Строительство на подрабатываемых и карстоопасных территориях

максимально возможным обходом карстоопасных участков и размещением на них зеленых насаждений;

−разработка инженерной защиты территорий от техногенного влияния строительства на развитие карста;

−расположение зданий и сооружений на менее опасных участках, как правило, за пределами участков I–II категорий устойчивости относительно интенсивности карстовых провалов, а также за пределами участков с меньшей интенсивностью (частотой) образования провалов, но со средними их диаметрами больше 20 м (категорияустойчивости А);

−архитектурно-планировочные приемы застройки (выбор этажности и плотности застройки).

Архитектурно-планировочные противокарстовые мероприятия на всех проектных стадиях являются обязательными и первоочередными, поскольку по сравнению с другими противокарстовыми мероприятиями сокращают возможный ущерб от карстовых деформаций при сравнительно небольших затратах.

Градостроительное проектирование должно быть направлено на интенсивное использование карстово-неопасных площадок, где плотность жилого фонда может быть повышена на 10–15 %. Планировка застройки карстоопасных жилых районов должна выполняться с учетом категорий карстовой устойчивости территории. Плотность застройки и этажность зданий принимаются в соответствии с требованиями, изложенными в Прил. Ж (ТСН 22-304-06) [31].

В состав графических материалов градостроительной документации следует включить карты районирования территории по степени карстоопасности, составленные по результатам специальных инженерных изысканий, достаточных для принятия градостроительных решений.

Все планировочные решения застройки должны выполняться с учетом целенаправленного использования разных по категории устойчивости территорий в соответствии с классом ответственности зданий и сооружений. На площадках, имеющих III категорию карстовой устойчивости, не рекомендуется размещать объекты I класса ответственности.

Здания и сооружения, связанные с токсическим или взрывоопасным производством, а также атомные электростанции, повреждения которых особо опасны для окружающей среды, размещаются только на территории IV, V категории.

41

При разработке проектов планировки необходимо соблюдать следующие требования:

−учитывать и сохранять естественный рельеф местности, принимая меры для минимального нарушения путей естественного стока поверхностных и талых вод;

−отдавать предпочтение протяженным в плане зданиям, конструкции которых обеспечивают большую пространственную жесткость;

−не допускать расположения зданий над карстовыми полостями;

−при проектировании застройки любого типа закарстованной территории не рекомендуется размещать здания непосредственно на месте старых карстовых форм (воронок, впадин и т.п.) и вблизи от их скоплений;

−предусматривать комплекс мероприятий, не допускающих активизации карстово-суффозионных процессов. На всех застраиваемых карстоопасных территориях в целях предотвращения процесса активизации и стимулирования затухания карста рекомендуется предусматривать организованный отвод ливневых и сточных вод при производстве инженерной подготовки территории;

−предусматривать создание элементов карстомониторинга в соответствии с заданием городской службы.

При необходимости строительства зданий большей этажности выбирают наиболее устойчивые массивы грунта и предусматривают карстомониторинг.

Размещение функциональных зон застройки подчиняют районированию территории по степени карстоопасности.

Зоны общественно-торговых центров жилых районов, групп 16–25-этажных домов, школ, детских дошкольных учреждений, экологически опасные объекты располагают на максимально карстобезопасной территории, но не опаснее категорий IV-B, V-Б. При отсутствии такой возможности жилые и гражданские здания этажностью 2–15 этажей, как правило, должны располагаться на территориях, не опаснее категорий IV-Б, V-А. Если это не представляется возможным, указанные объекты проектируют лишь при проведении специальных изысканий и осуществлении противокарстовой защиты.

42

На территориях с I и II категориями устойчивости располагают зеленые насаждения общего пользования или сельхозугодья. Территории III категории устойчивости в населенных пунктах допускается использовать под застройку лишь при соответствующем технико-экономичес- ком обосновании с применением комплекса защитных противокарстовых мероприятий. При этом преимущественно следует размещать здесь автостоянки, гаражи и другие объекты коммунально-складских зон, временные здания и сооружения и т.п.

Общественно-торгово-бытовые комплексы размещают по возможности на наиболее устойчивых участках с благоприятными условиями для осуществления противокарстовой защиты при максимальном сокращении площади их застройки путем комбинирования.

Выбор планировочных приемов организации жилой застройки осуществляют в зависимости от степени карстоопасности территории. Предпочтение отдают тем методам и видам застройки, которые позволяют эффективно вписать застройку в криволинейные очертания зон разной степени карстоопасности, создавая при этом относительную деформационную автономность зданий или их частей (блок-секционные методы, «ковровая» застройка) при минимальном использовании жилой территории.

При выборе систем секционной застройки исходят из максимального использования пригодных закарстованных территорий с учетом экономичности систем по прокладке инженерных сетей.

При блок-секционной застройке закарстованных территорий типы блок-секций, композиционные приемы их блокировки и процентное соотношение числа блок-секций выбираютя из условия минимума требуемой площади жилой территории группы. Сэкономленную жилую территорию следует использовать под менее ответственную коммунальную зону и зеленые насаждения общего пользования.

При выборе композиционных приемов блок-секционной застройки на закарстованных участках при идентичности площадей застройки и размеров провалов предпочтение отдают тем типам блокировки, которые обеспечивают минимум площади поражения зданий.

При выборе типов застройки предпочтение отдают простым в плане зданиям.

43

4. ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

4.1. Общие положения по проектированию зданий

При проектировании зданий и сооружений на подрабатываемых и карстоопасных территориях учитывают особенности деформаций земной поверхности и их взаимодействие с сооружениями.

Здания и сооружения в зависимости от их назначения и условий работы проектируют по жесткой, податливой или комбинированной конструктивным схемам. Вид конструктивной схемы определяет характер и состав вводимых конструктивных мер защиты.

При проектировании по жесткой конструктивной схеме предусматривают исключение возможности взаимного перемещения отдельных элементов несущих конструкций при деформациях основанияза счет:

−разделения зданий и сооружений деформационными швами на отдельные отсеки;

−усиления отдельных элементов несущих конструкций и связей между ними;

−устройства в стенах железобетонных поэтажных поясов;

−устройства горизонтальных дисков из железобетонных элементов перекрытия и покрытия;

−устройства фундаментов зданий и сооружений в виде сплошных плит, перекрестных балок, балок-стенок и т. п.

При проектировании по податливой конструктивной схеме предусматривают возможность приспособления конструкций без появления в них дополнительных усилий к неравномерным деформациям земной поверхности за счет:

−устройства в подземной части горизонтальных швов скольжения;

−введения шарнирных и податливых связей между элементами несущих и ограждающих конструкций;

−снижения жесткости несущих конструкций;

−введения гибких вставок и компенсационных устройств;

−увеличения зазоров между соседними конструкциями. Указанные меры применяют с таким расчетом, чтобы обеспечива-

лись:

− достаточная площадь опирания элементов конструкций при деформациях основания;

44

−воздухо- и водонепроницаемость стыков между отдельными взаимоперемещающимися элементами конструкций;

−устойчивость элементов конструкций при деформациях основа-

ния.

При проектировании по комбинированной конструктивной схеме предусматривают сочетание жесткой и податливой схем с применением различных конструктивных схем подземной и надземной частей зданий

исооружений.

Здания и сооружения сложной формы в плане разделяются деформационными швами на отсеки. Высоту зданий и сооружений в пределах отсека следует принимать одинаковой, а длину отсеков – по расчету в зависимости от расчетных величин деформаций земной поверхности, физико-механических свойств грунтов основания, принятой конструктивной схемы, технологических требований.

Деформационные швы между отсеками должны обеспечивать свободный наклон или поворот отсека при деформациях основания. Размер деформационного шва следует рассчитывают в зависимости от высоты и длины отсека и особенностей грунтовых условий.

Деформационные швы должны разделять смежные отсеки зданий и сооружений по всей высоте, включая кровлю и фундаменты.

Фундаменты под несущие стены в зоне деформационных швов устраиваются, как правило, сплошными. В целях уменьшения ширины деформационного шва допускается применение прерывистых фундаментов.

Фундаменты под парные колонны у деформационных швов в каркасных зданиях, выполненных по рамно-связевой или связевой схеме, допускается не разделять, если фундаменты под остальные колонны конструктивно не связаны между собой в горизонтальном направлении плитами, связями-распорками и т.д. При наличии связей допускается устройство несимметричных парных фундаментов на общей бетонной (железобетонной) подушке с устройством шва скольжения.

В случаях когда строительными мерами защиты и инженерной подготовкой основания не исключаются деформации конструкций и крены зданий (сооружений), превышающие допустимые нормами, здания и сооружения проектируют с учетом мероприятий, снижающих неравномерную их осадку и устраняющих их крены, в том числе с применением выравнивания.

45

Варианты защиты зданий и сооружений и мероприятия по их выравниванию принимают на основаниитехнико-экономического сравнения.

Шахты лифтов проектируют с учетом наклонов, вызываемых деформациями земной поверхности.

В случаях когда расчетные отклонения стен шахт от вертикальной плоскости превышают допустимые, установленные нормами, проектами предусматривают возможность регулирования положения лифтовой шахты.

Примыкающие к зданиям инженерные сооружения отделяют от зданий деформационными швами.

Фундаменты под технологическое оборудование проектируют, предусматривая в зависимости от типа оборудования и технологических требований к его эксплуатации, применение специальных мер защиты, отдавая предпочтение выравниванию оборудования домкратами.

4.2. Основные требования к расчету конструкций зданий на подрабатываемых территориях

Конструкции зданий и сооружений, проектируемых для строительства на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах, рассчитывают по методу предельных состояний с учетом деформаций:

а) основания от подработки и просадки, проявляющихся в виде его вертикальных и горизонтальных перемещений;

б) грунтов от нагрузок, передаваемых сооружением.

При этом допускается учитывать изменение прочностных и деформационных характеристик грунтов основания при воздействии горизонтальных деформаций от подработки.

Расчет конструкций на особые сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных, возможных кратковременных нагрузок и воздействий от подработки или просадки грунтов, производят на наиболее неблагоприятные сочетания воздействий.

Возможными сочетаниями воздействий от подработки являются: а) относительная горизонтальная деформация растяжения +ε, кри-

визна выпуклости +ρ, наклон i;

б) горизонтальная деформация сжатия – ε, кривизна вогнутости – ρ, наклон i;

в) уступ на земной поверхности (высота уступа h) и соответствующие ему горизонтальная деформация ε и наклон i.

46

При плавных вертикальных деформациях земной поверхности (кривизне) учитывают сочетания деформаций, указанных в подпунктах «а», «б», при ступенчатых деформациях (уступе) – сочетание деформаций подпункта «в».

Здания (сооружения), проектируемые для строительства в грунтовых условиях I типа по просадочности, рассчитывают при наиболее неблагоприятном изменении жесткости основания при местном его замачивании:

а) в торце здания (сооружения); б) под серединой здания (сооружения).

Здания и сооружения рассчитывают в условиях строительства:

I' группы – на максимальные неравномерные просадки от внешней нагрузки в верхней зоне просадки;

II' группы – на неравномерные просадки от внешней нагрузки в грунтовом слое с неустраненной просадочностью, а также на неравномерные осадки грунта с устраненной просадочностью;

III' группы – на неравномерные просадки грунта от внешней нагрузки при полном устранении его просадочных свойств.

Здания (сооружения), проектируемые для строительства в грунтовых условиях II типа по просадочности, рассчитывают при наиболее неблагоприятном расположении просадочной воронки по отношению к зданию (сооружению):

а) под серединой здания (сооружения) при L ≥ 2r с кривизной вогнутости и относительными горизонтальными деформациями сжатия –ε в средней части воронки и кривизной выпуклости и относительными горизонтальными деформациями растяжения +ε на краях воронки;

б) под зданием (сооружением) при L ≥ 2r + Bw с кривизной вогну-

тости и относительными горизонтальными деформациями сжатия –ε; в) под торцом здания (сооружения) с кривизной выпуклости и от-

носительными горизонтальными деформациями растяжения +ε. Отдельные виды деформаций земной поверхности при расчете

конструкций допускается не учитывать, если установлено, что усилия от таких видов деформаций достаточно малы по сравнению с усилиями от других видов нагрузок и воздействий.

При определении усилий в конструкциях от воздействий подработки и просадки грунтов необходимо:

47

а) при наличии данных, согласно которым отдельные виды деформаций земной поверхности при подработке достигают своих максимальных значений, одновременно вызывая в конструкции усилия одного знака (усилия складываются), два усилия от этих видов деформаций суммировать по формуле (1) и три усилия – по формуле (2):

где Х1, Х2, Х3 – усилия от различных видов деформаций земной поверхности;

б) в качестве расчетного усилия принимать наиболее неблагоприятное для работы конструкций сочетание усилий, возникающих от каждого отдельного вида деформаций, если отдельные виды деформаций земной поверхности при подработке достигают своих максимальных значений в разное время;

в) на просадочных грунтах с просадкой от собственного веса при ssl,g >0,3 м производить расчет на совместное воздействие вертикаль-

ных и горизонтальных перемещений, принимая при этом в качестве расчетных суммарные усилия, возникающие одновременно в конструкциях от вертикальных и горизонтальных перемещений;

г) на подрабатываемых территориях с основаниями, сложенными просадочными грунтами, усилия определять от воздействия подработки и просадки, принимая при этом наиболее неблагоприятные для работы конструкций усилия, возникающие от каждого вида воздействий.

Расчетные схемы сооружений, используемые для определения усилий и деформаций в их конструкциях, должны отражать с целесообразной степенью точности действительные условия работы соружений и особенности их взаимодействия с основанием. В необходимых случаях они должны учитывать: пространственную работу, геометрическую и физическую нелинейность, а также ползучесть материалов конструкций.

Нелинейные факторы работы строительных конструкций учитывают комплексно: физическую и конструктивную нелинейность, переменный характер нагружения и др. Без достоверной оценки степени влияния отдельных факторов на величину усилий в конструкциях односторонний учет какого-либо одного фактора не допускается.

48

Конструкции рассчитывают на воздействия от подработки и просадки грунтов, исходя из условия совместной работы основания и сооружения.

В зависимости от значений контактных напряжений (нормальных и касательных на контакте основания с фундаментом) модель основания принимают в виде:

а) линейно-упругой системы; б) нелинейно-неупругой системы, отражающей нелинейную связь

между деформациями и нагрузками на основание в стабилизированном состоянии грунта, различие в деформационных свойствах основания при нагружении и разгрузке, нарушение контакта между фундаментом и основанием;

в) реологической системы, отражающей деформационные свойства основания для различных моментов времени в течение строительного и эксплуатационного периодов (внестабилизированном состоянии грунта).

Модели основания для расчета следует выбирать с учетом конструктивных особенностей, назначения здания (сооружения).

Деформационные свойства основания на контакте с фундаментами допускается определять одновременно с применением двух коэффициентов жесткости основания: при сжатии – С, при сдвиге – Д; либо одно-

го из них (Прил. 11 СНиП 2.01.09–91) [10].

Для выбора модели основания следует произвести расчет с использованием модели основания в виде линейно-упругой системы.

Если полученные в результате этого расчета значения нормальных р и касательных τ напряжений на отдельных участках контакта основания с фундаментом удовлетворяют условиям

τ ≤ 0,5τmax или τ > 0,5τmax на участке F ≤ 0,2Fτ,

то расчет производят с использованием линейно-упругой системы. Здесь pn – начальное нормальное давление на основание от сооруже-

ния, действующее до появления воздействий от подработки или просадки; R – расчетное сопротивление грунта основания, определяемое согласно требованиям СНиП 2.02.01–83; τmax – предельное значение

касательного напряжения по подошве фундамента, определяемое со-

49

гласно требованиям СНиП 2.02.01-83; F – площадь контакта основания с фундаментом, на которой превышены напряжения р и τ; Fp , Fτ –

площади контакта основания с фундаментом, на которых проявляются соответственно нормальные и касательные напряжения.

Если условия (3) не удовлетворяются, то производят расчет с использованием модели основания в виде нелинейно-неупругой системы.

Усилия, возникающие в несущих конструкциях зданий и сооружений от воздействий горизонтальных деформаций основания, определяют в зависимости от конструктивных особенностей подземной части здания (сооружения), глубины заложения его фундамента, площади контакта с грунтом, физико-механических свойств грунтов основания,

втом числе и изменения их в процессе подработки, действующих нагрузок с учетом:

а) сдвигающих сил по подошве фундаментов или сил трения по шву скольжения;

б) сдвигающих сил по боковым поверхностям фундаментов; в) нормального давления сдвигающегося грунта на лобовые по-

верхности фундаментов.

Коэффициенты трения по шву скольжения допускается принимать

всоответствии с табл. 5.

Примечание. Плоскость шва скольжения должна быть выровнена. Отклонения размера шва по вертикали допускаются не более 5 мм на 1 м длины шва.

При проектировании зданий и сооружений с учетом возможности их выравнивания в процессе эксплуатации с помощью домкратов выполняют расчет конструкций на воздействие неравномерных деформаций основания и в стадии выравнивания. Расчетом на выравнивание проверяют несущую способность и устойчивость конструкций фунда-

50