Усиление фундаментов при реконструкции здания является необходимым этапом, который обеспечивает безопасность и долговечность конструкции. В процессе реконструкции могут возникать изменения в числе этажей, нагрузках или функциональном использовании здания, что требует доработки оснований для предотвращения возможных деформаций и разрушений.
Современные методы усиления фундаментов включают использование различных материалов и технологий, таких как инъекционные смеси, стяжки, шеффинг и другие. Это позволяет достичь не только повышения несущей способности, но и улучшения общей устойчивости здания к внешним нагрузкам, что особенно важно в зонах с повышенной сейсмической активностью.
Укрепление фундаментов при реконструкции старого фонда
Укрепление фундамента является одним из основополагающих этапов реконструкции или реставрации здания. С течение времени меняются условия эксплуатации зданий, прокладываются новые инженерные сети, меняется режим движения транспорта, строятся новые дороги и. Основными процессами, влияющими на разрушение, деформацию и осадку оснований и фундаментов зданий, являются увеличение нагрузки, разрушение кладки, снижение гидроизолирующих свойств, ухудшение условий устойчивости фундаментов либо грунтов в их основании, увеличение деформативности грунтов, недопустимое перемещение конструкций. В значительной степени на деформативность фундамента влияет физическое воздействие, т.е. строительные работы, которые проводятся в городе — развитие метрополитена, трамвайных путей, трасс, инженерных систем, оказывающие динамическое воздействие на фундамент извне.
По мнению специалистов, преждевременный износ фундамента могут вызвать:
- Неправильная эксплуатация
Примерно половина зданий исторического центра Петербурга имеет под фундаментами деревянные элементы (лежни, сваи). Пока древесина находится ниже уровня подземных вод (УПВ), она не гниет. Если же УПВ понижается и древесина оказывается в зоне аэрации, то начинается ее быстрое гниение. В результате возникают неравномерные осадки амплитудой до 3-5 см.
Длительное затопление подвала и местный подъем УПВ может сопровождаться появлением фильтрационного потока под подошвой фундамента, выносом мелких частиц грунта и повторным появлением неравномерных осадок. Одновременно с этим, фильтрационный поток через кладку фундамента может выщелачивать кладочный раствор: по кладке из природного камня не идет капиллярный подъем влаги. Однако, при накоплении культурного слоя вокруг здания почвенная влага вступает в непосредственный контакт с кирпичной кладкой стен. Сырая стена покрывается плесенью и высолами и разрушается при замерзании воды.
Надстройка существующего здания вызывает увеличение нагрузки на фундаменты и её строительство будет сопровождаться возобновлением процесса оседания здания. Едва ли не каждый третий дом в Петербурге был надстроен, порой неоднократно, это вызывало неравномерные осадки. Замазанные трещины как следы этих осадок видны и сейчас.
- Новое строительство вблизи существующих зданий
Как правило новое строительство проводимое вблизи зданий является причиной появления осадок существующих зданий.
Во-первых, вокруг нового строительного котлована образуется так называемая мульда сдвижения. Другой причиной образования мульды сдвижения может явиться перебор грунта при изготовлении буронабивных свай.
Мульда сдвижения на поверхности образуется при подземной проходке канализационных и транспортных тоннелей. Во-вторых, вокруг тяжелого нового здания формируется воронка оседания. Наконец, специфической особенностью слабых грунтов Петербурга является их способность менять показатели сжимаемости от механических воздействий.
Так, вполне благополучное здание может получить осадку даже при безударном статическом вдавливании сваи вблизи него без какого-либо отбора грунта. Близкое новое (уплотнительное) строительство, особенно зданий с подземными этажами, — сегодня это основной источник повреждений зданий исторического центра города. Самый печальный пример такого рода — группа зданий на Невском проспекте, выведенных из строя при сооружении подземного гаража гостиницы «Невский палас». Впрочем, архивы еще дореволюционных судов хранят немало исков владельцев поврежденных домов к новому соседнему застройщику. То есть, соседние стройки влияли и ранее, но ныне воздействия стали интенсивней и повреждения тяжелее.
Обследование и усиление зданий
О том, как происходит оценка состояния старого здания и его фундамента, как осуществляется выбор технологии реконструкции, а также о традиционных методах укрепления фундаментов, и новых, приходящих им на смену, развивающихся технологиях, мы попросили рассказать профессора, д.т.н., засл. деятеля науки РФ, профессора Александра Борисовича Фадеева, к.т.н., генерального директора строительной компании «Подземстройреконструкция» Владимира Александровича Лукина, а также директора по научной работе научно-проектной строительной фирмы «СпецСтройСервис», к.т.н., доцента, засл. строителя РФ Владимира Александровича Мишакова.
— Как оценивается состояние деформации фундаментов старых зданий и как происходит выбор технологии реконструкции?
А.Б. Фадеев, В.А. Лукин:
— Состояние здания и его фундаментов устанавливается обследованием — процедурой достаточно сложной, дорогой, требующей высокой квалификации и ответственности исполнителей. Обследование должно не только выявить места повреждений и степень снижения прочности конструктивных элементов, но также установить причины появления деформаций и дать прогноз состояния здания при его реконструкции или близком новом строительстве. С этой целью необходимо комплексное применение геодезических, геологических, лабораторно-испытательных методов, методов неразрушающего контроля и др. В некоторых случаях требуется длительный мониторинг тех или иных параметров. Меры и технология усиления фундаментов должны быть адекватны причинам появления деформаций.
— Установить, что происходит со зданием без его комплексного обследования практически невозможно. Только после подробного изучения состояния здания, включающего шурфовку фундаментов, динамическое зондирование грунтов, геодезическое определение относительных осадок и кренов здания, проведение теплотехнического и пространственного расчетов, определения прочности несущих конструкций, можно установить: отчего и как «лечить». Как ни странно, частные заказчики более ответственно относятся к комплексной реставрации. Они выполняют все требования, которые им диктуют исследователи. Городские власти, вероятно из-за отсутствия средств, реагируют гораздо более замедленно.
— был у нас такой пример: несколько лет назад мы обследовали здание городской собственности здание Биржи на Васильевском острове. После нашего обследования комплексное усиление фундамента так и не было осуществлено. Хотя, сейчас у здания наблюдается разница в осадке стилобатов порядка 14-15 см, и по причине этого появляются многочисленные трещины, опасные для несущей способности этой конструкции.
— Как правило, на осадки фундаментов зданий нашего города, в первую очередь, влияют суффозионные процессы, проходящие в контактной зоне фундамент-основание и неправильное ведение работ нулевого цикла рядом расположенного строительства.
— Какие технологии укрепления фундаментов традиционно используются?
А.Б. Фадеев, В.А. Лукин:
— Можно привести несколько типичных примеров усиления:
- Если фундамент имеет трещины и кладочный раствор нарушен, то целесообразнее будет применить инъекционное заполнение пустот кладки цементным раствором (инъецирование тела фундамента);
- Если под подошвой фундамента имеются пустоты от сгнивших лежней, или предстоит небольшое увеличение нагрузки на фундамент, следует провести инъецирование под подошву;
- Если предстоит более существенное увеличение нагрузки, целесообразно провести уширение фундамента или подведение под фундамент коротких виброштампованных свай;
- Если целью усиления фундамента является защита от нового близкого строительства, необходимо подвести под здание фундаментную плиту, или осуществить пересадку фундаментов на буроинъекционные сваи с одновременным усилением коробки здания металлическими тяжами;
- Если причиной деформаций стал прослой сильно сжимаемого грунта, тогда целесообразно провести глубинное инъекционное уплотнение этого слоя.
Обычно конструктивные меры усиления фундамента (сваи, уширение, плита) сочетаются с инъекционными.
— В первую очередь, следует назвать классический щадящий метод усиления грунтов основания контактной зоны под фундаментами старых зданий, состоящий в следующем. В контактную зону закачивается цементный раствор под небольшим давлением. Раствор заполняет все суффозионные полости и уплотняет верхние слои грунта, возвращая им строительные свойства. Этот метод, как правило, позволяет прекратить неравномерные осадки зданий.
В случае если фундамент находится в плохом состоянии, применяются и другие методы. Например, в фундаменте делаются шнуры небольшого диаметра, куда потом нагнетаются связующие растворы. Кстати, в основе появившихся новых технологий лежит именно этот метод.
Еще один из методов, рекомендуемых СНиПами — бетонирование вокруг фундамента железобетонной 10-сантиметровой обоймы, соединенной с фундаментом и между собой.
Помимо этих способов, если требуется, делается дополнительное уширение подошвы фундамента.
Это также считается традиционным методом укрепления.
— Какие технологии приходят на смену традиционным методам? В чем их преимущество?
А.Б. Фадеев, В.А. Лукин:
— Сама по себе проблема усиления фундаментов сравнительно молода. Впервые и всерьез с ней встретился «Ленметрострой» при защите зданий вокруг станций метро в 50-х годах прошлого века. Массовый характер проблема приобрела в последние 15 лет в связи с уплотнительной застройкой и освоением подземного пространства. Используемые ныне конструктивные и инъекционные меры усиления фундаментов также относительно новы, и считать их устаревшими было бы неверно.
Наиболее перспективны две технологии усиления грунтовых оснований:
- Высоконапорное струйное инъецирование под давлением 400-600 атм, при котором струя цементного раствора подается через буровую скважину в грунт, создавая, тем самым, столб закрепленного грунта диаметром до 2-3 м.;
- Компенсационное инъецирование по манжетной технологии.
Под зданием в грунте создается множество мелких цементных тел, компенсирующих оседание здания. Применением такого способа были предотвращены осадки башни «Биг Бен» в Лондоне при откопке в непосредственной близости глубокого котлована. Недавно этот способ успешно был использован и в Москве.
И все-таки, говорить, что на смену известным технологиям придут некие новые революционные методы, серьезных оснований нет.
— Сейчас, например, применяется новая технология по закреплению несущих конструкций, в которых есть трещины. В трещины закачиваются под малым давлением всевозможные, состоящие из нескольких компонентов, вяжущие растворы. Эти растворы не должны превышать прочность самой конструкции. Трещины могут быть шириной раскрытия от 0,5 мм.
По составу растворы подразделяются на эпоксидные, производимые на основе эпоксидных смол или тонкодисперсные цементные растворы. Сначала трещина запечатывается специальным раствором. После этого в трещину вставляется иньектор с пакером (устройство, которое расширяется и не позволяет раствору выходить наружу) и закачивается под очень небольшим давлением с очень малой подачей. Для каждого материала (кирпич, бетон) используются свои связующие растворы.
В настоящее время я могу выделить опыт немецких фирм по усилению фундаментов, стен, бетонных и кирпичных перекрытий. У них очень хорошо разработаны технологии, составы, оборудование.
В настоящее время существует множество высоко оцененных специалистами — строителями материалов немецкого, шведского, итальянского и др. производства. Но даже с учетом развития технологий в этой области, существует проблема — за абсолютно качественный (комплексный) ремонт фундамента и несущих конструкций не все заказчики хотят платить большие деньги. В результате, желание обойтись «малой кровью» приводит к неполноценному «лечению» фундаментов старого фонда Петербурга.
Усиление фундаментов
Часто в процессе строительства в условиях плотной городской застройки, в процессе реконструкции зданий, или при прокладке сетей инженерно-технического обеспечения, а также при потере работоспособности существующих фундаментов на этапе эксплуатации, требуется проведение работ по усилению существующих фундаментов и оснований зданий и сооружений.
Усиление фундаментов выполняют в следующих случаях:
- При увеличении нагрузок и воздействий на фундаменты, (например увеличении этажности после реконструкции, замене оборудования после капитального ремонта и т.д.);
- При нарушении работоспособности конструкций существующих фундаментов в силу природного выветривания или факторов агрессивной среды;
- При снижении физико-механических параметров грунтов или изменения состояния инженерно-геологической среды, например под воздействием механической или химической суффозии которые приводят к предельным состояниям фундаментов зданий или сооружений;
- При потере работоспособности (достижения предельных состояний) из-за ошибок допущенных при разработке проектной или рабочей документации, а также ошибок технологии производства работ.
- При изменении напряженно-деформированного состояния грунтов основания в силу техногенного влияния на окружающую застройку.
В настоящее время в современной геотехнической практике используют следующие методы усиления фундаментов, а также оснований: изменение полей напряженно-деформированного состояния под подошвой фундамента; повышение прочности конструкций фундамента; увеличение несущей способности грунтов за счет преобразования их свойств (техническая мелиорация). Данные методы сводятся к выполнению следующих работ:
- Укрепление кладки фундамента (цементация кладки, частичная или полная замена кладки, устройство железобетонной обоймы);
- Расширение фундамента (расширение ленточных и столбчатых фундаментов, устройство фундаментой плиты);
- Устройство и постановка на промежуточные и выносные опоры;
- Устройство и постановка фундамента на сваи (рядом стоящие набивные сваи, прорезающие кладку буроинъекционные сваи);
- Укрепление оснований (усиление грунтов).
Выбор того или иного решения по усилению фундамента принимают только по результатам обстоятельного изучения исходных данных, изучения и анализа инженерно-геологических условий, выполнения ряда аналитических и численных расчетов с обоснованием методов и порядка выполнения строительных работ, другими словами техническое решение усиления фундамента принимается по результатам работ комплексного проектирования.
В случаях работы со зданиями повышенного уровня ответственности (I-й уровень), выполнения работ в стесненных условиях (в условиях окружающей застройки), размещения площадки строительства в зоне с опасными инженерно-геологическими процессами, а также при глубине заложения фундаментов более 5 метров, требуется разработка программы геотехнического мониторинга с последующим прохождением геотехнической экспертизы.
Изменение интенсивности и характера передачи давления под подошвой фундамента на грунты оснований осуществляют с помощью двустороннего или одностороннего увеличения размеров подошвы, глубины заложения фундаментов или устройства буроинъекционных или набивных свай и включения их в совместную работу с существующим фундаментом.
Увеличение подошвы фундамента
Данный метод применим для отдельно стоящих зданий с преимущественно, неэксплуатируемой прилегающей к зданию территории, так как он подразумевает существенный объем земляных работ. Увеличение площади подошвы фундамента выполняют для распределения внешней нагрузки – для снижения давления под подошвой фундамента. В данном случае увеличение площади (уширение) возможно за счет устройства дополнительной конструкции фундамента — см. рисунок. Дополнительное уширение может быть включено в работу за счет применения домкратов или инъектирования технологических зазоров набухающим цементно-песчаным раствором — см. рисунок. Это выполняют как правило, для снижения дополнительных осадок здания, а также для повышения эффективности усиленной конструкции фундамента.
Без использования методов включающих уширение фундамента в работу, дополнительная конструкция вступит в работу только после приложения расчетной нагрузки и прироста осадки здания. Однако, как показали исследования, дополнительные конструкции уширения вступят в работу не полностью, основную нагрузку будет воспринимать по прежнему старая конструкция фундамента.
Увеличение глубины фундамента
Глубину фундаментов увеличивают как правило для устройства или расширения подземной части здания. Данные работы весьма трудоемки и продолжительны так как погружение фундаментов приходится выполнять под существующим зданием.
В этих условиях изменение напряженно-деформированного состояния конструкций или грунтов массива приводит к появлению и развитию трещин, как самого здания, так и строений окружающей застройки. Поэтому производство работ выполняют последовательно, по небольшим захваткам (1-2 м), с учетом разработанной технологии производства работ при подготовке проектной и рабочей документации. При расчете данных мероприятий, разработке конструкторской документации, учитывается большое количество конструктивных, геологических и геотехнических факторов, выполняются многочисленные аналитические и конечно-элементные расчеты. Специфика и сложность данных работ обуславливает их редкий характер. Такие работы выполняют для зданий снос и демонтаж которых запрещен градостроительной документацией, например здания исторической застройки или памятники архитектуры.
Усиление фундаментов сваями
В современной геотехнической практике усиления фундаментов не редки решения с использованием свай. В этом случае используют два принципиальных решения:
- Устройство свай в теле существующего фундамента — в этом случае в конструкции фундамента и в грунте основания бурят скважины диаметром 100 – 250 мм, в которые под защитой обсадных труб закачивают бетонную смесь с последующим трамбованием – см. рисунок. Однако, при устройстве таких свай происходят существенные технологические, вибрационные воздействия, которые способны приводить к дополнительной осадке основания, деформациям и трещинообразованию существующих конструкций.
- Устройство свай рядом с существующим фундаментом с последующим перераспределением на них усилий. В этом случае Возможно устройство буронабивных, буроинъекционных свай. В некоторых случаях используют последовательно вдавливаемые в грунт с помощью домкрата звенья стальных или железобетонных свай – см. рисунок. Устройство свай вдавливания (статическим способом) является достаточно безопасной технологией, так как влияние технологических воздействий минимально. В этом случая вся задача специалиста геотехника сводится к корректной оценке усилий в свае и к прогнозу режима ее осадки, на всех этапах производства работ и эксплуатации здания.
Усиление фундаментов сваями позволяет достигать существенных значений несущей способности фундаментов так как возможно их погружение на любые глубины до полного отказа.
Усиление конструкции фундамента
Повышение прочности конструкции фундамента достигается за счет повышения механических параметров материала конструкции, что может быть достигнуто при инъецировании цементным раствором кирпичной кладки фундамента, за счет устройства стальной или железобетонной обоймы вокруг конструкции фундамента – см. рисунок. Нередки случаи в строительной и геотехнической практике полной замены части фундаментов зданий на новые, эффективные конструкции.
Увеличение несущей способности грунтов оснований
Зачастую, при строительстве новых объектов в условиях плотной застройки или при реконструкции существующих зданий, выявляется невозможность проведения запланированных работ без усиления грунтов оснований. Данный вид работ в строительной и геотехнической практике именуемый технической мелиорацией грунтов, который за счет многообразия методов и технологий, за счет глубокой научной базы, в современных условиях (особенно за рубежом), выделился в отдельную прикладную дисциплину. С помощью данных работ увеличение несущей способности оснований происходит за счет преобразования состава, строения, состояния, а также свойств грунтов массива. В настоящее время разработано большое количество способов и методов укрепления грунтов. Подробнее о методах преобразования грунтов.
Усиление фундаментов зданий прилегающей застройки
В связи с тем, что способы усиления фундаментов существующих зданий, а также методы усиления их оснований связаны с изменением напряженно-деформированного состояния, эти виды работ сопряжены с развитием дополнительных деформаций прилегающей территории, что может негативно сказаться на состоянии конструкций окружающей застройки – что, к сожалению, как показывает практика строительства в г. Москве в условиях плотной застройки, происходит с незавидной регулярностью.
Возведение зданий в условиях плотной застройки, вблизи существующих зданий и сооружений, является значительно более сложной задачей, чем возведение отдельно стоящего объекта.
Так например, при разработке проектной конструкторской документации не профильной организацией, а также при выполнении производства работ по усилению существующих фундаментов и устройству подземного пространства под зданием принадлежащему Пушкинскому музею в г. Москве были допущены ряд ошибок и неточностей, что привело к появлению сквозных трещин на главных фасадах этого памятника архитектуры, см. фото.
К сожалению, подобные ситуации в геотехнической практике строительства не редкость. Анализ таких предаварийных и аварийных ситуаций говорит о том, что работы по усилению фундаментов и оснований должны выполняться по результатам комплексного проектирования при участии специализированных организаций.
Наша организация предлагает комплексные работы по подготовки проектной и рабочей документации на устройство усиления фундаментов для зданий и сооружений.
Более полную информацию по разработке документации по усилению фундаментов вы можете получить позвонив нам по телефону + 7 (499) 350-23-58, или оставив заявку по форме или по электронной почте.
