2.2. Конструктивное усиление основания использованием пригрузки

При реконструкции зданий часто возникает необходимость углубления существующих подвалов, используя подземное пространство для производственных целей. Следует учесть, что подобного рода работы требуют тщательного геотехнического обоснования, включающего, в том числе обследования состояния здания, фундаментов, оценку состояния гидроизоляции, установления геологических условий и т.д. Несомненно, эти работы должны выполняться специализированными фирмами, имеющими опыт выполнения подобного вида работ.

Необходимость углубления подвалов может возникнуть и при выполнении реконструктивных работ, связанных с устройством пристроек.

Любое углубление отметки пола существующего подвала неизбежно связано с изменением расчетной схемы для системы «фундамент – основание». Чаще всего в подобных случаях не выполняются условия расчета по первому предельному состоянию или по устойчивости оснований.

В этом случае необходимо внесение конструктивных изменений в расчетную схему и выполнение контрольных проверочных расчетов.

Рассмотрим, к примеру, современный объект, где торгово-бытовые помещения представляют собой двухэтажное сооружение с подвалом, которое по нескольким осям вплотную примыкают к возводимому многоэтажному дому. Фундаменты здания сборные железобетонные с глубиной заложения 2,2 м от планировочной отметки и 0,88 м от пола подвала.

Относительная отметка уровня пола подвала -2,65 м (для помещений, примыкающих к осям жилого дома). Относительная отметка низа перекрытия над подвалом -0,85 м.

Таким образом, в проектном решении высота подвала составляет:

2,65 – 0,85 = 1,8 м, (см. рис. 2.6) что не удовлетворяет Заказчика.

Была поставлена задача по углублению пола подвала, таким образом, чтоб высота подвала составляла 2,4 м. Данное решение может быть реализовано только углублением пола на 0,6 м, т.е. относительная отметка пола подвала должна составлять -3,25 м. Изменение глубины заложения пола подвала приведет к изменению расчетной схемы работы фундаментов и основания.

Рис. 2.6. Схема принципиального конструктивного усиления основания пригрузкой (с использованием металлических стоек) при углублении подвала (по условиям рассматриваемого примера).

Выполнение расчетов фундаментов здания пристроенного магазина, с учетом понижения отметки уровня пола подвала, т.е. изменения расчетной схемы, было выполнено по программному комплексу http://www.buildcalc.ru/Calculations/Brnl/Default.aspx (расчёт фундамента с учётом нелинейной работы основания), позволяющему рассчитывать фундаменты с учетом двух предельных состояний (рис. 2.7).

Представленные результаты расчёта (версия для печати) на рис. 2.7 по рассматриваемому примеру в сечении 3-3 показывают, что углубление подвала для данных геологических условий и конструктивных особенностей здания не отвечают требованиям условий расчёта по первому предельному состоянию.

Рис. 2.7. Фрагмент копии экрана вывода результатов окончательного расчёта (версия для печати). Пример выполнен по интернетовской программе BRNL (расчёт фундамента с учётом нелинейной работы основания), (http://www.buildcalc.ru/Calculations/Brnl/Default.aspx) для существующего фундамента в сеч. 3-3 при углублении подвала на 60 см.

Представленное решение (рис. 2.7.) с коэффициентом надёжности 0,96 < 1 свидетельствует о том, что устойчивость фундамента (в сеч. 3-3) в данном случае не обеспечена. Необходимо выполнение конструктивных мер усиления основания с использованием пригрузки (рис. 2.6.).

Подобные расчёты, представленные (версия для печати) на рис. 2.8 по рассматриваемому примеру в сечении 13-13 также показывают, что углубление подвала для данных геологических условий и конструктивных особенностей здания не отвечают требованиям условий расчёта по первому предельному состоянию.

Рис. 2.8. Фрагмент копии экрана вывода результатов окончательного расчёта (версия для печати). Пример выполнен по интернетовской программе BRNL (расчёт фундамента с учётом нелинейной работы основания), (http://www.buildcalc.ru/Calculations/Brnl/Default.aspx) для существующего фундамента в сеч. 13-13 при углублении подвала на 60 см.

Представленное решение (рис. 2.8.) с коэффициентом надёжности 0,96 < 1 свидетельствует о том, что устойчивость фундамента (сеч. 13-13) в данном случае также не обеспечена. Необходимо выполнение конструктивных мер усиления основания с использованием пригрузки (рис. 2.6.).

Таким образом, условие понижения уровня пола подвала в рассматриваемом примере для расчетных сечений 3-3 и 13-13 не обеспечивает устойчивости (не выполнение условий расчета по первому предельному состоянию). Необходимо выполнить расчет с учетом усиления, повышающего несущую способность основания.

Такое условие может быть осуществлено путём устройства дополнительной пригрузки со стороны пола подвала на основание в виде железобетонной (ж/б) полосы - балки.

Для того чтобы пригрузка от ж/б полосы-балки сечением (b х d₁) 0,5 х 0,27 м (по данным рассматриваемого примера) давала необходимый эффект, ее необходимо закрепить неподвижно металлическими стойками (кирпичными пилонами), упирающимися в ж/б перекрытие над подвалом (рис. 2.6, 2.9). Данные стойки, являясь опорами для железобетонной неразрезной балки, создают условия работы для этой конструкции, эквивалентные работе слоя бетона (эквивалентная пригрузка).

Рис. 2.9. Схема принципиального конструктивного усиления основания пригрузкой (с использованием кирпичных пилонов) при углублении подвала (по условиям рассматриваемого примера).

В результате, созданная эквивалентная пригрузка на основание со стороны подвала (рис. 2.8, 2.9), приведёт к увеличению приведённой глубины заложения подошвы существующего фундамента и изменит расчётную глубину подвала.

Величина дополнительной пригрузки, найденная из условия работы грунтового основания в предельном состоянии для фундаментов с наименьшей шириной подошвы, в первом приближении может быть принята 20 кН/м. Данная пригрузка должна восприниматься конструкцией ж/б перекрытия над подвалом, заделанного в наружные стены.

Тогда, при величине q = 20 кН/м получим приведенную толщину бетонного слоя для γ = 22 кН/м³:

h_пр=20/22=0,9 м

Следовательно, работа ж/б балки-полосы, с опорами в виде металлических стоек или кирпичных пилонов, будет эквивалентна работе слоя бетона толщиной 0,9 м. Тогда в расчетной схеме глубина подвала может быть уменьшена на 0,9 м и составит:

Н_п = 1,9 – 0,9 = 1,0 м

Учёт этих конструктивных изменений, в программном решении для условий рассматриваемого примера, представлен в распечатках на рис. 2,10, 2,11.

Измененные расчетные условия вводим в исходные данные и решаем задачу заново (см. распечатку программного решения для конструктивно усиленных сечений фундамента 3-3(усилен.), 13-13(усилен.)) (рис. 2,10, 2,11.).

Рис. 2.10. Фрагмент копии экрана вывода результатов окончательного расчёта (версия для печати). Пример выполнен по интернетовской программе BRNL (расчёт фундамента с учётом нелинейной работы основания), (http://www.buildcalc.ru/Calculations/Brnl/Default.aspx) для существующего фундамента в сеч. 3-3 с конструктивным усилением при углублении подвала на 60 см.

Рис. 2.11. Фрагмент копии экрана вывода результатов окончательного расчёта (версия для печати). Пример выполнен по интернетовской программе BRNL (расчёт фундамента с учётом нелинейной работы основания), (http://www.buildcalc.ru/Calculations/Brnl/Default.aspx) для существующего фундамента в сеч. 13-13 с конструктивным усилением при углублении подвала на 60 см.

Полученные решения (рис. 2.10, 2.11) позволяют рассматривать данные расчетные сечения фундаментов как надежные конструкции, отвечающие необходимым требованиям СНиП [4].

Таким образом, для рассмотренных расчетных сечений фундаментов 3-3, 13-13 и др., расположенных вдоль основных наружных стен подвала, необходимо выполнить пригрузку основания в виде устройства ж/б балки-полосы сечением (b х d₁) 0,5 х 0,27 м. Данная балка-полоса с опорами в виде металлических колон или кирпичных пилонов, упирающихся в ж/б перекрытие над подвалом, будет работать как неразрезная конструкция.

Следует подчеркнуть, что в представленных численных примерах рассмотрена конкретная геотехническая задача и намечены пути её решения. В общем же случае данная задача для различных геологических условий и конструктивных особенностей здания, решается индивидуально.