Усиление отдельно стоящих фундаментов

Для усиления отдельно стоящих фундаментов под железобетонные колонны устраивают железобетонные «рубашки» (17, а) или бетонные приливы (17, б).

Если, кроме усиления фундамента требуется также усиление колонны, то бетонирование обоймы для «рубашки» и колонны выполняется одновременно. Когда колонна не нуждается в усилении, «рубашку» фундамента заводят выше нижней части колонны на величину не менее пяти толщин рубашки и не менее большей стороны колонны.

Рис.17. Устройство железобетонной «рубашки» и бетонного прилива

а) - железобетонной «рубашки»: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – поверхность фундамента, подготовленная к бетонированию (насечка); 3 – подготовка из тощего бетона; 4 – железобетонная рубашка с уширением; 5 –колонна; 6 –арматура усиления; 7 – зоны уплотненного грунта;

б) – бетонного прилива: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – приливы из бетона; 3 – рабочая арматура существующего фундамента; 4 – арматура усиления; 5 – сколотая поверхность бетона; 6 – сварка; 7 – подготовка из тощего бетона, уложенная по уплотненному грунту

Арматура «рубашки» в виде пространственного каркаса должна свариваться с арматурой фундамента для обеспечения совместной работы. При устройстве «рубашки» происходит уширение подошвы фундамента, поэтому перед бетонированием «рубашки» под ее подошвой осуществляют уплотнение грунта.

Менее трудоемким при уширении подошвы фундамента является способ устройства приливов из бетона. Он применяется в случаях, когда требуется увеличение размеров подошвы фундаментов при росте нагрузок, недостаточной несущей способности грунтов основания, а также при существенном повреждении фундаментов в процессе эксплуатации (рис.17, б). Перед бетонированием приливов боковые поверхности усиливаемого фундамента скалывают, оголяя рабочую арматуру, к которой приваривают арматуру усиления, после чего устанавливают опалубку и производят бетонирование приливов по подготовке из тощего бетона, уложенного по уплотненному грунту.

Более сложной конструкцией усиления отдельно стоящего фундамента является устройство железобетонной обоймы, которая для дополнительной передачи нагрузки от колонны на усиливаемый фундамент, заводится на нижнюю часть колонны (рис.18).

До бетонирования обоймы оголяют на половину диаметра продольные стержни

рабочей арматуры колонны и к ней с помощью - или П-образных стержней приваривают арматуру обоймы. Для улучшения сцепления нового бетона со старым производят механическую обработку поверхности усиливаемого фундамента насечкой перфораторами или отбойными молотками со специальным насадками и увлажняют поверхность бетона после ее обработки.

Рис. 18. Устройство железобетонной обоймы:

1- колонна; 2- обойма колонны; 3- железобетонная обойма фундамента; 4- фундамент;

5- уплотненный щебнем грунт; 6- хомуты обоймы фундамента; 7- П-образные вставки

В дополнение к железобетонной обойме для усиления фундамента можно использовать металлическую обойму с предварительным обжатием последней (рис.19). Металлическую обойму устанавливают после набора железобетонной обоймой проектной прочности в виде вертикально опорных уголков, к полкам которых с одной стороны приваривают трубки-упоры, а с другой – арматурные стержни с резьбой, предварительно пропустив их через трубки-упоры. Натяжение стержней производят с двух противоположных сторон одновременно. Защиту металлической обоймы осуществляют из слоя бетона или цементно-песчаного раствора на расширяющемся цементе.

Рис.19. Устройство предварительного обжатия железобетонной обоймы:

1 –фундамент; 2 –колонна; 3 – насечка на боковой поверхности усиливаемого фундамента и колонны; 4 – железобетонная обойма; 5 – арматурный каркас обоймы; 6 – предварительно напряженные стержни, устанавливаемые после бетонирования обоймы; 7 – опорный уголок;

8 – трубка-упор, приваренная к уголку; 9 – гайка для натяжения стержня; 10 – защитный слой из бетона или плотной штукатурки

Одним из вариантов усиления отдельно стоящего фундамента является установка металлических раскосов для передачи части нагрузки от колонны на бетонные элементы усиления фундамента (рис.20, а) или на обрез фундамента (рис. 20, б). Передача нагрузки на бетонные сборные элементы усиления или верхний обрез подушки фундамента осуществляется через металлическую обойму, приваренную к рабочей арматуре колонны, и систему металлических подкосов и балок, монтируемых по периметру фундамента.

Сборные бетонные элементы усиления устанавливают рядом с существующим фундаментом, на которые монтируют металлические балки для раскосов (рис.20, а). Во втором случае металлические балки для раскосов устанавливают на верхний обрез подушки фундамента (рис. 20, б). В местах установки сборных бетонных элементов следует осуществить уплотнение грунта.

Рис.2.32. Передача части нагрузки от колонны на бетонные элементы усиления (а) или на обрез фундамента (б):

1 – усиливаемый фундамент; 2 – железобетонная колонна; 3 –бетонные элементы усиления фундамента; 4 – металлические раскосы; 5 – металлические балки, 6 – металлическая обойма, приваренная к арматуре колонны; 7 – арматура колонны; 8 – оголенный от защитного слоя участок колонны; 9 – зоны уплотненного грунта; 10- подкладки, устанавливаемые на обрез фундамента

Увеличение опорной части фундамента можно осуществить устройством железобетонной рамы, которая устанавливается по периметру нижней грани подошвы фундамента (рис.22). Для сцепления железобетонной рамы с существующим фундаментом по периметру фундамента скалывают нижнюю грань и оголяют рабочую арматуру, к которой приваривают арматурный каркас усиления. В пределах устройства железобетонной рамы уплотняют грунт, устанавливают опалубку и производят бетонирование рамы. После того, как бетон рамы наберет проектную прочность, осуществляют обратную засыпку пазух фундамента.

Рис.22. Устройство железобетонной рамы для увеличения площади фундамента стаканного типа

1 – усиливаемый фундамент; 2 – опорная рама из монолитного железобетона, устриваемая по периметру существующей подошвы фундамента; 3 – арматура усиления;

4 – сколы по периметру подошвы усиливаемого фундамента; 5 – железобетонная колонна; 6 – зоны уплотненного грунта

Для уширения подошвы фундамента применяется способ, основанный на вдавливание под существующую подошву фундамента сборных бетонных элементов уширения (рис.23).

Рис.23. Усиление фундамента вдавливанием элементов уширения под существующую подошву фундамента: а)- вдавливание элементов уширения;

б)- фундамент после уширения:

1- существующий фундамент; 2- колонна; 3- подкосы; 4- металлическая рама; 5- котлован;

6- упорная конструкция; 7- домкрат; 8- элементы уширения; 9- железобетонная обойма; 10- обжатое основание; 11- затяжка

Для реализации этого способа откапывают фундамент на глубину, равную высоте элемента уширения. По периметру фундамента устанавливают металлическую раму с подкосами, которые прикрепляют к колонне с помощью металлической обоймы.

Металлическую обойму на сварке присоединяют к оголенной арматуре колонны. Колонну стабилизируют с помощью затяжек в металлической раме. На дно траншеи укладывают бетонные элементы уширения, заостренные торцы которых вводят в соприкосновение с подошвой усиливаемого фундамента. С обеих сторон фундамента устанавливают гидравлические домкраты, которые с одной стороны соприкасаются с упорными конструкциями, а с другой (с помощью выдвижных штоков) - с торцами бетонных элементов уширения. Задавливание элементов уширения под подошву фундамента осуществляют синхронно двумя домкратами. После выполнения работ по задавливанию элементов уширения гидравлические домкраты убирают, устанавливают опалубку и бетонируют железобетонную обойму с обязательным уплотнением бетонной смеси.

Этот способ эффективен тем, что помимо уширения подошвы усиливаемого фундамента, под подошвой существующего фундамента образуется слой уплотненного грунта, который обеспечивает включение элементов уширения в совместную работу с усиливаемым фундаментом.

Вместо задавливания под подошву фундаментов сборных бетонных элементов, можно задавливать короткие пустотные сваи (сваи Мега), которые подводятся под подошву фундамента.

Рис. 24. Передача нагрузки от фундамента на короткие ставные

железобетонные сваи, погружаемые вдавливанием

1- усиливаемый столбчатый фундамент; 2- звенья составных железобетонных свай; 3- стыки свай;

4- гидравлический домкрат; 5- металлическая подкладка; 6- шурф; 7-монолитная железобетонная

плита (устраиваемая участками после задавливания сваи);

8 - железобетонная колонна

Для передачи нагрузки от отдельно стоящих фундаментов на более прочные грунты используют выносные сваи, которые могут располагаться с двух противоположных сторон, так и по всему периметру (рис.24).

Рис. 24. Усиление столбчатого фундамента выносными сваями с устройством ростверка, армированного металлическими балками: а)- разрез; б)- план:

1 – усиливаемый фундамент; 2 – монолитный железобетонный ростверк; 3 – металлические балки; 4 –выносные буронабивные сваи

Длину свай назначают по расчету в зависимости от характеристик грунта и предполагаемых нагрузок на фундамент. Концы свай должны быть заглублены в прочный грунт. Операции выполняют в следующей последовательности: в пробуренные скважины опускают обсадные трубы, устанавливают арматурные каркасы, а затем скважины заполняют бетоном с уплотнением бетонной смеси с постепенным извлечением обсадных труб по ходу бетонирования. Для усиления ростверка перед его бетонированием осуществляют установку металлических распределительных балок из прокатных профилей, одни из которых подводят под края подошвы усиливаемого фундамента, а вторые - перпендикулярно первым в пределах длины монолитного железобетонного ростверка.

Помимо буронабивных свай для повышения несущей способности фундаментов реконструируемых зданий могут применяться набивные сваи, выполненные методом винтового продавливания с помощью спиралевидного снаряда (рис.25, а).

Сущность этой технологии заключается в том, что при проходке скважины грунт не извлекается, а скважина расширяется за счет вращения и погружения спиралевидного снаряда с одновременным осевым вдавливанием грунта.

Набивные сваи в винтопродавленных скважинах могут устраиваться как с отрывкой фундамента (рис.25, б), так и без отрывки (25, в), размещая вокруг усиливаемого фундамента необходимое количество свай.

Рис. 25. Усиление фундаментов набивными сваями, выполненными методом винтового продавливания:

1 – существующий фундамент; 2 – сваи; 3 – слабый грунт; 4 – зона уплотненного грунта; 5 – слой прочного грунта; 6 – котлован; 7 – железобетонная обойма

Технология работ по первому варианту включает отрывку усиливаемого фундамента до его подошвы, а по второму – отрывку вокруг фундамента только приямка, глубина которого соответствует высоте железобетонной обоймы, объединяющей сваи с усиливаемым фундаментом. Далее с помощью буровой установки продавливают скважины спиралевидным снарядом. В приготовленные скважины устанавливают арматурные каркасы и производят бетонирование с уплотнением бетонной смеси. Для сопряжения с железобетонной обоймой из оголовок свай оставляют арматурные выпуски длиной 25-30 см. После бетонирования свай вокруг фундамента устраивают железобетонную обойму, которая объединяет усиливаемый фундамент со сваями.

При больших дополнительных нагрузках, а также при значительных неравномерных деформациях отдельно стоящие столбчатые фундаменты преобразуют в ленточные (рис.26).

Рис.26. Переустройство столбчатых фундаментов в ленточные:

1 – столбчатый фундамент; 2 – железобетонная перемычка; 3 – арматурный каркас; 4 –уширенная опорная диафрагма

С этой целью между отдельно стоящими фундаментами отрывают траншею, устанавливают опалубку и арматурные каркасы. Сначала бетонируют железобетонную диафрагму, толщина которой принимается по расчету, а ширина - равной ширине подушки усиливаемого фундамента. Для передачи нагрузки от усиливаемого фундамента железобетону диафрагму подводят под подошву отдельно стоящего фундамента.

Затем возводят железобетонную стенку, которую сопрягают с усиливаемыми фундаментами хомутами или металлическими анкерами. Ширина железобетонной стенки равняется ширине стакана.

Для лучшего сцепления нового и старого бетона боковые поверхности стаканов перфорируются и увлажняются водой за 1,5 - 2,0 часа до начала бетонирования. Класс бетона для бетонирования должен быть на класс выше бетона усиливаемого фундамента.

В тех случаях, когда ни один из вариантов усиления фундамента не дает необходимого результата производят полную замену существующего фундамента на новый необходимой прочности.

Усиление свайных фундаментов

При усилении свайных фундаментов основное внимание уделяют повышению несущей способности ростверка и свай. Во всех случаях усиление производят двумя способами:

- усилением или устройством нового ростверка;

- пересадкой фундамента на выносные сваи или подведением свай под подошву фундамента.

Усиление ростверка осуществляют с помощью:

- железобетонной обоймы по всей высоте ростверка;

- железобетонных поясов;

- железобетонной обоймы и замкнутого ограждения, выполненного способом стена в грунте.

При незначительных размерах ростверка устраивают железобетонную обойму по всей высоте ростверка. Она обычно изготавливается замкнутой по периметру ростверка. Если имеются разрушения бетона в нижней грани ростверка, то необходимо выполнить цементацию щебеночной подготовки под ростверком (рис.28, а).

Рис.28. Варианты усиления монолитного ростверка:

а) железобетонной обоймы по всей высоте ростверка; б) железобетонных поясов;

в) железобетонной обоймы и замкнутого ограждения, выполненного способом стена в грунте: 1- сваи;

2- ростверк; 3- железобетонная обойма; 4- зацементированнй щебень; 5- замкнутого ограждения, выполненное способом стена в грунте

При большой высоте ростверка вместо железобетонных обойм устраивают железобетонные пояса, арматуру которых прикрепляют к телу ростверка специальными анкерами (штырями) или приваривают к оголяемой рабочей арматуре ростверка (рис.28, а). Арматура поясов и сплошных железобетонных обойм должна быть замкнутой по периметру ростверка.

В случаях, когда вскрытие ростверка для усиления представляет значительные трудности (из-за большого притока воды или наличия оплывающих грунтов), усиление производят с применением метода «стена в грунте». Для этого вокруг ростверка разрабатывают траншею под защитой глинистого раствора, в которую затем опускают арматурный каркас и бетонируют стену методом вертикально-перемещаемой трубы. После набора бетоном прочности вокруг ростверка образуется железобетонная стена, между внутренней гранью которой и внешней гранью ростверка можно извлекать грунт и производить усиление ростверка любым из известных способов.

При нарушении сопряжений свай с ростверком для усиления устраивают утолщение ростверка. Примеры такого усиления приведены на рис.29.

Рис.29. Схема усиления сопряжений ростверка со сваями: а) при расположении сваи от подошвы ростверка до 50 см; б) то же, до 30 см:

1- свая; 2- утолщение ростверка; 3 - дополнительная арматура утолщения; 4- хомуты; 5- арматура, наваренная к продольной арматуре сваи; 6- железобетонный ростверк; 7- продольная арматура ростверка

Для этого в оголовках свай оголяют продольную арматуру и приваривают к ней арматурные стержни и дополнительную арматуру утолщения, к которым прикрепляют хомуты. Затем устанавливают опалубку и заполняют ее бетоном с обязательным уплотнением бетонной смеси.

Усиление верхних концов железобетонных свай и мест их сопряжений с ростверком может быть выполнено устройством железобетонной обоймы. Работы выполняют захватками без применения каких-либо мер по разгрузке свай, с очисткой поверхности и обеспечения надежной связи бетона свай с бетоном обоймы.

Рис.30. Схема усиления верхних концов свай железобетонной обоймой:

1- свая; 2- бетон; 3- арматурная сетка; 4- трещины в бетоне свай; 5- ростверк; 6- оголовки свай;

7- повреждение бетона в нижней части ростверка с оголением арматуры

Наиболее часто для усиления свайных фундаментов используют метод погружения дополнительных свай вне контура фундамента (выносные сваи) с передачей нагрузки (полностью или частично) от реконструированного фундамента на эти сваи.

а) б)

Рис.31. Усиление фундамента ростверком, расположенным в пределах высоты фундамента (а) и под подошвой фундамента (б)

1 – существующие сваи; 2 – сваи усиления; 3 – ростверк усиления; 4 – сваи усиления; 5 – арматурные сетки; 6 – отогнутые стержни; 7 – усиливаемый фундамент; 8 – плотный грунт; 9 – арматурные стержни

Первый способ аналогичен работам при устройстве железобетонных обойм и рубашек и требует обязательного соединения арматуры существующего фундамента с арматурой нового ростверка. Он используется в тех случаях, когда возможно уширение фундамента в пределах его высоты (рис.31, а).

По второму способу подводка нового ростверка под существующий фундамент применяется в случае невозможности уширения фундамента в пределах его высоты, а также слабых грунтах под его подошвой или при повреждении оголовок существующих свай (рис.31, б).

При значительных дополнительных нагрузках на существующий свайный фундамент эффективным способом его усиления является устройство выносных свай в совокупности с продольными и поперечными железобетонными балками (рис.32).

Рис.32. Усиление свайного фундамента с помощью выносных свай

1 – сваи усиливаемого фундамента; 2 – дополнительные выносные сваи; 3 – новый ростверк;

4 – продольная балка; 5 – поперечная балка; 6 – отверстие в стене для поперечной балки;

7 – ростверк усиливаемого фундамента; 8 – плотный грунт

Для этого вдоль усиливаемого свайного фундамента бурятся скважины, в которые устанавливают арматурные каркасы и производят укладку бетонной смеси. На оголовки выносных свай (2) устанавливают или бетонируют продольные железобетонные балки (4). В существующей стене пробивают отверстия с шагом 1,5-2,0 м, в которые монтируют поперечные балки из сборного железобетона или прокатного профиля (5). Затем устанавливают опалубку и бетонируют новый ростверк (3), который жестко связывает все усиливаемые элементы в единый комплекс.