Природа образования кренов и способы их выравнивания
Крен – наиболее опасная деформация здания, т.к. в большинстве случаев она является прогрессирующей, т.е. нарастающей за отчетный период вследствие увеличения эксцентриситета нагрузки из-за наклона здания, нарастания краевых напряжений под подошвой плиты и развития пластических деформаций под плитой. В определенный момент времени, когда зона пластических деформаций охватывает значительную область основания, особенно при эксцентрической нагрузке, основание может потерять несущую способность и в этом случае опрокидывание здание (сооружения ) неизбежно.
Примеры таких классических аварий в механике грунтов хорошо известны. 
Это Трансконский элеватор в Канаде. Построенный в 1911-1913 гг. он имел размеры в плане 23,5×50,5 м и ёмкость 35000 м 3 . Он был установлен на ж/б плите толщиной 60 см при заглублении 3,6 м. Основание состояло из ледниковых озерных отложений глины толщиной 9,0 м (глина слоистая с линзами ила, похожая на петербургские ленточные глины). В октябре 1913 г, когда элеватор ещё не был полностью загружен произошла вертикальная осадка фундамента на 35 см за период не более 1 часа. Элеватор стал крениться, а через несколько часов этот крен составил 26 0 к вертикали, одна сторона опустилась на 7,3 м, а другая поднялась на 1,5 м. Только благодаря высокой жесткости элеватор не разрушился.
Причиной этой аварии явилась перегрузка слабого основания с формированием классического выпора. Этот пример должен быть всегда перед глазами проектировщиков, которые проектируют на слабых грунтах плитные фундаменты для здания повышенной этажности.
Тем более, что в последнее время нашей организации всё чаще приходится сталкиваться с похожими аварийными ситуациями в Санкт-Петербурге, мы решаем вопросы не только остановки крена, но и возврата здания в исходное положение и стабилизации основания. Так в 2012 г. в июне месяце была закончена работа по стабилизации основания и выравниванию крена 12-ти этажного корпуса жилого дома №3 (корпус 1А) по ул. Киевской, и 2-х лестничных клеток многоэтажного паркинга по ул. Парашютной.
В первом случае здание – недострой простояло без консервации 4 года. Что представляло собой здание зимой 2011 г.?
Размер в плане 48×18м, высота 48,5м, фундамент в виде плиты толщиной 600 мм на естественном основании. Грунты в основании плиты – пески пылеватые средней плотности, насыщенные водой, Е=130 кг/см 3 , мощностью до 2,5 м, под песками залегает слабый грунт – суглинок тяжелый, пылеватый, серый, неяснослоистый текучепластической консистенции, выклиниваясь в сторону Киевской улицы от 2,3 до 0,7 метров.
Результаты измерения осадок плитного фундамента показали разность осадок 3,8 см на расстоянии 15,4 м (в поперечине), крен в сторону двора достиг величины i=3,8/1540=0,0025. Анализ данных наблюдения за предыдущие годы по построенным графикам позволил дать прогноз развития крена на 2011 и 2012 г., так в конце 2011 г. величина крена могла достичь значения i=4,5/1540=0,003, а к концу 2012 г. величины i=5,3/1540=0,0034 и быть близкой к предельному значению -0,004, который будет ощутим зрительно и поэтому недопустим.
Для установления причин развития деформаций крена были проанализированы графики развития осадок, выполнена проверка слабого подстилающего слоя грунта, оценка конструктивной схемы здания и обследовано основание здания под плитой в зимних условиях.
Источник
Стабилизация и выравнивание сверхнормативных кренов зданий
Креном здания называют недопустимую деформацию любого строительного сооружения, в результате которой произошло отклонение оси симметрии здания от вертикали. Чаще всего крен возникает в многоэтажных строениях. Скорость его образования различна, но, как правило, проблема обнаруживается уже в процессе строительства. В истории существуют примеры длительного кренообразования, наиболее ярким его примером является знаменитая Пизанская башня.
Возможные причины
Самый распространенный фактор возникновения крена здания – неравномерная деформация фундамента. В результате образуются проходящие насквозь трещины, начинается разрушение стен, а в дальнейшем, возможно, и всего дома. К сожалению, от этой неприятности никто не застрахован, даже при условии правильно выбранного места под строительство и работы высококвалифицированных специалистов. Если вы заметили трещины, нужно срочно принять меры по их устранению. И лучше доверить это профессионалам.
Пути решения проблемы
Если величина крена не достигла критического уровня, применяются методы стабилизации крена. В случаях, когда сооружение уже находится в аварийном состоянии, прибегают к кардинальным мерам – выравниванию крена зданий. В настоящее время разработаны и эффективно используются новейшие способы защиты зданий от кренов.
ПСК ООО «Фундамент» проводит работы по укреплению фундамента и грунта и выравниванию кренов зданий посредством собственных запатентованных технологий.
Суть данного метода – удаление грунта из-под фундамента на участках его поднятия свыше допустимой нормы через пробуренные в нем отверстия. Объем грунта, подлежащий удалению, рассчитывается сразу после бурения скважин. В процессе проведения работ по выравниванию крена ведутся постоянные наблюдения за осадкой фундамента. Когда проектное положение фундамента будет достигнуто, специалисты нашей организации осуществят инъекционное укрепление грунтов цементацией через ранее проделанные рабочие полости.
Суть технологий разрушения и экскавации грунта
Разрушение и извлечение грунта из-под фундамента выполняется посредством вымывания, замораживания или применения метода виброползучести.
- Вымывание грунта из-под подошвы фундамента. Данная технология основана на бурении вертикальных скважин в плите фундамента и погружении в них коаксиальных инъекторов с уплотнителями. В каждом инъекторе две полости – внешняя и внутренняя. Через внутреннюю полость инъектора высоконапорные насосы подают сильную струю воды. Вода вымывает грунт, а стационарные насосы через внешнюю полость инъектора выводят его на поверхность в виде пульпы. Подача воды под значительным избыточным давлением и удаление грунта происходит вплоть до полного выравнивания здания. Затем под подошву фундамента подается твердеющий раствор (через уже пробуренные отверстия).
- Замораживание грунта. В вертикальные скважины, пробуренные в фундаменте, опускают трубки, и через них под подошву фундамента подают охлажденный керосин или жидкий азот. Когда грунт будет заморожен до нужного радиуса, через те же трубки пропускают горячую воду или пар, чтобы он оттаял. Образовавшаяся из грунта пульпа не имеет структурных связей и при осадке фундамента просто выдавливается из-под него. Чтобы фундамент достиг проектного положения, необходимо провести несколько циклов замораживания и оттаивания. Когда работы по извлечению на поверхность необходимого объема грунта будут завершены, грунт под подошвой фундамента укрепляют цементацией.
- Метод виброползучести. Используется, если в основании залегает песчаный грунт. Через вертикальные скважины, пробуренные в фундаменте, бурят отверстия еще ниже, уже в самом песчаном основании. Далее на глубину опускают специальное виброоборудование, которое создает колебания под землей. В результате этих колебаний песчаный грунт «ползет» и заполняет собой пробуренные скважины. Осыпавшийся песок удаляют через те же рабочие отверстия, после извлечения вибратора. Действия повторяются до тех пор, пока фундамент не достигнет проектного положения. Затем все отверстия заполняют раствором из цемента и песка.
Выравнивание крена здания – сложная процедура, требующая кропотливой работы высококвалифицированных специалистов и серьезных финансовых вложений. Чтобы избежать этой проблемы, перед проектированием строительного сооружения необходимо провести геологические и гидрогеологические исследования местности, а в процессе строительства соблюсти все правила устройства фундамента. Если же вы планируете приобрести недвижимость, которая долго находилась в эксплуатации, тщательно изучите ее состояние, пользуясь услугами профессионалов.
Источник
Устранение крена фундамента методы
Изобретение относится к строительству, а именно к зданиям и сооружениям на плитных фундаментах, получивших крен. Способ выравнивания кренов зданий и сооружений, возведенных на плитных фундаментах, включает удаление грунта под подошвой фундамента. После удаления грунта на дне выемки устраивают траншеи, заполняют их уплотненным грунтом и устанавливают в траншеи стойки с опорами. Между подошвой фундамента и стойками оставляют зазоры. Производят вторичное удаление грунта под подошвой фундамента во время его перемещения в направлении, противоположном крену. Зазоры между подошвой фундамента и стойками заполняют частично или полностью несжимаемым материалом, а после выравнивания крена производят упрочнение грунта под опорами стоек путем введения в грунт закрепляющего раствора. Технический результат состоит в повышении эффективности и надежности выравнивания кренов зданий и сооружений, снижении материалоемкости. 3 ил.
Изобретение относится к строительству, а именно к зданиям и сооружениям на плитных фундаментах, подвергшихся одному из видов деформаций — крену.
Известен способ выравнивания кренов здания посредством его подъема гидравлическими цилиндрическими домкратами. Причем домкраты устанавливаются на головы свай Мега, задавленных до практически несжимаемых грунтов [1]. Недостатки рассматриваемого способа заключаются в высокой трудоемкости и значительной стоимости реализации ввиду большого объема подготовительных работ и необходимости применения специального оборудования; невозможности применения в условиях, когда грунты основания обладают повышенной сжимаемостью.
Наиболее близким к предлагаемому способу является гидромеханический способ выравнивания крена многоэтажных зданий и сооружений посредством размыва струей воды и удаления некоторых объемов грунта из контактной зоны основания фундаментной плиты (А.П.Криворотов, А.В.Лубягин. К вопросу о выравнивании кренов высоких зданий и сооружений на плитных фундаментах. — Издательство вузов. Строительство, 2005, №2. — С.113-116). Способ осуществляется путем устройства в узлах прямоугольной сетки фундаментной плиты скважин, в которые погружаются металлические инъекторы для подачи под напором воды в грунт основания с последующим образованием и удалением пульпы. Такое удаление объемов грунта из-под фундаментной плиты приводит к появлению ее прогиба в обоих направлениях — продольном и поперечном. В качестве недостатков известного способа можно перечислить следующие:
— технологические трудности, связанные с устройством скважин в фундаментных плитах эксплуатируемых зданий;
— снижение прочности материала и конструкции самой плиты ввиду нарушения сплошности железобетонного массива и неизбежного изменения схемы армирования из-за разрыва отдельных арматурных стержней;
— сложность контроля размеров образующихся под плитой зумпфов, вследствие чего регулирование положения плиты в обоих направлениях становится затруднительным;
— высокая стоимость реализации способа.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и надежности выравнивания кренов зданий и сооружений.
Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в способе выравнивания кренов зданий и сооружений, включающем удаление грунта под подошвой фундамента, после удаления грунта на дне выемки устраивают траншеи, заполняют их уплотненным грунтом и устанавливают в траншеи стойки с опорами, при этом между подошвой фундамента и стойками оставляют зазоры, производят вторичное удаление грунта под подошвой фундамента во время его перемещения в направлении, противоположном крену, зазоры между подошвой фундамента и стойками заполняют частично или полностью несжимаемым материалом, а после выравнивания крена производят упрочнение грунта под опорами стоек путем введения в грунт закрепляющего раствора.
Заявленный способ отличается от прототипа тем, что позволяет исключить технологические трудности, связанные с устройством скважин в фундаментных плитах ввиду отсутствия необходимости в таковых; не снижать прочность фундаментной плиты; позволяет объективно оценивать объемы удаляемого грунта с непрерывным контролем положения плиты и возможностью регулирования ее положения и стабилизации в обоих направлениях; снизить стоимость реализации способа.
Для этого используют:
— установку под подошвой фундаментной плиты стоек с опорами в траншеях, заполненных грунтом;
— зазоры между подошвой фундаментной плиты и стойками, частично или полностью заполняемые несжимаемым материалом;
— предварительное уплотнение грунта под опорами стоек с разной степенью плотности с последующей его стабилизацией путем инъекции в него закрепляющего раствора.
Процесс выравнивания кренов зданий и сооружений можно объяснить следующим образом.
Как известно, одним из способов выправления крена зданий и сооружений является удаление грунта из-под подошвы фундамента. При этом возникают трудности с определением объема удаляемого грунта, достаточного для выравнивания крена в разных направлениях, т.к. при завышенных объемах извлекаемого из-под подошвы фундамента грунта можно получить крен здания противоположного направления. В этой связи необходимость непрерывного контроля за фундаментной плитой и стабилизацией ее положения в любой промежуток времени очевидна.
Таким образом, последовательность работ по выравниванию кренов зданий и сооружений должна включать процедуры по непрерывному контролю за положением плиты вплоть до приведения здания в вертикальное положение. С другой стороны, деформации плиты при выравнивании кренов зданий и сооружений должны быть управляемы вплоть до полного их прекращения.
При этом процесс управления деформациями плиты должен быть доступен наблюдениям с возможностью оперативного принятия решений о перераспределении деформаций в разных точках плиты и, при необходимости, их стабилизации. В прототипе процесс управления деформациями плиты затруднен ввиду сложности объективной оценки размеров зумпфов, находящихся под плитой, зон их смыкания, а также эффективности удаления размытого грунта из-под плиты и инъекции закрепляющего раствора. Это не позволяет реализовать с достаточной оперативностью и точностью мероприятия по стабилизации осадок плиты. Особенно это касается случаев, когда крен фундаментной плиты происходит в двух направлениях или по диагонали. Выравнивание таких кренов и предполагает комплекс мероприятий в заявленном способе, выполняемых с достаточной скоростью и точностью:
— удаление грунта из-под краевых частей фундаментной плиты с одновременной установкой стоек с опорами в разных точках подошвы фундаментной плиты; при этом между подошвой плиты и верхом стоек устраиваются зазоры, а опоры стоек устанавливают в траншеях, заполненных уплотненным грунтом с заранее известными свойствами;
— вторичное удаление грунта из-под подошвы фундаментной плиты вплоть до начала свободных перемещений точек плиты в направлении, противоположном возникшему крену. В случае сложных кренов (продольного и поперечного, диагонального) принимается решение о допущении дальнейшего свободного перемещения отдельных точек плиты, а для других — об ограничении перемещений путем частичного заполнения зазоров между стойками и подошвой плиты несжимаемым материалом; в случае ликвидации упомянутого зазора в процессе дальнейшего деформирования плиты и передачи нагрузки на стойки, под опорами стоек происходит дополнительное уплотнение грунтового основания. Тем самым, отдельные точки плиты получают необходимые для выравнивания крена вертикальные деформации — осадки. Величины указанных осадок определяются исходя из реального положения плиты в пространстве, а также допустимых ее деформаций по условию прочности.
Для предварительного прогноза осадок фундаментной плиты можно провести опыты по определению осадок опор стоек в траншеях, заполненных уплотненным грунтом с известными физико-механическими свойствами, например, модулем деформации Е. Зная величины нагрузок, размеры подошв опор, а также численные значения Е грунта, дополнительно определяют опытные и расчетные значения осадок отдельных точек фундаментной плиты. Таким образом, используя опытно-расчетный метод, получают график зависимости величины осадки опоры, а следовательно, и отдельной точки плиты, в зависимости от нагрузки, передаваемой опорой на предварительно уплотненный грунт траншеи. При этом, изменяя степень уплотнения грунта, получают разные значения его модуля деформации, а следовательно, и разные величины осадки опор даже при одинаковой нагрузке.
Для оценки величины нагрузки, передаваемой плитой на стойки с опорами и, соответственно, на грунт траншей, в зазорах, частично заполняемых несжимаемым материалом, устанавливаются динамометры. Зная величину упомянутой нагрузки в любой момент времени, можно, используя график зависимости осадок от нагрузки, прогнозировать величину осадки опоры стойки, а следовательно, и отдельной точки плиты. В случае необходимости срочного прекращения осадок плиты, не ожидая их стабилизации, под опоры стоек производится инъекция закрепляющего раствора. Указанная процедура — срочное прекращение осадок — может быть произведена вследствие непредвиденных обстоятельств, возникших в процессе выравнивания крена зданий. Обычно процесс стабилизации осадок производится в промежуток времени, определенный опытно-расчетным путем, с последующей инъекцией закрепляющего раствора.
Реализация способа выравнивания кренов зданий и сооружений осуществляется в следующей последовательности:
— под стороной фундаментной плиты, противоположной направлению возникшего крена здания, удаляют объемы грунта с образованием выемки с размерами, достаточными для устройства траншеи;
— траншеи послойно заполняют уплотненным грунтом с заранее известными свойствами. Это достигается, например, путем предварительного уплотнения грунта до достижения им состояния, отвечающего требуемым физико-механическим свойствам;
— в траншеях устанавливают опоры 6 со стойками таким образом, чтобы между подошвой плиты и верхом стоек были обеспечены зазоры, размеры которых обеспечили бы перемещения плиты до требуемого положения;
— производят вторичное удаление объемов грунта из-под фундаментной плиты вплоть до начала свободных перемещений в пределах зазоров точек плиты в направлении, противоположном возникшему крену;
— оценивают возникшие в разных точках плиты перемещения; зазоры между верхом стоек и подошвой плиты заполняют несжимаемым материалом частично или полностью. Далее отдельные точки плиты перемещаются за счет реализации осадок опор, расположенных на уплотненном грунте с заранее известными свойствами. Другие точки плиты получают свободное перемещение в пределах оставшегося зазора. Тем самым обеспечиваются необходимые деформации плиты в продольном и поперечном направлениях;
— ведут непрерывный геодезический контроль за положением плиты;
— после достижения требуемого положения плиты и здания, осадки опор 6 в необходимых случаях могут быть прекращены путем создания под опорами 6 зон закрепленного грунта с помощью инъекторов и закрепляющего раствора;
— производят заполнение вынутого объема грунта.
В предлагаемом изобретении положительный эффект заключается в том, что оно позволяет:
— эффективно выравнивать крены зданий и сооружений, в том числе и сложные (продольные, поперечные и диагональные);
— обеспечить высокую надежность выравнивания кренов зданий и сооружений;
— исключить снижение прочностных параметров фундаментной плиты;
— снизить стоимость реализации способа.
1. Симагин В.Г., Коновалов П.А.. Основания и фундаменты зданий после перерыва в строительстве. — Петрозаводск-Москва: Издательство ассоциации строительных вузов. — 2004. — С.151
Источник