Введение к работе
Актуальность работы. Проблема отказа оснований и щундамен-
тов зданий и сооружений беспокоит изыскателей, проектировщиков, строителей и работников эксплуатационных служб, поскольку затраты на восстановление деформировавшихся объектов остаются значительными, а их количество ке уменьшается. До сих пор не выявлена роль п значимость различных упущений, ошибок и просто брака в работе, приводящих к сверхнормативным осадкам и кренам различных строений. Не дана оценка отрицательному воздействии антропогенного фактора на инженерно-геологические условия застроенных территорий городов. Не отработана методология диагностики деформировавшихся зданий. Не выявлены наиболее рациональные методы усиления оснований и фундаментов, не разработана соответствующая нормативно-техническая додаюнтация.
Различные аспекты проблемы отказа оснований и фундаментов
рассмотрены в трудах отечественных и зарубежных ученых и специа
листов (Абелев .М.Ю., Ермолаев Н.Н., Коновалов II. А., Ыаслов II.Н.,
Михеев В.В., Николаев Н.К., Петроски Г., ііетрухин ЗЛІ., Іїолу-
ботко А.А., Рибицки Р., Рыбаков В.II., Сечи К., Смородинов М.И.,
Соколович В.Е., Сотников С.Н., Федоров В.II., Зеклш В.II.,
Ывец З.Б. , Anttikoski U. V., Bohm К., r.riksaon Li., i?redriksson A.,
Heller H.J., Hilber- K., Hewraarch G, , I.'ord 3., Baudasmaa P.J.,
Stjerngren U., Velasquez C. etc. ), ЧТО привело В
последние 30 лет к изменению былого отношения к авариям зданий ц сооружений.
Появилась острая необходимость в обобщающем исследовании рассматриваемой проблемы отказов, включающем исследование, совершенствование -и развитие методов усиления оснований и фунда-
* Отказ - событие, которое заключается в нарушении работоспособности технического объекта.
4 монтов существующие зданий с широкой апробацией на практике. Именно в такой постановке исследование, направленное на решение практических задач, представляется нам актуальным.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами НИР и ОКР НИИпромстроя (Ші государственной регистрации 68029459, 71022046, 72019497, 75027648, 7833080, 7902*6688, 8І004492І, 01870088302, 0І8800840ІІ и др.), программой Госстроя БАССР "Стройнаука-2000" и целевыми комплексными научно-техническими программами Госстроя СССР 0Ц.03І, 0Ц.О32.055.І6Ц (задания 03 и 04) и 42 (задание 07).
Цель и задачи работы. Цель работы заключалась в комплексном исследовании проблемы отказов оснований и фундаментов деформировавшихся зданий к, включающем анализ, систематизацию и разработку классификации причин отказов; выявление роли и значимости отрицательных факторов; обоснование, исследование и совершенствование прогрессивных способов усиления оснований и фундаментов; широкое внедрение в производство результатов исследования, обеспечиващее экономию материальных и трудовых ресурсов и уменьшение вредного влияния на окружающую среду.
Поставленная цель предопределила выполнение следующих основных задач.
I. Выявить по публикациям и собственным наблюдениям факторы, приводящие к появлению отказов оснований и фундаментов существующих зданий **. Систематизировать хронологически результаты собст-
* Здесь и далее под термином "здания" подразумеваются различные массовые строения - промышленные здания, жилые и административные дома, объекты культурно-бытового и агропромышленного назначения, кроме уникальных.
Х5 Здесь и далее понятие "существующее здание" означает любое эксплуатируемое, строящееся, вновь построенное (неэксплуати-руемое) здание, нуждающееся в усилении его основания и фундамента.
, енных исследований и составить кадастр деформировавшихся объек--ов. Разработать классификацию причин отказов оснований и а.унда-:центов, іжполш'ть статистический анатаз, -/становить структуру отказов и значимость отрицательных 'ракторон. Теоретически обосновать закон ьаспределения отказов л отработать вероятностный Л10ГНО.Ч іклормащтЛ зраінні о счетом изменчивости наличного ц;:онда0 „ .ірсаналнпиоовать еа.врег/.еннпе споеоои "шкЕнланнн отказов основании существующих зкашш. .Ыдо.геть научно еСоснованшд: путей наиболее оптимальний химический сеа^епт, принести "сееторси-нее исследование ого сгонстп, вазоасотать принципы усиления ос-іовашпі. включающие лодо-ор рецептуры» расчетное полегеппя и технологию работ.
'> Обосновать наиболее рацнояальшн: спосіб усиления фундаментов, лсл7чпв:.шх отпае, разрасотать конструкта.) г. тс'.лт.:ческпе решения, лроьестн исследования в дслевих условиях к разработать 5СНОЕННЄ положения по .ивоектяпосантпи п расчету таких и.унлаг,:е)т-тсв.
t. снизить вероятность отказов оеноьанкр к фундаментов существующих здании при строительстве соседних знаний на аутшаг.сп-тах из заОиннінт сваи дчтем логрукения :іх в nvoami'.e,
.„. і.траестать на неакгнкз г.етотодогпн у; следования депортировавшихся здании, н соле совать причини отказа их оспозанпх к лндаиєнтов. пазраоотать технические режния :,d стзоітлизацип депортации п остпестппть елтопсклЛ надзор з-ч их ^селизацнен.
;3. Газрасотат: ноР'".:ат;ітно-ілсто;Ьі""еску;о документация, рртлс-' ентпруюіцую вопрос:" ^'следования, нзнскаипі, гірооктінювашпі. расчета :: технслогг.:: ликвидации отказов основании і: фундаментов депоор;кровашп:хся зданий прєдлекєншл.с:: і.:етода:,т:.
Методология исследования. Проблема и направленность исследования сформулированы по мере решения практических задач по выявленшо причин отказов оснований и фундаментов и их устранению различными методами с учетом публикаций таких авторов, как Абе-лев М.Ю., Абрамов С.К., Бартоломей А.А., Бахолдин Б.В., Гани-чев И.А., Гольдштейн Ы.Н., Добров Г.М., Ильичев В.А., Коновалов П. А., Корженко Л..И., Рыбаков В.И., Сергеев Е.М., Смороди-нов М.И., Сотников С.Н., Федоров В.И., Феклин В.И., Швец В.Б., Kirach К., Lane P.P., Natukka A., Newton J.G., Samol К,, Steger E.H., Walter L., Wills A.J. etc.
Комплексное изучение рассматриваемой проблемы базируется на законах о всеобщей взаимосвязи событий и явлений, на системном анализе, математической статистике, теории вероятностей, на теоретических полоненнях механики грунтов и фундаментостроения, а также инжэнерной геологии, минералогии, органической химии и прогностики.
Теоретическую основу исследования составили труды ученых в соответствующих областях науки и техники, среди которых Абба-сов П.А., Болотин В.В., Герсеванов Н.М., Григорян А.А., Гмопшн-ский В.Г., Гуменский Б.М., Денисов Н.Я., Егоров K.S., Зианги-ров Р.С., Картин В.А., Кнатько В.М., Котлов Ф.В., Кушнир С.Я., Лапшин O.K., ІЛаслов Н.Н., Платонов А.П., Полак А.О., Ребин-дер П.А., Ржаницын Б.А., Рудерман С.Ю., Соколович В.Е., Соро-чан Л.А., Терцаги К., Ухов СБ., Пай Т.Н., Цытович Н.А., Черкасов И.И. , Шейнин В.И., Янч Э., Aurand К., Barowsky Ы.,- Bazant Z.J., Broms В.Б., Karol R.H., Kolbe P., Masearsch K., Miller E.L., Sanglerat G. etc.
Анализ и систематизация значительного количества отечественных и зарубежных публикаций, посвященных аварийныгл объектам, и авторские исследования отказов 36 деформировавшихся зданий
7 послужили материалом для составления классификации причин отказов оснований и фундаментов. Применение математической статистики и теории вероятностей для обработки на ПЭВМ информации о поврезадепиях объектов позволило выявить значимость отрицательных антропогенных факторов в судьбе здания и теоретически обосновать закон распределения деформировавшихся объектов.
Из рассмотренных современннх способов ликвидации отказов оснований химический метод подвергнут экспертному опросу, позволившему установить перспективные направления и назвать наиболее оптимальный реагент - карбамидную смолу, свойства которой детально исследованы с помощью специальных приборов и оборудования (рН -метрия, термография, электронная микроскопия, вискозиметрия и др.).
Научным анализом публикаций и сопоставлением технико-экономических параметров методов усиления фундаментов существующих зданий выделен метод подведения вдавливаемых свай-мега.
Исследования в полевых условиях предложенных методов устранения отказов оснований и фундаментов выполнены с помощью современной стандартной аппаратуры и механизмов, а в лабораторных условиях - с помощью специально разработанных лотков, копра и другого оснащения.
В работе особое внимание уделено натурному исследованию деформировавшихся зданий, разработке технических решений по усилению их оснований и фундаментов, разработке конструкторско-технологической и нормативно-методической документации, позволившей обеспечить условия для широкого внедрения предложенных методов.
Научная новизна работы. Научная новизна проведенного исследования заключается в следующем:
- сгруппированы причины отказов оснований и фундаментов
деформировавшихся зданий по материалам собственных наблюдений
и публикациям и составлен кадастр деформировавшихся зданий, обследованных автором;
разработана классификация причин отказов оснований и фундаментов,- выявлены роль и значимость, а такке период их наступления;
проведен вероятностно-статистический анализ возникновения отказов и разработана методика их прогнозирования с учетом меняю-щегося фонда зданий;
установлены перспективные направления развития химического метода усиления оснований и разработана генеральная определительная таблица для количественной оценки перспективности реагента;
сформулированы принципы химического метода усиления оснований, включающие методику регулирования и расчета соотношения компонентов гелеобразукщей смеси и новую рецептуру смолизации, расчетные положения и технологию работ;
предложена и исследована забивная свая в полимерной рубашке, выявлены ее преимущества перед обычными забивными сваями по уровню динамического воздействия, экологической вредности и несущей способности, что позволяет снизить вероятность появления отказа оснований и фундаментов соседних зданий; разработаны методика расчета несущей способности свай в полимерной рубанке,
а такке технология их погружения;
- исследована работа вдавливаемых многосекционных свай для
конструктивного усиления фундаментов, предложена новая конструк-
ция свай, разработана методика расчета несущей способности, технология их производства, вдавливания и немедленного включения в работу;
обработка данных кадастра и материалов экспертной оценки выполнены на ПЭВМ; сформулирована возможность создания экспертной системы для диагностики состояния оснований и фундаментов;
исследование выполнено с учетом теоретических положений и законов соответствующих дисциплин и имеет комплексную практическую направленность, что обеспечило широкое внедрение результатов исследования в производство.
На защиту выносятся следующие положения.
1. Материалы комплексного исследования проблемы отказа
оснований и фундаментов деформировавшихся зданий, в том числе:
- результаты анализа причин отказов оснований и фундамен
тов и кадастр деформировавшихся объектов за 1969...1991 гг.
в Уфе и других городах страны;
классификация причин отказов оснований и фундаментов;
результаты статистического анализа по выявлению роли и значимости соответствующих классов, групп и видов причин отказов оснований и фундаментов и периода их наступления;
результаты вероятностного анализа причин отказов и методика их прогнозирования с учетом меняющегося фонда зданий.
2. Результаты исследования по совершенствованию химического
метода устранения отказов оснований, включающие методику и экс-
10 пертную сцепку, генеральную опрэделзтелыщо таолвд закономерности процесса отеєгс&єїш керйамдцзой смола з чистом внде е е коішсзкщзі! с грунтом, оптшаалвдв рецептуру емояизацки грунтов к тс;шолс1'нческос оборудование ддй инъекционного усиленая оснований супрствущях здакайо
е Результаті! їіОсдадоііЕяаь' врОешоі; свал з полимерной рубанке в Еклзочакаде теоретическое; обосноі&нао,, лабораторное к по-лэЕие. эксперименту с расчет ішо;л:;сК способности к тихнолсядаэе-као рекомендации*
с Результат исследовать конструктивного мезда устранена? откаеі: снундалекті' многесокцмоншвш сваш/ar, включащяй поле-ьщи зкоперюланїїї, ръсче-л- нес-ycsii способности к параметров вдов-лиЕанійі, классификаций упорних элементов,, рабочие чартери свай, регламенти вдаБлкваньдс тєхнзчєскйо решения іі технелеткчееїаю роїхмзвдацьіїс,
DpaiynreacKSft »епвое?ь результатов исследование,, Пракіздчес-как ьяачтаості, работе заключается ь том, что все экспершленталь-Ш'О исследование вшышены на реальних объектах в порядке острой производственной необходимости, Результати обследования дєфор-ісіровавншся зданий сведенн в кадастр, в развитие которого раз-раостсна классификация причин отказов оснований ж фундаментов.
Установленные -прнчшш к сроки наступления отказов оснований н дундамєктоз указывают на те недоработки, которые допускают изыскатели, проектировщик!!, строители н зксплуатационішо сяунбц,, Закон распределении деформировавшихся зданий полоаен в основу методики прогноза повреждении зданий.
Результаты всестороннего исследования свойств карбамидной смолы как наиболее оптимального реагента из числа органических материалов в чистом виде и в композиции с грунтом позволяют рассчитать параметры рецептуры и повысить целенаправленность обработки грунта.
ііредлокенная и исследованная забивная свая в полимерной рубашке обладает существенными преимуществами перед обычными сваями по уровню динамического воздействия, экологической вредности и несущей способности.
Прогрессивный метод устранения отказа фундамента подведением многосекционных сваіі (сваіі-кега) в исследовании автора получил дальнейшее развитие и подготовлен для широкого применения на практике благодаря созданию необходимой нормативно-методической и конструкторско-технологичсской документации на базе полевых исследований.
В целом комплексное исследование проблеми ОТГ^ЗМ оснований и фундаментов и методов их устранения на реальных объектах позволило упорядочить информацию, выявить закономерности и выработать пути дальнейшего развития как самостоятельной дисциплины.
онедпенпе результатов неслодованил. Результаты исследования и разработки автора реализованы в следующих направлениях:
диагностша п исследование деформировавшихся зданий (обследование и установление причин отказа оснований и щунда-ментов, анализ документации, поверочные расчеты, подготовка заключений);
подготовка технических заданий на разработку технологического оборудования для усиленій оснований и (Зундаментов, лабораторной оснастки для исследовательских работ и легкой зон-
дирущей установки (всего 6 наименований);
разработка технических решений по устранению отказов оснований и фундаментов, расчет несущей способности, полевые исследования и авторский надзор при усилении оснований и фундаментов;
разработка соответствующих методик, рабочих чертежей и нормативно-методической документации, утвержденной в установленном порядке.
Выполненные автором исследования и практическая помощь производству позволили вывести из аварийного состояния обследованные объекты при минимальных затратах.
Исходные материалы. 3 основу диссертационной работы полонены результаты многолетних исследований автора в НШпромстрое, которые проведены при его непосредственном участіш в процессе разработки ШОКР в качестве ответственного исполнителя и научного руководителя. 3 рамках выбранного направленій автор лично участвовал в диагностике отказов оснований и фундаментов деформировавшихся зданий (96 объектов): представил заключения, сформулировал мероприятия по стабилизации осадок, подготовил технические решения и технологические регламенты, провел авторский надзор при усилении оснований и фундаментов. Автор лично разрабатывал методики, рабочие программы, технические задания, технологические карты, нормативно-методические документы и отчеты по НИР в соответствии с тематическими планами ІЕПІлромстроя и заданиями ведомств бывшего CJJP (Госстроя, ..Іішлромстроя и і.іин-уралсибстроя).
Апробация материалов исследования. Результаты работы били обсуздены па УІІІ Международном конгрессе по механике грунтов и фундаментостроенив (!;;., 1973); на ыеэдукзродной конференции
"Проблеми нулевого цикла" (Болгария, 1973); на УГ Ввропеііскоіі конференции по механике грунтов и (ї/уіщаментостроешш (Австрия, IS76); на международном симпозиуме "Инженерная геология карста" (ііермь, 1922); на пяти всесоюзных совещаниях по закреплению п уплотнсшю грунтов (..!., 1969; С.-П., 1971; Киев, 1974; Ташкент, 1978; Ростов-на-доцу, 1983); на четырех всесоюзных семинарах и совещаниях по застройке закарстовашшх территорий (Уфа, 1980, 1984; іодольск, 1983; Jat.iapa, 1990); на всесоюзной конференции "о'эверыенствованио работ нулевого цикла" (Уфа, IS8I); на всесоюзном координационном совещании по выполнению заданій 04 программы О.Ц.03І (Челябинск, І98И); на II Всесоюзном координационном совещании по проблеме 'Механизированная безотходная технология возведения свайных фундаментов" (Владивосток, 1988); но У Всесоюзно'': конференции по шпонернок геологии (Екатеринбург, 1984); на II Всесоюзной конференции по современным проблемам с ванного фундаментостроенпя з JJJP (Одесса, I9S0); на пятнадцати региональных паучло-те:піпчсских конференциях (Екатеринбург, I9G7, 1975, 1977, 1986, 1987; Челябинск, 1976, 1983, 1989; Уфа, 1979, I9G3, 1987, 1988, 1991, 1992; J.-.':., 1983); на четырех научных ко::, .орсігиіях в г.нмзнерно-строитсльпих институтах (Одесса, 1968, 1969; J.-;i., 19G9; .'.., 1991); па семнадцати ежегодных научны;: хол/огенхпях ЇСІхіромстроя (Уф:, 1970-1986). отдельные этапы работы долэ;.:;;ш в ПІІоснозашіі: пм.ії.-.Гсрссзанова на сеюіип ученого совзто (28 августа 1978 г. г. I июня 1989 г.) к 5-а Герсова-низских чтениях (:sl марта 1990 г.).
Іу&тиг.из:::. искозкие лолокеїаія диссертации опубликованы з 63 работах. _Іо теме диссертации имеются публикации в трудах Уі:: і: И Іегдпіародкь'х конгрессов, в трудах УІ і: УС европейских кон-
ференций по ілєханнке грунтов и фундаментостроеш-ш, а такне в трудах мездународного симпозиума "Инженерная геология карста", в австрийском и итальянский технических куриалах; в трудах всесоюзных и региональных совещаний и семинаров, посвященных механике грунтов, инаенерной геологии, фундаментостроешго; в ^урна-. лах "Основашія, фундаменты и механика грунтов", "Инженерная геология", "Промышленное строительство", "Механизация строительства", "Сельское строительство", "Пластические массы", "Проектирование и инженерные изыскания"; в трудах НШпромстроя, а такно в ведомственных изданиях.
Результаты исследований и практический опыт устранения отказов экспонированы четырезды на БДНХ СССР, в т.ч. на выставках "Лолимеры-78", "Оундаментостроение-79", "Строительство в слояных горно- и инженерно-геологических условиях" (IS85) и "Передовой опыт проектирования, строительства и реконструкции промышленных предприятий" (1366). Экспонаты удостоены 13 медалей ВДНХ ОХР, в т.ч. автор - четырех, не считая две Большие памятные медали. В 1983 г. метод усиления фундаментов экспонирован на ВДНХ Молдавской ССР, приуроченной к Уїї Дунайско-европейской конференции по механике грунтов и ундаментостроеншо (Кишинев). В IS86 г. автор награвден орденом "Знак Почета", а в 1991г. ему присвоено звание заслуженного строителя Башкирской ССР.
Новый метод забивки свай в рубашке освещен в научно-техническом фильме "Новости промышленного строительства на объектах Глав-башетроя" (1980), а метод усиления фундаментов многосекционными сваями - в фильме "Прогрессивные типы сдундаментов" (IS90 г.).
Результаты исследования защищены семью авторскими свидетельствами на изобретения и отражены в отчетах по научно-исследовательским раоотам за IS66-I990 гг., которые хранятся в НИИпромстрое.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,