Штоль Т.М., Теличенко В.И., Феклин В.И. Технология возведения подземной части зданий и сооружений

Подождите немного. Документ загружается.

ББК 38.654.1

Ш92

УДК 624.15(075.8)

Рецензенты:

д-р

техн. наук, проф.,

зав.

лабораторией НИИОСП

М.

И.

Смородинов;

д-р

техн. наук, проф.,

зав.

кафедрой

ТСПА ВЗПИ

Л. Г. Д

км а н

Редактор

— Л. П.

Рагозина

Штоль Т. М. и др.

92 Технология возведения подземной части зданий

и сооружений: Учеб пособие для вузов: Спец.: «Пром.

и гражд. стр-во»/Т. М. Штоль, В. И. Теличенко,

В.

И. Феклин.— М.: Стройиздат, 1990.—288 с: ил.

Рассмотрены индустриальные методы

средства возведения

свайных фундаментов

заглубленных частей зданий

сооруже-

ний,

базирующихся

на

применении современных технических

средств

передовой технологии. Уделено внимание вопросам

механизации производственных процессов, повышения производи-

тельности труда, качества работ, охраны окружающей среды.

Для студентов вузов, обучающихся" по специальности «Про-

мышленное

гражданское строительство».

3307000000—515

ISBN 5-274-00998-0

047(01)—90

155—90

ББК 38.654.1

В.

И. Феклин, 1990.

ВВЕДЕНИЕ

Строительство подземных со-

оружений и фундаментостроение яв-

ляются важными разделами строи-

тельной науки и практики.

За последние годы в этой области

достигнут определенный успех — соз-

даны новые виды свайных фундамен-

тов,

разработан и внедрен способ

«стена в грунте», промышленностью

освоен выпуск прогрессивных машин и

механизмов, совершенствуется техно-

логия производства работ.

Для сокращения продолжитель-

ности, уменьшения стоимости и сбе-

режения ресурсов необходимо приме-

нение современных методов технологи-

ческого проектирования, разработки

обоснованных организационно-техно-

логических решений по выполнению

строительных работ. Особое внимание

должно быть уделено также выбору

экономичных вариантов проектов ор-

ганизации и технологии работ при

реконструкции действующих пред-

приятий, имея в виду создание нор-

мальных условий для совмещения

строительных работ и основной дея-

тельности предприятий. Несмотря на

имеющиеся в этой области достиже-

ния, строительство фундаментов и под-

земных сооружений остается трудоем-

ким и дорогим. По-прежнему несовер-

шенной остается технология и органи-

зация работ по усилению фундаментов

и оснований под них при реконструк-

ции промышленных и гражданских

зданий. Одной из причин несовер-

шенства технологии этих работ яв-

ляется отсутствие системного освеще-

ния передового опыта, особенно в

учебниках и учебных пособиях для

студентов строительных специаль-

ностей вузов и техникумов. В учеб-

ной литературе не излагается мето-

дика выбора сравнений возможных ва-

риантов технологии и организации

строительно-монтажных работ.

В настоящем учебном пособии ав-

торы ставили своей целью изложить

передовой опыт строительства свай-

ных фундаментов и оснований под

них в различных грунтовых условиях.

Кроме того, для более глубокого по-

нимания и изучения методики вы-

бора экономных вариантов технологии

производства работ в гл. И излага-

ются основы проектирования, орга-

низации и технологии возведения

свайных фундаментов и подземных

сооружений, иллюстрируя расчеты

примерами, необходимыми при разра-

ботке проектов производства работ.

Введение, главы II и X написаны

проф.

Т. М. Штолем, главы I, V, IX

д-ром техн. наук В. И. Феклиным,

главы III, IV, XI канд. техн. наук

В.

И. Теличенко, главы VI—VIII напи-

саны Т. М. Штолем и В. И. Феклиным

совместно.

Глава 1.

Основные положения технологии возведения

подземной части зданий и сооружений

/./. Классификация и

конструктивные схемы

подземной части зданий

и сооружений

Подземная часть зданий

является ответственной частью соо-

ружения, на которую затрачиваются

огромные капитальные вложения. В

настоящее время затраты на фунда-

ментостроение и устройство подзем-

ных частей зданий составляют около

8,5 млрд руб, что составляет 12% об-

щего объема строительно-монтажных

работ. Удельный вес трудовых затрат

на устройство подземной части зданий

составляет 8—15% общих затрат на

возведение здания.

Подземная часть зданий или соо-

ружений включает в себя основания,

фундаменты, стены, перекрытия, фун-

даментные балки и балки жесткости,

плиты днища, тоннели, каналы и дру-

гие конструктивные элементы.

Конструктивные решения подзем-

ной части зданий и сооружений

имеют большое разнообразие (рис.

1). Они зависят от функциональ-

ного назначения здания, его объем-

но-планировочнОго решения, инже-

нерно-геологических условий строите-

льной площадки и природно-климати-

ческих условий.

Для зданий жилищно-гражданс-

кого назначения и многоэтажных

промышленных зданий наибольшее

распространение получили следующие

схемы подземной части: бесподваль-

ная,

подвальная и с многоярусными

подвалами (рис. 1. 1, а — в).

Характерной особенностью про-

мышленных зданий является различие

отметок заложения фундаментов. Это

вызывается необходимостью уст-

ройства отдельных фундаментов под

технологическое оборудование, раз-

личных технологических подвалов,

приямков, тоннелей, закладываемых

на различных отметках. Конструктив-

ные решения подземной части соору-

жений в значительной мере зависят

от типа сооружения и грунтовых

условий. Подземные части могут вы-

полняться в виде массивных фунда-

ментов (рис. 1. 1, е)\ глубоких опор

(рис. 1. 1,,ж)\ многоярусных подва-

лов,

заглубленных подземных соору-

жений (рис. 1. 1, з) и комбиниро-

ванных решений.

у Подземные части сооружений мо-

гут быть выполнены в виде массив-

ных фундаментов (дымовые трубы,

башни, доменные печи и др.), заглуб-

ленных в грунт колодцев насосных

станций, отделений дробления, ваго-

ноопрокидывателей и т. п. соору-

жений, а некоторые сооружения могут

быть быполнены полностью под землей

(гаражи, склады, подземные ма-

гистрали и т. п.).

В зависимости от типа несущих

конструкций, заглубленных в грунт,

подземные части зданий можно раз-

делить на следующие группы:

массивные фундаменты;

облегченные ячеистые фундамен-

ты;

фундаменты в виде системы опор

глубокого заложения;

ячеистые заглубленные помеще-

ния, включающие ограждающие сте-

ны,

перекрытия и днища;

линейные сооружения типа тонне-

лей,

переходов,

галерей и переездов.

/./. Классификация и конструктивные схемы подземной части зданий и сооружений 5

1.1. Конструктивные схемы

подземной части зданий и

сооружений

а — бесподвальная;

б — подвальная; в —

с многоярусными

подвалами; г —

бесподвальная с

использованием

подземного пространства

под фундаменты

технологического

оборудования; д — с

частичным использованием

подземного пространства

под технологические

подвалы; е — массивный

фундамент; ж —

фундамент в виде

глубоких опор; з — в виде

глубокого подземного

сооружения; 1 —

фундамент; 2 — подвал;

3 — стена подземного

сооружения; 4 —

фундамент

технологического

оборудования; 5 —

технологический

Подземные сооружения классифи-

цируют по целому ряду признаков:

по месту расположения, назначению и

характеру использования, по этаж-

ности и глубине заложения, по конст-

руктивной и объемно-планировочной

схеме.

По месту расположения в подзем-

ном пространстве: расположенные не-

посредственно под зданиями и соору-

жениями; расположенные под незаст-

роенной территорией; выходящие за

пределы зданий; расположенные под

улицами, дорогами и реками.

По глубине заложения различают:

мелкого и глубокого заложения.

Основными элементами подземной

части являются основания и фунда-

менты, так как от их надежности

зависит сохранность всего сооруже-

ния.

Под основанием понимаются нап-

ластования грунтов, которые воспри-

нимают нагрузку от здания или соо-

ружения. Различают основания естест-

венные, сложенные природными грун-

тами, и искусственные, когда при-

родные грунты частично заменены

или свойства их улучшены тем или

иным способом (уплотнением, закреп-

лением и т. п.).

Фундаменты служат для передачи

нагрузки от сооружения на основа-

ние.

При использовании подземного

пространства в хозяйственных или

иных целях фундаменты одновременно

могут выполнять роль ограждающих

конструкций. Характер конструктив-

ного решения зависит от назначения

фундаментов; величины и характера

действующих нагрузок; инженер-

но-геологических и иных природных

условий строительной площадки;

производственных возможностей ма-

териально-технической базы строи-

тельства; наличия вблизи сооружае-

мого фундамента ранее возведенных

объектов и других факторов (рис. 1. 2)

Все известные виды фундаментов

можно разделить на две большие

группы: фундаменты, возводимые в

открытых котлованах, и фундаменты,

устраиваемые без отрывки котлова-

нов (свайные, щелевые, буровые,

тонкостенные цилиндрические оболоч-

ки,

опускные колодцы и кессоны)

(рис. 1. 3).

Фундаменты, возводимые в откры-

тых котлованах, широко распростра-

Основные положения технологии возведения подземной части зданий

сооружений

КОНСТРУКТИВНЫЕ

ОСОБЕННОСТИ

ЗДАНИЯ,

СООРУЖЕНИЯ ,

ОБОРУДОВАНИЯ

О.

нены

строительстве.

На их

возведе-

ние расходуется большая часть бетона

и железобетона, используемого

в фун-

даментостроении (табл.

1.1).

1.1. Основные виды фундаментов, используемых

в строительстве

Вид фундамента

Возводимые

открытых

котлованах

Свайные

Всего

Сборные

Монолитные

Всего

Объем,

млн. м

45/78,7

12,1/21,3

57,1/100

22,5/39,3

34,6/60,7

57,1/100

Отличительной особенностью фун-

даментов, возводимых

открытых кот-

лованах является передача нагрузки

1.2. Структура

„у

конструктивного решения

фундамента

на грунт почти всегда через плоскую

горизонтальную подошву.

этом зак-

лючается простота

их

возведения.

Од-

нако такая передача нагрузки

не

всег-

да оправдана

точки зрения работы

системы основание

—

фундамент.

К фундаментам, возводимым

в от-

крытых котлованах, относятся сле-

дующие виды фундаментов мелкого

заложения: столбчатые (отдельно-

стоящие)

ленточные, перекрестно-

ленточные, плитные (сплошные), мас-

сивные, рамные, коробчатые.

Классификация и конструктивные схемы подземной части зданий и сооружений 7

ФУНДАМЕНТЫ

ВОЗВОДИМЫЕ В ОТКРЫТЫХ

КОТЛОВАНАХ

1.3. Классификация

фундаментов зданий и

сооружений

Столбчатые фундаменты представ-

ляют собой столбы с развитой опор-

ной частью, передающие на грунт

нагрузки от колонн и стен здания.

Иногда такие фундаменты выполняют

в разбуриваемых полостях в массиве

грунта.

Ленточные фундаменты выполняют

под стены или колонны. Они могут

быть из монолитного и сборного

железобетона. При устройстве подва-

лов ленточные фундаменты служат

стенами подземной части.

Перекрестно-ленточные фундамен-

ты устраивают под колонны на неод-

нородных и структурно-неустойчивых

грунтах.

Плитные (сплошные) фундаменты

устраивают под всем сооружением в

виде безбалочных или ребристых

конструкций.

При больших нагрузках вместо

плитных фундаментов устраивают из

монолитного железобетона коробча-

тые фундаменты.

Массивные фундаменты представ-

ляют собой бетонный или железо-

бетонный массив, форму и размеры

которого принимают в зависимости от

наземной части сооружения или маши-

ны,

устанавливаемых на фундамент.

Массивные фундаменты устраивают

под сооружения башенного типа (те-

лебашни, водонапорные башни, трубы

и др.), доменные печи, мостовые

опоры, технологическое оборудование.

Массивные-фундаменты бывают под-

вального и бесподвального типа. В не-

которых случаях массивные фунда-

менты выполняют групповыми, напри-

мер под мощные прокатные станы.

Основным несущим элементом рам-

ных фундаментов является жесткая

многостоечная рама, стойки которой

устанавливают в гнезда опорной пли-

ты и жестко заделывают в них.

По степени сборности фундаменты

подразделяют на сборные, монолитные

и сборно-монолитные. К сборным

относятся фундаменты, монтируемые

из готовых элементов (плит, блоков,

стоек, балок, оболочек) заводского

изготовления.

Монолитные, фундаменты выпол-

няют непосредственно на строитель-

ной площадке путем бетонирования

в опалубке или непосредственно в

грунте.

Сборно-монолитные фундаменты

выполняют из сборных элементов и

монолитного бетона.

8 Г лава 1. Основные положения технологии возведения подземной части зданий и сооружений

При передаче от зданий и сооруже-

ний больших нагрузок на слои грунта

с большей несущей способностью при-

меняют фундаменты глубокого зало-

жения, в том числе свайные, тонко-

стенные оболочки, буровые опоры и

столбы, опускные колодцы, кессоны и

стены в грунте.

Существует большое разнообразие

фундаментов (рис. 1.4), конструк-

ции которых определяются грунтовы-

ми условиями, особенностями зданий и

сооружений, величиной и характером

действующих нагрузок и другими

условиями. Фундаменты различаются

геометрической формой, размерами,

наличием арматуры, анкерных болтов

и закладных деталей. Все эти особен-

ности влияют на степень сложности

фундаментов. Особую сложность

имеют фундаменты технологического

оборудования. В таких фундаментах

могут быть ниши, каналы, углубления,

приямки, пустоты и тоннели. Они

имеют переменные отметки подошвы и

верха фундамента. Форма их в плане

может иметь самые замысловатые

очертания, что зависит от конструк-

ции устанавливаемого оборудования.

Перечисленные особенности конст-

1.4. Примеры

конструктивных решений

фундаментов

руктивных решении оказывают су-

щественное влияние на технологич-

ность возведения фундамента. Для

оценки технологичности возведения

фундаментов можно воспользоваться

показателем относитель-

ной сложности фундамента.

По данному показателю сложность

фундамента определяется с учетом

его конфигурации, объема и затрат

материалов. Каждый признак оказы-^

вает влияние на сложность фунда-

мента, поэтому показатель относитель-

ной сложности можно представить

как произведение ряда относительных

характеристик:

т=КоКпК*КбК

, (1.1)

где Ко —

коэффициент,

характеризующий

сте-

пень заполнения объема

зависит

от

объема

пустот

углублений

массиве

фундамен-

та; /С

—

коэффициент,

характеризующий

уде-

льную площадь граней

фундамента,

прихо-

дящуюся

на 1 м

бетона;

К&, Кб, Кз— коэф-

фициенты,

характеризующие соответственно

степень

армирования,

насыщения анкерными

болтами

закладными

деталями.

Коэффициент степени заполнения

объема определяют по формуле

Ko = V*/V, (1.. 2)

1.2. Особенности -технологии производства работ 9

где Уф и V — соответственно объем фунда-

мента по внешнему обмеру, т. е. с пусто-

тами,

объем фундамента в плотном теле.

Коэффициент Кп определяют по

формуле

Kn=Mf,

(1. 3)

где — удельная площадь наружной поверх-

ности рассматриваемого фундамента, м

-1

;

/ — то же фундамента-эталона, м

-1

, принимая

равной 10.

Коэффициент степени армирования

определяют по выражению

K.=

+ (W150), (1. 4)

где *7а.ф — фактическое содержание арматурной

стали, кг/м

Коэффициенты степени насыщения

анкерными болтами и закладными де-

талями определяют по аналогичным

выражениям:

=1.

+ (<7б.ф/20); (1.5)

/С.=

1+(*..ф/32);

(1. 6)

где ^б.ф,

<7З.ф

— соответственно фактическое

содержание анкерных болтов и закладных

деталей в 1 м

фундамента, кг/м

В ряде случаев, стремясь к эко-'

номии бетона, не считаясь с техно-

логичностью, принимают сложные гео-

метрические формы фундаментов. Уде-

льные показатели конструктивной

сложности, определенные для большо-

го числа фундаментов, колеблются в

пределах Щ= 1,24 — 35. Наиболее

сложными являются фундаменты под

трубоагрегаты и металлургическое

оборудование (блюминги, трубопро-

катное оборудование и т. п.).

В зависимости от величины Щ

фундаменты разделяют на четыре

группы: простые, средней сложности,

сложные и особой сложности.

Технологичность фундамента опре-

деляется трудоемкостью его изготов-

ления и возведения. Трудоемкость

зависит от многих факторов: слож-

ности и точности изготовления; коли-

чества деталей, требующих установки;

состава технологических операций;

геометрической формы, продолжите-

льности возведения и других факто-

ров.

Хотя такой подход к оценке

технологичности возведения фунда-

ментов несколько упрощен, так как

технологичность зависит и от других

факторов, но на данном этапе учет

этих факторов затруднителен и пол-

ностью не исследован. Поэтому в

основу показателей технологичности

положены затраты труда.

Удельный показатель технологич-

ности определяют по выражению

m=h/U;

(1. 7)

где Щ — удельный показатель технологич-

ности с учетом заводских трудовых затрат и

затрат труда на строительной площадке; /

—

фактическая трудоемкость устройства фунда-

мента с учетом заводских трудовых затрат,

отнесенных к 1 м

бетона, чел.-ч; t» — то же

для фундамента эталона, чел.-ч.

Абсолютный показатель техноло-

гичности определяют по формуле

Л?=/7?У

. (1. 8)

На основе анализа большого чис-

ла фундаментов разработана класси-

фикация фундаментов по технологич-

ности возведения. По показателю

фундаменты разделяют на четыре

класса: технологичные, средней тех-

нологичности, низкой технологичности

и нетехнологичные.

Количественные значения показа-

телей сложности и технологичности

позволяют оценить эффективность

принимаемых конструктивно-техно-

логических решений по возведению

фундаментов.

1.2. Особенности технологии

производства работ

Работы по возведению под-

земной части зданий по своему ха-

рактеру отличаются от работ по возве-

дению надземной части здания, так

как подземные конструкции в большей

степени контактируют с природной

средой. На особенности работ оказы-

вают влияние рельеф местности, инже-

нерно-геологические и гидрогеологи-

ческие условия площадки строите-

льства и метеорологические условия.

Зимой приходится иметь дело с мер-

злыми грунтами, а в теплый период

года с водонасыщением и разжиже-

нием грунтов атмосферными и талы-

ми водами. Заглубленные подземные

части зданий подвержены воздейст-

вию давления грунта, причем это

10 Глава 1. Основные положения технологии возведения подземной части зданий и сооружений

давление на различные конструктив-

ные элементы подземной части различ-

но,

как по величине, так и по направле-

нию.

В последние годы быстрыми тем-

пами осваиваются новые районы и

территории со сложными инженер-

но-геологическими условиями, а имен-

но:

просадочными и набухающими,

слабыми водонасыщенными, вечно-

мерзлыми и другими грунтами. Увели-

чивается мощность оборудования и

нагрузки на фундаменты. Технология

возведения подземной части зданий в

этих условиях значительно услож-

няется.

Темпы возведения подземной части

зданий отстают от темпов возведе-

ния их надземной части. Основными

причинами этого являются природ-

ные факторы, которые наряду с услож-

нениями условий выполнения работ,

затрудняют возможности унификации

и типизации конструктивных решений.

Возведению подземной части зда-

ний предшествует инженерная подго-

товка площади строительства. В комп-

лекс работ по инженерной подготовке

входят такие работы, как плани-

ровка строительной площадки, отвод

поверхностных и подземных вод, соз-

дание геодезической основы, устройст-

во дорог, временных коммуникаций и

зданий.

В состав работ по возведению

подземной части зданий и сооружений

входят: отрывка котлованов и тран-

шей, подготовка оснований, устройст-

во дренажей, возведение фундаментов

и стен, тоннелей, перекрытий, каналов

и выполнение обратной засыпки па-

зух фундаментов.

Работы нулевого цикла считаются

завершенными после устройства под-

земной части здания со всеми ком-

муникациями и элементами подзем-

ных сооружений.

На выбор технологического реше-

ния по возведению подземной части

здания или сооружения

оказывают

влияние вид конструктивного решения

фундаменты, применяемые средства и

способы возведения и условия строи-

тельства (рис. 1.5).

Возведению подземной части зда-

ний почти всегда предшествует вы-

полнение земляных работ, которые

связаны с перемещением больших

масс грунта, что оказывает влияние

не только на сроки возведения зда-

ния в целом, но и на окружающую

природную среду.

В комплексе работ по возведению

подземной части зданий особо важ-

jibi работы по подготовке оснований.

Подготовка оснований состоит щ

ряда процессов, состав которых зави-

сит от инженерно-геологического

строения площадки, передаваемых

нагрузок и конструкции подземной

части здания. Целью подготовки осно-

вания является создание надежного

контакта фундамента с основанием.

Работы по устройству оснований в

сложных инженерно-геологических

условиях до настоящего времени

представляют собой серьезную проб-

лему, так как требуют выполнения

специальных строительных работ, та-

ких, как водопонижение, бурение,

взрывные работы, уплотнение, обжиг,

химическое закрепление и т. п.

Наиболее часто подземную часть

зданий возводят в открытых котло-

ванах.

Сущность возведения подземной

части здания в открытых котлова-

нах состоит в том, что вначале в

грунте открывается требуемых разме-

ров котлован, а затем в нем тем или

иным способом возводятся фундамент

и другие элементы подземной части.

Этот способ обычно используется при

глубине заложения фундаментов до

20 м, как правило, в устойчивых

грунтах. При применении этого спо-

соба приходится выполнять самые

большие объемы земляных работ.

В некоторых случаях, в том числе

в сложных грунтовых условиях, возве-

дение подземной части в открытых

котлованах может оказаться нерацио-

нальным по экономическим и техни-

ческим соображениям. В этом случае