Усиление фундаментов и грунтов оснований зданий

Со временем в результате влияния техногенных и природных факторов на основания домов и подземных конструкций происходит физическое изнашивание фундаментов: материалы фундаментов выветриваются, обводняются, подвергаются выщелачиванию. Поэтому одной из важнейших частей капитального ремонта является усиление фундаментов.

К природными факторами износа фундаментов можно отнести:

·     деформации оползневых склонов;

·     выветривание горных пород материалов фундаментов;

·     землетрясения;

·     оттаивание вечномерзлых грунтов с просадкой основания зданий;

·     подмыв оснований зданий, расположенных по берегам морей, рек,

водохранилищ;

·     ветровую эрозию основания.

Ниже рассмотрим техногенные факторы износа фундаментов, основным из которых является неравномерная осадка основания в виде процесса длительного уплотнения грунтов под воздействием нагрузки от массы здания. К такой неравномерной осадке может привести подработка территории, то есть строительство подземных сооружений закрытым способом. Так же при обустройстве дренажей, ливневой и общесплавной канализации происходит искусственное понижение уровня грунтовых вод, что приводит к осушению и загниванию деревянных элементов (например, ростверков, свай), а вследствие этого основания будут давать большую неравномерную осадку.

При повышении уровня грунтовых вод происходит обводнение оснований. Лессовые грунты подвергаются просадке, рыхлые пески доуплотняются, развивается химическая суффозия минералов, что приводит к образованию провалов из-за обрушений сводов карстовых полостей.

Прорыв водопровода приводит к размыву грунта, при этом происходит образование каверн и промоин в местах ввода коммуникаций в здание, появляются опасные деформации стен.

Транспорт, промышленные установки, строительные механизмы оказывают вибрационное воздействие на здания. Вибрация становится причиной уплотнения песков или потери устойчивости основания из-за разжижения водонасыщенного грунта.

Надстройка зданий ведет к значительному увеличению нагрузки, при этом часто превышается расчетное сопротивление основания. Это ведет к потере устойчивости фундамента, повреждению конструкций, увеличению общего износа зданий. Для того чтобы избежать таких критических состояний, необходимо усиливать фундамент.

Проектирование усиления фундаментов основывается на общих принципах проектирования с учетом предельных состояний. Обобщая вышеизложенные факторы износа фундаментов, приведем основные случаи, при которых необходимо усиливать основания:

1.  Опасное развитие деформаций грунтов и износ оснований. В данном случае необходимо провести усиление и закрепление грунтов основания. Подобная проблема может возникнуть при повреждениях конструкций заселенных домов с риском возникновения аварий, а также при ремонте памятников архитектуры.

2.  Увеличение нагрузок на основание в ходе реализации надстроек, модернизации массивного оборудования.

3.  Повышение глубины подвалов и подземных частей здания.

4.  Строительство на соседних территориях. В данном случае требуется предупреждающее закрепление фундамента для снижения дополнительной осадки.

До проектирования усиления необходимо произвести инженерно-геологические изыскания, осуществить работы по обследованию состояния надземных конструкций и старого фундамента, ведь выбор способов усиления напрямую зависит от результатов исследований.

Для старинных построек ситуация усугубляется отсутствием чертежей оснований. Например, в XIX веке и ранее выбор типа оснований, формы, глубины заложения, материала осуществлялся подрядчиками, которые в основном опирались на местные традиции и вековой опыт.

В таких ситуациях необходимая информация о фундаментах, грунтах несущего слоя, гидроизоляции подземных частей может быть получена посредством откопки шурфов с одной или обеих сторон до подошвы фундаментов. В некоторых случаях может потребоваться сделать довольно глубокие шурфы порядка 3–4 м.

После вскрытия делаются обмеры, на основе которых выполняются чертежи, устанавливается вид материала и раствора, отбираются образцы грунта и материалов из-под подошвы для исследования.

Самые точные результаты получаются, как правило, выбуриванием из тела фундаментов цилиндрических образцов для испытаний на прочность в лабораторных условиях. Бурение выявляет наличие деревянных и других свай и ростверков, положение их острия.

Основные признаки недопустимых опасных деформаций оснований зданий:

·     характерные трещины в стенах;

·     изменение формы коробки здания, устанавливаемое высотной съемкой обреза фундамента или цоколя;

·     отклонение стен от вертикали;

·     перекосы лестничных маршей;

·     сдвиги перекрытий.

Усиление фундаментов целесообразно совмещать с капитальным ремонтом. Иногда выполнение таких работ требуется осуществлять в эксплуатируемых общественных зданиях и заселенных домах. В таких случаях, строительная практика предусматривает усиление основания с помощью домкрата или бурения пустот в несущем слое с целью проведения управляемой осадки.

Ответственным и сложным вопросом является изучение возможности надстройки здания, для чего необходимо установление:

·     достаточности прочности тела фундамента;

·     допустимости осадки, к которой приведет надстройка;

·     возможности потери несущим слоем устойчивости из-за действиядополнительной нагрузки.

После этого принимается решение о необходимости усиления, а при необходимости разрабатывается проект реконструкции.

При усилении фундаментов могут выполняться следующие виды работ:

1.  Устройство монолитной железобетонной обоймы.

2.  Усиление грунтов основания методом нагнетания цементного раствора под подошву фундаментов (цементацией).

3.  Устройство свай через тело фундамента для увеличения его несущей способности.

Усиление фундаментов путем устройства монолитной железобетонной обоймы применяется для фундаментов мелкого заложения и заключается в увеличении площади и заглублении фундамента, при этом происходит полная или частичная замена старой кладки. Подводка ленточных фундаментов производится так называемыми «захватками», их длина напрямую зависит от прочности вышележащей кладки и наличия в ней трещин или проемов. Подводимую часть выполняют из монолитного бетона или железобетона. «Захватки» раскрывают по порядку, при этом главное условие – бетонируемая захватка должна быть под защитой смежного участка.

Усиление грунтов основания методом инъекции в контактную зону фундамент-грунт цементного раствора является наиболее приемлемым для здания. Цементный раствор подается в грунт основания через трубы-инъекторы, которые установлены в тело фундамента. В грунте происходит образование цементного камня и уплотнение окружающего грунта. Бурение инъекционных скважин производится при помощи алмазных кольцевых сверл, что практически исключает вибрационное воздействие на несущие конструкции здания. Компактные размеры оборудования позволяют вести работы непосредственно изнутри строения.

Еще одним способом увеличения несущей способности фундамента является использование свай. Свайные конструкции могут быть различными: буровые и буронабивные, буроинъекционные, завинчивыемые и так называемая конструкция «стена в грунте». Сложные условия реконструкции, значительная толщина слабого грунта, увеличение нагрузок – все эти факторы являются поводами для применения свай. Они позволяют усилить основание, не нарушая структуру грунта и не требуя разработки котлованов.

Таким образом, усиление фундаментов и грунтов является очень важным мероприятием, позволяющим продлить срок службы зданий и сооружений, в процессе эксплуатации которых возникли деформации.