Application of fiberglass reinforcement for reinforcing the foundation plate 15-storey residential building

АННОТАЦИЯ

В данной статье выполнен обзор первого в мире масштабного конструктивного элемента, как фундаментная плита 15-этажного жилого здания в Москве с применением армирования из стеклопластиковых прутьев. Также рассмотрены критерии проектирования, детали конструкции для стеклопластиковой арматуры, состав и конструкция фундаментной плиты и краткий анализ исследования, выполненный в ходе строительства.

ABSTRACT

This article provides an overview of the world's first large-scale structural element, as the foundation slab of a 15-story residential building in Moscow using fiberglass reinforcement. The design criteria, design details for fiberglass reinforcement, the composition and construction of the foundation slab, and a brief analysis of the study performed during construction are also considered.

Ключевые слова: коррозия, фундаментная плита, стекловолокно, прутья, арматура, бетон, армирование, датчики, устройства, прочность.

Keywords: corrosion, foundation plate, fiberglass, rods, reinforcement, concrete, reinforcement, sensors, devices, strength.

Вступление

Коррозия стальной арматуры является серьезной проблемой во всем мире. Грунтовые воды и почва могут быть очень агрессивной средой для стальной арматуры в конструкциях, особенно для фундаментов. Коррозия и износ могут привести к дорогостоящему ремонту, снижению долговечности и срока службы бетонных конструкций. Поэтому в целях предотвращения таких случаев инженеры должны увеличить толщину бетонного покрытия и указать специальные дорогостоящие процедуры (например, гидроизоляцию), защищающие стальную арматуру от агрессивной среды при проектировании конструкций. Тем не менее, предпринятые процедуры не могут гарантировать 100% защиту. Поэтому стеклопластиковая арматура является более выгодной альтернативой, так как экономична, схожа по прочностным характеристикам, устойчива к агрессивным средам и лёгкая в эксплуатации (при монтаже арматуры фундаментной плиты можно избежать использования кранов).

Массовое применение стеклопластиковой арматуры было выполнено впервые в России в фундаментной плите 15-этажного жилого здания. Фундаментная секция представляет собой монолитную железобетонную плиту толщиной 400, 700, 750 и 1050 мм. Габаритные размеры по внешним осям составляют 49,8 × 15,0 м. Высота фундаментной плиты составляет -3,930 м. Фундаментная плита разработана бетоном В30, морозостойкостью F150, водостойкостью W6. В целях усиления фундаментной плиты и защиты от коррозии было спроектирована арматура из стеклопластика.

Каркас фундаментной плиты

Расчёт был произведён в программном комплексе ЛИРА-САПР. Фундаментные плиты и вертикальные стены были жестко связаны вместе со стальными соединительными арматурными стержнями, чтобы сформировать монолитную раму. Конструкция фундаментной плиты как двухстороннего изгибающего элемента была выполнена в соответствии с Российским кодексом для конструкций из армированных волокном полимеров СП 63.13330.2012 [1].

Плоские фундаментные плиты были усилены прямыми брусками из стеклопластика диаметром 18… 22 мм (рис1), пропитанные эпоксидной смолой для обеспечения перераспределения напряжений в волокнах и покрытые песком, для предотвращения микроперегибания волокон. Арматурная сетка имеет типичный интервал 200 мм. Области с максимальными отрицательными и положительными моментами (под стенами, колоннами и между ними соответственно) были усилены дополнительными стержнями. Диаметры стеклопластиковой арматуры были выбраны с учётом того, что растрескивание можно лучше контролировать с помощью арматур малых диаметров большого количества. Из-за невозможности изготовления изогнутых элементов с помощью стеклопластиковых стержней, все изогнутые элементы усиления, такие как С-образные и П-образные арматурные каркасы были разработаны стальной арматурой.

Рисунок 1. Армирование фундаментной плиты из стеклопластика 15-этажного жилого здания в г. Москва, Россия

Конструкция плиты

Фундаментная плита была возведена зимой 2017-2018 года, когда температура колебалась от -15°C до +5°C. Выемка котлована глубиной до 3,5 м началась в октябре 2017 г. с помощью бульдозеров и экскаваторов. Фундамент состоял из искусственной засыпки среднего крупнозернистого песка высотой 2,5 м и фундаментной плиты высотой 0,7 м. Арматурные стержни из стеклопластика были поставлены в декабре 2017 года.

На фундаментной плите экспериментально оценивались различные способы обвязки прутков:

• традиционные - связывание арматуры с использованием стальных прутьев
• нетрадиционных - с помощью кабельных стяжек.

Когда температура упала до -15°C, использование нейлоновых кабельных стяжек из небьющегося полиамида, шириной 5 мм, оказалось лучшим методом связывания арматурных стержней. Строители могли ходить по ним и собирать каркас фундаментной плиты. Нейлоновые стяжки доказали свою эффективность.

Заливка бетона продолжалось в течение 18 часов с контролем температуры бетона и консистенции. На седьмой и четырнадцатый день после отверждения бетона фундаментной плиты были проведены испытания. Результаты показали успешное отверждение фундаментной плиты.

Контроль и исследование.

Контроль осуществлялся для обеспечения безопасности возведения и содержания возводимого здания. Он был выполнен для того, чтобы проверять качество и точность строительства, выявлять несоответствие зарегистрированных параметров к проекту, а также определить риск отклонений.

Деформация стержней из стекловолокна в бетонной плите контролируется с помощью одноосных тензометрических датчиков. Выбирались места с максимальным изгибным напряжением, где тензометрические датчики были подключены к тензометрическим измерениям. Данные мониторинга регистрировались не реже двух раз в месяц на каждом новом этапе строительства.

Чтобы найти скрытые опасности подповерхностной бетонной плиты (такие как сегрегация бетона, горизонтальные трещины, посторонние объекты) применялся неразрушающий геофизический метод с использованием наземной радиолокационной станции. Осадка фундаментных плит и растрескивание, вызванные возрастающей нагрузкой в процессе возведения, регистрируются с помощью мониторинга устройств скольжения и было выявлено, что осадка фундаментных плит составила 0,0004...0,0012 мм и не превысила предельно допустимого значения в 0.0016 мм. Параметры фундаментной плиты соответствовали проектным данным и не было выявлено существенных отклонений.

Выводы.

В данной работе представлено первое в мире применение прутков из стеклопластика в двухпозиционных плоских плитах фундамента для 15-этажного жилого дома в г. Москва, Россия.

На основании результатов, представленных в настоящей работе, можно сделать следующие выводы: прутки из стеклопластика могут быть эффективной и коррозионностойкой альтернативой для предотвращения коррозии стальной арматуры и повышение долговечности, экономичности жизненного цикла и снижения стоимости строительства.

Список литературы:
1. www.researchgate.net/GFRP reinforced foundation slab design for 15 storey residential building. Какуша В., Корнев О., Ковалёв М., Лапшин А., Литвинов Е. Международная конференция SP-XXX—1.Июнь 2018.
2. Проект выполнен проектная фирмой ООО " ПИК Проект» (Г. Москва) и ООО "Гален" - производителем арматурных стержней из стеклопластика - (г. Чебоксары, Россия)
3. ГОСТ 31938-2012. СП 63.13330.2012 [1] Усиленные волокном полимерные стержни. Технические параметры.
4. Бетонные колонны, армированные стеклопластиком. Мадатян С. А., Лапшинов А. 11-я Международная конференция по волокнистым армированным полимерам в железобетонных конструкциях (FRPRCS-11). Гимарайнш, Португалия. 2013