Усиление фундаментов исторических зданий

Обновлено: 05.05.2024

ВЕДОМСТВЕННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ

Инструкция
по усилению фундаментов аварийных и реконструируемых зданий многосекционными сваями

Дата введения 1984-06-01

РАЗРАБОТАНЫ Научно-исследовательским институтом промышленного строительства Министерства промышленного строительства СССР

ИСПОЛНИТЕЛИ: кандидаты техн. наук Э.И.Мулюков (руководитель темы), Г.С.Колесник, инж. С.Н.Назаров

ВНЕСЕНЫ Научно-исследовательским институтом промышленного строительства

СОГЛАСОВАНЫ с Главным техническим управлением Министерства промышленного строительства СССР

УТВЕРЖДЕНЫ Министерством промышленного строительства СССР от 30 марта 1984 г. N 16-84, заместителем Министра промышленного строительства СССР А.Н.Панковым

"Инструкция по усилению фундаментов реконструируемых и аварийных зданий многосекционными сваями" (ВСН 16-84) разработана НИИпромстроем по результатам практического опыта усиления фундаментов, выполненного Главбашстроем по техническим решениям, подготовленным НИИпромстроем в содружестве с Башкиргражданпроектом и ЗапУралТИСИЗом, а также с учетом зарубежного опыта.

В Инструкции учтены пожелания и замечания научно-исследовательских, учебных и проектных институтов, а также производственных организаций (ВНИИГС, ДальНИИС, НИИОСП; Казанский, Ленинградский и Одесский инженерно-строительные институты, Новосибирский институт инженеров железнодорожного транспорта, Украинский институт инженеров водного хозяйства, Новочеркасский и Уральский политехнические институты; Башкиргражданпроект, ГПИ Куйбышевский промстройпроект, ГПИ Фундаментпроект, Красноярский Промстройпроект, Пермьпромпроект, ПИ-3, Ростовский ПромстройНИИпроект, Управление Моспроект-1, Уральский ПромстройНИИпроект, Уфимский филиал Тюменского Промстройпроекта; Главбашстрой, ЗапУралТИСИЗ).

Инструкция подготовлена канд. техн. наук Э.И.Мулюковым с участием кандидатов техн. наук Г.С.Колесника и А.Д.Назарова, инж. И.В.Баранова, С.Н.Назарова, Ш.Р.Незамутдинова.

Общее редактирование инструкции выполнил канд. техн. наук Э.И.Мулюков.

Все замечания, предложения и пожелания, направленные на дальнейшее совершенствование метода и улучшение содержания настоящей Инструкции будут нами внимательно рассмотрены и учтены при подготовке новой редакции.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящая Инструкция распространяется на проектирование и производство работ по усилению фундаментов промышленных, гражданских и сельскохозяйственных зданий и сооружений с помощью многосекционных свай. Усилению подлежат фундаменты каменных, бетонных и стальных зданий и сооружений, не претерпевших физический износ более 60% и находящихся в состоянии реконструкции или аварии.

1. Инструкция распространяется на устройство фундаментов стен, опор, оборудования в стесненных условиях реконструируемых зданий и сооружений, где использование соответствующих строительных механизмов затруднено.

2. Инструкция может быть использована при разработке документации для устранения крена зданий и сооружений.

1.2. Необходимость усиления фундаментов зданий устанавливается компетентной комиссией и может быть вызвана следующими факторами:

реконструкцией, сопровождающейся ростом постоянных и временных нагрузок на фундаменты за счет существенного изменения паспортной характеристики здания (этажности, типа перекрытия, балок, колонн и т.д.), изменением назначения помещений и увеличением длительных и кратковременных нагрузок;

реконструкцией, связанной с освоением подземного пространства и с переоборудованием подземного хозяйства, нарушающей нормальную работу грунтового основания и угрожающей надежности существующего фундамента, а также реконструкцией непригодного фундамента;

аварийными осадками и кренами, вызванными ошибками и упущениями на стадиях изысканий, проектирования и строительства, в результате которых грунты не обладают несущей способностью, достаточной для восприятия расчетных нагрузок;

сверхнормативными осадками и кренами, возникающими в результате нарушений режима эксплуатации зданий и сооружений (проливы, утечки и иссушение грунтов горячими газами подземных негерметичных воздуховодов);

аварийными осадками и кренами, появляющимися в результате общего подтопления территории, нарушения поверхностного стока и режима грунтовых вод, а также в результате активизации антропогенного суффозионно-карстового процесса;

застройкой территории без учета возможного отрицательного воздействия на работу оснований и фундаментов эксплуатируемых зданий и сооружений;

осадками и кренами, появляющимися в результате воздействия особых нагрузок (резкие нарушения технологического процесса, взрывы, землетрясения, наводнения).

1.3. Использование многосекционных свай для устройства новых фундаментов в стесненных условиях реконструируемых зданий целесообразно при решении следующих задач:

возведение несущих (тяжелых) стен и колонн внутри помещений, когда разработка котлованов невозможна по техническим причинам;

монтаж оборудования с большими сосредоточенными нагрузками, требующими устройства фундаментов.

1.4. Многосекционной сваей называется составная (железобетонная) свая, вдавливаемая отдельными секциями длиной 0,6-1,2 м с помощью домкратов. По мере вдавливания секции свай стыкуются до такой общей длины, при которой обеспечивается предельное сопротивление сваи. Реактивное усилие домкрата воспринимается собственной массой усиливаемых зданий и сооружений.

1.5. Сущность усиления фундаментов зданий заключается в подведении под них многосекционных свай, на которые сразу после подведения передается частичная или полная нагрузка от существующего здания или сооружения. Дефицит несущей способности основания или свай из условия сопротивления по грунту, целесообразность использования многосекционных свай и техническое решение усиления существующего фундамента определяются проектной организацией.

1.6. Усиление существующих фундаментов многосекционными сваями, а также устройство новых фундаментов из многосекционных свай при возведении промежуточных стен и опор в стесненных условиях реконструируемых зданий выполняются в плановом порядке и заключаются в подготовке фундаментов для восприятия будущих повышенных постоянных и временных нагрузок.

При необходимости предварительно ремонтируется тело существующего ленточного или столбчатого фундамента, т.е. ликвидируются трещины, сколы для восстановления первоначальной проектной монолитности.

1.7. Особенность усиления фундаментов аварийных зданий заключается в прекращении опасных осадок и кренов, появившихся в результате исчерпания несущей способности оснований и повлекших развитие трещин по всему зданию или его части, не допускающих дальнейшую эксплуатацию по условиям техники безопасности или эстетическим требованиям.

1.8. Многосекционная свая может быть висячей или сваей-стойкой в зависимости от грунтовых условий и особенностей усиливаемого фундамента. На сваю могут передаваться расчетные вертикальные вдавливающие и выдергивающие, а также горизонтальные статические и динамические нагрузки. Применение свай по грунтовым условиям не ограничивается, если секции свай вдавливаются с заданным усилием и обеспечивается требуемая несущая способность сваи.

1.9. Усиление фундаментов существующих зданий и сооружений многосекционными сваями отличается высокой надежностью и отсутствием динамических воздействий, что создает благоприятные условия для производства работ и обеспечивает полную сохранность близко расположенных зданий.

1.10. Несущая способность свай определяется статическим испытанием по ГОСТ 5686-78* с учетом требований раздела 4 настоящей Инструкции.

* На территории Российской Федерации действует ГОСТ 5686-94. Здесь и далее. - Примечание изготовителя базы данных.

1.11. Высокая надежность усиления фундаментов многосекционными сваями предопределяется возможностью контроля и обеспечения предельного усилия вдавливания каждой сваи.

1.12. Подрядная организация выполняет работы по усилению фундаментов в соответствии с проектом производства работ, разработанным ею на основе технической документации проектного института.

2. ОБСЛЕДОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ РЕКОНСТРУИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ

2.1. Обследование оснований и фундаментов является составной частью общей диагностики реконструируемых зданий на период обследования и проводится проектной организацией с участием представителей заказчика и изыскательской организации с целью установления постоянных и временных нагрузок на основания, расчетной схемы фундамента до и после реконструкции, технического состояния фундамента, прочностных и деформативных свойств грунтов основания, а также расположения подземных сооружений и коммуникаций в пределах пятна здания и на прилегающей территории.

2.2. Фактические и ожидаемые после реконструкции постоянные и временные нагрузки на фундаменты, их расчетные схемы устанавливаются проектной организацией после составления паспортной характеристики здания, отражающей типы конструктивных элементов до и после реконструкции, изменения нагрузок, их величины и направления.

2.3. Обследование оснований и фундаментов проводится в следующей последовательности:

ознакомление с материалами инженерно-геологических изысканий, выполненных на период строительства здания, а также для проектирования и строительства соседних и смежных зданий;

выявление режима эксплуатации здания с целью установления фактов, отрицательно действующих на основание (утечки из водонесущих коммуникаций, затопление подвалов, проливы щелочей, кислот, масел, нефтепродуктов, нарушение отмосток и замачивание пазух фундаментов поверхностными водами и т.п.);

визуальный осмотр здания, его фундамента, отмосток и установление причин деформаций наземных конструкций, появившихся в процессе эксплуатации здания;

осмотр подвалов зданий и косвенная оценка состояния горизонтальной и вертикальной гидроизоляции, выявление поврежденных участков стен подвала с внутренней и с наружной сторон;

дополнительные инженерно-геологические изыскания в соответствии с требованиями СНиП II-9-78 с учетом задания проектной организации и требований настоящей Инструкции;

составление акта обследования.

2.4. При отсутствии материалов инженерно-геологических изысканий, рабочих чертежей фундаментов и исполнительных документов по устройству оснований и фундаментов проектная организация воспроизводит конструктивную схему оснований и фундаментов путем закладки и осмотра шурфов снаружи и внутри здания в наиболее характерных местах. Эти же шурфы используются для оценки фактического состояния фундаментов, отбора проб грунтов нарушенной и ненарушенной структуры в соответствии с заданием на проведение дополнительных инженерно-геологических изысканий, выполняемых специализированной организацией.

2.5. Визуальным осмотром фундамента устанавливается внешнее его состояние и выявляются поврежденные участки, т.е. сколы, отслоения, трещины, выветрившиеся места, разрушенные участки как результат действия агрессивной среды и попеременного замораживания и оттаивания. Кроме того, намечаются места для проведения технической диагностики.

2.6. Техническая диагностика предназначена для оценки физического износа фундамента, необходимости ремонта и возможности передачи на него дополнительных нагрузок в период работ по усилению, а также дополнительных постоянных и временных нагрузок после реконструкции здания. Диагностика предусматривает определение прочности бетона с помощью молотков Физделя или Кашкарова, пистолета ЦНИИСКа. Общее техническое состояние фундамента определяется по табл.1.

Визуальная оценка состояния фундамента

Износ тела фунда-
мента, %

Рекомендуемые ремонтные мероприятия при реконструкции

Фундамент находится в хорошем состоянии, отсутствуют трещины, сколы, выкрашивания, пораженные участки, имеет нормальный внешний вид

Фундамент находится в удовлетворительном состоянии; имеются волосные трещины (до 2 мм) усадочного характера, частичные выкрашивания площадью не более 10% от боковой поверхности фундамента

Фундамент не требует ремонта, способен выдержать повышенные дополнительные временные, постоянные и монтажные нагрузки в соответствии со СНиП II-21-75*, II-22-81, II-23-81 с введением понижающего коэффициента 0,8 на прочностные показатели бетона

Фундамент имеет трещины (до 5-10 мм), выкрашивания площадью 10-20% от боковой поверхности, глубина пораженных участков составляет 5-7 см, раствор из швов легко выкрашивается

Фундамент требует ремонта пораженных участков, уплотнения трещин и стыков. Дополнительные нагрузки можно передавать после ремонта. В расчетах вводится понижающий коэффициент 0,8 на прочностные показатели бетона

Фундамент имеет трещины шириной более 10 мм, выкрашивания на значительной поверхности, глубина пораженных участков достигает 10-15 см, раствор из швов легко осыпается. Гидроизоляция полностью разрушилась

Фундамент требует капитального ремонта либо замены полностью. Любые дополнительные нагрузки можно передавать после восстановления или замены фундамента

* Заменены на СНиП 2.03.01-84. Здесь и далее. - Примечание изготовителя базы данных.

2.7. Объем дополнительных инженерно-геологических изысканий устанавливается в каждом конкретном случае проектной организацией совместно с изыскательской с учетом степени изученности площадки и материалов изысканий прошлых лет.

2.8. Отчет по дополнительным инженерно-геологическим изысканиям площадки, на которой расположено реконструируемое здание, должен содержать сведения, необходимые для разработки проектно-сметной документации на стадии рабочих чертежей. Кроме того, материалы изысканий должны отражать изменения в строительных свойствах грунтов в сопоставлении с материалами прошлых изысканий и прогноз влияния антропогенного фактора на свойства грунтов в период эксплуатации после реконструкции.

2.9. Обследование оснований и фундаментов завершается составлением акта, в котором излагаются краткая справка о состоянии здания и результаты работы, выполненной по пп.2.3; 2.5; 2.6. К акту прилагается план расположения стенных марок и реперов, по которым надлежит вести инструментальное наблюдение за поведением реконструируемого здания по мере роста нагрузок на основания и фундаменты.

3. ОБСЛЕДОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ АВАРИЙНЫХ ЗДАНИЙ

3.1. Методика обследования оснований и фундаментов в каждом конкретном случае индивидуальна, зависит от вида сооружения, конструкции, характера и масштаба аварии. Перечень вопросов, составляемый перед обследованием, отражает состояние здания до аварии, т.е. находилось ли оно в стадии строительства, вынужденного технологического перерыва или эксплуатации.

3.2. Обследование оснований и фундаментов выполняется специальной комиссией, в которую входят представители заказчика, генподрядчика, проектной и изыскательской организаций и других учреждений, компетентных в решении вопросов, касающихся аварийной ситуации, и в выработке рекомендаций по ее устранению (НИИ, КБ, строительные лаборатории и пр.). В необходимых случаях в состав комиссии включаются представители Госгортехнадзора СССР и профсоюзных органов.

3.3. Комиссия руководствуется общесоюзными* и ведомственными положениями** о порядке расследования причин аварий зданий и требованиями настоящей Инструкции.

* Положение о порядке расследования причин аварий (обрушений) зданий, сооружений, их частей и конструктивных элементов. Утв. Госстроем СССР от 23 мая 1973 г., N 77. - М.: Стройиздат, 1974, 17 с.

** Положение о порядке расследования причин аварий (обрушений) зданий, сооружений, их частей и конструктивных элементов в системе Минпромстроя СССР. РД 65.87-79, 19 с.

3.4. В распоряжение комиссии заказчик предоставляет следующие материалы:

отчет по инженерно-геологическим изысканиям;

исполнительную документацию по нулевому циклу, в т.ч. акты на земляные работы, осмотра рвов и котлованов, закладки фундаментов;

акт государственной комиссии по приемке здания в эксплуатацию;

справку, содержащую описание хода строительства или эксплуатации здания в доаварийный период, а также хода застройки прилегающей к аварийному зданию территории и режима эксплуатации соседних и смежных зданий.

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Нестеров Андрей Сергеевич, Тишков Евгений Викторович, Мельник Ольга Игоревна

Рассмотрены различные технологические схемы усиления фундаментов стен памятников архитектуры , вскрыты причины деформаций фундаментов , приведены возможные способы производства работ, подробно рассмотрено применение метода вдавливания свай .

Текст научной работы на тему «Усиление фундаментов стен памятников архитектуры с применением метода вдавливания»

зволяют прогнозировать эксплуатационные свойства и характеристики материала слоя отделки.

Изучение и определение пористости склеивающих цементных слоев может оказаться полезным при рассмотрении вопросов надежности бетонов и каменной кладки стен.

1. Горчаков Г. И., Михайловский В. П. О расчете трещиностойкости фактурного слоя панелей и блоков//Бетон и железобетон. - 1972.- №5.-С.26-27.

CRACKING AND POROSITY FINISHING LAYER WALL CONSTRUCTIONS

V. P. Mihaylovskiy

The conditions for the formation of cracks, analytical expressions for calculating the porosity of the material finish, pitch, length and width of cracks, which allows predict the performance characteristics of wall constructions.

УСИЛЕНИЕ ФУНДАМЕНТОВ СТЕН ПАМЯТНИКОВ АРХИТЕКТУРЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДА ВДАВЛИВАНИЯ

А. С. Нестеров, Е. В. Тишков, О. И. Мельник

Аннотация. Рассмотрены различные технологические схемы усиления фундаментов стен памятников архитектуры, вскрыты причины деформаций фундаментов, приведены возможные способы производства работ, подробно рассмотрено применение метода вдавливания свай.

Ключевые слова: памятник архитектуры, фундамент, усиление стен, армирование, материалы, вдавливание свай.

Одним из основных положений Концепции Федеральной целевой программы «Культура России» является сохранение объектов архитектурного, исторического и культурного наследия. Программой предусматривается проведение ремонтно-реставрационных работ, противоаварийной защиты, консервации объектов и других мероприятий. В рамках выполнения данных работ нередко приходится сталкиваться с проблемами усиления как надземных, так и подземных несущих конструкций.

Среди основных конструктивных особенностей зданий-памятников архитектуры можно отметить:

- кладка стен надземной части выполнена, как правило, из полнотелого кирпича на различных растворах;

- перекрытия в подобных зданиях предусматривались сводчатыми (каменными или железобетонными) ил деревянными;

- фундаменты и стены подземной части проектировались, в основном, из полнотелого кирпича или бута, реже использовались свайные фундаменты с деревянными сваями.

Относительно большие толщины стен, наличие кирпичных сводов и жестких дисков перекрытия обуславливает довольно большую жесткость надземной части зданий. В связи с этим в зданиях подобного типа при обеспечении надлежащей эксплуатации, основной причиной усиления фундаментов является естественное старение подземного конструктива, сопровождающееся изменением гидрогеологических условий. Как правило, наибольшему разрушению подвергается надземная кладка

в уровне цоколя и кладка ниже уровня планировки, подверженная периодическому замачиванию и воздействию циклов замерзания/оттаивания. Постепенное расслаивание кладки стен и фундаментов приводит к увеличению напряжений в конструкциях, негативным изменениям напряженно-деформированного состояния основания и ухудшению технического состояния здания вцелом.

На рис.1., 2. представлены примеры не-

удовлетворительного состояния фундаментов несущих стен и колонн памятника архитектуры в г. Тара, Омской области, зафиксированные при вскрытии шурфов. По результатам натурных исследований установлено, что фундаменты здания находятся в аварийном состоянии и требуют срочного усиления ввиду возможности обрушения конструкций.

Рис. 1. Конструкция фундаментов наружных несущих стен. Расслоение кладки фундамента по толщине, размораживание кирпича и раствора. Угловые части фундаментов стен обваливаются под собственным весом

При определении способа усиления фундаментов памятников архитектуры следует отдавать предпочтение таким, которые не искажают внешний облик памятника, имеют меньшую трудоемкость и наибольшую экономическую эффективность [1]. Весь комплекс по реконструкции подземной части здания, включая и усиление фундаментов, можно разбить на два основных этапа:

Первый этап - подготовительный, включает работы, связанные с обеспечением устойчивости реконструируемого здания и позволяющие безопасно производить работы внутри здания. На этом этапе выполняется временное укрепление несущих конструкций, фундаменты освобождаются от нагрузок путем передачи их на временные опоры или надежные конструкции здания.

Рис. 2. Конструкция фундаментов внутренних несущих колонн.

Кирпичный фундамент практически полностью разложился. За счет обрушения углов кладки фундамент заужен к подошве

Второй этап включает все строительно-монтажные работы по усилению, замене и устройству новых конструктивных элементов реконструируемого здания. В состав этих работ входит разборка полов, отрывка котлованов, разборка старых конструкций или их усиление, возведение новых конструкций, включающие опалубочные, арматурные и бетонные работы [2].

В настоящее время разработан различные способы усиления оснований фундаментов: инъецирование упрочняющих составов, применение монолитных железобетонных обойм, приливов, устройство дополнительных свайных фундаментов (из набивных, буроинъек-ционных, вдавливаемых и других видов свай). В практике усиления фундаментов памятников архитектуры все большее распространение получают способ усиления иньецирова-нием и способ усиления фундаментов с помощью стальных трубчатых свай, вдавливаемых домкратами.

Так способ вдавливания трубчатых свай был применен при реконструкции памятника архитектуры XVII в.- здания Потешного дворца в московском Кремле. Здание Потешного дворца имеет размер в плане 23X27 м; число этажей 3-6, высота здания 14-25 м и более, фундаменты ленточные, глубина заложения 6 м от отметки планировки. Конструкция фундамента включает в себя кладку из известня-

ка на известковом растворе, высотой 0,4-0,6 м, выше из тесанного камня с забутовкой средней части рваным камнем и кирпичом на известковом растворе. Давление на грунт по подошве фундамента составляло от 300 до 690 кПа (рис. 3). Очевидно, что неравномерность распределения давления по подошве фундамента не может не влиять на неравномерность деформации основания.

Рис. 3. Бутовый ленточный фундамент

1 - гидроизоляция; 2 - утепляющая отсыпка из

шлака или керамзита; 3 - уровень чистого пола; 4 - грунтовая или песчаная подушка при глубоком залегании несущего слоя; 5 - отмос-тка; 6 - уровень земли; 7 - грунтовая подсыпка; 8 - глинобитная подготовка

Здание Потешного дворца имеет основанием насыпные грунты, мощность насыпной толщи составляет от 8 до 15 м., причем на разной глубине имеются прослойки до 3 м, содержащие до 20 % включений гумуса. Скальное основание, представленное трещиноватыми известняками, залегает на глубине 26-27 м от поверхности грунта. Скорость осадки примерно 4 мм/год, приращение неравномерности осадки 0,1-0,3 мм. Анализ конструкций зданий конструкций здания, фундаментов и инженерно-геологических элементов основания позволяет сделать вывод, что основной причиной деформаций несущих конструкций здания является продолжающийся процесс уплотнения грунтов, отягчающийся процессом гниением биогенных включений.

Проектом предусматривалось устройство вдавливаемых свай непосредственно под фундаментами всех несущих стен. Для свай использовались стальные трубы, диаметром 351 мм, которые вдавливались посекционно в грунт. Головная секция имела закрытый нижний конец в виде острия, набранного из пластин конической формы. После погружения, внутренняя полость свай заполнялась бетоном.

При выполнении работ по реконструкции Потешного дворца в подвале вплотную к стене отрывали приямок, затем под подошвой фундамента устраивался шурф глубиной, позволяющей разместить в нем наддомкратную балку, гидравлический домкрат и секцию вдавливаемой сваи. Работы производились захватками, не более 2 м по длине стены. Но даже при такой незначительной площади ослабления основания фундаменты давали незначительное приращение осадки. В связи с этим производители работ приняли решение иньецировать в стены и существующие фундаменты сооружения известково-цементное молоко, а в ряде случаев выполнить косвенное армирование [1].

Вдавливание секций свай обычно осуществляется с помощью гидродомкратов с приводом от насосных станций высокого давления. Включение сваи в работу производится с помощью V-образного оголовка с гнездом, позволяющим разместить малогабаритный домкрат для обжатия сваи расчетным давлением (рис. 4).

Рис. 4. Процесс включения сваи в работу с помощью ^образного оголовка

Перед началом погружения наконечник сваи устанавливают в центре шурфа в приямок глубиной примерно 1 м., вдавливаемые сваи не должны ни сдвигаться в сторону, ни отклоняться от вертикального направления. При погружении свай с помощью копра свая перемещается по направляющим, которые не позволяют ей отклониться в сторону. Когда же свободно стоящая свая вдавливается домкратом такое отклонение весьма возможно.

В данном случае наиболее рациональным явилось применение специального наконечника, не требующего дополнительных направляющих [1].

Вдавливаемая свая представляла из себя металлическую трубу из свариваемых между собой обечаек. Продолжительность вдавливания зависела главным образом от того, сколько раз приходилось сваривать трубы между собой. Поэтому с целью уменьшения объема сварочных работ приходится применять более длинные обечайки. Применялись домкраты, имеющие ход поршня равный 170 мм и принудительный обратный ход грузоподъемностью 3100 кН при давлении 500 атм. При расположении домкрата поршнем вниз снятие домкрата после полного выхода поршня не требуется.

При производстве работ одновременно вдавливалось не более двух свай в разных

захватках. Причем каждая следующая свая вдавливалась рядом с предыдущей. Давление фиксировалось по манометру и применялось на последнем этапе из расчета в 1,25 раза выше приходящейся на сваю расчетной нагрузки. Такое решение принималось в расчете на то, что осадки здания при разработке грунта на захватке под следующую сваю не будут возрастать. Так как при проведении реконструкции, временные конструкции, разгружающие фундамент, такие как поперечные балки или подкосы не применялись. Надо отметить, что свод правил СП-110-2004 для вновь строящихся зданий рекомендует при вдавливании свай применять коэффициент надежности равным 1,2. Поэтому превышение расчетной нагрузки на сваю на 25 % не будет иметь решающего значения при определении осадки свайного фундамента реконструируемого здания.

Включение свай в работу осуществлялась в два этапа. Когда вдавливаемая свая получала необходимую нагрузку, ее закрепляли применяя метод предварительного напряжения. Специальной конструкцией из уголков голову сваи прижимали к наддомкратной балке и вторично давали свае полную нагрузку, компенсирую упругую составляющую полной деформации. После чего производили расклинивание головы сваи стальными пластинами заводя их в зазор между балкой и головой сваи, предупреждая тем самым упругий отказ сваи. После того домкрат снимался, полость сваи заполнялась бетонной смесью, затем заполнялся бетоном и весь шурф.

За рубежом широкое распространение получило вдавливание свай типа «Мега». Данные сваи многосекционные, состоят из отдельных коротких элементов (секций), как правило железобетонных, круглого или квадратного сечения. Секции свай последовательно стыкуют по мере вдавливания домкратом до той длины, при которой обеспечивается требуемое предельное сопротивление либо достигается контрольная величина фактического отказа сваи. Упорным элементом домкрата может служить подошва существующего фундамента, специальная упорная продольная железобетонная балка или инвентарное упорное устройство.

Секции свай выполняются с вертикальным сквозным каналом, диаметр которого составляет примерно одну треть от наружного поперечного размера или диаметра сваи. Канал

используется для проверки непрерывности ствола вдавливаемой сваи и ее вертикальности. После достижения требуемого предельного сопротивления сваи канал заполняется мелкозернистым бетоном, который образует монолитный сердечник, повышающий жесткость сваи «Мега» [3].

Стыкование круглых рядовых секций в процессе вдавливания осуществляется с помощью наружных или внутренних тонких стальных бандажей, обеспечивающих только соосность секций свай при погружении. Монолитный сердечник способствуют улучшению работы стыка свайных секций, играющего роль фиксатора. Первую секцию погружают с бетонным башмаком, высота которого равна диаметру сваи.

Проблема усиления подземной части зданий и сооружений практически всегда представляет собой сложную инженерно-техническую задачу, тем более в условиях плотной городской застройки. Особую технологическую сложность приобретают эти работы применительно к объектам культурно-исторического наследия. Разработке проекта усиления должны предшествовать изыскательские работы для выявления инженерно-геологических особенностей грунтов основания, а также комплексная оценка технического состояния конструктива здания. К этому необходимо прибавить ужесточение комплекса экологических и природоохранных требований.

В этом отношении система усиления фундаментов объектов обладающих исторической или культурной ценностью с применением свай, погружаемых методом вдавливания, выгодно отличается от других технологий. Одно из главных ее преимуществ заключается в том, что при разработке проекта усиления в достаточной степени достоверно можно определить несущую способность свай и спрогнозировать деформации фундаментов. Кроме того при вдавливании свай грунт в основании сооружения (в межсвайном пространстве) уплотняется, что приводит к увеличению его модуля деформации, а следовательно к снижению осадок сооружения. Другими бесспорными преимуществами погружения свай вдавливанием, являются: отсутствие динамических воздействий на грунт; контроль усилия нагружения каждой сваи; бесшумность и экологическая безопасность работ; возможность устройства свай без выемки грунта [4].

Вместе с тем, способ вдавливания свай имеет и недостатки, наиболее существенными из которых являются ограничения при выполнении работ в отдельных категориях грунтов, а также неопределенность относительно значения усилия, передаваемого на сваю перед включением ее в совместную работу с сооружением. По разным данным, усилие обжатия вдавливаемых свай домкратами на последней ступени должно в 1,5-2 раза превышать расчетную нагрузку, либо по завершении вдавливания следует выдерживать домкрат до условной стабилизации (осадка менее 0,1мм за 30 мин) [5].

Опыт работ по усилению фундаментов и оснований показывает перспективность применения вдавливания многосекционных свай для усиления фундаментов реконструируемых и аварийных зданий, а также для устройства новых фундаментов стен и оборудования в стесненных условиях. Анализ использования метода вдавливания на объектах обладающих архитектурной значимостью позволяет сделать следующие выводы:

1. Оборудование должно быть малогабаритным и приспособленным для работы в стесненных условиях.

2. При производстве работ динамическое воздействие на конструкции сооружения и грунт основания должно быть сведено к минимуму.

3. Технология производства работ по усилению фундаментов должна быть экологически безопасной и обеспечивать производство работ по возможности, без эвакуации живущих или работающих в здании людей.

4. Не этапе подготовительных работ необходимо произвести усиление поврежденных и дефектных конструкций надземной части для препятствия дальнейшему развитию дефектов.

5. Необходимо производить контроль усилия нагружения вдавливаемых свай для обеспечения предусмотренных проектом технических решений.

6. Включение свай в работу должно быть осуществлено сразу после окончания производства работ.

7. Необходимы дальнейшие исследования по совершенствованию способа вдавливания свай.

1. Гендель Э. М. Усиление стен памятников архитектуры /Э. М. Гендель, Б. О. Турецкий, В. Г. Яворский / Жилищное строительство №6. 1983. М.: Стройиздат, С. 26-28.

2. Штоль Т. М. Технология возведения подземной части зданий и сооружений /Т. М. Штоль, В. И. Теличенко, В. И. Феклин. - М.: Стройиздат, 1990. - 288 с.

3. Мулюков Э. И. Использование многосекционных свай под фундаменты реконструируемых и аварийных зданий и сооружений за рубежом / Промышленное и гражданское строительство.№12 1984. М., Строиздат. С. 39-42.

4. Конаш В. М. Современные технологии усиления оснований и фундаментов /Архитектура и строительство России №6. 2008. М.: Стройиздат, С. 36-39.

5. Коновалов П. А. Основания и фундаменты реконструируемых зданий.-4-е изд., перераб. и доп.-М.: ВНИИНТПИ, 2000. - 317с.

STRENGTHENING OF THE ARCHITECTURAL MONUMENTS WALLS BY MEANS OF THE PRESSING METHOD

O. J. Mellnic, E. V. Tishcof, А. S Nesterov

Foundation walls of memorial pleases reinforced with different technologies scheme and geo materials was tested. The strengthening of the building site wase observer. The main stream of foundation were pile pressing considered.

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Алексеев С. И., Колмогорова С. С.

В настоящее время проблема реконструкции исторических зданий является актуальной. Выбор метода усиления бутовых фундаментов должен назначаться специалистами-геотехниками на основе достоверных данных о состоянии тела фундамента. В статье рассматриваются новые методы диагностики бутового фундамента на основе комплексного обследования.

Текст научной работы на тему «Геотехническое обоснование усиления бутовых фундаментов исторических зданий»

Вестник ТГАСУ №3, 2007

ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ, ПОДЗЕМНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

С. И. АЛЕКСЕЕВ, докт. техн. наук, профессор,

С. С. КОЛМОГОРОВА, аспирантка,

ГЕОТЕХНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ УСИЛЕНИЯ БУТОВЫХ ФУНДАМЕНТОВ ИСТОРИЧЕСКИХ ЗДАНИЙ

При геотехническом обосновании исторических зданий существует ряд проблем, связанных с методикой и технологией диагностики состояния бутовых фундаментов. Точная диагностика деформаций бутовой кладки фундаментов и их количественная оценка необходимы при выборе путей усиления и поддержания сохранности исторических зданий.

Традиционным методом диагностики состояния фундаментов и оснований в подошве их, как известно, являются горные выработки (шурфы), откопанные возле наружных и внутренних несущих стен. Однако обследование фундаментов из шурфов не позволяет получить полную информацию и оценить общее состояние конструкций бутовых фундаментов исторических зданий.

Современные исследования и новые технологии породили новые методы диагностики состояния бутового фундамента. Сотрудниками кафедры оснований и фундаментов (ПГУПС) под научным руководством профессора С.И. Алексеева состояние бутовых фундаментов исторических зданий оценивается по результатам комплексного обследования. Оно включает в себя, помимо традиционных методов, геофизические исследования на основе сейсмоакусти-ческих полей вынужденных колебаний, контрольное бурение шпуров в теле фундамента с визуальной оценкой внутреннего состояния фундамента телекамерой [1, 2], нагнетание раствора в полость шпуров.

Комплексное обследование дает более точные данные о состоянии бутовой кладки и позволяет более эффективно и рационально подойти к решению вопроса проектного усиления фундамента.

В качестве примера рассмотрим геотехническое обоснование реконструкции исторического здания в Санкт-Петербурге, расположенного по ул. Можайская, д. 38, где были использованы традиционные и нетрадиционные методы диагностики состояния бутового фундамента, что дало возможность дать количественную оценку достоверности каждого метода. В качестве критерия оценки достоверности принималось количество пустотности в бутовой кладке, которое в полном объеме выявлялось количеством расходуемого материала при заполнении тела фундаментов цементацией.

На начальном этапе обследования были собраны все архивные материалы по зданию и инженерно-геологическим условиям площадки.

Обследуемое здание размером в плане 30x34 м представляет собой 4-этажную кирпичную постройку с подвалом.

Площадка характеризуется неблагоприятными для строительства на естественном основании условиями. Напластование грунтов представлено насыпным слоем мощностью 2,6 м, озерно-морскими пылеватыми песками средней плотности мощностью 1,5-3,5 м с линзами сильно сжимаемой супеси с примесью растительных остатков, озерно-ледниковыми ленточными глинами и суглинками скрыто текучей и мягкопластичной консистенцией мощностью 5-6 м, ледниковыми тугопластичными мореными суглинками на глубине 10-13 м. Грунтовые воды вскрыты на глубине порядка 2 м от поверхности.

На начальном этапе обследования были откопаны и освидетельствованы 14 шурфов внутри здания в полный профиль с подсечкой подошвы фундаментов, зондированием грунтов основания и отбором образцов несущего слоя грунта. Было выявлено, что фундаменты - на естественном основании, ленточные, бутовые, из рваного плитчатого известняка на известковом растворе. Ширина подошвы фундаментов 1,0 м, глубина заложения 2,1 м от дневной поверхности грунта (0,7 м от поверхности пола подвала). Несущим слоем основания фундаментов служит песок пылеватый, средней плотности (сопротивление динамическому зондированию Q = 3,0-3,5 МПа), насыщенный водой, с достаточной несущей способностью. Состояние бутовой кладки тела фундамента оценивалось как удовлетворительное (трещин и пустот в местах копки шурфов выявлено не было). Таким образом, обследование с помощью шурфов показало достаточно удовлетворительное состояние подземной части здания, однако результаты геодезического мониторинга, а также процесс образования и раскрытия трещин в надземных конструкциях указывал обратное. В связи с этим возникла необходимость комплексного обследования состояния бутовых фундаментов.

Ниже приводится анализ результатов оценки состояния тела бутового фундамента по несущей продольной стене (ось 10) на основании комплексного обследования.

На первом этапе комплексного обследования для получения общей картины состояния фундаментов и выявления ослабленных зон фундаментов был использован геофизический метод на основе сейсмоакустических полей вынужденных колебаний, который позволяет оценить состояние тела бутового фундамента по совокупности признаков: скорости звука, энергии сигнала, интерференции спектра и амплитуды отраженных волн [2].

По каждой акустической характеристике был выполнен анализ результатов с выявлением ослабленных участков. Предварительное состояние фундаментов оценивалось по совокупности всех акустических характеристик, на основании которых были выделены две ослабленные зоны с относительно большим количеством дефектов между осями В-Е и осями И-Л (рис. 1, а). Геодезический мониторинг по оси 10 показал неравномерные осадки только между осями Б-И, где максимальные деформации составили 4 мм (рис. 1, в).

Схема расположение исследовательских шпуров с оценкой пустотности по результатам видеосъемки

4% -1 000 7% 11% 4% 11% 12% 6%

Схема расположение опытных шпуров с расходом цементного раствора и оценкой пустотности

Цементация контактной зоны

Рис. 1. Фундамент по оси 10 между осями А-М:

а - схема расположения исследовательских шпуров с выделенными ослабленными зонами по результатам геофизических исследований и с оценкой пустотности по результатам видеосъемки; б - схема расположения опытных шпуров с расходом цементного раствора и оценкой пустотности; в - схема эпюры осадок и оценка пустотности тела фундамента по результатам закачки (общая пустотность 8,9 %)

На следующем этапе были выполнены исследования бурением шпуров колонковым способом небольшого диаметра (60 мм) через тело фундамента до подошвы.

По оси 10 было выполнено 7 шпуров через тело фундамента с динамическим зондированием грунтов несущего слоя основания и отбором образцов тела фундамента (известняка и раствора) и грунта основания. Шпуры выполняли с поверхности грунта через тело наружных фундаментов. Для подтверждения результатов геофизического метода были выполнены четыре шпура (№ 2, № 3, № 5, № 6) в ослабленных зонах, три шпура (№ 1, № 4, № 7) - в относительно хороших участках фундамента (рис. 1, а).

При бурении шпуров в ослабленных зонах были выявлены значительные дефекты, очень часто встречались трещины, провалы (каверны), колотая мелочь бутового камня. Это достаточно хорошо было видно по скорости проходки штанги бурового снаряда, выходу кернов при бурении, прочности известняка, раствора и выполненной видеосъемке внутренней полости шпуров.

Увеличение скорости проходки штанги бурового снаряда указывает на наличие дефектов в теле бутового фундамента. На рис. 2 приведены графики средних значений скорости бурового снаряда в ослабленных зонах и в относительно хороших участках. Максимальное значение скорости в ослабленной зоне (шпуры № 2, № 3, № 5, № 6) достигает до 3,5 см/мин, минимальное -1,8 см/мин, в относительно хороших участках (шпуры № 1, № 4, № 7) соответственно 2,8 и 2,2 см/мин.

Рис. 2. Графики скорости проходки бурового снаряда шпуров

Образцы материала тела фундамента (известняка и раствора), отобранные при бурении шпуров, испытывались на одноосное сжатие в водонасыщенном состоянии. Вид кернов из одного шпура резко отличаются в зависимости от места отбора их по глубине. При этом образцы известняка не всегда имеют достаточные размеры для проведения испытаний на одноосное сжатие.

В связи с этим прочность известняка на одноосное сжатие определялось косвенным методом - по результатам раскалывания образцов произвольной формы сферическими инденторами в соответствии с ГОСТ 24941-81. Прочность известняка составила 17-36 МПа (рис. 3).

Прочность известия» .! н.1 одноосное сжатие, МПа

О 5 10 15 20 25 30 35 40

И Прочность известняка (шпуры 1.4.7)

И Прочность известняка (шпуры 2.3.5.6 -ослабленная зона)

Рис. 3. Прочность известняка по глубине фундамента

Прочность раствора определялась в соответствии с ГОСТ 5802-86 путем раздавливания образцов-кубиков с ребром 20-35 мм, изготовленных из пластин раствора и склеенных тонким гипсовым раствором в кубики (по 2-3 пластины). Прочность раствора составила 0,1-0,4 МПа.

Расчетное сопротивление сжатию бутовой кладки фундамента при полученной прочности известняка и раствора, по формуле Л.И. Онищика [4], составило всего 150-320 кПа.

Обследование и телесъемка стенок шпуров мини-телекамерой потвердило наличие в кладке многочисленных полостей и горизонтальных щелей, образовавшихся в результате выщелачивания кладочных швов. Выполненная

съемка внутренней полости шпура мини-телекамерой позволила получить наглядную картину состояния камней, наличие раствора, величину швов, расположенных внутри кладки, и дать качественную оценку состояния всей конструкции. По результатам видеосъемки выполнен анализ пустотности шпуров (см. рис. 1, а). Наибольшие значения пустотности наблюдаются в ослабленных зонах, полученных геофизическими исследованиями.

Результаты видеосъемки наиболее характерного шпура представлены на рис. 4, где приведены фрагменты пустот в теле фундамента по глубине. На представленных снимках хорошо видно, что в бутовой кладке имеется большое количество пустот, не заполненных раствором, а также есть места, в которых практически полностью отсутствует связующий материал и бутовый камень передает нагрузку в отдельных точках, что создает условия для его разрушения.

Полость толщиной 50 мм

Рис. 4. Схема шпура № 6 с фрагментами видеосъёмки наиболее характерных полостей в теле фундамента (пустотность составила 12 %)

На основании результатов комплексного обследования было предложено цементационное усиление тела фундамента. Выполненные опытные шпуры с нагнетанием раствора перед усилением позволили дать оценку пустотности состояния тела фундамента по расходу фактического материала (см. рис. 1, б) и сопоставить уже полученные данные.

Следует отметить, что проведенные геофизические исследования уже в первом приближении позволяют дифференцированно подойти к решению вопроса проектного усиления обследуемых конструкций. В выделенных проблемных зонах шаг шпуров-инъекторов для цементации тела фундаментов и расход цемента будут не такими, как в остальной части фундаментных конструкций. Решение данных вопросов имеет большое практическое значение и требует дальнейших исследований.

Для количественной оценки пустотности тела фундамента был выполнен анализ фактического расхода материала при закачках цементного раствора в кладку через шпуры, который позволил оценить состояние фундаментов с достаточной степенью достоверности (таблица).

На рис. 1, в показаны диаграммы расхода цементного раствора при опытных закачках в тело фундаментов и в грунт контактной зоны «фундамент-основание». Из диаграммы расхода цементного раствора при цементации тела фундаментов видно, что поглощение цементного раствора - в среднем 50 кг на 1 пог. м скважины, на отдельных участках - 120 кг и более, при этом общая пустотность составила 8,9 %.

Методы оценки пустотности тела фундамента Пустотность, % Достоверность, %

Мини-телекамера 7,9 89

Опытные закачки 5,5 62

Цементация тела фундамента 8,9 100

Диаграмма расхода цементного раствора при закачке в контактную зону «фундамент-основание» показывает, что поглощение цементного раствора составляет в среднем 20 кг на 1 пог. м скважины и только на отдельных небольших участках - 40 кг на 1 пог. м Последнее указывает, что на отдельных участках в пределах контактной зоны «фундамент-основание» несущий слой основания ослаблен, но незначительно.

Традиционное «точечное» шурфование при обследовании фундаментов зданий фактически не дает полной объемной картины по состоянию тела фундаментов и грунтов их основания. Необходимо использовать более информационные методы диагностики, например геофизические обследования, бурение шпуров небольшого диаметра в теле фундаментов с внедрением в несущий слой, с визуальной оценкой внутреннего состояния фундамента мини-телекамерой.

1. Алексеев, С.И. Геотехническое обоснование мансардных надстроек и углублений подвалов существующих зданий / С.И. Алексеев // Реконструкция городов и геотехническое строительство. - СПб., 2005. - 57 с.

Вестник ТГАСУ №3, 2007

2. Алексеев, С.И. Геофизические методы исследования состояния сплошности бутовых фундаментов / С.И. Алексеев, С.С. Колмогорова, В.Ю. Гарин // Основания и фундаменты: теория и практика. - СПб., 2004. - 53 с.

3. Алексеев, С.И. Обследование состояния бутовых фундаментов исторических зданий г. Санкт-Петербурга мини-телекамерой / С.И. Алексеев, С.С. Колмогорова // Теоретические и практические проблемы геотехники: межвузовский тематический сборник трудов - СПбГАСУ. - СПб., 2005. - С. 25-30.

4. СНиП II-22-81 Каменные и армокаменные конструкции.

S.I. ALEKSEEV, S.S. KOLMOGOROVA

GEOTECHNICAL SUBSTANTIATION OF TRENGTHENING OF FOUNDATIONS OF HISTORICAL BULDINGS

The reconstruction of historical buldings has become exceedingly acute at the present time. Engineer taking into account the reliable survey of masonry condition must determine the certain strengthening of foundations masonry of historical buildings.

С.И. АЛЕКСЕЕВ, докт. техн. наук, профессор,

В. С. КАМАЕВ, аспирант,

УЧЕТ ЖЕСТКОСТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЗДАНИЙ ПРИ РАСЧЕТАХ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ

В статье приведены основные результаты исследования влияния жесткости надземных конструкций на характер деформаций основания и на усилия в конструкциях. Проанализированы результаты выполненных стендовых испытаний балок различной жесткости на грунтовом основании и произведено их сравнение с результатами численного моделирования. Рассмотрены результаты численного моделирования фундаментных плит различной жесткости. Предложен метод вычисления гибкости здания.

В нормативных документах содержатся требования к определению нагрузок и воздействий на фундаменты, а также деформаций оснований из условия совместной работы сооружения и основания (пп. 2.5, 2.37 [1]). Основная цель этих требований - определение фактических нагрузок на основание и его деформаций, а также усилий в элементах надземных конструкций с учетом жесткости этих конструкций и жесткости основания, для чего требуется выполнить совместный расчет здания с основанием.

Совместные расчеты конструкций с грунтом стали выполняться в 1-й половине ХХ века для балок и плит на упругом основании. Расчеты выполнялись двумя способами:

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Алтайская Екатерина Вячеславовна

Рассмотрены особенности возведения деревянных фундаментов в исторической застройке СанктПетербурга. Акцентировано внимание на строении древесины и влиянии её на долговечность конструкций. Выявлены способы усиления фундаментов на примере зданий костела Святой Екатерины и церкви Святой Марии.

WOODEN FOUNDATIONS OF HISTORICAL BUILDING ON THE EXAMPLE OF ST. PETERSBURG

The features of the construction of wooden foundations in the historical buildings of St. Petersburg are considered. Attention is focused on the structure of wood and its influence on the durability of structures. The ways of strengthening the foundations are revealed by the example of the buildings of the Church of St. Catherine and the Church of St. Mary.

Текст научной работы на тему «Деревянные фундаменты исторической застройки на примере Санкт-Петербурга»

Алтайская Екатерина Вячеславовна

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

DOI: 10.24411/2520-6990-2019-10757 ДЕРЕВЯННЫЕ ФУНДАМЕНТЫ ИСТОРИЧЕСКОЙ ЗАСТРОЙКИ НА ПРИМЕРЕ САНКТ-

Altaiskaia Ekaterina Vyacheslavovna

Student Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering,

WOODEN FOUNDATIONS OF HISTORICAL BUILDING ON THE EXAMPLE OF ST.

Рассмотрены особенности возведения деревянных фундаментов в исторической застройке Санкт-Петербурга. Акцентировано внимание на строении древесины и влиянии её на долговечность конструкций. Выявлены способы усиления фундаментов на примере зданий костела Святой Екатерины и церкви Святой Марии.

Ключевые слова: деревянные сваи, копер, лежни, заболонь, буроинъекционные сваи.

Keywords: wooden piles, coper machine, sill, sapwood, buro injection piles.

Пожалуй, самой важной частью любого здания или сооружения является его остов. Без надежного фундамента не имеет значения вся остальная надземная часть здания, т.к. именно фундамент определяет его прочность, устойчивость и долговечность. На фундамент передаются все нагрузки, которые затем равномерно распределяются по грунту.

В качестве материалов, которые могут быть использованы для фундаментного строения выступают: бетон, камень, сталь и дерево. Виды и способы возведения фундаментов на сегодняшний день многообразны, но ещё двести лет назад всё многообразие сводилось только к каменным и деревянным конструкциям. И многие постройки Петербурга непоколебимо стоят на своих деревянных основаниях.

Обратимся же к прошлому и посмотрим, как создавались такие долговечные конструкции. Как уже сказано было выше, для большей части старой застройки основанием фундаментов служили деревянные сваи и лежни. Вот как описывают сваю и технологию её устройства в позапрошлом столетии - машиной для забивки свай служил копер, состоящий из двух стоек высотой от 3 до 4 сажень (6-8 м); укреплением служила раскосина в треугольной раме, служащая основанием копра; между верхними концами стоек вставлялся шкив, через который проходил канат, к одному концу, которого прикреплялась баба. Бабой же называли кусок железа, имеющий вид параллелепипеда весом от 25 до 35 пудов (400-600 кг), которой соб-

ственно и забивали сваи. Сама свая имела трёхгранный заостренный нижний конец, который для прочности обжигался или оковывался железным наконечником; на верхний конец наколачивалось железное кольцо, служащее для предохранения от разбивания, что могло бы случиться от частых ударов бабой. Лежни же имели вид горизонтальных брёвен, уложенных под бутовыми камнями.

Чтобы понять особенности работы и сохранения таких фундаментов рассмотрим строение древесины. Ствол дерева можно условно разбить на три элемента, где первым элементом является кора, в ней содержатся три слоя; самый верхний слой - кожица, за ней защищающая от механических повреждений пробка и последний живой слой луба, по которому происходит передвижение питательных веществ. За этими слоями кроется второй элемент - тонкий слой камбия, который состоит из живых клеток способных к размножению древесины, именно они приводят к росту дерева. Последним элементом является древесина и сердцевина.

уровня подземных вод, также играет роль наличие химически активных добавок в грунтовых водах, изменчивость напластования и характеристик грунта, расструктуирование грунтов основания в следствие воздействия техногенных процессов таких как прокладка инженерных сетей, выработка метро.

Существует несколько способов усиления фундаментов. Это могут быть - замена сгнивших участков свай железобетонными костылями, мероприятия по стабилизации уровня грунтовых вод, консервация деревянных элементов за счёт инъекционного укрепления тела старого фундамента, а также новые способы с устройством буроинъекци-онных (корневидных) свай. Такие сваи могут выполняться наклонным бурением либо около тела фундамента, либо через него. Их устройство позволяет снизить нагрузки, передавая часть их на новые сваи.

Рис.2 Строение древесины

Существуют деревья, у которых центральная часть ствола имеет более темную окраску, там древесина более плотная и прочная, эта часть называется ядром. Другая менее темная часть -заболонь. Бывают деревья, у которых отсутствует ядро, так называемые заболоневые породы: берёза, ольха, липа.

Основные породы, применяемые для свай -дуб, лиственница или хвойные породы- ель и сосна. Такие породы обычно имеют толстый слой заболони, а значит и низкую биостойкость. Однако древесина, полностью погруженная в воду, не гниёт, поэтому биостойкость требуется только для выступающей над уровнем воды части сваи.

Современная тенденция понижения уровня подземных вод ведёт к гниению деревянных свай и лежней. Это происходит за счёт попадания оголовков свай в зону аэрации. А как известно, чтобы запустить процесс гниения необходимо совместное действие кислорода и воды. Процесс разрушения начинается с отмирания живых заболонных клеток. В следствие окислительных процессов древесина темнеет, а затем в ней появляются грибы, которые окончательно и скоротечно губят древесину. Правильно установленная степень развития гнилостных процессов позволяет выявить специальные меры по защите древесины от гниения или рационально выбрать необходимый способ усиления конструкции. Конечно причинами деформирования фундаментов являются не только гниение лежней и голов свай при понижении

Рис. 3 Усиление старого фундамента со сгнившей верхней частью деревянных свай наклонными бу-роинъекционными сваями

Р.А. Мангушев, доктор технических наук и профессор кафедры геотехники Санкт-Петербургского государственного архитектурно -строительного университета в своей монографии, посвященной рассмотрению устройства и реконструкции оснований на слабых и структурно - неустойчивых грунтах приводит примеры обследованных исторических зданий Санкт-Петербурга. Рассмотрим некоторые из них.

Одной из самых масштабных построек по количеству забитых свай можно считать Исаакиев-ский собор, в основании которого было использовано около 24 тыс. деревянных свай, достигавших длинной до 10 м.; забивались они до отказа бабой в 70 пудов (1150 кг) весом, десятью копрами непрерывно на протяжении года. На поле свай опирается плита из гранитных блоков общей толщиной 7,5 м., заглубленная на 5 метров ниже дневной поверхности. За более чем 150 лет средняя осадка превысила 1 м. но ввиду большой

жесткости серьезных деформаций у сооружения не произошло.

Рис.4 Схематический разрез фундамента Исаакиевского собора

Отличным примером использования буроинъекционных свай можно считать Костел Святой Екатерины, в следствие гниения лежней развились неравномерные осадки здания. Для решения данной задачи был разработан проект усиления фундамента с устройством 1300 корневидных свай, что позволило предотвратить дополнительные осадки сооружения.

Рис.5 Схема усиления костела святой Екатерины

Интересным опытом с полной заменой сгнивших лежней на новый железобетонный фундамент являются работы, проводимые фирмой ООО «Геоизол» по зданию церкви Святой Марии, где удалось пересадить стены и колонны церкви на широкие бетонные подушки с большей глубиной заложения.

Рис. 6 Схема усиления фундаментов церкви Святой Марии:

1-углубление фундамента; 2-дренаж; 3-домкрат; 4-временный упор; 5-лежни.

Интересно также благополучное положение памятников Николаю I на Исаакиевской площади и Петру I у Инженерного замка. При анализе архивных данных было выявлено, что под памятниками устроены массивные ростверки, за счет этого под памятником Николая I головы свай располагаются на глубине свыше 4 м, ко всему прочему масса самих памятников достаточно высока, так что несмотря на понижение уровня подземных вод, у этих произведений искусства ещё есть довольно большой запас несущей способности.

Замечено также, что после забивки сваи, грунты вокруг неё имеют нарушенную структуру, возникает избыточное поровое давление, что приводит к отжатию влаги, а в последствии так называемое консолидационное упрочнение. В дальнейшем за счет тиксотропного упрочнения происходит увеличение значения несущей способности сваи во времени. Но несмотря на такие физико-механические особенности и столь долгую жизнь памятников архитектуры, изменчивость грунтов и внешнего воздействия может существенно изменить это положение. Для того чтобы спасти и сохранить старую застройку необходимо своевременное обследование состояния их подземной части и применение возможных мер по предотвращению от возможного разрушения. Наиболее передовыми технологиями в условиях уплотненной застройки являются инъекционные способы укрепления фундаментов. Такая технология позволяет работать полностью, исключая ручные земляные работы; т.к. бурение может производиться непосредственно через фундамент не

тронутыми остаются инженерные коммуникации, находящиеся около зданий; что ещё важно при работе с памятниками архитектуры — это сохранность внешнего вида конструкции. К основным недостаткам можно отнести малую несущую способность из-за небольшого диаметра и малую изученность работы тонких и длинных свай как элементов, армирующих толщу слабого грунта. Такие вопросы дают возможность к улучшению и развитию так хорошо зарекомендовавшей себя эффективной и надежной технологии усиления оснований зданий.

1. Способы сохранения памятников архитектуры и реконструируемых зданий на сваях и деревянных лежнях / В. М. Улицкий, А. И. Осокин; О-во "Знание" РСФСР. Ленингр. орг., Ленингр. дом науч.-техн. пропаганды. - Л. : [б. и.], 1990

2. Мангушев Р.А., Осокин А.И., Усманов Р.А. Устройство и реконструкция оснований и фундаментов на слабых и структурно -неустойчивых грунтах / Под ред. Р.А. Мангушева: Монография. - СПб. Издательство «Лань», 2018. -460с.: ил. - (Учебники для вузов. Специальная литература)

3. Плотничное искусство / Дементьев. - 2-е изд. - СПб. Изд. книгопродавца Д. Ф. Федорова, 1870

4. Справочное руководство по древесине: справочное издание / Лаб. лесн. продуктов США; пер. с анг. Я. П. Горелик, Т. В. Михайлова. - М.: Лесн. пром-сть, 1979

Читайте также: