Укрепление и усиление оснований

Укрепление и усиление оснований

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

Механический способ усиления оснований  подразделяется на глубинный и поверхностный.

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

Глубинное уплотнение песчаных грунтов  в состоянии водонасыщения производится специальными глубинными вибраторами  двумя способами: опусканием вибратора (вибробулавы) в песок или погружением стержня совместно с расположенным в его верхней части вибратором. Виброуплотнение позволяет уплотнять водонасыщенные пески на глубину 1…10 м, реже на глубину 20 м. При уплотнении песков толщиной до 20 м применяется вибропогружатель, который крепится к трубчатому стержню, снабженному приваренными поперечными планками.

Уплотнение грунта водопонижением основано на снижении уровня подземных  вод, это приводит к повышению  напряжения на скелет грунта и вызывает его уплотнение. Таким образом уплотняются слабые глинистые грунты (способные отдавать из пор воду), заторфованные супеси, леточные глины, илы и др. Отжатие воды производится чаще всего с помощью иглофильтровых установок. Однако некоторые слабо фильтрующие глинистые грунты отдают воду с большим трудом, поэтому для усиления оттока воды применяют электроосмос. Откачивая воду, собирающуюся у катода, производят обезвоживание грунта и его уплотнение. Одновременно происходит упрочнение грунта в сравнительно короткое время и в пределах необходимой площади.

Поверхностное усиление применено  только для уплотнения маловлажных  и влажных грунтов с коэффициентом  водонасыщения менее 0,7. Оно выполняется  с помощью катков, виброплит, трамбовок и так далее и в основном используется при новом строительстве или перекладке фундаментов.

Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками  сопровождается динамическим воздействием на грунт и может вызвать сотрясение близко расположенных жилых зданий или сооружений. В связи с этим при уплотнении трамбовками весом до 50кН расстояние до зданий, находящихся в удовлетворительном состоянии, должно быть не менее 10 м. При наличии близко расположенных зданий, имеющих трещины в стенах или вообще находящихся в ветхом состоянии, это расстояние увеличивается до 15 м. Если инженерные сети выполняются из асбестоцементных, керамических труб, то расстояние до зданий принимается более 15 м.

До начала работ по уплотнению грунтов  тяжелыми трамбовками проводят опытные  работы на участке котлована: уточняется величина недобора грунта, отказа при  трамбовании (осадка от одного удара), количество ударов, глубина уплотняемой зоны и т. д. Полученные данные используют при составлении проекта работ по уплотнению грунтов тяжелыми трамбовками.

Рыхлые песчаные грунты на глубину 0,5…1,5 м уплотняются различными вибрационными  машинами: виброплитами, пневматическими трамбовками, виброкатками, молотами двойного действия и др. Уплотнение грунтов может быть достигнуто многократной проходкой катков.

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

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

К химическим способам закрепления  грунтов относятся силикатизация, электросиликатизация, газовая силикатизация, аммонизация, смолизация и др. на практике наиболее часто применяется силикатизация.

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

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

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

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

Ремонт и усиление фундаментов

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

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

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

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

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

Рубашка при усилении фундамента представляет собой сплошное обетонирование фундамента со всех сторон, за исключением нижней части, осуществляемое с дополнительным армированием и позволяющее увеличить размеры фундамента. Перед устройством рубашки выполняется бетонная подготовка под нее. Набетонка устраивается при одностороннем усилении фундамента.

Прочность сцепления нового бетона со старым зависит от тщательности проведения мероприятий по подготовке конструкции к усилению.

Усиление ленточного фундамента выносными  буронабивными сваями выполняется  в такой последовательности.

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

После установок балок в этих отверстиях между ростверками и  балками устанавливаются домкраты и подставки и с их помощью производится передача нагрузки от существующего фундамента на свайный фундамент, а затем осуществляется замоноличивание балок с ростверками и бетонирование участков, занятых домкратами, после удаления последних.

Таким же методом производится усиление столбчатых фундаментов неглубокого  заложения.

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

Сущность способа усиления корневидными сваями заключается в устройстве под зданием своего рода подпорок - жестких корней в грунте, которое переносят большую часть нагрузки на более плотные слои грунта.

При усилении корневидными сваями может  предусматриваться создание единой конструкции и безростверковом варианте. Корневидные сваи могут быть вертикальными или наклонными. Скважины для корневидных свай бурят с помощью установок вращательного бурения, которые позволяют пробуривать скважины через расположенные выше стены и фундаменты. Диаметр буров 80…250 мм. При бурении для обеспечения устойчивости стенок скважин используются обсадные трубы, воды, глинистая суспензия или сжатый воздух.

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

После бурения в скважину устанавливают  арматурные каркасы, состоящие из отдельных  секций, стыкуемых с помощью сварки. Длина секций обычно не превышает 3 м и лимитируется высотой помещения, в котором производится работы. Фиксаторы, устанавливаемые в каркасе, предупреждают  отклонение от оси скважины. После  установки или одновременно с  ней скважину инъекционную трубу  диаметром 25…30 мм, через которую  нагнетают цементно-песчаный раствор, обжимающий стенки скважины и образующий небольшие местные выступы. Усиление оснований и фундаментов буро-инъекционными  сваями применяются очень часто  для сохранения архитектурно-исторических памятников.

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

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

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

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

Для одновременного увеличения устойчивости основания и усиления фундамента могут быть устроены параллельные стены  в виде глубоких лент, располагаемых  с обеих сторон фундаментов. С  целью повышения жесткости стены  могут соединяться стенами-перемычками, устраиваемыми на меньшую глубину, чем основные параллельные стены. При  таком решении устойчивость основания  увеличивается, так как оно заключено  в жесткую обойму. В сложных условиях строительства и реконструкции при усилении могут применяться комбинации способа "стена в грунте" с устройством набивных и корневидных свай, часто с различными методами химического закрепления (усиления) грунта.

При производстве ремонтов фундаментов  иногда возникает необходимость  их замены, так как другие методы усиления или не обеспечивают требуемой  несущей способности фундаментов, или же их выполнение по каким-либо причинам затруднено. К таким случаям  относятся:

-значительное увеличение нагрузок на фундаменты (предстоящая надстройка здания, недопустимая и угрожающая устойчивости здания осадка фундаментов вследствие уменьшения несущей способности основания из-за резкого повышения или понижения уровня грунтовых вод);

-прокладка ниже подошвы заложения фундаментов существующего здания в непосредственной близости от него подземных коммуникаций типа коллектора и т. д.