Посилення фундаменту будівель і споруд

Необхідність посилення фундаменту

Підстави будинків і підземні конструкції з часом фізично зношуються в результаті впливу техногенних і природних факторів, тому посилення фундаменту є важливою частиною капітального ремонту. матеріали фундаментів обводнять, вивітрюються і піддаються вилуговування. Деревяні елементи (ростверки, лежня, палі) розкладаються, металеві конструкції піддаються корозії.

В результаті нерівномірної деформації грунтів в кладці підстав виникають тріщини. Неприпустимий рівень зносу може призвести до аварійних ситуацій. Тому може виникнути необхідність посилити фундамент.

Грунти в ході експлуатації можуть отримати деформації (просадки, опади, провали). Це призводить до появи тріщин в стінах, кренів і прогинів, зносу споруд і втрати стійкості. Методи посилення різноманітні і залежать від безлічі факторів.

Основні фактори зносу і розвитку деформацій є техногенними та природними.

Техногенним чинником зносу є нерівномірне осідання у вигляді процесу тривалого ущільнення ґрунтів через вплив навантаження від маси будівлі.

До нерівномірною осаді фундаментів може привести підробіток території - будівництво закритим способом підземних споруд (каналізаційні колектори, метрополітени). Наприклад, вулиці, двори, будівлі над тунелями метро осідають на 5-6 см на рік, над станціями - на 7-10 см, під ескалаторних тунелями - на 30-40 см і більше.

При облаштуванні дренажів, зливової і общесплавной каналізації відбувається штучне зниження рівня ґрунтових вод. Це дає збільшення зони аерації, що призводить до осушення і загнивання деревяних елементів (ростверки, лежня, палі). Внаслідок цього підстави дають велику нерівномірне осідання.

При підвищенні рівня грунтових вод підстави обводнять. Лесові ґрунти піддаються просідання, пухкі піски доущільнюють, розвивається хімічна суфозія мінералів, відбувається утворення провалів через обвалень склепінь карстових порожнин.

Надбудова будівель істотно збільшує навантаження і часто перевищує розрахунковий опір підстави. Це викликає втрату стійкості фундаменту або осадку, пошкодження конструкцій, підвищення загального зносу будівель. Щоб не допустити цього, потрібно посилити фундамент.

Прорив водогону призводить до розмиву грунту, що викликає утворення каверн і промоїн в місцях введення комунікацій в будівлю, небезпечних деформацій стін.

Транспорт, промислові установки, будівельні механізми надають вібраційний вплив на будівлі. Вібрація призводить до ущільнення пісків або втрати стійкості підстави через розрідження водонасиченого грунту.

Природними факторами зносу є:

• деформації зсувних схилів;
• вивітрювання гірських порід матеріалів фундаментів;
• землетрусу;
• протаивания вічній грунтів з осіданням підстави будівель;
• підмив підстав будівель, розташованих на берегах морів, річок, водосховищ;
• вітрова ерозія підстави.

Проектування підсилення фундаментів

Таке проектування грунтується на загальних принципах проектування з урахуванням граничних станів.

Необхідність посилити підстави виникає в наступних випадках.

1. При небезпечному розвитку деформацій ґрунтів і знос підстав. У такому випадку потрібно провести посилення і закріплення грунтів основи. Подібна проблема виникає при реновації памяток архітектури та освіті пошкодження конструкцій заселених будинків з ризиком виникнення аварій.
2. При збільшенні навантаження на підставу в ході здійснення надбудови, модернізації масивного обладнання.
3. При підвищенні глибини підвалів і підземних частин будівлі
4. При будівництві на сусідніх ділянках. Тут потрібно превентивне закріплення фундаменту для зниження додаткової опади.

До проектування підсилення необхідно провести роботи по обстеженню стану надземних конструкцій і старого фундаменту, інженерно-геологічні вишукування. Способи посилення залежать від результатів досліджень.

Для стародавніх будинків ситуація ускладнюється відсутністю креслень підстав. Наприклад, в XIX столітті і раніше вибір типу підстав, форми, глибини залягання, матеріалу здійснювався самим підрядником. У той час зазвичай спиралися на місцеві традиції і віковий досвід.

У цих умовах інформація про фундаментах, грунтах несучого шару, гідроізоляції підземних частин може бути отримана шляхом відкопування шурфів з однієї або обох сторін до підошви фундаментів. У деяких випадках доводиться робити досить глибокі шурфи до 3-4 м.

Після розтину робляться обміри, на основі яких виконуються креслення, встановлюється вид матеріалу і розчину, відбираються зразки грунту і матеріалів з-під підошви для дослідження.

Кращі результати виходять вибурюванням з тіла фундаментів циліндричних зразків (керн) для випробувань на міцність в лабораторних умовах. Буріння виявляє наявність деревяних і інших паль і ростверків, положення їх вістря.

Основні ознаки неприпустимих небезпечних деформацій основ будинків:

• характерні тріщини в стінах (міжвіконних перемичках, простінках, цегляних склепіннях міжповерхових перекриттів);
• зміна форми коробки будинку, яка встановлюється висотної зйомкою обріза фундаменту або цоколя;
• відхилення стін від вертикалі;
• перекоси сходових маршів;
• зрушення перекриттів.

Підсилення фундаментів доцільно поєднувати з капітальним ремонтом. Іноді такі роботи потрібно виконати в експлуатованих громадських будівлях і заселених будинках. Будівельна практика передбачає посилення підстави за допомогою домкрата або буріння пустот в несучому шарі з метою проведення керованої опади.

Відповідальним і складним питанням є вивчення можливості надбудови будівлі. Для цього необхідно встановлення:

• достатності міцності тіла фундаменту;
• допустимості опади, яку викличе надбудова;
• можливості втрати несучим шаром стійкості від додаткового навантаження.

Після цього робиться рішення про необхідність посилення, розробляється проект реконструкції. Від цього залежить вибір способів підсилення для фундаменту.

Розрахунок посилення підстави

Розробка проекту посилення підстави починається зі збору навантажень, які передаються від наземної частини по обрізу фундаменту. Для вирішення цього завдання виконуються обмірні креслення в ході обстеження споруди. Оригінальні креслення мають допоміжне значення, так як старі будівлі зазвичай піддаються перебудовам, включаючи надбудову додатковими поверхами.

Збір навантажень здійснюється звичайним методом. Використовуються обмірні креслення конструкцій і результати обмірів фундаментів колон і стін.

Використання результатів минулих інженерно-геологічних вишукувань іноді є неприйнятним, оскільки не враховується фактор багаторічного ущільнення грунтів основи.

Точніші дані виходять наступними методами:

1. Випробування в лабораторії на зрушення і на компресію зразків-монолітів ґрунтів, вилучених шурфами з-під підошви фундаментів.
2. Ручне динамічне зондування грунту.

Перший метод є прийнятним, якщо несучий шар складається з звязкових грунтів, другий - в разі знаходження під фундаментом піску.

Необхідність посилення часто викликано фактичним станом підстав у разі наявності таких ознак:

• низька якість будівельного каменю (цегла, вапняк);
• наявність розкладеною деревини ростверків, лежнів, паль;
• низька якість, відсутність розчину;
• зміщення кладки над прорізами для прокладки комунікацій;
• тріщини у фундаментах;
• наявність лінз і прошарків торфу під підошвою, що залишилися в результаті неповної виторфовкі;
• провали і каверни в несучому шарі, що сформувалися в результаті мікробного розкладання деревини, розмиву грунту і т. п.

Ці дефекти виявляються при обстеженні перекриттів, стін, сходових клітин, які найбільш схильні до тріщин, зрушень масивів кладки і перекриттів.

Захист фундаментів від вивітрювання

Воно виконується при хімічному і фізичному вивітрюванні матеріалу фундаментів. Зазвичай це трапляється з фундаментами з цегляної або бутового мурування, що володіє невисокою водостійкістю і міцністю. Хімічне вивітрювання відбувається при недостатній стійкості цементу відносно агресивних властивостей середовища.

Для відновлення поверхні застосовується оштукатурювання цементним розчином (торкретування) по підготовленій бічній поверхні або оштукатурювання по металевій сітці. Якщо вивітрювання охопило фундамент на всю товщину, потрібно зацементувати кладку шляхом зміцнення фундаменту або виконати посилення обоймами за допомогою відновлення несучих функцій фундаменту.

цементація фундаменту здійснюється бурінням в кладці фундаменту свердловин з поверхні першого або підвального поверху. Далі в них нагнітається цементний розчин. Свердловини буряться перфораторами на відстані 50 см одна від одної з діаметром 20-30 мм і на глибину близько 2/3 товщини підстави. У свердловини вводяться трубки і через них нагнітається цементний розчин. У гирлах свердловин трубки закладаються густим розчином на 10 см. Тиск нагнітання встановлюють на рівні 0,3-0,6 МПа. Після проведення пробних нагнітань потрібно викопати дослідні ділянки, перевірити результати, уточнити склад робіт і технологію.

У випадках, коли з-за руйнування кладки фундаментів і вивітрювання зявилися тріщини в надфундаментной частини, заповнення тріщин тільки цементним розчином може бути недостатньо. Підвищення міцності будівлі може бути досягнуто додатковими конструктивними заходами.

Підвищення міцності та розширення фундаменту

Традиційні способи посилення полягають у збільшенні ширини підошви фундаментів для забезпечення зменшення питомої тиску на грунт.

Також виконується поглиблення підошви підстави з метою заміни мінеральним матеріалом гнилих деревяних елементів і забезпечення того, що спирається на підстильний щільний грунт. Це є оптимальним при поглибленні підвалів. Підстава розширюється будівельним каменем на розчині. Нова кладка надає підстави трапецеидальную або призматичну форму, що дозволить посилити фундамент.

Підсилення фундаментів в зоні будівництва метрополітену здійснюється підведенням суцільних плит під будівлю. Такі плити робляться із залізобетону. Плити закладаються в штроби, вирубуються в стінах підвалів на рівні підлог. Плити працюють разом з існуючими підставами і підвищують стійкість підстави за рахунок підвищення загальної жорсткості будівель і зменшення тиску на грунт.

Представлені технології неважко виконати в сухих ґрунтах, але проблематично в водонасичених. У цих умовах «приклад» до фундаменту робили вище рівня підошви і рівня грунтових вод. Таке посилення часто є недостатньо ефективним.

Підсилення фундаментів традиційним способом є непростою справою. Існує ряд недоліків. Нові плити і «приклад» спираються на необжатий грунт, що включається в роботу після деякої опади, що може викликати розвиток деформації будівлі. Тому в деяких випадках стару будівлю розбирається і на його місці будується нове, що дозволяє уникнути трудомісткого і дорогого процесу посилення.

При реконструкції істотно зростають навантаження на фундамент. В результаті нерівномірного осідання утворюються тріщини в споруді. У цих умовах рекомендується посилення фундаментів за допомогою виконання обойм із залізобетону або бетону. У старому підставі і цоколі влаштовуються штроби і буряться шпури. У них встановлюються заставні деталі (арматура, балки), які забезпечують спільну роботу старих підстав і обойм. Додатково в обіймах встановлюється арматура для забезпечення міцності стін у поздовжньому напрямку. Таким способом досягається розвиток опорної площі, тобто знижується тиск на підставу і зменшується осаду будівлі.

Для спільної роботи обойми і підстави з бутового каменю на слабкому цементному розчині обойма виконується в траншеях. В отвори, зроблені перфоратором, вставляються стяжки. Зчеплення бетону з бутового кладкою забезпечується нерівною поверхнею кладки, яка очищається від грунту, промивається і продувається стисненим повітрям.

Приклади розширення фундаменту

На Рис. 7 показано посилення з бетону, гладкою камяної або цегляної кладки зі збільшенням опорної площі і виконанням обойми.

Розмір шпонок по висоті визначається на підставі необхідності забезпечення передачі поперечних зусиль від обойми. Рекомендується виконання обойми з застосуванням розширюється цементу. При необхідності вставляється поздовжня арматура. Наприклад, при тріщинах, які позбавляють фундамент необхідної жорсткості.

При розширенні підстави з обтисненням під смугами розширення або поставі фундаменту і стіни використовується технологія, представлена на Рис. 8.

У траншеях влаштовуються банкетки на щебеневої підготовки з збірних блоків або монолітного бетону. Далі пробиваються отвори через фундамент і штроби уздовж фундаменту, в отвори встановлюються металеві балки, а вздовж фундаменту бетонуються залізобетонні або металеві балки. Потім обжимають підставу домкратами під банкетками. У разі необхідності фундамент і стіна вирівнюється. Влаштовується бетонне заповнення між домкратами. В кінці процесу домкрати виймаються і конструкція омонолічіваются.

У такій ситуації зручно використовувати домкрати Фрейсіне, які представляють собою плоскі плити з двох зварених сталевих листів невеликої товщини в 1-2 мм. По периметру плити виконується валик з діаметром до 80 мм. У домкрати нагнітається рідка твердіючих суміш. Наприклад, епоксидної смоли або цементний розчин, що зберігають напружений стан через затвердіння після обтиску грунту основи. Розширення з застосуванням плоских домкратів представлено на Рис. 9.

Конструкція подібних домкратів вкрай проста. Їх можна виготовити в будь-якій майстерні. Форма домкратів може бути прямокутної, квадратної і круглої. Контроль обтиску ведеться по манометру.

Необхідна площа поверхні банкеток, деревяних клітин, тимчасових підкладок під домкратами розраховується з урахуванням підвищених навантажень на грунт в період установки і використання надземних конструкцій. Тимчасові навантаження на ущільнений насипний ґрунт досягають до 500 кН / м , на непорушений тугопластічних глинистий грунт - до 1000 кН / м і на піщаний грунт - до 2000 кН / м .

Приклад збільшення опорної площі залізобетонного підстави представлений на малюнку 10.

підведення паль

Суть сучасних способів посилення фундаментів засновані на 2 принципах: «пересадці» споруди на палі і закріпленні грунтів за допомогою інєкції будівельних розчинів в грунт.

Якщо в геологічному розрізі підстави є міцний шар, придатний для обпирання паль, то при посиленні фундаментів розглядається варіант підведення паль (див. Рис. 11 і 12).

Палі, використовувані при посиленні, відрізняються від паль, які використовуються в звичайних умовах. При посиленні підстав використовуються бурові і буроінєкційні палі, палі вдавлення. Особливість пальових технологій полягає в необхідності застосування малогабаритної техніки для роботи в низьких приміщеннях (підвали, перші поверхи будівель).

Від можливостей їх застосування залежить вибір способів підсилення фундаментів.

Особливості використання буронабивних паль

Підводка паль біля стіни ускладнює роботу. При виконанні буронабивних паль мінімальна відстань від паль до стіни повинна становити не менше 2,5 м.

Поперечні балки громіздкі, що ускладнює їх монтаж і вимагає більший витрата металу. Буріння свердловин супроводжується струсом і зволоженням ґрунту, що може викликати додаткові опади споруди під навантаженням.

Вертикальні (вдавлювані, бурові) палі розташовуються уздовж краю фундаменту. Вони обєднуються монолітної залізобетонної балкою, яка закладається в штроби, або закріплюються анкерними пристроями. При здійсненні двосторонньої постановки вертикальних паль вони обєднуються попарно балками, пропускають через отвори в фундаментах.

Всередині роботи ускладнюються через маленького простору і неприпустимість порушення режиму роботи підприємства. Тому іноді застосовуються конструкції посилення, коли на консольні балки підвішується стіна, а частина буронабивних паль несе збільшене навантаження в порівнянні з навантаженням на фундаменти.

Найчастіше неприпустима забивання паль і буріння по грунтових умов, за станом будівлі або за вимогами, які виключають шум і вібрацію. У таких випадках використовуються вдавлювані палі. Розташування паль допустимо ближче до стіни і під фундаментом.

Спочатку зміцнюють підставу і стіну. Потім, відриваючи шурфи під фундаментом, підводять і вдавлюють в грунт металеві труби, що зварюються один з одним і які заповнюються бетоном. Вдавлювання здійснюється домкратом. Іноді палі вдавлюються на глибину до 25 м. Перевагою таких паль є можливість визначення їх несучої здатності під час проведення робіт.

За кордоном використовуються вдавлювані палі з елементів довжиною до 100 см (палі «Мега»). Площа перетину паль дорівнює 20 20 і 30 30 см. Всередині паль знаходиться наскрізний отвір. Допустиме навантаження встановлена на рівні 200 кН на 20 20 см і 400 кН на палі 30 30 см. Між палями відстань встановлюється на рівні 1,5-2 м.

Для пристрою вдавлюють і буронабивних паль потрібно зєднати ці палі з фундаментом, що здійснюється за допомогою металоконструкцій, які розміщені в отвори фундаменту, або залізобетонних обойм.

Довжина паль підсилення повинна відповідати геологічного розрізу підстави таким чином, щоб нижній кінець паль досягав щільного грунту. Довжина паль становить від 3 до 20 м. Діаметр паль визначається в залежності від обладнання, довжини, матеріалу і інших факторів. Зазвичай він знаходиться в межах 80-250 мм.

Палі потрібно розрахувати на поздовжній вигин і за несучою здатністю. число і крок паль визначається в залежності від обсягу навантаження від несучих стін і колон, який потрібно передати на палі, з урахуванням передачі частини навантаження на підставу.

Методи інєкційного закріплення

Відмінність паль від бурових полягає в подачі в стовбур свердловини будівельного розчину під тиском від 1 до 3 МПа. Ця операція називається обпресуванням свердловин. Грунт ущільнюється і розмір палі збільшується на 5-10%. Буріння здійснюється різними методами: з обсадними трубами, прохідними шнеками або промиванням свердловин глинистим розчином. Похилі палі пробуріваются крізь грунт і кладку фундаменту до шару щільного грунту. Такі палі можна зробити з двох сторін.

Метод інєкційного закріплення полягає в насиченні грунту будівельними розчинами, вони заповнюють пори і надають грунтам поліпшені механічні властивості, при цьому утворюючи замкнуті обєми. Нагнітаються розчини заповнюють області ослабленого грунту або порожнини.

Згодом розчини тверднуть і досягається розширення підошви фундаментів. Відбувається збільшення глибини закладення підошви, тобто забезпечується підвищення несучої здатності.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!