Приостановка наклона и выпрямление здания в Сумгаите

18.05.2016

В г. Сумгаите (Азербайджан) велось строительство шестисекционного пятиэтажного дома с торговым помещением в нижнем этаже, представляющего собой в плане прямоугольник длиной 85,8 м, шириной 12,2 м и высотой 16,8 м. Три продольные стены — несущие, поперечные — самонесущие.
Фундаменты дома — ленточные из крупных бетонных (неармированных) блоков. Ширина первого ряда призматических блоков внешних продольных стен — 1,4 м, второго, третьего и четвертого рядов — по 0,6 м, пятого — 0,5 м. Ширина нижнего блока под внутренней продольной стеной 2 м, следующего — 1,4 м, а третьего, четвертого и пятого рядов соответствует ширине блоков под внешними стенами. Между блоками первого и второго ряда под всеми стенами — армированные швы. Высота от основания до перекрытия над техническим подпольем (верха пятого ряда блоков) — 2,3 м. Высота подполья — 1,8 м, толщина бетонной подготовки пола — 0,1 м.
В основании здания залегает слой пылеватой мягкопластичной глины мощностью 1,5 м, в каждом кубометре которого встречается в среднем по 15 скоплений сапропеля в виде небольших гнезд. Ниже залегает слой пылевато-иловатого суглинка, мощностью 3,5 м, текуче-пластичного состояния (рис. 80). Его подстилает сланцевая твердая глина большой мощности. Уровень грунтовых вод находится на 0,3 м выше пола технического подполья. Вокруг здания устроен кольцевой дренаж.
Приостановка наклона и выпрямление здания в Сумгаите

На уровне всех перекрытий, начиная с первого этажа, в стены здания введены антисейсмические железобетонные пояса, связывающие стены и замоноличивающие опоры панелей перекрытий.
На большей части фасадной стены первого этажа каменная кладка заменена железобетонной конструкцией, состоящей из верхней и нижней балок. Одна опирается на пятый ряд блоков технического подполья, вторая примыкает к антисейсмическому поясу в перекрытии над первым этажом. Между этими балками через каждые 3,05 м установлены стойки-колонны. Поперечно к зданию через каждые 6,1 м расположены одноэтажные однопролетные рамы, верхний ригель которых поддерживает поперечные стены четырех этажей. Следовательно, на большей части фасадной продольной половины первого этажа и подвала поперечных стен вообще нет.
Незадолго до окончания строительства здание внезапно начало крениться в сторону продольной фасадной стены. Геодезическое измерение показало, что верхняя часть здания сместилась в сторону крена на 450 мм по горизонтали.
Как выяснилось, крену предшествовала авария в трубах отопления, приведшая к затоплению технического подполья горячей водой. И до этого подполье заливалось водой, вследствие образования пробок в канализационном коллекторе. Горячая вода ослабила основание, в которой имелись скопления моллюсков. Последние при нагревании и увлажнении представляют собой легко подвижную массу, которая, впитываясь в грунт, резко снижает угол внутреннего трения. Это привело к выпору грунта из-под подошвы фундамента в техническое подполье, в результате чего была разрушена бетонная подготовка пола. Наиболее слабым участком оказалась фасадная половина здания, где имелось семь поперечных стен (в дворовой продольной половине их было 15), которая начала садиться в первую очередь.
Сооружение, усиленное антисейсмическими поясами, имеет большую жесткость в поперечном направлении, поэтому здание оседало почти как монолит В фасадной продольной стене ближе к середине, в связи с несколько большим креном восточной половины, появились вертикальные трещины. В поперечном направлении, из-за жесткой связи давление на грунт перераспределялось с несущих стен на самонесущие и увеличилось там, где меньше поперечных стен. На лестничных клетках, где стены находились близко одна от другой, грунт выпирал в сторону отсеков, смежных с поперечными стенами. В таких условиях пассивное давление от одной из этих стен становилось реактивной силой, препятствующей выпору грунта из-под второй стены в сторону лестничной клетки.
До того, как у фасадной стены выпираемый грунт достиг перекрытия над техническим подпольем, крен быстро прогрессировал. Так, на следующий день после начала крена верх восточного торца отошел по горизонтали на 930 мм, на третий день — на 1060 мм, на четвертый — на 1100 мм. В дальнейшем наклон стал затухать. За месяц до установки подкосов смещение по горизонтали увеличилось всего на 12 мм. После установки четырех подкосов (каждый под напряжением 150 тс) в упор к фасадной стене крен стабилизировался. Верх восточного торца и западный торец здания отошли от вертикали в северном направлении соответственно на 1315 и 1050 мм. Осадка северо-восточного угла составила 880 мм, а северо-западного — 790 мм. Наибольший наклон дворовой продольной стены составил 4°29'. Соотношение между осадками фасадной и средней продольной стен составило 2:1.
На расстоянии 2 м от продольной дворовой стены под балконными галереями располагались железобетонные стойки Г-образных рам, свободно опирающихся на отдельно стоящие бетонные фундаменты. Плиты балконных галерей и ригель Г-образных рам были заделаны в дворовую стену на всю ее толщину, поэтому в результате крена здания стойки поднялись на высоту 0,15 м.
Ко времени образования максимального крена подполье заполнилось грунтом вплоть до перекрытия продольной фасадной половины, а в дворовой половине грунт поднялся выше пола подвала на 0,70—1,30 м.
Хотя за месяц до сдачи дома в эксплуатацию в нем возникли большие неравномерные осадки, он почти не получил повреждений, что было установлено при подробном обследовании состояния несущих конструкций. Производился также выборочный осмотр фундаментов с определением физико-механических свойств грунтов оснований. Грунты с нетронутой структурой были взяты у наружных стен здания из шурфов отрытых на 1 м ниже подошвы фундамента. При исследовании грунта нами было обнаружено наличие в нем сапропеля.
Анализ измерений осадок подтвердил, что размеры крена в продольном направлении не были строго пропорциональны, вследствие чего здание претерпело небольшое кручение. Облицовочные плиты отделились от стен только в отдельных местах. Поскольку отслоение облицовки в местах возникновения деформации не увеличивалось, не было опасений, что они упадут. Учитывая, что здание не получило повреждений, требующих значительных затрат на его восстановление, Госстроем Азербайджана (Я.А. Исмайлов) было решено подвести прочные фундаменты и выпрямить его.
По поручению Азгоспроекта (Т.А. Абдуллаев) автором данной работы был составлен проект приостановки наклона, подводки свайных фундаментов и подъема осевшей части. Был выбран способ выпрямления путем подъема домкратами осевшей части здания с подведением свай.
Подкосы устанавливались под углом 45° на той половине здания, которая еще продолжала крениться. Вверху каждый подкос упирался в простенок второго этажа в местах примыкания поперечных стен, внизу — в клетку из шпал, сложенную нормально к подкосу на наклонной плоскости приямка, выкопанного в грунте. Каждый из четырех подкосов включался в работу сразу же после его установки, для чего между нижней плоскостью подкоса и клеткой устанавливался гидравлический домкрат Этим дальнейший наклон здания был остановлен и значительно разгрузилось основание. Вертикальная составляющая от одного подкоса равнялась 106 тс. Под воздействием горизонтальной составляющей от одного подкоса возникал момент, разгружающий фундаменты продольной фасадной стены на 77 тс и дополнительно нагружающий фундаменты дворовой продольной стены на 12,6 тс. Наряду с этим из-за образовавшегося крена нагрузка на 1 пог. м основания фасадной стены увеличилась на 0,35 тс. Таким образом, на участке установки подкосов разгружающая сила позволила без опасений обнажить фундаменты продольной фасадной стены по длине на 15,0 пог. м.
Подводка одной сваи непосредственно под стену здания требует разборка 1,5 м фундамента. После установки каждой сваи со средней несущей способностью 150 тс происходила дальнейшая разгрузка фундаментов.
Первую сваю подводили под наиболее осевший участок продольной фасадной стены. Экскаватором у стены технического подполья был выкопан шурф глубиной более 3 м до подошвы фундамента и размером в плане 2х2 м. Отбойными молотками выламывали небольшие участки блоков четвертого ряда по 0,75 м справа и слева от оси сваи. Для облегчения выломки нижних блоков с обеих сторон стены между вторым и третьим рядами забивали в шов стальные клинья. Таким образом, блок, находившийся над швом, отламывался по линии откола блока четвертого ряда. Верхний пятый ряд блоков стен подполья оставили нетронутым.
Сваи вдавливали приложением силы в 175 тс на нижнюю плоскость пятого ряда; при вдавливании сваи между домкратом и блоком устанавливалась стальная наддомкратная распределительная подушка в строго горизонтальном положении. Подушку надежно скрепляли с блоком, добиваясь плотного примыкания по всей контактной плоскости. Затем приступали к вдавливанию сваи. Высота проема, в котором устанавливались наращиваемые звенья труб, позволяла производить сварку только из отдельных обичаек (см. рис. 80). Стремясь уменьшить количество стыков, первое звено трубы приняли равным 1,5 м. Поэтому в грунте под подошвой по центру будущей сваи выкапывали приямок глубиной до 1,0—1,2 м, где устанавливали ее первое звено.
Чтобы не снимать домкрата с трубы после вдавливания каждого полуметрового звена, его установили поршнем вниз, а корпус приваривали только в трех местах отдельными точками к наддомкратной подушке. Учитывая, что гидравлические домкраты не имели переключения для втягивания поршня обратно в корпус, для этой цели использовался пневмодомкрат. Ход поршня у гидравлического домкрата составил 525 мм, и поэтому вдавливание каждого звена происходило сразу (без перекрепления) на длину 0,5 м. Питание домкратов было централизованным. На полу первого этажа уложили закольцованный трубопровод и к каждому домкрату делали отвод с вентилем. Установленный основной и запасной насосы нагнетали масло под давлением до 350 ати.
При вдавливании сваи указанным способом отсутствовали направляющие стрелы, которые при обычной забивке сваи копром обеспечивают необходимую направленность. Поэтому был применен специальный крестообразный наконечник, благодаря которому свая не изменяла направления при небольшой внецентренности от прилагаемой домкратом нагрузки (рис. 81).
Приостановка наклона и выпрямление здания в Сумгаите

Через каждые 0,5 м поршень поднимался вверх и свая наращивалась очередным звеном, привариваемым по контуру. Вдавливание сваи продолжалось до усилия, превышающего расчетную нагрузку на 25 тс.
Ввиду того, что подведение свай под неосевшую часть здания может вызвать увеличение крена, для усиления фундамента продольной дворовой стены был разработан иной проект — вводились дополнительные плиты (увеличившие площадь основания) на вертикальной отметке, соответствовавшей отметке ранее заложенных фундаментов. На определенных участках устанавливались симметрично с каждой стороны стены дополнительные подушки, снижающие давление на грунт до 1,5 кгс/см2.
Указанная площадь основания увеличивалась только после выпрямления здания. Всего под двумя продольными стенами было вдавлено 35 свай: 16 — под фасадной и 19 — под внутренней стенами. Каждую сваю по окончании вдавливания заливали бетоном и подготовляли для установки на нее домкрата системы «Перпетуум», обеспечившей непрерывность подъема, так как домкрат поднимался вместе с сооружением. Внизу корпуса домкрата установлена уширенная подушка, под которую по мере подъема подкладывали стальные пластины. После выхода всего поршня (в нашем случае 50 см) пластинки заменялись клеткой из рельсов.
Все работы, связанные с подводкой одной сваи длиной 5,5—6,0 м, занимали в среднем 8 чел.-смен.
Для постепенного пропорционального выпрямления здания вдоль поднимаемых фасадной и средней продольных стен была установлена самостоятельная система водяной нивелировки.
Как уже указывалось, выпрямление здания производилось путем подъема двух осевших продольных стен. В зависимости от максимальной высоты подъема устанавливалось количество этапов. Так как наибольшая высота подъема достигала 880 мм, учитывая расстояние между домкратами в пределах 6 м, для подъема приняли 100 этапов, т е. на один этап приходилось не более 8,8 мм. За одну смену поднималась стена до 100 мм в месте максимальной высоты подъема.
После окончания выпрямления были убраны домкраты без снятия напряжений со свай. Для этого в просвет между верхом поддомкратной рельсовой клетки и низом наддомкратной устанавливали вертикально с обеих сторон домкрата по одному швеллеру № 30 (рис. 82). Швеллер сначала приваривали вверху к наддомкратной подушке, а после тугой подклинки снизу — к рельсовой клетке. После снятия домкратов образовавшийся при подъеме разрыв в фундаменте был заложен.
Приостановка наклона и выпрямление здания в Сумгаите

Дворовая стена по мере подъема двух других продольных стен тоже выпрямилась до вертикальных отметок; выпрямились и ее нижние подушки, чему способствовали дополнительно установленные домкраты под поперечными стенами в месте примыкания к этой дворовой продольной стене и заблаговременная выемка грунта вдоль всей стены до верха первого ряда фундаментных блоков. Причем эти домкраты устанавливались с наклоном в обратную крену сторону После выпрямления здания стойки балконных галерей, ранее оторвавшиеся от фундаментов, опустились и встали на место.
Выпрямление здания путем подъема домкратами фасадной и внутренней продольной стен было приостановлено, когда верх фасадной стены еще имел отклонение на 6 см от вертикали. Самоустановление здания в вертикальном положении должно было произойти после большей осадки во времени дворовой продольной стены. Действительно, через три дня верх фасадной стены отклонялся от вертикали только на 2 см.
К концу завершения всех работ, связанных с усилением фундаментов и выпрямлением, здание оставалось невыпрямленным всего на 1 см, тогда как точность возведения здания ±3 см. Во время проведения указанных работ здание не получило каких-либо дополнительных повреждений, даже некоторые ранее образовавшиеся трещины были сведены на нет.