from 01.01.2001 until now
Krasnodar, Krasnodar, Russian Federation
from 01.01.2016 until now
Kuban State Agrarian University (bases and foundations, assistant)
from 01.01.2013 to 01.01.2016
Krasnodar, Krasnodar, Russian Federation
UDK 69 Строительство. Строительные материалы. Строительно-монтажные работы
GRNTI 67.11 Строительные конструкции
GRNTI 67.23 Архитектурно-строительное проектирование
GRNTI 67.01 Общие вопросы строительства
OKSO 08.04.01 Строительство
OKSO 08.06.01 Техника и технологии строительства
BBK 302 Проектирование
BBK 304 Конструкции
BBK 308 Монтаж, эксплуатация, ремонт машин и промышленного оборудования
TBK 5413 Основания и фундаменты. Механика грунтов
The article performs example of practical implementation of raft-pile foundation with an intermediate layer as a foundation for high-rise building located on a steep slope in a seismic region.
raft-pile foundation, intermediate layer, seismicity, slope, high-rise building, vertically reinforced foundation, deep excavation, non-standard foundation solution
Строительство высотных зданий на крутых склонах является сложной задачей в связи с наличием ряда технических и технологических особенностей их возведения. Зачастую проектирование не может обойтись без применения нетрадиционных решений фундаментов и надземных частей здания, а также современных методов по устройству глубоких котлованов [3-4, 8, 11-15].
Рисунок 1 – Участки с высотными зданиями, расположенными на крутых склонах
В настоящей статье приведен опыт проектирования высотного здания в г. Сочи с нетрадиционным решением фундаментов, позволивший выровнять неравномерную сжимаемость основания в плане и по глубине геологического разреза в связи с крутопадающими напластованиями инженерно-геологических элементов (рис. 2…5).
Краснодарский край и его Черноморское побережье являются одним из наиболее привлекательных регионов России с современной курортной инфраструктурой. Такие факторы, как крутой рельеф, оползневая и селевая активность, неравномерное распространение слабых грунтов в плане и по глубине, – заставляют принимать нестандартные решения при проектировании фундаментов высотных зданий.
Рисунок 2 –Участок строительства высотного здания на крутом склоне
Проектируемое здание – 24-25-ти этажное (высота здания ~108,0 м), с двумя подземными этажами. Форма подземной части здания в плане близка к прямоугольной с размерами ~95х50 м. За относительную отметку 0,00 принята абсолютная отметка 74,7 м. Глубина заложения подошвы плиты переменная – 7,5-18,4 м. Отметка подошвы плиты -7,95 м (абс. отм. 66,75 м), сейсмичность площадки строительства 9 баллов.
Рисунок 4 – Схема совмещения фундаментов с естественным рельефом участка
Рисунок 5 – Инженерно-геологический разрез по линии 1-1 (рис.4)
В геоморфологическом отношении участок строительства приурочен к средней части приморского склона юго-западной экспозиции горы Бытха. Площадка строительства расположена на склоне горы Бытха и характеризуется резким перепадом рельефа поперек буквенных осей проектируемого здания. Участок строительства расположен в верхней части крупного древнего оползня, зарегистрированного в кадастре Северо-Кавказского Геоэкологического центра под № 1713, характеризующийся как стабилизировавшийся.
Геологическое строение, согласно инженерно-геологическим изысканиям, изучено до глубины 30 м и представлено следующими грунтами (сверху вниз).
- Насыпные грунты (tQIV) [ИГЭ-1] неоднородные, крупнообломочный, слежавшийся грунт с глинистым полутвердым заполнением. Толщина – 0,9-3,5 м.
- Нерасчлененные верхнечетвертичные и современные делювиально-оползневые образования (d-dpQII) [ИГЭ-2] представлены глиной песчанистой, полутвердой, слабонабухающей с включениями щебня и глыб выветрелых осадочных пород (до 25%). Толщина – 4,0-17,0 м.
- Древнеоползневые образования среднеплейстоценового возраста (dpQII) [ИГЭ-3] представлены смещенными блоками аргиллитов, алевритов и песчаников, выветрелых до состояния суглинков полутвердых, слабонабухающих, щебнистых. Толщина – 1,0-10,2 м.
- Коренные породы среднего палеогена (P2ф) [ИГЭ-4] представлены мергелями малопрочными, плотными, размягчаемыми, нерастворимыми. Падение пластов коренных пород юго-западное под углом 15-18°. Наибольшая вскрытая толщина – 20,5 м.
Подземные воды на участке строительства встречены при проходке древнеоползневых отложений [ИГЭ-3]. К современным и делювиально-оползневым отложением приурочены подземные воды типа «верховодка». Основные нормативные и расчетные характеристики физико-механических свойств грунтов приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Основные нормативные и расчетные характеристики физико-механических свойств грунтов
|
Номер ИГЭ |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
Разновидность грунта по ГОСТ 25100-95 |
Насыпной слежавшийся неоднородный крупнообломочный грунт с глинистым полутвердым заполнителем и включением строительного мусора |
Глина легкая песчанистая полутвердая слабонабухающая с включением щебня и глыб выветрелых осадочных пород (до 25%) |
Суглинок тяжелый пылеватый полутвердый ненабухающий непросадочный щебенистый |
Мергель малопрочный плотный размягчаемый нерастворимый |
|
|
Плотность грунта природной влажности, т/м3 |
pn |
1.95 |
2.05 |
2.10 |
2.53 |
|
pI |
|
2.02 |
2.06 |
2.50 |
|
|
pII |
|
2.03 |
2.07 |
2.51 |
|
|
Коэффициент пористости |
e |
|
0.642 |
0.530 |
|
|
Показатель текучести |
IL |
|
0.17 |
0.03 |
|
|
Степень влажности |
St |
|
0.98 |
0.93 |
|
|
Удельное сцепление, кПа |
Cn |
|
56/22*/80** |
70/19*/58** |
|
|
CI |
|
34/9* |
60/9* |
|
|
|
CII |
|
43/13* |
64/11* |
|
|
|
Угол внутреннего трения, град |
φn |
|
12/10*/14** |
14/13*/15** |
|
|
φI |
|
8/6* |
5/7* |
|
|
|
φII |
|
9/7* |
89* |
|
|
|
Модуль деформации при водонасыщении, МПа |
Eо |
|
17 |
16 |
|
|
Предел прочности на одноосное сжатие при естественной влажности, МПа |
Rс |
|
|
|
14.7 |
|
Предел прочности на одноосное сжатие при водонасыщении, МПа |
Rс(вод) |
|
|
|
10.1 |
|
Коэффициент размягчаемости |
|
|
|
|
0.50 |
|
Примечание:
|
|||||
Разработанное проектное решение глубокого котлована [18] предусматривало возведение свайно-анкерного ограждения из буронабивных свай d800 мм и d600 мм, которые по высоте раскреплялись 2-4 ярусами инъекционных анкеров (рис. 6). Сваи выполнялись с поверхности естественного рельефа. Длина свай d800 мм - 20,0-26,0 м; d600 мм - 16,0-18,0 м. Сваи изготавливались из бетона класса B25 и армировались пространственными каркасами из арматурных стержней d36 мм. Для обоснования принятых решений проводились геотехнические расчеты в ПК PLAXIS. Наиболее опасные расчетные сечения, их техническое решение замаркированы и показаны на рис. 6,7,9. Деформированные схемы на последней стадии расчета для каждого сечения показаны на рис. 8,10.
Рисунок 6 – Схема расположения решений ограждения глубокого котлована
Рисунок 7 – Расчетное сечение 1-1 Рисунок 8 – Деформированная схема
расчетного сечения 1-1
Рисунок 9 – Расчетное сечение 2-2 Рисунок 10 – Деформированная схема
расчетного сечения 2-2
Таблица 2 – Расчетные усилия в грунтовых анкерах в сечении 1-1
|
Номер яруса анкера |
Усилие в анкере на 1м.п., кН |
Шаг анкеров, м. |
Усилие в анкере, кН |
|
1 |
144.6 |
3.28 |
474 |
|
2 |
139.8 |
2.46 |
344 |
|
3 |
69.9 |
2.46 |
172 |
Таблица 3 – Расчетные усилия в грунтовых анкерах в сечении 2-2
|
Номер яруса анкера |
Усилие в анкере на 1м.п., кН |
Шаг анкеров, м. |
Усилие в анкере, кН |
|
1 |
122 |
3.28 |
400 |
|
2 |
118 |
2.46 |
290 |
|
3 |
61 |
2.46 |
150 |
В результате проведённых расчетов удалось определить расчетные усилия в элементах системы, по которым назначался их шаг и габаритные размеры. В таблицах 2-3 показаны расчетные и проектные значения усилий в грунтовых анкерах с учетом шага их расстановки, которые были подтверждены натурными испытаниями с применением соответствующих коэффициентов запаса.
Рисунок 11 – Инженерно-геологические условия строительства высотного здания
После обоснования конструкции глубокого котлована был проведен поиск эффективного решения фундамента высотного здания. Как видно из рисунка 11, участок строительства высотного здания расположен на крутом склоне. Данное здание предусматривает развитую 2-3-этажную подземную часть, в связи с чем необходимо выполнение откопки до 18 м, однако даже такие значительные подрезки склона не позволяют зданию опираться на однородные грунты. Это показано на рисунке 11, где правая часть фундамента здания опирается на скальные грунты ИГЭ-4, а левая часть – на дисперсные грунты ИГЭ-2, 3.
В таких условиях применение традиционных решений фундаментов является трудоемким и экономически неэффективным. В связи с чем было разработано специальное техническое решение фундамента, которое предусматривало выравнивание деформационных характеристик основания за счет применения вертикального армирования основания буронабивными сваями под частью фундаментной плиты высотного жилого здания (рис. 12).
Рисунок 12 – Схема расположения элементов вертикального армирования основания высотного жилого здания
Суть технического решения заключалась в использовании буронабивных свай d400 мм переменной длины - 2,0-18,0 м (см. рис. 11). Сваи выполнялись с отметки дна котлована -9,10 м (абс. отм. -65,60 м) (рис. 15). Длина свай назначалась из расчета заглубления подошвы свай в мергель (ИГЭ-4) не менее чем на 1,0 м. В верхней правой части фундамента, согласно инженерно-геологическим изысканиям, в основании фундаментной плиты здания залегает мергель (ИГЭ-4), в этих местах фундаментная плита здания опирается на естественное основание. В нижней правой части – на сваи. Все сваи вертикально армированного основания объединятся монолитной плитой толщиной 450 мм, для более равномерного и совместного восприятия приходящих нагрузок на армированное основание. Между сваями и плитой здания выполняется промежуточная подушка (рис. 13) толщиной 600 мм из гранитного щебня для снятия значительных горизонтальных нагрузок, приходящих на сваи при сейсмическом событии в 9 баллов [18].
Рисунок 13 – Техническое решение плитного фундамента на армированном основании для высотного здания в г. Сочи
Рисунок 14 – Процесс бурения свай инженерной защиты глубокого котлована
Рисунок 15 – Начало бурения свай вертикально армированного основания высотного здания с проектной отметки дна котлована
Рисунок 16 – Устройство промежуточной подушки из гранитного щебня для компенсации горизонтальных воздействий на высотное здание
Рисунок 17 – Этап возведения 14-го надземного этажа высотного здания
Рисунок 18 – Завершение фасадных работ на объекте
Использование современных геотехнологий в сочетании с заданной проектом последовательностью возведения фундамента, а также адаптация объемно-планировочного решения проектируемого объекта к существующему рельефу дают техническую и экономическую возможность воплотить задуманный архитектурный проект на практике. Это требует соответствующего расчетного обоснования и применения нестандартных технических решений фундаментов.
1. Svod Pravil 14.13330.2014 «Stroitel'stvo v sejsmicheskikh rajonakh. Aktualizirovannaya redakciya SNiP II-7-81* [Seismic building design code. With Amendment No. 1]». - Moscow : The Minstroj of Russia publ., 2015.
2. SNKK 22-301-2000 «Stroitel'stvo v sejsmicheskikh rajonakh Krasnodarskogo kraya [Construction in seismic areas of Krasnodar region]». - Moscow : The Gosstroj of Russia publ., 2001.
3. SHadunc K. Sh., Marinichev M. B. K raschetu zdanij i sooruzhenij na slozhnykh, neravnomerno szhimaemykh osnovaniyakh [To the calculation of buildings and structures on complex, unevenly compressible bases] // Soil Mechanics and Foundation Engineering - Vol. 2. 2003. pp. 7-10.
4. Marinichev M. B., SHadunc K. Sh., Marshalka A. Yu. Effektivnye fundamentnye konstrukcii v slozhnykh gruntovykh usloviyakh [Effective Foundation construction in difficult ground conditions] // Industrial and Civil Engineering. Vol. 2. 2013. pp. 34-36
5. Spravochnik geotekhnika. Osnovaniya, fundamenty i podzemnye sooruzheniya [Handbook of geotechnical engineering. The bases, foundations and underground structures] / Under the General editorship of V. A. Ilyichev and Mangushev R. A. 2nd edition, revised and supplemented. Moscow : Publishing house ASV publ., 2016. -1040 p.
6. Spravochnik proektirovschika. Osnovaniya i fundamenty, podzemnye sooruzheniya [Directory of the designer. Bases and foundations, underground structures] / Under the General editorship of Sorochana E. A., Trofimenkova Yu. G. Moscow : Strojizdat publ., 1985. - 480 p.
7. Rukovodstvo po proektirovaniyu svajnykh fundamentov [Guidelines for the design of pile foundations] // Gersevanov Research Institute of Bases and Underground Structures (NIIOSP). - Moscow : The Gosstroj USSR publ., 1980.
8. Rekomendacii po proektirovaniyu svajnykh fundamentov s promezhutochnoj podushkoj dlya zdanij i sooruzhenij, vozvodimykh v sejsmicheskikh rajonakh [Recommendations for the design of pile foundations with an intermediate cushion for buildings and structures erected in seismic areas] // Gersevanov Research Institute of Bases and Underground Structures (NIIOSP). - Kishinev publ., 1974.
9. SHadunc K. Sh., Marinichev M. B., Demchenko V. A. Sposob stroitel'stva svajno-plitnykh fundamentov v sejsmicheskikh rajonakh [Method of construction of pile-slab foundations in seismic areas]: pat. RU 2300604: MPK E02D 27/34, proposal № 2005131149/03, date 07.10.2005; publication 10.06.2007, bulletin №16
10. Shaduncz K. Sh., Marinichev M. B. Sposob vozvedeniya svajno-plitnogo fundamenta [Method of construction of pile-slab foundation]: pat. 2378454 RU: MPK E02D27/14, proposal № 2008133436/03, date 14.08.2008; publication 10.01.2010, bulletin №1
11. Marinichev M. B., Tkachev I. G. Razrabotka konstruktivnogo resheniya vertikal'no armirovannogo osnovaniya plitnogo fundamenta vysotnogo zdaniya v sejsmicheskom rajone [Development of constructive solutions vertically reinforced base slab foundation of high-rise buildings in the seismic area]/ Materials of the international scientific and technical conference "Soil mechanics in geotechnics and foundation engineering". Novocherkassk / publishing house "Polytechnic" publ., 2015 - pp. 272-281.
12. Marinichev M.B., Tkachev I.G., Shlee Yu. Prakticheskaya realizaciya metoda vertikal'nogo armirovaniya neodnorodnogo osnovaniya dlya kompensacii neravnomernoj deformiruemosti gruntovogo massiva i snizheniya sejsmicheskikh vozdejstvij na nadzemnoe sooruzhenie [Practical implementation of the method of vertical reinforcement inhomogeneous grounds for compensation of non-uniform deformation of the soil mass and the reduction of seismic effects on elevated structure] / Scientific Journal of KubSAU. Krasnodar / KubSAU publ., 2013. Vol.10(094). pp. 758 - 771.
13. Marinichev M. B. Opyt realizacii nestandartnykh metodov proektirovaniya i stroitel'stva fundamentov vysotnykh zdanij v sejsmicheskikh rajonakh [Experience in the implementation of non-standard methods of design and construction of foundations of high-rise buildings in seismic areas] / Scientific Journal of KubSAU. Krasnodar / KubSAU publ., 2017. Vol.01(125). pp. 623 - 657.
14. Marinichev M. B. Ocenka effektivnosti svajno-plitnykh fundamentov s promezhutochnoj podushkoj na primere vysotnykh zdanij v sejsmicheskikh rajonakh Krasnodarskogo kraya [Evaluation of the effectiveness of pile-slab foundations with an intermediate cushion on the example of high-rise buildings in seismic areas of the Krasnodar region] / Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. Journal of Construction and Architecture. Tomsk / TGASU publ., 2017. Vol. 2(061). pp. 182-191
15. Marinichev M. B. Osobennosti ucheta inzhenerno-geologicheskogo stroeniya osnovanij pojmennykh territorij v sejsmicheskikh rajonakh pri vybore tekhnicheskikh reshenij fundamentov vysotnykh zdanij [Features of the account of engineering-geological structure of the bases of the floodplain territories in seismic areas at the choice of technical solutions of the bases of high-rise buildings] / PNRPU Construction and Architecture Bulletin. Perm / PNIPU publ., 2018. Vol.1. pp. 103-113
16. Malinin A.G. Strujnaya cementaciya gruntov. [Jet cementation of soils]. Monograph. Perm / Presstajm publ., 2007. - 168 p.
17. Shashkin A. G., Shashkin K. G. Raschety vzaimodejstviya vysotnogo zdaniya i osnovaniya s uchetom nelinejnykh svojstv konstrukcionnykh materialov i gruntov [Calculations of the interaction of high-rise buildings and foundations with non-linear properties of structural materials and soil] // Housing construction. Vol. 9. 2015. pp. 30-35.
18. Contract №1662/38-148-06/SP between LLC "Datong Group" and Gersevanov Research Institute of Bases and Underground Structures (NIIOSP)
