Основные методы восстановления и усиления фундаментов эксплуатируемых зданий

Обновлено: 18.04.2024

Увеличение нагрузки при надстройке зданий или изменение их функционального назначения, нарушения в сцеплении кладочных материалов, разрушение материала фундамента от действия агрессивных сред, деформации в связи с потерей прочности или при осадке оснований являются причинами, вызывающими необходимость ремонта или усиления фундаментов. В зависимости от конструкции фундаментов, а также характера деформаций и причин, их вызывающих, применяются различные способы ремонта и усиления деформированных фундаментов. При проектировании усиления необходимо максимально использовать существующий фундамент, обеспечив его совместную работу с элементами усиления.

Основными методами восстановления и усиления фундаментов являются:

- укрепление кладки фундаментов без расширения подошвы;

- применение разгружающих конструкций;

- изменение конструктивной схемы фундамента.

Первый метод – хорошо известное нагнетание цементного раствора в трещины и пустоты фундамента под давлением до 1 МПа (рис.4.3) или штукатурка (может быть, торкретирование) поверхности фундамента по арматурной сетке, закрепляемой с помощью анкерных штырей, заделанных в тело укрепляемого фундамента. В последнем случае создается так называемая «рубашка» из крупнозернистого цементно-песчаного раствора.

Рис. 4.3. Усиление бутового фундамента методом

цементации: 1 – кирпичная стена;

2 – горизонтальная изоляция; 3 – бутовый фундамент;

4 – трубки для нагнетания цементного раствора

Метод усиления с помощью железобетонных обойм – устройство поперечных связей из арматурной стали или поперечных балок между обоймами (рис.4.4).

Усиление фундамента обоймами производят как для ленточных, так и столбчатых фундаментов. Бетонные обоймы применяют, когда требуется уширение фундаментов на 20-30 см. Минимальная толщина обоймы 80-150 мм, минимальная высота обоймы над усиливаемым фундаментом – 50 см. Для обоймы используют анкеры диаметром 20 мм, которые устанавливают с шагом 1-1,5 м. Между собой стенки соединяют анкерами, для чего в фундаментах просверливают сквозные отверстия в двух уровнях – у верха и низа обоймы. Работы по усилению ленточных фундаментов выполняют участками длиной 2-2,5 м.

Рис. 4.4. Усиление ленточного фундамента

с помощью железобетонной обоймы:

1 – существующий ленточный фундамент;

2 – железобетонная монолитная обойма; 3 - забивные костыли-анкеры, объединенные сварными арматурными

каркасами; 4 – сквозные анкеры

В качестве разгружающих конструкций могут быть применены жесткие пояса из металлического проката, размещенные в горизонтальных штрабах и обеспечивающие перераспределение нагрузок (рис. 4.5).

Передать нагрузки от здания на более прочные, ниже расположенные грунты можно «пересадкой здания» на выносные сваи с помощью системы балок и прогонов (рис.4.6).

При выполнении работ с двух сторон деформированного фундамента отрывают траншеи шириной 1,2-1,5 м, глубиной на 0,5 м меньше заложения фундаментов. Траншеи крепят надежными креплениями. В соответствии с проектом вдоль фундамента устраивают набивные или забивные бетонные или железобетонные сваи, по верху которых делают железобетонную обвязку (рандбалку).

После выполнения работ по устройству свай с обвязкой в фундаменте пробивают отверстия, в которые вставляют разгрузочные поперечные балки. Затем, после плотной заделки балок в отверстиях фундамента и схватывания раствора, в промежуток между низом поперечных балок и свайных обвязок забивают стальные клинья, образовавшиеся отверстия заделывают цементным раствором, чем обеспечивается передача давления всего здания на выносные сваи.

Рис. 4.5. Установка разгрузочных балок:

1 - металлическая балка; 2 – металлическая сетка;

3 – раствор; 4 - стяжной болт

При изменении конструктивной схемы фундамента может быть увеличена ширина подошвы фундамента, столбчатые фундаменты переустроены в ленточные, а ленточные – в плитные, применены «корневидные» сваи, устроены дополнительные (промежуточные) опоры или под фундаменты подведена фундаментная плита.

Рис. 4.6. Усиление ленточного фундамента передачей

нагрузки на выносные опоры: 1 – существующий фундамент; 2 – система разгрузочных и опорных металлических балок;

3 – монолитный железобетонный ростверк;

4 – буронабивные сваи

Уширение подошвы фундамента (рис. 4.7) заключается в прикладке банкетов (участков из монолитного бетона или из бутовой и кирпичной кладки) с одной (двух) сторон для ленточных и с двух (четырех) для столбчатых фундаментов. Усиление фундаментов производят до начала демонтажных и монтажных работ при капитальном ремонте здания. Грунт в необжатых зонах под местами уширения фундаментов уплотняют насыпкой слоя щебня толщиной 5-10 см с тщательным трамбованием, а прикладываемые участки с существующей кладкой фундаментов – путем пробивки в существующей кладке гнезд и перевязки новой и существующей кладок. Гнезда с размерами сторон 10-15 см пробивают в одном-двух уровнях по высоте с шагом 1-1,5 м.

Рис. 4.7. Усиление ленточного фундамента уширением

подошвы: 1 – существующий ленточный фундамент;

2 - железобетонная балка по вытрамбованной щебеночной подготовке

Для устройства уширения разрабатывается траншея по всей длине уширяемого участка на полную глубину заложения фундаментов. Гнезда в существующей кладке пробивают вручную скарпелью или с помощью отбойных молотков. Поверхности кладки очищают от земли металлическими щетками. Устройство и разборку опалубки, установку арматуры и бетонирование при уширении монолитным бетоном производят по технологии бетонных работ.

При подведении под существующий ленточный или столбчатый фундамент сборных или монолитных железобетонных подушек их укладывают без зазоров между ними или с зазорами. В зависимости от наличия и размеров зазоров разрабатываю траншеи или котлованы с одной стороны фундамента, а также выемки под существующим фундаментом. При заведении подушек с зазорами выемки устраивают одновременно через одну или две в зависимости от размеров зазоров. При заведении подушек сплошной лентой, без зазоров, выемки разрабатывают одновременно на участках длиной до 2 м через участки.

При передаче на фундамент дополнительных горизонтальных и вертикальных нагрузок эффективны буроинъекционные (корневидные) сваи, которые могут также просверливаться через существующий фундамент, используемый в этом случае как ростверк (рис. 4.8). Этот метод усиления хорош тем, что не требует разработки траншей и котлованов, не нарушает структуры оснований.

Рис. 4.8. Усиление фундамента с помощью корневидных свай: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – корневидные сваи

Текст научной работы на тему «МЕТОДЫ УСИЛЕНИЯ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ИХ РАЗРУШЕНИЕ»

4. Металлические конструкции: Учебник для строит, вузов. Под ред. В.В. Горева, 2-е издание. М.: Высшая школа 2001 г. - 551 с.

5. Михайлов А. М. Сварные конструкции. М.: Стройиздат, 1983. - 367 с.

6. Полтораднев А.С. Эффективность балок с гибкой стенкой. - Соискатель, 2010 г. - 46-48 с.

7. Ржаницын А.Р. Составные стержни и пластины. - М.:Стройиздат, 1986. - 316 с.

8. Столбов Н.В. Оценка эффективности применения балок с гофрированной стенкой в сравнении с обычными сварными балками. - 196-199 с.

МЕТОДЫ УСИЛЕНИЯ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ

НА ИХ РАЗРУШЕНИЕ.

Федотова Екатерина Андреевна

Кубанский Государственный Технологический Университет,

город Краснодар Акопьян Кристина Андреевна

Кубанский Государственный Технологический Университет,

Основания и фундаменты - это важнейшие элементы зданий и сооружений, которые являются сложными техническими системами. Разрушение или значительные деформации оснований и фундаментов чаще всего приводят к выходу из строя (отказу) всего здания. В домостроении, особенно если речь идёт о сооружениях значительного возраста, нередки случаи, когда фундамент начинает разрушаться и требует укрепления. Главное в этом вопросе - вовремя заметить проблему, так как разрушение фундамента — одна из основных причин появления трещин в стенах зданий и сооружений, а также их проседания и полного разрушения. [2, с.412]

Классификация методов восстановления и усиления конструктивных элементов зданий и сооружений:

1) Основание - усиление можно производить с помощью инъекции, дополнительного уплотнения (упрочнения). Восстановить или заменить основание нельзя.

2) Фундаменты - усиление можно произвести устройством обойм, разгрузочными конструкциями, изменением конструктивной схемы. Восстановить фундамент можно с помощью инъекций, штукатурки, гидроизоляции, замену фундамента произвести нельзя.

Усилением называют действия и мероприятия, которые либо изменяют механические свойства самого элемента, либо изменяют конструктивную схему узла, в котором находится ослабленный элемент, разгружая его. Восстановление элемента и продление его сроков службы предполагает приведение его внешнего вида к первоначальному состоянию путём оштукатуривания либо торкретирования, а также удается повысить механические свойства с помощью инъекций или обработкой пропитками глубокого проникновения.

Известно множество случаев замены основания путём полного отрыва здания от цоколя и перемещение его на новый участок. Однако очевидно, что такой способ может в несколько раз превышать стоимость самого здания.

Железобетонные фундаменты бывают трех типов: отдельные — под каждой колонной, ленточные — под рядами колонн и под несущими стенами, сплошные — под всем сооружением. Отдельные устраивают при относительно небольших нагрузках и достаточно редком размещении колонн. Ленточные фундаменты под рядами колонн делают тогда, когда подошвы отдельных фундаментов близко подходят друг другу (при слабых грунтах и больших нагрузках).

Ленточный фундамент требует укрепления при проявлении вертикальных трещин, которые свидетельствуют о том, что, либо часть фундамента, не выдержав нагрузки, стала погружаться глубже, уводя за собой опирающуюся на неё стену, либо фундамент стал разрушаться под воздействием каких-либо других факторов. Если происходит постепенное погружение всего строения или его части в грунт ниже запланированного уровня без появления трещин, то причиной данной проблемы является неправильный расчёт ширины нижней части подушки фундамента. Для принятия решения об укреплении столбчатого фундамента достаточно таких признаков, как: трещины в стенах при разрушении одного из столбов, перекос строения при погружении столба фундамента под весом здания. Чтобы установить причину появившихся признаков разрушения дома необходимо откопать повреждённую часть фундамента. [1, с.96]

Существует множество факторов, влияющих на разрушение фундамента:

1. Фундамент подвергся долгому воздействию подземных вод и оказался не защищенным от них. Об этом свидетельствует то, что в фундаменте появились разрушения (трещины, углубления, ставшие

видимыми арматурные каркасы и пр.). При этом сам фундамент не углубился в землю (т.е. его нижняя плоскость находится на одной линии с остальной частью фундамента).

2. Вспучивание грунта - это причина характерна для тех фундаментов, которые были недостаточно заглублены. Глубину заложения фундамента можно определить, обратившись к специалистам.

3. Чрезмерный для фундамента вес здания, неправильные расчёты. Признаками этого являются: разрыв - вертикальная трещина в теле ленточного фундамента; чрезмерно заглубленный один столбик, в том случае, если сооружение было возведено на столбчатом фундаменте. [5, с.108]

Причины неудовлетворительного состояния фундаментов эксплуатируемых зданий на сегодняшний день подразделяются на три основные группы:

• Ошибки проектировщиков: недостаточность обследования грунтов, не учтены каверны, мульды и провалы; не соблюдены условия глубины заложения (влияние морозного пучения и осадки); не учтено влияние фундаментов соседних зданий, лежащих на различных глубинах.

• Ошибки производства работы: нарушение структуры грунтов под фундаментами, засыпка не проектных грунтов; использование тяжелой техники с динамическими воздействиями на основания; обратная засыпка пазух котлована водопроницаемыми и мёрзлыми грунтами; некачественное исполнение или разрушение отмостки и придомовых замощений; нарушение технологии ремонтно-строительных работ или их полное игнорирование.

• Ошибки эксплуатации здания: вымывание, унос (суффозия), разжижение грунта от протечек воды и канализации; постоянные замачивания фундаментов и грунтов ливневыми и талыми водами; перераспределение нагрузок на фундаменты без учёта их несущей способности; устройство пристроек и надстроек без выполнения проверочных расчётов.

- Каким образом можно решить проблему по укреплению фундамента?

- Если сооружение имеет больше одного этажа, или его стены выложены из тяжелых материалов, таких как кирпич или блок, то для укрепления фундамента в некоторых случаях необходимо приподнять здание, чтобы вернуть его перекрытиям горизонтальность. Если пострадал фундамент под деревянным зданием, то работы по его укреплению или восстановлению состоят из последовательных действий: строение сначала необходимо приподнять до первоначального горизонтального уровня, затем удалить повреждённую часть фундамента и на месте повреждённой части возвести новый фундамент, при этом ленточный фундамент можно не менять, а усилить его, залив рядом ещё один фундамент так, чтобы под нижней плоскостью старого фундамента оказалась подушка, составляющая единое целое с новым фундаментом. Обе конструкции (старая и новая) должны быть соединены между собой арматурными стержнями. [3, с.13—16]

- Для тех случаев, когда фундамент сооружения оказался недостаточно заглублен, необходимо произвести следующее: приподнять строение таким образом, чтобы его вес не давил на ремонтируемую часть фундамента, забетонировать под ним недостающую часть - фундаментную подушку. Такая операция потребует специального оборудования. Если здание небольшое, то можно сначала выкопать траншею по периметру, постепенно откапывая пространство под фундаментом и заполняя его бетоном. Если сделать это сложно, то можно попробовать способ возведения параллельного фундамента, о котором говорилось выше. По периметру здания следует уложить новую отмостку с внутренним теплоизоляционным слоем. Её ширина не должна быть меньше 1 м. Отремонтированный фундамент обязательно нужно защитить от воздействия грунтовых вод нанесением на его вертикальные поверхности гидроизоляционного состава. [4, с.816]

Основные методы восстановления и усиления фундаментов:

1. Усиление монолитных ленточных фундаментов устройством продольных балок со стойками на ступенях.

2. Увеличение опорной площадки устройством продольных балок на уровне подошвы фундамента.

3. Увеличение опорной площадки фундамента сборными элементами.

4. Устройство продольных балок на ступени фундамента совместно с железобетонной рубашкой.

5. Усиление плитной части фундамента устройством железобетонной обоймы.

6. Увеличение опорной части фундамента сборными элементами с обжатием грунта основания.

7. Увеличение ширины подошвы ленточного фундамента устройством приливов из бетона.

8. Увеличение опорной площадки отдельно стоящего железобетонного фундамента.

9. Усиление фундаментов инъекционными сваями.

10. Устройство буронабивных свай для усиления фундамента.

Чтобы получить бетон, обладающий заданной прочностью, морозостойкостью, жаростойкостью производится подбор необходимых составляющих материалов по количественному соотношению: цементы различного вида, крупные и мелкие заполнители, добавки различного вида, обеспечивающие удобоукладываемость смеси. [6, с.108—110]

Существенно важным фактором, влияющим на структуру и прочность бетона, является количество воды, применяемое для приготовления бетонной смеси. Для химического соединения воды с цементом необходимо, чтобы W/C^0,2, где W — количество воды, С — количество цемента в единице объема бетонной смеси.

По данным исследований поры занимают около трети объема цементного камня. С уменьшением водоцементного отношения пористость цементного камня уменьшается, и прочность бетона увеличивается.

Одним из примеров качественно произведенных работ по восстановлению фундамента может служить Церковь Всех Святых на Кулишках, которая была возведена в конце 16-го века.

За последние четыре столетия поверхностная эрозия грунтов и техногенез погрузили нижний ярус церкви на 4 м ниже сегодняшней дневной поверхности. До начала работ состояние памятника архитектуры оценивалось как аварийное. Под существующими ленточными фундаментами, сложенными из глыб известняка на известково-песчаном растворе, были обнаружены круглые деревянные сваи с деструктированными оголовками. Результатом взаимодействия стен нижнего яруса с техногенными грунтами, ливневыми стоками и паводковыми водами стало переувлажнение, сезонное промерзание стен, разрушение и потеря значительной части несущей способности. Для решения данных проблем специалисты «Реконфисс—Ярославль» предложили произвести реконструкцию фундаментов с устройством технологического этажа для последующего подъема церкви. [7, с.319]

Сначала был демонтирован белокаменный пол нижнего яруса церкви. Для размещения оборудования возле стен были устроены технологические приямки. Затем установкой алмазного сверления без динамических воздействий были высверлены участки фундамента. После этого, во избежание капиллярного подсоса влаги, в существующую кладку в зоне её контакта с железобетонным поясом нанесли гидроизоляцию. Чтобы предотвратить осадку кладки существующих стен, в устроенный зазор установили распорное устройство. Следующей операцией было армирование и бетонирование верхнего монолитного железобетонного пояса захватками без вывода из эксплуатации значительной части фундаментов. Стыковка арматурных каркасов смежных захваток выполнялась с применением резьбовых соединений. Далее произвелся переход к свайным работам.

Устройство свай проводилось по технологии вдавливания с использованием составных железобетонных элементов. Данная технология наиболее щадящая по отношению к зданию и его эксплуатационному режиму. Кроме того, она позволяет обеспечить контроль несущей способности каждой отдельно взятой сваи. Для того, чтобы устранить эффект релаксации напряжений, каждая свая была зафиксирована в предварительно напряженном состоянии. Само свайное поле устраивалось по методу последовательного сближения. По окончанию свайных работ грунт внутри нижнего яруса храма был разработан до проектной отметки для устройства дренажа и пола технологического этажа.

Под всем пятном здания был устроен пластовый дренаж, состоящий из подстилающего геотекстиля, дренирующегося слоя щебня, верхнего слоя геотекстиля, бетонной подготовки, пропитки праймером и наплавления рулонной гидроизоляции, силового поля и нижнего монолитного железобетонного пояса.

Монолитное перекрытие технологического этажа опирается на специально предусмотренный паз в верхнем монолитном железобетонном поясе. На этом комплекс работ по реконструкции фундаментов был окончен.

Результатами проведённых работ стали: стабилизация осадок здания, создание под всем зданием единого свайного фундамента на монолитном ростверке, устройство технологического этажа под нижним ярусом церкви для осуществления её подъема. Фирма выполнила весь комплекс работ за полтора года в условиях плотной городской застройки центра Москвы. Представленная технология позволила не выводить здание из эксплуатации за счет использования специального малогабаритного оборудования собственной разработки и щадящих технологических процессов [8].

Таким образом, на сегодняшний день существует множество факторов, влияющих на разрушение фундаментов. При отсутствии необходимых своевременных действий по его восстановлению и укреплению, происходит появление трещин в стенах зданий и сооружений, а также возможно их проседание и полное разрушение. Выявить скрытые признаки деформации фундамента неопытным глазом достаточно сложно, необходимы специальные измерения и обследования. Для того чтобы продлить срок службы фундамента следует периодически проводить осмотр и обследование стен здания, его отделки, это позволит предотвратить преждевременное разрушение фундамента.

1. Абрашитов В.С. «Техническая эксплуатация и обследование строительных конструкций»: учебное пособие. - М.:ИАСВ, 2002. - 96с.

2. Баркан, Д.Д. Динамика оснований и фундаментов / Д.Д. Баркан. — М.: Стройвоенмориздат, 1985. — 412 с.

3. Белый Д.А., Леонова А.Н. Способы усиления фундаментов мелкого заложения/Экологические, инженерно-экономические, правовые и управленческие аспекты развития строительства и транспортной инфраструктуры/Краснодар, 27—28 ноября 2017. — 13—16с.

4. Вильман, Ю. А. Механизированная технология вертикальной планировки и возведение монолитных железобетонных фундаментов зданий. Учебное пособие / Ю.А. Вильман, С.Б. Сборщиков, А.В. Алексанин. — М.: Стройинформиздат, 2015. — 816 с.

5. Коробова О.А., Максименко Л.А., Федорова Т.М. «Экспертиза объектов недвижимости на основе обследования технического состояния строительных конструкций зданий и сооружений». Учебное пособие. - Новосибирск: НГАСУ, 2005. - 108 с.

6. Поддубский А.В., Леонова А.Н./ Современные технологии строительства фундаментов в сейсмоопасных районах/Актуальные вопросы городского строительства, архитектуры и дизайна в курортных регионах Материалы Третьей Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых. 2016. — 108—110с.

7. Шевцов В.И. Инженерная геология, механика грунтов, основания и фундаменты. Учеб. для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1997. — 319 с.

8. Шишлов С. Б., Кириллов В. М. Инженерная геология и свойства грунтов. — СПб.: СПГУВК, 2005.

ТРАДИЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ ЖИЛИЩНОЙ АРХИТЕКТУРЫ В

УСЛОВИЯХ ПУСТЫНИ САХАРА

Яссин М. Бенюсеф

Российский университет дружбы народов, Инженерный факультет Кафедра архитектуры и градостроительства 117193 Москва, ул. Миклухо-Маклая,6

TRADITIONAL METHODS FOR HOUSING ARCHITECTURE FORMATION

IN THE SAHARA DESERT

Yassine M. Benyoucef

Postgraduate Student, Architecture and Urban Development Chair, Engineering Faculty,

Peoples' Friendship University of Russia, Moscow 6 Miklukho-Maklaya str., Moscow, 117193

Аннотация. В статье рассматриваются климатические условия, в которых были построены жилища в пустыне Сахара, а также современные архитектурные и градостроительные методы проектирования жилищ в условиях жаркого сухого климата. Современные архитектурные методы и градостроительные стратегии помогают создать комфортное и долговечное жилище в условиях пустыни и стать источником вдохновения для новых архитектурных проектов.

Abstract. The article discusses the climatic conditions in which the dwellings in the Sahara Desert were built and the important strategies and passive techniques of dwellings design and presents a review of the various techniques developed. These various passive methods and strategies give the Saharan dwellings, adaptation, efficiency, and durability in these hot-arid conditions of the desert and can be a great source of architectural inspiration for new projects.

Ключевые слова: Сахара, климат, индивидуальные дома, народная архитектура.

Keywords: Sahara, climate, individual houses, vernacular architecture.

Народная архитектура и урбанизация в Сахаре. Традиционная или Народная архитектура, достигнутая путем проб и ошибок на протяжении многих лет, по своей природе обеспечивает эстетические качества, адаптивность к климату и экономическую осуществимость в отношении окружающей природы,

ОСНОВАНИЕ / ИСКУССТВЕННОЕ ЗАКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТА / СИЛИКАТИЗАЦИЯ / ТЕРМИЧЕСКОЕ ЗАКРЕПЛЕНИЕ / МЕХАНИЧЕСКИЙ СПОСОБ / ИНЪЕЦИРОВАНИЕ ГРУНТА / BASE / ARTIFICIAL SOIL CONSOLIDATION / SILICATIZATION / THERMAL CONSOLIDATION / MECHANICAL METHOD / SOIL INJECTION

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Братан Ф.И., Данилова Е.А., Хотулева Е.И., Окольникова Г.Э.

В быстроразвивающемся городе имеется колоссальное количество факторов, влияющих на несущую способность грунтов оснований , а также являющихся причиной высокого износа фундаментов существующих зданий. В статье приведены оптимальные методы усиления оснований , требующие наименьших затрат материально-технических и финансовых ресурсов, обеспечивающие возможность проведения работ в условиях плотной городской застройки в эксплуатируемых зданиях, а также, несомненно, обеспечивающий фундаменты здания необходимыми прочностными характеристиками. Данная тема особо актуальна для городов с высокими темпами развития.

MODERN METHODS OF STRENGTHENING BASES

In a rapidly developing city, there are a huge number of factors that affect the load-bearing capacity of the Foundation soils, as well as causing high wear on the foundations of existing buildings. The article presents best practices gain grounds, the least-cost logistical and financial resources, ensuring the ability of work in the conditions of dense urban development in existing buildings, and of course providing the foundations of the building the required strength characteristics. This topic is especially relevant for cities with high rates of development.

Текст научной работы на тему «СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ УСИЛЕНИЯ ОСНОВАНИЙ»

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ УСИЛЕНИЯ ОСНОВАНИИ

Ф.И. Братан, Е.А. Данилова, Е.И. Хотулева, Г.Э. Окольникова Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Российский университет дружбы народов» (РУДН)

В быстроразвивающемся городе имеется колоссальное количество факторов, влияющих на несущую способность грунтов оснований, а также являющихся причиной высокого износа фундаментов существующих зданий. В статье приведены оптимальные методы усиления оснований, требующие наименьших затрат материально-технических и финансовых ресурсов, обеспечивающие возможность проведения работ в условиях плотной городской застройки в эксплуатируемых зданиях, а также, несомненно, обеспечивающий фундаменты здания необходимыми прочностными характеристиками. Данная тема особо актуальна для городов с высокими темпами развития.

Основание, искусственное закрепление грунта, силикатизация, термическое закрепление, механический способ, инъецирование грунта.

Дата поступления в редакцию:

Дата принятия к печати:

Введение. Большинство грунтов оснований под нагрузкой от массы зданий при длительной их эксплуатации уплотняются за счет уменьшения пористости. Это приводит к увеличению несущей способности грунта. В то же время основания эксплуатируемых зданий и сооружений постоянно подвергаются широкому спектру воздействий, что может отрицательно сказаться на их несущей способности и привести к деформации зданий. Таким образом, усиление фундаментов и грунтов является очень важным мероприятием, позволяющим продлить срок службы зданий и сооружений, в процессе эксплуатации которых возникли деформации.

Грунты обладают различными свойствами, которые оказывают значительное влияние на выбор типа фундамента. Важнейшие из них это несущая способность и степень пучинистости.

Для фундамента пучение грозит следующими проблемами:

- если фундамент расположен выше глубины промерзания, то на него действует сила, которая стремиться его поднять. Наибольшая опасность при этом возникает, если грунт неоднородный и на разные части фундамента действуют разные силы. При этом появляется опасность развития вертикальных трещин.

- во всех случаях на фундамент действуют горизонтальные силы сдавливания. При этом ленточный фундамент подвергается опасности быть вдавленным внутрь.

Столбчатый фундамент грунт стремится обхватить и вытолкнуть вверх, даже если подошва столба находится ниже линии промерзания. Таким образом, если фундаментный столб имеет хорошее сцепление с грунтом и слабо нагружен (например, столбы забора или ненагруженный фундамент, оставшийся на зимовку), то грунт выдавливает его на поверхность (за сезон на несколько сантиметров) [2].

По мере заглубления в землю сначала идёт плодородный слой почвы, затем несущий грунт. Фундамент должен опираться именно на него. Выделяют четыре основных класса несущих грунтов:

- мёрзлые (содержащие лёд);

- техногенные (насыпные, намывные и т.п.)

Основными признаками, свидетельствующими о «неблагополучном» состоянии грунтового основания, являются:

1. Деформации отдельных строительных конструкций и всего здания в целом (трещины, крены, перекосы и др.), произошедшие в процессе эксплуатации объекта, либо вызванные внешним динамическим воздействием (вибрации от движения транспорта, проведение взрывных или строительных работ вблизи здания и др.).

2. Осадка грунтов вокруг строительного объекта, вызванная ошибками проектирования и строительства.

3. Размыв грунтового основания, вызванный авариями систем водоснабжения и канализации, либо повышением уровня грунтовых вод.

4. Нарушение наружного водоотвода.

Приведенные причины постепенно приводят к появлению в фундаменте трещин и нарушению устойчивости строительного объекта. Поэтому чтобы минимизировать угрозы разрушения здания или сооружения, необходимо провести обследование грунтового основания, усиление и защиту от воздействия грунтовых вод.

Искусственное закрепление грунта — воздействие на грунт с помощью различных конструктивных и технологических мероприятий, которое повышает его несущую способность и снижает деформации.

Существует несколько десятков методов укрепления грунтового основания фундамента 9.

1. Силикатизация (укрепление грунтов путем нагнетания в них химического раствора)

2. Термическое закрепление (обжиг грунтов раскаленными газами)

3. Электрический и электрохимический методы

4. Механический способ (устройство грунтовых подушек, грунтовых свай) [3.]

Приведенные методы усиления грунтового основания фундамента являются достаточно эффективными, однако их реализация занимает длительное время, и ограничена узкой специализацией (так, электрический способ позволяет укреплять только влажный глинистый грунт, химический — подходит только для усиления лессовых и песчаных грунтов и др.).

Цементация — универсальный метод укрепления грунтового основания

Наиболее универсальной технологией усиления грунтового основания является инъектирова-ние (цементация), позволяющее в кратчайшие сроки решить сразу несколько задач:

1. Повысить устойчивость и прочность любых грунтовых оснований,

2. Увеличить несущую способность фундамента,

3. Существенно укрепить торфяные или илистые грунты в заболоченных областях.

Цементация грунтовых оснований применяется при незначительных повреждениях фундамента и незначительном увеличении нагрузки на него.

Усиление буроинъекционными или вдавливаемыми сваями — оптимальное решение для существенного укрепление фундамента и грунтового основания.

1. Капитальном ремонте фундамента, находящегося в аварийном состоянии

2. При существенном увеличении нагрузки на фундамент (при реконструкции здания, надстройке дополнительных этажей и т.п.)

Фундамент любой постройки может подвергаться неблагоприятному воздействию грунтовых вод. Для защиты грунтового основания от размывания, применяются следующие методы:

1. устройство дренажей,

2. применение эжекторных иглофильтров,

3. вакуумный метод,

4. электроосмосный способ,

5. использование глубинных насосов и др. [3].

Применение этих методов затрудняется длительных выполнением работ, большим количеством оборудования и высоким расходом электроэнергии.

Самым эффективным и надежным способом защиты грунтового основания от воздействия грунтовых вод является устройство стены в грунте.

Устройство стены в грунте — капитальная защита фундамента от грунтовых вод. Данный способ отличается высокой скоростью проведения строительных работ, не меняет размеры конструкции и не наносит вреда окружающей среде [12]. Методы укрепления грунта под фундаментом:

1. Инъецирование грунта (цементация). Применяется при необходимости закрепить «текучий» грунт и немного повысить несущую способность фундамента. Суть метода заключается в «замоноличивании» грунта путем введения в него специальных цементных составов через инъекционные отверстия.

2. Устройство буроинъекционных свай. Применяется при значительном возрастании нагрузки на фундамент. При данном методе в фундаменте и прилегающем к нему грунте бурятся скважины, и заливаются специальные железобетонные сваи [4].

3. Устройство вдавливаемых свай. Применяется при невозможности бурения по грунтовым условиям, по состоянию здания или по требованиям, исключающим шум и вибрацию.

4. Устройство стены в грунте. Применяется для защиты основания фундамента от грунтовых вод. Суть метода заключается в бурении в грунте инъекционных отверстий, в которые через пакеры вводится специальная смола. Смола быстро затвердевает, обеспечивая надежную защиту грунтового основания от воздействия грунтовых вод [12].

На современном этапе искусственное улучшение свойств грунтов основания осуществляется методом инъекции в грунт различного рода составов под давлением в предварительно пробуренные скважины. Это придает грунтам механическую прочность, водонепроницаемость или водоустойчивость [3]. К современным технологиям относится пересадка старых фундаментов на разного рода сваи. Мировая практика показала, что проведение мероприятий по улучшению строительных свойств оснований является надежным с точки зрения безопасности и экономным для нулевого цикла комплексом решений [1].

Повышение несущей способности оснований осуществляется одним из трех методов: химическим, термическим или физикомеханическим.

Технологии инженерной подготовки оснований на стадии нулевого цикла нашли широкое применение в мировой практике фундаментостроения с 60-х гг. XX в., когда французский инженер Луи Менар стал пионером геотехнических решений «под ключ» 15.

На сегодняшний день невозможно описать все разработанные технологии в одной публикации, поскольку тема каждой отдельно взятой технологии собирает периодичные международные конференции, выпускаются сотни трудов ежегодно.

Опыт зарубежных стран в управлении строительным комплексом, безусловно, более значителен и успешен, чем российский.

В мировой и отечественной практике в последние 60 лет широко применяются новые технологии, основанные, в том числе и на традиционных способах усиления оснований и фундаментов.

Заключение: Усиление грунтов позволяет использовать для нового строительства земельные участки, имеющие заведомо низкие инженерно-геологические показатели, а также территории, не подходящие для ведения сельского хозяйства (болота, насыпные грунты и прочие) и других видов деятельности.

Какой бы способ не выбрала строительная компания, технология «стена в грунте», в любом случае, будет намного перспективней остальных методов. Она широко востребована в условиях стесненной городской застройки, в гидротехническом строительстве, а также при реконструкции уже существующих сооружений гражданского и промышленного назначения.

1. Агранович Г.М. Статья — «Проблемы освоения территорий современного города», советник РААСН. Журнал — «Архитектура и строительство Москвы» № 2-3 05.06.2003.

2. Грушин Н. В. Анализ методов работ по усилению фундаментов существующих зданий // Молодой ученый. — 2019. — №16.

3. Ивлиев Е.А., Липатов В.В. Противофильтрационные электроосмотические завесы в грунте // Электронная обработка материалов. — 2006. — № 3.

4. Инъекционное химическое закрепление грунтов. Термическое закрепление грунтов: типовая технологическая карта. — СПб., 2009.

5. Кашарина Т.П. Реконструкция и инвентаризация зданий, сооружений городской застройки: учебное пособие для студентов вузов по специальности 27080062/ Кашарина Т.П, Приходько А.П. — Новочеркасск: ЮРГПУ(НПИ), 2013.

6. Клевеко В.И. Исследование работы армированных глинистых оснований // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. — 2014. — № 4.

7. Клевеко В.И. Оценка величины осадки фундамента на глинистых основаниях, армированных горизонтальными прослойками // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Охрана окружающей среды, транспорт, безопасность жизнедеятельности. — 2012. — № 1.

8. Коженко Н.В., Дектярева О.Г. Исследование и анализ безразмерных расходных характеристик задатчика ленточного регулятора расхода для рисовых чеков. // Новая наука: Стратегии и векторы развития. 2015.№4.

9. Колесник Г. С., Каранаева Р. З. Усиление несущих конструкций жилого 5-этажного кирпичного дома, получившего значительные деформации на слабых просадочных грунтах / Г. С. Колесник, Р. З. Каранаева. 2009.

10. Кузнецова А.С., Пономарев А.Б. Планирование и подготовка эксперимента трехосного сжатия глинистого грунта, улучшенного фибровым армированием // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. 2013. — № 1.

11. Мащенко А.В., Пономарев А.Б. Анализ изменения прочностных и деформационных свойств грунта, армированного геосинтетическими материалами при разной степени водонасыщения // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. — 2014. — № 4.

13. Нагаева З. Реконструкция и реставрация объектов культурного наследия / З. Нагаева, В. Сидорова,

14. Полищук А.И. Анализ грунтовых условий строительства при проектировании фундаментов зданий: Научно-практическое пособие. — М.: Изд-во АСВ, 2016.

15. Электроосмос как способ улучшения физических и механических свойств связных грунтов /

C.И. Алексеев, Д.Н. Понедельников, И.В. Копылов, Г.Р. Курбанов // Техника и технологии. — 2012. — № 4.

16. Окольникова Г.Э., Зуев С.С., Царева А.Ю. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ. Системные технологии. 2020. № 1 (34). С. 35-38.

17. Okolnikova G.E., Grishin G.E., Kurbanmagomedov A.K., Bronnikov D.A. EXPERIMENTAL STUDY OF THE MODIFIED HIGH-STRENGTH COARSE-GRAINED CONCRET. Системные технологии. 2019. № 2 (31). С. 25-31.

18. Okolnikova G.E., Yen K., Gazizova S.A., Kurbanmagomedov A.K.. USABILITY OF BASALT FIBERS IN REINFORCED CONCRETE. Системные технологии. 2019. № 2 (31). С. 9-14.

19. ОкольниковаГ.Э., ЩёголевМ.С. ПРОБЛЕМЫ КОМПЕНСАЦИОННОГО ОЗЕЛЕНЕНИЯ ПРИ ТОЧЕЧНОЙ ЗАСТРОЙКЕ В МОСКВЕ. Системные технологии. 2016. № 1 (18). С. 17-23.

20. Окольникова Г.Э., Слинькова Е.В., Белов А.П. ПРЕИМУЩЕСТВА ТЕХНОЛОГИИ COBIAX. Системные технологии. 2018. № 1 (26). С. 214-218.

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Ф.И. Братан, Е.А. Данилова, Е.И. Хотулева, Г.Э. Окольникова. Современные методы усиления оснований. — Системные технологии. — 2020. — № 37. — С. 20—24.

Важными параметрами,определяющими несущую способность здания, являются состояние и степень износа фундаментов. Косвенным параметром может служить осадка фундаментов. Сама по себе однородная осадка фундаментов не приводит к дополнительным напряжениям в конструктивных элементах, в то время как неоднородная осадка приводит к возникновению концентраций напряжений, превышающих прочностные характеристики стен, перекрытий и других несущих элементов.

Величина возникновения неоднородных осадок является следствием неоднородной потери несущей способности грунта в результате размыва грунтовыми или техногенными водами оснований в локальных зонах, возведения зданий вблизи существующих, нарушения условий их эксплуатации и т.п.

При достаточно однородной структуре грунтов и нормальной эксплуатации зданий величина осадки носит экспоненциальный характер. Осадку в момент времени t определяют по зависимости где S _К - конечная осадка; е- основание натурального логарифма; x - коэффициент, зависящий от свойств грунтов основания; t -время эксплуатации.

Зная значения осадок,накопившихся за время t _НП , можно определить конечную осадку , где t _НП- время от начала строительства до начала геодезических наблюдений.

На рис. 6.13 приведен график развития осадок фундамента во времени. S _НП - осадка,накопившаяся до начала наблюдений; S ' _H - осадки в момент наблюдения.

Рис. 6.13. График развития осадок фундамента во времени
1 -при нормальной эксплуатации здания; 2 - возникновение просадок при замачивании отдельных участков основания; 1*, 2*-нагрузки на фундамент при нормальной эксплуатации и замачивании; [ S]- допустимая осадка

На характер осадок существенное влияние оказывает пространственная жесткость коробки здания (стен). На жесткость стен влияют такие геометрические характеристики, как отношение длины L и высоты Н. Этот показатель принят нормами за исходный в определении коэффициента условий работы здания при расчете давления на основание фундаментов.

Показатель жесткости здания имеет определяющее значение при выборе метода реконструктивных работ. Так, при среднем значении для зданий массовой постройки при надстройке зданий старого фонда в процессе реконструкциипоказатель - снижается до 1,5 и менее, что позволяет увеличить давление на основание на 20 %. В то же время с увеличением этажности возрастает продольная жесткость стен.

В результате обследования более400 объектов было установлено, что для зданий старой постройки величина осадок фундаментов в 70,6 % случаев не превышает 0,7 R . Абсолютная величина осадок как до надстройки, так и после значительно меньше нормативных значений. Это обстоятельство позволяет априорно принимать решение по надстройке зданий при их реконструкции.

Повышение несущей способности фундаментов как одних из основных конструктивных элементов зданий возможно несколькими технологическими и конструктивными приемами. Проектирование усиления фундаментов эксплуатируемых, а также реконструируемых зданий значительно сложнее проектирования новых конструкций. Это объясняется тем, что в каждом конкретном случае следует учитывать условия эксплуатации здания,причины проявления различных деформаций, стесненные условия производства работ.

Методы усиления и реконструкции фундаментов предполагают восстановление несущей способности; усиление за счет увеличения площади опирания; подведение под существующие фундаменты таких сборных конструктивных элементов, как плиты, столбы, сваи; усиление буроинъекционными и корневидными сваями и другие приемы. Каждый вариант технического и технологического решения должен быть адаптирован к конкретным условиям реконструируемого здания на основании результатов натурных обследований.

Наиболее распространенные дефекты фундаментов, их устранение и усиление выполняются следующими приемами.

Усиление кладки фундаментов цементацией. Технология предусматривает при образовании пустот в швах кладки и разрушении материала фундаментов осуществить инъекцию цементного раствора. Для этой цели освобождается поверхность фундамента, устраиваются инъекционные каналы и с помощью инъектора закачиваются цементная суспензия или раствор в тело фундамента.

Способ широко апробирован и применяется при незначительных разрушениях конструкций фундаментов.

При средней степени разрушения материала фундамента используют частичную замену кладки. Это весьма трудоемкий процесс, требующий вскрытия поверхностей фундамента, удаления разрушенных элементов кладки и ее восстановления. Поданным практического опыта,трудозатраты на восстановление 1 м 3 кладки фундамента в 200-300 раз выше, чем при новом строительстве.

При значительных разрушениях материала фундамента последний забирается в обойму без уширения подошвы. В качестве обоймы выступают металлические каркасы в виде уголков или арматурной стали, которые в последующем обетонируются.

При увеличении нагрузки на фундамент и недостаточной его несущей способности производится устройство обойм с уширением подошвы фундамента. Варианты уширения и технология производства работ зависят от конкретных условий площадки.

Подведение свай под подошву фундамента осуществляется в случаях, когда при небольшой глубине заложения фундамента невозможно осуществить его уширение. Как правило, в этом случае используются составные сваи.

Усиление буронабивными сваями принимается при значительном увеличении нагрузок и большой толще слабых грунтов основания.

Устройство корневидных буроинъекционных свай производится при невозможности частичной разборки и усиления фундаментов в стесненных условиях строительства, при значительном увеличении нагрузок и наличии слабых грунтов основания.

Для повышения прочности оснований эксплуатируемых зданий и сооружений и предотвращения развития в их конструкциях деформаций аварийного характера, а также для выполнения работ по ремонту и реконструкции существующих фундаментов и их оснований широко применяют различные методы укрепления и усиления оснований. В зависимости от технологии производства и процессов, происходящих в грунте, эти методы можно разделить на четыре основных вида:

· Механический (глубинный и поверхностный).

Глубинное уплотнение оснований фундаментов существующих зданий в основном выполняется путем устройства наклонных скважин, заполняемых песком.

Таблица 4.1. Рекомендуемые способы закрепления лёссовых фундаментов грунтов оснований
Способ закрепления грунтов	Границы применения	Сущность технологического процесса	Свойства закрепленного грунта
Силикатизация однорастворная Электросиликатизация	Коэффициент фильтрации Кф=0,5. 2 м/сут Кф=0,1 м/сут во влажных грунтах	Нагнетание раствора силиката натрия Нагнетание раствора силиката натрия в зоне постоянного	Непросадочность, прочность 1. 3 МПа Непросадочность, прочность 0,6. 2 МПа
Смолизация	Кф=0,1. 0,2 м/сут	электрического поля Нагнетание раствора карбамидной смолы	Непросадочность, прочность 0,7 . 1,5 МПа

Поверхностное усиление применимо только для уплотнения маловлажных и влажных грунтов с коэффициентом водонасыщенности менее 0,7. Оно выполняется с помощью катков, виброплит, трамбовок и т. д. и в основном используется при новом строительстве или перекладке фундаментов.

Термозакрепление (обжиг) применяется в основном при закреплении просадочных грунтов. Топливо сжигают в герметически закрытых затворами скважинах, пробуренных вертикально, наклонно или горизонтально в толще закрепляемого грунта. Новым в термическом закреплении является применение так называемого электротермического способа обжига грунта, основанного на использовании нихромных электронагревателей. Благодаря изменению мощности теплоисточника по высоте скважины в результате применения погружных элементов можно регулировать форму и размеры образующихся при обжиге термогрунтовых тел с учетом неоднородности напластования грунтов.

К физико-химическим способам закрепления грунтов относится цементация и использование грунтоцементных материалов. Цементация грунта заключается в нагнетании в грунт через инъекторы цементного или цементно-песчаного раствора, который обеспечивает в закрепляемом основании создание отдельных столбов или массивов из сцементированного грунта. Цементацию обычно применяют для закрепления песчаных и крупнообломочных грунтов, а также трещиноватых скальных пород.

К химическим способамзакрепления грунтов относятся силикатизация, электросиликатизация, газовая силикатизация, аммониза-ция, смолизация и др. На практике наиболее часто применяется силикатизация и смолизация (табл. 4.1).

Основным материалом для силикатизации является жидкое стекло — коллоидный раствор силиката натрия. В зависимости от вида, состава и состояния закрепляемых грунтов применяется одно-и двухрастворная силикатизация.

Однорастворная силикатизация основана на введении (инъецировании) в грунт гелеобразующего раствора, состоящего из двух или трех компонентов. Однорастворный способ используется для закрепления лёссовых просадочных и песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации 0,5. 5 м/сут. Двухрастворный способ силикатизации применяется для закрепления песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации до 0,5 м/сут и состоит в поочередном нагнетании в грунт двух растворов: силиката натрия и хлористого кальция.

Аммонизация заключается в нагнетании в грунт под небольшим Давлением газообразного аммиака. Способ применяют для придания лёссовым грунтам свойства непросадочности.

Смолизация представляет собой закрепление грунтов путем инъецирования в них водных растворов синтетических смол.

Технологические схемы инъецирования приведены на рис. 4.2.

4.4. Ремонт и усиление фундаментов

Практика показала, что проектирование усиления фундаментов почти всегда намного сложнее проектирования новых конструкций. Это объясняется тем, что в каждом случае приходится считаться с условиями эксплуатации объекта, со стесненными условиями работы, с разнообразием проявления деформаций зданий и сооружений и др. Само выполнение работ по ремонту и усилению фундаментов — всегда крайне трудоемкий, тяжелый и ответственный процесс.

Наиболее часто приходится увеличивать площадь подошвы фундаментов, подводить конструктивные элементы под существующие фундаменты, повышать их жесткость, передавать часть нагрузки на дополнительные фундаменты или полностью заменять фундаменты, когда необходимо предотвратить развитие аварийных деформаций зданий и сооружений.

Увеличение опорной площади ленточного фундамента (рис. 4.3) производится следующим образом.

В заводских условиях согласно проекту изготовляют железобетонные плиты-обоймы / со шпонками 2 и анкерные стержни 4. Плиты-обоймы имеют отверстия 3. Одновременно на ремонтируемом объекте производится расчистка поврежденных поверхностей существующего фундамента и устройство углублений под шпонки и отверстий под анкерные стержни. При необходимости проводится разгрузка фундаментов путем устройства системы подкосов и распорок или передачи нагрузок на горизонтальные поддерживающие балки. Способы разгрузки указываются в проекте производства работ.

После доставки комплектов усиления производится монтаж плит-обойм с последующей стяжкой их анкерными болтами до обеспечения в них проектного натяжения.

Вертикальные стыки между плитами-обоймами после сварки выпусков рабочей арматуры между ними замоноличиваются бетоном.

Усиление существующего фундамента выполняется путем устройства рубашек (рис. 4.4) и набетонок (наращиванием). В обоих случаях старая конструкция соединяется с новой. Качество этого соединения обеспечивает надежность последующей работы фундамента под нагрузкой.

Рубашка при усилении фундамента представляет собой сплошное обетонирование фундамента со всех сторон, за исключением нижней части, осуществляемое с дополнительным армированием и позволяющее увеличить размеры фундамента. Перед устройством

выполняется бетонная подготовка под нее. Набетонка устраивается при одностороннем усилении фундамента.

Прочность сцепления нового бетона со старым зависит от тщательности проведения мероприятий по подготовке конструкции к усилению, что подробно рассматривалось в предыдущей главе. Усиление ленточных фундаментов выносными буронабивными

сваями выполняется в такой последовательности(рис. 4.5).

Сначала согласно проекту производится устройство скважин и буронабивных свай 1 вдоль существующего ленточного фундамента 7, а затем эти сваи соединяются между собой с помощью ростверка 2. Одновременно выполняются ремонтно-вос-становительные работы существующего фундамента 7 с устройством в нем штраб 8 и сквозных отверстий под балки 5.

После установок балок 5 в этих отверстиях между ростверками 2 и балками 5 устанавливаются домкраты 3 и подставки 4 и с их помощью производится передача нагрузки от существующего фундамента 7 на свайный фундамент, а затем осуществляется замоноличивание 6. балок 5 с ростверками 2 и бетонирование участков, занятых домкратами, после удаления последних. Таким же методом производится усиление столбчатых фундаментов неглубокого заложения.

Весьма эффективным для усиления фундаментов является применение корневидных свай, называемых также буроинъекционны-ми, что позволяет производить работы без разработки котлованов, обнажения фундаментов и нарушения структуры грунта в основании.

Сущность способа усиления корневидными сваями заключается в устройстве под зданием своего рода подпорок — жестких корней в грунте, которые переносят большую часть нагрузки на более плотные слои грунта. При усилении корневидными сваями может предусматриваться создание единой конструкции в ростверковом и безростверковом варианте. Корневидные сваи могут быть вертикальными или наклонными. Скважины для корневидных свай бурят с помощью установок вращательного бурения, которые позволяют пробуривать скважины через расположенные выше стены и фундаменты. Диаметр буров 80. 250 мм. При бурении для обеспечения устойчивости стенок скважин используются обсадные трубы, вода, глинистая суспензия или сжатый воздух.

По сравнению с другими типами свай корневидные сваи обладают повышенным сопротивлением трению вдоль боковой поверхности, что обеспечивается путем частичной цементации грунта, находящегося в контакте со сваей. Благодаря прохождению сквозь существующие конструкции корневидные сваи оказываются связанными с сооружением, поэтому не требуется их дополнительное соединение с существующими фундаментами.

После бурения в скважину устанавливают арматурные каркасы, состоящие из отдельных секций, стыкуемых с помощью сварки. Длина секций обычно не превышает 3 м и лимитируется высотой помещения, в котором производят работы. Фиксаторы, устанавливаемые в каркасе, предупреждают отклонение от оси скважины. После установки или одновременно с ней в скважину опускают инъекционную трубу диаметром 25. 30 мм, через которую нагнетают цементно-песчаный раствор, обжимающий стенки скважины и образующий небольшие местные выступы. Усиление оснований и фундаментов буроинъекционными сваями применяется очень часто для сохранения архитектурно-исторических памятников. Например, в Москве Московским специализированным управлением Всесоюзного объединения «Гидроспецстрой» успешно проведено усиление фундаментов здания МХАТа им. Горького. Проект усиления выполнен институтом «Гидроспецпроект».

В зарубежной практике ремонта и усиления фундаментов^ корневидные сваи применяют также при необходимости устройства глубоких выемок в непосредственной близости от существующих зданий. Сооружаемая «решетчатая» подпорная стенка удерживает от обрушения откос вместе с фундаментом. В отдельных случаях корневидные сваи органически связаны с существующим зданием как единое целое.

При усилении или ремонте (реконструкции) фундаментов, проводимых в непосредственной близости от фундаментов существующих зданий и сооружений на стесненной площадке и в сложных грунтовых условиях, целесообразно применять способ «стена в грунте».

При устройстве глубоких выемок и подвалов в непосредственной близости от фундамента усиление производится глубокими стенами или прямоугольными столбами, возводимыми между выемкой и фундаментом (рис. 4.6, а). Для обеспечения устойчивости фундамента производится расчет защемления стены в грунте с учетом нагрузок от фундамента и грунта, находящегося за стеной. Если расчетное защемление выполнить затруднительно, то повышение устойчивости стен достигается устройством анкерных креплений, располагаемых между фундаментами (рис. 4.6, б, з).

Несущую способность столбчатых фундаментов можно увеличить возведением у фундамента глубоких стен или столбов прямоугольного сечения, опираемых на прочное основание (рис. 4.6, в). Стены или столбы могут иметь в плане двух- и четырехстороннее расположение (рис. 4.6, г, д). В некоторых случаях рационально устройство стен в виде замкнутого короба (рис. 4.6, е, ж). Возведенные стены или столбы объединяются с усиливаемым фундаментом железобетонной обоймой.

Для одновременного увеличения устойчивости основания и усиления фундамента могут быть устроены параллельные стены в виде глубоких лент, располагаемых с обеих сторон фундаментов. С целью повышения жесткости стены могут соединяться стенами-перемычками, устраиваемыми на меньшую глубину, чем основные параллельные стены. При таком решении устойчивость основания увеличивается, так как оно заключено в жесткую обойму.

В сложных условиях строительства и реконструкции при усилении могут применяться комбинации способа «стена в грунте» с устройством набивных и корневидных свай, часто с различными методами химического закрепления (усиления) грунта.

При производстве ремонтов фундаментов иногда возникает необходимость их замены, так как другие методы усиления или не обеспечивают требуемой несущей способности фундаментов, или же их выполнение по каким-либо причинам затруднено. К таким случаям относятся: значительное увеличение нагрузок на фундаменты (предстоящая надстройка здания, недопустимая и угрожающая устойчивости здания осадка фундаментов вследствие уменьшения несущей способности основания из-за резкого повышения или понижения уровня грунтовых вод), прокладка ниже подошвы заложения фундаментов существующего здания в непосредственной близости от него подземных коммуникаций типа коллекторов и т. д.

Весь процесс замены фундаментов разделяется на два этапа.

Первый (подготовительный) этап включает осуществление мероприятий, обеспечивающих устойчивость здания в процессе выполнения работ второго этапа.

Второй этап производства работ по замене фундаментов включает устройство котлованов и траншей, разборку старого и устройство нового фундамента, а также ряд сопутствующих работ, выполняемых в большинстве случаев в стесненных условиях. Перекладка производится обычно отдельными участками длиной 1,5. 2 м. Перекладку очередного участка выполняют не ранее чем через

7 сут после окончания работ на предыдущих смежных участках.

7 первую очередь выполняют работы по перекладке наиболее слабых участков фундаментов.

Технологический процесс перекладки состоит из заводки разгрузочных балок, вскрытия и разборки отдельных мест фундамента и устройства новой кладки. Для укладки разгрузочных балок в кирпичной стене отбойными молотками пробивают горизонтальные борозды высотой и глубиной соответственно сечению заводимой балки плюс 2. 3 см с зачисткой поверхности. Борозды располагают под тычковым рядом кладки на 2. 3 ряда кирпича выше обреза фундамента.

Пробивку борозд с другой стороны стены производят только после заделки разгрузочной балки в первой борозде. Балки укладывают на цементный раствор и закрепляют их деревянными или стальными клиньями, стягивают болтовыми соединениями, пропущенными через отверстия, высверленные в кладке и стенке балки, пространство между кладкой и вертикальной стенкой разгрузочной балки заполняют цементным раствором состава 1 : 3 или бетоном на мелком щебне или гравии. Зазор между верхом балки и плоскостью борозды плотно заклинивают полусухим цементным раствором.

В местах, где предусмотрена перекладка фундамента, производят отрывку шурфов с одновременным надежным креплением их стенок. Бутовый фундамент разбирают с помощью отбойных молотков, а при слабой расслоившейся кладке — вручную. После выкладывания нового фундамента до подошвы стены по выровненной поверхности раствора прокладывают гидроизоляционный слой, который сопрягается с гидроизоляцией соседних участков фундамента. Затем пространство между верхом вновь выложенного участка фундамента и кладкой стены заделывают кирпичом и плотной заклинкой горизонтального шва полусухим цементным раствором, после чего производят обратную засыпку шурфа с последующим послойным трамбованием грунта.

Поскольку фундаменты зданий и сооружений испытывают значительные статические, а иногда и динамические нагрузки, недостаточное уплотнение грунта обратных засыпок приводит к просадкам, вызывающим впоследствии разрушения строительных конструкций. Для выполнения работ по обратным засыпкам применяют бульдозеры, фронтальные и грейферные погрузчики, одноковшовые экскаваторы с оборудованием погрузчика и грейфера, для разравнивания грунта — бульдозеры и малогабаритные бульдозеры-планировщики.

Для уплотнения грунта в стесненных условиях используют пневматические и электрические трамбовки, самопередвигающиеся вибрационные плиты, а также отбойные молотки со специальными насадками.

В связи с недостаточным выпуском средств механизации для уплотнения грунта в стесненных условиях на некоторых строительных площадках для обратной засыпки применяют песок с последующим уплотнением его путем замачивания.

Послойное уплотнение грунта в наименее доступных местах (нижняя часть пазух котлованов и траншей) выполняется вручную с помощью простейших деревянных или ручных электрических трамбовок. Применение ручных машин в 4. 5 раз увеличивает производительность труда при уплотнении грунта обратной засыпки по сравнению с выполнением работ вручную, но тем не менее трудоемкость таких работ остается высокой, а толщина уплотняемого слоя не превышает 40. 60 см при степени уплотнения 0,85. 0,95.

Сокращение трудоемкости уплотнения грунта в стесненных условиях, улучшение качества и снижение стоимости уплотнения достигается при использовании навесного уплотняющего оборудования к кранам, тракторам и экскаваторам, созданного сотрудниками ЦНИШЖТП Госстроя СССР.

Уплотнение грунтов в зимних условиях возможно, если отсыпка ведется непереувлажненными талыми грунтами с минимальными перерывами в работе и такой интенсивности, чтобы уложенный грунт не замерзал до его уплотнения. Несвязные грунты укладывают и уплотняют так же, как и в летнее время.

Читайте также:

Основные методы восстановления и усиления фундаментов эксплуатируемых зданий

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Федотова Екатерина Андреевна, Акопьян Кристина Андреевна

Текст научной работы на тему «МЕТОДЫ УСИЛЕНИЯ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ИХ РАЗРУШЕНИЕ»

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Братан Ф.И., Данилова Е.А., Хотулева Е.И., Окольникова Г.Э.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Братан Ф.И., Данилова Е.А., Хотулева Е.И., Окольникова Г.Э.

MODERN METHODS OF STRENGTHENING BASES

Текст научной работы на тему «СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ УСИЛЕНИЯ ОСНОВАНИЙ»