Испытание конструкций 5-ти и 9-тиэтажных крупнопанельных зданий
Неравномерные просадки грунтов приводят к взаимодействию и совместной работе грунтов основания с фундаментами и в целом со зданием. В связи со сложностью этого взаимодействия работа конструкций зданий при неравномерных деформациях, а также достоверность применяемых методов расчета зданий на просадки грунтов могут быть изучены только путем испытаний конструкций зданий на неравномерные просадки при местном замачивании грунтов.
В 1961—1963 гг. в Запорожье, Днепропетровске, Кемерово и других городах были построены первые экспериментальные дома с замачиванием грунтов в основании.
Участок строительства экспериментальных домов в Запорожье сложен слоистой толщей лессовидных суглинков и лессов, которые на глубину 20—22 м обладают просадочными свойствами и относятся к II типу по просадочности с расчетной просадкой от собственного веса около 100 см. Грунтовые воды залегали на глубине более 30 м.
Основной целью испытаний крупнопанельных пятиэтажных домов в Запорожье являлись проверка надежности разработанного комплекса мероприятий и изучение работы конструкций при неравномерных просадках лессовых грунтов в основании (замер осадок и просадок фундаментов, возможных перемещений отдельных панелей в пространстве, а также их перекоса, раскрытия, швов, напряженного состояния в конструкциях с помощью датчиков сопротивления).
Рис. 45. Эпюры просадок фундаментов экспериментального дома № 33 в Запорожье после испытаний (1) и выправления дома (2): I—III — секции.
Рис. 46. Эпюра просадок фундаментов экспериментального девятиэтажного дома в Запорожье: 1—3 — траншеи с дренажными скважинами для замачивания грунтов; I—IV — секции.
Для получения максимальных усилий в конструкциях зданий лессовые грунты замачивали с торцов секций I и III (рис. 45). Для ускорения развития просадок и достижения максимальной их неравномерности замачивание выполнялось через дренирующие скважины диаметром 40 см, пробуренные на глубину 6,5— 8,5 м и засыпанные шлаком. Результаты испытаний пятиэтажного крупнопанельного дома серии 1-480П подтвердили полную надежность принятого комплекса мероприятий для обеспечения его прочности и устойчивости. При просадках грунта, достигавших 1121 мм, в конструкциях домов не обнаружено недопустимых деформаций. Посекционная разрезка здания на отдельные блоки с увеличением их прочности привела к тому, что отдельные секции работали как единое целое без изгиба и неравномерные про-1 садки грунта в основании вызывали только крен в их сторону источника замачивания.
Наблюдения за просадкой глубинных марок показали, что уплотнение грунтов в основании фундаментов тяжелыми трамбовками на глубину 2 м полностью исключает просадку грунта от нагрузки фундаментов в пределах деформируемой зоны, просадка в данных условиях происходит только в нижних слоях грунта от его собственного веса, начиная с глубины 5,2 м.
Одновременно с этим испытания выявили значительные запасы прочности дома при работе его на изгиб и кручение (максимальные напряжения в арматуре поясов панелей не превышали 75,6 МПа) и необходимость дальнейшего совершенствования методики расчета зданий на прочность.
Так как на расстояниях 15—30 м от дома № 33 располагались жилые здания, находящиеся в эксплуатации, выправление дома после испытаний могло осуществляться только организованным замачиванием, исключающим просадки грунтов под окружающими зданиями. Секции выправлялись не под одну отметку, а с одним общим креном, допустимым для нормальной эксплуатации и равным не более.0,012 (см. рис. 45). При этом просадки отдельных фундаментов регулировали только дозированным замачиванием соответствующих массивов грунта.
Положительные результаты испытаний позволили массово применять разработанный комплекс мероприятий при строительстве пятиэтажных крупнопанельных, а позднее крупноблочных и кирпичных жилых домов на площадках со II типом грунтовых условий.
В начале 70-х годов с применением комплекса мероприятий были, разработаны типовые проекты серии 1-480П девятиэтажных крупнопанельных зданий для строительства на площадках со II типом грунтовых условий. Испытание такого дома путем искусственного замачивания основания выполнялось в Запорожье. Участок сложен просадочными лессовидными суглинками и лессами на глубину до 20 м с расчетной просадкой грунтов от собственного веса около 70 см.
Дом запроектирован по жесткой конструктивной схеме и состоит из четырех секций (отсеков). Первые две секции (рис. 46) возведены на уплотненных грунтах на глубину до 20 м грунтовыми сваями без учета сил нагружающего трения на уплотненный массив. Причем под секцией II уплотнение выполнялось по разряженной сетке с расположением скважин глубиной 20 и 9 м через одну.
Замачивали грунт в основании дома в такой последовательности: у осадочного шва между секциями I и II; с торца секции I; с торца секции IV. В результате замачивания грунтов просадка фундаментов секций I и II достигла 259—278 мм, секции IV— 597. При этом деформации в виде трещин наблюдались только в торцевых поперечных стенах отсеков I и II. Как и при испытании пятиэтажных крупнопанельных домов, вследствие наличия уплотненного слоя толщиной 2 м просадки грунтов в предела деформируемой зоны от нагрузки фундаментов отсутствовали и проявлялись только в нижних слоях от собственного веса грунта. Если просадки грунтов от собственного веса под секцией IV и за пределами дома проходили начиная с глубины 4,5—6 м, то под секцией I на уплотненном грунте по обычной сетке — с глубины 16 м, под секцией II вследствие уплотнения по разряженной сетке — с глубины 12 м. Просадки нижней части уплотненных массивов вызваны дополнительной нагрузкой от нависшего окружающего грунта при просадке его от собственного веса. Вследствие этого происходило дополнительное сжатие подстилающих уплотненные массивы непросадочных грунтов, равное под секцией 1 — 91, секцией II — 45 мм, под секцией IV — нулю.
В процессе испытания дома просадки отдельных секций проходили как жестких элементов, без изгиба, с креном в сторону источника замачивания. При неравномерной просадке торца секции IV максимальные напряжения в арматуре панелей не превышали 30 МПа, в связях узлов — 50 МПа и только после соединения секций IV и III жесткими связями увеличились до 80 МПа.
После испытаний дом был выправлен организованным замачиванием грунтов через скважины. Секции I и II были практически в горизонтальном положении, а III и IV с одним общим уклоном 0,008. Выправление дома обеспечило его нормальную эксплуатацию, в том числе лифтов, смонтированных в жестких шахтах.
Результаты проведенных испытаний девятиэтажного крупнопанельного дома замачиванием просадочных грунтов показали высокую прочность и надежность дома при работе на изгиб и подтвердили возможность перехода с односекционной разрезки осадочными швами на двухсекционную. Была изучена работа конструкций девятиэтажных крупнопанельных домов при неравномерных просадках грунтов в основаниях, получены исходные данные по дальнейшему совершенствованию конструктивных решений и методов расчета, что обеспечило массовое строительство девятиэтажных крупнопанельных домов на просадочных грунтах со II типом грунтовых условий по просадочности на основе применения комплекса мероприятий.