Дипломная Исследование вопросов усиления фундаментов с помощью разгружающих элементов

Обоснование выбора темы. В процессе эксплуатации здания и сооружения испытывают воздействия от внешней среды выражаемые в виде атмосферных нагрузок, функционального назначения здания, коррозионных процессов. В результате данных воздействий в конструкциях развиваются недопустимые факторы, приводящие к отказу конструктивных элементов, с последующим отказом конструкции в целом или факторы, препятствующие нормальной эксплуатации зданий и сооружений. К ним 1-ой группе условно можно отнести разрушение конструкции, потерю устойчивости или иные факторы, которые могут нанести вред и угрозу жизни и здоровью людей, ко 2-ой группе развитие линейных и угловых деформаций, образование с последующим раскрытием трещин, а также иных факторов тем или иным способом приводящих к снижению сроков эксплуатации конструкций.

Для оптимальной работы на протяжении всего срока службы зданий и сооружений предусмотрены ремонтные мероприятия.

Жизненный цикл включает в себя: инженерные изыскания – проектирование – строительство – эксплуатация – ремонт (реконструкция) – демонтаж. Изучим подробно этапы эксплуатация-ремонт и мероприятия, осуществляемые на данных стадиях [1].

Ремонт является такой же необходимой составляющей жизненного цикла, как и новое строительство. Повреждения железобетонных конструкций, вызывающие необходимость проведения ремонтных работ, заключаются в карбонизации бетона и арматуры, изменение их геометрических размеров, образовании трещин и отслоение защитного слоя бетона [5]. Все это приводит к уменьшению несущей способности и снижению общей безопасности зданий и сооружений. При этом стоит учитывать, тот факт, что нередко происходит изменение функционального назначения, приводящих к увеличению нагрузок, следовательно, вопрос о текущем состоянии конструкции, проводимых ремонтах и реконструкциях в корни определяет вопрос надежности и эксплуатации [2].

Анализ опыта и эксплуатации сооружений из железобетона показывает, что они разрушаются значительно раньше, чем это предусмотрено нормативным сроком эксплуатации в связи интенсивным физическим износом. По сути, ремонт представляет собой меры, осуществляемые для поддержания работоспособного состояния конструкций [33].

Для обеспечения заданного проектами срока эксплуатации предусматривается проведение плановых и капитальных ремонтов: проводится обследование, по результатам составляются дефектная ведомость и проект усиления, после ведутся восстановительные работы.

Ошибки на этапе проектирования возникают, как правило, при недостаточно тщательной разработке узловых соединений [33]. Кроме этого встречаются недочеты при подборе материалов, как правило это связано с экономическим аспектом, подбором более дешевых аналогов, непринятия оценок о некорректной перспективной работе отремонтированных конструкций.

Большая же часть недочетов приходится на непосредственный ремонт строительных элементов, их организацию и технологию. В частности, неправильный подбор материалов, не соблюдение условий хранений и работы с ним приводят к некачественному контакту старых и новых материалов, отслоению постепенному разрушению последних, что сводит на нет, выполненный ремонт. Существенное снижение в эффект ремонта так же вносит уровень квалификации строителей, что особенно ярко выражено при ремонте железобетонных конструкций, так как для качественного выполнения работы необходимо полностью отбить нарушенный бетон, оголить арматуру зачистить её до стального блеска по всему периметру для приварки новой по расчету и заделки полостей. И если на практике выполняется условие снятие нарушенного бетона, то далеко не всегда производится качественная зачистка арматуры, а без этого остаются коррозионные участки и через несколько лет вновь возникнет недопустимая ситуация [13].

На наш взгляд, основные проблемы при ремонте должны решаться комплексным устранением ошибок при проектировании и строительных работах. В первом случае помимо внимательной проработки соединений, которые обеспечивают должный уровень надежности и долговечности, при возможности необходимо отслеживать сроки между ремонтами для оценки качества проектных решений. При строительстве следует производить более строгий контроль за оценкой качества производимых работ, условиями хранения и транспортировки материалов.

Выбор темы обоснован возникающей потребностью в строительстве, связанной с поиском дешевых и надежных способов усиления фундаментов.

Актуальность темы. Основания зданий и подземные конструкции со временем физически изнашиваются в результате воздействия техногенных и природных факторов, поэтому усиление фундамента является важной частью капитального ремонта. Материалы фундаментов обводняются, выветриваются и подвергаются выщелачиванию. Деревянные элементы (ростверки, лежни, сваи) разлагаются, металлические конструкции подвергаются коррозии. В результате неравномерной деформации грунтов в кладке оснований возникают трещины. Недопустимый уровень износа может привести к аварийным ситуациям. Поэтому может возникнуть необходимость усилить фундамент. Грунты в ходе эксплуатации могут получить деформации (просадки, осадки, провалы). Это приводит к появлению трещин в стенах, кренов и прогибов, износу сооружений и потере устойчивости. Методы усиления разнообразны и зависят от множества факторов [38].

Вопросы усиления и восстановления фундаментов при реконструкции зданий рассмотрены в работах отечественных и зарубежных ученых, таких как В. Бабушкин, М. Бойко, Д. Гончаренко, М. Дюженко, А. Лысова, В. Мешечек, А. Ройтман, В. Савйовский, В. Соколов, В. Торкатюк, А. Шагин, Л. Шутенко и др. Однако, существующие способы усиления фундаментов, которые применяются в современном строительстве, являются затратными и трудно реализуемыми.

Цели исследования – исследовать вопрос усиления фундаментов с помощью разгружающих элементов.

Задачи исследования:

1. Проанализировать мировой и российский опыт создания области рационального применения железобетонных конструкций;

2. Исследовать вопрос усиления фундаментов с помощью разгружающих элементов;

3. Произвести расчетно-теоретическое обоснование конструктивных решений железобетонного фундамента;

4. Охарактеризовать педагогические приемы и методики, разработанные в ВКР;

5. Рассчитать затраты на усиление фундаментов разгружающими элементами.

Объект исследования – фундаменты зданий и сооружений.

Предмет исследования – усиливаемые фундаменты зданий и сооружений.

Методология исследования. В исследовании использованы методы математического моделирования, основные теории и предпосылки строительной механики и сопротивления материалов, сертифицированные вычислительные программные комплексы, автоматизированные графические редакторы и программы.

Достоверность полученных результатов обеспечивается: применением научно-обоснованных методик, достаточным объемом теоретических исследований, применением методов математического моделирования и использованием принятых в механике гипотез и допущений, применением сертифицированных программных комплексов, сходимостью результатов инженерных и численных расчетов.

Научная новизна полученных результатов заключается в том, выполненный автором анализ исследований, проведенных в области усиления и реконструкции фундаментов позволил провести расчетно-теоретическое обоснование конструктивных решений железобетонного фундамента.

Практическая ценность исследования заключается в том, что применение данной технологии на практике может существенно удешевить процесс усиления фундаментов с помощью разгружающих элементов.

Результаты, выносимые на защиту ВКР:

- результаты анализ мирового опыта создания и области рационального применения железобетонных конструкций;

- результаты расчетно-теоретического обоснования конструктивных решений железобетонного фундамента;

- результаты создания математической модели конструкции фундамента на основе метода конечных элементов;

- результаты расчета затрат на усиление фундаментов разгружающими элементами.

Структура и объем работы. Работа состоит из аннотации, введения, 4 глав, списка использованной литературы из 40 наименований, представлена на 91 странице, содержит 42 рисунка и 7 таблиц.

1. ФЗ № 384 от 30.12.2009 г. «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

2. ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований».

3. СНиП 2.02.01-83 Основания зданий и сооружений.

4. СП 50-102-2003 Проектирование и устройство свайных фундаментов.

5. СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения».

6. СТО НОСТРОЙ 2.3.18-2011. Укрепление грунтов инъекционными методами в строительстве. М., 2012. 73 с.

7. Инъекционная свая для слабых грунтов: пат. 154896 Рос. Федерация, МПК E 02 D 5/34 / Полищук А. И., Петухов А. А., Назин Д. С.; заявитель и патентообладатель государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Томский государственный архитектурно-строительный университет» (ГОУВПО «ТГАСУ»). № 2015101609/03; заявл. 20.01.2015; опубл. 10.09.2015. Бюл. № 25. 7 c.

8. Пат. 2238366. Российская Федерация, МПК7 E 02 D 5/34. Способ устройства инъекционной сваи / Полищук А. И., Герасимов О. В., Петухов А. А., Андриенко Ю. Б., Нуйкин С. С. ; опубл. 20.10.04, Бюл. №29.

9. Рекомендации по инъекционному закреплению грунтов с применением особо тонкодисперсного минерального вяжущего «Микродур» / НИИОСП им. Н. М. Герсеванова для ООО «Веста Инж». М., 2011. 33 с.

10. Берг О. Я. Высокопрочный бетон. М. : Стройиздат, 1971. 196 с.

11. Галиуллин Р. Р. Численные исследования динамических характеристик зданий с железобетонным каркасом // Известия КГАСУ. 2011. № 2 (16). С. 81-85.

12. Ильичев В. А. Свайные фундаменты в сейсмических районах. М. : Стройиздат, 1983. 144 с.

13. Инновационное развитие современной науки: проблемы, закономерности, перспективы : сборник статей X Международной научно-практической конференции. Пенза : МЦНС «Наука и Просвещение», 2019. 172 с.

14. Коновалов П. А. Основания и фундаменты реконструируемых зданий. М., 1988. С. 197-198.

15. Кофф Г. Л. Уроки Спитака. Москва-Владивосток : Дальнаука, 2008. 151 с.

16. Мартемьянов А. И. Проектирование и строительство зданий и сооружений в сейсмически активных районах. М. : Издательство Стройиздат, 1985. 255 с.

17. Опыт усиления фундаментов реконструируемых зданий инъекционными сваями / А. И. Полищук, А. А. Петухов, Р. В. Шалгинов, А. А. Тарасов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. 2014. № 3. С. 129-142.

18. Петухов А. А. Практическое использование инъекционных свай при реконструкции зданий в г. Томске // Знания, умения, навыки : материалы Университетской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Томск : Изд-во ТПУ, 2007. С. 78-80.

19. Петухов А. А. Совершенствование способа устройства инъекционных свай в слабых глинистых грунтах для условий реконструкции зданий : автореф. дис. … канд. техн. наук : 05.23.02. Томск, 2006. 22 с.

20. Полищук А. И. Основы проектирования и устройства фундаментов реконструируемых зданий. Нортхэмптон : STT, 2007. 476 с.

21. Полищук А. И. Реконструкция подвальной части административно-торгового здания // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. 2015. № 2. С. 130-161.

22. Полищук А. И. Усиление фундаментов зданий в г. Томске с использованием свай // Геотехнические проблемы строительства на просадочных грунтах в сейсмических районах : тр. III-го Центрально-Азиатского междунар. геотехнического симпозиума : в 2 т. / Научн.-иссл. и проект.-изыск. инст. «САНИИОСП» гос. комитета стр-ва и арх. респ. Таджикистан. Душанбе, 2005. Т. 1. С. 198-201.

23. Полищук А. И. Усиление фундаментов реконструируемых зданий в г. Томске с использованием инъекционных свай // Научно-практические и теоретические проблемы геотехники : межвузовский тематический сборник трудов. СПб., 2007. С. 162-171.

24. Полищук А. И. Экспериментальные исследования процессов устройства и работы инъекционных свай в глинистых грунтах // Актуальные вопросы геотехники при решении сложных задач нового строительства и реконструкции : сборник трудов научно-технической конференции посвященной 100-летию со дня рождения Б. И. Далматова. СПб, 2010. С. 275-280.

25. Поляков С. В. Последствия сильных землетрясений. М. : Стройиздат, 1978. 311 с.

26. Проектирование усилений несущих железобетонных конструкций производственных зданий и сооружений / А. Б. Голышев, И. Н. Ткаченко. К. : Логос, 2001. 172 с.

27. Савинов О. А. Расчеты свайных фундаментов энергетических сооружений на динамические нагрузки. Л. : Энергия, 1976. 41 с.

28. Саурин А. Н., Каравашкин Н. Н. Опыт усиления основания ленточных фундаментов аварийного жилого дома шпальным распределителем // Труды международного семинара. М., 2000. С. 298-300.

29. Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение : материалы междунар. науч.-технич. конф., посвящённой 80-летию образования кафедры геотехники СПбГАСУ (механики грунтов, оснований и фундаментов лиси) и 290-летию российской науки. Ч. I. СПбГАСУ. СПб., 2014. 587 с.

30. Ткач Х. Б., Сбоев В. М. Бестраншейные технологии создания в грунте горизонтальных скважин и трубопроводов // Известия ВУЗов. Строительство. 1997. №3. С. 57-61.

31. Хаютин Ю. Г. Монолитный бетон: Технология производства. 2-е изд. перераб. и доп. М. : Стройиздат, 1991. 576 с.

32. Шаблинский Г. Э. Сейсмостойкость строительных конструкций атомных электростанций. М. : АСВ, 2010. 252 с.

33. Шилин А. А. Внешнее армирование железобетонных конструкций композиционными материалами. М. : Стройиздат, 2007. 184 с.

34. Штоль Т. М. Технология возведения подземной части зданий и сооружений. М. : Стройиздат, 1990. С. 234-237.

35. Якунин В. К. Опыт применения шпального распределителя и набивных свай в раскатанных скважинах при реконструкции жилья // Труды международного семинара по механике грунтов, фундаментостроению и транспортным сооружениям. М., 2000. С. 300-303.

36. Байков О. Железобетонные конструкции. Общий курс [Электронный ресурс]. Режим доступа : http://www.zodchii.ws/books/info-66.html

37. Усиление грунтового основания [Электронный ресурс]. Режим доступа : https://style-pro.livejournal.com/486815.html

38. Усиление фундаментов мелкого заложения [Электронный ресурс]. Режим доступа : https://style-pro.livejournal.com/487132.html

39. Принципы и способы восстановления и усиления фундаментов [Электронный ресурс]. Режим доступа : https://remont-om.ru/fundament/printsipy-i-sposoby-vosstanovleniya-i-usileniya-fundamentov.html

40. Методы и особенности усиление фундамента [Электронный ресурс]. Режим доступа : http://fundamentdomov.ru/usilenie-fundamenta/