Увеличение площади опоры фундамента является важным аспектом проектирования строительных объектов, особенно в условиях слабых и подвижных грунтов. Более широкая опора распределяет нагрузку на большую площадь, что помогает снизить давление на грунт и уменьшить риск осадки или разрушения конструкции.
Кроме того, увеличение площади фундамента может улучшить устойчивость здания, особенно при наличии неблагоприятных факторов, таких как сильные ветры или сейсмическая активность. Важно учитывать баланс между увеличением площади и экономической эффективностью, чтобы обеспечить долговечность и надежность здания без чрезмерных затрат.
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.
Усиление фундаментов
Мероприятия по усилению фундаментов зданий выполняются для ремонта поврежденных конструкций, восстановления или повышения несущей способности фундаментов.
Вывешенные на временные сваи GEOIZOL-MP кирпичные колонны перед устройством новых фундаментов. Александровский дворец, ГМЗ «Царское Село»
Типовые ситуации, при которых возникает необходимость усиления фундаментов:
- реконструкция с приспособлением для современного использования исторических зданий;
- увеличение нагрузки на фундаменты (надстройка, перепланировка, размещение технологического оборудования и т.п.);
- изменение напряженно-деформированного состояния грунтового массива (изменение гидрогеологических условий площадки, попадание в зону негативного влияния при разработке котлованов, строительстве подпорных стен и т.п.).
Конкретное техническое решение по усилению принимается с учетом состояния существующих фундаментов и основания, надземных конструкций здания, номинальных и планируемых нагрузок, наличия иных негативных факторов, влияющих на подземные конструкции.
Усиление основания колонны
Ниже приведены методы усиления фундаментов, применяемые инженерами «ГЕОИЗОЛ Проект». Описанные технические решения могут применяться как самостоятельно, так и в сочетании друг с другом.
Цементация пустот кладки фундамента
Применяется для восстановления работоспособности фундамента при его незначительных повреждениях. Нагрузка на фундамент не увеличивается.
Схемы инъекционного закрепления бутовых фундаментов с заполнением зоны «фундамент – грунт»
Инъекционный раствор нагнетается в тело фундамента под давлением с заполнением пустот и полостей в швах кладки. Дополнительно инъектируется контактная зона «фундамент – грунт» под подошвой фундамента. Решение может выполняться в комплексе с цементацией основания.
Как правило данное техническое решение применяется для бутовых фундаментов, для чего используется цементно-известковый раствор.
Бурение шпуров в исторической бутовой кладке перед инъектирвоанием
В отверстия (шпуры), пробуренные в теле фундамента, устанавливаются инъекционные трубки, через которые под давлением 0,2 – 1 МПа нагнетается инъекционный раствор ВЦ=1 — 0,5. Шпуры бурят с заданным шагом (0,5 — 1,2 м) в шахматном порядке. Расход инъекционного раствора зависит от состояния фундамента, как правило, составляет 0,2 — 0,4 от объема кладки.
Выполнение работ по инъктированию фундамента
Усиление фундаментов железобетонными обоймами
Применяется для восстановления работоспособности фундамента при его значительных повреждениях, когда в нижней части фундамента кладка менее прочная, чем в верхней. Нагрузка на фундамент не увеличивается или изменяется несущественно.
Устройство железобетонной обоймы
Обоймы могут выполняться с одной или двух сторон от фундамента, с уширением у подошвы или без него.
При устройстве обоймы фундамент откапывается (захватками), с одной или с обеих сторон. На поверхности фундамента с помощью анкеров закрепляются арматурные сетки. Устанавливается опалубка и укладывается бетонная смесь. После набора бетоном прочности опалубка демонтируется и выполняется обратная засыпка с послойным уплотнением.
Уширение подошвы фундамента
Техническое решение аналогично усилению фундамента обоймами. Применяется при увеличении нагрузки на фундамент.
Устройство усиливающего элемента вдоль фундамента
Как правило уширение подошвы выполняют монолитными банкетами. Могут применяться банкеты сборные железобетонные, балочного типа, а также монолитные или сборные железобетонные опорные подушки. Банкеты размещают преимущественно с двух сторон от фундамента. Как правило, расширенная часть фундамента включается в работу (передается нагрузка от здания) с помощью системы распределительных и опорных балок (металлических или железобетонных). Распределительные балки выполняются вдоль стен, а опорные – перпендикулярно через тело стены.
Устройство усиливающего элемента вдоль фундамента
При устройстве монолитных банкет разрабатывается траншея (захватками) вдоль фундамента с одной или двух сторон. Банкеты устраиваются на подготовленное основание. На боковой поверхности фундамента в шахматном порядке закрепляются анкерные стержни.
Устанавливается опалубка, после чего банкет бетонируется до уровня размещения распределительных балок, которые монтируются после набора бетоном прочности. Над ними через «окна» в стене заводятся опорные балки. Банкет добетонируется на высоту распределительных балок, производится заделка «окон» и омоноличиваение опорных балок.
Увеличение опорной площади фундамента (передача нагрузки на плиту)
Применяется для переноса дополнительной нагрузки с фундамента на силовую железобетонную плиту. Целесообразно в случае невозможности выполнения работ с наружной стороны здания.
Устройство плиты внутри подвального помещения здания
Разгрузка фундамента происходит за счет увеличения опорной площади.
В зависимости от степени увеличения нагрузки и состояния существующих фундаментов возможны различные варианты устройства плиты. При значительном износе конструкций стен и фундаментов плита, устраиваемая в уровне пола, выполняется в комбинации с вертикальными прижимными стенами (по принципу обоймы). Сопряжение плиты с существующими конструкциями может быть обеспечено путем ее заделки в стены или фундаменты (в уровне пола) через штробы или иными способами. Предусматриваются дополнительные мероприятия для включения плиты в работу.
3 плита фото 1
3 плита фото 2
Пересадка фундамента на буроинъекционные сваи GEOIZOL-MP
Решение применяется для исключения недопустимых осадок здания при попадании здания в зону негативного влияния строительства или в результате изменения гидрогеологических условий площадки, при значительном увеличении нагрузки на фундамент, а также при необходимости иборьбы ошибок, ранее допущенных на этапах проектирования и строительства.
Варианты пересадки фундаментов на буроинъекционные сваи GEOIZOL-MP
Подразумевает включение в работу фундамента или полный перенос нагрузки на дополнительные элементы – буроинъекционные сваи, через которые нагрузка передается от сооружения на несущие слои основания.
Узел крепления сваи к рандбалке (при пересадке на прямые сваи)
В качестве буроинъекционных свай целесообразно применение многофункциональной геотехнической системы GEOIZOL-MP, которая сочетает в себе функционал бурового и инъекционного оборудования. Состоит из полых винтовых штанг, соединенных муфтами, буровой коронки с форсунками, центраторов и крепежных элементов.
Выполнение буроинъекционных свай происходит в рамках одного технологического цикла. На первом этапе производится бурение с одновременной подачей через полые штанги бурового раствора (В/Ц=0,7). После размещения сваи в проектное положение нагнетается густой тапмонажный цементный раствор (В/Ц=0,4), который замещает собой буровой, и после набора прочности становится телом микросваи. Металлические элементы GEOIZOL-MP после проходки остаются в скважине в качестве армирующего элемента.
4 пересадка на сваи ф9
4 пересадка на сваи ф7
4 пересадка на сваи ф6
Пересадка возможно на наклонные («козловые») или прямые сваи. В первом случае сваи бурятся через тело фундамента с одной или двух сторон под наклоном. После набора прочности бетона сваи включаются в работу без устройства дополнительных конструкций. Во втором случае, как правило, буроинъекционные сваи выполняются вертикально парами с двух сторон от фундамента.
Нагрузка от стен на фундамент передается через рандбалки, которые объединяют пары свай между собой и устраиваются перпендикулярно через стены. Возможны различные схемы передачи нагрузок от балок на сваи.
Общий вид выполненной пересадки фундамента на наклонные сваи
Выполнение буровых и инъекционных работ оказывает минимальное воздействие на конструкции, что позволяет использовать технологию при работе на объектах культурного наследия. Компактные размеры технологического оборудования позволяют производить работы в стесненных условиях, например внутри подвальных помещений. Решение сочетает в себе высокую скорость и технологичность выполнения работ с надежностью результата.
Подведение новых фундаментов
Применяется в случае значительных разрушений фундаментов, при углублении или изменении конструкции подземной части здания.
Вынос исторического здания на временные буроинъекционные сваи перед устройством новых фундаментов
Решение подразумевает замену поврежденных элементов или всей конструкции фундамента. При выполнении работ производится полная разгрузка фундамента (например, перенос нагрузки на временные буроинъекционные сваи GEOIZOL-MP), после чего к существующим конструкциям подводятся новые фундаменты.
Вывешенные на временные сваи GEOIZOL-MP кирпичные колонны перед устройством новых фундаментов. Александровский дворец, ГМЗ «Царское село», г. Пушкин
Частный случай усиления и восстановления фундаментов при увеличении полезного объема (понижение отметок пола) подвального помещения исторического здания со сводчатым перекрытием и передачей нагрузки на фундаменты через систему кирпичных колонн. Перед понижением отметок пола по периметру заглубляемых помещений параллельно бутовому фундаменту выполняется шпунтовое ограждение методом вдавливания.
Возле каждой из колонн выполняются временные буроинъекционные сваи GEOIZOL-MP. Передача нагрузки от колонн на сваи выполняется через систему рандбалок и металлических обойм (пространственная конструкция фермы). После включения в работу временных свай, от колонн «отсекаются» исторические фундаменты, производится их демонтаж с разработкой грунта до проектной отметки.
Под колоннами возводится новый монолитный фундамент. Временные конструкции демонтируются. На завершающем этапе выполняется железобетонная плита пола и прижимные стены подвального этажа.
51
52
53
54
5 обойма 4
5 обойма 2
5 обойма 1
5 обойма 3
Усиление фундаментов грунтоцементными элементами
Применяется при значительном увеличении нагрузки на фундамент, для исключения недопустимых осадок здания при его попадании в зону негативного влияния строительства или в результате изменения гидрогеологических условий площадки. При необходимости создания вертикальной и/или горизонтальной противофильтрационной завесы, при углублении или изменении конструкции подземной части здания. Может применяться в комбинации с усилением буроинъекционными сваями GEOIZOL-MP и другими методами усиления фундаментов для решения специфических задач в сложных условиях строительства.
Вариант усиления грунта основания под существующей конструкцией методом струйной цементации с выполнением горизонтального площадного замыва
Решение не является непосредственно мероприятием по усилению фундаментов. Суть метода заключается в модификации грунтового массива с созданием в нем грунтоцементных элементов методом струйной цементации (Jet Grouting), которые повышают несущую способность основания.
Работы выполняются с применением буровой установки для Jet Grouting. Она имеет буровую колонну, оснащенную на конце монитором с соплами, через которые осуществляется подача под высоким давлением (до 500 атм) цементного раствора (однокомпонентный метод Jet-1).
На первом этапе (прямой ход) выполняется лидерное бурение до проектной отметки. В процессе обратного хода буровая колонна постепенно поднимается вверх с одновременным вращением монитора и подачей раствора (В/Ц=0,75 – 1,0) под высоким давлением. Струя разрушает структуру грунта и перемешиваясь с ним образует грунтоцементный массив. После завершения проходки в грунте формируется грунтоцементная колонна диаметром 0,6-0,8 м. До затвердевания раствора в тело колонны возможно помещение армирующих элементов для увеличения несущей способности.
Выполнение грунтоцементного массива во дворе здания
Бурение может производиться рядом с фундаментами или сквозь них, вертикально или под наклоном (до 15 градусов), для размещения грунтоцементных элементов под фундаментами.
Технология позволяет выполнить одиночные грунтоцементные колонны или сплошные конструкции из взаимно пересекающихся грунтоцементных столбов. Также могут быть устроены сплошные горизонтальные конструкции в толще грунта.
Необходимо учитывать динамическое воздействие на конструкции, возникающее в ходе выполнения работ, возможный выпор грунта во время инъектирования раствора, возможную осадку грунтоцементного материала в процессе бурения и твердения. Эти факторы ограничивают применение технологии.
