Ремонт и усиление фундаментов

Практика показала, что проектирование усиления фундаментов почти всегда намного сложнее проектирования новых конструкций.

Это объясняется тем, что в каждом случае приходится считаться с условиями эксплуатации объекта, со стесненными условиями работы, с разнообразием проявления деформаций зданий и сооружений и др.

Само выполнение работ по ремонту и усилению фундаментов — всегда крайне трудоёмкий, тяжелый и ответственный процесс.

Все традиционные технологии усиления фундаментов сводится в основном,  к  увеличению площади опирания существующих фундаментов и, соответственно, уменьшению интенсивности давления на грунты основания (см. рис 1).

Увеличение площади подошвы фундаментов достигалось преимущественно за счет создания железобетонных обойм либо банкетов (одно- и двухсторонних). Ранние фундаменты уширялись в виде прикладок, которые выполнялись вперевязку с существующей кладкой.

Рисунок 1 – Традиционные технологии усиления фундаментов:

а – прикладкой в перевязку; б, г – бетонными обоймами; в - железобетонными обоймами; 1 – стена; 2 – новая кладка в перевязку со старой; 3 – старая кладка; 4 – металлические штыри; 5 – бетонная обойма; 6 - железобетонная обойма; 7 – щебеночная подготовка; 8 – бетонные банкеты; 9 - рабочая балка; 10 – распределительная балка; 11 – зачеканка литым бетоном.

Выполняемые уширения подошвы фундамента без предварительной опресовки малоэффективны.

Основные приемы усилений оснований и фундаментов сводятся к следующему. Усиливаемый фундамент разбивают на отдельные захватки участки длиной 1,5 – 2,0 м. На этих участках отрывают вручную траншеи шириной 1,2 – 2,0 м до подошвы.

После этого в фундамент забивают металлические штыри (либо погружают в заранее пробуренные отверстия через 50 см в шахмотном порядке). Устраивают опалубку и бетонируют уширения.

Для опресовки грунта  после разработки траншеи бетонируют примыкающие к граням фундамента банкеты без омоноличивания их с кладкой существующих фундаментов. Затем пробитые проемы устанавливают стальные балки, которые являются упорами для гидравлических домкратов. Эти домкраты обжимают грунт в основании устраиваемых уширений. После опресовки домкраты извлекают, и бетонируют банкет (см. рис. 1)

Опрессовка грунта основания под уширением может осуществляться при установке с двух сторон старого фундамента дополнительных железобетонных сборных блоков уширения.

Нижнюю часть этих блоков стягивают анкерами из арматурной стали (рис. 2); верхнюю часть -раздвигают клиньями либо домкратами. Это дает возможность обжать неуплотненный грунт и включить его в работу под уширением.

Рисунок 2 - Усиление фундаментов дополнительными блоками, обжимающими грунты оснований при их повороте: 1 - существующий фундамент; 2 - щель, раскрываемая при повороте блоков; 3 - железобетонный блок; 4 - анкерное крепление; 5 - отверстие для анкеров

Все рассмотренные технологические приемы усиления сложны и дорогостоящи, а главное, выполняются преимущественно вручную. Кроме того, в местах, где горизонт подземных вод достаточно высок, стоимость усиления резко возрастает в связи с необходимостью специальных работ по откачке воды из траншей. Откачка должна вестись с таким условием, чтобы исключить нарушение естественного сложения   грунтов в основании фундаментов реконструируемого здания. В противном случае работы по усилению только усугубят состояние здания в целом.

Проанализированные выше традиционные технологии, связанные с уширением подошвы фундаментов, на современном этапе могут быть трансформированы следующим образом.

На уровне подвала устанавливается железобетонная плита 2 (рис. 3), закрепленная в теле фундамента. Чтобы плита надежно включалась в работу, под нее можно инъецировать цементный раствор для опрессовки верхних слоев грунта. Если несущей способности такой плиты недостаточно, в ней можно оставить отверстия и в них вдавить стыкованные многосекционный сваи (рис. 3, б).

Рисунок 3 - Увеличение опорной площадки с помощью монолитной железобетонной плиты:

а - с опрессовкой грунта; б - с подведением многосекционных свай вдавливания: 1 - существующий фундамент; 2 - железобетонная плита; 3 - труба для инъекции расширяющегося цементного раствора; 4 - цементный раствор между плитой и грунтом; 5 - сгнившие деревянные сваи; 6 - домкрат;7 - опорное коромысло; 8 - вдавливаемые сваи

В ряде случаев опорную площадь фундаментов можно увеличить за счет сборных плит, устраиваемых в подвалах зданий (рис. 4).

При этом нагрузки на плиты передаются через нажимные рамные конструкции, упирающиеся в монолитное перекрытие. Недостатком технологии является многодельность работ в стесненных условиях подвалов. К тому же, как правило, кладка над обрезом фундамента бывает разрушенной из-за постоянного увлажнения, связанного с поднятием культурного слоя.

Такие мероприятия должны проводиться в комплексе с усилением опорной части кладки стены. Достоинством технологии является отсутствие необходимости вскрытия грунтов в основании фундаментов.

а)    

                        б)                                                                    в)

Рисунок 4 - Усовершенствованные методы усиления фундаментов на основе традиционных: а - устройство сборных или монолитных рам в подвал; б, в - выносные консоли и плиты

Выносные консоли и железобетонные плиты (рис 4. б, в) интересны по постановке, но также имеют недостатки:

- при поднятии консолей разрушается кладка, а легкие здания могут получить неравномерные поднятия зимой и просадки летом;

- в результате миграции влаги в процессе промерзания грунт значительно увеличивается в объеме, а после оттаивания нарушается его структура и резко снижаются основные прочностные и деформационные характеристики.

Разработана и реализована конструкция усиления буровыми сваями-шпорами с устройством железобетонной плиты (рис. 5).

Рисунок 5 - Устройство короткой сваи-шпоры и железобетонной плиты:

1 - стена; 2 - железобетонная плита; 3 - инъектированный цементный раствор; 4 - свая в кондукторе; 5 - уширенная часть сваи; 6 - деревянный лежень; 7 – бутовый фундамент

В данном случае железобетонную плиту можно включить в совместную работу с фундаментом и грунтами основания. Промерзание не влияет на конструкции, усиливаемые внутри здания.

Чтобы исключить нежелательные для старых зданий и слабых грунтов динамические воздействия, готовые сваи, как правило, погружают вдавливанием. Учитывая стесненность существующих помещений, часто используют многосекционные сваи. На объектах реконструкции широко внедряются набивные и буронабивные сваи усиления.

Несущую способность сваи можно регулировать в процессе вдавливания многосекционных элементов. Элементы могут быть изготовлены из железобетона в виде секций сваи со специальными стыками, позволяющими быстро выполнять соединение.

Можно использовать металлические трубы, однако при этом следует учитывать опасность их коррозии.

Проблема решается: 1 - установкой арматурного каркаса и армирование всего объема трубы; 2 - использованием готовых трубобетонных элементов.

Недостатком технологических приемов усиления оснований и фундаментов сваями вдавливания является большой объем земляных работ. При этом вскрытие шурфом (траншеей) перегруженного фундамента до его подошвы опасно, а в условиях слабых грунтов при высоком уровне грунтовых вод - мало реально.

В последние годы все шире используются буроинъекционные сваи, как вертикальные, так и наклонные. Такие сваи имеют неровную поверхность, поэтому за рубежом они получили название "корневидных".