Архітектура та будівництво

Сучасні архітектурні рішення

Шляхи підвищення ефективності фундаментобудування в умовах Білорусі

Вітчизняна і зарубіжна практика будівництва свідчить, що ефективність капітальних вкладень в першу чергу залежить від економічності застосовуються в будівництві конструкцій і матеріалів, а також технології будівельного виробництва, використовуваної будівельними організаціями.
У Білорусі проблема ефективності фундаментобудування обумовлена насамперед порівняно сприятливими грунтовими умовами. Підстави в межах глибин пристрою фундаментів багатошарові і, як правило, представлені четвертинними відкладеннями, в основному піщаними і моренними (від середньої міцності до міцних), які займають більше 70% території республіки.

На решті частини території країни залягають озерно-льодовикові, лесовидні, алювіальні і озерно-болотні грунти. 5% територій припадають на незручний в межах міст, заплави, заболочені землі зі слабкими (біогенними) обводнення грунтів у складі підстав.

У розглянутих умовах застосовуються різні види фундаментів як типової номенклатури, так і індивідуальних конструкцій. У багатьох випадках області їх ефективного використання збігаються. У зв'язку з цим при виборі фундаментів першорядними стають питання техніко-економічної оцінки варіантів.

Враховуючи це, в УП "Інститут БЕЛНІЇС" Міністерства архітектури і будівництва РБ проведений техніко-економічний аналіз різних типів фундаментів, що використовуються в будівництві як типових, так і індивідуальних будинків, що відповідають критеріям надійності і довговічності для розглянутих умов.

Техніко-економічні показники визначалися на основі модельного проектування, тобто створення будівельного об'єкта (моделі) з типами основ, фундаментів і навантаженнями від будівель реального об'єкта.

У процесі анкетування будівельних трестів і аналізу типових проектів, застосовуваних у масовому і експериментальному будівництві республіки, встановлені парк механізмів та устаткування, наявний у будівельних організаціях, основні характеристики будівель і осредненние навантаження на фундаменти від 1 м стіни 30, 60, 100 кН / м і колон - 200 ... 1000 кН.

Проведено також аналіз понад 200 інженерно-геологічних колонок підстав на території Білорусі, складені розрахункові схеми для всіх областей республіки.

Аналіз інженерно-геологічних умов показав, що підстави мають ряд однорідних властивостей і ознак, зміна яких надає особливо активний вплив на технологію пристрою фундаментів і їх вартість. До таких ознак належать потужність "слабкого" та штучного шарів, їх розташування по глибині, вид грунту та його "міцність", які можна прийняти за базові модулі при уніфікації інженерно-геологічних умов республіки. Виходячи з цього, всю сукупність підстав можна звести за їх міцності до трьох розрахунковим будівельним категоріями (рис. 1).

Шляхи підвищення ефективності фундаментобудування в умовах Білорусі

Для сформульованого вищевказаним чином об'єкта досліджень виконувались всі необхідні інженерні розрахунки за методиками СНиП 2.01.07-85, СНБ 5.01.01-99, СНБ5. 03.01-02 та ін з визначенням на основі проектування конструктивних рішень фундаментів, витрати матеріалів і трудомісткості. У всіх варіантах обсяги робіт встановлені до рівня верхнього обріза фундаментів.

При розрахунках вартості, наведених витрат і трудомісткості враховані витрати за такими основними видами робіт: виготовлення збірних залізобетонних конструкцій на заводах збірного залізобетону, занурення паль, пробивка (буріння) свердловин в грунті другої категорії; виготовлення набивних паль; влаштування монолітного (збірного) залізобетонного фундаменту або ростверку.

Техніко-економічні показники визначені для всіх типорозмірів фундаментів (літні умови будівництва) по повній номенклатурі економічних показників: вартість (С), трудомісткість (Т), наведені витрати (П) згідно методичним положенням СН 423 Держбуду СРСР і розробленим в УП "Інститут БЕЛНІЇС" рекомендаціям з оцінки ефективності фундаментів.

Основні підсумкові результати досліджень дано на рис. 1 і 2. Їх техніко-економічний аналіз дозволяє зробити наступні висновки по застосуванню фундаментів для будівництва в РБ.

Шляхи підвищення ефективності фундаментобудування в умовах Білорусі

Грунтові умови республіки в середньому більш сприятливі, ніж в СНД. У підставах категорії I досить ефективні традиційні плитні фундаменти з монолітного бетону, які на 30-50% виявляються економічніше за вартістю, матеріаломісткості і трудомісткості в порівнянні з аналогічними збірними конструкціями заводського виготовлення. Особливо ефективні в цьому випадку для промислових сільських будівель комбіновані незаглиблений плитні фундаменти (варіант 2), а в окремих випадках - тонкі плити (варіант 8), у тому числі на несучому шарі (геомассіве) з щебеневих мілкозаглублених паль ущільнення з тиском на підставу до 0 , 6 МПа. Вони особливо незамінні в складних інженерно-геологічних умовах (категорії II і III), а також при насиченому розташуванні фундаментів в плямі забудови.

Встановлено, що в діапазоні навантажень 30-250 кН монолітні плитні фундаменти економічно доцільні тільки при глибині їх закладення не більше 1,2 м, а стрічкові - із збірних блоків і плит менше 1м.

У будинках без підвалів найбільш конкурентоспроможними є мелкозаглубленние і незаглиблений фундаменти (варіант 2) на піщаній подушці. Вони дешевше традиційних з монолітного бетону. Істотну економію дають тонкостінні монолітні фундаменти шириною до 300 мм при ширині стін надземної частини до 510 мм.

В даний час розроблені, апробовані і знайшли досить широке застосування нові індустріальні конструкції забивних та монолітних (набивних) паль, які навіть в сприятливих грунтових умовах виявляються економічніше традиційних плитних фундаментів і все частіше витісняють їх.

Разом з тим застосування пальових фундаментів у Білорусі в порівнянні з країнами СНД та зарубіжними країнами обмежена і складає 8-10% від загального обсягу зводяться фундаментів (в СНД 12-15, в далекому зарубіжжі 15 - 20%). Це в першу чергу пояснюється тим, що до теперішнього часу в країні не так гостро відчувався дефіцит земельних ділянок. Крім того, ще недостатньо добре розвинена індустріальна база по виготовленню як традиційних, так і нових прогресивних видів паль, а будівельні організації погано укомплектовані відповідними механізмами для виробництва пальових робіт. Відсутня і відповідна нормативна література на ряд нових прогресивних конструкцій паль.

У вітчизняній практиці використовуються різні конструктивні рішення пальових фундаментів як із забивних, так і набивних паль. При цьому основний обсяг впровадження (понад 90%) в масовому будівництві доводиться на палі забивні залізобетонні квадратного перетини (300x300 мм) типової номенклатури по СТБ1075-97. Застосовуються також:

- Палі забивні - пірамідальні (прямокутного і квадратного поперечного перерізу), палі-колони, призматичні з розширеннями на рівні вістря і по довжині стовбура (у вигляді забивний шайби);
- Палі набивні - у свердловинах великого діаметру і довжини, а також з виштампувані підставою.

Широке використання забивних призматичних паль типової номенклатури обумовлено розвинутою базою заводів збірного залізобетону, високим рівнем механізації свайних робіт на будівельному майданчику, простотою і індустріальних пристрої, незалежністю від погодних умов. В індустріальну базу збірного залізобетону (зокрема, парк форм і палебійні установки) вкладені значні капітальні кошти, тому в найближчі 10 років забивні палі (збірні плитні фундаменти) будуть і надалі переважатимуть над іншими видами конструкцій, особливо в грунтах II і III категорій (рис. 1). Великими недоліками таких паль є значна матеріаломісткість (витрата арматури, бетону) на одиницю несучої здатності, необхідність зруб паль до проектної відмітки, великі витрати на перевезення і зберігання, недостатня оснащеність палебійні технікою і т. п.

Враховуючи, що забивні палі типової номенклатури не задовольняють сучасним вимогам, що пред'являються до будівельних конструкцій по ефективності, їх вдосконалення йде в основному в напрямку пошуків форми (поперечного і подовжнього перетинів) і заміни звичайної арматури на попередньо напружену. Конструкції, розроблені на основі зазначених передумов, відрізняються великою різноманітністю перерізів: таврове, двотавровий, хрестоподібна, трилопатеві, кругле з порожниною та ін (рис. 3). Товщина стінок таких конструкцій коливається від 8 до 10 см.

Шляхи підвищення ефективності фундаментобудування в умовах Білорусі

Однак виконані дослідження показали, що збільшення площі їх бічної поверхні не забезпечує істотного збільшення несучої здатності, пов'язане з ускладненням форми паль, ростверків та призводить до підвищення собівартості виготовлення і подовженню термінів будівництва.
Тим не менше в ряді окремих випадків деякі з розглянутих зразків (трикутні, таврові) можуть дати позитивний ефект. Так, наприклад, в трикутних палях на 10% менше арматури і на 20% - бетону, ніж у квадратних перетином 25x25 см, при однакових площі і витратах на виготовлення. Вони володіють хорошою проникаючою здатністю і тому вельми ефективні в щільних водонасичених грунтах, оскільки занурення інших видів паль або пристрій фундаментів на природній основі без додаткових заходів (підмив, пристрій лідерних свердловин, водозниження і т. п.) пов'язане з великими труднощами. При цьому таврові палі добре сприймають горизонтальні навантаження.
Існують раціональні області застосування і інших конструкцій забивних паль. Проте всім їм властивий один недолік - значна витрата арматури і великий відхід високоякісного залізобетону при зруб голів, а для тонкостінних конструкцій крім того - висока собівартість і складність технології виготовлення.

У зв'язку з цим у всьому світі широкого поширення набули набивні палі в бурових і пробитих свердловинах. Їх пріоритетність підтверджена і досвідом використання в Білорусі.
У порівнянні з забивними вони володіють рядом істотних переваг: можливість коригування довжини виробу в процесі будівництва і виключення в зв'язку з цим відходів залізобетону, незначний витрата арматури або повна її відсутність, використання товарного бетону (вартість його менша), універсальність (можуть застосовуватися практично в будь-яких грунтових умовах під будь-які навантаження), можливість контролю якості та ін

Однак традиційні набивні палі в свердловинах великої довжини і діаметра мають порівняно низьку несучу здатність на 1 руб. витрат, а при високому рівні грунтових вод ускладнюється технологія робіт, що знижує їх ефективність у грунтових умовах III категорії (рис. 1). У зв'язку з цим провідним напрямком раціонального фундаментобудування для республіки, де з поверхні або на невеликій глибині (1,5-2,0 м), як правило, залягають "хороші" грунти, є створення конструкцій паль мілкого закладення з несучою здатністю від 200 до 2000 кН, які розподіляють навантаження у верхніх щільних шарах підстави.

Експериментальні роботи, виконані в УП "Інститут БЕЛНІЇС", ряді інших організацій, і досвід будівництва свідчать, що дану задачу можна вирішити за рахунок цілеспрямованої зміни фізико-механічних властивостей грунту підстави палі в процесі її пристрою.

Отже, найбільш раціональними і економічними в даному випадку є ті пальові фундаменти, при влаштуванні яких ущільнюється околосвайний грунт, ефективно змінюються його властивості (доводяться до необхідних значень). Пов'язано це в першу чергу з формою паль (забивних) і технологією пристрою (набивних). Реальна практика показує, що найкращим чином розподіляють навантаження від будівлі і втягують у роботу найбільший обсяг грунту пірамідальні, конічні, біпірамідальние та інші палі, що одержали останнім часом широке поширення в РБ.

Особливо вони ефективні в виштампувані або витрамбованних (пробитих) свердловинах, виготовлених спеціальними скважінообразующімі штампами (за формою майбутньої палі), з наступним заповненням їх бетонною сумішшю. Перевага полягає в тому, що відпадає необхідність у виїмці грунту, який втрамбовують в стінки свердловини і ущільнює підставу в околосвайном просторі. Набивні палі перевершують по несучої здатності забивні, економічніше їх по витраті матеріалу, особливо сталі, і більш ефективні в порівнянні з фундаментами на природному підставі [1-4]. Гідності набивних паль ущільнення відкривають в умовах Білорусі великі можливості по підвищенню ефективності, індустріальності і комплексної механізації фундаментобудування при високій якості робіт.

Широке використання вищевказаних прогресивних типів паль стримується в даний час декількома причинами. Зокрема, низьким рівнем оснащення будівельних організацій сучасними високопродуктивними машинами і механізмами, відсутністю сучасних економічних технологій для грунтових умов РБ, конструктивних і нормативних матеріалів для проектування таких паль на підставах Білорусі, а також слабкою їх вивченістю і недостатньою обізнаністю будівельних організацій про стан фундаментобудування і рівні проведених досліджень у країні.

Враховуючи це, в УП "Інститут БЕЛНІЇС" розроблено, апробовано та впроваджено понад 20 типів ресурсозберігаючих конструкцій паль. Вони комплексно вирішують проблему забезпечення необхідного рівня індустріалізації і механізації всіх трудомістких процесів виготовлення фундаментів при високій якості і низької собівартості [1-4] для промислового, цивільного і сільського будівництва, яке, згідно з Указом Президента РБ № 405 "Про деякі заходи з будівництва житлових будинків (квартир) у сільськогосподарських організаціях ", стає пріоритетним. Їх застосування в порівнянні з традиційними рішеннями дозволяє майже в два рази знизити собівартість, трудомісткість і час зведення фундаментів сільських будівель.

Виходячи з характеристик наявних в будівельних організаціях республіки машин і устаткування, інститутом "БЕЛНІЇС" апробовані та запропоновані ресурсозберігаючі фундаменти, а також технології та обладнання нового покоління на їх зведення:

1) набивні монолітні палі в витрамбованних свердловинах конічним штампом різних перетинів і довжин на базі розпушувача за способом СТ (рис. 4);

Шляхи підвищення ефективності фундаментобудування в умовах Білорусі

2) набивні монолітні грунтобетонние мікропалі в бурораскатанних свердловинах Ж 80-150 мм довжиною до 1Ј3 м за способом СБ (рис. 5), розробленим спільно з ТОВ "ОіФК" і ВАТ "Будкомплекс";

Шляхи підвищення ефективності фундаментобудування в умовах Білорусі

3) набивні монолітні грунтобетонние мікропалі в проколених свердловинах Ж 80-150 мм довжиною до 1Ј3 м за способом СП (рис. 6), розробленим спільно з ТОВ "ОіФК";

Шляхи підвищення ефективності фундаментобудування в умовах Білорусі

4) набивні монолітні грунтобетонние мікропалі в віброштампованних гідромолотом свердловинах Ж 120-150 мм довжиною 1-1,5 м за способом СШ (рис. 7).

Шляхи підвищення ефективності фундаментобудування в умовах Білорусі

Розроблено технологічний комплекс для виготовлення паль за способами СТ, СБ, СП, СШ. Він складається з установки для штампування свердловин і допоміжного обладнання для виготовлення грунтобетона і його укладання в свердловину [4]. Установка для виготовлення свердловин - з базової машини з обертовим моментом на валу відбору потужності не менше 2,4 кН · м або робочим тиском в гідросистемі не менше 0,6 МПа (обраний трактор "Беларус" і екскаватор ЕК) з навісним обладнанням у вигляді направляючої (краново-бурової або гідроманіпуляторной) штанги і знімного робочого буровіброраздвіжного органу діаметром 80-150 мм (для СБ, СП, СШ), 300 мм (для СТ) і довжиною 1,5-3 м (рис. 4-7). Допоміжне обладнання (змішувач) служить для виготовлення грунтобетонной (бетонною) суміші і подачі її в зону укладання.

При влаштуванні фундаментів застосовується грунтобетон - штучний конструктивний кам'яний матеріал, отриманий в результаті твердіння однорідної за складом суміші з природного місцевого грунту, цементу і води. Він є самим дешевим місцевим матеріалом для виготовлення паль [3, 4].

На закінчення слід зазначити, що в даний час наукою пропонується широкий вибір можливостей для раціонального проектування і зведення фундаментів під будь-які навантаження і умови будівництва. Однак багато з того, що вчені вважають вирішеним, не знаходить широкого застосування на практиці. Інститут "БЕЛНІЇС" готовий надати будь-яку консультативну допомогу будівельним організаціям республіки по впровадженню сучасних ресурсозберігаючих конструкцій і технологій зведення фундаментів з урахуванням їх можливостей і конкретних умов будівництва.

Література
1. Сеськов В. Е, Лях В. М. Ефективні конструкції і методи пристрою основ і фундаментів в Республіці Білорусь / / Будівельна наука і техніка. 2005. № 1. С. 91-94.
2. Посібник 2-95. Проектування та влаштування фундаментів із паль набивних з ущільненим підставою (до СНиП 2.02.03-85). Мн., 1995. 102 с.
3. Кравцов В. М. Властивості грунтобетона і аспекти його застосування для виготовлення фундаментів / Сб МНК "Бетон та залізобетон в третьому тисячолітті". Ростов-на-Дону. РГСУ. 2000. С. 200-204.
4. Кравцов В. М., Назаров Н. А. Дослідження і особливості застосування грунтобетона для пальових фундаментів і зміцнення грунтів / / Матеріали ХI міжнародного НМС "Перспективи розвитку нових технологій у будівництві та підготовці інженерних кадрів Республіки Білорусь". Ч. 2. Брест, БГТУ. 2004. С. 200-205.