Технология возведения зданий и сооружений в особых условиях

Лекция № 15

ТЕМА: технология возведения зданий и сооружений в особых условиях

1. Особенности технологии возведения зданий и сооружений

в особых условиях

Возведение  зданий и сооружений в зависимости от района строительства и его метеорологических и природно-климатических условий имеет свои особенности. Поэтому повышение эффективности строительства в экстремальных природно-климатических условиях является комплексной многоплановой задачей организации и технологии строительного производства, направленной на повышение качества строительства, сокращение сроков его выполнения, трудозатрат и стоимости работ.

В зимний период − отрицательная температура воздуха (средняя температура в январе  −18°С  на Севере, достигающая иногда до  −45°С;   −3°С в южных регионах); длительность зимнего периода; резкие перепады температур, даже в пределах суток; осадки и интенсивность их выпадения; зимние ветры, их интенсивность и длительность; сокращение продолжительности светового дня; значительная величина и продолжительность устойчивого снегового покрова; изменение физико-механических свойств грунтов, ряда строительных материалов и др.

В летний период  − большая солнечная радиация (от 100 на Севере до 140 ккал/см² на Юге республики) и инсоляция; высокая температура воздуха (средняя температура в июле 28-30°С на Юге, достигающая иногда 44°С; 19°С на Севере) и ее перепады в течение суток; сильные ветры-суховеи и запыленность воздуха. К этим природно-климатическим факторам года следует отнести и сложные инженерно-геологические условия, сейсмическую активность южного и восточного регионов и засоленность грунтов значительной части территории республики.

Рекомендуемые материалы

2. Возведение зданий и сооружений в зимних условиях

Особенности эксплуатации машин и оборудования. Эксплуатация строительных машин и оборудования связана с влиянием низких температур, сильных ветров, снежных заносов. Обычно с наступлением устойчивых отрицательных температур от  −30°С и ниже резко снижаются эксплуатационные качества почти всей строительной техники, возникает большое число отказов наиболее нагруженных деталей и узлов. В связи с этим для успешной работы в экстремальных условиях все машины и оборудование должны быть самым тщательным образом подготовлены в соответствии рекомендательными инструкциями.

Особенности производства земляных работ. Мерзлый грунт представляет собой сложную структуру, состоящую из минеральных частиц, льда, воды и воздуха. Замерзание грунта происходит вследствие потери тепла и перехода содержащейся в его порах воды в лед, в результате чего замерзший грунт меняет свои физико-механические свойства.

Промерзание грунта в глубину зависит от его теплофизических свойств, интенсивности и продолжительности воздействия отрицательных температур. Механическая прочность грунтов при замерзании значительно возрастает. Сопротивление мерзлого грунта на сжатие в 3-4 раза больше, чем на растяжение, поэтому целесообразно его разрабатывать не путем раздавливания,  а способом скалывания.

В этой связи особую сложность в зимних условиях представляют работы нулевого цикла. Поэтому при разработке мерзлых грунтов особое внимание обращается на объемы работ, механические и физико-механические свойства мерзлого грунта, характер сооружаемого объекта, конкретные условия строительства, возможность применения землеройной техники.

Мерзлый грунт можно разрабатывать следующими способами: подготовкой мерзлых грунтов к экскавации путем их рыхления взрывом, ударом, резанием, вибрацией, сколом и другими способами. Выбор метода и соответствующих способов производства работ определяется инженерно-геологическими условиями конкретной строительной площадки, проектным решением по устройству фундаментов, объемом земляных работ.

Расчет комплекта машин в каждом конкретном случае выполняют на основе сравнения различных вариантов производства работ по технико-экономическим показателям: стоимости, трудозатратам и продолжительности работ.

Особенности производства каменной кладки. В зимних условиях в результате действия отрицательной температуры гидратация цемента в растворе прекращается и раствор превращается в прочную механическую смесь льда, цемента и песка (или извести и песка). Вода, превращаясь в лед, увеличивается в объеме, вследствие чего раствор разрыхляется и его прочность снижается. Поэтому для компенсации потери прочности зимней кладки марку раствора повышают на одну ступень по сравнению с летней кладкой, если она ведется при среднесуточной температуре наружного воздуха до −20°С, и на две ступени − при температуре ниже −20°С.

Выбор способа кладки производится в зависимости от сроков возведения здания, ожидаемых метеорологических условий на период работ, вида сооружения, его высоты. Существуют следующие способы кладки в зимних условиях: кладка способом замораживания раствора; на растворах с противоморозными химическими добавками; возведение конструкций путем прогрева кладки.

Кладка способом замораживания производится на подогретом растворе. Предварительно подогретый раствор способствует лучшему расстиланию и обжатию массой вышележащей возводимой кладки. После укладки раствор сразу же замерзает и в таком состоянии находится до оттаивания кладки весной или при искусственном обогреве. По мере оттаивания раствора происходит гидратация цемента и набор прочности.

Растворы для кладки способом замораживания должны приготовляться в утепленных бетонно-растворных узлах с подогретыми составляющими и иметь к моменту укладки минимальную температуру, не ниже указанной в таблице.

                                                                                                                  Таблица

Для увеличения несущей способности и обеспечения устойчивости столбов и простенков устанавливают инвентарные хомуты из металлических уголков, стянутых болтами.  В промышленных одноэтажных зданиях   с   высотой стен 6-8 м применяются крепления  из вертикальных двухсторонних брусьев-сжимов, стянутых болтами и усиленных оттяжками и подкосами.

Для восприятия деформаций, связанных с неравномерными осадками основания в примыканиях, пересечениях, углах стен, в столбах и простенках укладывают арматурные связи согласно проекту.

Возведение кладки в зимних условиях возможно также на растворах с противоморозными добавками. Химические добавки позволяют снизить температуру замерзания воды в растворе и ускорить процесс твердения раствора. В качестве химических противоморозных добавок используют нитрит натрия, нитрит кальция с мочевиной, поташ, хлористый кальций и хлористый натрий. Количество вводимой в кладочный раствор противоморозной добавки нормируется в зависимости от ее вида и среднесуточной температуры воздуха.

Особенности возведения монолитных бетонных и железобетонных конструкций. Как известно, при температуре ниже 0°С в бетоне прекращаются процессы гидратации и твердение бетона приостанавливается, т.к. бетон замерзает, превращаясь в монолит, прочность которого обусловливается силами смерзания. При этом в бетоне появляются внутренние напряжения, вызываемые увеличением объема свободной воды (примерно на 9 %), что приводит к нарушению кристаллических новообразований, которые в дальнейшем не восстанавливаются. Свойства бетона ухудшаются тем значительнее, чем раньше после укладки произошло его замерзание.

Если бетон к моменту замерзания наберет определенную прочность, то отрицательное влияние замораживания на его свойства невелико, так как оно уже не вносит необратимых нарушений в структуру цементного камня и эта прочность называется критической.

СНиПом предусмотрена критическая прочность бетона монолитных конструкций и монолитных частей сборно-монолитных конструкций не менее 50 % проектной или не ниже 5 МПа, а в предварительно-напряженных конструкциях − не ниже 70 %. В случае нагружения конструкций в зимний период, к моменту замораживания прочность бетона в них должна достигать 100 % от проектной.

Существующие методы зимнего бетонирования подразделяются на две основные группы: 1) с безобогревным выдерживанием бетона и 2) с искусственным обогревом бетона монолитных конструкций.

К методам зимнего бетонирования с безобогревным выдерживанием бетона относят метод «термоса» и его разновидности с применением  противоморозных добавок и с предварительным разогревом бетонной смеси. К методам бетонирования с искусственным прогревом бетона относят: электротерическую обработку (электропрогрев сквозной и периферийный, индукционный, греющие опалубки), прогрев бетона паром, горячим воздухом в тепляках, инфракрасными лучами.

Выбор метода зимнего бетонирования производят до наступления зимы с учетом реальных местных условий и ожидаемых температур наружного воздуха, вида применяемых цементов, наличия источников тепла, химических добавок, размеров и назначения конструкций.

Критерием оценки эффективности метода зимнего бетонирования являются затраты по всем показателям и экономический эффект от сокращения продолжительности строительства объекта, приведенные к 1 м³ уложенного бетона.

В зимних условиях  температура бетонной смеси в момент укладки в опалубку должна быть не ниже расчетной, необходимой для принятого режима выдерживания бетона. Так, минимально необходимая температура при применении способа «термос» должна быть не менее 25°С, а для бетонов с противоморозными добавками и при использовании электропрогрева − не менее 5°С.

Для получения требуемой температуры смеси воду подогревают до 40-90°С, а иногда при необходимости также подогревают и заполнители. При этом песок, гравий и щебень подогревают до температуры 20-60°С в специальных бункерах с паровыми регистрами или во вращающихся сушильных барабанах. Цемент и тонкомолотые добавки вводят без подогрева.

Особенности монтажа строительных конструкций. По сравнению с другими видами строительных процессов монтаж строительных конструкций не претерпевает каких-либо значительных изменений. Отрицательное воздействие зимы в первую очередь вызывает снижение производительности монтажников и дополнительные затраты труда на вспомогательных операциях. В зимних условиях одновременно с отрицательной температурой наружного воздуха значительные неудобства в работе вызывают сила и продолжительность ветра, которые вынуждают прекращать монтажные работы и делать перерывы для обогрева рабочих. Монтажные работы прекращаются: при ветре  силой 6 баллов и более (скорость ветра 9,9−12,4 м/с); при сильном снегопаде и гололедице; на монтаже вертикальных глухих панелей при силе ветра 5 баллов (скорость ветра 7,5−9,8 м/с) и при определенных сочетаниях температуры наружного воздуха и скорости ветра).

В зимних условиях более целесообразно укрупнение конструкций, применение безвыверочного и ограниченно  свободного метода монтажа, повышение технологичности конструктивных решений стыков, отказ от мокрых процессов, конструктивное обеспечение удобных условий для выполнения сварочных и антикоррозийных работ.

При выполнении работ нулевого цикла  монтаж ж/б конструкций подземной части здания следует вести поточным комплексным методом, совмещая с производством земляных работ. При этом ведущим процессом должен быть принят монтажный, а темпы ведения земляных работ − исключающими промораживания основания. При сильных морозах и необходимости устройства перерывов между отрывкой котлована и устройством фундамента основание необходимо временно утеплять или прогревать переставными тепляками с подогревом.

Возведение одноэтажных промышленных зданий из сборных железобетонных конструкций необходимо вести отдельными монтажными участками. Целесообразно также осуществлять параллельный монтаж двух рядов колонн, что способствует значительному ускорению монтажа вышележащих конструкций. Во всех случаях влияние на выбор размера захватки (или количества монтируемых колонн) оказывает основное технологическое условие − конструкции следующего яруса можно монтировать только после достижения бетоном в стыках колонн с фундаментом  70 %  проектной прочности. Заделка стыков в плитах покрытия,  связанная с большим объемом работ по очистке стыкуемых поверхностей, может полностью не выполняться в зимний период времени, если это не оказывает существенного влияния на устойчивость смонтированной части здания и на удлинение срока возведения всего здания. Монтаж  сборных конструкций многоэтажных и особенно жилых и общественных зданий в зимний период рекомендуется вести с транспортных средств, что значительно сокращает трудоемкость монтажных работ и улучшает качество возводимых зданий.

Для заделки стыков и швов сборных железобетонных конструкций необходимо знать, воспринимают ли они расчетные усилия, имеются ли в них открытые стальные элементы, на основании этих конструктивных особенностей применяют следующие способы заделки стыков: безобогревный с применением противоморозных добавок; обогревный с применением различных способов внесения в бетон или раствор стыка тепловой энергии; комбинированный, при котором применяются противоморозные добавки с последующей тепловой обработкой стыков.

Выбор способа заделки стыков и разработка конкретной технологии производства работ должны учитывать рост напряжений в бетоне стыка, проектируемый рост его прочности и отражать темп возведения сборных конструкций здания.

3. Возведение зданий и сооружений в условиях жаркого

климата и в регионах сейсмической активности

Особенности производства земляных работ. Земляные работ в жарких климатических условиях имеют свои особенности, которые должны быть учтены при проектировании работ.

Высокая температура, низкая влажность и сильные ветры (суховеи) приводят к пересыханию и затвердеванию почвы, при разработке которой увеличивается запыленность воздуха, снижающая производительность и ухудшающая эксплуатационные качества землеройно-транспортных машин. Поэтому при составлении схем движения землеройно-транспортных машин и автотранспортных средств необходимо учитывать господствующее направление ветра, организуя их рабочее движение против направления ветра или под углом к нему.

Наиболее рациональным способом разработки грунтов в этих условиях является предварительное их увлажнение до оптимальных значений (см. таблицу), что снижает запыленность воздуха и облегчает разработку грунта. Увлажнение грунта до оптимальной влажности дает высокий эффект и при его уплотнении. При разработке траншей бульдозерами рекомендуется применять продольно-поперечную и поперечно-челночную схемы движения.

Таблица

По первой схеме разработку грунта производят два бульдозера: один в продольном направлении разрабатывает грунт, а второй поперечными ходами перемещает его в отвал, грунт при этом равномерно укладывается по всей бровке траншеи, что облегчает обратную засыпку. По поперечно-челночной схеме грунт разрабатывается двумя бульдозерами, двигающимися навстречу друг другу от концов захватки к середине, а третий бульдозер перемещает его в отвал. Длина захватки принимается в пределах 50 м. Недостатком этой схемы является сосредоточение отвала на середине траншеи, что затрудняет обратную засыпку.

Сыпучий песок рекомендуется разрабатывать и перемещать при спаренной работе нескольких бульдозеров, которые при этом двигаются параллельно с одинаковой скоростью на расстоянии 0,3−0,5 м друг от друга, уменьшая боковые потери грунта. Значительный эффект достигается при разработке супесей и суглинков самоходными скреперами ДЗ-13 и ДЗ-15 с применением трактора-толкача, который повышает наполнение ковша вдвое и настолько же уменьшает путь его загрузки.

Разработку траншей в барханных песках рекомендуется производить одноковшовыми экскаваторами Э-652. При этом наиболее рациональны откосы 1:1,5, а на  обводненных участках − 1:3; 1:4.

Особенности производства каменных работ. Отличительной особенностью производства каменных работ в регионах с жарким и сухим климатом являются дополнительные мероприятия по предотвращению обезвоживания растворов, для чего кирпич перед укладкой в конструкцию необходимо погружать в воду до оптимального увлажнения или обильно смачивать водой. При перерывах в работе верхний ряд кладки рекомендуется оставлять не прикрытым раствором, а продолжение кладки необходимо начинать с полива водой. Для предотвращения испарения воды в возведенных частях конструкций их следует закрывать влагоемкими материалами, периодически увлажняя водой, или устраивая переносные солнцезащитные покрытия. В процессе производства кладки должна проверяться водоудерживающая способность раствора, которая должна составлять не менее 75 % от расчетной величины.

Особенности производства бетонных работ. В условиях сухого жаркого климата, когда температура наружного воздуха достигает 35-42°С, при относительной влажности 10-25 % и интенсивной солнечной радиации технология бетонных работ имеет свои особенности, поскольку быстрое обезвоживание бетона в такой среде замедляет и даже прекращает процессы гидратации цемента.

Интенсивное испарение свободной воды  из бетона увеличивает его пористость, снижает морозостойкость, водонепроницаемость.

Для приготовления бетонов, укладываемых  в условиях сухого жаркого климата, необходимо применять быстротвердеющие, но малоусадочные портландцементы, которые плохо отдают воду и снижают усадку. Заполнители перед приготовлением смеси нужно защищать от солнечной радиации и увлажнять.

Бетонную смесь к месту укладки необходимо транспортировать в закрытой таре, используя автобетоновозы и автобетоносмесители. Наиболее эффективным является транспортирование сухой смеси.

Укладку бетонной смеси желательно производить в наиболее благоприятные часы суток (вечером, утром и ночью). Условия для нормального твердения свежеуложенного бетона нужно создавать искусственно. Для этого открытые поверхности бетона необходимо покрывать мешковиной, рогожами, брезентом и систематически увлажнять бетон через 3-4 часа после укладки. Общая продолжительность ухода за бетоном определяется из расчета получения 70 % его проектной прочности.

Особенности монтажа строительных конструкций. Значительные суточные и сезонные перепады температур и наличие пылевых бурь в регионах с жарким климатом предъявляют особые требования к  устройству и герметизации температурно-усадочных швов в зданиях и сооружениях из сборного железобетона. В силу значительных линейных расширений в результате температурных перепадов стыки стеновых панелей в крупнопанельных зданиях принимают открытыми и дренированными,  предусматривающими водо- и воздухозащиту при помощи конструктивных мероприятий и уплотняющими прокладками. Для герметизации, теплоизоляции и замоноличивания стыков используют различные материалы, обладающие высокой эластичностью, влаго- и теплостойкостью.

Металлические конструкции в регионах с жарким климатом нагреваются до высоких температур и претерпевают значительные температурные деформации. Наибольшую  сложность и трудоемкость имеет сборка листовых конструкций. Обычно сборку в этих условиях осуществляют в два приема: сначала отдельные листы или отправочные единицы собирают на специальных стендах и сваривают в монтажные блоки, затем осуществляют последующую сборку.

Для снижения деформаций и сварочных напряжений сварку выполняют в определенном порядке, в  зависимости от длины шва и толщины свариваемых конструкций.

В условиях жаркого климата наиболее эффективны в качестве ограждающих элементов трехслойные алюминиевые панели, которые успешно применяются при строительстве производственных и сельскохозяйственных зданий, складов и др.

Особенности  строительства в регионах сейсмической активности.

В районах с сейсмической активностью при проектировании и строительстве зданий и сооружений принимаются специальные антисейсмические мероприятия. Такие мероприятия с учетом грунтовых особенностей оснований и конструктивных решений зданий разрабатываются как для подземной, так и надземной частей возводимых объектов.

В этих районах наиболее характерными являются просадочные грунты. Для использования их как основания для устройства фундаментов применяют методы полного или частично устранения просадочных свойств грунтов, полной или частичной прорезки грунтов.

Для устранения просадочных свойств грунтов широко используются методы уплотнения тяжелыми трамбовками; уплотнение предварительным замачиванием и грунтовыми сваями. Прорезку грунтов обычно выполняют забивными призматическими и пирамидиальными сваями.

В районах с сейсмической активностью наряду с монолитными ленточными или столбчатыми фундаментами все шире применяют свайные фундаменты, особенно эффективны сваи-стойки.

158 Роль народных масс и личности в истории - лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.

Каменную кладку необходимо выполнять только из целого кирпича и камней в каждом ряду на всю толщину конструкции, все швы кладки должны быть заполнены раствором полностью, взаимно примыкающие стены следует возводить одновременно. Антисейсмические пояса должны устраиваться в уровне перекрытий по всем продольным и поперечным сеткам на всю ширину стен; в наружных стенах толщиной более 50 см ширина пояса может быть меньше на 10-15 см.

В зависимости от этажности, сейсмичности района строительства и других факторов в типовых проектах соответствующих серий принимаются различные конструктивные решения связей, основанные на общем принципе − арматурные выпуски или закладные детали торцов объединяемых элементов при монтаже свариваются, в результате чего обеспечивается соединение смежных элементов и их совместная работа при эксплуатационных нагрузках.

Функциональное назначение стыков внутренних стеновых панелей и плит перекрытий −  объединение сборных элементов крупнопанельного здания в единую систему, приближающуюся по своим показателям к монолитной.

Поэтому основным назначением стыкового соединения элементов является обеспечение надежного соединения конструктивных элементов с точки зрения прочности и трещиностойкости. Именно поэтому стыки являются наиболее ответственными частями по всей системе крупнопанельного домостроения в сейсмических районах.

Наиболее целесообразным решением в этих условиях является сопряжение элементов путем соединения арматурных выпусков непосредственно между собой с целью сосной передачи усилий без дополнительных изгибающих моментов, возникающих при нахлесточных соединениях. Сейсмостойкость сопряжений стеновых панелей обеспечивается применением сварных соединений арматурных выпусков и накладок.