Усиление фундаментов зданий и сооружений является необходимой мерой для обеспечения их долговечности и безопасности. Одним из распространённых методов является инъекционное усиление, при котором специальные растворы вводятся в грунт для улучшения его несущей способности. Также часто применяется увеличение площади фундамента за счёт расширения или устройства новых опор, что позволяет перераспределить нагрузки и повысить устойчивость конструкции.
Кроме того, применение различных методов вертикального и горизонтального бурения для установки свай позволяет значительно увеличить прочность фундамента. Эти методы комбинируются с современными технологиями контроля за состоянием грунтов и конструкций, что позволяет эффективно решать проблемы, связанные с осадками и деформациями. Регулярное обследование и диагностика состояния фундамента тоже играют важную роль в сохранении надежности зданий.
СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ УСИЛЕНИЯ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»
Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Дизенко Светлана Ивановна, Ситниченко Артём Алексеевич, Елисеев Лев Владимирович
В данной статье рассмотрены способы усилений оснований и фундаментов , описаны классические и новейшие методы реконструкции зданий и сооружений. Приведены различные способы применениях этих технологий.This article discusses the methods of strengthening the foundations and foundations, describes the classical and the latest methods of reconstruction of buildings and structures. Various ways of applying these technologies are given.This article discusses the methods of strengthening the foundations and foundations, describes the classical and the latest methods of reconstruction of buildings and structures. Various ways of applying these technologies are given.
Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Дизенко Светлана Ивановна, Ситниченко Артём Алексеевич, Елисеев Лев Владимирович
Устройство подземного пространства при реконструкции административного здания
Опыт усиления фундаментов зданий в инженерно-геологических условиях Татарстана
Некоторые аспекты реконструкции фундаментов
Заложение фундамента в условиях сложившейся городской застройки
Проблемы проектирования и строительства подземных и транспортных сооружений в условиях Беларуси
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
Текст научной работы на тему «СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ УСИЛЕНИЯ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ»
Дизенко Светлана Ивановна, доцент кафедры, кандидат технических наук Кубанского государственного технологического университета,
Россия, г. Краснодар Ситниченко Артём Алексеевич, студент Кубанского государственного технологического университета, Россия, г. Краснодар
Елисеев Лев Владимирович, студент Кубанского государственного технологического университета, Россия, г. Краснодар
СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ УСИЛЕНИЯ ОСНОВАНИЙ И
Аннотация: В данной статье рассмотрены способы усилений оснований и фундаментов, описаны классические и новейшие методы реконструкции зданий и сооружений. Приведены различные способы применениях этих технологий.
Ключевые слова: основания, фундаменты, усиление фундаментов, реконструкция, техническое обследование.
Abstract: This article discusses the methods of strengthening the foundations and foundations, describes the classical and the latest methods of reconstruction of buildings and structures. Various ways of applying these technologies are given.
Key words: foundations, foundations, strengthening of foundations, reconstruction, technical inspection.
Задача фундамента — это передача нагрузок от конструкции к основанию. В свою очередь задача основания воспринимать ощутимые напряжения и деформации от этой нагрузки и поглощать нагрузку, передаваемую на него конструкцией. Под действием этих нагрузок основание
деформируется, и эти деформации вызывают дополнительные напряжения в конструкции зданий и сооружений, что и приводит к нежелательным изменениям, в частности трещинам и осадкам.
Трещины на стенах, оконных проемах, перекосы, заклинивания дверей и окон в зданиях являются характерными признаками, свидетельствующими о том, что здание испытывает деформации. Именно для устранения подобных дефектов и разрабатываются технологии по усилению фундаментов и оснований.
Основными причинами, обусловливающими необходимость усиления оснований и переустройства фундаментов, являются:
• снижение прочностных и деформативных характеристик грунтов основания в результате различных воздействий;
• снижение прочности материала фундамента за время эксплуатации;
• реконструкция с существенным увеличением нагрузок на конструкции;
• возведение рядом с существующим зданием нового, создающего дополнительную нагрузку на основание существующего здания или сооружения [1].
Усиление оснований фундамента
Это сложный процесс по причине уникальности каждого конкретного случая. На этот процесс влияют различные факторы — качество грунта, климатические условия, уровень подземных вод. Вследствие чего проекты усиления оснований фундамента не имеют типовых решений и разрабатываются для конкретных случаев с учетом накопленного опыта строителей и могут проводиться по двум направлениям — со стороны грунтов и со стороны фундаментов.
Методы усиления грунтов основания сводятся к повышению их несущей способности путем искусственного упрочнения. К основным способам упрочнения оснований зданий и сооружений относятся:
Физико-химические способы усиления оснований:
Рисунок 1 — Метод усиления фундамента методом инъекции
Этот метод представляет собой процесс упрочнения грунта (цементация, силикатизация), посредством ввода в него раствора, что придает данному грунту повышенные прочностные и деформативные показатели. Инъецирование производится жидким стеклом (силикатным) или цементным раствором (цементирующим). Подготовка фундамента к инъецированию включает в себя вскрытие фундамента, установку инъекторов, форсунок, подключение к блоку впрыска и проверку готовности системы. Инъекционные втулки сверлят или прокалывают сплошную дорожку на расстоянии 0,8-1 м
Термический метод — это процесс обжига при температуре, при которой происходят необратимые изменения из-за разрушения карбонатов и образования нового грунта для закрепления связей. В то же время грунт приобретает прочность на сжатие до 10-12 кг/см2, теряет способность к форсированию, становится водостойким и морозостойким. Термическое укрепление грунтов осуществляется двумя способами. Первый способ заключается в закачке нагретого до температуры 600-800° воздуха в грунт через скважины. Но второй — более эффективный способ, который заключается в сжигании различных видов топлива на устье самой скважины, герметично закрытой сверху [2].
Электрохимическое закрепление этот метод основан на введении в грунт химических растворов. Усиление грунта проводят путем длительной обработки с помощью постоянного электрического тока через электроды: отрицательные используются для заливания химических растворов, а положительные — для откачивания поступающей из почвы жидкости [3].
Конструктивные методы укрепления грунта (до начала строительства, для особых грунтов):
• устройство подушек (из песка или местного связного грунта)
• устройство шпунтового ограждения
• создание боковых пригрузок
Грунтовые подушки — это технология замены слабого грунта другим, отвечающий заданным требованиям. При проектировании следует определить ее толщину и размеры в плане. Наиболее часто принимают толщину подушки 1,0-3,0 м, в пределах которой слабые слои грунта убирают.
Шпунтовые конструкции — используются для улучшения условий эксплуатации грунтов, так как их элементы заключены в фундаменты сооружений. Шпунтовая свая погружается в три бедных грунта до уровня
относительно плотных грунтов, а конструкция размещается на песчаной подложке в месте с ограждением из шпунтовой сваи. Техническое решение повышает несущую способность грунта за счет снижения проводимости осадков в почве [4].
Рисунок 2- Усиление основания с помощью шпунтового ограждения: 1 — фундамент; 2 — слабый грунт; 3 — шпунтовое ограждение; 4 — плотный грунт; 5 — песчаная
подушка (дренирующий слой)
Армирование представляет собой укрепление
слабого грунта различными материалами. Применяется для укрепления земляного полотна, возведения насыпей, устройстве террас, мелиорации. Для армирования используется геотекстиль — натуральный или синтетический водонепроницаемый материал.
Боковые пригрузки — Устройством пригрузок основания в низовой части откосов можно повысить устойчивость откосов, а также основание грунта под ее подошвой.
Рисунок 3 Увеличение устойчивости насыпи на слабых грунтах методом боковой пригрузки: 1 — слабый грунт; 2 — боковая пригрузка; 3 — насыпь.
Механические методы усиления оснований:
• Поверхностное уплотнение грунта
• Глубинное уплотнение грунта
Поверхностное уплотнение метод уплотнения, когда сила воздействует на поверхность и приводит к уплотнению относительно небольшой толщины грунтов. Воздействие на значительную глубину грунтового массива относится к числу методов уплотнения. Никакое уплотнение не работает при полном отказе, то есть до уровня, при котором дополнительное воздействие неэффективно. Уплотнение почв во многом зависит от их влажности и максимальной плотности каркаса уплотненной почвы и относительной влажности защищаемых участков Wопт (оптимальная влажность — влажность, соответствующая наилучшему уплотнению почвы) [5].
Основные работы при ремонте и усилении фундамента:
• усиление оснований и фундаментов
• уширение подошвы фундаментов
• увеличение глубины заложения
• полная или частичная их замена
Устройства защитных растворных рубашек — данный метод применяется при незначительном износе. Он происходит в несколько этапов — Сначала в существующую кладку устанавливают анкеры, соблюдая шахматный порядок. После к ним крепят арматурную сетку и наносят раствор.
Корневидные (буроинъекционными) сваи — применяется при усилении фундаментов. Данный метод позволяет работать без разработки котлована, обнажения фундамента и не нарушает структуру грунта у основания.
Рисунок 4. Усиление фундаментов буроинъекционными сваями: 1-фундамент, 2-буроинъекционные сваи, 3-стена
Расширение фундамента вывод один: одностороннее и двустороннее расширение — наращивание, с трех- и четырех сторон фундамента — с помощью железобетонных оболочек или зажимов. Наращивание для укрепления ленточных фундаментов из железобетона или бетона, сборных (банкеток) или монолитных элементов, примыкающих к боковой грани фундамента. Нарост должен осесть по всей длине фундамента или около прилегающих участков. Предполагается, что ширина удлинителя ^по составляет не менее 200 мм, а отношение ширины удлинителя к высоте составляет не менее 1/5.
Если необходимо углубить фундамент, используется монолитный бетон. Сначала необходимо разгрузить фундамент, затем вырываются котлованы по метке, которая была под подошвой фундамента, после стены закрепляются щитами. Рама монтируется на передней стенке. Бетон заливается в колодец с большим сжатием основания. Далее зазор бетонируют.
Рисунок 5. Уширение подошвы фундамента 1-уплотненная грунтовая подготовка; 2-железобетонные плиты; 3-цементно-песчаный раствор; 4-фундамент; 5-стена; 6-опалубка; 7-арматурная сетка
В некоторых случаях фундамент не подлежит ремонту и его заменяют. Фундамент подлежит замене, если доступные методы усиления не способны обеспечить необходимую несущую способность или данные работы не возможности. Замена фундаментов делится на два этапа: — Первый этап (подготовительный). В него входят мероприятия, которые обеспечат зданиям
устойчивость при выполнении работ на втором этапе. — Второй этап заключается в устройстве котлованов и траншей, разработке старого и устройстве нового фундамента, а также сопутствующие работы. Перекладка чаще всего происходит на отдельных участках длиной 1,5. 2 м. Выполняется не раньше 7 суток, после окончания работы на предыдущих смежных участках. Сначала выполняются работы по перекладке самых слабых участков [6].
Реконструкция зданий и сооружений — одна из самых сложных задач в строительстве. Ответы, к которым мы пришли для решения этой проблемы, позволили нам открывать все новые и новые способы укрепления зданий и сооружений, позволили нам расширить горизонты застроенных территорий и, конечно же, продлить срок службы памятников архитектуры и искусства. И объем реформ будет увеличиваться снова и снова, отражая необходимость поиска новых способов укрепления и реконструкции зданий и сооружений.
Долговечность жилых зданий, их соответствие назначению во многом определяются состоянием оснований и фундаментов. Система «основание — фундамент» является наиболее сложной в моделировании и предвидении ее функционирования в процессе возведения и особенно эксплуатации зданий и сооружений. Эта система в эксплуатационных условиях постоянно испытывает одновременное, зачастую трудно учитываемое воздействие многих факторов, из которых наиболее значительными являются изменения свойств основания, природные явления и воздействия, связанные с деятельностью человека.
1. Усиление оснований и реконструкция фундаментов: учеб.пособие / О. А. Коробова С. 6, 24,54,72.
2. Термическое укрепление грунтов [электронный ресурс] http://stroiki-master.ru/gruntovedenie-osnovanija-i-fundamenty/1320-termicheskoe-ukreplenie-gruntov.html (дата обращения 05.05.2022).
3. Электрохимический способ укрепления грунта [электронный pecypc]https://zen.yandex.ru/media/id/5eba78ed749e2a74d9fd0dd4/elektrohimichesk ii-sposob-ukrepleniia-grunta-605210563eb6794168d7b828 (дата обращения 05.05.2022).
4. Конструктивные методы улучшения работы грунтов в основании. [электронный ресурс] https://cyberpedia.su/12x3e17.html (дата обращения 05.05.2022).
5. Берлинов М. В. Основания и фундаменты / М. В. Берлинов. — СПб: Издательство «Лань», 2011. — 320 с.
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.
