Одним из наиболее интересных примеров деформации зданий на шлаковых отвалах является опыт строительства и эксплуатации механического цеха на металлургическом заводе.

Здание цеха трехпролетное размером в плане 45116,5 м и состоит из двух частей: старой — длиной 80,5 м и новой — длиной 36 м, высота цеха 11м. Цех оборудован электрическими кранами грузоподъемной силой по 5 т. С восточной стороны к цеху примыкает открытая эстакада пролетом 21м, оборудованная электрическим краном грузоподъемной силой 10 т. С торцов здания имеются двухэтажные бытовки.

Несущими конструкциями здания цеха и открытой эстакады служат металлические колонны с шагом 6 м. Покрытие цеха выполнено из армопенобетонных плит по металлическим прогонам и фермам, стены — из шлакобетонных камней и опираются на самостоятельные ленточные фундаменты.

Фундаменты под внутренние колонны старой части цеха отдельно стоящие, а под наружные колонны и стены ленточные железобетонные с давлением на грунт до 0,15 МПа и глубиной заложения 1,2 м от уровня планировки. Новая часть цеха в осях I—’V возведена на железобетонной ленте толщиной 0,5 м, глубиной заложения 8,7 м с давлением на грунт естественного сложения 0,15 МПа (рис. 7.2).

На участке расположения механического цеха с поверхности и на глубину 5 … 9 м залегают насыпные грунты. Состав и сложение насыпных грунтов в пределах участка застройки крайне неоднородны. В средней части участка насыпные грунты представляют собой заводской шлакоотвал, состоящий в основном из слежавшихся шлаков, с большим количеством включений в виде сплавленных масс шлака дискообразной формы. Эта часть насыпи находится в плотном состоянии. Давность отсыпки ее до начала строительства около 15 лет.

В северной части на участке длиной 20 … 25 м насыпь отсыпалась непосредственно перед началом строительства из отходов производства. Насыпной грунт состоит из разнородной несцементированной смеси кусков шлака, щебня, огнеупорного кирпича, песка с включениями железного лома и т.п. Плотность насыпного грунта переменная и приближается к среднеплотному состоянию, а толщина составляет около 6 м. Насыпные грунты север- рой и средней части служат основанием цеха. Насыпной грунт в южной части отсыпался без уплотнения перед расширением цеха и состоит из разнородной смеси разнозернистого песка, суглинка и шлака.

Ниже насыпных грунтов залегают пески средней плотности и в отдельных местах супеси. Толщина слоя их составляет 1 … 5,2 м. Пески и супеси подстилаются глинами, находящимися в плотном состоянии.

Уровень подземных вод находится на глубине около 8 м и совпадает с кровлей песков.

Сразу после сдачи цеха в эксплуатацию в шлакоблочных стенах стали появляться трещины, колонны давали неравномерные осадки, в результате чего подкрановый путь сильно искривился.

Исходя из этого, через 2 года при расширении цеха с южной стороны новая часть была возведена с прорезкой насыпных грунтов и заложением фундаментов на сплошной железобетонной плите, опирающейся на пески естественного сложения на отметке — 8,7 м (см. рис. 7.2). Железобетонная плита толщиной 50 см армирована в верхней и нижней частях арматурной сеткой 016 мм с ячейками по 14 см.

Деформации цеха во времени постоянно увеличиваются и наблюдаются как в старой, так и в новой частях. Наибольшие деформации имеют место в шлакоблочных стенах старой части цеха. Раскрытие трещин в верхней части стен через 8 лет после окончания строительства доходило до 50 мм; в кирпичных стенах новой части трещины имеют раскрытие до 15 мм. Сильно деформировались полы, главным образом, за счет подъема их в отдельных местах. Неравномерность осадок и подъемов полов цеха достигает 20 см.

Значительные деформации имеются и в металлическом каркасе цеха в виде изгиба одной из колонн, потери устойчивости нисходящих раскосов ферм, изгиба нижнего пояса ферм из ее плоскости и т.п.

Осадки фундаментов колонн среднего пролета цеха>по данным нивелировки подкрановых путей, за первые 8 лет эксплуатации цеха, т.е. без учета осадки за период строительства, приведены на рис. 7.2, из которого видно, что по характеру осадки фундаментов цех можно разделить на три части — южную, среднюю и северную.

Минимальные осадки фундаментов колонн, изменяющиеся от 1 до 65 мм, наблюдаются в пределах средней части, возведенной на слежавшихся шлаках.

В пределах северной части цеха, возведенной на вновь отсыпанной насыпи, осадки фундаментов колонн изменяются от 85 до 182 мм.

Фундаменты колонн в пределах южной части, возведенной на железобетонных лендах, опирающихся на песчаные грунты естественного сложения, имеют осадки по оси Д — 83 … 200 мм, а по оси Г — 69 … 167 мм.

Из рис. 7.2 видно, что замеренные величины осадок достаточно хорошо согласуются со сжимаемостью насыпных грунтов, и максимальные осадки происходят в новой части цеха.

Прирост осадок фундаментов за последние годы происходил весьма неравномерно. В новой (южной) части цеха продолжались осадки фундаментов, в средней и северной частях происходил подъем фундаментов на высоту до 40 … 60 мм.

Анализ инженерно-геологических условий участка строительства цеха, условий его эксплуатации, характера деформаций в конструкциях показывают, что основными причинами недопустимых деформаций цеха являются:

неравномерная сжимаемость насыпных грунтов, служащих основанием фундаментов средней и северной частей цеха;

дополнительная нагрузка на грунты естественного сложения от собственного веса вновь возведенной насыпи;

разложения шлаков и их набухание при увлажнении;

наличие вибрационных нагрузок от кранов, железнодорожного транспорта и молотов, работающих в соседнем кузнечном цехе;

недостаточная прочность кирпичной и шлакоблочной кладки стен.

Перед началом строительства первой очереди цеха насыпные грунты в виде шлакового отвала располагались только в средней части площадки, а в северной части выполнялась их подсыпка на высоту до 5 м.

Подсыпку на площадке нужно было осуществить из шлаков с послойной укаткой ее тяжелыми гусеничными тракторами, чтобы сжимаемость вновь отсыпанных насыпных грунтов и слежавшихся отвалов сделать практически одинаковой. Однако подсыпка шлака и грунта была выполнена без достаточного ее уплотнения и в связи с этим сжимаемость вновь отсыпанной насыпи оказалась больше, что и привело к повышенным осадкам фундаментов колонн северной части цеха. Наряду с этим на величины осадок отдельных фундаментов колонн повлияла и некоторая неравномерность сжимаемости насыпных грунтов, имеющих хотя и одинаковую давность отсыпки, но неоднородный состав и сложение.

При устройстве вновь возводимых насыпей и подсыпок на грунты, залегающие в их основании, передаются дополнительные нагрузки от собственного веса насыпи, которые при большой толщине насыпи достигают значительных величин.

Так, дополнительная нагрузка на грунты, залегающие в основании подсыпки, в пределах северной части цеха составляла 0,05 … 0,08 МПа, а в южной части — 0,08 … 0,13 МПа, в то время как фактическое давление на грунт по подошве фундаментов

от веса здания в северной Части составляло 0,125 МПа, а в южной — только 0,03 … 0,04 МПа.