Особенности устройства фундаментов старых зданий. Критерии необходимости усиления
На современном этапе вопросы реконструкции и модернизации существующих зданий и сооружений становятся важнейшими. В первую очередь реконструируются старые здания, включая постройки XIX и начала XXв. Перестраиваются и переоснащаются производства, размещаемые в разнообразных по конструкциях зданиях и сооружениях.
Основная часть больших городов России застроена 3-6-этажными зданиями. В Москве и Петербурге число таких домов составляет 55-75%. До 1917г здания этих крупнейших городов России дважды надстраивались, причем без специальных работ по усилению оснований и фундаментов.
Вопросы использования резервов фундаментов и грунтов в их основании и сейчас актуальны, так как имеется реальная возможность реконструкции старинных зданий и сооружений, зданий массовой застройки при ее уплотнении в процессе реконструкции городов. В настоящее время строительство городов распространяется на земли, неблагоприятные для хозяйственной деятельности, на которых почти вдвое выше затраты на устройство оснований и фундаментов. В отдельных случаях в зону развития городов попадают морские территории, дно которых сложено значительной толщей слабых грунтов (Токио, Кобе в Японии, прибрежные города Западной Европы, Америки). При этом одной из важнейших задач является сохранение имеющихся в этой зоне старинных построек на берегу или островах заливов.
Реконструкция старых производств сдерживается рядом факторов, в том числе плохим техническим состоянием конструкций зданий, получивших серьезные деформации при неравномерных осадках фундаментов в период эксплуатации. Интересен пример реконструкции лондонских мастерских при доках и набережных. В конструкциях их фундаментов обнаружены деревянные сваи IVв, забитые еще римскими легионерами и успешно функционирующие на протяжении 16 веков. Да и само слово свая в интернациональной транскрипции [раil] обозначает «копье легионера». Еще в период Римской Империи в начале летоисчисления существовали военные
инструкции по устройству фундаментов и, в частности, по забивке деревянных свай. В своих книгах по архитектуре всемирно известный Витрувий уделяет много внимания подготовке свай к забивке. Рекомендованные им специальные пропитки и обжиг обеспечили многовековую сохранность свай. Уникальным примером долговечности и надежности деревянных свай являются фундаменты кафедрального собора в г. Страсбург (Франция). Большая часть фундаментов возведена здесь на сваях IVв. Находясь длительное время в воде, они сохранили свою прочность (рис. 2.1). Недавние обследования были связаны с понижением уровня подземных вод и опасениями, что в деревянных сваях может развиться процесс гниения.
 |
Обследования культурных построек Х-ХIIвв. в Старой Ладоге (северо-запад России) свидетельствуют о достаточной прочности бутовой кладки фундаментов.
Неравномерные осадки старых зданий связаны либо с расструктуриванием грунтов основания, либо с гниением деревянных лежней, характерных для устройства старых фундаментов в толще слабых грунтов.
| Рис. 2.1. Фундамент собора в Страсбурге (Франция) с использованием древнеримских свай: 1 — римский фундамент; 2 — фундамент XIX в.; 3 — глина; 4 — щебень, песок, гумус; 5 — щебень; 6 — подземная вода |
Основными нормативными документами дореволюционной России можно считать Строительное уложение Петра Великого (1710), Новое строительное уложение (1820) и Урочное положение Рошефора (1889). Последнее переиздавалось до 1930г..
Согласно первым двум документам при устройстве бутовых фундаментов на слабых грунтах рекомендовалось использовать деревянные бревна, укладываемые ниже горизонта подземных вод. По этим бревнам выполнялась бутовая кладка на известковом (гидравлическом) растворе. Устраивались также фундаменты с укладкой бута прямо в открытые траншеи. Причем такая технология допускала укладку больших гранитных глыб диаметром до 800мм. При обследовании таких фундаментов опасна даже традиционная откопка шурфов.
Так, при шурфовании в процессе обследования фундаментов гостевого флигеля в усадьбе Рябово Всеволожского района Ленинградской области вывалилась гранитная незакрепленная глыба диаметром 700мм, что сразу же вызвало аварийную деформацию угла здания. Проблематично и усиление таких фундаментов с помощью традиционных технологических приемов.
Для кладки фундаментов капитальных зданий использовались в основном песчаник, известняк и реже — гранит, диабаз. Прочность таких бутовых камней вполне достаточна и до сих пор.
В качестве примера можно привести высокую прочность фундаментов под мосты и водоводы, возводимые в Европе, на Ближнем Востоке по проектам древнеримских архитекторов. Лабиринты фундаментов можно наблюдать в одном из древнейших городов мира — Иерихоне (Палестина). Исчезли надземные строения, а фундаменты сохранились и могут быть использованы и нести определенную нагрузку. Интересны строения на медедобывающих предприятиях, работавших за два тысячелетия до нашей эры в Египте. Все фундаменты из прочных горных пород, тщательно подогнанных по размеру, сохранились до наших дней, чему в немалой степени способствовали климатические условия. Отсутствие знакопеременных сезонных температурных воздействий и соответственно явлений промерзания и оттаивания оснований благоприятствовало длительной консервации фундаментов в грунте. Глубокое сезонное промерзание грунтов приводит, как правило, к разрушению фундаментов. Крупные камни от древних строений ежегодно поднимаются силами морозного пучения и за счет накопления остаточного выпучивания с годами оказываются на поверхности. Такие явления можно наблюдать в Швеции, Норвегии, Дании, Финляндии и на севере России, где даже легкие деревянные и достаточно гибкие подземные конструкции разрушаются из-за значительных неравномерных поднятий фундаментов силами морозного пучения.
Старые здания имели простейшие формы фундаментов:
прямоугольные, пирамидальные, уступчатые. Преимущественно устраивались ленточные фундаменты, реже — столбчатые. Основанием зданий старой постройки служили естественные грунты. В старых городах (Москва, Новгород, Псков) многие строения возводились на насыпных грунтах, достигающих в отдельных местах 7-9м.
На слабых грунтах при высоком уровне подземных вод применялись короткие либо относительно длинные деревянные сваи. Короткие сваи использовались еще в древнем Риме для уплотнения грунтов, а также в средневековой России (фундаменты Звонницы Московского Кремля, Успенского собора в г. Дмитрове, крепостных стен в Пскове и Новгороде). В Петербурге, как правило, применялись относительно длинные сваи — до 8м. По сваям обычно устраивали деревянный ростверк, на котором возводили бутовую кладку фундамента. Характерным примером является фундамент Невской ограды Летнего сада (рис. 2.2). Эффективность работы таких фундаментов связана с положением зеркала подземных вод. Повсеместное понижение этого уровня в больших городах приводит к гниению древесины и разрушению ростверков. Так, в Архангельске почти все исторически ценные здания имеют аварийные деформации из-за гниения голов свай. Аналогичные деформации отмечены в зданиях Петербурга, особенно в его центральной части.
Обследования большого количества зданий в различных регионах России, в Прибалтике и Финляндии, проведенные автором этой главы, а также анализ данных массового обследования зданий Петербурга (Ленинграда), выполненного специализированными фирмами, свидетельствуют о следующем:
• разрушение фундаментов как конструкций происходит в основном из-за снижения прочности раствора кладки либо его выноса с водой;
• грунты под подошвой фундаментов за длительный период времени, как правило, спрессовались, однако, имеются локальные нарушения (причины рассмотрены ниже);
• нарушена противокапиллярная изоляция стен над обрезом фундамента в результате поднятия культурного слоя грунта;
• кладка непосредственно над обрезом фундамента разрушена (расструктурена) вследствие промерзания и оттаивания в увлажненном состоянии;
 |
• нарушена старая глиняная изоляция стен подвала, как правило, на участках ввода в подвал инженерных сетей;
• нарушена изоляция пола подвала.
Все перечисленные нарушения типичного бутового фундамента систематизированы на рис. 2.3; в табл. 2.1 указаны причины возникновения дефектов.
| Рис. 2.2. Фрагмент Невской ограды Летнего сада |
Поверочные расчеты показали, что фактические давления на грунты на уровне подошвы фундаментов в условиях Петербурга, как правило, выше значений расчетного сопротивления, принимаемых согласно российским нормам — СНиП2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» (рис. 2.4). Наиболее нагруженными оказались внутренние продольные стены. Отметим, прежде всего, что этот СНиП предназначен преимущественно для нового строительства. Во всех имеющихся нормативных документах мира и методических разработках не учитываются длительное уплотнение грунтов в основании и изменение их свойств за счет многочисленных факторов, рассмотренных ниже. Анализ данных расчетов, выполненных С.Н. Сотниковым для зданий Петербурга, показал, что абсолютные величины осадок фундаментов на характерных слабых грунтах связаны с высотой старых зданий. Осадки колеблются в пределах 3-20см (при высоте зданий от 3 до 6 этажей). Эти величины можно считать приемлемыми, так как в ряде случаев многоэтажные новые здания имеют аналогичные или большие осадки. Результаты расчетов подтверждают существующие представления о значительных осадках зданий на слабых водонасыщенных грунтах Петербурга (Ленинграда). Об 
этом свидетельствуют и данные длительных геодезических наблюдений (на отдельных зданиях имеются геодезические знаки 1872г).
Рис. 2.3. Традиционные конструкции фундаментов старых зданий с характерными дефектами (/- VIII, (см. табл. 2.10):
а- бутовый фундамент на естественном основании; б- фундамент на сваях;
1 — кирпичная кладка стены; 2 — надподвальное перекрытие;
3 — труба, пропущенная через фундамент; 4 — бутовая кладка на растворе; 5 — пол подвала;
6 — гидроизоляция пола; 7 — деревянные лежни; 8 — каменная забутовка;
9 —гидроизоляция фундамента; 10 — горизонт подземных вод на момент реконструкции;
11 — то же на момент строительства; 12- старая планировочная отметка;
13- новая планировочная отметка с поднятием культурного слоя;
14- старая противокапиллярная гидроизоляция; 15 — деревянные сваи;
16 — деревянный ростверк
деревянные сваи; 16 — деревянный ростверк
 |
Значения абсолютных осадок S, как правило, близки или превышают величины предельно допустимой осадки Su для зданий данного типа. Соотношение S/Su для 23 характерных зданий приведено на рис. 2.5.
Рис. 2.4. Сопоставление фактических
давлений по подошве фундаментов
реконструируемых зданий Р с расчетным
сопротивлением грунта основания R
Наряду с примерами удачных надстроек в конце XIX — начале XXв. имеются случаи, когда надстройки старых зданий приводили к аварийным обрушениям конструкций.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник
Железобетонные каркасы
от admin
При строительстве жилых доме особое внимание уделялось прочности и надежности фундаментов. Несмотря на то, что все решения по устройству фундаментов принимались лишь по инженерной интуиции исходя из толщины стен первого этажа, фундаменты отличались определенно надежностью. Для устройства фундаментов применяли прочны естественный и искусственный строительный материал, отличающийся высокой долговечностью.
Широко использовали бут трех разновидностей:
- рваный – камень случайной формы и размера не имеющий правильных постелей;
- постельный – камень с двум примерно параллельными плоскостями, линейные размеры которых больше высоты камней;
- плитняк – камень с естественным правильными постелями.
Бутовый фундамент из камня встречается редко, обычно – под особо капитальными стенами он отличается высокими прочностными характеристиками и большими сроками эксплуатации.
Фундаменты из бута ввиду значительных отклонений от правильной формы работают в более напряженном состоянии. И таких фундаментах большую роль играют концентрация напряжений на выступающих частях камня и расклинивающее влияние камней друг на друга. При выщелачивании из раствора извести под воздействием агрессивных вод снижается первоначальная прочность фундаментов и с увеличением на него нагрузки возможны случаи выпирания камней из-под стены.
Бутовые фундаменты в большинстве случаев выполняли прямоугольной формы и на 5–10 см шире толщины стен (рис. 1). (реже выкладывали фундаменты трапециевидной формы, так как они обладают меньшей прочностью, а при вымывании раствора углы фундаментов почти не работают, и возможны варианты их выкалывания.
Для бутовых фундаментов применяли цементные и сложные растворы (известь, цемент, песок). Чисто известковые растворы (использовали только в сухих фунтах для зданий высотой не более 8 м.).
Бутовая кладка требовала значительных затрат ручного труда, зато увеличивало сроки строительства и его стоимость. Начиная со второй половины 30-х гг. прошлого столетия, при значительных объемах строительства переходят на применение бетона. При присутствии грунтовых вод или в фундаментах, расположенных ниже их уровня, для бетона применялся кирпичный щебень.
Стремление к снижению расхода цемента, а в свою очередь, к уменьшению стоимости конструкций без нарушения их прочностных качеств привело к применению бутобетонной кладки.
Рис. 1. Бутовый фундамент:
а — бесподвальное здание; б – здание с подвальным этажом; 1 – бутовая кладка, 2–кирпичная кладка столба.
Во время бетонирования укладывали отдельные камни разного размера, оставляя между ними промежутки, достаточные для заполнения раствором. Количество камней в бутобетоне колеблется пределах 25–30% от объема кладки.
В тех случаях, когда фундамент или часть его подвергалась большим растягивающим усилиям от изгиба, применяли железобетон.
На Заметку. При отсутствии естественных камней и при расположении подошвы фундаментов выше уровня фунтовых вод использовали хорошо обожженный красный кирпич.
Многолетняя практика выполнения капитального ремонт старого жилищного фонда свидетельствует, что ленточные и столбчатые кирпичные фундаменты в большинстве случаев перегружены; они требуют к себе пристального внимания, особенно при увеличении на них нагрузок.
При слабых либо водонасыщенных грунтах устраивали свайные деревянные фундаменты. Для свай использовалась древесина хвойных пород, а для наиболее ответственных зданий – дуб (рис. 2).
Известно, что дерево, целиком находящееся в воде, не гниёт. Применение дерева было вполне целесообразно для частей фундаментов, постоянно находящихся в воде. На деревянных свая: возведено много жилых домов в Москве, Ленинграде и других городах России.
Комментарий. В начале 50-х гг. прошлого столетия начали использовать при возведении зданий подъемные механизмы; строители перешли на индустриальные сборные железобетонные и бетонные конструкции заводского изготовления.
Рис. 2. Свайный деревянный фундамент: 1 – ростверк; 2– свая.
Ленточные фундаменты
Фундаменты этого типа применяются под стены, несущие, главные образом, вертикальные нагрузки. Размеры фундамента определялись в предположении равномерного распределения давления по его подошве в зависимости от величины нагрузки и принятого допускаемого давления на грунт.
Размер фундамента по верху принимался равным ширине стены с прибавлением 5–20 см на два уступа (обреза), которые делались для перехода от неправильного очертания кладки фундамента из камней произвольного вида (бут) к правильной кладке стен. Эти приемы позволяли также выправить незначительные возможные ошибки, допущенные при разбивке фундаментов за счет небольшого смещения оси стены с оси фундамента. При больших нагрузках и при бутовых фундаментах ширина подошвы фундаментов оказывалась значительной. В таких случаях ширина фундамента по верху принималась минимальной, а по высоте фундамент выполнялся ступенчатым.
Для увеличения в ширину бетонных, а особенно бутобетонных фундаментов, необходимо довольно значительное заглубление, которое для фундаментов бесподвальных зданий в некоторых случаях превышало глубину, требуемую условиями промерзания, а при наличии подвала вело к значительному заглублению ниже пола подвала. В некоторых случаях для уменьшения заглубления фундаментов часть уступов располагалась в пределах подвала, что приводило к уменьшению площади подвала.
Позже внедрение монолитного и сборного железобетона исключило необходимость в устройстве громоздких уступов по высоте и по ширине (рис. 3).
Рис. 3. Гибкие железобетонные фундаменты из сборных подушек: а – без пояса; б – с железобетонным поясом; 1 – железобетонная подушка; 2 – бетонный блок стен подвала; 3 – железобетонный пояс; 4 – кирпичная кладка.
Фундаменты в виде отдельных опор
Ленточные фундаменты под массивными стенами имеют, как правило, довольно значительную толщину, определяемую толщиной стен первого этажа, что приводит к недоиспользованию несущей способности фундаментов. Поэтому при стремлении к экономии строительных материалов в сплошных фундаментах устраивали проемы, ограниченные сверху перемычками, а снизу балками.
Однако устройство фундаментов под стенами в виде столбов оказывалось целесообразным только:
- в зданиях высотой 1–2 этажа, когда давление на грунт под сплошным фундаментом менее допускаемого. Фундаменты устраивали в виде столбов, основанных непосредственно на грунте и перекрытых сверху перемычками. Этот тип фундамента обеспечивал экономию в материалах, рабочей силе при кладке и на земляных работах. Столбы располагали под всеми углами, в пересечениях стен, в местах несущих простенков с таким расчетом, чтобы расстояние между осями столбов было в пределах 250–300 см. Рассматриваемый тип фундамента более чувствителен к неравномерным осадкам, чем сплошные фундаменты. Это необходимо учитывать, обследуя строение и при принятии принципиального решения о его ремонте;
- при залегании материала на глубине 4,0–5,0 м экономия на материалах при столбчатых фундаментах значительно перекрывала дополнительные расходы по устройству перемычек или рандбалок;
- в тех случаях, когда несущий остов здания состоит из полного или неполного каркаса, вес перекрытий и стен сосредотачивается и передается на грунт в местах расположения столбов либо колонн каркаса. Размеры фундамента по подошве определялись в предположении равномерного распределения давления под ней в зависимости от величины нагрузки и принятого при проектировании допускаемого давления на основание.
Фундаменты под столбы и колонны каркаса выполнялись в основном из красного полнотелого обожженного кирпича, а со второй половины 30-х гг. прошлого столетия – из монолитного железобетона.
Источник