Реконструкция и усиление фундаментов. Особенности строительных работ в условиях реконструкции. Причины, вызывающие необходимость реконструкции фундаментов и усиление оснований.

Несмотря на все увеличивающийся объем реконструкции зданий и сооружений самого различного назначения, до сегодняшнего дня нет нормативных документов, определяющих порядок расчета оснований и фундаментов в различных вариантах реконструкции. К наиболее распространенным случаям реконструкции можно отнести:

· увеличение нагрузки на существующие фундаменты (надстройки, использование более тяжелых конструкций и пр.);

· устройство новых фундаментов на пятне застройки старого, разбираемого при реконструкции;

· пристройку новых зданий и сооружений к старым, существующим;

· усиление либо переустройство оснований и фундаментов.

Несущая способность должна был достаточной, чтобы не про. исходила потеря устойчивости основания, а неравномерности осадки оснований не должны превышать предельно допустимых величин для нормальной эксплуатации здания после реконструкции Проектирование производится по двум предельным состояниям.

Целью расчета по первому предельному состоянию является обеспечение несущей способности и ограничение развития чрезмерных пластических деформаций в период дальнейшей эксплуатации здания после реконструкции.

Этот расчет производится исходя из общего условия

Для пылевато-глинистых грунтов с мягко- и текучепластичной консистенцией, ленточных суглинков и глин, пылевато-глинистых грунтов, содержащих растительных остатков до 10% от веса минеральной части, а также при реконструкции сооружений со сроком эксплуатации менее 15 лет необходимо провести проверку оснований по несущей способности (по первому предельному состоянию).

Прогноз дополнительных осадок оснований реконструируемых зданий рекомендуется осуществлять специальным расчетом в 2 этана: первый этап - расчет исходной осадки (до реконструкции) с учетом напряженно-деформированного состояния (НДС) основания; второй этап - определение дополнительной осадки фундамента после реконструкции.

Способы усиления оснований и фундаментов.

В процессе длительной эксплуатации зданий и сооружений происходят деформации конструкций, вызываемые различными причинами. При строительстве зданий на слабых грунтах основными причинами деформаций являются неравномерные осадки.

Последние вызывают разрушения самих фундаментов, стен, колонн, перекрытий.

Выбор технологии усиления оснований и фундаментов зависит от рассмотренных факторов, а также от вида предполагаемых работ по консервации, реставрации либо реконструкции. Реконструкция может быть связана с увеличением нагрузок на существующие фундаменты. Основополагающими являются факторы, связанные с конструктивными особенностями здания, состоянием грунта в основании и оснащенностью организаций, осуществляющих работы. Современным оборудованием можно выполнять работы по усилению оснований и фундаментов технологично, быстро, надежно, с минимальным использованием ручных операций.

Принятое решение должно обеспечить надежную, длительную дальнейшую эксплуатацию, соответствующую данному при проектировании геотехническому прогнозу, с учетом экономики, экологии, безопасности ведения работ.

Рассмотрим и проанализируем традиционные и современные новые технологии усиления оснований и фундаментов. Предварительно оценим причины, обусловливающие необходимость усиления оснований и фундаментов. Согласно обобщенной классификации Б.И.Далматова это, прежде всего, увеличение нагрузки на фундаменты; разрушение кладки фундамента или снижение его гидроизолирующих свойств; ухудшение условий устойчивости фундаментов либо грунтов в их основании; увеличение деформативности грунтов; непрерывное развитие недопустимых перемещений конструкций.

В литературе рассматриваются, как правило, традиционные способы усиления. Однако в последние 20 лет развиваются новые технологии, особенно интенсивно в ФРГ, Англии, Франции, Италии, Швеции, Финляндии.

Традиционные способы усиления фундаментов.

Рассмотрим традиционные варианты усиления фундаментов, связанные с увеличением площади подошвы, с позиций геотехники и технологичности применительно к слабым, водонасыщенным грунтам, где такие уширения наиболее вероятны. Выполняемые уширения подошвы фундамента без предвари-тельной опрессовки малоэффективны. Они вступают в работу лишь при увеличении нагрузки, когда появляются дополнительные осадки. К сожалению, последние могут быть предельными для старого здания, требующего усиления. Это наглядно видно на схеме уширения подошвы фундамента с эпюрами давления в плоскости подошвы (рис. 15.4).

Усиление оснований и фундаментов производится, когда грунты перегружены. При вскрытии таких фундаментов (даже локальных) до уровня подошвы может произойти выпор грунта в траншею или шурф (рис.15.5).

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 пробитые отверстия через 50 см в шахмат ном порядке).

Устанавливают опалубку и бетонируют уширение. Имеются технологические приемы, позволяющие выполнить опрессовку грунта. Для этого после разработки траншеи бетонируют примыкающие к граням фундамента банкеты без омоноличивания их с кладкой существующих фундаментов. Затем в пробитые проемы устанавливают стальные балки, являющиеся упорами для гидравлических домкратов, которыми обжимают грунты в основании устраиваемых уширений. После опрессовки домкраты извлекают и бетонируют банкет (рис. 15.6, г).

Как показывают наблюдения, значительная часть нагрузки передается через подошву старого фундамента. Это можно считать допустимым, так как уширения улучшают в целом условия передачи нагрузки, исключая выпор из-под подошвы. Здесь технология работ должна исключить выпор грунта. Само появление возможного выпора должно прогнозироваться расчетом.

Рассмотренные приемы усиления сложны и дорогостоящи, а главное, выполняются преимущественно вручную. Там, где горизонт подземных вод достаточно высок, стоимость работ резко возрастает в связи с необходимостью откачки 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.

По ряду причин полностью неприемлем в условиях слабых грунтов рекомендуемый в литературе способ подведения новых фундаментов с увеличением глубины заложения подошвы. Такие способы нетехнологичны и могут быть реализованы лишь в достаточно прочных грунтах при низком горизонте подземных вод, где, как правило, не требуется усиления фундаментов.

Современные способы усиления фундаментов.

Чтобы исключить нежелательные для старых зданий и слабых грунтов динамические воздействия, сваи, как правило, погружают вдавливанием. Из-за стесненности существующих помещений часто используют многосекционные сваи. Технологические особенности вдавливания многосекционных свай в виде выносных опор приведены на рис. 15.8, а.

При использовании свай вдавливания необходимы надежные упоры. Несущую способность сваи можно регулировать в процессе вдавливания многосекционных элементов. Элементы могут быть изготовлены из железобетона в виде секций свай 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: 1 - установка арматурного каркаса и армирование всего объема трубы; 2 - использование готовых трубобетонных элементов.

Вообще сведения о коррозии самые противоречивые. По данным японских исследователей, которые широко используют 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 точках, обилии солей в грунтовых водах создаются самые благоприятные предпосылки для коррозии металла.

В Финляндии, Швеции, Венгрии получили распространение многосекционные сваи типа «Мега». 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 изготовляли из железобетонных трубчатых элементов длиной до 100 см, что позволяло легко перемещать их перекатыванием по площадке. Последовательность работ по вдавливанию свай такова (рис. 15.8, 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 производится до тех пор, пока острие не достигнет плотных грунтов, что обеспечит необходимую несущую способность системы в целом.

Последним устанавливают головной элемент сваи, площадь поперечного сечения которого намного 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.

В последние 20 лет в практике усиления все шире используются буроинъекционные сваи как вертикальные, так и наклонные. После специальных работ по опрессовке такие сваи имеют неровную поверхность, поэтому за рубежом они получили название “корневидных”. Основные преимущества корневидных свай:

· Полностью исключаются ручные земляные работы. Бурение скважин ведется непосредственно через фундамент, не затрагивая коммуникаций, проходящих около зданий и в подвалах.

· Используя малогабаритное оборудование, можно вести работы из подвала при высоте 2, 0...2,5 м, а в случае необходимости - с первого этажа здания.

· Совершенно не изменяется внешний вид конструкции, что немаловажно при работе на памятниках архитектуры.

· Можно вести работы на действующих предприятиях без остановки производственного процесса.

· Затраты ручного труда на всех технологических операциях минимальные; способ экономичен, с низким расходом материалов.

· Очевидна экологическая чистота способа, по сравнению с химическими способами закрепления, что важно в условиях повышенных экологических требований.

Отметим отдельные недостатки указанных свай:

· Недостаточная изученность работы тонких свай в слабых грунтах.

· Низкая несущая способность из-за небольшого диаметра и соответственно малой боковой поверхности и площади острия.

· Сложность надежного закрепления головы сваи в случае ветхого фундамента, который в последующем работает как ростверк. Отсутствие соответствующего расчета.

· Неопределенность в формировании необходимого диаметра при устройстве буроинъекционных свай в слабых грунтах.

· Неизученность работы тонкой длинной сваи как элемента, армирующего толщу слабого грунта.

Несмотря на все отмеченные недостатки, в Италии, ФРГ, Франции, Швеции и России успешно усилены здания, включая аварийно деформированные памятники, и даже возведены новые фундаменты в сложных условиях примыкания новых зданий к старым на слабых грунтах.

Дата добавления: 2015-07-16