Способы укрепления фундаментов мелкого заложения

Укрепление фундаментов мелкого заложения можно достичь различными методами, включая использование инъекционных материалов для повышения прочности грунта. Это позволяет улучшить не только несущую способность, но и устойчивость к осадкам. Дополнительно, применение армирования с помощью металлоконструкций или фиброармирования бетона может повысить долговечность и стабильность фундамента.

Также важным аспектом является контроль за водоотведением и дренажом вокруг фундамента, что помогает избежать избыточной влажности и разрушения грунта, лежащего под основанием. Внедрение профилированных дренажных систем способствует равномерному распределению нагрузок и снижает риск подмывания фундамента.

Основные способы усиления фундаментов мелкого заложения инъекционными сваями

Реконструкция зданий и сооружений часто связана с ситуацией, при которой возникает необходимость усиления фундаментов для повышения их несущей способности по грунту. В последние годы получили широкое распространение способы усиления фундаментов мелкого заложения путем передачи части нагрузки на инъекционные сваи [11, 28, 39, 44, 60, 113].

В зарубежной и отечественной практике часто применяют инъекционные технологии упрочнения грунтов оснований реконструируемых зданий [22, 25, 115, 131, 132]. Наибольшее распространение из инъекционных свай получили буроинъекционные сваи (вертикальные и наклонные), при помощи которых было выполнено усиление фундаментов многих значимых памятников архитектуры [14, 19, 48, 52, 54, 58, 60, 106, 112, 118]. За рубежом в этом направлении работает ряд специализированных фирм, например «Fondedile», «Bauer», «Keller», «Miver», «Fundex» и др. [2, 131, 133, 140, 141]. Считается, что впервые буроинъекционные сваи были разработаны итальянской компанией «Fondedile» [135]. Также буроинъекционные сваи там называют «корневидными», так как после проведения «опрессовки» тело сваи приобретает неровную поверхность [26, 49].

В нашей стране проведением научно-исследовательских работ, внедрением и применением буроинъекционных свай активно занимались ученые НИИОСП им. Н.М. Герсеванова [88]. Исследованиями в этом направлении продолжают заниматься и в настоящее время.

С использованием буроинъекционных свай были выполнены работы по усилению оснований и фундаментов значимых памятников архитектуры: храма Св. Екатерины Александрийской (г. Санкт-Петербург), Третьяковской галереи (г. Москва), музея Андрея Рублева (г. Москва) и др. [14, 112].

Технология устройства буроинъекционных свай согласно СП 50-102-2003 [97] включает: устройство вертикальных или наклонных скважин (в основном бурением и др.); установку арматурного каркаса по секциям; заполнение скважины мелкозернистой бетонной смесью (раствором) и опрессовку под давлением до 0,2 – 0,4 МПа [97, 112]. При выполнении опрессовки диаметр сваи увеличивается, а боковая поверхность ствола становится неровной [53, 88, 111].

Технологические схемы их устройства могут меняться в зависимости от грунтовых условий: без крепления стенок скважин в маловлажных глинистых грунтах, под защитой скважины глинистым раствором или обсадной трубы (извлекаемой или не извлекаемой из грунта) – в слабых грунтах. Удельная несущая способность по грунту основания устроенной буроинъекционной сваи ниже по сравнению с другими типами свай (забивными, набивными и др.).

Потому, что при устройстве буроинъекционных свай уплотнения грунта вокруг ее ствола, по боковой поверхности и под острием, не происходит. Поэтому, для повышения несущей способности этих свай увеличивают их длину и диаметр (L 40 м; d = 0,15 – 0,3 м). При наличии большой толщи слабых грунтов требуется их проходка с опиранием нижних концов в более прочные слои [48, 70, 108, 112]. Значительным недостатком буроинъекционных свай является большая гибкость (отношение длины к диаметру L/d = 80 120), которая может приводить к потере их устойчивости. Вопросы взаимодействия длинных и тонких свай с грунтом основания достаточно подробно освещены в работах [15, 88, 112].

Представляет интерес технология устройства самозабуриваемых свай «Titan», разработанных специалистами фирмы ISCHIBECK (Германия). Технология их устройства заключается в совмещение операций бурения и цементации. Это позволяет устраивать сваи в неустойчивых грунтах.

В качестве арматуры используются буровые штанги из стальной трубы с непрерывной резьбой по длине, которые остаются в теле сваи. Ствол сваи формируют путем нагнетания бетонной смеси под высоким давлением 2 6 МПа. Разновидностью свай «Titan» являются также сваи «Atlant» [2, 48, 49].

Технология изготовления буроинъекционных свай «Franki» также предусматривает операции, препятствующие обрушению неустойчивого грунта в процессе бурения скважины. Нагнетание раствора под давлением 1 2 МПа сопровождается промывкой через внутренний канал штанги. Промывочный раствор вытесняет разуплотненный грунт и образует цементную корку на стенках скважины [48]. Заполнение скважины осуществляют цементным раствором через отверстия в породоразрушающем долоте, металлическую трубу используют в качестве арматурного каркаса.

Однако применение таких свай в глинистых грунтах (в грунтах с низким коэффициентом фильтрации) является достаточно сложной задачей из-за образования гидроразрывов в грунтовом массиве и растекания бетонной смеси [142]. Буроинъекционные сваи «Ропресс» отличаются тем, что инъекция может выполняться выборочно и повторно по высоте сваи, что позволяет формировать уширения ствола с уплотнением околосвайного грунта и, соответственно, повышать несущую способность сваи по грунту.

Технология устройства сваи «Ропресс» включает: бурение скважины; погружение манжетной трубы с закрытым нижним концом, которая выполняет роль арматуры; погружение инъекционной штанги с двойным пакером внутрь манжетной трубы и тампонирование пространства между скважиной и манжетной трубой цементным раствором. Инъекция раствора осуществляется снизу вверх через отверстия в манжетной трубе для формирования уширений. Инъектируемый раствор разрывает под давлением тампонажную корку и внедряется в грунт. Резиновые манжеты удерживают раствор в застенном пространстве [115].

СПОСОБ УСИЛЕНИЯ ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК E02D27/08

Изобретение относится к строительству, касается усиления ленточных фундаментов мелкого заложения для зданий и сооружений.

Конструкция усиления содержит анкеры, закрепленные в теле ленточных фундаментов, искусственное основание с криволинейной поверхностью, заполненное под давлением цементным раствором, и оболочку, расположенную на искусственном основании.

Новым является то, что выпуклая вверх форма позволяет оболочке работать на растяжение, и заполнение под давлением цементным раствором искусственного основания позволяет уплотнить грунт и включить в работу оболочку до увеличения нагрузки на надземную часть здания или сооружения. Все армирующие стержни в оболочке являются рабочими. При этом оболочка практически не имеет изгибной жесткости.

Технический результат изобретения состоит в снижении величины дополнительных осадок зданий и сооружений за счет уплотнения грунтового основания и включения в работу оболочек до увеличения нагрузки на здание или сооружение, повышении несущей способности основания за счет полноценного включения в работу поверхностных и глубоких слоев основания, снижении расхода бетона и металла за счет криволинейной формы поверхности выпуклой вверх, что позволяет полностью использовать армирующие стержни оболочки.

Известен способ усиления ленточных фундаментов в виде распорных рам, элементы которых работают преимущественно на сжатие [Коновалов П.А. Основания и фундаменты реконструируемых зданий / П.А.Коновалов. — М.: Стройиздат, 1988]. Недостатком такого усиления является включение в работу конструкции только после появления дополнительных осадок при увеличении нагрузки на здание или сооружение и значительное уменьшение полезной площади подвала.

Известно усиление ленточных фундаментов за счет уширения подошвы и включения в совместную работу элементов усиления за счет плоских гидравлических домкратов [Швец В.Б. Усиление и реконструкция фундаментов / В.Б.Швец, В.И.Феклин, Л.К.Гинзбург. — М.: Стройиздат, 1985]. Недостатком такого усиления является ограничение ширины элементов усиления, сложность технологии и высокая стоимость.

Цель изобретения — создание эффективного способа усиления существующих ленточных фундаментов мелкого заложения с соблюдением заданной надежности надфундаментной конструкции.

Предложен способ усиления фундаментов мелкого заложения, содержащий искусственное основание с криволинейной поверхностью, заполненное под давлением цементным раствором, оболочку, расположенную на основании, анкеры, закрепленные в теле ленточных фундаментов мелкого заложения. Несущими элементами являются анкеры, закрепленные в теле ленточных фундаментов мелкого заложения, и криволинейная бетонная оболочка с внутренним армированием, образованная на криволинейной поверхности искусственного основания, расположенного в подвале и обращенного выпуклостью вверх, причем ортогонально расположенные стержни армирования оболочки прикреплены краями к анкерам.

В качестве усиления ленточных фундаментов мелкого заложения используется выпуклая вверх пологая оболочка положительной или нулевой гауссовой кривизны с соотношением стрелы подъема к пролету

и соотношением высоты сечения к пролету

. Данное усиление представлено в виде несущих армированных оболочек 1, устроенных по криволинейной поверхности искусственного основания 2. Оболочки ограничены перекрестно расположенными ленточными фундаментами мелкого заложения 3 и соединены с ленточными фундаментами анкерами 4 (фиг.1). При такой конструктивной форме оболочки 1 работают на растяжение. В качестве внутреннего армирования оболочки могут использоваться стальные, стекловолокнистые или полимерные стержни.

Восприятие распора осуществляется за счет изгибной жесткости ленточных фундаментов 3, бокового отпора вдоль ленточных фундаментов минерального основания 2, заполненного под давлением цементным раствором. Прикрепление анкеров 4, связанных со стержнями армирования оболочки 1, производится в теле ленточных фундаментов мелкого заложения 3.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами на фиг.1, фиг.2.

Способ усиления ленточных фундаментов мелкого заложения осуществляется следующим образом. В подвальной части здания в теле ленточных фундаментов мелкого заложения 3 закрепляются анкеры 4 путем высверливания отверстий и установки анкеров на клеящие составы. Планируется искусственное криволинейное основание из минеральных материалов 2 по естественному основанию 5. Устанавливается армирование оболочки в виде криволинейных стержней 6. Производится установка перфорированных инъекторов 7. Выполняется бетонирование оболочек 1 по поверхности искусственного основания 2. Производится заполнение искусственного основания 2 цементным раствором под давлением через перфорированные инъекторы 7.

В процессе заполнения искусственного основания 2 под давлением цементным раствором происходит вовлечение в работу оболочек 1 и грунтового основания 5. При этом оболочка 1 натягивается, грунтовое основание 5 уплотняется. Подъем оболочки 1 при создании давления в области минерального основания 2 ограничен закреплением ее в ленточном фундаменте 3, который в свою очередь закреплен от перемещений в вертикальной плоскости весом сооружения, передающегося на фундамент стенами 8. Таким образом, до приложения нагрузки, например, от надстраиваемых этажей оболочки 1 и грунтовое основание 5 включаются в работу. При этом разгружается грунтовое основание 5 под ленточными фундаментами. После приложения нагрузки, например, от надстраиваемых этажей происходят осадки всего фундамента, включая и ленточный фундамент 3 и оболочки 1, которые весьма малы по причине значительного увеличения площади усиленного фундамента и включенного в работу грунтового основания 5 под оболочками 1 предварительно закачанным под давлением цементным раствором в искусственное основание 2.

Иллюстрации к изобретению RU 2 447 232 C1

Реферат патента 2012 года СПОСОБ УСИЛЕНИЯ ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

Изобретение относится к строительству, а в частности к усилению ленточных фундаментов мелкого заложения для зданий и сооружений. Способ усиления ленточных фундаментов мелкого заложения содержит анкеры, искусственное основание с криволинейной поверхностью и оболочку, расположенную на основании. Несущие элементы в виде армированных бетонных оболочек, образованных на криволинейной поверхности искусственного основания, заполненного под давлением цементным раствором, расположенного в подвале и обращенного выпуклостью вверх, прикреплены краями к анкерам, закрепленным в теле ленточных фундаментов мелкого заложения, на которые опираются несущие стены. Технический результат состоит в повышении несущей способности основания, снижении материалоемкости, обеспечении усиления существующих ленточных фундаментов мелкого заложения с соблюдением заданной надежности надфундаментной конструкции. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 447 232 C1

Способ усиления ленточных фундаментов мелкого заложения, содержащий анкера, искусственное основание с криволинейной поверхностью и оболочку расположенную на основании, отличающийся тем, что несущие элементы в виде армированных бетонных оболочек, образованных на криволинейной поверхности искусственного основания, заполненного под давлением цементным раствором, расположенного в подвале и обращенного выпуклостью вверх, прикреплены краями к анкерам, закрепленным в теле ленточных фундаментов мелкого заложения, на которые опираются несущие стены.

ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ УСИЛЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ И УСЛОВИЯ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

Фундаменты зданий, другие подземные конструкции со временем получают физический износ в результате воздействия на них природных и техногенных факторов, так как минеральные материалы, из которых они изготовлены, выветриваются, обводняются и подвергаются выщелачиванию; деревянные элементы разлагаются, происходит коррозия металла арматуры, балок, стальных и чугунных свай и т.п. [2, 3].

Основания зданий и сооружений (то есть грунты) получают деформации в ходе эксплуатации, такие как: осадки; просадки; провалы и т.п. Это приводит к износу сооружений, развитию трещин в стенах, кренов и прогибов, иногда к общей потере устойчивости здания. Факторы износа фундаментов и развития деформаций оснований бывают техногенными — неравномерная осадка оснований — процесс длительного уплотнения грунтов в результате воздействия нагрузки от массы зданий, развивающийся десятки лет, и природными.

Существуют традиционные и современные способы усиления фундаментов. Традиционные способы усиления фундаментов заключаются в увеличении ширины подошвы фундаментов, то есть обеспечивают уменьшение удельного давления на грунт. Современные способы усиления фундаментов и оснований базируются на 2 принципах: «пересадка» здания на сваи и закрепление грунтов оснований инъекцией строительных растворов в грунт.

Сваи, применяемые при усилении фундаментов, существенно отличаются от тех, которые применяют в обычных условиях. При усилении фундаментов используют сваи: буровые, буроинъекционные и вдавливания. Отличительной особенностью свайных технологий является необходимость применения малогабаритной техники, приспособленной для работы в низких помещениях.

В особо сложных случаях усиления фундаментов мелкого заложения, когда нагрузку от здания надо передать на глубоко залегающие прочные грунты, особенно при наличии высокого уровня грунтовых вод, используют вдавливаемые сваи (Рисунок 1). Усиление фундаментов сваями производится двумя способами: пересадкой фундаментов на выносные сваи или подведением свай под подошву фундамента.

Выносные сваи применяют при высоком уровне грунтовых вод, а сваи, подводимые под подошву фундамента, — при низком. Сваи располагают одну от другой на расстоянии не менее 3d.

Их располагают вдоль края усиливаемого фундамента в ряд и объединяют монолитной железобетонной балкой, которую заделывают в штробы, выполненные в теле фундамента, или закрепляют анкерными устройствами. При двусторонней установке вдавливаемых свай их объединяют попарно балками, которые пропускают через отверстия в старых фундаментах.

Буроинъекционные сваи отличаются от буровых тем, что в ствол скважины строительный раствор подается под давлением от 1 до 3 МПа, при этом грунт, окружающий сваю уплотняется. Растворы, нагнетаемые в грунт, заполняют полости или зоны ослабленного грунта. С течением времени растворы отверждаются, при этом достигается уширение подошвы фундаментов и увеличение глубины заложения подошвы, то есть обеспечивается повышение несущей способности основания и уменьшение его деформируемости.

Примером буроинъекционных свай являются корневидные сваи, которые образуют жесткие корни в грунте. Их выполняют с одной или двух сторон (под разными углами), с уровня улицы, с пола подвала, с перекрытий над подвальным этажом. Применение для усиления фундаментов корневидных свай позволяет производить работы без разработки котлованов, обнажения фундаментов и нарушения структуры грунта в основании. Корневидные сваи обладают высоким сопротивлением трению вдоль боковой поверхности. Они проходят сквозь существующие конструкции и оказываются связанными с сооружением, поэтому не требуется дополнительное их сопряжение с существующими фундаментами.

Эффективные методы усиления фундаментов мелкого заложения