Пересадка фундамента на выносные сваи

Обновлено: 06.05.2024

Санкт-Петербург расположен на слабых и водонасыщенных грунтах, образованных в результате озерно-ледниковых отложений. Потеря несущей способности фундаментов приводит к появлению трещин в надземных частях и последующему разрушению зданий.

Виды техногенного воздействия на фундаменты:

обводнение — приводит к порче бутовых фундаментов;
канализационные стоки – приводят к разрушению известнякового связующего раствора;
увеличение нагрузки — происходит в связи с заменой конструктивных элементов (к примеру, деревянных перекрытий на железобетонные) и изменением назначения помещений (к примеру, на коммерческие — с большой проходимостью).

Технологии проектирования усиления фундаментов в порядке увеличения частоты применения:

увеличение площади подошвы фундамента — самый простой метод усиления;
омоноличивание фундамента — является первым этапом в комплексе мероприятий по усилению фундаментов;
пересадка здания на плиту;
пересадка фундамента на сваи — самый надежный способ укрепления.

Технология усиления фундаментов с помощью инъекционных свай

С помощью инъекционных технологий решается множество проблем, связанных с усилениями грунтов оснований и фундаментов. С их помощью нагрузка от зданий и сооружений передается на плотные грунты, которые в условиях Петербурга находятся на глубине от десяти метров.

В Санкт-Петербурге практически повсеместно присутствует мощный слой голубой кембрийской глины. В южной части города она находится на глубине около 5 метров. Ближе к Неве — на глубине около 25-30 метров. Свая добуривается до этого плотного грунта и передает на него нагрузки от здания.

Способы передачи нагрузки на фундамент с помощью свай:

Козловые сваи. Выполняются через фундамент под углом. Данная технология не требует дополнительных конструкций усиления (балки и обоймы) – нагрузки от фундамента передаются непосредственно на сваи, а затем на грунт основания. Также этот способ позволяет сохранить габариты внутреннего пространства помещения.
Вертикальные сваи. Проектируются в случае, если нет возможности выполнить козловые сваи. Выполняются как можно ближе к фундаменту с одной и с другой стороны от него. За счет соединительной балки между этими сваями передается усилие на фундамент. Такая система также обвязывается дополнительными балками. Существует множество различных схем и сочетаний свай с балками.

Усиление фундаментов с помощью анкерной системы GEOIZOL—MP закладывается в проектные решения и реализовывается на практике достаточно давно. Уникальное преимущество технологии состоит в том, что выполнение сваи возможно с помощью малогабаритной мобильной установки, весом менее 200 кг.

Анкерная система GEOIZOL—MP является одновременно буровым устройством, инструментом для подачи раствора в скважину и армирующим элементом буроинъекционной сваи. Штанги сваи легко соединяются с помощью муфт друг с другом.

Широкое распространение получило усиление фундаментов мелкого заложения выносными буронабивными сваями, которые так же, как и вдавливаемые сваи, передают нагрузку от здания на лежащие ниже прочные грунты. Буронабивные сваи могут использоваться при усилении ленточных и столбчатых фундаментов, при этом располагают их относительно существующего фундамента так же, как и вдавливаемые сваи.

При усилении ленточных фундаментов буронабивными сваями выполняют следующие этапы работ (рис. 4.18):

I — вдоль стен разрабатывают шурфы или траншеи и устанавливают крепления; в стене над обрезом фундамента пробивают продольную борозду (штрабу), которая промывается, и в нее на растворе укладывают металлическую разгрузочную балку. Балку перед установкой обматывают проволокой. После установки балка может быть забетонирована;
II — производят бурение скважин, монтируют арматурные каркасы и бетонируют сваи. Бурение выполняют ручным или механизированным способом в зависимости от стесненности площадки и габаритов оборудования;
III — пробивают сквозные отверстия в существующем фундаменте, устанавливают металлические поперечные балки, необходимые для задавливания свай в грунт и включения их в работу. Поперечные балки необходимы также для более надежного сопряжения ростверка с существующим фундаментом;
IV — производят задавливание свай в грунт домкратами и заклинивание балок;
V — устанавливают опалубку и бетонируют ростверк, который выполняется прерывистым или сплошным по всей длине фундамента; в последнем случае достигается более жесткое сопряжение. После схватывания бетона крепление и опалубку снимают, а траншею засыпают грунтом с тщательным трамбованием.

1 — фундамент; 2 — шурф; 3 — крепление шурфа; 4 — разгрузочная балка; 5 — стена; 6 — слабый грунт; 7 — прочный грунт; 8 — скважина для сваи; 9 — буронабивная свая; 10 — продольная балка; 11 — поперечная балка; 12 — отверстия в усиливаемом фундаменте; 13 — домкрат; 14 — железобетонный ростверк

При усилении столбчатых фундаментов по периметру существующего фундамента пробуривают скважины, устанавливают арматурные каркасы и бетонируют сваи. Головы свай с арматурными выпусками связывают железобетонной обоймой, выполняемой вокруг существующего фундамента. Конструкции железобетонных обойм аналогичные ранее описанным конструкциям. Концы свай заглубляют в прочный слой грунта.

Усиление столбчатого фундамента рассмотрим на примере усиления фундаментов промышленного здания в г. Асбесте. В основании фундаментов залегали глинистые грунты твердой консистенции. В ходе производства монтажных работ посредине здания была обнаружена линза ранее насыпного грунта с 20%-ным содержанием органических включений. После монтажа основных несущих конструкций фундаменты над этим участком получили значительные деформации (от 100 до 300 мм). Деформации были неравномерными, в результате чего одна из колонн сместилась на 100 мм от проектной оси. Деформации привели к образованию трещин в железобетонной колонне, искривлению подкрановых балок и связей между фермами. Было принято решение демонтировать все конструкции здания на участке, где наблюдались аварийные деформации основания, и выполнить новые фундаменты с устройством буронабивных свай, опирающихся на прочные грунты природного сложения (рис. 4.19). Объединение старого и нового фундамента достигалось устройством железобетонной обоймы. По расчету каждый фундамент усиливали восемью буронабивными сваями диаметром 400—800 мм. В расчете работа старого фундамента не учитывалась, вся нагрузка передавалась только через буронабивные сваи. Обоймы выполняли из бетона марки М200. Последовательность выполнения работ описана в работе [63]. Эксплуатация здания показала надежность выполненного усиления.

Бураев М. Опыт усиления деформированных фундаментов и оснований промышленных зданий. Реферативный сборник. Технология строительного производства. Вып. № 2 (35). ЦБНТИ Минтяжстроя СССР: М.: 1975, с. 8—9

1 — набивная свая; 2 — железобетонная обойма; 3 — деформированная колонна; 4 — насыпной грунт; 5 — прочный грунт

В особо сложных случаях усиления фундаментов мелкого заложения, когда нагрузку от здания надо передать на глубоко залегающие прочные грунты, особенно при наличии высокого уровня грунтовых вод, используют вдавливаемые сваи. Усиление фундаментов сваями (сборными железобетонными или из отдельных сплошных или трубчатых элементов) производится двумя способами: пересадкой фундаментов на выносные сваи или подведением свай под подошву фундамента.

Для усиления ленточных фундаментов выносные сваи могут устраиваться как с каждой стороны ленточного фундамента (рис. 4.15, а) так и с одной его стороны в один или два ряда (консольные и рычажные системы) (рис. 4.15, б). Для пересадки столбчатых фундаментов сваи могут располагаться с двух противоположных сторон подошвы (рис. 4.15, в) или вокруг нее (рис. 4.15, г). Сваи, подводимые под подошву фундамента, можно также располагать в один или несколько рядов в зависимости от конструкции существующего фундамента.

Выносные сваи применяют при высоком уровне грунтовых вод, а сваи, подводимые под подошву фундамента, — при низком. Сваи располагают одну от другой на расстоянии не менее 3 d .

1 — усиливаемый фундамент; 2 — свая; 3 — железобетонный пояс; 4 — рандбалки; 5 — поперечная балка; 6 — рычажный ростверк; 7 — железобетонная обойма

Головы свай с усиливаемым фундаментом соединяются ростверками, выполняемыми в виде железобетонных поясов (для ленточных фундаментов) или железобетонных обойм (для столбчатых фундаментов). Если усиливаемые фундаменты не имеют достаточной прочности, то их укрепляют обвязочными балками. Для лучшей передачи нагрузки от усиливаемого фундамента на сваи применяют проходящие через него поперечные металлические и железобетонные балки. Длина свай устанавливается в зависимости от характеристики грунтов, размеров поперечного сечения свай и нагрузок на фундамент.

При проектировании усиления работа старого фундамента, как правило, в расчетах не учитывается. Вся нагрузка от существующего здания, а также и дополнительная должны быть восприняты свайным фундаментом. Для предварительных соображений несущую способность свай определяют по расчету, уточнение ее производится путем испытания пробных свай статической нагрузкой непосредственно на строительной площадке, где производится усиление.

При усилении фундамента выносными сваями добиваются надежного сопряжения старого фундамента со сваями. В фундаменте или при необходимости в стене устанавливают в продольных штрабах рандбалки. Кроме того, в фундаменте или стене пробивают сквозные гнезда, в которые заводятся поперечные металлические балки. В качестве поперечных могут применяться железобетонные балки. Балки связываются монолитным железобетонным ростверком, который соединяет головы свай (см. рис. 4.15). Сваи выводят до верха нижней ступени фундамента, а затем бетонируют раздельные ростверки. Домкраты устанавливают непосредственно над сваями, чтобы исключить работу ростверка на изгиб. На участке, расположенном между домкратами, фундамент разбирают и бетонируют ступень фундамента, объединяющую оба ряда ростверков. Эта ступень должна быть выполнена так, чтобы смогла работать как жесткий фундамент. Через сутки домкраты снимают. Инвентарные ригели удаляют, старую кладку на этих участках разбирают и заменяют бетоном.

Для столбчатых фундаментов поперечные передаточные балки делают парными и между ними зажимают колонну или фундамент. Для синхронной работы домкраты присоединяют к общему насосу. Давление в домкратах увеличивают ступенями. После каждой ступени делают перерыв для наблюдения за осадкой свай под нагрузкой. Перерыв продолжается до тех пор, пока осадка свай не прекратится. Обжатие свай должно прекращаться, как только прибор, установленный на колонне, отметит малейший ее подъем. При этом давлении сваи получают ту нагрузку, которая будет передаваться от сооружения. После стабилизации осадки сваи производится подклинка между рандбалками и поперечными балками, затем устраивают железобетонный пояс.

В практике строительства накоплен большой опыт усиления фундаментов мелкого заложения вдавливаемыми, в том числе составными, сваями. Кратко рассмотрим характерные случаи из отечественного и зарубежного опыта.

Способ усиления составными трубчатыми металлическими сваями фундаментов аварийного пятиэтажного жилого дома в Сумгаите был применен по предложению проф. Э.М. Генделя. Вертикальные деформации фундаментов продольных несущих стен составили от 790 до 1315 мм; величина крена в сторону наибольшей деформации достигала 450 мм. Технология производства работ по вдавливанию отдельных звеньев труб длиной 0,5 м освещена в работах [7, 61].

Большой опыт применения составных впрессованных свай для усиления фундаментов существующих зданий накоплен в Венгрии. Эти сваи изготовляют из сборных железобетонных элементов длиной 60—80 см с размерами сечений 25×25 и 30×30 см. Для полов применяют элементы больших размеров 120×60×25 см. Элементы располагаются один над другим, соприкасаясь торцовыми поверхностями. Для сопряжения элементов используют вертикальные металлические штыри диаметром 37,5—50 мм, которые вставляются в гнезда в центральной части сборных элементов и этим препятствуют их взаимному смещению. Последовательность подводки свай "Мега" детально рассмотрена в работах [4, 48].

Гендель Э.М. Приостановка наклона и выпрямление здания в Сумгаите. — Основания, фундаменты и механика грунтов, 1971, № 6, с. 26—28

Усиление свайных фундаментов в случае их недостаточной несущей способности может осуществляться путем задавливания свай до опирания их нижних концов в плотные грунты, или наращивания существующих свай дополнительными секциями.

Наиболее часто применяется усиление свайных фундаментов погружением дополнительных свай вне контура фундамента (выносные сваи) и передачи нагрузки (полностью или частично) от реконструированного фундамента на эти сваи. Нагрузка на выносные сваи может передаваться с помощью специальных упорных горизонтальных балок, пропускаемых сквозь ростверк или стену здания. Эти балки должны рассчитываться на срез и на изгиб (при наличии плеча изгибающего момента) от усилий, равных реакциям выносных свай. Горизонтальные (поперечные и продольные) балки, передающие нагрузку на выносные сваи, могут быть объединены в единый фундамент с усиливаемым ростверком (рис. 5.4, а). Такое усиление особенно эффективно для ленточных свайных фундаментов. Возможна передача нагрузки на дополнительные сваи с помощью нового ростверка усиливаемого фундамента (рис. 5.4, б). Для связи дополнительного ростверка с усиливаемым в последний обычно заделываются штыри из арматуры путем пробивки в бетоне отверстий пневмо-пробойником и установки в них штырей с замоноличиванием их цементным раствором. Допускается вместо установки штырей оголять арматуру усиливаемого ростверка и приваривать к ней арматуру дополнительного ростверка.

1, 2 — сваи и ростверк усиливаемого фундамента; 3 — отверстия для пропуска горизонтальной балки; 4 — поперечная балка; 5 — продольная балка; 6 — новый ростверк (железобетонная обойма); 7 — дополнительная (выносная) свая; 8 — плотный грунт; 9 — штыри для связи дополнительного ростверка с усиливаемым

Расчет дополнительных свай и ростверков производится на ту часть полной нагрузки на фундамент, которую не воспринимает усиливаемый фундамент. Эта часть нагрузки должна определяться в результате обследования реконструируемых фундаментов.

Во избежание значительных осадок после передачи нагрузки от сооружения на выносные сваи, последние предварительно обжимают гидравлическими домкратами (это особенно важно при висячих сваях). Домкраты устанавливают на головы свай или на обвязку по сваям и упирают в поперечные балки. Работы ведут участками одновременно с обеих сторон фундамента. При опирании поперечных балок непосредственно на сваи длина участка, на котором производятся работы по обжатию, может быть принята минимальной (в этом случае участвуют лишь две симметричные сваи), и обжатие при этом выполняется наиболее просто. При наличии обвязки по сваям обжатие ведут участками большей протяженности, при этом на границах участков в обвязке предусматривают поперечный шов.

При небольшом числе одновременно обжимаемых свай давление на каждую сваю может превышать давление на нее от сооружения. Практикой установлено, что давление обжатия в этом случае должно примерно на 50 % превышать эксплуатационную нагрузку. Когда осадки обжатия прекратятся, производят подклинку поперечных балок металлическими клиньями и только после этого убирают домкрат.

Усиление свайных фундаментов производят и с помощью выносных набивных свай, применение которых во многих случаях более эффективно, чем погружение дополнительных задавливаемых и забивных (в лидерных скважинах) свай. Кроме того, работы по устройству набивных свай можно производить из подвальных помещений, имеющих небольшую высоту.

Усиление свайных фундаментов может быть выполнено путем применения дополнительных задавливаемых или забивных свай-инъекторов. Особенность сваи-инъектора заключается в том, что по продольной оси ее ствола устанавливается стальная трубка. После погружения сваи до требуемой отметки через эту трубку производят закрепление грунта вокруг нижнего острия сваи. В результате образуется опорный массив из закрепленного грунта, играющий ту же роль, что и уширенная пята.

Если на фундамент действуют значительные горизонтальные нагрузки, не воспринимаемые полностью реконструируемым фундаментом, то при определении числа дополнительных свай учитывают и горизонтальные нагрузки. В этом случае в числе дополнительных свай могут быть забиты (или изготовлены — при применении буронабивных свай) наклонные сваи. Если устройство наклонных свай трудно осуществимо, то можно погружать отдельно стоящие сваи только для восприятия горизонтальной нагрузки. Такие сваи должны быть соединены со свайным фундаментом жесткими или гибкими связями*.

* А.с. № 669018 (СССР). Фундамент для зданий и сооружений В.И. Волосяный. Заявл. 22.02.1978, № 2583852/29-33, опубл. в Б.И., 1979, № 23.

Если в процессе расчета становится ясно, что сваями, добавляемыми по периметру реконструируемого фундамента, спасти положение не удается (невозможно разместить необходимое число дополнительных свай (или обеспечить несущую способность ростверка на изгиб и т.д.), то следует добавлять сваи внутри реконструируемого свайного фундамента. В таком случае сквозь усиливаемый ростверк следует пробуривать скважины с помощью колонкового или ударно-канатного бурения, а сквозь них забивать сборные сваи или изготовлять буронабивные. Диаметр скважин, их число и расположение принимают с учетом схемы армирования усиливаемого ростверка. При этом дополнительные сваи должны проходить в просветах между арматурными стержнями ростверка. Чаще всего для этой цели применяют набивные сваи малого диаметра (до 200 мм), аналогичные описанным в гл. 4 корневидным сваям. Такие сваи могут устраиваться вертикальными и наклонными так же, как при усилении несвайных фундаментов.

Швец В.Б., Феклин В.И., Гинзбург Л.К. Усиление и реконструкция фундаментов

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

Читайте также: