Развитие теории и практических методов возведения многоэтажных монолитных жилых зданий на слабых грунтах в стесненных условиях

На правах рукописи

ЩЕРБА Вячеслав Григорьевич РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ВОЗВЕДЕНИЯ МНОГОЭТАЖНЫХ МОНОЛИТНЫХ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ НА СЛАБЫХ ГРУНТАХ В СТЕСНЕННЫХ УСЛОВИЯХ Специальность 05.23.08 - Технология и организация строительства

АВТОРЕФЕРАТ

ДИССЕРТАЦИИ на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва-2010 2

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении до полнительного профессионального образования Государственной академии профессиональной переподготовки и повышения квалификации руководящих работников и специалистов инвес тиционной сферы (ГОУ ДПО ГАСИС)

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Вильман Юрий Августович доктор технических наук, профессор Подгорнов Николай Иосифович доктор технических наук, профессор Коновалов Павел Александрович

Ведущая организация: ОАО «ЦНИИЭПжилища»

Защита состоится «_» _ 2010 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 212.138.04 при ГОУ ВПО Московском государственном строительном университете по адресу: 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Московско го государственного строительного университета.

Автореферат разослан «_» 2010 г.

Ученый секретарь Каган П.Б.

диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В течение многих лет капитальные жилые здания возво дились из мелкоштучных и крупных бетонных строительных материалов и из кирпича. Большой спрос на жильё, возникший после Великой Отечес твенной войны в основном был решен благодаря индус триальным методам домострое ния (крупнопанельный, крупноблочный, объемноблочный и др.). К началу - х годов все большие и маленькие города и поселки городского типа по всей территории СНГ, в том числе РФ, были застроены, в основном, этими типами зданий.

Начиная с 1970 - х годов, наряду со сборным домостроением из неизме няемых конструктивных элементов, приведших к некоторому однообразию в архитектуре, началось развитие строительс тва многоэтажных жилых и общест венных зданий из монолитного железобетона в индустриальных, многократно оборачиваемых опалубках, с одновременным развитием машин и строительно го оборудования, позволяющих эффективную перевозку бетонной смеси до объекта, подачу в места укладки и технологий выдерживания бетона конструк ций и т.д.

В нас тоящее время в мировой практике строительс тва соотношение меж ду зданиями и сооружениями из сборного и монолитного бетона складывается в пользу монолитного. Так, в США они составляют соответственно 37 и 63%, в Англии - 32 и 68%, во Франции - 14 и 86%.

Ежегодное производство бетона для монолитного строительства в мире превышает полтора миллиарда кубометров. По объему производства и приме нения монолитный бетон намного опережает другие виды строительных мате риалов. В наиболее развитых странах показатель применения монолитного бе тона на одного жителя составляет: в США - 0,75 м3 ;

в Японии - 1,20;

в Герма нии - 0,80;

во Франции - 0,50;

в Италии - 1,10;

в Израиле - 2,00 и т. д. В России, для сравнения, - 0,15 - 0,20.

Экономические преимущества монолитных железобетонных конструк ций, по сравнению с кирпичным и полносборным строительством, характери зуются снижением единовременных затрат на создание производственной базы на 20 - 30%, уменьшением расхода стали на 10 - 15%, энергоемкости - до 30% и на 25% меньшими суммарными трудовыми затратами по сравнению с кирпич ными зданиями той же этажности.

Несмотря на все достигнутые успехи в монолитном домос троении в Рос сийской Федерации, при с троительстве многоэтажных монолитных жилых зда ний, до нас тоящего времени существует большое количество проблем в обес печении с троительства новыми технологиями, методами проектирования, и эксплуатации монолитных многоэтажных жилых зданий, особенно на слабых грунтах и в стесненных условиях. Для качественного монолитного домострое ния важными проблемами являются обеспечение бетонных заводов качествен ным сырьем для производства бетона и оснащение с троительных организаций современными строительными машинами и оборудованием.

Целью исследований является комплексное решение проблем строи тельства монолитных многоэтажных зданий в стесненных условиях, на пло щадках со сложными инженерно-геологическими, гидрогеологическими усло виями и создание эффективных технологий производства работ на различных этапах строительс тва, в совокупности позволяющих повысить уровень произ водительнос ти труда за счет комплексной механизации процессов и высокое качество строительной продукции.

Для достижения поставленной цели потребовалось выполнить комплекс исследований и решить следующие основные задачи:

- исследовать особеннос ти проектирования (проектов производства ра бот) многоэтажных жилых зданий на слабых (водонасыщенных глинистых и насыпных) грунтах в стесненных условиях городской застройки;

- исследовать и оптимизировать технологии строительс тва монолитных многоэтажных жилых зданий на слабых грунтах в стесненных городских усло виях;

- разработать эффективные технологии всесезонного бетонирования с применением греющих проводов на объектах многоэтажных монолитных жи лых зданий;

- исследовать причины низкой прочнос ти бетона конструкций монолит ных многоэтажных зданий, возводимых на слабых грунтах;

- провести оценку влияния пленкообразующих составов на структуру и прочность бетона при возведении многоэтажных монолитных зданий;

- разработать технологии устройства свайных фундаментов многоэтаж ных жилых зданий на слабых грунтах в с тесненных условиях городской за стройки;

- исследовать влияние колебаний при забивке свай на существующие зда ния на слабых грунтах сейсмометрическим методом;

- провести натурные исследования эффективных технологий возведения многоэтажных монолитных зданий на слабых грунтах;

- провести оптимизацию технологии производства работ на базе совре менных технологических комплектов средств механизации бетонных работ с учетом круглогодичного строительства;

- провести анализ методов проведения геотехнического мониторинга в зависимости от места строительства, специфических и сложных инженерно геологических, гидрогеологических и погодно-климатических условий строи тельных площадок.

Научная новизна работы состоит в комплексном исследовании проблем строительства многоэтажных объектов и зданий повышенной этажнос ти в стес ненных условиях, на площадках со сложными инженерно-геологическими, гид рогеологическими условиями и в создании научно обоснованных эффективных технологий производства работ на различных этапах строительства, в совокуп ности позволяющих обеспечить высокий уровень производительности труда и высокое качество строительной продукции.

Теоретически исследованы и экспериментально доказаны эффективные технологии устройс тва свайных оснований зданий и пределы их применимости на слабых водонасыщенных глинистых и насыпных грунтах вблизи сущест вующих сооружений и в стесненных условиях.

Разработаны новые технологии производства опалубочных, арматурных и бетонных работ, а также предложены модели взаимодействия работ строитель ных машин и оборудования в процессе строительства, обеспечивающих сокра щение сроков производства работ без снижения качества.

Для реализации технологий использованы аналитические расчеты темпе ратурных полей твердеющего бетона с применением греющих проводов и про ведена оптимизация технологических режимов при производстве работ, вклю чая период положительных температур.

Разработана методика мониторинга примыкающих зданий застройки и возводимых объектов с использованием комплекта виброизмерительной реги стрирующей аппаратуры. Проведен аналитический и экспериментальный ана лиз влияния динамических параметров погружения свай на примыкающие зда ния и установлена динамика развития их колебаний в процессе забивки свай.

Теоретически исследованы и экспериментально доказаны эффективные технологии выдерживания бетона при круглогодичном бетонировании монолит ных конструкций зданий и способов защиты свежеуложенной бетонной смеси, исключающих миграцию влаги и снижающих деструктурные процессы.

Практическое значение диссертационной работы заключается в разра ботке эффективных технологий, обеспечивающих всесезонное возведение зда ний в стесненных условиях, на площадках со сложными инженерно геологическими и гидрогеологическими условиями.

Экспериментально доказана эффективнос ть технологии устройс тва свай ных оснований зданий на слабых водонасыщенных глинистых и насыпных грунтах вблизи существующих зданий и в стесненных условиях.

Установлены рациональные пределы использования различных опалу бочных систем и оптимизированы технологии производства работ. Реализова ны эффективные способы производства арматурных и бетонных работ, а также новые способы взаимоувязки работ строительных машин и оборудования в процессе производства работ, которые обеспечивают круглогодичное возведе ние монолитных конструкций зданий.

Разработаны мероприятия по управлению технологическими характери стиками бетонной смеси за счет введения химических добавок, обеспечиваю щих интенсификацию производства работ в зимний и жаркий периоды при строительстве монолитных многоэтажных жилых зданий. Установлено влияние химического состава цементов на скорость набора прочности бетонов при вве дении добавок и тепловой обработке. Исследованы управляемые режимы вы держивания бетона монолитных конструкций зданий с применением греющих проводов, а также защиты свежеуложенного бетона от влагопотерь с примене нием пленкообразующих составов.

Разработана и внедрена в производство система инструментального кон троля технологических процессов монолитного строительс тва, обеспечиваю щая количественную оценку показателей и способствующая повышению каче ства работ и эксплуатационной надежности зданий.

Использование разработанных технологий при возведении многоэтажных монолитных зданий позволило:

- сократить себестоимость бетонных работ от 10 до 20 %;

- снизить использование кранового времени до 32 %;

- увеличить оборачиваемос ть опалубок до 400 раз;

- сократить общий срок строительства объектов на 1,5 – 2,5 месяца.

Внедрение работы. Основные результаты научных исследований вне дрены при разработке проектов и с троительстве более тридцати 17-25 - этаж ных монолитных жилых зданий в Московской области, в т.ч. в г. Химки.

Публикации. Основное содержание выполненных научных исследова ний по диссертационной работе изложено в 35 работах автора, в том числе в 2-х учебных пособиях и в 1-ой монографии. Опубликованы 32 научные статьи, в том числе 5 научных статей в журнале «Жилищное с троительство», 5 научных статей в журнале «Промышленное и гражданское строительс тво» и 3 научных статьи в «Вестнике МГСУ».

Общий объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 9 глав, основных выводов, списка использованной литературы, имеющего 244 наиме нования. Общий объем диссертации 270 с траниц, в т.ч. 232 с траницы машино писного текста, 47 рисунков и 12 таблиц.

На защиту выносятся следующие положения диссертации:

1. Разработанные и усовершенствованные технологии круглогодичного индустриального возведения многоэтажных монолитных зданий на слабых грунтах в стесненных городских условиях.

2. Методы устройства свайного основания, обеспечивающие производст во работ в стесненных городских условиях, с меньшими ударными и вибраци онными воздействиями, не снижающими эксплуатационную пригодность зда ний и сооружений попадающих в зону влияния строительно-монтажных работ.

3. Результаты исследования эффективных технологий ус тройства различ ных монолитных железобетонных конструкций зданий с применением грею щих проводов, обеспечивающих высокую степень однородности физико механических характерис тик бетонов при использовании управляемых режи мов температурного воздействия.

4. Комплексные решения повышения качества конструкций из монолит ного железобетона путем создания эффективных способов защиты, исключаю щих миграцию влаги и снижающих деструктурные процессы.

5. Предложения по снижению общей трудоемкости и повышения произ водительнос ти работ при возведении монолитных многоэтажных зданий на ос нове повышения технологичности свайных работ, эффективного выбора опалу бок, применения современных инструментов и оборудования при арматурных работах, использования эффективных комплектов машин и оборудования для доставки, укладки бетонной смеси и снижения сроков выдерживания бетона, исключения простоев в процессе строительно-монтажных работ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава диссертации посвящена анализу технологий строительс тва многоэтажных жилых зданий на слабых грунтах в стесненных условиях.

Появились компьютерные технологии, позволяющие повести вариантное сравнение различных архитектурно-конс труктивных решений по зданиям и со оружениям ещё на с тадии первоначальных проектных работ. Быстрыми темпа ми развиваются строительные технологии на основе современных машин и оборудования. Появились современные и экономичные бетонные заводы, спо собы перевозки и укладки бетонной смеси, современные опалубочные системы как отечественного, так и инос транного производства.

Анализ и изучение интернет-ресурса, а также отечественной и зарубеж ной научно-технической литературы по облас ти проводимых исследований по теме диссертации показали, что они обусловлены и актуальны и связаны с об ширностью исследуемых проблем. Это также связано с большим разнообрази ем технологий по устройству и проектированию оснований и фундаментов зда ний и сооружений на основе новых компьютерных технологий.

В настоящее время строительс тва зданий и сооружений, а также инже нерных коммуникаций ведется на территориях, которые раньше считались «не пригодными» для строительства, исходя из сложности проведения работ по инженерно-геологическим изысканиям, в связи с отсутствием опыта проекти рования и строительства на таких территориях, нормативных документов, от сутствия опыта с троительства на площадках со специфическими грунтами, специальных технологий машин и оборудования.

В технической и научной литература отсутс твуют или имеются в малых объемах результаты исследования специфических свойств грунтов при различ ных на них воздействиях (замачивание грунтов сточными водами, химикатами и т.д.). При проектировании зданий и сооружений, а также инженерных комму никаций часто не исследуются изменения физико-механических свойств грун тов на площадках снесенных зданий.

Часто объекты возводятся в стесненных городских условиях, где распо ложены существующие здания и сооружения, а также различные инженерные коммуникации. Многие территории больших городов, особенно в г.Москве сложены слабыми водонасыщенными глинис тыми, насыпными и карс тово опасными грунтами, а также имеются грунты с плывунными свойствами и суффозионноопасные. В городских условиях важным вопросом является обес печение виброзащиты зданий и сооружений от городского транспорта (желез нодорожный транспорт, автотранспорт, трамвай, метрополитен).

Для обеспечения прочности и долговечности строящихся зданий и со оружений, а также сооружений, попадающих в зону выполнения с троительных работ должна быть установлена эффективность применения технологий уст ройства оснований, фундаментов и подземных частей зданий на специфических и очень сложных инженерно-геологических, гидрогеологических и погодно климатических условий РФ.

В течение многих лет проекты эффективные с точки зрения проектирова ния, строительс тва и эксплуатации были утверждены как типовые для повтор ного применения. В дальнейшем производилась «привязка» этих проектов для различных мест исходя из климатического района, инженерно-геологических и гидрогеологических условий и т.д. При этом основное внимание уделялось конструктивно-технологическим решениям зданий ниже отметки ±0,000. Как показывает практика многие аварии и деформации зданий произошли из-за не обоснованного решения этих вопросов, как в процессе «привязки» типового проекта, так и в процессе строительных работ.

Проведенные исследования показали, что экономические преимущес тва монолитных железобетонных конс трукций, по сравнению с кирпичным и пол носборным строительством, характеризуются снижением единовременных за трат на создание производственной базы на 20 - 30%, уменьшением расхода стали на 10 - 15%, энергоемкости - до 30% и на 25% меньшими суммарными трудовыми затратами по сравнению с кирпичными зданиями той же этажности.

Как показал анализ строительства за последние годы, условия с троитель ства в г. Москве постоянно усложняются. Строительство новых зданий ведется в более сложных инженерно-геологических условиях (слабые водонасыщенные глинис тые грунты, техногенные грунты и рыхлые пески и т.д.). Во многих слу чаях новые здания прис траиваются к существующим зданиям и при этом нача ли проектировать свайные фундаменты и комбинированные свайно-плитные фундаменты, но они не везде являются наиболее эффективными видами фун даментов.

В стесненных условиях вблизи существующих зданий часто применяю т вдавливаемые сваи. Вдавливание свай может осуществляться в тех же грунто вых условиях, в которых выполняется их погружение другими способами (ударным, вибрационным и др.). При вдавливании свай в плотные грунты (или при прохождении прослоек таких грунтов) часто применяют лидерные сква жины. Неудачное применение этого метода приводит к увеличение количества свай и увеличению срока строительных работ. Не установлены пределы приме нимости этого метода.

Как показывают исследования после забивки свай в слабые водонасы щенные глинистые грунты в некоторых случаях со временем наблюдается по вышение несущей способности свай, что обусловлено процессами «засасыва ния». При забивке свай в слабые водонасыщенные глинистые грунты в зоне на рушения природной с труктуры наблюдается разрушение структурных связей и частичный переход физ ически связанной воды в свободную воду. Со временем наблюдается обратный процесс - тиксотропное упрочнение глинистых грунтов во времени и восстановление физически связанной воды. Степень тиксотропно го упрочнения глин после нарушения их структуры зависит от «чувствительно сти» глин.

Проведенные работы показали, что во многих случаях при изысканиях не соблюдаются этапы проектных работ (предпроектные решения, стадия «Про ект», стадия «Рабочая документация»). При этом объемы изыскательных работ будут меньше необходимого или их будет недостаточно. Это часто происходит при неправильном составлении технического задания на изыскательские рабо ты. При составлении технического задания не учитываются опыт с троительства на соседних площадках, архивные материалы и заранее без наличия информа ции об инженерно-геологических условиях указываются глубина подземной части здания (этажность) и вид фундаментов (свайные). Это влияет на объемы изыскательских работ и количества лабораторных и полевых исследований грунтов, включаемых в программы по инженерно-геологическим изысканиям.

Изучение опыта проектирования и строительства многоэтажных зданий в стесненных условиях показывает, что неправильно принятые архитектурно планировочные и конструктивно-технологические решения приводят к удоро жанию строительс тва и увеличению сроков выполнения как отдельных видов строительных работ, так и общего срока строительства.

При строительстве сборных зданий увеличение количества конс труктив ных элементов, их форм и веса приводит к выбору различных машин и меха низмов, увеличению с тыков, требующих особого ухода при бетонировании в зимних условиях, объема ручного труда и трудоемкости монтажных работ и т.д. При монолитном домостроении увеличение количества конструктивных элементов и разнообразия фасадов приводит к увеличению объема опалубоч ных работ, большему использованию кранового времени, увеличению общего объема арматурных и бетонных работ и трудоемкости. Изучение работы мно гих строительных организаций г.Москвы и Московской области показывает, что часто на строительных площадках по различным причинам допускаются нарушения технологий производства с троительных работ, необоснованное из менение сроков выполнения отдельных видов строительных работ и нарушения технологической цепочки выполнения работ. Это является причиной низкого качества при изменении погодных условий, приводит к промораживанию грун тов оснований, к затоплению котлованов и т.д. При таких случаях часто неко торые виды с троительных работ выполняются повторно (подготовка основа ний, водопонижение, снос поврежденных бетонных подготовок, усиление по врежденных и деформированных конструкций и т.д.). Имеются случаи, когда при выполнении земляных работ на уровне устройства оснований обнаружива ются грунты, физико-механические свойства которых отличаются от значений, полученных при ранее выполненных изысканиях. При таких случаях прихо диться выполнять дополнительные инженерно-геологические изыскания, за проектировать основания и фундаменты в соответствии с подтвержденными новыми данными по свойствам грунтов. Это приводит к увеличению матери альных затрат, то есть общей стоимости строительства.

С целью определения основных задач исследований был выполнен анализ и аналитический обзор отечественных и зарубежных теоретических и практи ческих подходов к решению проблем устройства оснований, фундаментов и подземных сооружений на слабых водонасыщенных глинистых и насыпных грунтах. Были ус тановлены факторы, влияющие на качес тво, обоснованность и эффективность проектных и строительных работ при устройс тве оснований, фундаментов и подземных частей монолитных жилых зданий в стесненных ус ловиях. В этой главе приведены задачи исследований.

Вторая глава диссертации посвящена теоретическому исследованию особенностей выбора технологий строительства многоэтажных жилых зданий на слабых грунтах в стесненных условиях.

Обеспечение надежнос ти и долговечности возводимых зданий зависит о т обоснованного выбора технологий производства работ на всех этапах с трои тельства. Принятие конструктивных решений многоэтажных зданий базируется на использовании различных методов и приемов возведения конструкций, обеспечивающих сокращение сроков строительства, повышение качества и на дежности зданий и сооружений.

Изучение опыта с троительства многоэтажных зданий в стесненных го родских условиях, особенно на территориях со слабыми грунтами показало, что чрезмерные осадки фундаментов, приведшие к деформированию зданий и до рогостоящим восстановительным работам во многих случаях произошли из-за неправильного выбора технологии возведения подземных частей зданий.

В стесненных городских условиях в настоящее время в подземной части многих многоэтажных зданий расположены подземные автос тоянки глубиной до 3-х, 6-х этажей. Как правило, заглубленные час ти зданий выполняются в мо нолитном варианте. Они преимущес твенно базируются на использовании мето да «стена в грунте», а также ограждения котлованов с применением погружае мых металлических свай различного сечения (шпунтовых ограждений). Созда ние геометрически неизменяемых систем достигается применением распорных конструкций и грунтовых анкеров.

Возведение подземной части здания включает в себя комплекс строи тельных процессов по устройству оснований, фундаментов, возведению стен подвальной части здания и других конструкций, прокладке инженерных ком муникаций на прилегающей территории и в подвале здания.

Технологический цикл возведения подземной части здания на естествен ных грунтах, как правило, один. Однако он разбивается на два или более под циклов - в зависимости от гидрогеологических особеннос тей грунтов и сложно сти архитектурно-планировочных и конструктивных решений здания. В резуль тате влияния указанных факторов определяют дополнительные с троительные процессы.

Первый подцикл предусматривает устройс тво оснований и фундаментов зданий. Причиной выделения работ по устройс тву оснований и фундаментов зданий в самостоятельный цикл является та важнейшая роль, которую играют эти части зданий в обеспечении надежнос ти работы несущих конструкций и здания в целом.

Во втором подцикле выполняются работы по возведению несущих и ог раждающих конструкций, расположенных на фундаментах до нулевой отметки здания. К ним относятся внутренние и наружные стены, колонны, перекрытия и др. Иногда указанные конструкции размещаются в несколько этажей (ярусов), что характерно для заглубленных зданий. Ведущим строительным процессом этого подцикла является устройс тво несущих конструкций, которое необходи мо осуществлять после окончания работ по устройству оснований и фундамен тов здания.

Строительство многоэтажных зданий производится по двухцикличной, трехцикличной и многоцикличной технологиям.

Выбор соответс твующей технологии строительс тва здания производится на основе рассмотрения архитектурно-планировочных решений и конструктив ных решений здания, применяемых строительных материалов и изделий, а так же назначения здания. Количество и с труктура технологических циклов полно стью зависит от того, каким образом протекает ведущий процесс первого цик ла, возведение несущих конструкций (коробки) здания, первоначально или со вместно с другими процессами. Чем меньше в технологиях циклов, тем больше различных с троительных работ выполняются параллельно по совмещенной технологии. Именно поэтому двух - и трехцикличные технологии имеют наи меньшую продолжительность возведения зданий.

При двухцикличной технологии возведения надземной части зданий вы сокие требования предъявляются к архитектурно-планировочным и конструк тивным решениям зданий в части послезаводской, транспортной, монтажной и послемонтажной технологичности строительной продукции. Такими парамет рами обладают здания крупнопанельной конструктивной системы.

Каждый из двух циклов имеет свое назначение. Задача первого цикла возвести коробку здания и подготовить к выполнению отделочных работ, а второго - завершить все строительные работы.

При двухцикличной технологии наиболее трудоемкие отделочные рабо ты, характеризующиеся мокрыми процессами, - штукатурные и подготовка ос нований для устройства полов, - выполняются в первом цикле.

Во втором цикле основными работами являются отделочные, которые включают малярные, плиточные, устройство покрытий полов, столярные, ок лейка поверхнос тей пленочными материалами на тканевой или бумажной осно ве или обоями и др. Ведущей работой цикла являются малярные, которые вы полняются на захватках чаще всего в два этапа: первый - подготовка всех по верхностей под окраску (оклейку обоями) и окраска потолков, второй - «чис тая» окраска поверхностей масляной или водоэмульсионной краской или ок лейка обоями. Под «чистой» окраской понимается последняя операция этих процессов.

Трехцикличная технология возведения надземной части многоэтажного здания отличается от двухцикличной технологии тем, что в первом цикле к мо менту завершения работ по возведению коробки здания не созданы необходи мые температурно-влажностные условия и не подготовлен фронт работ для вы полнения отделочных работ. Это означает, что по каким-то причинам парал лельно с работами по возведению несущих и ограждающих конструкций здания не выполнялись сопутствующие им общестроительные и специальные работы.

По трехцикличной технологии чаще всего возводятся здания каркасной и блочной конструктивных систем, монолитные здания. Рассматриваемая трех цикличная технология возведения зданий по сравнению с двухцикличной пред ставляет собой более сложные решения по взаимодействию строительных про цессов и режимов их выполнения. Во-первых, количество строительных про цессов возросло за счет их осуществления на строительной площадке. Во вторых, технологические режимы их выполнения сопряжены с мокрыми про цессами, что требует затрат на высушивание поверхнос тей.

Как показывает изучение строительс тва и сдачи в эксплуатацию жилых зданий в г. Москве и Московской области, требования предъявляемые к готов ности эксплуатации инженерного оборудования, коммуникаций и лифтового оборудования жес ткие и их необходимо выполнять. На многих объектах уста новлено сложное инженерное оборудование и лифты импортного производства.

Для этих оборудований требуется качественное завершение строительных ра бот и хорошая подготовка помещений и сооружений для их монтажа. В процес се выполнении исследований на ряде объектов после завершения строительных работ для монтажа оборудования были затрачены большие материальные за траты для переделки помещений, для изменения мест расположения конструк ций для крепления, а также изменения типов применяемых по проекту лифтов (на лифты с меньшими размерами из-за отсутствия возможности рихтовки на правляющих в лифтовых шахтах).

Для качественного строительства многоэтажных монолитных зданий в стесненных условиях, на площадках со сложными инженерно-геологическими, и гидрогеологическими условиями необходим комплекс эффективных техноло гий производства работ на различных этапах строительства, в совокупности обеспечивающих высокий уровень производительнос ти труда за счет полной механизации процессов и высокое качество строительной продукции за счет полного исключения технологических нарушений и дефектов.

Были выполнены исследования особенностей проектирования строитель ных работ с учетом стесненности условий организации с троительства и нали чия слабых грунтов в основании проектируемого объекта.

Вопросы проектирования и организации строительс тва в стесненных го родских условиях рассмотрены в работах В. И. Теличенко и др. Проведенные работы показывают, до сих пор имеется случаи аварий и деформаций сущест вующих зданий и сооружений, попадающих в зону влияния строительства.

На основе анализа технологий возведения зданий различных конструк тивных решений, а также результатов проведенных теоретических и натурных исследований автором диссертации были предложены эффективные техноло гии возведения многоэтажных монолитных жилых зданий в сложных грунто вых условиях на основе учета требований по организации строительства в стес ненных условиях. В диссертации приведен комплекс вопросов, обеспечиваю щих эффективность и обоснованность применяемых технологий возведения зданий и сооружений на слабых грунтах в стесненных условиях.

Третья глава диссертации посвящена исследованию эффективных тех нологий всесезонного бетонирования конструкций при строительс тве много этажных монолитных зданий.

При строительстве многоэтажных монолитных зданий основным вопро сом организации строительс тва является обеспечение объекта бетонной смесью с определенными технологическими и температурными параметрами. Эти па раметры часто нарушаются при централизованном приготовлении и поставке бетонной смеси и зависят от вида транспортных средств, используемых для пе ревозки бетонной смеси, и соблюдения технологий перевозки. Эксперимен тальные исследования были проведены при круглогодичном возведении моно литных 17 – 22 этажных жилых зданий на слабых грунтах в стесненных город ских условиях.

Изучение опыта строительства показывает, что в период транспортирова ния в зависимости от его продолжительности и температуры окружающей сре ды бетонная смесь теряет определенное количество тепла. Дополнительные по тери происходят в результате затрат тепла на отогрев опалубки и арматуры.

Температура бетона, пришедшая в тепловое равновесие с температурой опа лубки и арматуры, может иметь к началу режима ос тывания температуру на 5 15°C меньшую, чем на выходе из бетоносмесителя, - и равную T н. С этого мо мента тепловое состояние бетона оказывается под воздействием двух факторов:

положительного – экзотермии цемента, и отрицательного – потерь тепла через ограждение опалубки, неизбежных, если теплозащита не абсолютна, а темпера тура окружающей среды ниже температуры бетона. Экзотермия цемента явля ется природным энергетическим потенциалом твердеющего бетона, что связано с термохимическими свойствами цемента, проявляющимися в процессе гидра тации минералов цементного клинкера. Величина теплоты гидратации зависит от многих факторов: минералогического состава цемента, тонкости его помола, количества и вида добавок, водоцементного отношения и определяется, как правило, экспериментально. Величина тепловыделения цементов (Э) зависит от их видов и марок.

В третьей главе приводится описание натурных исследований, проведен ных при возведении 25-ти этажного монолитного жилого дома.

В монолитных стенах, колоннах и т.п. применялась вертикальная навивка греющего провода, так как горизонтальная навивка требует увеличения проме жуточных точек его крепления на арматурный каркас во избежание провисания при укладке бетонной смеси. В армированных конструкциях провод навивался снаружи на арматурные сетки и каркасы с тем, чтобы он располагался в наибо лее защищенной от механических воздействий зоне при бетонировании - между арматурой и опалубкой. В бетонных конс трукциях провод навивался на шабло ны, которые укладывают в бетон по мере бетонирования.

Для бетонирования густоармированных конструкций рекомендуется применять литую бетонную смесь. При экспериментах использовались бетон ные смеси, используемые для возведения конструкций – В20 - В30.

При укладке бетонной смеси горизонтальными слоями в железобетонные конструкции значительной высоты (стены, колонны и т.д.) отдельные прово лочные нагреватели были размещены в зоне этих слоев. После перекрытия бе тонной смесью очередного слоя нагреватели, размещенные в нем, подключа лись под рабочую нагрузку. Толщина укладываемого слоя не превышала 40 - см.

Опыты показали, что для уплотнения бетонной смеси, уложенной в кон струкцию, предпочтительнее применять поверхностные вибраторы, например, для уплотнения слоя толщиной не более 250 мм в неармированных или с оди ночной арматурой монолитных конструкциях и до 120 мм - в конструкциях с двойной арматурой. При толщине уплотняемых слоев, превышающей эти зна чения, используют глубинные вибраторы. При этом не допускаются резкие удары и быстрое опускание рабочей час ти вибратора в опалубку во избежание повреждения изоляции и обрывов нагревательного провода. По этой же причи не запрещается использовать для уплотнения бетонной смеси штыковки и дру гой инвентарь с режущими кромками.

При погонных нагрузках на провода, превышающих 30 Вт/м в армиро ванных монолитных конструкциях, провода подключались вначале под напря жение на ступень меньше расчетного, а после 5 - 6 ч обогрева бетона транс форматор переключался на расчетное напряжение.

Продолжительность обогрева зависит от температуры и от требуемой ко нечной прочнос ти бетона.

Исследования, проведенные в ГАСИС, НИИЖБ и ряде других организа ций, с участием автора, показали, что при любой тепловой обработке наиболее интенсивное расширение бетона наблюдается в период подъема температуры.

Максимальные деформации в этот период могут дос тигать 36 мм/м при про паривании, 2,319 мм/м при автоклавной обработке и 210 мм/м при электро прогреве. Это говорит о том, что деструктивные явления наиболее сильно про являются при нагреве, когда физический процесс температурного расширения может опережать физический и физико-химический процессы твердения.

Именно в этот период и происходит, в основном, формирование структуры бе тона, которая в дальнейшем лишь упрочняется. От качества образовавшейся в период нагрева структуры материала будут зависеть, в основном, все техниче ские свойства конечного продукта.

Бетонная смесь представляет собой многокомпонентную систему, со стоящую из твердой, жидкой и газообразной фаз. Каждая из этих фаз обладает различными теплофизическими характерис тиками и по-разному изменяет свой объем при изменении температуры. Другой особенностью твердеющего бетона является непрерывное изменение реологического состояния системы, необра тимый переход ее в процессе твердения из первоначального пластично-вязкого состояния в упруго-хрупкое. Эти особенности и предопределяют возникнове ние структурных нарушений в бетоне, твердеющем при тепловой обработке.

Ранее проведенными исследованиями было введено понятие о «критиче ской» прочности – минимальной прочнос ти, при которой наложение теплового воздействия не приводит к структурным нарушениям. Расширение бетона с та кой прочнос тью практически равно температурному расширению затвердевше го бетона того же состава.

При наших исследованиях использовались специальные нагревательные провода марок ПТПЖ. Электрический расчет греющих проводов сводится к определению рабочего напряжения при минимально допустимой длине прово лочного нагревателя и максимально допускаемой на него мощности.

На рис. 1 приведены типичные графики формирования температурных полей при нагреве бетонной смеси, изотермическом прогреве, остывании и со ответствующие расчеты значения прочностных характерис тик.

Рис. 1. Температурно-прочностные характеристики бетона перекрытий, обогреваемых греющими проводами (бетон класса В25). 1 – при температуре наружного воздуха – 10°С;

2 - тоже при - 17°С;

3 – в утепленной опалубке с теп лоизолированной поверхностью с изотермой при tнв = - 15°С Как показали исследования наиболее эффективным режимом тепловой обработки явился разогрев смеси до 50 °С в течение 24 ч с последующим под держанием изотермического прогрева с меньшей мощностью в течение 18... ч. Это обеспечивает получение распалубочной прочности в пределах 70 % R28 в течение 48...64ч.

Опыт тепловой обработки греющими проводами показал, что интенсифи кация технологических процессов достигается при производстве работ в летнее время. Это обеспечивает сохранение продолжительности работ по возведению типового этажа до 4-5 дней.

Прочность бетона обычно проверялась по фактическому температурному режиму на наименее нагретых участках. После распалубки прочность бетона, имеющего положительную температуру определялась неразрушающими мето дами.

Четвертая глава диссертации посвящена исследованию причин возник новения участков с низкой прочностью бетона конструкций при строительстве многоэтажных монолитных зданий.

Как показывают исследования, процесс испарения влаги из свежеуложен ного и уплотненного бетона имеет два периода, характеризуемых пос тоянной и падающей интенсивностью испарения. Начальный период твердения характе ризуется пос тоянной и максимальной величиной интенсивности испарения вла ги из бетона. В этот период интенсивность испарения с его поверхности не ли митируется внутренним массопереносом и зависит от разности парциального давления пара у поверхнос ти бетона и в окружающей среде, т.е. от скорости диффузии пара в воздухе при постоянстве его парциального давления. При дос тижении определенной влажности бетона наступает период падающей интен сивности испарения, ограниченный внутренним массопереносом и характери зуемый углублением зоны испарения и обезвоживанием бетон от периферии к центру.

Исследования влияния влагопотерь из свежего бетона на его с труктуру и прочностные характеристики проводились при строительс тве многоэтажных монолитных зданий в г. Химки Московской области. Подбор состава бетонной смеси должен производиться с учетом особенностей бетонируемых конструк ций, условий приготовления, доставки, укладки и методов выдерживания. При этом содержание воды в бетонной смеси было обосновано с точки зрения обес печения проектных прочностей для назначенных соотношений В/Ц и необхо димых пластических свойств для укладки и уплотнения бетонной смеси. Испа рение воды из бетонной смеси и, особенно при ее излишнем содержании или при низких или очень высоких температурах, оказывает отрицательное влияние не только на прочнос ть бетона, но и на его морозостойкость и водонепроницае мость.

Некоторые опыты показали, что кратковременное высушивание образцов, в возрасте 3 суток, при температуре 110°С в течение 3 часов, вызывает пониже ние прочности при сжатии на 28-ой день до 47% от марочной прочности. Ана логичное высушивание образцов в возрасте 7 и 28 сут. понизило прочность бе тона при сжатии соответственно до 71 и 97 % R28. Еще большее снижение прочности при изгибе наблюдается при потере влаги. Потеря воды в количестве 20-25% в возрасте 28 сут. может понизить прочнос ть образцов при изгибе на 40-45%.

Проведенными исследованиями также установлено, что прочность обез воженного бетона независимо от того, когда из него удалилась влага - сразу, до или после укладки, на 20-40% (а в отдельных случаях даже на 50%) ниже проч ности бетона, твердевшего в нормальных условиях. Это объясняется затухани ем процессов твердения и увеличением пористос ти вследствие быстрого испа рения из него воды.

Темпы возведения многоэтажных монолитных зданий предусматриваю т обязательное применение одного из методов ускорения твердения и набора прочности бетоном в конструкциях. Излишек воды из бетонной смеси при лю бом способе выдерживания испаряется. При этом особую роль играет темпера тура бетонной смеси, ее изменение от начала выдерживания до распалубки го товой конструкции.

При монолитном строительстве устройс тво различных покрытий неопа лубленной поверхности бетона связано с расходом огромного количества тер мо- и влагоизоляционных материалов, а также со значительными трудозатрата ми на установку и снятие многочисленных покрытий на бетон.

При этом эффективнос ть этих покрытий достигается только при обеспе чении надежной изоляции неопалубленной поверхнос ти, но сложные формы опалубок, стяжные болты, хомуты, планки, вставные стержни для различных каналов, и т.п. препятствуют ее герметичной изоляции. Это же касается и раз личных разработанных в последнее время инвентарных термовлагоизоляцион ных покрытий.

Выполненный нами анализ показал, что одним из прогрессивных мето дов предотвращения влагопотерь является использование пленкообразующих материалов, которые наносят на поверхнос ть свежеуложенного и свежеотфор мованного бетона путем равномерного распыления.

В настоящее время как в России, так и за рубежом, наметилась тенденция использования для ухода за бетоном пленкообразующих материалов на водной основе. При производстве бетонных работ в жаркое время года важное значе ние имеет повышение долговечности железобетонных конс трукций, ибо это наиболее актуальная проблема.

Долговечность бетонных и железобетонных конструкций в значительной степени определяется их трещиностойкостью. Появление и развитие трещин в бетоне приводит к снижению его прочности, морозостойкости, водонепрони цаемости, способствует коррозии арматуры, что уменьшает срок службы кон струкций.

При экспериментальных исследованиях было установлено, что одной из наиболее вероятных причин образования поверхностных трещин и разрушения бетона в условиях сухого жаркого климата являются напряжения от непро явившейся капиллярной усадки, развивающиеся при циклическом увлажнении и высыхании бетона.

Полученные с применением предложенного способа экспериментальные результаты позволили ус тановить влияние различных факторов, таких как тон кость помола цемента и гранулометрический состав бетонов, водоцементное отношение, расход цемента, условия и длительность твердения, а также усло вия влагообмена с окружающей средой на трещиностойкость бетона. В час тно сти показано, что повышение температуры и уменьшение относительной влаж ности окружающего воздуха приводит к интенсивному развитию градиента влагосодержания в поверхностном слое бетона, а возникающие при этом рас тягивающие напряжения - к снижению прочнос ти при изгибе в пределах пер вых нескольких часов высыхания бетона. Например, значение коэффициента трещиностойкости стандартного раствора состава 1:3 при 20°С и относитель ной влажнос ти воздуха 75% составило 0,62, а при 35°С и относительной влаж ности воздуха 50% снизилось до 0,41.

Результаты исследований свидетельствуют о существенном влиянии ус ловий жаркого климата на трещиностойкость бетона от непроявившейся капил лярной усадки и о необходимос ти учета этого показателя при проектировании составов бетонов конструкций, эксплуатирующихся в указанных климатиче ских условиях.

На основе экспериментальных данных, а также теоретического их обоб щения сформулированы основные направления повышения трещинос тойкости бетона и, тем самым, его долговечности. Необходимо отметить, что существен ное снижение прочнос ти при изгибе, вызванное влиянием непроявившейся ка пиллярной усадки, до настоящего времени не учитывалось при оценке надеж ности железобетонных конструкций, в первую очередь тонкостенных, эксплуа тирующихся в условиях жаркого климата.

Пятая глава диссертации посвящена исследованиям влияния пленкооб разующих составов на структуру и свойства бетона монолитных конструкций.

Для исследования применения был выбран пленкообразующий материал, представляющий собой водорастворимый полимер. Целью исследований явля лась оценка влияния пленкообразующего покрытия на процессы испарения во ды при твердении бетона и формирования структуры, а также влияния на проч ность и морозостойкость бетона. Экспериментальные исследования были вы полнены на мелкозернис том бетоне в лабораторных условиях.

Для опытов были изготовлены образцы с размерами 10x10x10 см. Часть образцов была защищена покрытием, предотвращающим испарение влаги с по верхности бетона. Покрытие наносили после исчезновения блеска воды на по верхности, что соответствовало началу процесса контракции. Расход материала покрытия составлял 300 г/м. Часть образцов покрытием не защищалась. Через сутки после приготовления образцов извлекали из форм и все поверхности, кроме рабочей верхней грани, изолировали парафином.

Испарение влаги могло происходить только через верхнюю рабочую грань. Во время испытаний часть образцов с покрытием и без покрытия нахо дилась в термостате при температуре 30°С и относительной влажнос ти 50-60%, а другая часть образцов с покрытием и без покрытия - в лабораторном помеще нии при температуре 18-20°С и относительной влажности 50-60%.

Измерение сопротивления бетона выполнялось через 2, 22, 28 часов и да лее через 2, 3, 6, 8, 10, 13, 20 и 31 сутки после формовки образцов.

Испытания показали, что сопротивление образцов из бетона с защитным покрытием в процессе испытаний увеличивалось медленно и мало отличалось на различной глубине. Некоторое различие можно отметить лишь в конце ис пытаний (31 сутки), когда несколько большее сопротивление было на глубине до 20 мм.

При отсутс твии защитного покрытия наблюдалось сильное увеличение электрического сопротивления после 3 суток испытаний образцов, особенно в слое толщиной до 20 мм. Электрическое сопротивление бетона в конце испы таний было существенно выше по сравнению с сопротивлением бетона, защи щенного покрытием.

На процессы твердения значительно влияет и температура окружающей среды. Поэтому методикой проведения исследований предусматривалось про ведение точных замеров температуры.

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:

- применение защитного покрытия сильно замедляет испарение воды, что создает более благоприятные условия для твердения бетона;

- процесс обезвоживания бетона происходит, главным образом, в поверх ностном слое толщиной около 2-3 см, т. е. соизмеримом с толщиной защитного слоя бетона, который в первую очередь подвергается морозной деструкции.

Количественное определение влагопотерь из бетона после изготовления образцов выполнялось методом замера их массы.

Часть образцов в формах была защищена покрытием, предотвращающим испарение влаги с поверхности бетона.

Контрольные образцы, ос тавленные также в формах, покрытием не за щищались. Через сутки после изготовления образцы были взвешены и постав лены в разные температурно-влажностные условия.

Во время испытаний часть образцов с покрытием и без покрытия находи лась в термос тате при температуре 30°С и относительной влажнос ти 50-60%, а другая часть образцов с покрытием и без покрытия - в лабораторном помеще нии при температуре 18-20°С и относительной влажности 50-60%. Определение массы образцов выполнялось в течение 30 суток после их изготовления.

Испытания показали, что потеря массы образцов из бетона с защитным покрытием на период испытания 30 суток составила при температуре 20°С 3,3% от исходной массы, при температуре 30°С -4,0%. К этому времени потеря массы образцов без покрытия составила 5,18 и 5,43% соответственно при тем пературах 20°С и 30°С.

Влияние температуры на процесс влагопотерь из бетона в большей степе ни сказалось на образцах с покрытием.

Таким образом, нанесенное защитное покрытие уменьшило испарение воды при твердении бетонной смеси при температуре 20°С на 36%, а при тем пературе 30°С - на 26 %.

Результаты исследования влияния пленкообразующего покрытия на прочность бетона конструкций показывают, что образцы без покрытия, хра нившиеся при температуре 18-20°С и относительной влажности воздуха 50-60% к 90 суткам имели потерю массы в среднем 7,27%, а образцы с защитным по крытием в тех же условиях - 4,51%.

Образцы без покрытия, хранившиеся при температуре 18-20°С и относи тельной влажности воздуха 95%, к 90 суткам показали прирост массы в сред нем на 0,61%.

Результаты показали, что пленкообразующее покрытие оказывает поло жительное влияние на процесс твердения бетона, и в конечном счете, на проч ность бетона. Прочнос ть бетонных образцов с покрытием, хранившихся в усло виях при температуре 18-20°С и относительной влажнос ти 50-60%, составила к 90 суткам 21,1 МПа, прочнос ть бетонных образцов без покрытия, хранившихся в условиях при температуре 18-20°С и относительной влажнос ти 95%, состави ла к этому времени 20,6 МПа. При этом прочность бетонных образцов без по крытия, хранившихся в условиях, аналогичных условиям твердения образцов с покрытием, составила всего 11,2 МПа (рис. 2).

Рис. 2. Изменение прочнос ти образцов во времени. Условные обозначе ния: Б/П и П - образцы без покрытия и с покрытием, 50 и 95 - относительная влажность воздуха, % Таким образом, пленкообразующее покрытие существенно улучшает ус ловия гидратации цемента и твердения бетона Исследования влияния пленкообразующего покрытия на морозостойкость бетона показали, что хранение бетонных образцов без покрытия в сухих усло виях (температура 18-20°С и относительная влажность воздуха 50-60%) нега тивно сказалось на морозостойкости бетона. Потеря прочности бетона после циклов замораживания и оттаивания составила 12,3% против нормируемой 5%.

Образцы без покрытия, твердевшие в оптимальных условиях (температу ра 18-20°С и относительная влажнос ть воздуха 95%), показали морозостой кость, равную F100. Примерно такую же морозостойкость показали образцы с покрытием, хранившиеся в сухих условиях. Это означает, что пленкообразую щее покрытие способствует удержанию влаги в бетоне и получению плотной структуры в условиях, неблагоприятных для твердения бетона.

Шестая глава диссертации посвящена исследованиям эффективных тех нологий ус тройства свайных фундаментов для многоэтажных жилых зданий на слабых грунтах в стесненных условиях.

Исследования, проведенные на территории Московской области, показы вают, что, несмотря на принимаемые меры, не уменьшается количество дефор маций и разрушений существующих зданий при пристройках к ним новых со оружений.

По результатам исследований на толщах водонасыщенных глинистых грунтов г.Химки было ус тановлено, что через 6 суток после забивки, рост не сущей способности свай, по сравнению с первоначальным значением составил для одиночных свай от 20 до 38 %. Рост несущей способности свай по сравне нию с первоначальным значением после 30 суток «отдыха» для площадок №1, и 3 составил соответс твенно 35,1, 96,4 и 109,6 %. После 60 суток «отдыха» эти значения для площадок №1, 2 и 3 составили соответственно 50,2, 114,5 и 130, %.

После 30 и 60 суток «отдыха» несущая способность свай по сравнению с первоначальным значением для площадок №1, 2 и 3 возросла в 1,35, 1,96 и 2, раза и 1,58, 2,15 и 2,31 раза соответственно. (Рис. 3).

Увеличение несущей способности свай произошло в основном за счет увеличения сил трения по боковой поверхнос ти свай. Увеличение сил по боко вой поверхности свай для грунтов при изменении показателя текучес ти от 0, до 0,3 от 2,45 до 5,41 раза. (Рис. 4).

Исследования погружения свай вдавливанием вблизи существующих зданий на слабых грунтах показали, что одним из способов эффективного по гружения является применение лидерных скважин.

Рис. 3. Увеличение несущей способности свай (Fd, kH) после различного времени отдыха. 1, 2, и 3 – длина железобетонных забивных свай, соответст венно 12, 10 и 8 м.

Рис. 4. Увеличение сил трения (F) по боковой поверхности свай во време ни для различных состояний пылевато-глинистых грунтов. 1, 2, 3 и 4 для грун тов при консистенции (IL ): 0-0,25;

0,25-0,50;

0,50-0,75 и 0,75.

На экспериментальной площадке №3 в г.Химки было изучено влияние диаметра и глубины лидерных скважин на несущую способность вдавливаемых свай. Когда диаметр скважин d – (10 – 15) см (d –размер поперечного сечения сваи) для глинистых грунтов с консистенцией от тугопластичной до твердой можно получить расчетную несущую способность, т.е. соотношение несущей способности свай с лидером и без лидера равно 1. (рис. 5).

Рис. 5. Влияние лидирующих скважин на несущую способность свай для грунтов при консистенции (IL ): 0-0,25. 1, 2, 3 – при диаметре скважин: dл = dc- л c см, dл = dc -10 см, dл = dc -15 см. Fd и Fd - несущая способность сваи с лидером и л с без лидера;

L и L – длина лидера и сваи.

Седьмая глава диссертации посвящена исследованиям влияния колеба ний грунта при забивке свай на существующие здания сейсмометрическим ме тодом.

Основной задачей исследований являлось установление степени влияния колебаний грунта при забивке свай дизель-молотами на близрасположенные здания и сооружения применением современной аппаратуры и компьютерных программ. Современная сейсмометрия располагает набором измерительных средств и возможностей обработки данных, позволяющих выявлять и оцени вать параметры очень слабых колебаний. Это стало возможным благодаря по явлению возможности цифровой регистрации и современной аналоговой эле ментной базы. Опытно-методические работы по записям слабых колебаний, возбуждаемых различными техническими устройс твами в окружающей их сре де (грунтах и на более глубоких горизонтах, зданиях и пр.) выявили ряд новых фактов. Это, прежде всего, накапливание изменений и появление необратимых процессов в среде при длительных воздействиях даже очень слабых колебаний.

Следует отметить изменение пористости материалов, водонасыщенности, нака пливание напряжений на концентраторах (дефектах), рост микротрещин, изме нение скоростей химических процессов (выщелачивания и пр.). Для обеспече ния сохранности существующих зданий особое внимание должно быть пра вильному и обоснованному проектированию и устройс тву свайных фундамен тов на основе щадящих технологий. Необходимость устройства свайного фун дамента должна быть установлена на основе вариантного рассмотрения раз личных способов устройства оснований зданий.

При исследованиях была использована сейсмометрическая цифровая пор тативная малоканальная с танция, разработанная для инженерно - сейсмометри ческих задач и сейсмического микрорайонирования. В каждой из обследуемых точек ведется одновременная регистрация тремя сейсмическими каналами ком понент вектора скорости смещения (или ускорения). Возможно параллельные измерения вариаций атмосферного давления с помощью микробарографа.

Для возможности универсального использования сейсмометров без встроенных усилителей, сигнал с выхода сейсмометров подается на предусили тели Ус с постоянным коэффициентом усиления К=100, питание предусилите лей может быть автономное от батареек или передаваться по сейсмическому кабелю (косе).

Принятая пространственная система наблюдений позволяет оценить рас пределения воздействия удара по объему здания и на отдельные выступающие консольные элементы.

Детальное рассмотрение показывает, что временные интервалы между строенными импульсами внутри единичного удара распределяются следующим образом – между первым и вторым интервал нарастает, между вторым и треть им - уменьшается в процессе забивки с каждым следующим ударом, т.е. при вхождении сваи вглубь слоя.

Средний временной интервал между 1-м и 2-м импульсами равен 0,05 с, между 2-м и 3-м – 0,15 с. Существенно, что 2-ой и 3-ий импульсы находятся в противофазе с 1-м. Все это дает возможность предполагать, что тут мы видим запись прямой волны от удара, а обмена на кровле слоя и отражения от подош вы слоя, в который входит свая.

По инженерно-геологическим данным предполагая, что скорости распро странения упругих волн лежат в интервале 1,5-2,5 км/с, скорости поперечных волн – можно оценить как 0,5-0,07 км/с. Учитывая, что компонента Y регис три рует, в основном поперечные волны, возникающие при ударе, т.е. поперечную прямую и отраженные, а также обменную S-P, получаем оценку расстояний от конца сваи до соответс твенно кровли и подошвы слоя 2-3 м и 8-9 м.

Это хорошо согласуется с данными инженерно-геологических изысканий, учитывая появление в нижней час ти слоя моренных отложений прослоев с воз можным водонасыщением, что является для поперечных волн отражающей границей.

Ниже приводятся результаты изучения воздействия ударов на сущест вующее здание.

Для характеристики оценки воздействия ударов по высоте здания сопос тавим спектры записей на грунте и на 1 и 8 этажах по одной вертикали – у лиф та. Анализ спектров показывает следующее:

- уровни колебаний, характерных для единичного удара – широкополос ного максимума на центральной частоте 10 Гц, при переходе сигнала с грунта на здание меняются следующим образом: на 1 этаже снижаются примерно в раза (по мощности на порядок) на всех компонентах по сравнению с таковыми на грунте, на 8 этаже – горизонтальные компоненты по уровню такие же, как и на 1 этаже, а вертикальная компонента возрастает по уровню примерно вдвое по сравнению с таковой на грунте и в 5 раз по сравнению с 1 этаже;

- по частоте – низкочастотные максимумы, связанные с ритмом ударов не проходят в здание за исключением пика на частоте 2 Гц, который проявляется в виде возбуждения собственных колебаний здания;

- ударные воздействия на 1 этаже практически не возбуждают интенсив ных собственных колебаний, но они проявляются на 8 этаже.

Таким образом, основное воздействие на здание ударов при забивке свай проявляется на верхнем этаже, причем как на час тотах, характерных для удара, так и идет возбуждение колебаний на собственных час тотах здания.

Возбуждение колебаний в здании на относительно высоких частотах (около 10 Гц) может привести к резонансным явлениям для отдельных конст руктивных элементов здания, особенно консолей. Были проведены измерения на балконе 8 этажа. Полученные спектры сравнивались с данными по измере ниям на 8 этаже, но внутри корпуса. Видно, что основное различие проявляется в усилении колебаний на частоте 20 Гц на балконе.

Экспериментальные измерения проводились в точках на 1 этаже здания.

Результаты были представлены в виде спектров мощности. Сопос тавление гра фиков показывает следующее.

В разных точках плана колебания здания, вызываемые воздействием уда ров при забивке свай, практически одинаковые по форме спектра и уровням.

Наибольшие различия проявляются на компоненте, регистрирующей ко лебания поперек корпуса здания (направление – на источник сигналов). Здесь спектр отклика на воздействие представлен двугорбым максимумом с частота ми пиков примерно 5 и 10 Гц. По мере удаления от источника по плану здания наблюдается относительное уменьшение интенсивности пика 5 Гц и увеличе ние для пика 10 Гц. Такая особенность связана, по-видимому, с устройством фундаментов здания.

Полученные результаты позволили составить сводную таблицу абсолют ных уровней ускорений в разных точках (табл. 1).

Таблица Осредненные значения ускорений колебаний, создаваемых при забивке свай Компонента колебаний Z X Y Z X Y Точка наблюдения v v v v v v уда- удара, удара, собств, собств, собст ра, мм/с мм/с мм/с мм/с в, мм/с мм/с 1 2 3 4 5 6 Грунт 0,25 0,27 0,23 - - 1 этаж, середина 0,12 0,13 0,08 0,05 0,005 0, корпуса 1 этаж, противополож- 0,13 0,12 0,08 0,05 0,002 0, ный фасад 1 этаж, у лифта 0,08 0,08 0,08 0,05 0,003 0, 8 этаж, у лифта 0,42 0,1 0,08 0,03 0,03 0, 8 этаж, угловая секция 0,42 0,12 0,1 0,05 0,05 0, 8 этаж, балкон 0,58 0,17 0,13 0,07 0,05 0, Анализ таблицы 1 показывает следующее:

1. Ударные воздействия при забивке свай создают в здании поле колеба ний, состоящих из импульсной части и возбуждении колебаний на собственных частотах здания.

2. Доминирующими по ускорениям являются импульсные колебания, ус корения на собственных частотах на порядок слабее.

3. Амплитуды колебаний различаются по пространственному и конструк тивному решению объема, наибольшие различия наблюдаются по высоте и на концентраторах напряжений.

4. На первом этаже наблюдается ослабление колебаний (по ускорениям примерно вдвое) по сравнению с грунтом, а на верхнем этаже здания ударные воздействия характеризуются увеличением ускорений примерно вдвое по срав нению с грунтом, различия между верхним и нижним этажом по ускорениям – примерно в 4- 5 раз, 5. Наиболее ярко эффект проявляется на вертикальной компоненте коле баний.

6. Проведенное исследование воздействия процесса забивки свай в гли нистых грунтах показало, что сейсмометрический метод является удобным и технологичным инструментом для решения ряда новых задач по определению влияния колебаний на близрасположенные здания.

Восьмая глава диссертации посвящена исследованию эффективных тех нологий строительс тва монолитных многоэтажных зданий на слабых грунтах.

На рис. 6 приведена блок-схема мониторинга производства комплекса технологических процессов монолитного строительства. Исследованы шес ть блоков, включающих: приготовление и транспортирование смеси;

арматурные и опалубочные работы;

подачу и укладку бетонных смесей, а также методы и технологии интенсификации набора прочности бетоном при различных внеш них температурных воздействиях. Итогом каждого блока является количест венная инструментальная оценка технологических процессов, обеспечивающих повышение качества и эксплуатационной надежнос ти зданий в монолитном ис полнении.

На экспериментальных объектах для возведения конс трукций использо вались конструкционные бетоны следующих классов: В20;

В22,5, В25;

В30;

В35 и В40. Применение химических добавок является одним из перспективных направлений регулирования технологических свойств смесей и повышения фи зико-механических характеристик бетонов.

Эффект действия добавок состоит в:

- при неизменном В/Ц осадка конуса (подвижность бетонных смесей) в 5...8 раз;

- при одинаковом расходе цемента водопотребность снижается на 12... %, а прочность повышается до 50 %.

Основное назначение суперпластификаторов – разжижение бетонной смеси до высокоподвижной и литой (рис. 7а). При этом достигается повышение физико-механических характеристик (рис. 7б).

Рис. 1. Блок схема мониторинга производства работ б) Рис. 7. Результаты исследования влияния добавки суперпластификатора С-3 на технологические (а) и физико-механические характеристики смесей и бетонов (б). 1- без добавки;

2- С-3 в количестве 0,4 %;

3, 4 тоже 0,8 и 1,2 %. I-III – кинетика набора прочнос ти тяжелым бетоном с добавкой С-3: I – 1%;

II – 2%;

III – 2,5 % от массы цемента Отечественными учеными разработаны комплексные гиперплас тифика торы «Хидстал-ГП», для товарного бетона, обеспечивающие сохранение под вижности до 3,5 ч, что исключительно важно при транспортировании смесей.

При суточном выдерживании в нормальных условиях достигается 60...70% проектной прочности бетоном.

Применение различного рода пластифицирующих, воздухововлекающих и других типов добавок зависит от минералогического состава цемента. Для одних цементов введение С-3 приводит к повышению подвижности, снижению расхода воды до 20 %, более раннему набору прочнос ти и повышению физико механических характерис тик. Цементы с отличным минералогическим соста вом приводит в ряде случаев к замедлению набора прочнос ти, а снижение В/Ц не всегда обеспечивает повышение прочности бетона.

При использовании бетонов с пластифицирующими добавками, следует учитывать то обс тоятельство, что для некоторых цементов процесс тепловыде ления существенно смещается. При введении суперпластификатора в смесь формирование с труктуры цементного камня отдаляется, что свидетельствует о смещении во времени интенсификации его твердения. Это обс тоятельство су щественно влияет на технологию производства работ и вызывает ряд негатив ных последствий.

Приготовление бетонной смеси осуществляют в смесителях принуди тельного или гравитационного перемешивания.

Приготовление бетонной смеси в смесителях принудительного типа более эффективно для получения однородных смесей высокой подвижности с расхо дом цемента более 250 кг/м3. Смесители принудительного дейс твия основаны на создании эффекта турбулизации смесей.

Использование турбулентных режимов позволяет интенсифицировать процесс приготовления бетонных смесей за счет сокращения времени переме шивания по сравнению с гравитационными смесителями с 3 - 5 мин до 60 - 90 с.

Повышение однородности компонентов смеси достигается при более ин тенсивных режимах перемешивания, когда критерий Фруда достигает значений 30 - 35 (против 0,3 - 0,5 для смесителей гравитационного типа).

Как показали исследования эффективных способов доставки бетонной смеси на строительные объекты, в с тесненных городских условиях, при огра ниченных размерах строительных площадок, при больших объемах бетонных работ и необходимости непрерывного обеспечения с троительства проектного качества и класса бетоном эффективным является централизованная поставка бетонной смеси, приготовленной на заводах, оборудованных современными приборами и оборудованием. Этим требованиям отвечают современные спе циализированные средства автотранспорта для перевозки бетонных смесей – автобетоносмесители. Изучение эффективных способов уплотнения бетонной смеси показало, что от качества уплотнения зависят плотность и однороднос ть бетона, а следовательно, его прочность и долговечность. При уплотнении из бе тонной смеси удаляется воздух. Для удаления воздуха высокопластичные смеси необходимо уплотнять кратковременным воздействием вибрации.

Организация бетонных работ специализированными потоками и звеньями позволяет более рационально использовать комплект опалубки и крановое обо рудование, исключить технологические перерывы, повысить ритмичность и ка чество работ.

В девятой главе диссертации выполнено обобщение результатов натур ных исследований эффективных технологий строительс тва многоэтажных мо нолитных зданий на слабых грунтах в стесненных условиях В диссертации приведены результаты применения требований к учету стесненнос ти условий строительства и наличия слабых грунтов в основании при проектировании и строительстве более 20 объектов строительства 17- этажных монолитных жилых зданий.

В с тесненных условиях, где проводились экспериментальные исследова ния, для повышения эффективности и обоснованности применяемых техноло гий возведения многоэтажных монолитных жилых зданий были учтены специ альные требования производства в стесненных городских условиях.

На стадии проведения инженерно-геологических изысканий особое вни мание было уделено правильному составление технического задания на произ водство инженерно-геологических изысканий. Часто технические задания бы ли составлены без учета архивных материалов и в них типы фундаментов (свайные или плитные) были указаны без учета возможности их ус тройс тва, необходимос ти таких фундаментов из-за больших нагрузок, а также без учета способов устройства оснований и фундаментов на слабых грунтах. При этом в одних случаях пришлось выполнять большие и ненужные объемы инженерных изысканий, а в других случаях объемы изысканий были недостаточными для обоснованного проектирования оснований и фундаментов для нового здания и принятия превентивных мероприятий для примыкающих существующих зда ний. В некоторых случаях не были выполнены работы по определению техно генного изменения уровня подземных вод на территории, возможного измене ния уровня поземных вод (барражный эффект). Своевременное установление возможных ошибок и их устранение позволило выполнение инженерно геологических по этапам в соответс твии с нормами и позволило качественное эффективное проектирование строительства зданий.

При исследованиях особое внимание уделялось вопросам обеспечения эксплуатационной пригодности существующих зданий, сооружений и инже нерных коммуникаций, попадающих в зону влияния строительства. Были изу чены строительные площадки, где в зону влияния строительства попадают 5- зданий, а некоторые вплотную примыкают к котловану с троящегося здания.

Повторное изучение определение технического состояния существующих зда ний позволило обоснованно запроектировать превентивные мероприятия для сохранения этих зданий. Для одних зданий применялась цементация тела ста рого фундамента, для другого здания кроме цементации тела фундамента при шлось делать подводку нового фундамента. Для третьей группы зданий было запроектировано и выполнено укрепление грунтов основания цементацией и усиление фундаментов устройс твом буроинъекционных свай. Для зданий, ко торые были деформированы при усилении их фундаментов дополнительными осадками на основе технического обследования были предложены по усилению надземных конструкций металлическими тяжами.

При исследованиях были изучены влияние вибрационных воздейс твий о т завивки ударным способом на существующие здания. Были исследованы пре делы применения лидерных скважин для погружения в них свайных фундамен тов и установлены изменение несущей способности свай погруженные в лидер ные скважины. Удачное возведение зданий вблизи существующих зданий под твердили предложенных технологий погружения свай.

При наличии в геологическом разрезе слабых глинистых и насыпных грунтов для строящихся были предложены уплотненные основания и свайные фундаменты. Верхние слабые слои грунтов основания, если они при располо жении подвалов окажутся ниже уровня фундаментов были заменены послойно уплотненными песчаными основаниями. Связи с тем, что эти здания находятся в стесненных условиях песчаная подушка устраивалась слоями толщиной 20- см и уплотнялась до с тепени плотности 0,80-0,9 малогабаритными катками или трамбовками. При наличии большого слоя слабых грунтов применялись свай ные основания, устраиваемые в лидерных скважинах методом вдавливания.

В стесненных условиях нет возможности использования котлованов с ес тес твенными откосами. На экспериментальных объектах для защиты котлова нов и для исключения рытья грунта в котловане на существующие здания были предложены и применены ограждения из шпунта и «стена в грунте». В некото рых случаях «стена в грунте» являлась не только ограждающей конструкцией но и наружной с теной и несущей конс трукцией подземных частей зданий (под валы 2-5 этажей и автостоянки).

На некоторых объектах при наличии примыкающих существующих зда ний и сооружений и высоком расположении грунтовых вод при применении для ограждения котлованов «стены в грунте» была предложена и эффективно применена современная технология производства работ «сверху-вниз».

На экспериментальных площадках проектирование водопонижения и дренажа и при возможном возникновении барражного эффекта производилась на основе математического моделирования изменения уровня подземных вод на прилегающей территории, где расположены существующие здания и сооруже ния.

На экспериментальных площадках выбор с троительных машин и обору дования и способов производства работ производился с учетом стесненности площадки с троительства. Было предусмотрено применение современных мало габаритной техники, мобильных машин и оборудования для уплотнения грун тов, приема и укладки бетонной смеси, автоматическое вязание арматуры для каркасов конструкций и т.д.

На всех объектах до максимальных значений были увеличены объемы го товых конс трукций, конструктивных элементов, поставляемых на объект и монтируемых конс труктивных элементов «с колес». Строго по графику были организованы работы бетононасосов, бетоновозов с учетом работы обслужи вающего транспорта в пределах города. При разработке стройгенплана особое внимание уделялось эффективному расположению и использованию кранов и крупногабаритных строительных машин с учетом стесненности строительной площадки с учетом наличия существующих зданий и сооружений.

Особое внимание уделялось исключению динамических воздействий о т работающих машин и механизмов на существующие здания и сооружения.

Объемы земляных работ на объектах при устройстве подземной автос то янки составляли от 2000 м3 до 11000 м3. Рытье котлованов осуществлялось с помощью экскаваторов на гусеничном ходу HYUNDAI R-250LC-7 объемом ковша 1,08 м3, HYUNDAI R-260LC-7 объемом ковша 1,62 м3, HITACHI EX220-5 объемом ковша 1,00 м3 и DAEWOO SOLAR 420LС-V объемом ковша от 2,18 м3 до с погрузкой грунта на автосамосвалы марки КАМАЗ-55111 и КАМАЗ 65115 с грузоподъемностью соответственно 13 и 15 т. Наблюдения по казали, что в городских условиях для перевозки грунта на расстояния более 3- км, приведенные выше, экскаваторы одновременно обслуживают до 13-16 са мосвалов без значительных прос тоев. Увеличение грузоподъемнос ти машин от 10 до 15 тонн при работе в городских условиях (при скорости движения в сред нем до 25-40 км/час) дает на 5-8 % больше экономического эффекта.

На основе проведенных исследований нами была создана технология воз ведения монолитных стен лифтовых шахт с применением элементов опалубоч ной системы «DALLI». Применение специальных смазок и усовершенствова ние технологии использования позволили увеличить кратнос ть использования опалубок «DALLI» в 1,5-2,0 раза. В результате усовершенствования технологий опалубочных работ удалось снизить трудозатраты на сборку и разборку опа лубки «DALLI» по сравнению с аналогичными опалубочными системами «Партек» и «Утинор» на 10-20%.

В процессе исследований был усовершенствован замок опалубки и про длен срок эксплуатации до нескольких тысяч раз использования разбор ки/сборки опалубки. После усовершенствования каркаса опалубок их оборачи ваемость была доведена до 450 раз. В результате увеличения высоты этажа вновь возводимых зданий при совместных исследованиях с фирмой «DALLI» была создана опалубка высотой 3,3 м. Эта опалубка прошла апробацию и ус пешно внедрена при строительс тве 22-этажного монолитного здания.

Бетонная смесь на объекты поставлялась из централизованных бетонных заводов. Для перевозки готовой бетонной смеси использовались выпускаемые ЗАО «КОМЗ-Экспорт» 5-7-кубовые модели автобетоносмесителей «TIGARBO» на шасси КАМАЗ 55111, КАМАЗ 5410, МАЗ 6303, МАЗ 630350 и т.д.

На объектах использовались бетононасосы «Putzmeister» марки BSA D и BSA 1408 E. Бетононасос марки BSA 1407 D имеет максимальный объем подачи бетонной смеси 71 м3 /час, максимальную высоту подачи бетонной сме си 80 м и максимальную дальность подачи бетонной смеси 170 м. Бетононасос марки BSA 1408 E имеет максимальный объем подачи бетонной смеси м3 /час, максимальную высоту подачи бетонной смеси 100 м и максимальную дальнос ть подачи бетонной смеси 250 м.

Выдерживание бетона конструкций производилось с помощью греющих проводов (ПТПЖ 2х1,2) путем нагрева бетона до 40°С за 12-16 часов, выдержке при указанной температуре в течение 36-48 часов и остыванию в течение 12- часов.

В летнее время с целью снижения влагопотерь свежеуложенного бетона, повышения его прочнос ти, уменьшения трудозатрат по уходу за ним, сокраще ния сроков распалубки, экономии материально – технических ресурсов на базе ЗАО «Химкинское СМУ МОИС-1» была разработана и успешно применена технология предохранения бетона от обезвоживания путём применения водо растворимых полимеров.

В процессе исследований были рассмотрены различные технологии вязки арматуры. Изучалась эффективность использования вязальной закрутки, вра щающейся закрутки фирмы «STANLEY» (Германия) и электрической машины для вязки арматуры RB392, RB 215, RB 395 и RB 650A (Япония). Они имеют не значительный вес – от 2,1 до 3,5 кг. Время вязки одного узла составляет 1 сек.

Применение машины RB392 увеличило производительнос ть труда по сравне нию с ручной закруткой в 10 раз.

На ряде объектов был установлен один башенный кран ХАСО 125, с гру зоподъемностью 4,5 тонн при максимальном вылете 65 м. Максимальная высо та подъёма до 125 м, максимальная скорость перемещения грузовой тележки, 100 м/мин, максимальная скорость подъёма/опускания груза 120 м/мин. При строительстве зданий башенного типа с помощью этого крана были выполнены все работы по перемещению строительных материалов и изделий.

Предложена технология возведения монолитного здания повышенной этажности, учитывающая применение одного башенного крана (например КБК – 333с) на весь период строительства, организация бетонных работ в захватках объемом принимаемой бетонной смеси от 545 до 1200 м3, использование со временных способов изготовления арматурных каркасов и опалубочных сис тем, обеспечение непрерывной подачи бетонной смеси и круглогодичное при менение греющих проводов и защиты бетона от теплопотерь.

Зависимость эффективнос ти использования кранов и бетононасосов от этажности возведения здания показана на рис. 8.

Рис. 8. Трудозатраты (Т) на 1 м уложенного бетона в зависимости от ко личества этажей (N): 1 - при использовании крана ХАСО-125 (Испания);

2 - при использовании бетононасоса «Putzmeister» ВSA-1407-D

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ В диссертационной работе обобщены результаты теоретических, экспе риментальных исследований и внедрения комплекса новых технологических решений в области устройства подземных час тей и бетонных работ при с трои тельстве многоэтажных монолитных жилых зданий на слабых грунтах в стес ненных условиях.

1. Комплексные теоретические и экспериментальные исследования про блем строительства многоэтажных монолитных зданий в стесненных условиях, на площадках со сложными инженерно-геологическими, гидрогеологическими условиями позволили создать комплекс эффективных технологий производства работ на различных этапах строительства, в совокупности обеспечивающих вы сокий уровень производительнос ти труда за счет полной механизации процес сов и высокое качество строительной продукции за счет полного исключения технологических нарушений.

Применение результатов исследований в процессе расчета и проектиро вания многоэтажных зданий, а также организация с троительных работ по пред ложенным технологиям обеспечивает круглогодичное возведение монолитных конструкций зданий и позволяет сократить себестоимость с троительных работ от 10 до 20 %, что вносит значительный вклад в развитие экономики страны.