Усиление и реконструкция фундаментов.

Автор: Швец В.Б.  Усиление и реконструкция фундаментов.

Выдержки из книги.

Виды разрушения фундаментов в процессе эксплуатации

Основными причинами разрушения фундаментов в процессе эксплу­атации являются: коррозия материала фундамента под воздействием агрессивной среды; нарушение режима эксплуатации технологического оборудования; динамические воздействия технологического и подъем­но-транспортного оборудования; перегрузка фундаментов и некачест­венное исполнение их.

Большую опасность для оснований фундаментов представляют поверхностные воды, отводу которых часто не уделяется должного внимания. Между тем замачивание оснований из поверхностных источников, как правило, приводит к неравномерным деформациям зданий. Особенно опасно замачивание оснований, сложен­ных структурно неустойчивыми грунтами - просадочными, набухающи­ми, засоленными, пылеватыми и песчаными.

Как показывают наблюдения, в ряде крупных промышленных го­родов страны отмечается интенсивный подъем уровня грунтовых вод. Причинами этого являются интенсивная застройка тер­риторий, нарушающая условия поверхностного стока, утечки из комму­никаций, отстойников, резервуаров, а также подтопление водами вслед­ствие строительства плотин, водохранилищ. Интенсивные вырубки леса тоже могут стать причиной подтоплений. В результате названных яв­лений во многих случаях изменяется несущая способность основания, обусловливая возникновение значительных осадок оснований и дефор­маций существующих зданий и сооружений. При этом возникает пробле­ма обеспечения нормальных условий эксплуатации зданий и сооружений на обводненных основаниях.

При строительстве сооружений непосредственно на склоне наруше­ние их устойчивости нередко происходит в виде появления недопустимых (порой катастрофических) осадок.

Общая классификация отказов фундаментов

Система основание — фундамент должна сохранять надежность в про­цессе всего периода эксплуатации здания или сооружения и способность воспринимать все внешние воздействия, предусмотренные при проекти­ровании.

Под безотказностью работы системы основание — фундамент следует понимать способность ее сохранять работоспособность в определенных условиях эксплуатации в течение времени функционирования. Безотказ­ность включает в себя требования прочности, надежности, устойчивости и долговечности как всей системы, так и ее элементов.

Полная или частичная утрата надежности системы называется отка­зом. В отдельных случаях понятие отказа является четко определенным (например, обрушение всего сооружения), однако в общем случае поня­тие отказа является весьма относительным, так как в значительной сте­пени зависит от конкретных условий функционирования системы. Отка­зом системы основание — фундамент является как полный выход систе­мы и всего сооружения из строя, так и недопустимые отклонения пара­метров системы от расчетных или от требуемых новых условий ее рабо­ты. Наряду со случайным колебанием параметров системы может наблю­даться и монотонное необратимое их изменение (износ), обусловленное старением, коррозией и т.п. Такие отказы называются постепенными.

Внезапные (катастрофические) отказы фундаментов и их оснований обычно приводят сооружение к предельному состоянию. Причинами воз­никновения внезапных отказов оснований являются: дефектность ин­женерно-геологических изысканий; несоответствие принятых расчетных схем и несовершенство методов расчета несущей способности и дефор­маций; грубые нарушения режима эксплуатации оснований, аварии и стихийные бедствия.

Постепенный (не катастрофический) отказ основания обычно обус­ловлен дефектами и погрешностями испытаний грунтов, недостаточной информацией об инженерно-геологических, природно-климатических и эксплуатационных условиях и т.д. Проявление постепенно отказа связа­но с накоплением пластических деформаций и приспособлением системы основание — фундамент и ее отдельных элементов к изменившимся ус­ловиям функционирования. Постепенный отказ характеризует достиже­ние системой или ее элементами предельного состояния по деформации.

Одной из основных характеристик надежности оснований и фундамен­тов является ее ремонтопригодность, т.е. способность системы к пре­дупреждению, обнаружению и устранению различных отказов и отклоне­ний путем проведения ремонтов. Степень ремонтопригодности фундамен­та зависит в первую очередь от его конструктивных особенностей. Как правило, ремонт фундамента возможен только при постепенном отказе, внезапные же отказы обычно приводят сооружение в предельное состоя­ние по прочности и устойчивости.

Свойство системы сохранять работоспособность и надежность при установленной системе ремонтов вплоть до состояния, при котором даль­нейшая эксплуатация становится невозможной или опасной, а ремонт и восстановление экономически нецелесообразным, называется долго­вечностью.

Долговечность материала фундамента в основном зависит от интен­сивности протекания процессов разрушения бетона под влиянием агрес­сивных сред при контакте с грунтом или технологическими растворами. Мерой долговечности является период времени до наступления предель­ного состояния сооружения (физический отказ) либо время полезного функционирования последнего (моральный отказ).

При физическом отказе, зависящем от степени естественного износа, возникает необходимость усиления системы основание — фундамент или ее дополнительной защиты от агрессивных или динамических воздействий.

При наступлении морального отказа система основание — фундамент не пригодна для дальнейшей эксплуатации вследствие невозможности, ее использования в первоначальном виде в условиях технического пере­вооружения и переоснащения производства. В этом случае требуется пере­устройство или реконструкция системы для получения новых ее качеств. Для обеспечения большей эффективности следует как можно полнее ис­пользовать элементы старой системы.

                                      УКРЕПЛЕНИЕ И УСИЛЕНИЕ ОСНОВАНИЙ

Осушение и дренаж оснований

При эксплуатации зданий и сооружений часто возникает необходи­мость в осушении оснований или предотвращении их обводнения. Ука­занное во многом связано с прогрессирующим подъемом грунтовых вод на застроенных территориях. Осушение и дренаж оснований применяются самостоятельно или в комплексе с активными способами защиты от де­формаций (усиление фундаментов, замена или укрепление надземных ) конструкций и др.).

При решении вопросов защиты оснований от воздействия грунтовых вод обычно осуществляют мероприятия, которые условно можно разбить на три группы, каждая из которых проводится с определенной целью.

-Первая группа имеет цель полностью прекратить доступ воды на за­строенную территорию. В этом случае устраивают нагорные канавы и кю­веты, водоперехватывающие и отводящие лотки, дренажные траншеи или засыпки с отводящими дренажными трубами, противофильтрационные завесы и др. Сюда же относятся мероприятия по отводу поверхностных вод, осуществляемому путем вертикальной планировки и устройства ливневой канализации.

-Вторая группа водозащитных мероприятий предназначается для от­вода поступающей на территорию воды от построенных на ней сооруже­ний. В этом случае устраивают окольцовывающие (кольцевые) дренажи в виде траншей с уложенными в них дренами, заполненных дренажным материалом, дренажные завесы с самотечным отводом воды или с прину­дительной откачкой, сеть откачных скважин, локальные противофильт­рационные завесы и т.п.

-Третья группа рассматриваемых мероприятий осуществляется для понижения уровня грунтовых вод под сооружением. В этом случае уст­раивают пластовый дренаж с активной откачкой, водопонизительные (поглощающие или откачные) скважины, лучевой дренаж и пр.

При устройстве трубчатых горизонтальных дренажей используют керамические или асбестоцементные трубы, а при глубине заложения дрен свыше 4,5 м — бетонные и железобетонные. Их укладывают в тран­шеи на слой щебеночной подготовки и обсыпают сначала гравием, а затем песком (по принципу обратного фильтра) и закрывают сверху хорошо уплотненным грунтом. Грунтовые воды поступают в трубы через стыко­вые зазоры в 10—20 мм, открытые в верхней части на две трети внутрен­него диаметра по высоте (нижняя треть заделывается просмоленной пак­лей), или специально устраиваемые круглые или щелевые водоприемные отверстия.

Горизонтальные скважины устраивают путем забуривания их в осу­шаемый пласт или проходки из специальных колодцев (шахт) расходя­щихся скважин-лучей, в которых устанавливают фильтровальные трубы- дрены. Горизонтальные лучи могут выполняться значительной длины (до 50—100 м) поэтому водозахватная способность лучевых дренажей очень высока [37, с.146—153]. Их применение особенно эффективно для защиты от подтопления оснований существующих зданий и соору­жений.

УСИЛЕНИЕ И РЕКОНСТРУКЦИЯ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

Классификация методов усиления 

Выбор метода усиления и реконструкции фундаментов мелкого заложения (как столбчатых, так и ленточных) зависит от причин, вызывающих необходимость такого усиления, конструктивных особенностей существующих фундаментов и инженерно-геологических условий строительной площадки.

Известно, что проектирование усиления фундаментов почти всегда сложнее проектирования новых конструкций. Это объясняется тем, что в каждом случае усиления приходится считаться с условиями эксплуатации объекта, со стесненными условиями работы, с разнообразием проявления деформаций зданий и сооружений и др.

Применяемые в настоящее время методы усиления и реконструкции фундаментов мелкого заложения можно классифицировать в зависимости от конструктивно-технологических способов их выполнения:

·        Усиление Частичная замена кладки фундаментов.

·        Устройство обойм без уширения подошвы

·        Усиление вдавливаемыми, винтовыми сваями

·        Пересадка на выносные фундаменты.

·        Подведение свай под подошву фундамента

·        Усиление буронабивными сваями.

·        Усиление конструкциями, возводимыми способом "стена в грунте”

·        Усиление фундаментов зданий и сооружений опускными колодцами.

·        Переустройство столбчатых фундаментов в ленточные основания

На эти способы большое влияние оказывают условия, в которых нахо­дятся фундаменты: степень их разрушения, величины нагрузок, переда­ваемых на них, особенности конструктивной схемы здания или соору­жения, инженерно-геологические и гидрогеологические условия.

Работы по предотвращению развития аварийных деформаций домов включают усиление надземных и подземных конструкций зданий, фунда­ментов, а иногда и укрепление оснований. Возможны различные сочетания конструктивных мероприятий.

Ремонт фундаментов, усиление их обоймами и подведением конструктивных элементов.

Фундаменты промышленных, жилых и гражданских зданий, построен­ных в первой половине XX века, как правило, выложены из бутового кам­ня, бутобетонной кладки и сравнительно редко из пережженного красного кирпича — железняка. Под влиянием грунтовых вод, агрессивных сред, температурных и других воздействий материал фундаментов с течением времени теряет свою прочность и становится легко разрушаемым. Дли­тельное увлажнение бутового камня, в особенности из слабых извест­няковых пород, приводит к образованию глубоких каверн, снижению несущей способности и интенсивному разрушению кладки. В бутовой кладке чаще всего разрушается материал швов. Под влиянием коррозии разрушаются также бетонные и железобетонные фундаменты.

Для восстановления прочности кладки используют цементацию. Це­ментация производится путем нагнетания в пустоты фундамента через инъекционные трубки цементного раствора консистенции от 1:1 до 1:2 и более под давлением 0,2-1 МПа. Иногда боковую поверхность фунда­мента перед цементацией покрывают цементной штукатуркой. Цемента­цию производят после засыпки и уплотнения грунта в предварительно разработанных (но условиям технологии установки инъекционных тру­бок) траншеях с противоположных сторон фундамента.

При незначительных повреждениях фундамента на отдельных захват­ках в шахматном порядке через 0,5 м в кладку заделываются анкерные штыри, к которым прикрепляется арматурная сетка, и устраивается ру­башка. Рубашка может быть выполнена из раствора на крупном песке методом штукатурки или торкретирования, а также пневмонабрызгом бетона или укладкой его в опалубку. Вместо анкерных штырей иногда лучше пробивать в кладке отверстия через 1,5-2 м и пропускать балки.

Если цементацию провести затруднительно, то кладку можно усилить бетонными или железобетонными обоймами на всю высоту фундамента или его часть. В ленточных фундаментах противоположные стенки обоймы в отдельных случаях крепят одна к другой анкерами из арматурной стали и поперечными балками. Иногда обоймы устраивают с предварительной установкой в них инъекционных труб для последующей цементации. В этом случае в процессе цементации обоймы препятствуют вытеканию раствора из фундамента и поступлению его в грунт, что позволяет создать в теле фундамента большое давление, которое способствует лучшему про­никанию раствора внутрь кладки. Применение этого способа особенно целесообразно при цементации бутовых стен подвалов, так как обойма препятствует поступлению раствора внутрь помещения.

В последнее время для укрепления оснований под существующими зданиями применяют специальные грунтоцементные сваи, которые устра­ивают без извлечения грунта на земную поверхность путем перемешивания его с вяжущим материалом в пробуриваемой скважине.

Су­щество технологии устройства илоцементных и грунтоцементных свай заключается в том, что рабочий орган буровой штанги, снабженный как основными (режуще-уплотняющими), так и дополнительными (пере­мешивающими) лопастями, вращаясь, погружается в грунт, который рыхлит и одновременно перемешивает с подаваемым через полый кор­пус штанги закрепляемым материалом (обычно суспензией). При извле­чении рабочего органа, осуществляемом обратным вращением, смесь грунта с цементом дополнительно перемешивается и уплотняется зад­ними гранями основных лопастей.

Представляет интерес применяемый в Японии способ укрепления оснований путем устройства грунтоцементных свай. Спо­соб основан на разрушении грунта с помощью гидравлических струй вы­сокого давления при применении гидромонитора специальной конструк­ции, который обеспечивает раздельную подачу воды, воздуха и цемент­ного раствора. Кроме водяных струй, могут использоваться струи из це­ментной суспензии. В этом случае необходимость в подаче воздуха от­падает и конструкция гидромонитора упрощается.

Компания Ростайп эффективно применяет существующие и новые решения для усиления фундаментов.

Варианты их усиления можно посмотреть здесь