выделял 3 группы основных приемов при устройстве свайных фундаментов:

1. Изменение условий передачи давлений на грунт. Способы данной группы предусматривают изменение условий передачи давлений на грунт основания при одно- и двухстороннем уширении подошв фундаментов, увеличении глубины заложения и пересадки фундамента на сваи.

2. Увеличение прочности кладки фундамента. В данной группе Б.И.

Далматов рассматривал способы инъецирования цементного раствора в кладку фундамента, устройство железобетонных или металлических обойм либо комбинацию способов.

3. Увеличение прочности грунтов основания закреплением [29…32].

Исследованием и практическим применением струйной технологии для укрепления оснований здания занимался Х. А. Джантимиров [33].

Часто задачи по усилению фундаментов приходилось решать с применением нетрадиционных способов усиления, в том числе с использованием домкратов.

Работами по усилению фундаментов аварийных зданий долгое время занимались Э. М. Гендель [20], Ю. В. Капунов [37], О. И. Лобов с соавт. [44], практиковавшие способы выравнивания зданий, получивших сверхнормативные крены. В 1983г. посредством домкратного подъема было произведено усиление пристроенной к многоэтажному жилому дому лифтовой шахты. Необходимость усиления была обусловлена ухудшением технического состояния пристроенной лифтовой шахты вследствие развития крена фундамента и отрыва стен шахты от стен основного здания. Причиной развития крена стало опирание фундаментной плиты на неоднородный насыпной грунт и локальное замачивание основания за счет технологических протечек. Ю. Ф. Капуновым были проведены восстановительные мероприятия, включавшие:

- фиксацию шахты за счет притяжки ее к основному зданию стальными тяжами;

- выемку грунта из-под подошвы фундамента на глубину 1,2м на захватках шириной 1,6м;

- подведение монолитной железобетонной плиты и установку 6-ти спаренных гидравлических домкратов ДГ-100-2, объединенных в единый контур с насосом;

- включение плиты в совместную работу с фундаментом за счет создания давления в системе домкратов и постепенной передачи нагрузки на новую монолитную плиту.

Усиление позволило устранить крен лифтовой шахты и обеспечить ее работоспособное состояние. Разработанный способ был рекомендован для восстановления вертикальности высотных сооружений, эксплуатируемых на просадочных грунтах и подрабатываемых территориях.

В 1985г. опубликованы материалы по усилению фундаментов 12-ти этажного здания общежития в г. Волгодонске. Необходимость усиления была обусловлена возникновением сверхнормативных осадок двух блок секций (до 520мм) и чрезмерному крену одной секции. Развитие сверхнормативных деформаций произошло вследствие изменения гидрогеологических условий территории и замачивания грунтов основания, относящихся к просадочным II типа. Э. М. Генделем совместно с Н. Е. Шило и сотрудниками ЦНИИЭП жилища был разработан проект усиления фундаментов и выправления крена. Для устранения негативных деформаций был применен способ задавливания стальных трубчатых свай под стены здания с помощью гидравлических домкратов.

Предусмотренная проектом технология усиления предусматривала следующие операции и этапы:

- подведение распределительных наддомкратных балок и устройство отверстий для свай в фундаментной плите;

- установку гидравлических домкратов типа ДГ-300 и вдаливание составных стальных свай на глубину 26-27м для получения предварительного усилия 3000кН;

- поэтапное выравнивание крена за счет одновременного включения в работу гидравлических домкратов.

Выполнение усиления позволило выровнять сверхнормативный крен и обеспечить стабилизацию фундаментов против развития дальнейших деформаций [20].

Усилением фундаментов зданий в г. Уфе занимались А. Л. Готман и Н. З.

Готман [27, 28]. Ими разработаны проекты усиления свайных фундаментов зданий с использованием технологий укрепления грунта и передачей нагрузок на буроинъекционные сваи.

Многочисленные исследования различных способов усиления фундаментов зданий и сооружений провел П.А. Коновалов [39 40]. Автором рассмотрены многочисленные примеры реализованных способов усиления оснований и фундаментов на практике. Особое внимание П.А. Коноваловым уделено состоянию оснований и фундаментов реконструируемых зданий. Рассмотрены причины, обуславливающие переход фундаментов зданий и сооружений в аварийное состояние, приведены наиболее характерные особенности способов усиления фундаментов.

Положительный опыт усиления непосредственно свайных фундаментов отражен в работе А. П. Малышкина [47]. Усиление свайного фундамента 5-ти этажного здания решено за счет подведения монолитной железобетонной плиты и перехода к комбинированному свайно-плитному фундаменту.

Особенности усиления фундаментов буроинъекционными сваями и сваями вдавливания, в том числе в условиях слабых грунтов г. Санкт-Петербурга, рассмотрены в работах П. А. Кравченко [42], Р.А. Мангушева [50].

Усиление свайных фундаментов в условиях Татарстана было предложено В.

Р. Мустакимовым [54]. Свайные фундаменты зданий усиливались за счет включения в работу буронабивных и буроинъекционных свай. Автором рекомендовано при усилении фундаментов отдавать предпочтение таким способам (среди большого разнообразия теоретических способов), которые прошли практическую апробацию.

Положительный опыт усиления свайных фундаментов с использованием буронабивных свай приведен А. Л. Невзоровым с соавторами. Применение буронабивных свай усиления позволило увеличить несущую способность свайного фундамента и произвести реконструкцию объекта.

Рассмотрением вопросов, связанных с усилением фундаментов зданий в грунтах г. Омска с помощью технологии вдавливания свай занимался А. С.

Нестеров [56].

Обширные исследования по оценке напряженно-деформированного состояния оснований и фундаментов реконструируемых зданий в условиях Западной Сибири были выполнены А. И. Полищуком. По результатам исследований установлено, что чаще всего разрушения и деформации фундаментов зданий и сооружений (в 42% случаев) происходят вследствие их неправильной эксплуатации. В 26% случаев причинами деформаций зданий и сооружений являются ошибки, допущенные при изысканиях и проектировании.

А.И. Полищуком разработана классификация существующих способов усиления фундаментов, предложены новые способы усиления фундаментов [74, 75]. А. И.

Мальгановым, В. С. Плевковым совместно с А. И. Полищуком разработаны альбомы типовых решений по усилению фундаментов зданий [48, 49].

Совершенствованием конструкций свай при усилении занимался А. Б.

Пономарев [77].

фундаментов и апробацией их в условиях Тюменского региона совместно занимались З. Г. Тер-Мартиросян, Я. А. Пронозин и Ю. В. Наумкина [102].

Проблемами усиления фундаментов зданий в г. Омске занимались И. М.

Ивасюк [36], Ю. В. Краснощеков [43], М. Я. Сапожников [83].

Исследования вопросов, связанных с реконструкцией зданий и сооружений в г. Санкт-Петербурге, на протяжении длительного времени производил В. М.

Улицкий. В качестве основных причин деформаций зданий им выделены:

- неравномерное уплотнение слабых грунтов;

- нарушение структуры грунтов при откачке воды, динамических воздействиях транспорта;

- повсеместное понижение уровня грунтовых вод вследствие их отвода и последующее гниение деревянных элементов фундаментов;

существующие;

- промерзание и оттаивание грунтов.

В. М. Улицким проанализированы различные способы усиления фундаментов, даны рекомендации проектировщикам [126]. При участии В. М.

Улицкого разработана типовая серия по усилению фундаментов зданий с использованием вдавливаемых свай [85].

Теоретический и экспериментальный анализ работы буроинъекционных свай совместно с усиливаемыми фундаментами мелкого заложения проводил Чу Туан Тхань [134].

Таким образом, до настоящего времени разработаны и внедрены в практику реконструкции множество разнообразных способов усиления оснований и фундаментов. При этом исследования производились в большей мере для фундаментов на естественном основании, поскольку: данный тип фундаментов в большей степени подвержен ухудшению технического состояния из-за особенностей работы основания и характеристик материалов; фундаменты из железобетонных забивных свай массово стали применяться относительно недавно и до настоящего времени полностью не исчерпали нормативный ресурс; не полностью изучены особенности долговременной работы свай в глинистых грунтах.

Несмотря на большой объем проведенных исследований, региональные Нормы по усилению свайных фундаментов для условий Западной Сибири до настоящего времени не разработаны. Подобные территориальные нормативнотехнические документы разработаны для условий строительства в Москве и Санкт-Петербурге. Согласно [51], для усиления свайных фундаментов, имеющих недостаточную несущую способность, используются те же сваи, которые используются для усиления фундаментов мелкого заложения: буронабивные, буровые, буроинъекционные, секционные, завинчиваемые, а также конструкции «стена в грунте».

Использование буронабивных и буровых свай предусмотрено при увеличении нагрузок и большой толщине слабых грунтов в основании.

Буроинъекционные сваи используются в тех же условиях, а также при невозможности частичной разборки существующих фундаментов и в стесненных условиях строительства. Могут применяться сваи из завинчиваемых стальных труб с приваренной арматурной спиралью, а также вдавливаемые сваи. Эти два вида свай позволяют избежать вибрационных воздействий на фундаменты и грунты основания при проведении работ по усилению.

Допускается использование буроинъекционных и вдавливаемых свай типа «Мега».

Таким образом, проведенный анализ показывает, что недостатками известных способов усиления оснований и фундаментов зданий являются:

отсутствие возможности контроля напряженно-деформированного состояния фундаментов на всех стадиях усиления;

- большая трудоемкость и стоимость работ по усилению;

- отсутствие методологии оценки работы основания разгружаемых свайных фундаментов;

- включение в работу конструкций усиления после отказа усиливаемой конструкции;

фундаментам;

- недостаточный практический опыт усиления свайных фундаментов.

Получившие в последнее время широкое распространение методы укрепления грунтов (в том числе химические) обладают в значительной степени меньшей эффективностью при их использовании для укрепления оснований свайных фундаментов, что обусловлено:

- необходимостью нагнетания закрепляющих растворов на большую глубину в грунт, уплотненный сваями;

- сложным процессом контроля за результатами усиления;

- отсутствием гарантированного эффекта укрепления в заданной области массива грунта.

Еще одним фактором неопределенности является изменение несущей способности свай в глинистых грунтах. Известно, что с течением времени несущая способность свай в глинистых грунтах может возрастать. Исследования в данном направлении проводились В. Н. Парамоновым совместно с Т. А.

Дунаевской [63], В. М. Улицким совместно с А. И. Осокиным [127]. Учитывая, что на территории Западной Сибири в значительной степени распространены глинистые грунты, остается открытым вопрос о критерии необходимости усиления свайного фундамента. То есть, отсутствуют рекомендации по аналитической оценке реальной несущей способности по грунту и потребности усиления свайных фундаментов эксплуатирующихся зданий. Если применительно к фундаментам мелкого заложения в нормативных документах [89, 95] указана возможность повышения расчетного сопротивления до 30%, то для свайных фундаментов такие данные отсутствуют. О необходимости усиления могут свидетельствовать внешние признаки, проявляющиеся в надземных конструкциях (крены, длительные незатухающие осадки и др.). Однако, необходимо достоверно определить, действительно ли данные дефекты проявились при эксплуатации, а не были получены зданием еще в период строительства, что не всегда бывает возможно. Соответственно, в случае реконструкции наиболее точно несущая способность и необходимость усиления свайных фундаментов может быть установлена статическими испытаниями свай, находящихся непосредственно в составе фундамента усиливаемого здания.

исследования и разработки способов усиления свайных фундаментов, обеспечивающих требуемый результат при учете специфики оснований с подготовкой соответствующих рекомендаций и методик расчета. Кроме того, требуется проведение дальнейших исследований нагруженных свай с целью уточнения методики определения допускаемых нагрузок на сваи при реконструкции зданий Ситуацию осложняет также и отсутствие достаточно полной нормативной базы по усилению свайных фундаментов.

1.4. Анализ исследований влияния низкого ростверка на работу свайного Исследования работы низкого ростверка по грунту начались практически сразу после внедрения свайных фундаментов в практику строительства зданий.

При этом выделилось два основных направления: исследование фундаментов, устроенных по классической технологии (т. е. выполнение ростверка на грунтовом основании), и разработка усовершенствованных видов свайных фундаментов, работающих стадийно.

Изучению вопросов, связанных с работой низкого ростверка по грунту для свайных фундаментов, устраиваемых по классической технологи, посвящены исследования А. А. Бартоломея [9-11], Б. В, Бахолдина [12], И. В. Глушкова [22], В. А. Кондрашева [38], Ю. В. Краснощекова [43], В. В. Лушникова [46], Г. Ф.

Пеньковского с соавторами [69], В. А. Сернова [86, 136], Д. Ю. Чунюка [133], А.

Б. Фадеева с соавторами [129], В.Д. Яблочкова [137-139].

По разным данным, полученным при натурных испытаниях на конкретных объектах, доля нагрузки, воспринимаемой ростверком, может составлять 16,6…22,2% (А. А. Бартоломей с соавт. [11]), 18…21% (Ю. В. Краснощеков [43]), 7…45% (И. В. Глушков [22]), 20...40% (Д. Ю. Чунюк [133]). Однако, по результатам исследований не было установлено, каким образом гарантированно получить эффект от работы низкого ростверка и обеспечить долговременную работу таких фундаментов.

Совершенствованием способов устройства свайных фундаментов с позиции регулирования усилий в ростверке, свае и грунте занимались В. В. Лушников совместно с: И. А. Марениновым [4]; Ю. Р. Оржеховским, М. В. Сметаниным, А.

С. Ярдяковым [67]; И. А. Маренинов [3]; Н. С. Метелюк [52]; В. П. Петрухин совместно с О. А. Шулятьевым, В. С. Лесницким, А. И. Харичкиным [70].

И. А. Марениновым в 1979г. [3] предложен способ устройства свайных фундаментов, предусматривающий перемещение свай после забивки и заполнения зазоров твердеющим раствором (рисунок 1.4).

В. В. Лушниковым совместно с И. А. Марениновым в 1982г. [4] разработан способ устройства свайных фундаментов с прокладками между сваей и ростверком из пластичного материала (рисунок 1.5).

Рисунок 1.4. Свайный фундамент, предложенный И. А. Марениновым:

В 2007г. В. В. Лушниковым (совместно с Ю. Р. Оржеховским, М. В.

Сметаниным, А. С. Ярдяковым) была предложена конструкция плитно-свайного фундамента [67], включающая сваи и железобетонную плиту или ростверк, демпфирующие прокладки между головами свай и железобетонной плитой или ростверком из легко деформируемого материала (рисунок 1.6).

Рисунок 1.5. Способ возведения свайного фундамента, предложенный В. В. Лушниковым и И. А. Марениновым: 1 – грунт; 2 – сваи; 3 – торцы свай; 5 – прокладки из пластичного материала (битума); 6 – ростверк; 7 – бетонная подготовка; 8 – скосы; 9 – зазор;

Демпфирующие прокладки из однородного по сжимаемости материала предусмотрены из экструдированного пенополистирола. Расчетная толщина демпфирующих прокладок принимается в пределах от 10мм до 60мм с увеличением в направлении от центральных и средних рядов свай к крайним рядам свай и угловым сваям с соотношением 1:2:3, или имеют одинаковую толщину в пределах от 10 до 60 мм, причем соотношение модуля деформации материала прокладок над головами средних рядов свай, крайних рядов свай и над угловыми сваями принимается как 3:2:1 [62].

Толщину демпфирующей прокладки определяют из соотношения:

где Sсв.ф - осадка свайного фундамента без учета сжатия прокладок, м;

Sпр.max - максимальная осадка от сжатия прокладок над сваями, м;

p - среднее давление на грунт по подошве плиты в месте опирания на несжимаемый грунт, МПа;

L - размер железобетонной плиты в плане, м;

(S/L)u - предельная величина относительной разности осадок;

Ео - модуль деформации материала прокладки в месте опирания на несжимаемый грунт.

Применение в конструкции В. В. Лушникова относительно прочного экструдированного пенополистирола позволяет полностью сохранить заданную начальную высоту прокладок о при относительно небольших нагрузках, возникающих при бетонировании железобетонной плиты или ростверка. Кроме того, изготовлением прокладок со строго параллельными поверхностями обеспечивается надежное качество контакта голов свай с железобетонной плитой или ростверком после образования полной осадки плиты или ростверка [62].

Рисунок 1.6. Плитно-свайный фундамент В. В. Лушникова: а) схема в плане; б) разрез;

1 – плита; 2 – центральные сваи; 3 – крайние сваи; 4 – угловые сваи; 5, 6 – прокладки;

Предложенные в результате этих работ конструктивные решения в большей степени применимы к комбинированным свайно-плитным фундаментам и нуждаются в уточнении применительно к кустовым и ленточным. В частности:

недостаточно изучены характеристики материала прокладки в условиях предельного обжатия; отсутствует защита демпфирующей прокладки от смещений и повреждений при производстве работ; усложненная методика расчета фундамента, связанная с подбором прокладок разной толщины и учетом изгиба плиты; неполная передача усилий на сваю при деформациях прокладки 80-90% и др..

Малая применимость разработанных способов устройства свайных фундаментов и неучет роли ростверка при определении несущей способности фундаментов связаны с недостаточным отражением методик расчета в действующих нормативных документах, обеспечивающих надежность применения современных технологий при разработке проектных решений.

Проблема включения ростверка в совместную работу со сваями нашла отражение в нормативных документах относительно недавно. В нормах 1985г.

[90] отсутствовали положения по совместному расчету свай с ростверком на действие вертикальных усилий. Расчет фундамента по деформациям предусмотрен как для условного фундамента на естественном основании также без учета включения ростверка.

В своде правил 2003г. [98] предусмотрен расчет комбинированных свайноплитных (КСП) фундаментов, т.е. свайных фундаментов с низким ростверком, опирающимся на грунт. Указано, что при включении ростверка в работу фундамента, сваи воспринимают приблизительно 85 % общей нагрузки на фундамент, а 15 % нагрузки воспринимаются плитой ростверка. Рекомендовано принимать длину свай в пределах от половины до полной ширины фундамента, расстояние между осями свай (5…7) диаметра сваи.

Жесткость всех свай определяют исходя из жесткости одиночной сваи, равной отношению нагрузки на сваю к ее осадке. Учитывается также коэффициент увеличения осадки. При расчете жесткости ростверка учитывают средний модуль деформации до глубины, равной ширине фундамента, и коэффициент Пуассона грунта. Общая жесткость фундамента соответствует сумме жесткостей свай и ростверка.

В актуализированной редакции Норм 2011г. [96] предусмотрен расчет КСП фундамента посредством учета коэффициента упругого отпора грунта.

Устройство подобных фундаментов рекомендуется в основаниях, сложенных песчаными грунтами (средней плотности и плотными) и глинистыми с показателем текучести IL < 0,5.

Конструирование свайного фундамента, в том числе и КСП фундамента, предполагает заложение подошвы свайного ростверка зданий в зависимости от конструктивных решений подземной части, планировки территории, расчетной высоты ростверка и наличия пучинистых грунтов в верхней толще. При устройстве свайных фундаментов в пучинистых грунтах подошву располагают в зависимости от теплового режима здания. В подавляющем большинстве случаев бетонирование ростверка производится непосредственно по грунту. При этом, как правило, под подошву ростверка устраивают подготовку в виде слоя щебня, песка или тощего бетона.

После устройства фундаментов производят монтаж вышележащих конструкций. Таким образом, при устройстве свайных фундаментов вертикальные нагрузки начинают передаваться не только на сваи, но и на грунт под подошвой ростверка. При этом степень включения ростверка остается неучтенной в запас прочности фундамента.

Опыт обследований зданий показывает, что со временем между подошвой ростверка и грунтом могут образовываться зазоры и неплотности. Это может быть вызвано изменением уровня грунтовых вод, самоуплотнением грунта, влиянием бокового пригруза. Тем самым, даже если изначально ростверк воспринимал определенную долю нагрузки за счет бетонирования по грунту, по прошествии некоторого времени все усилия могут передаваться только на сваи. Не исключено возникновение подобной ситуации и с комбинированными свайно-плитными фундаментами, в которых несущая способность ростверка уже учтена при расчетах. Положения по учету работы ростверка для ленточных и кустовых свайных фундаментов в нормативных документах отсутствуют. Приведенные рекомендации по устройству КСП фундаментов в основаниях, сложенных песчаными грунтами (средней плотности и плотными) и глинистыми с показателем текучести IL < 0,5 редко применимы в условиях Западной Сибири ввиду характерных особенностей сложения оснований (залегания под ростверками грунтов с показателем текучести IL > 0,5).

1. В результате анализа экспериментально-теоретических исследований установлены причины, обуславливающие необходимость усиления свайных кустовых фундаментов зданий. Одной из основных причин является недостаточная несущая способность свайного фундамента по грунту.

2. Существующие способы усиления направлены на изменение состояния основания фундаментов либо изменение конструкции фундамента. Традиционные способы усиления разработаны преимущественно для усиления фундаментов на естественном основании. Реализация существующих способов для усиления свайных кустовых фундаментов затруднительна, а в отдельных грунтовых усовершенствованного способа усиления свайных кустовых фундаментов, позволяющего увеличить несущую способность фундамента реконструируемых (восстанавливаемых) зданий в глинистых грунтах.

3. В условиях Западной Сибири наибольшее распространение получили свайные фундаменты зданий с использованием забивных железобетонных свай.

Применительно к кустовым свайным фундаментам несущая способность ростверков по грунту при проектировании остается неучтенной.

4. Разработка инженерного метода расчета усиливаемого кустового свайного фундамента при реконструкции зданий требует проведения теоретических и экспериментальных исследований, которые позволят выявить действительный характер работы усиливаемых фундаментов совместно с основанием.

5. Существующие нормативные источники предусматривают учет работы ростверка по грунту только для комбинированных свайно-плитных фундаментов.

Для кустовых свайных фундаментов зданий и сооружений отсутствует методика учета совместной работы свай с ростверком по грунту, т.е. при проектировании фундаментов заранее закладываются неиспользуемые резервы несущей способности. Действующими нормами проектирования не предусматривается специальных мероприятий и технологий по обеспечению долговременной надежной работы фундамента с ростверком, работающим по грунту. Необходимо проведение исследований и разработка усовершенствованных конструктивных решений и методов расчета свайных кустовых фундаментов для условий нового строительства.

6. До настоящего времени в достаточной степени не изучен процесс разгрузки свай, длительное время находящихся под нагрузкой. Отсутствие сведений об этом процессе не позволяет спрогнозировать поведение усиливаемого фундамента в эксплуатационной стадии.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ ЭЛЕМЕНТОВ

КУСТОВЫХ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ПРИ УСИЛЕНИИ В

ГЛИНИСТЫХ ГРУНТАХ

2.1. Анализ инженерно-геологических условий Западной Сибири на Исследования свайных фундаментов выполняются с учетом их работы в глинистых грунтах. Для определения преобладающих грунтовых условий, оценки свойств и специфических особенностей грунтовой среды произведен обобщенный анализ инженерно-геологических условий территории Прииртышья, в особенности города Омска, поскольку исследуемая территория характеризуется обширным распространением глинистых грунтов в различном состоянии. При этом выявлено характерное сложение грунтов в инженерно-геологических разрезах, оценено положение уровня грунтовых вод, наличие специфических грунтов, приведены характеристики основных инженерно-геологических элементов. Обобщенный анализ выполнен с целью определения направления дальнейших экспериментально-теоретических исследований. Анализ выполнялся применительно к грунтам, находящихся в пределах глубины 15…20 м, т.е.

попадающим в границы активной зоны ростверков, работающих по грунту.

Активное изучение и систематизация грунтовых условий региона были начаты в 1950г. в связи с интенсивной застройкой городских территорий. С течением времени было составлено несколько инженерно-геологических карт различного масштаба. Накоплен обширный фонд архивных материалов, постоянно пополняемый в ходе выполнения новых изысканий. Материалы архива крупнейшей изыскательской организации ОАО «ОмскТИСИЗ» легли в основу обобщения грунтовых условий Омска и Омской области.

По условиям формирования рельефа с учетом современных геологических процессов в пределах исследуемой территории выделены следующие геоморфологические элементы:

I. Водораздельная равнина. Элемент развит в северной и восточной частях г.

Омска, характеризуется плоскоравнинным рельефом.

II. Пологонаклонные и сниженные участки водораздельной равнины.

III. Долины рек Иртыша и Оми: пойма, обнаженный цоколь надпойменных террас, первая и вторая надпойменная терраса [81].

В строении территории Омска и Омской области в пределах зоны воздействия зданий и сооружений принимают участие четвертичные и неогеновые отложения (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1. Геологическое строение Омска и Омской области Большую часть территории города (более 80% площади) покрывают искусственные грунты. Среди насыпных слоев выделяются грунты культурного слоя, насыпной грунт инженерных сооружений, отходы производств и свалки грунтов. Состав насыпных грунтов смешанный, представлен почвой, суглинком, мусором и древесными отходами. Мощность насыпного слоя находится в пределах 0,5…1,0 м, в исторической части города (в Центральном округе улица Ленина, проспект Карла Маркса, 10 лет Октября) мощность насыпных слоев достигает 3,0 м. В Ленинском округе располагаются насыпные грунты, примененные для засыпки существовавших ранее озер, мощность слоев засыпки до 9,0 м. Кроме того, насыпные грунты большой мощностью слоя (до 8,0 м) представлены на территории застройки бывшего Сибзавода в Центральном округе [81, 106].

На территории города распространен еще один тип современных отложений – намывные грунты. Данные грунты локализованы на трех основных площадках.

Первая площадка располагается в Ленинском административном округе в пределах улиц Масленникова – Серова. По составу намывные грунты представлены песком преимущественно мелким, с мелкой галькой, пески средней плотности. Мощность намывного грунта в среднем около 3,0 м, местами зафиксирована мощность до 6,0 м. Гидронамыв производился в начале 60-х гг.

прошлого века.

Вторая площадка расположена в Центральном округе в пределах улиц Фрунзе, Кемеровская и Волочаевская. Намывной песок разной крупности с преобладанием мелких песков средней плотности. Мощность намывных слоев в среднем составляет 4,5 м [81]. Третья площадка – участок строительства микрорайона №6 в Кировском округе на левом берегу реки Иртыш. Преобладают мелкие водонасыщенные пески, встречаются примеси крупного песка, суглинка и супеси. Мощность намывных слоев в среднем 3,0 м. Согласно [125], мощность намывных грунтов достигает 7,0 м.

Таким образом, современные насыпные и намывные грунты покрывают как застроенные территории, так и перспективные с точки зрения будущего строительства.

Русловые отложения рек в основном песчанистые и гравийные с линзами суглинков и илов. Низкая пойма развита вдоль берегов Иртыша и Оми в виде узкой полосы (шириной до 100 м), заливаемой в период паводка. В верхней части грунтового разреза преобладают суглинки текучепластичные, подстилаемые песчаными водонасыщенными грунтами. Высокая пойма выделяется на высоте 4,0…7,0 м над уровнем воды. Особенно четко она развита на левом берегу реки Иртыш в Кировском округе, где ее ширина достигает 1500 м. С поверхности пойма заболочена, частично перекрыта намывными грунтами указанных выше площадок. В верхней части разреза преобладают глины мягко- и текучепластичные, ниже – суглинки, супеси и пески. Местами отмечается заторфованность грунтов [81, 125].

В пределах пойм, на данном этапе территориально-пространственного развития города, активного строительства не производится. Это объясняется, в том числе, и сложными геологическими условиями, и прогнозируемым подъемом уровня воды реки Иртыш после строительства гидроузла.

Первая надпойменная терраса Иртыша развита на правом берегу шириной от 200 м на Севере до 2000 м на Юге. На левом берегу она протягивается в виде узкой полосы шириной 100…400 м. Состав грунтов преимущественно суглинисто-супесчанистый. Соотношение песков, супесей и суглинков составляют соответственно 19%, 30% и 50%. Пески преобладают средней крупности и мелкие [81, 107, 110, 111].

Покровные отложения весьма широко развиты на территории города.

Мощность покровных отложений до 10,0 м. Данные отложения представлены, в основном, однородными супесями и суглинками. Среди покровных отложений встречаются просадочные грунты (особенно на Левобережье мощностью до 5, м). В северо-западной и центральной части города на правом берегу распространены просадочные супеси и суглинки средней мощностью 2,0…2,5 м [81, 108, 112].

Вторая надпойменная терраса располагается в виде полосы шириной 200…1500 м вдоль правого берега Иртыша. Левобережье практически полностью занято территорией второй надпойменной террасы. В составе грунтовой толщи преимущественно линзы в суглинках. Отложения второй надпойменной террасы значительно обводнены [81, 125].

Кочковская свита развита исключительно на Правобережье Иртыша. На 64% кочковская свита представлена глинами, на 33% - суглинками. Грунты в основном плотные, с многочисленными включениями известняково-мергелистых конкреций.

Павлодарская свита развита по обоим берегам Иртыша и преимущественно (на 84%) состоит из глин. Глины плотные жирные, местами алевритовые.

Незначительную часть свиты представляют суглинки (14%), супеси встречаются в виде прослоев [81, 108].

Таволжанская свита встречается на водоразделе и в долинах рек, местами отложения размыты. Свита сложена преимущественно тонкодисперсными глинами (на 60%), на 40% разрез составляют суглинки. Для грунтов характерно переслаивание, наличие гнезд известково-мергелистых конкреций. Максимальная мощность свиты до 40,0 м, мощность ее увеличивается к юго-восточному направлению по мере отдаления от Иртыша [81, 109].

Абросимовская свита развита на исследуемой территории повсеместно, для отложений характерно частое переслаивание грунтов. В верхней части разреза преобладают суглинки и глины, в нижней части – суглинки и супеси. Для отложений характерна горизонтальная слоистость. Отложения вскрыты в долинах рек с максимальной мощностью до 50,0 м [81].

В гидрогеологическом отношении исследуемая территория расположена в пределах Иртышского артезианского бассейна. В вертикальном разрезе выделяются 5 гидрогеологических комплексов, слагающих 2 гидрогеологических этажа [81].

Самая верхняя часть первого водоносного комплекса находится под влиянием техногенной деятельности человека и характеризуется нарушением режима. К данной части относятся безнапорные воды четвертичных отложений.

При классификации водоносных слоев сверху вниз выделяются:

Встречаются по всей территории города. Данные воды имеют тенденцию к повышению уровня и увеличению по площади. Воды характеризуются искусственным режимом, зависящим от источника подтопления. Уровень вод в техногенных отложениях в среднем фиксируется на отметке -3,0 м от поверхности земли.

2. Воды пойменных террас. Мощность водоносного горизонта данных вод составляет 2,9...10,5 м. Водам пойменных отложений свойственен приречный режим, характеризующийся гидравлической связью с уровнем рек. Средний статический уровень отмечается на глубине около 5,0 м от поверхности земли.

Осредненная годовая амплитуда колебаний составляет 1,8 м.

3. Воды I-й надпойменной террасы. Водоносный горизонт разной мощности от 1,7м до 5,7м. Уровень подземных вод в среднем на глубине 5,0 м от поверхности земли. Характерен террасовый режим. Питание происходит за счет притока со склонов, инфильтрации атмосферных осадков.

4. Воды покровных отложений. Водовмещающими грунтами являются суглинки и супеси. Уровень подземных вод в среднем фиксируется на глубине 3, м, на подтопленных участках уровень вод зафиксирован на глубинах 0,1...0,15 м (район Старого Кировска).

5. Воды II-й надпойменной террасы преимущественно распространены на распространение. Мощность водоносного горизонта в среднем 5,4 м. Уровень грунтовых вод в среднем залегает на глубине 3,0м. Годовая амплитуда колебаний в среднем 1,2 м.

6. Воды свит неогеновой системы. Воды кочковской, павлодарской, таволжанской и абросимовской свит в основном напорные, приурочены к линзам песков, супесей и суглинков. Питание осуществляется за счет бокового притока, инфильтрации вод через покровные отложения в местах гидравлических окон [81, 125].

Следует отметить, что наблюдения за уровнем подземных вод на территории города Омска свидетельствуют о тенденции общего постепенного подъема уровня воды, особенно на застраиваемых площадках. Кроме того, в связи со строительством Красногорского гидроузла, предназначенного для регулирования уровня воды в реке Иртыш, прогнозируется подъем уровня воды в реке Иртыш и на гидравлически связанных с ним площадках города. Это также приведет к затоплению прибрежных территорий и затруднениям при строительстве на них.

Кроме того, по данным О. В. Тюменцевой [125], водонасыщение грунтов приводит к снижению их физико-механических характеристик в 1,5…2 раза. В частности, удельное сцепление уменьшается на 17…24% для суглинков, для супесей сцепление снижено до нуля.

Анализ физико-механических характеристик грунтов.

Намывные грунты представлены песками преимущественно мелкими, средней плотности водонасыщенными. Пески характеризуются неоднородным составом, большим разбросом показателей физико-механических характеристик.

Процесс самоуплотнения песков во времени завершен. Насыпные грунты также имеют смешанный неоднородный состав, характеризуются неравномерной плотностью и сжимаемостью [81, 104, 106]. Территории, покрытые намывными грунтами, были частичной застроены. При строительстве применялись как фундаменты мелкого заложения, так и свайные.

Для грунтов пойменных террас характерна изменчивость по глубине. В верхней части разреза залегают глины, ниже – супеси и суглинки. Консистенция изменяется от туго- до текучепластичной. До настоящего времени строительство на данных грунтах велось в ограниченном объеме.

Грунты первой надпойменной террасы представлены по обоим берегам Иртыша, в основном, суглинками и супесями. Консистенция суглинков преимущественно мягкопластичная (43%) и тугопластичная (31%). Для супесей характерно в большей степени пластичное состояние (89%), в твердом состоянии – 11% супесей. Мощность отложений в среднем составляет около 17 м [81].

Грунты покровных отложений распространены на сниженных участках равнин, в основном на правобережье. Мощность находится в интервале 0,5...10, м. Грунты представлены, как правило, суглинками легкими и супесями. Местами лессовидные грунты покровных отложений обладают просадочными свойствами (Кировский округ, Советский округ в северо-западной части, центральная часть Ленинского округа). Консистенция грунтов в местах пониженного уровня грунтовых вод твердая и полутвердая, в местах высокого уровня подземных вод – преимущественно мягко- и текучепластичная. Покровные отложения характеризуются сравнительной однородностью на больших площадях [81, 111, 112].

Грунты второй надпойменной террасы преобладают на левобережье. В толще грунтов преобладают суглинки (62%). Супеси (21%) не выдержаны по мощности, образуя прослойки. Для суглинков наиболее характерна мягкопластичная (43%) и тугопластичная (25%) консистенция, в текучепластичном состоянии находится 18% суглинков, в твердом и полутвердом состоянии – 14%. Среди супесей преимущественное положение занимают пластичные (93%) [81, 105, 110, 111].

Кочковская свита представлена в основном (на 64%) глинами, среди которых в твердом состоянии 9%, в полутвердом – 32%, тугопластичном состоянии – 23%. Глины легкие с высокой пористостью. Суглинки составляют 34% общего объема грунтов и преимущественно находятся в тугопластичном состоянии.

Грунты павлодарской свиты в подавляющем большинстве представлены глинами (84%), находящимися в твердом и полутвердом состоянии (39% и 38% соответственно). Суглинки составляют 15% общего объема грунтов и имеют преимущественно тугопластичное состояние. Для грунтов павлодарской свиты характерны относительно высокие показатели механических свойств грунтов, выдержанность показателей на больших площадях [81, 125, 108-112].

Таволжанская свита представлена глинами (57%) и суглинками (22%), находящимися в твердом и полутвердом состоянии. Для таволжанских грунтов характерны переслоения и наличие мергелистых конкреций.

Характеристики грунтов абросимовской свиты изучены до глубины 30м.

Литологические разности представлены глинами, суглинками, супесями с неравномерным переслаиванием пород. Преобладающее состояние суглинков тугопластичное, глин – полутвердое и твердое. Результаты изысканий свидетельствуют, что грунты в литологических разрезах однородны по толще и составу [81, 104, 106-109, 114].

Анализ специфических грунтов и физико-геологических процессов.

На территории Омска и области весьма обширное распространение получили специфические грунты, среди которых выделяются просадочные и набухающие.

Просадочность в большей степени проявляется на левобережье на второй надпойменной террасе. Максимальная мощность просадочных слоев достигает 5, м, средняя мощность 2,8 м. На правом берегу Иртыша просадочные грунты распространены в южной части, в северной части Советского округа а также на территории поселка «Московка». Просадочные грунты характеризуются I-м типом просадочности [81]. При замачивании происходит снижение механических свойств грунтов в несколько раз. Кроме того, для данных грунтов опасно неравномерное замачивание, поскольку в данном случае возможны последующие неравномерные деформации сооружений вплоть до нарушения работоспособного состояния. Ввиду относительно небольшой мощности просадочных слоев на территории города наиболее эффективным способом нейтрализации влияния просадочных свойств является использование свайных фундаментов для прорезки просадочных слоев.

Набухающие грунты (от слабо- до сильнонабухающих) встречаются на отдельных участках водораздельной равнины в твердых и полутвердых глинах и суглинках таволжанской свиты неогена. Как правило, набухающие грунты перекрыты вышележащими отложениями, предохраняющими их от замачивания и реализации набухающих свойств [81].

Одним из наиболее опасных свойств грунтов Омска и Омской области является морозная пучинистость. Процесс морозного пучения обусловлен преимущественно глинистым составом грунтов, высоким уровнем грунтовых вод и относительно большой глубиной промерзания. Морозное пучение выражается в неравномерном увеличении грунта в объеме и в дальнейшем неравномерном оседании при оттаивании, что может негативно отразиться на техническом нейтрализации влияния сил пучения необходимо заглублять подошвы ростверков ниже глубины сезонного промерзания (с учетом теплового режима зданий), либо выполнять утепление фундаментов.

оврагообразования. Мелкие оползни развиты в бортах молодых оврагов и на отдельных участках склонов Оми. Зафиксированы два типа оползней – древние и Оврагообразованию подвержены наиболее крутые склоны Оми и отдельные участки по правому берегу Иртыша [81]. Большинство оврагов переживает стадию стабилизации. В настоящее время береговые территории реки Омь постепенно начинают застраиваться.

Инженерно-геологическое районирование Омска.

Территория г. Омска располагается на границе двух инженерногеологических областей: водораздельной Западно-Барабинской равнины (А) и области долины Иртыша (Б). В зависимости от типа сложения грунтов в пределах областей выделено два (А-I, A-II) и пять (Б-I…Б-V) характерных районов соответственно. Районы также разделяются на подрайоны, отличающиеся характерными инженерно-геологическими условиями [81]. Ниже приведены основные характеристики выделенных областей, районов и подрайонов (рисунок 2.2).

В территориальном отношении занимает практически весь правый берег реки Иртыш (4 административных округа г. Омска). Территория сложена преимущественно отложениями кочковской, таволжанской и павлодарской свит, перекрытых с поверхности элювиально-делювиальными отложениями.

Район А-I. Условно определяется границами выклинивания грунтов кочковской свиты. Характеризуется глубиной залегания грунтовых вод около 2, м от поверхности земли, а также наличием насыпных отложений средней мощностью 2,0…3,0 м. На территории района встречаются просадочные грунты мощностью до 2,5 м.

Рисунок 2.2. Инженерно-геологическое районирование территории г. Омска Литологический разрез на территории подрайона А-I-1 представлен суглинками полутвердыми и тугопластичными (до 10,0 м), подстилаемыми мягкопластичными суглинками. Для подрайона А-I-2 характерно залегание с поверхности покровных супесей мощностью до 4,0 м, находящихся в пластичном состоянии. В подрайоне А-I-3 с поверхности наблюдаются песчаные грунты мощностью до 3,0 м, подстилаемые твердыми и полутвердыми суглинками [81, 104, 106].

Район А-II. К данному району относятся территории административных районов правого берега Иртыша. Для района характерно практически повсеместное перекрытие коренных слоев насыпными грунтами мощностью в среднем 3,0 м. На территории района возможно проявление набухающих свойств грунтов [114].

мощностью 1,0...2,0 м, ниже – глинами и суглинками павлодарской свиты. Для подрайона А-II-2 характерно наличие покровного слоя супесей с линзами песков, максимальная мощность покровных отложений 6,0 м. Подрайоны А-II-3 и А-II- сложены с поверхности соответственно таволжанскими и павлодарскими суглинками и глинами. Преимущественная глубина залегания подземных вод на территории всех подрайонов 2,0 м от поверхности земли, на незастроенных участках подземные воды на глубине 4,0...5,0 м [114].

Область Б. Занимает порядка 30% площади городской территории, охватывая частично территории всех административных округов. Территория сложена преимущественно суглинками, в меньшей степени присутствуют глины, имеются прослойки супесей.

Район Б-I. К данному району относятся территории города, приуроченные ко II-й надпойменной террасе г. Омска, что характерно для Левобережья Иртыша.

Во всех подрайонах встречаются насыпные грунты. На большей части с поверхности развит слой просадочных суглинков. Уровень подземных вод преимущественно на глубине 2,0 м от поверхности земли, на малозастроенных территориях уровень подземных вод на глубине 5,0 м [81, 108-110].

Подрайон Б-I-1 сложен с поверхности пластичными супесями средней мощностью 2,0 м. Супеси подстилаются суглинками мягко- и тугопластичной консистенции мощностью до 7,0 м. Подрайон Б-I-2 отличается тем, что в пределах глубины до 15,0 м в верхней части разреза залегают суглинки преимущественно мягкопластичной консистенции. В подрайоне Б-I-3 верхняя часть геологического разреза сложена твердыми и полутвердыми просадочными текучепластичными суглинками.

Район Б-II. Данный район включает территорию I-й надпойменной террасы Иртыша на правом берегу. Подрайон Б-II-1 сложен аллювиальными супесями с линзами песков, подстилаемыми суглинками и глинами таволжанской свиты. В подрайоне Б-II-2 в верхней части разреза наблюдается переслаивание суглинков и мягкопластичных супесей [81, 108-110].

Район Б-III занимают грунты обнаженного цоколя II-й надпойменной террасы. Это небольшие по площади участки в северной части Советского округа и частично Кировского округа. Геологическое строение характеризуется выходом твердых и полутвердых суглинков и глин на отметки, близкие к поверхности земли [106].

К району Б-IV относятся территории, приуроченные к высоким пойменным террасам Иртыша. Наиболее широко площадки развиты на левобережье Иртыша.

В геологическом разрезе участвуют иловатые глины (преимущественно в верхних частях разрезов), суглинки и пески.

Для подрайона Б-IV-1 характерно переслаивание суглинков, супесей и глин до глубины 10,0 м. Грунты чаще всего мягко- и текучепластичной консистенции.

Подрайон Б-IV-2 сложен в верхней части иловатыми глинами и суглинками мягкопластичными с линзами и прослоями песков. Подрайон Б-IV- характеризуется наличием пластичных супесей, мягкопластичных суглинков и тугопластичных глин на глубину более 20,0 м [81, 106-110].

Район Б-V занимают территории, занятые низкой поймой Иртыша.

Литологический разрез представлен переслоением суглинков, супесей и глин.

Определено преимущественно мягкопластичное состояние грунтов. В основании разреза как правило залегают пески. Вследствие ежегодного затопления активное строительство на данной территории не ведется.

«ОмскТИСИЗ» [81] установлены основные характеристики региональных грунтов на различных площадках, представленные в таблице 2.1.

Осредненные показатели физико-механических свойств грунтов г. Омска Песок намывной пылеватый, влажный и водонасыщенный Песок мелкий и пылеватый средней плотности Песок средней крупности средней плотности водонасыщенный Песок мелкий средней плотности водонасыщенный