Технологии восстановления и усиления фундаментов

§ 1.1. Технологии восстановления и усиления фундаментов

Важными параметрами, определяющими несущую способность здания, являются состояние и степень износа фундаментов. Косвенным параметром может служить осадка фундаментов. Сама по себе однородная осадка фундаментов не приводит к дополнительным напряжениям в конструктивных элементах, в то время как неоднородная осадка приводит к возникновению концентраций напряжений, превышающих прочностные характеристики стен, перекрытий и других несущих элементов.

Величина возникновения неоднородных осадок является следствием неоднородной потери несущей способности грунта в результате размыва грунтовыми или техногенными водами оснований в локальных зонах, возведения зданий вблизи существующих, нарушения условий их эксплуатации и т.п.

При достаточно однородной структуре грунтов и нормальной эксплуатации зданий величина осадки носит экспоненциальный характер. Осадку в момент времени t определяют по зависимости   где SК - конечная осадка; е - основание натурального логарифма; x - коэффициент, зависящий от свойств грунтов основания; t - время эксплуатации.

Зная значения осадок, накопившихся за время tНП, можно определить конечную осадку , где tНП - время от начала строительства до начала геодезических наблюдений.

На рис. 1 приведен график развития осадок фундамента во времени. SНП - осадка, накопившаяся до начала наблюдений; S'H - осадки в момент наблюдения.

Рис. 1. График развития осадок фундамента во времени 
1 - при нормальной эксплуатации здания; 2 - возникновение просадок при замачивании отдельных участков основания; 1*, 2* - нагрузки на фундамент при нормальной эксплуатации и замачивании; [S] - допустимая осадка

 

 

 

 

На характер осадок существенное влияние оказывает пространственная жесткость коробки здания (стен). На жесткость стен влияют такие геометрические характеристики, как отношение длины L и высоты Н. Этот показатель принят нормами за исходный в определении коэффициента условий работы здания при расчете давления на основание фундаментов.

Показатель жесткости здания имеет определяющее значение при выборе метода реконструктивных работ. Так, при среднем значении   для зданий массовой постройки при надстройке зданий старого фонда в процессе реконструкции показатель  - снижается до 1,5 и менее, что позволяет увеличить давление на основание на 20 %. В то же время с увеличением этажности возрастает продольная жесткость стен.

В результате обследования более 400 объектов было установлено, что для зданий старой постройки величина осадок фундаментов в 70,6 % случаев не превышает 0,7R. Абсолютная величина осадок как до надстройки, так и после значительно меньше нормативных значений. Это обстоятельство позволяет априорно принимать решение по надстройке зданий при их реконструкции.

Повышение несущей способности фундаментов как одних из основных конструктивных элементов зданий возможно несколькими технологическими и конструктивными приемами. Проектирование усиления фундаментов эксплуатируемых, а также реконструируемых зданий значительно сложнее проектирования новых конструкций. Это объясняется тем, что в каждом конкретном случае следует учитывать условия эксплуатации здания, причины проявления различных деформаций, стесненные условия производства работ.

Методы усиления и реконструкции фундаментов предполагают восстановление несущей способности; усиление за счет увеличения площади опирания; подведение под существующие фундаменты таких сборных конструктивных элементов, как плиты, столбы, сваи; усиление буроинъекционными и корневидными сваями и другие приемы. Каждый вариант технического и технологического решения должен быть адаптирован к конкретным условиям реконструируемого здания на основании результатов натурных обследований.

Наиболее распространенные дефекты фундаментов, их устранение и усиление выполняются следующими приемами.

Усиление кладки фундаментов цементацией. Технология предусматривает при образовании пустот в швах кладки и разрушении материала фундаментов осуществить инъекцию цементного раствора. Для этой цели освобождается поверхность фундамента, устраиваются инъекционные каналы и с помощью инъектора закачиваются цементная суспензия или раствор в тело фундамента.

Способ широко апробирован и применяется при незначительных разрушениях конструкций фундаментов.

При средней степени разрушения материала фундамента используют частичную замену кладки. Это весьма трудоемкий процесс, требующий вскрытия поверхностей фундамента, удаления разрушенных элементов кладки и ее восстановления. Поданным практического опыта, трудозатраты на восстановление 1 м3 кладки фундамента в 200-300 раз выше, чем при новом строительстве.

При значительных разрушениях материала фундамента последний забирается в обойму без уширения подошвы. В качестве обоймы выступают металлические каркасы в виде уголков или арматурной стали, которые в последующем обетонируются.

При увеличении нагрузки на фундамент и недостаточной его несущей способности производится устройство обойм с уширением подошвы фундамента. Варианты уширения и технология производства работ зависят от конкретных условий площадки.

Подведение свай под подошву фундамента осуществляется в случаях, когда при небольшой глубине заложения фундамента невозможно осуществить его уширение. Как правило, в этом случае используются составные сваи.

Усиление буронабивными сваями принимается при значительном увеличении нагрузок и большой толще слабых грунтов основания.

Устройство корневидных буроинъекционных свай производится при невозможности частичной разборки и усиления фундаментов в стесненных условиях строительства, при значительном увеличении нагрузок и наличии слабых грунтов основания.

§ 1.2. Технология усиления ленточных фундаментов монолитными железобетонными обоймами

Конструктивные решения усиления ленточных фундаментов монолитными обоймами: с односторонним расширением; двусторонним; расширением ростверка фундамента с использованием железобетонных обойм (рис. 2).

Рис. 2. Усиление ленточных фундаментов монолитными обоймами 
а - двустороннее уширение с анкеровкой; б - одностороннее расширение; в - двустороннее при большом развитии существующего фундамента; г - двустороннее при большой глубине заложения фундаментов; 1 - фундаменты; 2 - монолитные железобетонные обоймы; 3 - анкеры из прокатного металла или арматурных стержней; 4 - опалубка; 5 - балки; 6 - щебеночное основание; 7- опалубка; 8 - рабочий настил

Общая технологическая схема производства работ может быть использована для кирпичных, бутовых, бетонных и железобетонных ленточных фундаментов.

При выполнении комплекса работ по усилению фундаментов предусматривается следующая очередность процессов: понижение уровня грунтовых вод при их наличии; отрывка траншей с одной или двух сторон фундаментной стены; очистка поверхности фундаментов; послойная укладка бетонной смеси с вибрационным уплотнением; уход за бетоном; распалубка конструкций; проведение цикла гидроизоляционных работ; обратная засыпка и устройство отмостки; контроль качества и приемка работ.

Для повышения несущей способности фундаментов широко используется жесткая арматура из прокатных профилей, размещаемая в виде консольных элементов, при сквозном расположении с объединением балочной системой. В каждом конкретном случае производятся расчет фундамента на дополнительные нагрузки, определение геометрических параметров измерения, степени армирования и класса бетона.

Особое значение отводится созданию монолитности усиливаемого фундамента и железобетонных обойм. Это достигается путем устройства штраб и анкерных систем.

Работы по усилению фундаментов должны проводиться в соответствии с рабочей документацией и проектом производства работ. Они выполняются участками протяженностью не более 1/4длины фундаментной стены по одной из осей здания, но не более 10-12 м. Для коротких несущих стен допускается отрывка на всю длину. Работы на следующей захватке могут начинаться не ранее чем через двое суток по окончании бетонных работ. Этот цикл может быть сокращен при использовании ускоренных методов твердения бетона.

При глубине заложения фундаментов более 2 м условия производства работ будут меняться в зависимости от величины подпора грунта и состояния фундаментов, обеспечивающих их устойчивость.

Следует отметить, что усиление фундаментов монолитными обоймами является самым трудозатратным способом. Он требует большого объема вскрышных работ и ручной разработки грунта, мероприятий по обеспечению устойчивости стенок траншей, работ по устройству анкеров, дополнительному армированию, установке неинвентарной опалубки и т.д. Это приводит не только к значительным трудозатратам, но и повышению стоимости работ и расхода материалов.

Данная технология не исключает нарушений структуры грунта оснований фундаментов в результате атмосферных воздействий и отрицательных температур.

§ 1.3. Восстановление несущей способности ленточных фундаментов методом торкретирования

Достаточно эффективной технологией восстановления несущей способности фундаментов неглубокого заложения является устройство бетонной рубашки. После очистки стен фундаментов на ее поверхность наносятся 2-3 слоя торкрет-бетона. Технологический эффект повышается при использовании пневмонагнетателей с подачей смеси с дисперсным армированием.

На рис. 3 приведена технологическая схема производства работ. Процесс восстановления несущей способности включает этапы: механизированной отрывки траншей по периметру здания; ручной подчистки грунта и очистки поверхности фундаментов; увлажнения и промывки; нанесения нескольких слоев торкрет-бетона; устройства гидроизоляции; обратной засыпки пазух с послойным уплотнением; восстановления отмостки.

Рис. 3. Технология восстановления несущей способности фундаментов методом торкретирования 
а - общий вид процесса; б - схема организации площадки: 1 - компрессор; 2 - бак с водой: 3 - цемент-пушка; 4 - сопло; 5 - материальные шланги; 6 - зона складирования грунта; 7 - восстанавливаемый фундамент; 8 - стена; 9 - ограждение; 10 - арматурная сетка на поверхности фундамента; 11 - дренажная система; в - распылительное сопло для нанесения дисперсно-армированного бетона: 1 - шланг для подачи цемента; 2 - то же, для подачи фибры; 3 - шланг для подачи воды; 4 – водяное кольцо; 5 - сопло

При достаточно высокой степени износа фундаментов возможно их усиление путем расположения на поверхности арматурных сеток диаметром 4-6 мм с ячейкой 50-100 мм. Их крепление к телу фундамента осуществляется путем анкеровки, а также пристрелкой дюбелями.

После нанесения торкрет-слоев достигаются высокая адгезия и монолитность конструкции. Кроме повышения физико-механических характеристик и монолитности фундамента метод торкретирования позволяет создать водонепроницаемую оболочку, что весьма важно при наличии высоких уровней грунтовых вод.

Процесс торкретирования осуществляется с помощью оборудования, включающего: компрессор, бак с водой, цемент-пушку, комплект материальных шлангов и сопло.

Нанесение торкрет-слоев осуществляется последовательно, снизу вверх с перекрытием ранее нанесенного слоя не менее 0,15-0,5 м.

Для торкретирования используются заполнитель с модулем крупности не менее 2, цемент марок не ниже 400. Особые требования предъявляются к влажности песка, которая не должна превышать 3-5 %. Смесь песка с цементом подается по материальному шлангу к соплу.

Туда же подается по отдельному шлангу вода. Для обеспечения нормального технологического процесса давление в шланге с водой должно быть на 0,5-0,75 атм выше, чем в материальном шланге с цементно-песчаной смесью.

При торкретировании поверхностей сверху вниз состав материалов принимается в соотношении 1:3,75, 1:4,4. Приготовление смеси осуществляется в растворомешалках с длительностью перемешивания 1,5-2 мин. Для повышения физико-механических свойств торкрет-слоя в смесь добавляются суперпластификаторы в сухом состоянии из расчета 1-1,2 % массы цемента. При наличии заводов сухих смесей возможна доставка на объект готовых составов в затаренных емкостях.

Нанесение осуществляется с помощью сопла, отнесенного от поверхности на расстояние 0,5-0,8 м. При скорости выхода увлажняющей смеси 120-150 м/с химически несвязанная вода удаляется за счет воздушного потока. Жесткая смесь адгезируется с торкретируемой поверхностью. При выполнении комплекса работ используется компрессор. При этом осуществляется его очистка от масел и других загрязнений путем фильтрации через водяной затвор. Давление в цемент-пушке 2,0-3,5 атм при шлангах длиной 30-120 м соответственно.