Здания на просадочных грунтах, на подрабатываемых и карстовых территориях

К просадочным грунтам относят грунты с крупнопористой структурой, которые, находясь в напряженном состоянии под действием внешней нагруз­ки или нагрузки от собственного веса, при замачивании уплотняются и дают дополнительную деформацию - просадку. Просадочными свойствами обла­дают в основном лессы, лессовидные супеси, глинистые и насыпные грунты.

Подрабатываемые территории формируются в зонах выемки полезных ископаемых поземным способом. В результате в образовавшиеся полости смешаются покрывающие их толщи пород, а на земной поверхности обра­зуются впадины, так называемые мульды сдвижения. Деформации земной поверхности могут также проявляться в виде провалов, уступов, трещин или в виде плавных оседаний.

Неравномерная просадка грунта вызывает деформации фундаментных и наземных конструкций, которая проявляется в виде трещин в сплошных конструкциях и смещения элементов в стыках и соединениях конструкций здания, могущих вызвать обрушение зданий. Особо чувствительны к не­равномерным осадкам здания с жестким каркасом и крупнопанельные.

Для обеспечения требуемой эксплуатационной пригодности зданий на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах предусматривают:

• планировочные мероприятия;
• конструктивные меры защиты зданий и сооружений - используют конструктивные схемы зданий с повышенной пространственной жестко­стью и прочностью, которые малочувствительны к неравномерным дефор­мациям основания;
• мероприятия, снижающие неравномерную осадку и устраняющие крены зданий и сооружений с применением различных методов их вырав­нивания - снижают просадочные свойства грунтов, уплотняя его трамбова­нием, грунтовыми сваями, предварительным замачиванием и т.п.;
• меры защиты, предусматривающие определенный порядок проведе­ния горных работ, снижающий деформации земной поверхности;
• инженерную подготовку строительных площадок, снижающую не­равномерность деформаций основания;
• водозащитные мероприятия на территориях, сложенных просадоч­ными грунтами - предохраняют грунты основания от замачивания путем отвода поверхностных вод, устройства водонепроницаемых отмосток и подготовок под полы, устранения течи трубопроводов;
• ликвидацию (тампонаж, закладку и т.п.) пустот старых горных пород выработок, находящихся на глубине до 80 м, выявленных в процессе изы­скательских работ;
• мероприятия, обеспечивающие нормальную эксплуатацию наружных и внутренних инженерных сетей, лифтов и другого инженерного и техноло­гического оборудования в период проявления неравномерных деформаций основания.

Выбор конкретного мероприятия определяется видом грунтов, воз­можной величиной просадки, конструктивной особенностью здания и усло­виями его эксплуатации.

Одними из основных способов учета неравномерных осадок на слож­ных грунтовых условиях является устройство осадочных швов с разрезкой здания на отдельные блоки. Прочность и жесткость зданий повышают кон­структивными мерами, налример дополнительным армированием конст­рукций, увеличением площадей опирания сборных элементов, устройством стыков, равнопрочных с соединяемыми элементами, усилением стен непре­рывными армированными поясами и т.д. В случае, если по расчету повы­шение жесткости здания оказывается недостаточным, принимают гибкие конструктивные схемы, например конструкции перекрытия и покрытия шарнирно связывают с колоннами и стенами, а просадки отдельных эле­ментов выправляют с помощью домкратов.

Дополнительные усилия в конструкциях, возникающие вследствие просадки и сдвижки грунтов, могут быть снижены при проектировании ориентацией зданий в плане под прямым углом к направлению смещения грунтов, облегчением массы зданий и симметричным ее распределением, разбивкой длинных и сложных по форме зданий осадочным швами.

Для зданий с жесткой конструктивной схемой - здания с продольны­ми и поперечными кирпичными стенами, крупнопанельные здания - од­ним из основных требований является обеспечение работы здания при вынужденных деформациях как единого целого, без взаимных перемеще­ний элементов и проявления в них остаточных деформаций. С этой целью элементы дополнительно усиливают - вводят вертикальные и горизон­тальные связи, армированные пояса, уменьшают заглубление и поверхно­сти контакта фундаментов с грунтом, применяют зауженные фундаменты и искусственные основания. Немаловажным мероприятием является обес­печение работы перекрытий и покрытий как жестких горизонтальных дисков.

Для зданий с податливой конструктивной схемой, например связевых каркасных зданий, допускается взаимное перемещение элементов без на­рушения их устойчивости, т.е. следует предусматривать возможность при­способления конструкций без появления в них дополнительных усилий к неравномерным деформациям земной поверхности за счет:

• устройства в подземной части горизонтальных швов скольжения;
• введения шарнирных и податливых связей между элементами несу­щих и ограждающих конструкций;
• снижения жесткости несущих конструкций;
• введения гибких вставок и компенсационных устройств;
• увеличением зазоров между соседними конструкциями.
• указанные меры необходимо применять с таким расчетом, чтобы обес­печивались:
• достаточная площадь опирания элементов конструкций при дефор­мациях основания;
• воздухо- и водонепроницаемость стыков между отдельными взаимо- перемещающимися элементами конструкций;
• устойчивость элементов конструкций при деформациях основания.

При проектировании по комбинированной конструктивной схеме следу­ет предусматривать сочетание жесткой и податливой схем с применением различных конструктивных схем подземной части зданий и сооружений.

Карстовые явления проявляются в растворимых горных породах, к ко­торым относятся в первую очередь мел, гипс, каменная и калийная соли и т.п. Подземные и поверхностные воды движутся по трещинам и порам в горной породе, что приводит к образованию и увеличению пористости, из­менению структуры, уменьшению прочности породы и к ее разрушению. В массиве карстующихся пород образуются карстовые полости и пещеры, расширенные трещины. В результате при образовании значительных по­лостей земная поверхность приобретает выраженную форму карстового рельефа с оврагами, рвами, впадинами, полями и мульдами оседания.

При проектировании и строительстве в карстовых районах необходимо учитывать вероятность развития больших деформаций ослабленных зон грунтов основания, их неравномерную несущую способность и возможные изменения состояния грунта, вызванные строительством объекта. Карсто­вые территории имеют свою специфику, связанную с геологическим харак­тером происхождения карста и его нестабильным состоянием. При этом следует помнить, что развитие карстообразных процессов прежде всего связано с наличием карстующей породы и уровнем грунтовых вод: как только они совпадают, начинается разрушительный процесс. Поэтому весьма важна оценка состояния территории, на основе которой разрабаты­ваются специальные карстозащитные мероприятия.

Конструктивные мероприятия заключаются в увеличении жесткости и прочности надфундаментной части сооружений за счет применения желе­зобетонных и армированных поясов, тяжей и горизонтальных монолитных диафрагм, в усилении несущих элементов конструкций армированными обоймами и рубашками, введением дополнительных связей в каркасных конструкциях.

Основные конструктивные элементы противокарстовой защиты со­оружений следует предусматривать в подземной части, а именно устройст­вом ленточных, перекрестных или сплошных фундаментов, как правило, из монолитного железобетона. Отдельно стоящие фундаменты весьма уязви­мы для подобных грунтов и используются только после специального обоснования и применения соответствующей конструктивной схемы на­земной части.

Практикуется также заполнение карстовых полостей ограниченного размера цементно-песчаными растворами или другими материалами.