Усиление существующих конструкций фундаментов

Усиление фундаментов

Обоснование усиления фундаментов

Часто в процессе строительства в условиях плотной городской застройки, в процессе реконструкции зданий, или при прокладке сетей инженерно-технического обеспечения, а также при потере работоспособности существующих фундаментов на этапе эксплуатации, требуется проведение работ по усилению существующих фундаментов и оснований зданий и сооружений.

Усиление фундаментов выполняют в следующих случаях:

• При увеличении нагрузок и воздействий на фундаменты, (например увеличении этажности после реконструкции, замене оборудования после капитального ремонта и т.д.);
• При нарушении работоспособности конструкций существующих фундаментов в силу природного выветривания или факторов агрессивной среды;
• При снижении физико-механических параметров грунтов или изменения состояния инженерно-геологической среды, например под воздействием механической или химической суффозии которые приводят к предельным состояниям фундаментов зданий или сооружений;
• При потере работоспособности (достижения предельных состояний) из-за ошибок допущенных при разработке проектной или рабочей документации, а также ошибок технологии производства работ.
• При изменении напряженно-деформированного состояния грунтов основания в силу техногенного влияния на окружающую застройку.

В настоящее время в современной геотехнической практике используют следующие методы усиления фундаментов, а также оснований: изменение полей напряженно-деформированного состояния под подошвой фундамента; повышение прочности конструкций фундамента; увеличение несущей способности грунтов за счет преобразования их свойств (техническая мелиорация). Данные методы сводятся к выполнению следующих работ:

• Укрепление кладки фундамента (цементация кладки, частичная или полная замена кладки, устройство железобетонной обоймы);
• Расширение фундамента (расширение ленточных и столбчатых фундаментов, устройство фундаментой плиты);
• Устройство и постановка на промежуточные и выносные опоры;
• Устройство и постановка фундамента на сваи (рядом стоящие набивные сваи, прорезающие кладку буроинъекционные сваи);
• Укрепление оснований (усиление грунтов).

Выбор того или иного решения по усилению фундамента принимают только по результатам обстоятельного изучения исходных данных, изучения и анализа инженерно-геологических условий, выполнения ряда аналитических и численных расчетов с обоснованием методов и порядка выполнения строительных работ, другими словами техническое решение усиления фундамента принимается по результатам работ комплексного проектирования.

В случаях работы со зданиями повышенного уровня ответственности (I-й уровень), выполнения работ в стесненных условиях (в условиях окружающей застройки), размещения площадки строительства в зоне с опасными инженерно-геологическими процессами, а также при глубине заложения фундаментов более 5 метров, требуется разработка программы геотехнического мониторинга с последующим прохождением геотехнической экспертизы.

Изменение интенсивности и характера передачи давления под подошвой фундамента на грунты оснований осуществляют с помощью двустороннего или одностороннего увеличения размеров подошвы, глубины заложения фундаментов или устройства буроинъекционных или набивных свай и включения их в совместную работу с существующим фундаментом.

Увеличение подошвы фундамента

Данный метод применим для отдельно стоящих зданий с преимущественно, неэксплуатируемой прилегающей к зданию территории, так как он подразумевает существенный объем земляных работ. Увеличение площади подошвы фундамента выполняют для распределения внешней нагрузки – для снижения давления под подошвой фундамента. В данном случае увеличение площади (уширение) возможно за счет устройства дополнительной конструкции фундамента — см. рисунок. Дополнительное уширение может быть включено в работу за счет применения домкратов или инъектирования технологических зазоров набухающим цементно-песчаным раствором — см. рисунок. Это выполняют как правило, для снижения дополнительных осадок здания, а также для повышения эффективности усиленной конструкции фундамента.

Без использования методов включающих уширение фундамента в работу, дополнительная конструкция вступит в работу только после приложения расчетной нагрузки и прироста осадки здания. Однако, как показали исследования, дополнительные конструкции уширения вступят в работу не полностью, основную нагрузку будет воспринимать по прежнему старая конструкция фундамента.

Увеличение глубины фундамента

Глубину фундаментов увеличивают как правило для устройства или расширения подземной части здания. Данные работы весьма трудоемки и продолжительны так как погружение фундаментов приходится выполнять под существующим зданием. В этих условиях изменение напряженно-деформированного состояния конструкций или грунтов массива приводит к появлению и развитию трещин, как самого здания, так и строений окружающей застройки. Поэтому производство работ выполняют последовательно, по небольшим захваткам (1-2 м), с учетом разработанной технологии производства работ при подготовке проектной и рабочей документации. При расчете данных мероприятий, разработке конструкторской документации, учитывается большое количество конструктивных, геологических и геотехнических факторов, выполняются многочисленные аналитические и конечно-элементные расчеты. Специфика и сложность данных работ обуславливает их редкий характер. Такие работы выполняют для зданий снос и демонтаж которых запрещен градостроительной документацией, например здания исторической застройки или памятники архитектуры.

Усиление фундаментов сваями

В современной геотехнической практике усиления фундаментов не редки решения с использованием свай. В этом случае используют два принципиальных решения:

1. Устройство свай в теле существующего фундамента — в этом случае в конструкции фундамента и в грунте основания бурят скважины диаметром 100 – 250 мм, в которые под защитой обсадных труб закачивают бетонную смесь с последующим трамбованием – см. рисунок. Однако, при устройстве таких свай происходят существенные технологические, вибрационные воздействия, которые способны приводить к дополнительной осадке основания, деформациям и трещинообразованию существующих конструкций.
2. Устройство свай рядом с существующим фундаментом с последующим перераспределением на них усилий. В этом случае также возможно устройство буронабивных, буроинъекционных свай. В некоторых случаях используют последовательно вдавливаемые в грунт с помощью домкрата звенья стальных или железобетонных свай – см. рисунок. Устройство свай вдавливания (статическим способом) является достаточно безопасной технологией, так как влияние технологических воздействий минимально. В этом случая вся задача специалиста геотехника сводится к корректной оценке усилий в свае и к прогнозу режима ее осадки, на всех этапах производства работ и эксплуатации здания.

Усиление фундаментов сваями позволяет достигать существенных значений несущей способности фундаментов так как возможно их погружение на любые глубины до полного отказа.

Усиление конструкции фундамента

Повышение прочности конструкции фундамента достигается за счет повышения механических параметров материала конструкции, что может быть достигнуто при инъецировании цементным раствором кирпичной кладки фундамента, за счет устройства стальной или железобетонной обоймы вокруг конструкции фундамента – см. рисунок. Нередки случаи в строительной и геотехнической практике полной замены части фундаментов зданий на новые, эффективные конструкции.

Увеличение несущей способности грунтов оснований

Зачастую, при строительстве новых объектов в условиях плотной застройки или при реконструкции существующих зданий, выявляется невозможность проведения запланированных работ без усиления грунтов оснований. Данный вид работ в строительной и геотехнической практике именуемый технической мелиорацией грунтов, который за счет многообразия методов и технологий, за счет глубокой научной базы, в современных условиях (особенно за рубежом), выделился в отдельную прикладную дисциплину. С помощью данных работ увеличение несущей способности оснований происходит за счет преобразования состава, строения, состояния, а также свойств грунтов массива. В настоящее время разработано большое количество способов и методов укрепления грунтов. Подробнее о методах преобразования грунтов.

Усиление фундаментов зданий прилегающей застройки

В связи с тем, что способы усиления фундаментов существующих зданий, а также методы усиления их оснований связаны с изменением напряженно-деформированного состояния, эти виды работ сопряжены с развитием дополнительных деформаций прилегающей территории, что может негативно сказаться на состоянии конструкций окружающей застройки – что, к сожалению, как показывает практика строительства в г. Москве в условиях плотной застройки, происходит с незавидной регулярностью.

Возведение зданий в условиях плотной застройки, вблизи существующих зданий и сооружений, является значительно более сложной задачей, чем возведение отдельно стоящего объекта.

Так например, при разработке проектной конструкторской документации не профильной организацией, а также при выполнении производства работ по усилению существующих фундаментов и устройству подземного пространства под зданием принадлежащему Пушкинскому музею в г. Москве были допущены ряд ошибок и неточностей, что привело к появлению сквозных трещин на главных фасадах этого памятника архитектуры, см. фото.

К сожалению, подобные ситуации в геотехнической практике строительства не редкость. Анализ таких предаварийных и аварийных ситуаций говорит о том, что работы по усилению фундаментов и оснований должны выполняться по результатам комплексного проектирования при участии специализированных организаций.

Наша организация предлагает комплексные работы по подготовки проектной и рабочей документации на устройство усиления фундаментов для зданий и сооружений.

Более полную информацию по разработке документации по усилению фундаментов вы можете получить позвонив нам по телефону + 7 (499) 350-23-58, или оставив заявку по форме или по электронной почте.

© 1999-2021 Научно-проектное конструкторское бюро «СтройПроект»

Источник

Усиление фундамента

В процессе эксплуатации здания порой возникает необходимость в мелком или капитальном ремонте. Чаще всего такие работы затрагивают внутреннюю часть дома или фасадную. Но существуют ситуации, когда ремонтные работы необходимы основанию. В каких случаях это происходит и какие существуют методы усиления разных фундаментов?

В каких случаях фундаменту необходимо усиление?

Укрепление фундамента частного дома задача очень непростая, но к слову, требуется она не так часто.

Существует два основных случая, когда реконструкция и усиление нужны именно основанию здания:

• Разрушение уже имеющегося.
• Планируемое увеличение нагрузки.

Существуют разные причины разрушений фундаментов. Они делятся на техногенные и природные. К техногенным факторам относится, например, неравномерная осадка здания в результате уплотнения грунтов из-за большой нагрузки от массы сооружения. Такие осадки могут продолжаться на протяжении десятков лет и поначалу быть незаметными, однако с течением времени вопрос об усилении фундаментов домов может стать особо острым.

Частые ошибки при строительстве

Еще одним фактором могут стать ошибки на стадии строительства основания. Если для него использовались некачественные материалы или имела место неоправданная экономия, срок службы основания будет меньшим, и для того, чтобы продолжать эксплуатировать здание. Потребуется провести работы, которые создадут укрепление фундамента дома, и помогут строению простоять долгие годы.

Также если во время строительства не была обеспечена качественная гидроизоляция, это также может пагубно отразиться на сроке службы материалов.

Неправильная эксплуатация здания, например, отсутствие отопления в зимнее время также может поспособствовать разрушению основания. Увеличение этажности сооружений без усиления фундаментов таких зданий может поспособствовать дополнительной усадке.

Причины разрушения основания

Строительство метрополитена или тоннелей другого назначения, может ускорить усадку фундаментов. Также, если неподалеку находятся транспортные дороги или железная дорога, негативным может оказаться вибрационное влияние.

Если говорить о природных факторах разрушений, то одним из таковых является изменение в насыщенности почвы влагой. Этому может поспособствовать наводнение, поднятие уровня грунтовых вод. По правде говоря, перенасыщение влагой может быть и техногенным фактором (частые прорывы водопровода).

К природным факторам также относятся землетрясения, подмывание здания реками или морями, находящимися вблизи, ветровая эрозия и деформация оползневых склонов.

Усиление фундаментов буроинъекционными сваями также необходимо, если планируется достраивать второй этаж или проводить подземные коммуникации.

Обследование разрушающегося основания

Прежде чем начинать усиление фундамента существующего частного дома, необходимо определить, где и какой мере происходят разрушительные процессы.

Первыми сигналами могут быть:

• Видимые трещины в фундаменте на поверхности цоколя.
• Серьезные трещины стен внутри здания, особенно на углах.
• Наклон, искажение формы здания.
• Видимое разрушение гидроизоляционного слоя.
• Отклонение стен от вертикали.

Делаем первичный осмотр

В случае обнаружения первичных признаков, необходимо дополнительное исследование. Причем исследовать нужно как само основание, так и почву. С годами, прошедшими после возведения здания, характеристики грунта могли существенно измениться, поэтому основание может уже не являться подходящим для данной местности.

Обследование гораздо усложняется отсутствием чертежей. Для полноценной оценки состояния основания необходимо откопать фундамент, взять образцы грунта, а также материалов подошвы для исследования в лабораторных условиях. Такое обследование устанавливает, какие мероприятия необходимы для усиления фундамента.

Разгрузка основания

Так как восстановление фундамента под существующим домом предполагает наличие серьезных работ, основание здания необходимо разгрузить.

Если речь идет о здании с плитным перекрытием, то чтобы частично разгрузить фундамент потребуются опоры из дерева или металла. Сначала на некотором расстоянии от стены устанавливаются опорные «подушки», на них кладется брус, затем закрепляются стойки.

Полная разгрузка осуществляется поперечными балками из металла, которые вставляются насквозь в кладку стены и ставятся на продольные балки, опирающиеся на опорные подушки с обеих сторон здания (внешней и внутренней).

Далее необходимо приступить непосредственно к укреплению. Существуют разные способы для усиления фундаментов. Далее рассматриваются некоторые из них.

Усиление буронабивными сваями

Использование буронабивных свай позволяет снизить нагрузку на уже имеющееся основание. Поскольку работы выполняются снаружи в непосредственной близости к самому зданию, а также в самом подвале. Для бурения скважин допустимо использование только малогабаритной техники. Однако, стоит отметить, что этот метод для укрепления не подразумевает под собой использование копровой установки. Ситуация упрощается, когда используется забивка готовых свай.

Технология усиления

Существуют разные технологии усиления фундаментов буронабивными сваями. Один из таких способов базируется на использовании поперечных распределительных балок. Для начала необходимо вдоль стен разработать шурфы и установить крепления. Также обязательно в стенах как внутри, так и снаружи пробить продольные борозды и затем в них уложить разгрузочные балки.

Забивка буронабивных свай проводится на расстоянии 2,5 метра от стен. Поэтому по всему периметру здания необходимо сделать для них скважины на глубину около 2 метров, шаг между сваями должен составлять около 1,5 метров. Затем в них необходимо вставить арматурную конструкцию. После этого все сваи бетонируются. Забивка уже готовых свай не подразумевает заливание раствором.

Продолжаем работы

Затем необходимо заняться установкой поперечных балок в существующем основании. Для этого пробиваются сквозные отверстия, в которые затем и вставляются металлические балки. Такие поперечные балки нужны, чтобы прочно соединить ростверк и усиливаемый строение.

Следующим этапом будет вдавливание свай в грунт домкратами. Затем для соединения уже существующего основания со сваями, выполненным при реконструкции, необходимо установить опалубку и полностью забетонировать ростверк. Таким образом, можно провести усиление ленточного фундамента.

Еще один интересный метод

Еще один способ состоит в том, что такие железобетонные сваи для фундамента используются как рычажные опоры для металлической балки, на одну сторону которой размещен балласт, а другая сторона входит в основание. Такое усиление фундаментов при реконструкции позволяет передать нагрузку на эти рычажные металлические балки (опирающиеся на сваи), забивка которых проводится с шагом в 1,5 метра по периметру основания.

Подводим сваи

Также реконструируемое здание можно укрепить подведением свай под низ строения. Однако под уже существующим основание невозможно пробурить строго вертикальную скважину. Поэтому свая будет сначала расположена под углом, но так, чтобы ее основание совпадало с вертикалью стены и находилось строго на середине ленты. Очень важно предварительно рассчитать угол наклона сваи при бурении, а также расстояние верха сваи от существующего основания.

Делаем яму под будущую основу

Затем под основание делается выборка грунта с помощью лопаты, чтобы затем сваю можно было выровнять, и она оказалась четко под нужным местом. Вслед за этим необходимо расширить скважину внизу для увеличения несущей способности сваи. Затем в скважину под углом устанавливается труба, служащая несъемной опалубкой, в нее помещается арматурный каркас. После этого свая заливается бетоном и выравнивается в вертикальное положение.

Пространство, появившееся после выравнивания всех железобетонных свай, подведенных под низ, засыпается обратно грунтом с обязательной трамбовкой каждого слоя.

Усиление вдавливаемыми сваями

Существуют ситуации, когда бурение скважин невозможно из-за характеристик грунта, состояния здания или запрета на работы с шумом и вибрацией. В таких случаях используют вдавливаемые сваи. Укрепление фундамента кирпичного дома может проводиться как раз с помощью таких свай.

Технологии буронабивных и вдавливаемых свай очень схожи. Разница в том, что здесь используются уже сваи готовые для забивания, их не нужно заливать бетоном самостоятельно. Использование таких свайных фундаментов позволяет при необходимости полностью перенести нагрузку на новое основание.

Усиление винтовыми сваями

Усиление фундамента дома винтовыми сваями отличается от использования буронабивных и вдавливаемых тем, что после вкручивания сваи в землю корректировка ее положения уже невозможна. Поэтому винтовую сваю невозможно подвести непосредственно под основание строго вертикально методом выравнивания. В остальном, методы для усиления оснований фундаментов очень схожи.

Усиление методом цементации

Усиление фундаментов инъецированием, как иначе называется метод цементации, необходимо для кирпичного фундамента или какого-либо другого, кладка которого ослаблена по всей толщине. Такой способ используют в том случае, когда основание сохранило свою несущую способность, но не планируется увеличение нагрузки на здание. Усиление для бутового фундамента, который имеет, много пустот выполняется также этим способом.

По технологии, усиление фундаментов цементацией достигается при помощи бурения скважин диаметром от 4 до 11 см на такую глубину, чтобы до подошвы оставалось еще 30 см. Под большим давлением в полости свай с помощью насоса подается бетонная инъекция. В тех местах, где цоколь имеет трещины — есть проблемы, поэтому такие участки фундаментов методом цементации можно восстановить.

Какие могут возникнуть проблемы

Мероприятия по усилению фундамента частного дома своими руками затрудняются тем, что не всегда возможно найти нужное оборудование. Все же для того, чтобы все работы были проведены качественно, как исследование фундаментов, так и их усиление лучше всего доверить специалистам.

Усиление инъекционным закреплением

Помимо насыщения самого основания раствором, используют также метод инъецирования грунтов основания фундаментов буроинъекционными сваями. Такие сваи пробуриваются насквозь через основание и под углом загоняются в почву. Инъекционное введение раствора и смешивание земли с ним позволяет уплотнить грунт и придать ему улучшенные механические свойства. Проведение таких цементационных мероприятий по отношению к грунту можно усилить, если забивать сваи с двух сторон. Таким образом, усиление фундамента методом инъектирования почвы дает возможность повысить несущую способность фундаментов сооружений.

Укрепление методом уширения подошвы

Усиление оснований и фундаментов также можно делать с помощью уширения подошвы. Такой метод применим, например, для ленточного мелкозаглубленного фундамента или столбчатого.

Уширение подошвы можно выполнить монтажом жби, например, монолитных или сборных плит, путем подведения их под основание. Зазор, появившийся между плитами и низом строения, необходимо заделать цементно-песчаным раствором.

Правильная технология

Технология устройства монолитной железобетонной подушки состоит в следующем: по периметру ленты фундамента, по бокам от него необходимо сделать выемку грунта; под основание, а также по бокам от него нужно заложить арматурный каркас и соорудить опалубку. Затем заливается бетонная смесь выше на 10-15 см основы. Это поможет надежно скрепить подошву с уже имеющимся основанием.

Иногда необходимо существенное углубление основания. Особые трудности могут возникнуть, если нужно усиление столбчатого фундамента. В такой ситуации необходимо сначала «вывесить» основание (столбы) с помощью металлических балок, опирающихся на брусья.

После того как нагрузка передана на временные опоры, нужно выкопать землю под столбом основания до нужной глубины и всю полость залить цементным раствором.

Усиление железобетонной рубашкой

Существует вариант укрепления фундаментов методом железобетонной рубашки. Это отличная возможность восстанавливать фундамент выполняя все работы самостоятельно. Подобные варианты усиления используют для оснований, наружная поверхность кладки кирпичом которых разрушена.

Усиление фундамента железобетонной рубашкой начинается с откапывания основания дома. Особое внимание при этом стоит уделить углам здания. Глубина подкопа под основание должна составлять 0,5 метра. Обязательным шагом является обустройство арматурного каркаса вокруг стен фундамента. Для обеспечения большей надежности арматуру необходимо прикрепить анкерами к существующему основанию.

Что делать после обвязки арматурой

После того, как вертикальная и горизонтальная арматура перевязаны между собой, необходимо провести работы по монтажу опалубки. Затем в армированную опалубку заливается бетон. После полного его застывания, опалубку можно снять. Для того чтобы железобетонная рубашка на основании не подвергалась пагубному воздействию влаги необходимо провести ряд работ по гидроизоляции основания. Для этого подойдут использование битумной мастики или изоляция с помощью рулонных материалов.

Усиление свайного фундамента также может проводиться железобетонной рубашкой. Например, если сами сваи начинают разрушаться, именно укрепление их снаружи поможет продлить срок эксплуатации такого основания.

Защита фундамента от выветривания

Если основа выполнена из кирпичной кладки, которая не обладает высокой влагостойкостью и прочностью может происходить химическое или физическое выветривание материалов. Для восстановления поврежденной поверхности используется штукатурная металлическая сетка. Для нее используется цементный раствор, которым как раз и оштукатуривается поверхность.

Как видно, существует множество способов для восстановления несущей способности конструкции, защиты его от разрушения, а также усиления в случае предполагаемой дополнительной нагрузки, например, строительства второго этажа.

Вывод

Какой метод выбрать, зависит от типа строения, проблем с основанием, состояния почвы и многих других факторов, поэтому для проведения всех работ качественно возможно потребуется привлечение специалистов. И помните, вы всегда можете провести усиление фундаментов сваями, это не дорого и надежный способ. Провести все работы можно самостоятельно, то есть своими руками. При это, лучше будет привлечь хотя бы одного помощника. Это значительно ускорит строительство.

Источник