Усиление фундамента зданий и сооружений

Для чего усиливают фундамент?

Причин для усиления фундамента дома много, но основные из них можно сгруппировать в следующие категории:

  • устранение ошибок: проектировщиков, руководителей работ, исполнителей отдельных операций;
  • значительное повышение уровня подземных вод в грунте вблизи здания;
  • желание увеличить жилую площадь дома профессиональными способами, например, строительством второго или третьего этажа;
  • идет быстрое разрушение существующего фундамента, например, за 3 – 5 лет;
  • другие причины.

Возможны ошибки в проекте:

  • не провели полного исследования грунтов на площадке или не учли все их особенности;
  • невысокая квалификация исполнителей проекта, отсутствие опыта таких работ;
  • результаты экономии при проектных работах,  проектные решения основаны на предельных значениях результатов расчетов или отсутствие запаса на разброс характеристик материалов и технологий.

Кроме того, подземные воды могут подняться до уровня основания здания из-за ошибок по осушению, строительства «ниже по течению» поперек подземных потоков длинных подземных сооружений или зданий, масштабных и продолжительных утечек из водопроводно-канализационных трубопроводов.

Может быть неожиданный рост семьи и желание достроить дом вверх.

Проблема может появиться при реконструкции старых зданий в тесной застройке города, с выкапыванием глубоких котлованов для новых домов возле старых.

Традиционные способы усиления фундаментов

Ошибки при возведении фундаментов старых зданий, погрешности в оценке свойств грунтов приводили к необходимости усиления как самих фундаментов, так и грунтов в их основании. Первые рекомендации по усилению фундаментов и восстановлению гидроизоляции, включая горизонтальную противокапиллярную, содержатся в Урочных положениях Рошефора (1889).

Все традиционные технологии усиления основания и фундаментов сводились, в основном, к увеличению площади опирания существующих фундаментов и, соответственно, уменьшению интенсивности давления на грунты основания. Параллельно разрабатывались технологические приемы, связанные с искусственным улучшением свойств грунтов в основании путем введения различных химических реагентов.

Характерные приемы усиления, предложенные в 50-х гг. текущего столетия (рис.6.1), вошли в последние нормали ЛенжилНИИпроекта.

Ремонт фундаментов, усиление оснований и фундаментов

Увеличение площади подошвы фундаментов достигалось преимущественно за счет создания железобетонных обойм либо банкетов (одно- и двухсторонних). В старое время для уширения фундаментов применяли прикладки, которые выполняли вперевязку с существующей кладкой (см.рис.6.1,а). Опирание прикладок осуществлялось на различном уровне.

Так, откопка старых фундаментов в Выборге, Новгороде, Пскове показала, что прикладки оставались в насыпном грунте и фактически не оказывали влияния на условия дальнейшей эксплуатации зданий. Они включались в работу лишь при больших деформациях после соответствующего уплотнения грунтов в основании уширенной части.

Рассмотрим традиционные варианты усиления фундаментов, связанные с увеличением площади подошвы, с позиций геотехники и технологичности применительно к слабым водонасыщенным грунтам.

Уширения подошвы фундамента без предварительной опрессовки малоэффективны. Как указывалось выше, они вступают в работу лишь при увеличении нагрузки, когда появляются дополнительные осадки. Это наглядно видно на рис.6.2. К сожалению, дополнительные осадки могут оказаться предельными для старого здания, требующего усиления.

Усиление оснований и фундаментов, как правило, производится в том случае, когда грунты перегружены, т.е. под краями фундаментов имеются развитые зоны пластических деформаций. При вскрытии таких фундаментов (даже локальных) до уровня подошвы может произойти выпор грунта в траншею или шурф (рис.6.3).

Основные приемы усилений оснований и фундаментов сводятся к следующему. Усиливаемый фундамент разбивают на отдельные захватки (участки) длиной 1,5 — 2,0 м. На этих участках отрывают вручную траншеи шириной 1,2 — 2,0 м до подошвы. После этого в фундамент забивают металлические штыри (либо погружают в заранее пробитые отверстия через 50 см в шахматном порядке).

Устанавливают опалубку и бетонируют уширение. После разработки траншеи бетонируют примыкающие к граням фундамента банкеты без омоноличивания их с кладкой существующих фундаментов. Затем в пробитые проемы устанавливают стальные балки, которые являются упорами для гидравлических домкратов. Эти домкраты обжимают грунты в основании устраиваемых уширений. После опрессовки домкраты извлекают и бетонируют банкет (см. рис. 6.1,г).

Инженером Н. И. Стробахиным предложен оригинальный метод опрессовки грунта основания под уширением. Он заключается в установке с двух сторон старого фундамента дополнительных железобетонных сборных блоков уширения. Нижнюю часть этих блоков стягивают анкерами из арматурной стали (рис.6.4); верхнюю — раздвигают клиньями либо домкратами.

Это дает возможность обжать неуплотненный грунт и включить его в работу под уширением. Оценивая достоинства самой идеи, отметим, что реализация предлагаемого приема связана с определенными сложностями, особенно в слабых грунтах. Вскрытие такого грунта до подошвы фундамента опасно по причинам, указанным выше (см. рис.6.3). Зона уплотнения может оказаться незначительной по сравнению с зонами расструктуривания грунта.

Как показали наблюдения, значительная часть нагрузки будет передаваться через подошву старого фундамента. Это можно считать допустимым, так как уширения улучшают в целом условия передачи нагрузки, исключая выпор из-под подошвы. Однако выпор может произойти в процессе производства работ. Само появление возможного выпора должно прогнозироваться расчетом.

Таким образом, даже при простейшем традиционном методе усиления проблемы технологии и геотехники тесно переплетаются.

Усиление фундамента зданий и сооружений

Все рассмотренные технологические приемы усиления сложны и дорогостоящи, а главное, выполняются преимущественно вручную. Кроме того, в местах, где горизонт подземных вод достаточно высок, стоимость работ резко возрастает в связи с необходимостью откачки воды из траншей. Откачка должна вестись с таким условием, чтобы исключить нарушение естественного сложения грунтов в основании фундаментов реконструируемого здания. В противном случае работы по усилению только усугубят состояние здания в целом.

Весьма опасна для ветхих фундаментов заделка металлических штырей в тело фундамента. Автор этой главы был свидетелем, когда при усилении фундаментов больничного корпуса на Земледельческой ул. в Петербурге в процессе заделки штырей (1984) был разрушен вскрытый на большом участке фундамент, что привело к разборке 2-этажного капитального здания (вместо планируемой надстройки).

По целому ряду причин полностью неприемлем в условиях слабых грунтов рекомендуемый в литературе способ подведения новых фундаментов с увеличением глубины заложения подошвы. Такие способы нетехнологичны и могут быть реализованы лишь в достаточно прочных грунтах при низком горизонте подземных вод, где, как правило, не требуется усиление фундаментов.

В мировой практике существует богатый арсенал различных химических реагентов, способных закрепить грунт основания на достаточно длительный период. К достоинствам химических способов относятся: высокая степень механизации всех операций; возможность упрочнения грунтов до заданных проектом параметров в их естественном залегании;

Нами в начале 60-х гг. для улучшения свойств грунтов основания широко использовался кубовый остаток — отход производства кремнийорганических соединений (этилсиликат натрия). Были укреплены грунты в основании фундаментов здания тяговой подстанции трамвая в г. Усолье-Сибирское Иркутской области. Деформации этого относительно легкого здания произошли из-за неравномерных поднятий силами морозного пучения и соответствующих просадок при оттаивании расструктуренного грунта.

Химическое закрепление грунтов позволяет успешно решать многие задачи реконструкции при достаточно сложных инженерно-геологических условиях. Приведем характерный пример из практики в Петербурге. В 1959 — 60 гг. для предотвращения аварийных осадок стен сценической части здания Мариинского театра было выполнено химическое закрепление грунтов в основании ленточных фундаментов.

Закреплению подлежал песок пылеватый с коэффициентом фильтрации 0,5 — 1,5 м/сут и пористостью n = 0,44. Толща песков составляла 3 — 4,5 м ниже подошвы фундамента. Закрепление производили по традиционной схеме с использованием карбамидной смолы плотностью 1,076 — 1,08 г/см3 и 3% -го раствора соляной кислоты.

Вначале нагнетали раствор соляной кислоты (400 л), затем — 50 л воды и после этого — раствор смолы (400 л). Нагнетание осуществлялось плунжерными насосами ПСБ-4 и НР-3 при давлении 0,3 МПа. Объем одной заходки, приходящейся на 1 инъектор, составил 0,6 — 0,7м3.

В последние годы появились работы о возможности создания нетоксичных либо слаботоксичных составов для закрепления грунта с использованием карбамидных смол. Указывается, что при соблюдении предлагаемых технологически сложных приемов можно снизить канцерогенность этих смол. В связи с усиленным вниманием к охране окружающей среды необходимо более строго подходить ко всем рекомендуемым «универсальным» химическим реагентам.

Так, несомненно вредное воздействие на окружающий незакрепленный грунт и подземные грунтовые воды широко рекомендуемых кислот и щелочей высокой концентрации. Специальными исследованиями В. Е. Соколовича во ВНИИОСПе была выявлена токсичность и экологическая несостоятельность целого ряда реагентов, рекламируемых для закрепления грунтов в условиях реконструкции, в частности, акриловых, фенольно-формальдегидных, фурановых, хромлигниновых и карбамидных смол с несвязным формальдегидом.

В рекомендациях по укреплению водонасыщенных слабых грунтов защелачиванием (Уфа, НИИпромстрой) предлагается нагнетать под давлением в слабые пылевато-глинистые грунты концентрированные растворы каустика. Предполагается, что под воздействием высококонцентрированного каустика произойдет частичное поверхностное растворение глинистых минералов с образованием щелочных алюмосиликатных гелей, способных надежно закреплять слабые грунты.

Расчет указывает на чрезмерное количество опасного реагента на 1 м3 закрепляемого глинистого грунта (от 100 до 160 кг). Под небольшое общежитие в Нижнем Новгороде необходимо закачать 300 т каустической соды. Учитывая высокий уровень грунтовых вод, помимо всего прочего, можно ожидать подщелачивания вод. Сам автор Ф. Е.

Представляется обоснованным отказ многих специалистов от использования большей части химических реагентов, за исключением традиционно применяемых силикатов (одно- и двухрастворная силикатизация).

Усиление своими руками ленточного фундамента

Проблемы с фундаментом проявляются в появлении трещин в цоколе или даже в стенах дома. За трещинами ведут наблюдение, установив поперек них бумажные или гипсовые маячки. Случаи их расширения являются сигналами необходимости ремонта основы дома.

Способов усиления ленточного фундамента несколько:

  1. Можно усиливать фундамент с одной или двух сторон по боковой поверхности. Нижняя часть усиления должна быть на уровне подошвы фундамента, верхняя – под цоколем или даже под несущей стеной дома.

    При усилении фундамента частного дома обязательна смоченная и утрамбованная песчаная или гравийно-песчаная подушка под новой частью, толщиной не менее 200 – 250 мм.

    В стене с шагом, заложенным в проекте реконструкции, сверлят горизонтальные отверстия – шпуры под отрезки арматурных стержней, передающих усилия с основной части основания на его уширения. Стержни забивают в хорошо смоченные отверстия, после введения в них жидкого цементного раствора. При необходимости стержни связывают арматурной сеткой.

  2. Уширение под опорой стены и/или в ее нижней части.

    Тут усиление нужно делать узкими захватками, подкапываясь под подошву. Но проще укрепить грунт под подошвой устройством буроинъекционных скважин и закачать полимерно-цементный или цементно-песчаный раствор, или даже жидкое стекло.

    В остальном процедура, как и при обычном уширении.

  3. Усиление фундамента железобетонной рубашкой.

    Если дополнительная нагрузка и толщина уширения будет большой, то имеет смысл усиление фундамента железобетонной рубашкой или обоймой. Для этого на горизонтальные стержни арматуры, проходящие через фундамент, вяжут конструкцию арматурного каркаса в виде сетки из вертикальных и горизонтальных прутьев, устанавливают опалубку и бетонируют. Обязательно обеспечить для арматуры защитный слой бетона в 30 – 50 мм.

    В зоне углов или переломов плоскостности стены продольное армирование нужно проводить по установленным правилам армирования. Главное – не делать стыков и перекрещиваний на самом переломе.

    Перед обратной засыпкой не забудьте гидроизолировать новую часть.

Современные технологии усиления оснований и фундаментов

В мировой и отечественной практике в последние 40 лет широко применяются новые технологии, основанные в том числе на традиционных способах усиления оснований и фундаментов. Разрабатываются и принципиально новые технологии, в основу которых положена высокая степень механизации работ. При этом до минимума сводятся ручные операции.

Усиление фундамента зданий и сооружений

В каждом конкретном случае могут быть подобраны технологические приемы в зависимости от определяющих факторов, в том числе от цели реконструкционных работ (спасение аварийно-деформированного здания, увеличение нагрузки на фундамент, возведение нового здания рядом со старым, прокладка глубоких инженерных сетей и строительство метро в условиях городской застройки). Здесь важными факторами являются: конструктивные особенности здания, состояние грунтов в основании, гидрогеологические характеристики площадки.

Проанализированные выше традиционные технологии, связанные с уширением подошвы фундаментов, на современном этапе могут быть трансформированы следующим образом. На уровне подвала устанавливают железобетонную плиту 2 (рис.6.6), закрепленную в теле фундамента. Чтобы плита надежно включалась в работу, под нее можно инъецировать цементный раствор для опрессовки верхних слоев грунта.

Если несущей способности такой плиты недостаточно, в ней можно оставить отверстия и в них вдавить стыкованные многосекционные сваи 8 (см. рис.6.6,б). Описанная идея была реализована нами в 1980 г. при усилении фундаментов печатного цеха в связи с установкой офсетной машины «Планета» на Петербургской фабрике «Детская книга».

Плита возводилась внутри здания дореволюционной постройки с минимальной глубиной заложения. Это исключало большой объем земляных работ в стесненных условиях действующего производства. Наблюдения показали, что, несмотря на увеличение нагрузки и изменение вибрационного режима при работе новой машины, дополнительные осадки не проявлялись.

В ряде случаев опорную площадь фундаментов можно увеличить за счет сборных плит, устраиваемых в подвалах здания (рис.6.7,а). При этом нагрузки на плиты передаются через нажимные рамные конструкции, упирающиеся в монолитное перекрытие. Недостатком технологии является многодельность работ в стесненных условиях подвалов.

К тому же, как правило, кладка над обрезом фундамента бывает расструктуренной из-за постоянного увлажнения, связанного с поднятием культурного слоя. Такие мероприятия должны проводиться в комплексе с усилением опорной части кладки стены. Достоинством технологии является отсутствие необходимости вскрытия грунтов в основании фундаментов.

— ребристые плиты с анкерами в уровне отмостки подвержены воздействию нормальных сил морозного пучения, которые в условиях сурового климата могут достигать значительных величин;

— при поднятии консолей разрушается кладка, а легкие здания могут получить неравномерные поднятия зимой и просадки летом;

— в результате миграции влаги в процессе промерзания грунт значительно увеличивается в объеме («распучивается»), а после его оттаивания нарушается структура и резко снижаются основные прочностные и деформационные характеристики.

Для подтверждения сказанного приведем примеры усиления производственных и жилых зданий в г. Железногорск-Илимский Иркутской области. Глубина сезонного промерзания достигает здесь 2,9 — 3,0 м. Грунты сильнопучинистые за счет высокого уровня подземных вод и наличия тонкодисперсных частиц (супеси и суглинки).

Выполненные в конце 80-х гг. усиления с использованием консольных ребристых плит оказались малоэффективными, без надежной защиты от промерзания грунтов они разрушились в первую же суровую зиму.

Нами разработана и реализована конструкция усиления буровыми сваями-шпорами с устройством железобетонной плиты (рис.6.8).

В данном случае железобетонную плиту можно включить в совместную работу с фундаментом и грунтами основания. Промерзание не влияет на конструкции, усиливаемые внутри здания. Подобная комплексная технология была использована при усилении фундаментов театрального здания на Петроградской стороне в Петербурге.

Чтобы исключить нежелательные для старых зданий и слабых грунтов динамические воздействия, практикуют погружение свай вдавливанием. Учитывая стесненность существующих помещений, часто используют многосекционные сваи. Уфимским НИИпромстроем разработаны нормативные документы, регламентирующие технологические особенности использования таких свай. В 80-х гг.

Технологические особенности вдавливания многосекционных свай в виде выносных опор приведены на рис. 6.9 ,а.

При использовании свай вдавливания необходимы надежные упоры. Несущую способность сваи можно регулировать в процессе вдавливания многосекционных элементов. Последние могут быть изготовлены из железобетона в виде секций со специальными стыками, позволяющими быстро выполнять соединение. Можно использовать металлические трубы, однако, при этом следует учитывать возможность их коррозии.

Вообще, сведения о коррозии самые противоречивые. По данным японских исследователей, широко использующих металл для усиления при реконструкции, коррозия металла не зависит от состава стали, грунтовых условий, наличия сварки. При самой современной антикоррозийной защите она составляет до 0,01 мм в год.

В Финляндии, Швеции, Венгрии получили распространение многосекционные сваи типа «Меrа». Они были широко использованы для усиления оснований и фундаментов в Хельсинки, Стокгольме, Будапеште, Турку. В ряде случаев сваи подводили непосредственно под фундамент. Такие сваи могут быть круглого и квадратного сечения, масса элемента — до 100 кг.

Сваи изготовливали из железобетонных трубчатых элементов длиной до 100 см, что позволяло легко перемещать их перекатыванием по площадке. Последовательность работ по вдавливанию свай такова (см. рис.6.9,б). Нижний первый элемент с заостренным наконечником (в слабых грунтах без заострения) погружается домкратом.

В качестве упора служит распределительная железобетонная балка. Наращивание сборных стыкованных элементов производят до тех пор, пока острие не достигнет плотных грунтов, что обеспечит необходимую несущую способность системы в целом. Последним устанавливают головной элемент, площадь поперечного сечения которого много больше площади поперечного сечения сваи.

Фирмы «Похьявахвистус» и «Весто» в Финляндии и Швеции применяли вдавливаемые сваи из кольцевых железобетонных элементов. Стыковку осуществляли с помощью специального раструба; внутреннюю полость сваи после погружения бетонировали.

Недостатком технологических приемов усиления оснований и фундаментов вдавливаемыми сваями является большой объем земляных работ. При этом вскрытие шурфом (траншеей) перегруженного фундамента до его подошвы опасно, а в условиях слабых грунтов при высоком уровне подземных вод — малореально. Кроме этого, вдавливание свай может привести к расструктуриванию (перемятию) слабого глинистого грунта.

В последние 20 лет в практике усиления все шире используют буроинъекционные сваи, как вертикальные, так и наклонные. После специальных работ по опрессовке такие сваи имеют неровную поверхность, поэтому за рубежом они получили название «корневидных».

Некоторые обязательные правила проведения работ по усилению фундаментов

Для работы освобождают часть фундамента с той стороны, на которой будет наращиваться толщина. Весь фундамент освобождать полностью не только не нужно, но и нельзя. Он и так перегружен, а если вы полностью снимете давление грунта до его нижнего уровня, то минимальные явления, которые могут проявиться, трещины в основании и в стенах, максимальные – разрушение фундамента.

Поэтому работу ведут по технологии захваток – участков в 1,5 – 2 м или чуть больше. Полностью закончив в одной захватке, сделав обратную засыпку грунтом и утрамбовав его, можно отрывать следующий участок, но пропустив одну захватку. Так, в шахматном порядке ведут работу вдоль всего периметра. За это время бетон на первых участках успеет набрать часть нормативной прочности, и новая отрытая захватка будет защищена уже усиленными соседними участками.

Поверхность стены очищается от земли. Если есть разрушающиеся участки бетона, их тоже удаляют до прочного слоя. Удаленный бетон можно подробить в щебень и использовать как наполнитель в новом бетонном растворе.

На поверхность зубилом или перфоратором наносят вначале насечки для лучшей адгезии нового слоя, после чего – тонкий слой цементного раствора – цементное молочко (с минимальным количеством песка).

Заливку или засыпку бетона нужно делать с перерывами, которые будут не больше, чем время первоначального схватывания бетонной смеси. Нужно провести все предварительные работы, подготовить исходные материалы возле захватки и начинать замес бетона утром на следующий день.

Забетонированный участок обязательно нужно тщательно провибрировать или протрамбовать, чтобы удалить из бетона макро- и микро-пузырьки воздуха и избыточной воды, чтобы в будущем эти дефекты не заполнялись водой от дождей или таяния снега.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock detector