Основания и фундаменты являются ключевыми элементами зданий и сооружений, обеспечивая их устойчивость и долговечность. Они принимают на себя нагрузки от конструкции и передают их на грунт, что требует тщательного проектирования с учетом геологических условий. Устойчивость фундамента может быть обеспечена разными методами, включая увеличение размеров подошвы, использование армирования, а также внедрение специальных технологий, таких как инъекционные методы или устройство свайных систем.
Усиление оснований также может быть достигнуто за счет улучшения свойств грунта, например, путем виброплотирования или обеспыливания. Эти методы помогают предотвратить деформации и просадки в будущем, что особенно важно для сооружений на слабых или сыпучих грунтах. Таким образом, правильный выбор метода усиления основы необходим для обеспечения надежности и долговечности строительных объектов.
ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ УСИЛЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ И УСЛОВИЯ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
Со временем основания сооружений и другие подземные конструкции подвергаются физическому износу из-за воздействия природных и антропогенных факторов. Минеральные материалы, из которых они состоят, подвержены выветриванию, обводнению и выщелачиванию; деревянные компоненты со временем разрушаются, а металлические элементы, такие как арматура, балки, стальные и чугунные сваи, корродируют и подлежат деградации. [2, 3].
Фундаменты зданий и сооружений (то есть почвы) подвергаются деформациям в процессе эксплуатации, таким как: осадки, просадки, провалы и прочие. Это может привести к разрушению конструкций, образованию трещин в стенах, наклонам и прогибам, а иногда и к полной потере устойчивости здания. Причины износа фундаментов и появления деформаций оснований могут быть как техногенными — например, неравномерные осадки, которые возникают в результате длительного уплотнения почвы под воздействием нагрузки от массовых сооружений на протяжении десятилетий, так и природными.
Имеются как классические, так и новейшие методы укрепления фундаментов. Классические методы укрепления заключаются в расширении основания фундаментов, что способствует снижению удельного давления на почву. Новейшие подходы к усилению фундаментов и оснований опираются на два основных принципа: «пересадка» сооружения на сваи и укрепление грунтов оснований с помощью инъекций строительных растворов в почву.
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 случаях, когда необходимо усилить фундаменты мелкого заложения, особенно при высоком уровне грунтовых вод, и когда нужно перенаправить нагрузку от здания на глубоко залегающие прочные грунты, применяются вдавливаемые сваи (Рисунок 1). Процесс усиления фундаментов с помощью свай может осуществляться двумя методами: пересадкой фундаментов на выносные сваи или установкой свай под основание фундамента.
Выносные сваи используются в условиях высокого уровня грунтовых вод, тогда как для низкого уровня грунтовых вод подводят сваи непосредственно под фундамент. Сваи размещают с интервалом не менее 3d друг от друга.
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 имеют отличия от буровых сваев в том, что в стволе скважины строительный раствор вводится под давлением в диапазоне от 1 до 3 МПа, что способствует уплотнению окружающего грунта. Растворы, которые поступают в грунт, заполняют пустоты или участки с ослабленным состоянием грунта. Со временем эти растворы затвердевают, что приводит к расширению подошвы фундаментов и углублению ее заложения, что, в свою очередь, повышает несущую способность основания и снижает его деформируемость.
Корневидные сваи представляют собой разновидность буроинъекционных свай, которые формируют прочные корневые структуры в земле. Их устанавливают с одной или с обеих сторон (под разными углами), начиная с уровня поверхности земли, пола подвала или перекрытий над подвальным помещением. Использование корневидных свай для укрепления фундаментов дает возможность проводить работы без необходимости выемки котлованов, обнажения фундаментов и нарушения естественной структуры грунта в основании. Эти сваи отличаются высоким сопротивлением трению по боковой поверхности. Они проникают через существующие конструкции и соединяются с зданием, что исключает необходимость в дополнительном сопряжении с имеющимися фундаментами.
Основания и фундаменты — это критически важные элементы любой строительной конструкции, так как они обеспечивают передачу нагрузки на грунт и устойчивость здания в целом. В процессе проектирования фундамента необходимо учитывать множество факторов, включая тип грунта, уровень грунтовых вод, а также климатические условия. Нередко встречаются случаи, когда существующие фундаменты не справляются с нагрузками и требуют дополнительного укрепления, что может быть вызвано изменениями в эксплуатации здания или повышением нагрузки.
Существуют различные методы усиления оснований и фундаментов. Один из них — это инъекционное укрепление, при котором в грунт вводятся специальные составы, способствующие его уплотнению и повышению прочности. Также возможен метод забивки свай, когда в грунт забиваются специальные трубы или железобетонные конструкции, которые обеспечивают дополнительную поддержку. Несмотря на эффективность этих методов, важно проводить грамотную диагностику состояния фундамента перед выбором оптимального решения, чтобы минимизировать риск возникновения дальнейших проблем.
Кроме того, стоит отметить, что укрепление фундамента может заключаться не только в физических действиях, но и в корректировке проектных решений. Например, изменение конструкции здания, переоснащение внутренних помещений или нагруженных элементов может привести к перераспределению нагрузок и снизить давление на основание. Такой комплексный подход к решению проблемы позволяет значительно повысить устойчивость и долговечность зданий, что крайне важно для обеспечения безопасности и комфорта пользователей.
Методы укрепления грунта и фундаментов
Правильное устройство фундамента для любого здания – это очень важная задача, которую необходимо доверять только квалифицированным и опытным специалистам. В данном обзоре представлены различные методы стабилизации грунта, а также рассмотрены плюсы и минусы различных подходов. Также приведены примеры ситуаций, когда нуждается в укреплении грунтовый слой, и обсуждается вопрос: есть ли идеальный метод для надежного и эффективного решения этой проблемы.
Читайте в этом обзоре:
В процессе возведения или ремонта различных строений нередкой проблемой становится недостаток прочности грунта под сооружением.
И в этом недостатке таится нешуточная опасность: недостаточно прочный фундамент может не вынести всю массу тяжелого сооружения, принимая ее на себя целиком.
Любое грунтовое основание можно отнести к одной из двух основных категорий – стабильный либо нестабильный грунт. Первые отличаются плотной и сухой структурой, которая хорошо переносит даже очень существенный вес сооружения.
Второй вид требует дополнительных усилий для укрепления и обеспечения стабильной основы как для будущих, так и для уже имеющихся конструкций.
Обидно наблюдать подобные проблемы
1. Признаки проблем с грунтовым основанием
- Проседают плиты полов
- Трескаются стены
- Просел фундамент
- Кренится фундамент
- Образовались трещины в фундаменте
- Строение накренилось, заметен перекос железобетонных конструкций
- Просел пол под оборудованием
- Колонны покрываются трещинами
- Разрушаются несущие конструкции здания
- Пошли трещины на потолке
2. Когда необходимо уплотнять грунт
Укреплять основание необходимо как в ходе реконструкции уже существующих построек, так и в ходе возведения новых сооружений. При восстановлении построек необходимы предварительная техническая экспертиза и геофизическое обследование объекта.
Наиболее характерными причинами ухудшения эксплуатационных характеристик сооружений являются:
- Техногенные поломки и аварии инженерных коммуникаций;
- Ухудшенные геологические показатели участка по истечении времени;
- Рост нагрузок на почву после реконструкционных работ, масштабной перепланировки и т.д.;
- Изменение суммарной нагрузки после постройки нового сооружения в непосредственной близости от уже имеющегося строения;
- Проседание грунтового слоя под воздействием грунтовых вод натурального и техногенного происхождения (подмывание грунта);
- Некачественная утрамбовка основания;
- Деформация грунтового слоя вследствие сооружения поблизости котлована под новое сооружение (а также земляные и свайные работы);
- Динамические и вибрационные нагрузки, вызванные различными работами рядом с сооружением;
- Не единообразное устройство фундамента строения;
- Промерзший грунтовый слой, что ведет к его деформации;
- Деформированный, треснувший, осыпающийся фундамент;
- Механическая суффозия грунтов
- Нежелательные биологические и органические процессы в грунте;
- Частая смена погодных условий, влажности и температур;
- Регулярное вибрационное воздействие;
- Сейсмические колебания;
- Разнородное основание на участке под сооружением;
- Сжимающаяся глинистая почва под основанием;
- Пучение грунта.
Геофизические исследования с использованием георадаров
3. Сравниваем разные способы уплотнения основания
Для того чтобы укреплять фундаменты, в наши дни используются различные технологии и средства. Их очень много, и перечислить все непросто, назовем основные из них.
Методы уплотнения основания:
Механические способы:
Усиление ж/б сваями. Этот способ базируется на укреплении грунтового слоя, сквозь который проходят железобетонные сваи, достигающие более плотного основания. Это позволяет распределять нагрузку в вертикальном направлении вдоль железобетонных свай, надежно зафиксированных в грунтовой толще. Эта технология требует дорогого специализированного оборудования и просторного участка для строительных работ.
Усиление грунтовыми сваями. Чтобы сформировать эти сваи, сначала нужно пробурить скважину, в нее засыпают различные специальные наполнители. Утрамбовка таких свай осуществляется слой за слоем. Эта технология является наименее затратной по деньгам и приносит наименьший вред окружающей среде.
Уплотнение, вибрационная обработка и добавление нового грунта. Эти методы широко используются, когда слой не слишком большой и необходимо достичь определенных эксплуатационных свойств. Грунт уплотняют с помощью гладких или кулачковых катков, вибрационных плит и других инструментов. В случае невозможности применять такую технологию, часто происходит замена недостаточно прочного грунтового слоя на более качественный.
Предварительное замачивание. Эта методика помогает предотвратить усадку фундамента. Чаще всего эту технологию применяют при возведении новых сооружений на достаточном расстоянии от уже существующих построек, чтобы не повредить их фундаменты.
Предварительное обжатие. Применяется, чтобы осушить пропитанной влагой грунт, соорудив на нем временную насыпь, которая уплотняет подлежащий слой и вытесняет из него воду. Важно, чтобы давление временной насыпи было сильнее, чем вес планируемой постройки. Другой способ обжатия – понизить грунтовые воды, откачав их через скважины либо дренажным способом.
Поддомкрачивание. Как видно из названия, данный метод базируется на применении домкратной техники, с помощью которой можно отчасти решить проблему. Однако эта технология имеет и свои специфические минусы: для использования домкрата необходимо раскопать грунтовый слой, что может спровоцировать новые нежелательные просадки. И этот подход едва ли можно считать достаточно эффективным, потому что характеристики грунта при этом не изменяются.
Установка железобетонной обоймы. Устройство железобетонных обойм выполняют в тех случаях, когда на отдельных участках фундамента прочность кладки нижележащих слоев меньше прочности вышележащих. При устройстве односторонней железобетонной обоймы поперечные арматурные стержни анкеруют в ранее просверленные гнезда в теле фундамента, а затем к ним крепят арматурные сетки.
