Методы усиления фундаментов

Крен рассматривается как разность абсолютных осадок двух точек фундаментов, отнесенных к расстоянию между ними (рис. 3.3), и определяется по формуле:

где S1 и S2 — осадки крайних точек сплошного фундамента или двух фундаментов.

Рис. 3.3. Крен сооружения

Перекос зданий и сооружений характерен при резком проявлении неравномерности осадок на участке небольшой протяженности при сохранении относительной вертикальности несущих конструкций (рис. 7.4).

Кручение возникает при неодинаковом крене здания или сооружения по длине, при этом происходит развитие крена в двух сечениях сооружения в разные стороны (рис. 3.5).

Горизонтальные перемещения фундаментов зданий или сооружений возникают при действии на основания горизонтальных нагрузок (рис. 3.6). Например, устои мостов (рис. 3.6,а), гидротехнические сооружения (рис.3.6,б), они возможны при развитии оползней и при выполнении подземных выработок.

Рис. 3.4. Перекос сооружения

Рис. 3.5. Кручение сооружения

Рис. 3.6. Схема горизонтального перемещения устоя моста (а) и гидротехнического сооружения (б)

      Дефекты и повреждения фундаментов:

1. Увлажнение от грунтовых и атмосферных вод и промерзание стен под окнами первого этажа (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Увлажнение стен с последующим промерзанием: а - от разрушения защитного покрытия цоколя; б - от разрушения гидроизоляции.

Причины повреждений фундаментов:

а) повреждение гидроизоляции при деформации фундаментов и стен;
б) старение гидроизоляции;

в) некачественное устройство или отсутствие гидроизоляции;

г) повреждение облицовки цоколя или применение в качестве облицовки неморозостойкого материала;

д) поднятие уровня грунтовых вод (естественное или искусственное в результате подтопления) выше расчетного;

е) разрушение отмостки или подсыпка грунта вокруг здания выше расположения горизонтальной гидроизоляции либо низкое расположение гидроизоляции (ниже на 10-14 см от отмостки) и отсутствие второй гидроизоляции по цоколю. 

Устранение:  введение гидроизоляции в цоколь взамен разрушенной или отсутствующей (рис. 3.8). Пробивают отверстие в цоколе высотой в 2-3 кирпича кладки, выравнивают цементным раствором и укладывают гидроизоляцию из двух слоев на битумной мастике, каждый слой должен иметь свободный конец не менее 20 см. Пробитое отверстие закладывают кирпичом.

Рис. 3.8. Восстановление разрушенной гидроизоляции.

2.Выщелачивание бетонных конструкций фундамента либо кристаллизационное разрушение бетона (рис. 3.9).

Рис 3.9. Разрушение материала фундамента под воздействием мягкой (щелочной) или соленой воды.

Причины повреждений фундаментов:

а) воздействие на бетон мягкой (щелочной) воды;

б) воздействие на бетон соленой воды. 

Способы устранения повреждений фундаментов:

а) отвести от фундаментов агрессивные воды или понизить их уровень устройством дренажной системы;

б) восстановить и защитить конструкцию от агрессивной воды (рис. 3.10). Для этого нужно сделать выемку грунта захватками по 0,8 м до основания фундамента, очистить пораженные места и закидать их цементно-песчаным раствором (1:3), а также устроить защитную рубашку из пропитанного битумом кирпича с прослойкой рубероида на асфальтовой мастике. После окончания всех работ выемку нужно заполнить жирной глиной.

Рис. 3.10. Восстановление фундамента: 1 - жирная глина; 2 - кирпич, пропитанный битумом; 3 - три слоя рубероида на мастике; 4 - цементный раствор.

3. Расслоение кладки фундамента (рис. 3.11).

Рис. 3.11. Расслоение кладки фундамента.

Причины повреждений фундаментов:

а) отсутствие перевязки в каменной кладке;

б) недостаточная прочность кладки;

в) перегрузка фундамента (в связи с надстройкой и т. п.). 

Устранение: обычно делают уширение фундамента или перенос части нагрузки на выносные балки свосстановлением фундамента.

4. Разрыв фундамента по высоте (рис. 3.12).

Рис. 3.12. Разрыв фундамента по высоте силами морозного пучения грунтов

Причины повреждений фундаментов: морозное пучение вследствие неправильного конструирования и возведения фундамента (засыпка пазух смерзающимися грунтами, склонными к пучению, подтопление фундамента при поврежденной отмостке или поднятие уровня грунтовых вод).

Способы устранения повреждений: удаление пучинистого грунта вдоль фундамента и цементирование места разрыва. Вместо пучинистого грунта пазухи нужно заполнить непучинистым грунтом. После этого следует восстановить отмостку. При необходимости конструкция оборудуется дренажной системой и устраивается утепленная отмостка, пазухи засыпаются дренажным материалом. 

5. Трещины в плите фундамента или неравномерная его осадка.

Причины повреждений фундаментов:

а) неправильное соотношение размеров ступеней подошвы фундамента;

б) недостаточная ширина фундамента;

в) увеличение нагрузки на фундамент в связи с надстройкой;

г) снижение несущей способности основания в связи с его увлажнением. 

Устранение: усиление фундамента путем его уширения одним из способов, указанных выше.

И еще одно замечание: заделку трещин на зданиях, особенно кирпичными замками, нужно проводить после стабилизации процесса осадки. Для определения времени окончания осадки на трещины здания устанавливают маяки (рис. 3.13). Как правило, их ставят на очищенную поверхность конструкции перпендикулярно трещине. На маяки наносят дату установки и наблюдают за ними в течение 20 дней. В журнале со схемой установки маяков отмечают дату появления на маяках разрывов и их ширину. После разрыва маяка на его месте устанавливается новый. Журнал впоследствии может пригодиться при привлечении специалистов.

Рис. 3.13. Наблюдение за развитием трещин: 1 - трещина; 2 - маяк (цементный на наружных или алебастровый на внутренних стенах).

Все перечисленные способы восстановления фундаментов касаются непосредственно самих фундаментов. Существуют и другие способы, в которых усиливается не фундамент, а грунт основания под ним. Эти способы предполагают закачивание в грунт под фундаменты цементных, силикатных или смоляных растворов либо электрохимическое или термическое закрепление грунтов. Хотя эти способы и менее трудоемки, они требуют специального оборудования и в нашей статье не приводятся.

6. Оголение арматуры, коррозионные явления в теле бетонных фундаментов;

7. Гниение элементов деревянных фундаментов;

8. Расслоение кладки и выпадение отдельных камней в бутовых фундаментах.

4. Методы усиления фундаментов.

Основными методами усиления фундаментов являются:

        укрепление кладки фундаментов;

        уширение подошвы фундамента;

        устройство промежуточных опор;

        устройство под зданием фундаментной плиты;

        заглубление фундаментов;

        применение свай.

Выбор метода зависит от типа существующего фундамента, степени физического износа, особенностей инженерно-геологического напластования, уровня подземных вод, конструктивной схемы здания, величины и характера действующих нагрузок.

Закрепление грунтов основания.

Закрепление грунтов основания применяется для увеличения несущей способности оснований реконструируемых зданий. Способы закрепления грунтов основаны на нагнетании раствора, состоящего из одного или нескольких компонентов, способных при смешивании образовать гель в порах грунта, придавая ему прочность и водонепроницаемость.

Физико-механические и технологические особенности этих способов были подробно рассмотрены в разделе 9.2. Однако при их использовании для укрепления оснований существующих зданий имеют место некоторые технологические особенности и возникают дополнительные трудности, связанные с ограничением давления цементации, безопасным для состояния фундаментов и конструкций здания.

Наиболее распространенными способами закрепления грунтов оснований являются инъекционные, не сопровождаемые динамическими воздействиями. Выбор конкретного способа закрепления зависит от конструктивных особенностей реконструируемого здания и предъявляемых к закрепленному грунту требований по прочности, деформируемости и долговечности, а также производится на основе технико-экономического анализа.

При реконструкции зданий цементацию применяют как для закрепления оснований и усиления контакта «подошва фундамента -грунт», так и для усиления частично разрушенной кладки. Кроме того, в крупнообломочных и песчаных грунтах цементацию применяют и для создания противофильтрационных завес, препятствующих выносу мелких частиц из основания фундаментов существующих зданий при откачках воды из котлована, расположенного рядом.

Наряду с закреплением грунтов основания цементацию часто применяют для заполнения пустот и каверн в закарстованных основаниях.
Силикатизация основания существующих фундаментов предназначена для повышения несущей способности мелких и пылеватых песков, плывунов, лессовидных и насыпных грунтов. В необходимых случаях силикатизация также может быть использована для создания противофильтрационных завес (рис. 13.4.6).

Рис. 4.1. Схема силикатизации основания под ленточным фундаментом: 1 - инъектор; 2 - фундамент; 3 - укрепленная зона

Уширение подошвы фундамента производится при недостаточной несущей способности грунтов основания. Это достигается путем устройства односторонних (при внецентренном приложении нагрузки) и двусторонних (при центральной нагрузке) банкет (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Уширение ленточных фундаментов монолитными банкетами: а - одностороннее уширение; б, в - двустороннее уширение; 1 - упорный уголок; 2 - подкос; 3 - рабочая балка; 4 - щебеночная подготовка; 5 - анкер; 6 - распределительная балка; 7 - зачеканка литым бетоном

Банкеты и существующие фундаменты должны быть соединены жестко. Для этого их примыкание производится с помощью штраб либо специальных металлических или железобетонных разгружающих балок.

Недостающая площадь подошвы фундамента «Ад», которая должна быть добавлена в связи с повышением нагрузок при реконструкции, равна

Ад= (Nо-АфР)/Р = No/Р-Аф,   (4.1)

где No - вертикальная увеличенная нагрузка на фундамент, кН; 

Аф - площадь подошвы усиливаемого фундамента, м2; 

Р - среднее давление по подошве усиливаемого фундамента, кН/м2.

Устройство под зданием фундаментной плиты

Устройство под зданием фундаментной плиты  является целесообразным при реконструкции зданий, возводимых на неравномерно сжимаемом основании, сложенном слабыми грунтами, а также при необходимости передачи больших дополнительных нагрузок, которые могут вызвать значительные неравномерные деформации. Подводка под здание фундаментной плиты позволяет снизить давление на грунты и является одним из самых эффективных способов увеличения площади фундамента.

Заглубление фундаментов рекомендуется выполнять при необходимости увеличения глубины подвала, переноса подошвы фундаментов на более прочные слои грунта основания и т.п. На рис. 13.4.3 показана последовательность заглубления ленточных фундаментов.

Рис. 4.3. Заглубление ленточных фундаментов: а - монтаж разгружающих балок; б - разборка старого фундамента; в - устройство нового фундамента; 1 - несущая стена; 2 - разгружающие балки; 3 - опоры; 4 - старый фундамент; 5 - новый фундамент

Новый фундамент после устройства его подошвы на более глубокой отметке должен быть включен в совместную работу с несущей стеной путем подклинивания или инъекцирования песчано-цементного раствора под давлением.

При необходимости передачи на фундаменты повышенных дополнительных нагрузок высокой деформируемости грунтов основания и наличии подземных вод, осложняющих процесс уширения или заглубления фундаментов, нагрузки на более прочные слои грунта передают путем пересадки существующих фундаментов на сваи. В зависимости от толщины слабого грунта и глубины залегания кровли прочного слоя сваи будут работать как висячие или как стойки. Несущую способность свай и их количество определяют расчетом.