СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ В СЕЙСМОСТОЙКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

"Основание, фундаменты и механика грунтов" - 2001, №5 

СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ В СЕЙСМОСТОЙКОМ
СТРОИТЕЛЬСТВЕ

© М.С.Накопия

Описывается опыт, применения свайных фундаментов при строительстве 5, 9 и 12-этажных зданий в сложных грунтовых условиях Грузии с учетом различной сейсмичности районов. Приведены деформации жилых зданий, построенных на висячих железобетонных сваях в слабых глинистых грунтах, о также зданий на сваях, расположенных в просадочных грунтах. Установлены пределы применимости свайных фундаментов в рассматриваемых условиях.

Начиная с 1950-х годов в Грузии стали широко применять сваи при строительстве зданий и сооружений различных конструктивных схем. Строительство в основном велось в районах, где прочные грунты залегают на больших глубинах (до 20...30 м) от дневной поверхности.
Регион Грузии характеризуется как высокой сейсмической активностью, так и наличием особых инженерно-геологических условий строительства (слабые сильно сжимаемые грунты в Западной Грузии и структурно-неустойчивые (просадочные) - в Восточной). В связи с этим применение свайных фундаментов, особенно в многоэтажном строительстве, становится целесообразным, а часто и единственным инженерным решением.
Сначала в основном применялись висячие сваи, и в течение многих лет велись наблюдения за зданиями, построенными на них, в Гаграх, Сухуми, Поти к др. для определения их сейсмостойкости.
Первый пятиэтажный дом на железобетонных висячих сваях был построен в Сухуми в 1958...1959 гг. Согласно данным инженерно-геологических изысканий в основании дома залегал слой глинистых грунтов аллювиального происхождения текучей и текуче-пластичной консистенции на глубине 10,8...12,2 м. Весной 1958 г. на объекте было забито 50 железобетонных свай длиной 10 м и сечением 25x25 см. Сваи, забитые дизель-молотом, легко погружались в грунт (погружение свай от одного удара молота составляло 20...40 см), и вычисленная по формуле Н.М. Герсеванова несущая способность сваи едва достигала ее собственного веса. Строительство дома было остановлено. К концу 1959 г. перед забивкой «новых» свай длиной 14 м провели добивку «старых», коротких свай. Результат был ошеломляющим: все ранее забитые сваи при добивке, вплоть до разбивки их прочных голов, давали «нулевой отказ», т.е. очень высокую несущую способность (по динамическому методу).
За 40 лет эксплуатации этого здания не наблюдалось даже волосяных трещин, тогда как аналогичный дом, стоящий в створе с ним и построенный на железобетонных перекрестных лентах, дал недопустимую осадку (более 18 см) и крен.
Резкое повышение несущей способности висячих свай в результате 1,5-годичного «отдыха» вызвано проявлением известного «эффекта засасывания», характерного для водонасыщенных грунтов.
Особенно следует обратить внимание на сейсмостойкость 5-12-этажных зданий, пост роенных в этот же период в центре г. Поти на «висячих» сваях на основаниях, сложенных мелкозернистым заиленным песком на глубину до 11 м. Эти здания нуждаются в инструментальных наблюдениях за осадками зо времени. В результате обследований зданий на фундаментах из таких свай и научных исследований, проведенных совместно с НИИОСП, было установлено снижение несущей способности фундаментов при сейсмических воздействиях.
На основании вышеуказанных обстоятельств принцип полного прорезания сваями верхних слоев слабых, сильносжимаемых глинистых грунтов Западной Грузии и структурно-неустойчивых Восточной, можно считать обязательным. При применении в Западной Грузии забивных призматических свай длиной 12...14 м (редко составных, длиной 20 ми более) и в Восточной - буронабивных с помощью обсадных неизвлекаемых труб диаметром 5D0 мм и более «перерасход» металла (без извлечения труб и повторного их использования) создаст дополнительный запас прочности. Этот вариант может быть не всегда самым экономичным для фундирования зданий и сооружений и поэтому требует научно-обоснованного комплексного решения.
Образование полезного объема в подземной части зданий и обеспечение при этом необходимой жесткости и устойчивости надземной части достигается устройством фундаментов из коробчатых железобетонных плит (см. рисунок, а).

Применение стен коробчатой формы и фундаментов в виде плоских тонких плит значительно повышает их жесткость. Вертикальные стенки делят коробку на отдельные отсеки и вместе с плитами образуют двутавровые балки большой жесткости. Коробчачый фундамент может быть эффективен при строительстве на слабых и структурно-неустойчивых грунтах, так как позволяет полностью прорезать их толщу и использовать внутреннее пространство глубоких подземных помещений вместо обратного заполнения котлована уплотненным грунтом. Обращая внимание на целесообразность применения коробчатых фундаментов для зданий повышенной этажности в Тбилиси, считаем, что многоярусные подземные этажи, достигая большой глубины, способствуют повышению сейсмоустойчивости зданий, а также успешно решают проблемы плотной застройки, предоставляя полезные подземные пространства для нужд мегаполиса.

Если для строительства зданий используются участки, где прочные грунты расположены на значительной глубине (10...30 м) от поверхности, и нет необходимости или возможности использовать подземный объем, применяют фундаменты из забивных и буронабивных железобетонных свай {см. рисунок, б).

Особую эффективность свайные фундаменты приобрели з многоэтажном строительстве на слабых грунтах Западной Грузии и просадочных - в Восточной Грузии.


В Западной Грузии при устройстве свайных фундаментов под каркасные многоэтажные здания применяются забивные сваи длиной до 14 ми сечением до 40x40 см. Первое многоэтажное здание на свайных фундаментах - девятиэтажный жилой дом «Ингуригэс» в Сухуми, было построено в начале 70-х годов. В последующем в западных районах страны все каркасные здания были построены на фундаментах из забивных свай. При этом сваи, прорезая верхние слабые слои основания, опираются на плотные песчаные и гравелистые грунты древне-морского происхождения.

В восточной Грузии, в частности в Тбилиси, многоэтажные каркасные дома строятся на буронабивных сваях с помощью неизвлекаемых труб диаметром 500 мм и более. При этом сваи, прорезая структурно-неустойчивые, опираются на плотные, часто скальные грунты. К таким зданиям относятся, например, жилые многоэтажные каркасные дома вдоль правого берега р. Вере.

В многоэтажном строительстве каркасных зданий в сейсмических условиях Грузии успешно могут быть применены свайные фундаменты с промежуточной песчаной подушкой (см. рисунок, в) и железобетонные плитные фундаменты по песчаной подушке и песчаным сваям (см. рисунок, г). Проекты жилых девятиэтажных домов с вышеуказанными конструкциями фундаментов выполнены для Забеслетского жилого микрорайона в Сухуми в начале 1990-х годов.