Под существующими зданиями со временем происходят необратимые изменения структуры грунта, грунт уплотняется, образуя новые связи, и при этом начинает характеризоваться новым модулем деформации.
Новые здания, располагаемые вблизи существующих, садятся своими частями на этот, уже изменённый уплотненный грунт, поэтому получить реальную картину деформаций без учета структурных изменений в грунте в условиях городской застройки практически невозможно.
Строительство нового здания вблизи уже существующего вызывает дополнительное уплотнение основания, в результате чего увеличиваются напряжения в грунте, что, может привести, например, к появлению в кладке стен ранее построенных зданий трещин, перекосов проемов и лестничных маршей, к сдвигу плит перекрытий и др.
Для выбора типа основания и фундаментов, назначения расчетной схемы взаимодействия конструкций сооружения с основанием, уточнения требований к предельным деформациям основания фундаментов проектируемого сооружения, геотехнического прогноза его влияния на окружающую застройку и т.д. необходимо учитывать конструктивные решения проектируемого сооружения, способы и последовательность его возведения, а также условия последующей эксплуатации.
Поэтому основания и фундаменты сооружений в условиях окружающей застройки следует проектировать, в том числе, на основе и с учетом:
- результатов инженерных изысканий для строительства - не только для вновь строящихся или реконструируемых сооружений, но и для территории окружающей застройки, расположенной в зоне их влияния
- инженерной цифровой модели местности с отображением подземных и надземных сооружений и коммуникаций
- результатов технического обследования зданий и сооружений окружающей застройки и прогноза влияния на них вновь строящихся и реконструируемых сооружений
- проектов строящихся зданий и сооружений в зоне влияния строительства;
Зона влияния нового строительства или реконструкции - расстояние, за пределами которого негативное воздействие на окружающую застройку пренебрежимо мало.
Под действием дополнительных нагрузок от нового строительства основания существующих сооружений претерпевают деформации, внешним проявлением которых являются дополнительные неравномерные осадки Sad и встречный крен существующих зданий Iad.
Поэтому при возведении нового объекта или реконструкции существующего сооружения на застроенной территории необходимо учитывать его воздействие на окружающую застройку с целью предотвращения недопустимых дополнительных деформаций.
Зону влияния проектируемого объекта нового строительства или реконструируемого сооружения и прогнозируемые дополнительные деформации оснований и фундаментов сооружений окружающей застройки определяют расчетом.
При определении размеров зоны влияния нового строительства и реконструкции на территориях, осложненных распространением специфических грунтов, необходимо учитывать местный опыт проектирования.
Дополнительная осадка Sad
Дополнительная осадка Sаd (в отличие от собственной осадки) возникает в результате трех главных причин:
- Строительно-технологических воздействий на грунт основания существующего здания – дополнительная строительно-технологическая осадка (Sаd.t).
- Изменения напряженного состояния основания существующего здания при загружении массива грунта новым зданием – дополнительная осадка уплотнения (вызванная уплотнением основания существующего здания вследствие передачи статической нагрузки от нового здания) (Sаd.s).
- Воздействий технологического оборудования, размещённого в новом здании, на основания соседних зданий – дополнительная эксплуатационная осадка (Sаd.e).
Таким образом, дополнительную осадку Sаd можно определить по формуле
Sаd = Sаd.t + Sаd.s + Sаd.e
1. Дополнительные осадки от строительно-технологических воздействий на грунт Sаd.t
Осадки Sаd.t и потеря устойчивости грунта основания соседних зданий особенно опасны, когда новые сооружения возводятся в глубоких котлованах.
Учесть расчетом дополнительные осадки от строительно-технологических воздействий практически невозможно, поэтому следует стремиться к тому, чтобы они не получали опасного развития, путем подбора соответствующих технологий и механизмов.
При проектировании оснований ограждений котлованов следует выполнять оценку возможных дополнительных деформаций основания сооружений в зоне влияния строительства и реконструкции от технологических воздействий, связанных с их устройством (в т.ч. проверку устойчивости стенок траншеи “стены в грунте”). Оценку технологических осадок допускается проводить по сопоставимому геотехническому опыту.
Наиболее существенными причинами развития строительно-технологической осадки Sаd.t являются:
- разработка котлованов и траншей, прокладка подземных
коммуникаций, пешеходных и транспортных тоннелей, особенно с применением водопонижения и без крепления стенок котлованов и траншей - откопка строительного котлована глубже подошвы существующих фундаментов
- промораживание и оттаивание грунта под фундаментами зданий при зимнем ведении работ в соседнем котловане
(Основной причиной промерзания грунтов при разработке котлована вблизи существующих фундаментов является недостаточность теплоизоляции существующих фундаментов и оснований. В связи с этим работы по возведению котлована вблизи существующих фундаментов в осенне-зимний период проводить не рекомендуется, а выкопанные летом и осенью котлованы необходимо засыпать до наступления морозов) - ухудшение свойств грунта в основании работающими землеройными, сваебойными, уплотняющими машинами и механизмами (например, использование при разработке котлована и удалении из него разбираемых старых фундаментов экскаватора с ковшом драглайн, передающим на грунт интенсивные динамические воздействия), создающими вибрации
- применение для рыхления мерзлого грунта и разрушения
старых фундаментов тяжелых ударных механизмов (шар-молота
или клин-молота). Влияние их динамической работы сказывается на состоянии грунта на расстоянии до 20 м и более, в зависимости от его вида - затопление основания подземными и поверхностными водами
- разуплотнение основания восходящими потоками подземной воды при удалении ее открытым способом
- выдавливание плывунных грунтов во время разработки котлована
- нарушение требований проекта производства работ по разработке котлована, креплению его стенок и возведению фундаментов в части устройства неподвижного шпунта и сохранения естественной структуры грунтов оснований соседних зданий
- отклонение шпунтовых стен котлована, если возле него имеются старые здания
2. Дополнительная осадка, вызванная уплотнением основания существующего здания вследствие передачи статической нагрузки от нового здания (Sаd.s)
Дополнительная осадка Sаd.s возникает, поскольку вокруг возводимого здания формируется «осадочная воронка», размеры которой в плане за контуром фундамента соизмеримы с мощностью сжимаемой зоны (толщи) основания (до 20–30 м и более).
При этом наибольшие осадки образуются в пределах ближайших 10 м от участка загружения основания новым зданием.
Характер деформаций (осадок и кренов) при взаимном влиянии фундаментов зависит от условий загружения этих фундаментов, т.е. от времени приложения нагрузок.
Так, если загрузка оснований двух фундаментов происходит одновременно, то здания или сооружения получают наклон в направлении друг к другу. Когда фундаменты возводятся и нагружаются последовательно, то здания, возведенные во вторую очередь (при прочих равных условиях), получают осадку меньшую, чем возводимые одновременно. Крен зданий и первой, и второй очереди оказывается направленным в одну сторону. Это обстоятельство необходимо учитывать при проектировании.
3. Дополнительная эксплуатационная осадка (Sаd.e)
Дополнительные воздействия от производственно-технологического оборудования, размещаемого в новых зданиях (сооружениях), могут вызывать дополнительную осадку Sаd.e фундаментов соседних зданий, дорог и коммуникаций.
Наиболее опасны вибрационные воздействия на грунт при работе массивных молотов, прессов, мощных компрессоров и других механизмов, генерирующих колебания низких частот, соизмеримых с частотами собственных колебаний строительных конструкций. В таких случаях требуется применять средства виброзащиты.
Опасны также агрессивные стоки химических производств из-за влияния на грунт и фундаменты соседних зданий.
Чувствительность старого здания к развитию дополнительных осадок различна и зависит от многих причин.
Различные здания и сооружения неодинаково реагируют на возведение вблизи них новых. Главные причины этого следующие:
- чувствительность конструкций зданий (сооружений) к неравномерным осадкам (определяется конструктивной схемой и технологическим состоянием несущих конструкций – зависит от возраста и технического износа)
- инженерно-геологические и гидрогеологические условия
(определяются деформированностью основания) - технология производства земляных работ
Неучёт этих основных факторов, может отрицательно сказаться на состоянии существующих зданий и может привести к нарушению режима работы размещенного в них оборудования, инженерных сетей на участках вводов и др.
Расчёт осадки основания проектируемого здания и дополнительной осадки можно производить в соответствии с СП и рекомендациями к СНиП, а также таких программных комплексов как Ansys, Plaxis, MidasGTС и Alterra, позволяющие производить расчет осадки основания проектируемого здания и дополнительной осадки примыкающих к нему зданий с учетом пластических деформаций.