Усиление фундаментов при капитальном ремонте здания

Раздел 10. Реконструкция фундаментов и усиление оснований

10.1. Причины, вызывающие необходимость реконструкции фундаментов и усиление оснований.

При реконструкции предприятий, связанной с их техническим перевооружением, при капитальном ремонте зданий, прокладке подземных коммуникаций, возведении новых фундаментов около существующих сооружений, а также при развивающейся во времени недопустимой осадке возникает необходимость в оценке степени обеспечения фундаментами дальнейшей нормальной эксплуатации сооружений, а в соответствующих случаях – в усилении и переустройстве фундаментов. Основными причинами, приводящими к этому, являются: увеличение нагрузки на фундаменты, разрушение кладки фундамента или снижение его гидроизолирующих качеств, ухудшение условий устойчивости оснований и увеличение деформативности грунтов, непрерывное развитие недопустимых перемещений.

10.2. Обследование фундаментов и оснований.

Для принятия рационального решения по усилению и реконструкции фундаментов производится тщательное обследование оснований и фундаментов.

Весь комплекс работ по обследованию фундаментов и оснований разделяется на следующие этапы:

I этап – сбор и обобщение сведений по строительству и эксплуатации здания или сооружения и детальное изучение технической документации.

II этап – обследование окружающей местности и надземных конструкций здания или сооружения. Осмотр окружающей местности позволяет выяснить причину деформаций. Обследование надземных конструкций позволяет выявить характер деформаций. Обследование надземных конструкций позволяет выявить характер деформаций.

Обследования здания – внешний осмотр конструкций, выполнение необходимых замеров, отбор образцов для определения прочности, определение величины осадки деформированных зданий путём нивелирования.

III этап – обследование фундаментов и грунтов основания зданий и сооружений.

Обследование фундаментов производится из шурфов, число и размер которых определяются размерами и конфигурацией объекта, грунтовыми условиями и целями обследования.

Шурфы закладываются рядом с обследуемыми фундаментами. Если здание с подвалом, то шурфы закладывают, как правило, внутри здания с целью уменьшения объёма земляных работ. При обследовании фундаментов уточняют тип фундамента, форму, размеры в плане, глубину заложения; выявляют выполненные ранее подводки и усиления, дефекты кладки; определяют прочность тела фундамента. У свайных фундаментов замеряется диаметр или размеры поперечного сечения свай, шаг, количество свай на 1 м. длины.

Прочность материала фундаментов определяется механическими и неразрушающими способами.

Механический способ определения прочности материала фундаментов и стен подвалов основывается на измерении величины и определении характера следа, оставленного зубилом или молотком на поверхности конструкции. Прочность материала фундаментов может быть определена также с помощью шарикового молотка Физделя и эталонного молотка Кошкарова.

Более предпочтительными являются неразрушающие методы определения прочностных характеристик фундаментов. Наибольшее распространение получил акустический метод, основанный на определении времени прохождения акустического сигнала между датчиком и приёмником в испытуемом материале.

Для инженерно-геологической оценки грунтов основания назначаются разведочные скважины. В лабораторных и полевых условиях в соответствии с действующими ГОСТами определяют все физико-механические свойства грунтов.

10.3. Основные методы усиления фундаментов и оснований.

10.3.1. Методы усиления грунтов основания сводятся в основном к повышению их несущей способности путём искусственного упрочнения: силикатизации и электросиликатизации грунтов, термическим обжигом, устройством песчаных подушек под новые фундаменты.

10.3.2. Основными методами усиления фундаментов зданий и сооружений являются цементация, устройство бетонных и железобетонных обойм, укрепление фундаментов с расширением подошвы, усиление буроинъекционными сваями и призматическими сваями.

Цементация фундаментов выполняется при недостаточной прочности кладки. Для этого в теле фундамента шлямбуром или перфоратором пробивают отверстия диаметром 25 мм. и закладывают металлические трубки, через которые нагнетают цементный раствор состава 1:1 (цемент–вода) под давлением 0,3…0,5 МПа.

Укрепление фундамента бетонными и железобетонными обоймами применяется в том случае, когда цементацию произвести невозможно. Минимальная ширина бетонной обоймы должна составлять 15 см., чаще всего ее принимают равной 20…30 см. Железобетонная обойма применяется при неудовлетворительном состоянии фундаментов или стен на отдельных участках.

Укрепление фундамента с расширением подошвы осуществляют с помощью как односторонних, так и двусторонних банкет.

Подошву фундаментов уширяют в целях передачи давления на большую площадь. Если уширения делают без обжатия грунта основания, то они вступают в работу лишь при увеличении нагрузки, когда появляются дополнительные осадки. Уширенные части фундамента воспринимают только часть увеличивающейся нагрузки. Для уменьшения развития дополнительных осадок уширенного фундамента грунт под уширениями предварительно обжимают с помощью

домкратов.

Часто фундаменты усиливают путем пересадки их на сваи. Для этого либо делают буроинъекционные сваи – бурят через фундамент наклонные скважины диаметром 15…25 см, в которые под значительным давлением нагнетают бетонную смесь, либо вдавливают звенья железобетонных свай под фундамент домкратами.

10.4. Подводка новых фундаментов.

Подводку новых фундаментов производят при разработке грунта ниже подошвы существующих фундаментов, а также для прекращения недопустимых деформаций зданий и сооружений.

Свайные фундаменты усиливают в случае их недостаточной несущей способности путём задавливания свай с опиранием их на плотные грунты или наращиванием существующих свай дополнительными секциями. Чаще всего усиление свайных фундаментов производится путём погружения дополнительных свай вне контура фундамента (выносные сваи) с передачей на них нагрузки от реконструируемых фундаментов (рис. ).

Фундаменты мелкого заложения также можно пересаживать на набивные сваи.

10.5. Устройство фундаментов вблизи существующих сооружений.

10.5.1. Причины, приводящие к деформациям существующих сооружений.

Существующие здания при возведении около них фундаментов часто получают недопустимые деформации. Причин этому несколько:

1) выпор грунта в стороны котлована (рис.93, а);

2) вымывание грунта грунтовой водой из-под существующих фундаментов при открытом водоотливе из котлована (рис.93, б);

3) уплотнение несвязного грунта динамическими воздействиями при забивке шпунта, свай, раздробление шар – или клин – молотом мерзлого грунта или старых фундаментов;

4) промораживание грунта под фундаментом (рис.93, в);

5) смещение шпунта в сторону котлована (рис.93, г);

6) уплотнение грунтов под действием нагрузок, передаваемых новым сооружением на основание (рис.93, д);

7)

развитие отрицательного трения, действующего на сваи.

10.5.2. Меры по уменьшению влияния новых фундаментов на существующие.

Планировочные мероприятия направлены на то, чтобы новое здание было отнесено от существующих на безопасное расстояние – обычно на 10…20 м. Такое новое здание может рассматриваться как «отдельно стоящие» и специфических проблем с фундаментами не возникает.

Архитектурное решение может упростить задачу, если новое здание в зоне примыкания тем или иным способом облегчено, допустим, в зоне примыкания располагают блок, высота которого меньше соседнего, новое здание облегчено проездами и т.п.

Конструктивные мероприятия являются основными. Их следует разбить на три группы: 1) новое здание строится на фундаментах мелкого заложения, несмотря на то, что условие не удовлетворено ( дополнительная осадка; предельно допустимая величина дополнительной осадки); 2) новое здание возводится на свайных фундаментах; 3) под новым зданием предусмотрено строительство глубокого подземного объёма (гаража, склада и т.д.).

В случае использования фундаментов мелкого заложения рекомендуется применять следующие мероприятия: консольное примыкание, разъединительный шпунтовый ряд, превентивное усиление фундаментов соседних домов с пересадкой их на сваи усиления. Консольное примыкание частично снижает уплотнение грунта под фундаментами существующих зданий при возведении около них новых тяжёлых сооружений.

Практически полного исключения влияния загружения основания достигают разделением его шпунтом, погружаемым глубже активной зоны.

Источник

Технологии усиления и ремонта фундаментов

На данный момент еще не придуманы настолько совершенные технологии возведения фундаментов, которые гарантировали бы его расчетный срок эксплуатации.

Учитывая, что с каждым днем экология становится все хуже, то даже прочные металлы и бетоны неизбежно разрушаются и этот процесс нужно или приостановить, или хоть замедлить на некоторое время. Понятно, что причин деформации фундаментов бывает множество, но стоит отметить ключевых из них:

• Человеческий фактор. К этим факторам можно отнести ошибки в расчетах допустимых нагрузок на фундамент, неправильно подобранные технологии с учетом типа почвы, а также ошибочный выбор и монтаж строительных материалов;
• Климатический фактор: разрушение материала фундамента за счет воздействия агрессивных грунтовых вод, кислотных и щелочных дождей;
• Техногенный фактор. Это строительство поблизости от здания автомобильных и железнодорожных магистралей с интенсивным движением и отсутствием средств защиты от воздействия вибрации.

Фактически, ремонт и усиление любого фундамента нужно начинать делать, если:

• Обнаружена просадка, деформация или разрушение несущей кладки, снижение его гидроизоляционных свойств или возникновение просадки только одного угла здания;
• Обнаружено снижение устойчивости фундаментов и грунтов;
• Увеличивается скорость деформации и разрушения грунтов под воздействием различных факторов;
• Возникло непредвиденное и неконтролируемое перемещение элементов несущих конструкций независимо от арматурного пояса.

Основные причины деформации фундаментов, при которых реконструкция неизбежна:

• Возникшее неравномерное уплотнение слабых грунтов, возникшее из-за изменения гидрологического режима территории или возникшей неравномерной нагрузки самих почв на подошву;
• Нарушение структуры грунтов впоследствии неправильного осушения болотистых территорий или проведения глубинных бурильных работ;
• Динамическое воздействие примышленных предприятий, транспортных магистралей, промышленного сейсмического влияния;
• Понижение уровня грунтовых вод;
• Локальное повреждение подземной части основания грунтовыми водами с агрессивными составляющими, а также нарушение внешней гидроизоляции цоколя;
• Нарушение правил застройки поселений, когда по соседству со старыми зданиями возводятся новые с нарушениями технологического процесса;
• Непредусмотренное типов и характеристиками основания дополнительное возведение подземных этажей и мансардных уровней. В результате на фундамент ложится более высокая нагрузка, чем расчетная;
• Промерзание почвы выше расчетного уровня.

Понятно, что причин для деформации и повреждения основания существует множество. Но, прежде чем приступать к реставрации основания, нужно точно определиться с причиной и сначала ее устранить. А уже потом заниматься непосредственно ремонтом и усилением поврежденного фундамента, причем часто оба технологических процесса делают одновременно. Но, перед началом работ по усилению фундаментов, нужно провести тщательный, правильный и многогранный расчет технологии ремонта, чтобы затем повторно не проводить одни и те же работы.

Технологии проектирования ремонта фундаментов

Учитывая, что необходимость в усилении фундаментов возникает в следующих случаях:

• При обнаружении опасных деформаций грунтов и искусственном или естественном износе материала оснований. В таких случаях сначала делается усиление грунта, устранение подвижек и фиксирование пластов, а уже потом нужно приступать к ремонту основания. Как правило, эта проблема особенно часто возникает в зданий старой постройки, памяток архитектуры. И проводить проектирование усиления нужно с учетом особенностей такого здания, чтобы не допустить в процессе реставрации дальнейшего разрушения несущих элементов.
• Когда проведено необдуманное вмешательство в конструкцию возведенного дома, особенно при строительстве подвалов и мансардных этажей;
• При строительстве на соседних участках.

Особенность фундаментов старых домов в том, что нет чертежей, а возведение проводилось самим подрядчиком. Поэтому, реставрация таких оснований довольно сложная и проектирование усиления всегда начинается из работ по обследованию наземных и цокольных конструкций, а затем способом откопки шурфов.

Что такое шурфирование оснований? Это получение подробной информации о фундаменте путем откопки шурфов с одной или (чаще) нескольких сторон от подошвы основания. В некоторых случаях такие шурфы могут иметь глубину до 4-5 метров, что часто практиковалось древними архитекторами при возведении массивных зданий с натурального камня.

После получения всех данных шурфования выполняются подробные чертежи, подбирается оптимальный тип строительных материалов, и отбираются образцы почвы.

Можно также получить подробную информацию о фундаменте способом бурения скважин и отбора образцов. Такой способ позволяет обнаружить и обследовать скрытые конструкции в фундаменте, например, деревянные сваи, ростверки, а также их конструкционные особенности.

Усиление фундамента лучше сразу совмещать с капитальным ремонтом здания, ведь тогда можно одновременно обработать все несущие стены и перекрытия, подобрать иной строительный материал и под его параметры выбрать способ усиления фундамента.

Строительная практика часто показывает, что при ремонте фундамента заселенного дома приходится использовать специальные пневматические домкраты и устранение пустот в несущих слоях с максимальной безопасностью для окружающих.

Как рассчитать усиление фундамента

Провести расчет качественного усиления иногда не так просто, ведь тут учитывается не только выбор технологии, но и результаты проведенных изысканий. Поэтому, главным этапом всегда становится сбор нагрузок, которые передаются на подошву основания со стороны почвы, самого здания и внешних факторов.

Классические методы ремонта и усиления фундаментов

Как правило, все они сводятся к увеличению полезной площади подошвы основания, благодаря чему снижается давление на почву. В таких случаях практикуется несколько методов:

• Бурение скважин ниже глубины промерзания почвы, но не ниже нижней кромки несущей подошвы основания. Затем под него закачивается под давлением бетон, который заполняет поры грунта и подошвы, равномерно растекается по всей поверхности и там застывает.
• Также можно провести углубление подошвы основания и заменить поврежденные и разрушенные деревянные, металлические конструкции на современные минеральные соединения. Такая технология считается оптимальной, когда будет строиться подвал или увеличивается его глубина. В таких случаях рекомендуется расширение проводить с помощью бетонных плит или натурального камня. Полученная подошва будет иметь трапециевидную форму, поэтому существенно усилит новый фундамент.
• Установка монолитных плит под подошву. Такая технология дорогая, оправдывает себя в случае ремонта основания, поврежденного впоследствии влияния подвижек почвы от метрополитена, железнодорожных линий и промышленных комплексов. Плиты производятся из железобетона, устанавливаются в специально предусмотренные штробы на уровне нижней кромки подвального помещения. Плитные конструкции в таком случае принимают на себя нагрузку равномерно из существующим фундаментом.
• Кирпичная или бетонная кладка в стороне от основного фундамента с целью смещения центра тяжести от поврежденного фрагмента. Практикуется в случаях наличия дома небольшой массы и если на строительной площадке есть возможность проводить земляные работы. В таких случаях по внешней стороне от поврежденного участка выкапывается траншея на глубину подошвы, устанавливается деревянная опалубка. Внутри опалубки предусматривается песчано-гравийная подушка, тщательно трамбуется и устанавливается арматурный пояс. Заполняется опалубка жидким бетоном, кирпичом или натуральным камнем, дополнительно покрывается гидроизоляционным слоем. Часто практикуется при реставрации старых оснований в сельской местности, когда нет смысла демонтировать старое здание и возводить новое.

Традиционные технологии себя оправдывают, когда ремонт или реставрация фундамента проводится на сухих и прочных почвах. Они не подходят для усиления оснований на влагонасыщенных почвах, ведь тогда приходится новые конструкции монтировать выше уровня подошвы и залегания грунтовых вод и такое усиление часто становится не эффективным.

В процессе реконструкции здания существенно увеличиваются нагрузки на основание, поэтому и нужно проводить реконструкцию и усиление одновременно. В таких случаях практикуют использование бетонных или железобетонных обойм.

Процесс усиление старого фундамента

Технология простая, но трудоемкая:

1. Проводится расчет типа обойм, их размера и материала наполнения.
2. Затем в четко указанных местах непосредственно в фундаменте бурятся скважины (шпуры).
3. В готовые отверстия устанавливают арматуру, обвязывают ее с арматурой старого основания с целью увеличить полезную площадь перекрытия подошвы.
4. Также в шпуры монтируют поясную вертикальную арматуру, которая защищает конструкцию от смещения.
5. Готовые элементы заливают бетоном под давлением.

Если обойма делается в фундаменте с бутового камня, тогда сначала нужно вырыть траншею и отверстия делать аккуратно перфоратором или ударной дрелью. В отверстия устанавливают стяжки, затем конструкция заливается бетоном. За счет неровной поверхности кладки, сцепление бетона и бутового камня будет максимальным.

Технология подведения свай

Такая технология предусматривает ремонт фундамента за счет переноса части или всей массы здания на новый фундамент, возведенный под основной подушкой. Фактически, это пересадка старого основания на новые железобетонные сваи, а грунт закрепляется с помощью инъекции строительного раствора.

Но такая технология себя оправдывает, если под основанием обнаружен прочный слой почвы на относительно небольшой глубине. В иных случаях нужно использовать другие методы усиления фундамента здания.

Тут также нужно помнить, что сваи для усиления конструкций отличаются от обычных свай, на которых возводятся дома. Тут используются специальные буронабивные и инъекционные сваи, а также сваи вдавливания.

Особенность технологии в том, что нужно использовать малогабаритную технику, а если есть доступ до строительной площадки, то и вид ремонта можно подобрать.

Как использовать буронабивные сваи

Как правило, в условиях заселенного города часто ограничен доступ до строительной площадки. Поэтому, если есть достаточно места для подвода тяжелой техники, тогда стоит использовать буронабивные сваи, ведь они устанавливаются на расстоянии не менее 2.5 метра от стены.

Но при установке свай часто возникает сильная вибрация грунта, а это может привести к дальнейшему разрушению основания. Также стоит помнить, что поперечные балки громоздкие и требуют расхода большого количества металла.

Технология установки свай:

1. Сначала проводится подготовка строительной площадки, она тщательно выравнивается.
2. Затем монтируются и открываются шурфы, в которые подводят и вдавливают металлические трубы, которые между собой сваривают арматурой.
3. Трубы заливают бетоном.

Преимущество технологии очевидно, ведь можно трубы установить на глубину до 25 метров, а на месте определяется их несущая способность, а реконструкция основания будет проведена за считанные недели.

Использование инъекционного усиления

Ключевое отличие инъекционной технологии от буронабивной – это использование бетона, подаваемого под большим давлением. Когда бетон попадает на нижнюю часть сваи, он выдавливает грунт и заполняет полученную полость. В результате происходит надежное уплотнение грунта под основанием с одновременным формированием новой подушки.

Вариантов бурения существует большое количество, тип и способ подбирается исходя от ситуации на строительной площадке, а также типа фундамента. Все сваи имеют наклонную конструкцию, пробивают фундамент и углубляются до уровня прочного грунта. Также допускается бурение с двух сторон с небольшим интервалом.

Инъекционное закрепление оправдано при ремонте зданий, возведенных на песчаных грунтах. Ведь в таких случаях происходит локальное насыщение грунта строительными растворами, которые улучшают механические характеристики почвы.

Источник