Классификация методов усиления фундаментов котлованного типа: эффективные способы и их применение

Усиление фундаментов котлованного типа может быть достигнуто с помощью различных методов, которые можно классифицировать на основанные на механическом, химическом и комбинированном воздействиях. Механические методы включают в себя такие процедуры, как обжимающие и расклинивающие работы, позволяющие увеличить несущую способность оснований. Химические способы, в свою очередь, основываются на применении специальных составов, которые укрепляют почву и делают её более устойчивой к нагрузкам.

Комбинированные методы представляют собой интеграцию механических и химических подходов, что способствует наилучшим результатам в условиях конкретного проекта. Правильный выбор способа усиления фундамента зависит от множества факторов, включая характеристики грунта, уровень подземных вод и проектные нагрузки, что требует комплексного подхода при планировании и реализации строительных работ.

Существующие классификации методов усиления фундаментов

Существует большое количество способов усиления фундаментов, некоторые из которых выполняются в комплексе с работами по усилению грунтовых оснований. Первые рекомендации по усилению фундаментов и восстановлению гидроизоляции содержатся в Урочных положениях Рошефора (1889). Причем технологии усиления были традиционны и просты по решению, как и сами фундаменты. До середины XX в. изменялись лишь отдельные приемы, использовались новые строительные материалы (металл, бетон, железобетон). Выбор способа усиления фундаментов зависит от ряда факторов, например: вида фундаментов, гидрогеологических условий, нагрузки на фундаменты, конструктивной схемы здания, наличия или отсутствия подвала, стесненности, технических возможностей и т.д.

• упрочнение конструкций фундаментов;
• увеличение прочности и уменьшение деформируемости грунтов основания;
• изменение условий передачи давления на грунт.

К первой группе относят так называемые традиционные методы усиления фундаментов: уширение фундамента при помощи обойм, банкетов, подводка фундамента, метод Страбахина и др.

Ко второй группе относят инъецирование (permeation): уплотнительная инъекция (compact grouting), разрывная инъекция (claquage) и струйная технология (jet-grouting).

К третьей группе относят свайные способы усиления фундаментов (пересадка на сваи): набивные сваи, сваи вдавливания («pretest», «mega», «bjurstorm» технологии), буровые сваи (starsol), буроинъекционные сваи, микросваи («tubfix», «gewi» технология, метод «МАІ»).

Согласно [2] существующие технологии усиления фундаментов (табл. 1.1.) и упрочнения оснований можно разделить на:

• традиционные методы;
• современные методы.

Все традиционные технологии усиления оснований и фундаментов сводятся, в основном, к увеличению площади опирания существующих фундаментов и, соответственно, уменьшению интенсивности давления на грунты основания. Также традиционными считаются технологические приемы, связанные с искусственным улучшением свойств грунтов в основании путем введения различных химических реагентов.

К современным технологиям относятся усовершенствованные традиционные (например, подводка плитного фундамента с предварительной опрессовкой грунта, пересадка фундаментов на сваи), а также широко используемые в последние 30 лет в нашей стране и за рубежом инъекционные методы усиления (буроинъекционные сваи, «струйная технология»).

Далее рассмотрены наиболее распространенные способы усиления фундаментов и оснований.

Классификация основных методов усиления фундаментов

Восстановление несущей способности фундаментов

Увеличение несущей способности фундаментов

Разгрузка конструкций фундамента в

Без изменения схемы работы

С изменением схемы работы

С изменением напряженного состояния

Восстановление геометрических размеров и

прочности материала фундаментов (цементация, закрепление смолами, перекладка отдельных элементов и т.д.)

Уширение подошвы фундаментов

Передача части нагрузки от

фундаментов или надфундаментн ых конструкций на основание, сваи

Устройство предварительно напряженных обойм (металлических

Полная (при замене фундаменте

Устройство обойм вокруг фундаментов (металлически х, железобетонн ых и т.д.)

Переустройство фундаментов (ленточных в плитные, столбчатые в ленточные)

Установка предварительно напряженных распорок и

Устройство рубашек и

наращиваний (бетонных, каменных и т.д.)

Защита фундаментов от замачивания (устройство гидроизоляции, глиняных замков, воздушных каналов и т.д.)

Усиление фундаментов путем устройства связей (тяжей, стоек и т.д.)

Устройство шпунтовых ограждений или опускных колодцев вокруг фундаментов

Частичная (при усилении фундамента в или

Усиление отдельных элементов конструкций фундаментов

Частичное упрочнение грунтов основания

Защита фундаментов от выветривания (оштукатуривали е, торкретирование и т.д.)

Закрепление (упрочнение) грунтов основания

Как укрепить фундамент дома

Фундамент дома — это основа всей конструкции, которая обеспечивает ее прочность. Потеря фундаментом несущей способности приводит к тому, что здание становится непригодным для дальнейшей эксплуатации. Вот почему на изготовление фундамента закладывают от 25 до 40% всех средств, выделенных на строительство здания.

Грамотно выполненный фундамент служит долго: кирпичный — около 80 лет, монолитный бетонный — до 200 лет.

Тем не менее, наступает момент, когда он начинает нуждаться в ремонте и укреплении.

В каких случаях требуется укрепление фундамента

Есть целая группа причин, из-за которых фундамент приходится укреплять. Некоторые из них связаны с человеческим фактором, другие — с изменением условий эксплуатации. К основному списку причин относятся:

1. Ошибки, которые были допущены на этапе проектирования и привели к преждевременному разрушению фундамента. Перечень этих ошибок очень широк; он включает такие причины, как неправильно выбранная конструкция фундамента, выбор недостаточно прочного бетона, игнорирование особенностей грунта на строительном участке и другие.
2. Нарушение технологии при изготовлении фундамента (на любом этапе).
3. Динамические воздействия в процессе эксплуатации здания (например, вибрация от работающего оборудования внутри, сейсмическая активность или вибрация от железной дороги снаружи).
4. Изменение характеристик грунта на участке. К ним относятся изменение уровня грунтовых вод, переувлажнение грунта, которое может возникнуть вследствие паводка или выхода из строя дренажной системы.
5. Прокладка коммуникаций для новой застройки на территории рядом с фундаментом или другие масштабные земляные работы.
6. Воздействие неблагоприятных внешних факторов (химические вещества, влажность, резкие перепады температур, что обычно учитывается при проектировании фундамента).
7. Реконструкция здания, которая увеличивает нагрузку на фундамент (например, надстройка дополнительных этажей, замена крыши на более тяжелый вариант).
8. Разрушение фундамента, связанное с его старением, поскольку любой материал имеет предел прочности.

Как понять, что фундамент требует усиления

Существуют определенные визуальные признаки, которые сигнализируют о том, что фундамент требует внимания:

1. деформация пола;
2. трещины в стенах и цоколе;
3. перекос стен;
4. провалы почвы, изменение уровня грунта рядом с фундаментом;
5. разрушение элементов облицовки;
6. разрушение или деформация элементов отделки интерьера (плитки, панелей).

Точно оценить состояние фундамента можно с привлечением специалистов, имеющих профессиональное оборудование, поскольку существуют также скрытые признаки его разрушения, оценить и заметить которые визуально невозможно.

Последствия разрушения фундамента

В зависимости от степени разрушения фундамента, последствия могут включать как деформацию или трещины стен и полов, разрушение отделки, так крен или опрокидывание здания.

Важно!

Иногда трещины в стенах и деформация отделки могут быть вызваны процессом усадки здания.

В каких случаях требуется усиление фундамента

Согласно СП 427.1325800.2018 «Свод правил. Каменные и армокаменные конструкции. Методы усиления», необходимость усиления конструкции определяется в зависимости от того, насколько снижена ее несущая способность:

1. Несущая способность снижена на 0–5%. Усиление конструкции не требуется.
2. До 15%. Усиление требуется при наличии трещин.
3. До 50%. Усиление требуется.
4. Снижение несущей способности свыше 50%. Усиление возможно при технико-экономическом обосновании либо при разборке.

Типы фундаментов и способы их укрепления

Как известно, существуют фундаменты четырех основных типов:

1. Плитный фундамент. Представляет сплошную плиту, на которую равномерно распределяется нагрузка от здания.
2. Ленточный фундамент. Имеет форму ленты определенной толщины (до 60 см, как правило), которая проходит под всеми внешними и внутренними основными стенами здания.
3. Столбчатый фундамент — система отдельных опор, расположенных на определенном расстоянии (от 1,5 до 6 м) друг от друга под всеми стенами здания и их пересечениями.
4. Свайный фундамент — отдельные опоры, выполненные под зданием (свайное поле).

Также фундаменты классифицируются по материалу, из которого они изготовлены. Выделяют фундаменты, выполненные из кирпичной или бутовой кладки, готовых элементов либо монолитные из железобетона. Последние являются наиболее прочными и долговечными. О методах их усиления речь пойдет ниже.

В зависимости от формы фундаментов и материалов, из которых они выполнены, методы их усиления могут различаться.

Работы по укреплению фундамента подразделяются на два основных типа:

1. повышение несущей способности основания (толщи грунта под фундаментом);
2. усиление и ремонт самого фундамента.

Важно!

В некоторых случаях работы ведутся по обоим направлениям.

Методы повышения несущей способности основания

Фундамент здания призван распределить равномерно нагрузку от конструкции на основание — то есть, на толщу грунта под ним.

Грунт состоит из различных слоев. Верхние его слои имеют невысокую несущую способность, поэтому фундаменты заглубляют, а уровень заглубления напрямую зависит от следующих факторов:

1. несущая способность основания;
2. глубина промерзания;
3. глубина залегания грунтовых вод;
4. тип грунта;
5. вес конструкции.

Основания подразделяют на надежные и слабые.

К слабым основаниям относят грунты, насыщенные водой, сильносжимаемые, теряющие прочность при нагрузке. Это пылевато-глинистые, заторфованные грунты, рыхлые пески. Если грунтовые воды залегают близко, такой грунт еще более теряет свою несущую способность.

Однако надежность грунта — это не абсолютная величина, а относительная, зависящая от габаритов и веса здания. То есть, основание, которое является слабым для многоэтажного дома, может быть вполне надежным для легкого деревянного малоэтажного сооружения.

При проектировании здания особенности грунта должны быть тщательно изучены и учтены.

В зависимости от типа основания, выбирается тип фундамента. Например, на ненадежных основаниях строят на свайных и плитных фундаментах. На влажных грунтах особое внимание уделяется дренажной системе участка и гидроизоляции фундамента.

В некоторых случаях грунт полностью заменяют либо укрепляют его различными методами — армируют, уплотняют при помощи вибрации или взрывов, искусственно понижают уровень грунтовых вод на пылевато-глинистых грунтах при помощи фильтрационных установок. Также применяется закрепление грунта.

Методы укрепления основания применяются и в тех случаях, когда требуется усиление фундамента. Дело в том, что слабый грунт, подверженный пучению, набуханию, осадке постоянно воздействует на фундаменты, вызывая их деформации:

1. прогибы плитных фундаментов;
2. крены, перекосы и кручение (крены в разные стороны) зданий;
3. горизонтальные смещения.

В таком случае, если не воздействовать на основание, в некоторых случаях ремонт фундамента может быть бесполезным.

Для закрепления грунта применяют такие технологии, как цементация, глинизация, битумизация, силикатизация. Эти методы называют также инъекционными, поскольку соответствующие вяжущие растворы нагнетают при помощи инъекторов, которые представляют собой перфорированные трубы, забиваемые в грунт.

Выбор вяжущего раствора зависит от типа грунта:

1. фильтрующие грунты закрепляют силикатизацией (используется силикат натрия и хлористый кальций);
2. цементация применяется для грунтов с высокой водопроводимостью.

Важно!

Закрепление грунтов снижает их водопроницаемость и повышает стабильность и несущую способность в десятки раз. По сути, грунт превращается при этом в прочную полускальную породу.

Мероприятия по закреплению грунтов очень дорогие и требуют применения специального оборудования. Поэтому экономия здесь бывает очень кстати.

Для цементации грунта применяется раствор из цемента и воды, иногда с добавлением песка.

Пропорции компонентов выбирают, исходя из пористости грунта; в среднем, на одну массовую часть цемента приходится 10–50 частей воды. На пористых грунтах применяют более густые растворы, на менее пористых — жидкие.

При цементации грунта подвижность цементного раствора имеет важное значение. Повысить ее можно посредством применения специальных суперпластифицирующих добавок, к которым относится CemPlast производства компании Cemmix.