Современные технологии усиления оснований и фундаментов

В мировой и отечественной практике в последние 40 лет широко применяются новые технологии, основанные в том числе на традиционных способах усиления оснований и фундаментов. Разрабатываются и принципиально новые технологии, в основу которых положена высокая степень механизации работ. При этом до минимума сводятся ручные операции. ремонт усиление фундамент буроинъекционный В каждом конкретном случае могут быть подобраны технологические приемы в зависимости от определяющих факторов, в том числе от цели реконструкционных работ (спасение аварийно-деформированного здания, увеличение нагрузки на фундамент, возведение нового здания рядом со старым, прокладка глубоких инженерных сетей и строительство метро в условиях городской застройки). Здесь важными факторами являются: конструктивные особенности здания, состояние грунтов в основании, гидрогеологические характеристики площадки.

Проанализированные выше традиционные технологии, связанные с уширением подошвы фундаментов, на современном этапе могут быть трансформированы следующим образом. На уровне подвала устанавливают железобетонную плиту 2 (рис. 6.6), закрепленную в теле фундамента. Чтобы плита надежно включалась в работу, под нее можно инъецировать цементный раствор для опрессовки верхних слоев грунта. Такой способ усиления был успешно реализован авторами на жилом доме по Большеохтинскому пр., 31, слабые грунты в основании которого не обеспечивали восприятия нагрузок от существующих фундаментов. Подведение плиты позволило предотвратить развитие неравномерных осадок и сохранить здание.

Если несущей способности такой плиты недостаточно, в ней можно оставить отверстия и в них вдавить стыкованные многосекционные сваи 8 (см. рис. 6.6,б). Описанная идея была реализована нами в 1980 г. при усилении фундаментов печатного цеха в связи с установкой офсетной машины «Планета» на Петербургской фабрике «Детская книга». Плита возводилась внутри здания дореволюционной постройки с минимальной глубиной заложения. Это исключало большой объем земляных работ в стесненных условиях действующего производства. Наблюдения показали, что, несмотря на увеличение нагрузки и изменение вибрационного режима при работе новой машины, дополнительные осадки не проявлялись.

В ряде случаев опорную площадь фундаментов можно увеличить за счет сборных плит, устраиваемых в подвалах здания (рис. 6.7,а). 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 расструктуренной 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.

Предлагаемые рядом авторов выносные консоли и железобетонные плиты (рис. 6.7,б и в) интересны по постановке задачи, но также имеют недостатки:

• — ребристые плиты с анкерами в уровне отмостки подвержены воздействию нормальных сил морозного пучения, которые в условиях сурового климата могут достигать значительных величин;
• — 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 («распучивается»), а после его оттаивания нарушается структура и резко снижаются основные прочностные и деформационные характеристики.

Для подтверждения сказанного приведем примеры усиления производственных и жилых зданий в г. Железногорск-Илимский Иркутской области. Глубина сезонного промерзания достигает здесь 2,9 — 3,0 м. Грунты сильнопучинистые за счет высокого уровня подземных вод и наличия тонкодисперсных частиц (супеси и суглинки). Исследования, проведенные СПбГАСУ (ЛИСИ) в начале 60-х гг. при участии автора главы в период закладки города и горнорудного комбината, показали морозоопасность таких грунтов.

Выполненные в конце 80-х гг. усиления с использованием консольных ребристых плит оказались малоэффективными, без надежной защиты от промерзания грунтов они разрушились в первую же суровую зиму.

Нами разработана и реализована конструкция усиления буровыми сваями-шпорами с устройством железобетонной плиты (рис. 6.8).

В данном случае железобетонную плиту можно включить в совместную работу с фундаментом и грунтами основания. Промерзание не влияет на конструкции, усиливаемые внутри здания. Подобная комплексная технология была использована при усилении фундаментов театрального здания на Петроградской стороне в Петербурге.

Чтобы исключить нежелательные для старых зданий и слабых грунтов динамические воздействия, практикуют погружение свай вдавливанием. Учитывая стесненность существующих помещений, часто используют многосекционные сваи. Уфимским НИИпромстроем разработаны нормативные документы, регламентирующие технологические особенности использования таких свай. В 80-х гг. на объектах реконструкции в нашей стране начали широко внедрять набивные и буронабивные сваи усиления. ЛенжилНИИпроектом с участием автора этой главы были разработаны альбомы и типовые нормали по технологии устройства указанных свай в условиях слабых грунтов.

Технологические особенности вдавливания многосекционных свай в виде выносных опор приведены на рис. 6.9, а.

При использовании свай вдавливания необходимы надежные упоры. Несущую способность сваи можно регулировать в процессе вдавливания многосекционных элементов. Последние могут быть изготовлены из железобетона в виде секций со специальными стыками, позволяющими быстро выполнять соединение. Можно использовать металлические трубы, однако, при этом следует учитывать возможность их коррозии. В Петербурге эта проблема решалась двумя путями: с помощью установки арматурного каркаса и армирования всего объема трубы и посредством использования готовых трубобетонных элементов.

Вообще, сведения о коррозии самые противоречивые. По данным японских исследователей, широко использующих металл для усиления при реконструкции, коррозия металла не зависит от состава стали, грунтовых условий, наличия сварки. При самой современной антикоррозийной защите она составляет до 0,01 мм в год. Не вдаваясь в детали этой специальной проблемы, отметим лишь, что в условиях городской застройки при блуждающих токах, обилии солей в грунтовых водах создаются самые благоприятные предпосылки для коррозии металла.

В Финляндии, Швеции, Венгрии получили распространение многосекционные сваи типа «Меrа». Они были широко использованы для усиления оснований и фундаментов в Хельсинки, Стокгольме, Будапеште, Турку. В ряде случаев сваи подводили непосредственно под фундамент. Такие сваи могут быть круглого и квадратного сечения, масса элемента — до 100 кг. Сваи изготовливали из железобетонных трубчатых элементов длиной до 100 см, что позволяло легко перемещать их перекатыванием по площадке. Последовательность работ по вдавливанию свай такова (см. рис. 6.9,б). Нижний первый элемент с заостренным наконечником (в слабых грунтах без заострения) погружается домкратом.

В качестве упора служит распределительная железобетонная балка. Наращивание сборных стыкованных элементов производят до тех пор, пока острие не достигнет плотных грунтов, что обеспечит необходимую несущую способность системы в целом. Последним устанавливают головной элемент, площадь поперечного сечения которого много больше площади поперечного сечения сваи. После погружения сваи до проектной отметки под нагрузкой, превышающей расчетную в 1,5 — 1,8 раза, ее заклинивают специальными стойками. Стойки устанавливают между распределительной балкой и оголовком сваи, а полученное отверстие заполняют бетоном.

Фирмы «Похьявахвистус» и «Весто» в Финляндии и Швеции применяли вдавливаемые сваи из кольцевых железобетонных элементов. Стыковку осуществляли с помощью специального раструба; внутреннюю полость сваи после погружения бетонировали.

Недостатком технологических приемов усиления оснований и фундаментов вдавливаемыми сваями является большой объем земляных работ. При этом вскрытие шурфом (траншеей) перегруженного фундамента до его подошвы опасно, а в условиях слабых грунтов при высоком уровне подземных вод — малореально. Кроме этого, вдавливание свай может привести к расструктуриванию (перемятию) слабого глинистого грунта.

В последние 20 лет в практике усиления все шире используют буроинъекционные сваи, как вертикальные, так и наклонные. После специальных работ по опрессовке такие сваи имеют неровную поверхность, поэтому за рубежом они получили название «корневидных» .