Лекция №13. строительство в сложных условиях
строительство в сложных условиях
1. Строительство в сейсмических районах.
1.1 Общие положения.
1.2 Объемно-планировочные и конструктивные особенности.
2. Строительство в районах жаркого климата.
2.1 Особенности южных районов.
2.2 Особенности архитектурно-планировочных и конструктивных решений.
2.3 Солнцезащитные устройства.
3. Строительство в районах крайнего севера.
3.1 Особенности северных районов.
3.2 Объемно-планировочные и конструктивные решения.
3.3 Методы строительства на вечномерзлых грунтах.
1. Строительство в сейсмических районах.
1.1. Общие положения.
Сейсмические районы характеризуются тем, что они подвержены периодическим землетрясениям.
Землетрясения сопровождаются колебаниями земной коры, которые приводят к разрыву скальных напластований, смещениям и перемещениям стиснутых блоков в новое положение равновесия, падению подземных кровель и др.
Эти явления проявляются при переходах из потенциальной энергии в кинетическую колебаний на глубине в пределах 25 – 60 км от поверхности земли. Глубинная область возникновения явления называется гипоцентром.
Над гипоцентром на поверхности земли размещается эпицентр. Из гипоцентра во всех направлениях расходятся колебания, которые приводят к возникновению волнообразных колебаний поверхности земли.
Степень землетрясений оценивают размером деформаций поверхностных слоев коры и оценивают по XII-бальной шкале.
Землетрясения до VI баллов не причиняют вреда обычным зданиям и сооружениям. При землетрясении в VII баллов в стенах каменных зданий и сооружений появляются трещины, а при VIII баллах значительные повреждения. Землетрясения в IX баллов приводят к сильным повреждениям, обвалам.
1.2. Объемно-планировочные и конструктивные особенности.
При назначении форм зданий и сооружений следует обеспечить симметрию относительно главных осей и равномерное в плане распределения масс и жесткости.
Невыполнение этих условий может привести к значительным внутренним перенапряжением от крутящих моментов и концентрации напряжений в конструктивных элементах.
Здания и сооружения должны быть простыми по форме, как в плане, так и по фасаду. Если по архитектурно-планировочному замыслу этого избежать невозможно, сложную форму разрезают на простые с помощью антисейсмических швов.
Максимальный размер блока зависит от материала несущих конструкций и расчетной сейсмичности по нормам. Конструктивная особенность антисейсмического шва сходна с деформационными швами.
Все основные несущие конструктивные элементы должны быть по возможности монолитными и однородными, легкими, с пониженным центром тяжести.
Крупные панели закрепляют в 4-х углах, а простеночные в 2-х по диагонали. Анкеровку самонесущих каменных стен предусматривают не реже, чем через 1,2 м с закладкой в стенах на этом уровне металлических сеток.
Элементы перекрытия и покрытия выполняют по принципу жестких дисков на шпонках с установкой вертикальных и горизонтальных дисков по колоннам и фермам.
Взаимосвязь колонн с ригелями выполняют по жесткой схеме и приваркой плит покрытия и перекрытия к ригелю и между собой.
Основаниями под фундаменты должны быть скальные или сухие естественные песчаные и гравелистые грунты.
Сейсмостойкие конструкции зданий и сооружений проектируют:
— по жесткой конструктивной схеме с несущими вертикальными элементами, которые работают на сдвиг и имеют маленькие деформации от действия сейсмических нагрузок, благодаря чему колебания сооружения быстро затухает;
— по гибкой конструктивной схеме с несущими вертикальными элементами, которые работают на изгиб; благодаря чему снижаются сейсмические нагрузки.
По гибкой конструктивной схеме проектируют одноэтажные здания, в которых колонны жестко закреплены в фундамент и шарнирно соединены с фермами (балками) покрытия. Такая схема менее чувствительна к неравномерным осадкам от сейсмических нагрузок. Многоэтажные здания проектируют с несущим каркасом по полной схеме с жесткими узлами, или бескаркасные сборные или монолитные. Наиболее рациональным решением является монолитное решение всех несущих элементов.
Строительство в сложных климатических условиях
К экстремальным климатическим условиям относят низкие темпера-туры наружного воздуха, жаркий климат, районы с высокими ветровыми нагрузками, морское побережье с явно выраженной высокой влажностью воздуха.
Поэтому в процессе составления проектов производства работ преду-сматриваются специальные решения, позволяющие круглогодично вести земляные и бетонные работы. Для земляных работ:
§ проведение мероприятий по предотвращению замерзания грунтов (утепление, вспахивание, засоление);
§ оттаивание грунтов перед разработкой или уплотнением;
§ механическое разрушение мёрзлых грунтов;
§ разработка мёрзлых грунтов взрывами.
Кроме этого, по возможности, в календарных планах предусматрива-ются строительные работы менее зависимые от температур наружного воздуха.
К производству бетонных работ в зимний период предъявляется ряд требований, основные из которых:
§ выбор и технико-экономическое обоснование способа зимнего бето-нирования, с разработкой технологических карт;
§ максимальное сохранение начальной тепловой энергии бетонной смеси при её доставке на объект и в период укладки в конструкцию;
§ удаление снега и наледи из опалубки и армоизделий;
§ увеличение продолжительности уплотнения бетона (по расчёту) при его укладке в конструкцию;
§ обеспечение заданных температурно-влажностных и иных условий выдерживания бетона;
§ достижение требуемой прочности бетона по морозостойкости до его замораживания.
Основой формирования технологии зимнего бетонирования является обеспечение условий, при которых монолитные железобетонные конструк-ции в короткие сроки, с наименьшими затратами могли бы набрать критичес-кую прочность по морозостойкости или требуемую для восприятия проект-ных нагрузок с необходимым качеством.
В жарком климате, при температуре окружающего воздуха выше 250С и относительной влажности воздуха ниже 50%, основной проблемой является обезвоживание строительных материалов в «мокрых» процессах. Это, глав-ным образом бетонные и отделочные работы, уплотнение грунта при отсып-ках. Выполнение технологических требований производства работ связано с повышенным расходом воды на поливку и дополнительный расход тепло-изоляционных материалов.
В условиях как холодного так и жаркого климата необходимо предусматривать мероприятия по охране труда и технике безопасности, закреплённые в нормативной литературе.
В условиях Дальнего Востока актуальны региональные факторы, ус-ложняющие строительство:
§ сильные сезонные ветра на побережье;
§ влажность воздуха в летний период часто достигает 100%;
§ сейсмическая активность в ряде районов;
§ пересечённый рельеф в большинстве районов строительства.
Решение возникающих вопросов в процессе строительства следует ис-кать в тщательной проработке технологических решений, применении совре-менных технологий и строительных материалов, комплексной механизации всех процессов, неукоснительной производственной дисциплине и постоян-ного повышения квалификации работников.
НАМЫВНЫЕ ГРУНТЫ КАК ИСКУССТВЕННОЕ ОСНОВАНИЕ ЗДАНИЙ В СЛОЖНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
АННОТАЦИЯ
В данной обзорной исследовательской работе рассматривается опыт строительства на намывных грунтах в пойме реки Лена в г. Якутске в зоне ММГ. Целью исследования являлось определение на основании опыта проектирования на намытых территориях в условиях ММГ основных проблем и правил строительства.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время, время технологий, новых открытий и стремительного прогресса, человек не останавливается на достигнутом. Воля человека неутолима, ей всегда мало и человеку всегда хочется большего. Возможность расширения границ и новых территорий человек тоже не упустил. Возможность создавать новые территории, жилые площади и целые острова смело пришла в 21 век. Обстоятельством этого стала технология намыва грунтов.
Сегодня технология намыва грунтов хорошо известна в мире и имеет хорошую репутацию. Она используется для создания новых жилых площадей на болотистых и пойменных территориях, для расширения прибрежных территорий, для защиты от подтоплений застраиваемых территорий, а также служит основанием уникальных проектов, например, искусственных островов или целых архипелагов. Намыв грунтов позволяет формировать рациональную планировочную структуру городов, размещенных на берегах морей, рек и озер, дает возможность преобразовывать прибрежные полосы и использовать участки с лучшими микроклиматическими условиями, выходом города к морю или реке.
Так, например, в Сингапуре за 10 лет море потеснили на 100 кв. км. Теперь государство-карлик вместо 600 занимает целых 700 кв. км.
Американский город Сан-Франциско подобно Сингапуру выступает далеко в море из-за того, что некоторые районы были построены на искусственных насыпях.
Китай же этой технологией не пренебрегает с 1990 года. Вслед за Китаем Япония тоже активно использует намыв для освоения морских территорий. Они использовали эту технологию для постройки новых аэропортов.
Бесспорным лидером по количеству искусственных островов является Дубай. То, что сейчас из себя представляют архипелаги «Мир» и «Вселенная», а также «Пальмовые острова» – результат чрезвычайно сложной и ресурс затратной работы.
Опыт намыва в России не мал. Уже с начала 20 века намыв применялся в северной столице России. В 1933-1934 гг. были намыты территории для строительства пассажирского порта на побережье Финского залива. Намыв проводился на торфяную залежь, в последствии, на котором возведены здания на свайных фундаментах. В настоящее время уже функционирует морской пассажирский терминал
«Морской фасад». На данный момент разработан проект кольцевого намыва, который будет представлять из себя 9 круглых островов в акватории Финского залива.
Намытые основания использовались не только в Санкт- Петербурге, но и в других городах России, таких как: Москва, Нижний Новгород, Омск, Самара, Архангельск и Якутск.
Технология намыва грунтов успешно отработана и используется в настоящее время по всему миру. Это сравнительно дешевый и простой способ, при котором применяются различные виды земснарядов. Разработку грунта землесосными снарядами осуществляют засасыванием грунта со дна или подводных откосов водоема. При работе земснаряда во всасывающей трубе грунтового насоса создается разряжение, под действием которого засасывается вода вместе с частицами грунта (пульпа). В плотных и связных грунтах применяют различные рыхлители (фрезерные, роторные, ковшевые и др.). В подводных забоях грунт начинают разрабатывать земснарядами с погружением грунтозаборного всасывающего устройства с наконечником (или рыхлителем) на глубину снимаемого за одну проходку слоя. В процессе его заглубления земснаряд периодически перемещают для расширения забоя. Для дальнейшей разработки подводной выемки земснаряд папильонируют, т.е. перемещают в забое свайно-канатным способом с помощью тросов по дуге окружности, цент- ром которой является одна из папильонажных свай. Поворачиваясь веерообразно в плане, земснаряд засасывает пульпу и перекачивает ее на берег по плавучему пульпопроводу. Также перемещение пульпы может осуществляться и самими земснарядами.
Насыпи из пульпы намывают слоями толщиной 20 … 25 см. Распределительные пульпопроводы при намыве периодически перекладывают по высоте в соответствии с принятой разбивкой на ярусы намыва. Высота яруса и, следовательно, частота перекладки труб зависят от способа намыва. На практике применяют три основных способа — эстакадный, низкоопорный и безэстакадный. Намыв насыпей обеспечивает значительную плотность грунта, что в большинстве случаев не требует проведения работ по искусственному его уплотнению [1].
Опыт использования гидромеханизированной технологии намыва в г. Якутске является уникальным, т.к. основанием намыва является пойма реки Лена на многолетнемерзлых грунтах, а такого строительства нет нигде.
Начало истории использования намывных грунтов для строительства зданий в условиях вечной мерзлоты относится к середине 60-х годов прошлого столетия, когда в г. Якутске на территории речного порта на намывных грунтах мощностью 2,0
4,5 м были построены здания с сохранением грунтов оснований в многолетнемерзлом состоянии (по Принципу I). Фундаменты строений были свайные, длина свай 6-8 м. Безопасность эксплуатации обеспечивалась проветриваемым подпольем.
После этого следующим опытом строительства на намыве стала постройка 202-го микрорайона. Намыв грунтов производился с 1980 г. После окончания строительства, 202-й микрорайон стал одним из наиболее благоустроенных в Якутске. Наличие ММГ вызывало необходимость проектирования по I-му Принципу строительства на вечной мерзлоте [2]. Так построен весь 202-й микрорайон и часть 203- го.
В архиве публикаций, накопившимся за столь долгое время, утверждалось, что строительство на намывных территориях должно производиться по I-му Принципу, для того чтобы сохранить отрицательные температуры многолетнемерзлого основания. В качестве примера удачной реализации этого утверждения приводится опыт строительства 202-го микрорайона в г. Якутске [3]. Данный способ был применен в целях эксперимента, т.к. предполагалось, что после намыва, мерзлота пойдет выше, в намывные грунты. Но мерзлота не пришла, а даже наоборот, начала подтаивать благодаря утечкам санитарно- технических коммуникаций типичным для Якутска и по большому счету из-за фильтрационных вод р. Лена, которые и определяют температурный режим вечной мерзлоты [4].
В настоящий момент это дало неудовлетворительный результат в виде аварийного дома №19 в 202-м микрорайоне. Данный корпус накренился на 42 см, что привело к трещинам толщиной 1-2 миллиметра. Это произошло из-за деформации намывных грунтов, такова основная причина, указанная специалистами из СВФУ и ООО «Геотехнология». Так же этой проблемой занимаются на кафедре «ПГС» инженерно- технического института СВФУ. В одном из интервью газете «Якутск Вечерний» Посельский Федор Федорович завкафедрой «Промышленное и гражданское строительство» инженерно-технического института Северо-Восточного федерального университета (СВФУ) указал, что по данным исследований, как намывные, так и подстилающие грунты сильно увлажнены из-за весенних паводков и, соответственно, деформируемы.
Оценивая первый опыт строительства на намытых территориях в условиях вечной мерзлоты, Цеева Анастасия Николаевна приходит к выводу, что при строительстве зданий с развитой подземной частью нельзя допускать оттаивания грунтов, подстилающих намывной массив и следует использовать усиленный плитный фундамент, воспринимающий и перераспределяющий усилия, вызванные неравномерной осадкой основания [2,3]. Использование I-го Принципа не имеет смысла, т.к. поддержание отрицательных температур ММГ с применением проветриваемых подполий на основе опыта 202-го мкр. считается невозможным [3]. Деформации зданий, возведенных вторым способом, вызваны преимущественно неравномерным оттаиванием многолетнемерзлых грунтов основания.
Основываясь на опыте 202-го микрорайона, на 203-ем начали строительство по II-му Принципу, используя плитный фундамент, что дало возможность использовать подвальные помещения для автомобильных стоянок.