Усиление оснований фундаментов

В практике реконструкции необходимость в усилении оснований сопряжена, как правило, либо со снижением несущей способности оснований в процессе эксплуатации зданий, либо со значительным увеличением нагрузок на основания после реконструкции.

Повышение несущей способности оснований в процессе реконструкции зданий осуществляют одним из трех методов: химическим, термическим, физико-механическим. Практика показывает, что наиболее эффективным из вышеперечисленных является химический метод, который, в свою очередь, включает в себя следующие технологические приемы выполнения работ: силикатизацию, электросиликатизацию, смолизацию и т.п..

Электрохимическое упрочнениеосновано на физико-химических про­цессах, происходящих при пропускании через переувлажненный глини­стый грунт электрического тока. Под его действием происходит необ­ратимая коагуляция глинистых частиц и их закрепление. Кроме того, грунт осушается и, следовательно, уплотняется. При электрохимиче­ском закреплении на 1 м³ грунта расходуют от 50 до 200 кВт-ч элек­троэнергии при силе тока 5-15 А и напряжении 110-500 В.

Обжиг грунта превращает его в камневидную массу обожженной породы. Обжиг применяют для закрепления лёссовидных и пористых глинистых грунтов. Тепловую обработку производят путем нагнетания в грунт воздуха под давлением, нагретого до температуры 600-800°С, или путем сжигания в скважинах газового или жидкого топлива. Фор­сунки для сжигания устанавливают в устье скважины. За счет избы­точного давления раскаленные газы или воздух распространяются по всей высоте скважины. Обжиг продолжают в течение 5-10 дней. При этом грунт обжигают в радиусе 1000-1500 мм. Расход топлива состав­ляет 100 кг/м длины скважины.

Смолизация грунта заключается в обработке его синтетическими смолами, образующими прочные и стойкие кристаллизационные связи. Этот способ применяют для закрепления мелкозернистых грунтов при высоком уровне грунтовых вод. Закрепление производят путем инъек­ции в грунт смолы и отвердителя. Закрепляющие компоненты нагне­тают в скважины под давлением до 10 атм (1 МПа).

Цементацию грунтов применяют в крупнозернистых породах. Сущ­ность метода заключается в инъектированни цементной суспензии под подошву фундамента. Суспензия заполняет поры, скрепляет частицы грунта и этим увеличивает прочность основания. Радиус закрепления вокруг инъектора зависит от гранулометрического состава грунта и колеблется в пределах от 300 до 1500 мм. В средиезернистых и мелко­зернистых песках основание закрепляется в радиусе 300-500 мм, в крупнозернистых – 500-700 мм, в галечных породах - 520-1000 мм, в трещиноватых скальных - 1200—1500 мм. Прочность цементирован­ного грунта вблизи инъекторов равна 20-35 кгс/см² (2-3,5 МПа). По мере удаления от скважины прочность убывает и в периферийных слоях составляет 8-10 кгс/см² (0,8-1 МПа).

Силикатизацией упрочняют песчаные и пылевидные грунты, что заключается в нагнетания химических растворов, которые вступают в реакцию между собой или с солями, содержащимися в грунте. В ре­зультате образуется гель кремниевой кислоты, закрепляющий частицы грунта и обеспечивающий упрочнение основания.

В водопроницаемые грунты поочередно нагнетают под давлением 15—20 атм (1,5-2 МПа) два раствора: силиката натрия и хлористого кальция. В пылевидные и лёссовые грунты, содержащие соли кальция, нет надобности вводить два раствора. В них под давлением 5 атм (0,5 МПа) нагнетают раствор силиката натрия.

Электросиликатизация отличается от силикатизации тем, что в процессе выполнения работ через грунт пропускают постоянный электроток, стимулирующий перемещение химического раствора в массе породы. Ток подключают по принципу, изложенному для электроосмоса.

Выбор способа укрепленияоснования под фундаментами реконструируемого здания основывают на анализе гидрогеологических характеристик грунтов и сравнительных технико-экономических показателей выполнения работ.

Эффективность применения способа упрочнения зависит от структуры грунта, скорости и агрессивности грунтовых вод. В условиях старой городской застройки последний фактор приобретает особое значение, поскольку за время длительной эксплуатации имеет место засорение грунта.

Таблица 4.2

Основные способы упрочнения грунтов оснований

реконструируемых зданий

^х Воздухопроницаемость (см/с)

- Упрочнение пылевато-глинистых грунтов высоконапорной инъекцией (цементным, илоцементным, цементно-песчаным раствором)

Повреждения, дефекты:Нарушение условий устой­чивости оснований, трещи­ны в стенах здания.

Причины появления: Перегрузка оснований и фундаментов зданий; щслабление грунтов оснований (избыточное замачивание, проморажвание-оттаивание и др.); техногенные воздействия на грунты оснований.

Область применения способа: Пылевато-глинистые грун­ты.

1- существующий фундамент;

2- вертикальная шахта;

3- скважины (наклоненные, горизонтальные);

4- инъекторы для нагнетания растворов под высоким давлением (до 10 МПа);

5- манжеты для поддержания давления;

6- направление распространения нагнетаемых растворов;

7- контуры упрочненного грунта.

- Электрохимическое закрепление водонасыщенных глинистых, пылеватых и илистых грунтов (электросиликатизация, электолитическая обработка, электоосмотическое уплотнение)

Повреждения, дефекты:Нарушение условий устой­чивости оснований, трещи­ны в стенах здания.

Причины появления: перегрузка оснований и
фундаментов здания; ослабление фунтов оснований (избыточное замачивание, промораживание-оттаивание и др.); техногенные воздействия на грунты оснований.

Область применения способа: Водонасыщенные глинис­тые, пылеватые и илистые грунты.

1-существующий фундамент;

2-иньекторы-электроды (или стержни-электроды), погружаемые с поверхности;

3-закрепленный массив грунта;

4-очередное положение иньекторов-электродов (или стержней электродов);

5-кирпичная стена;

6-вскрытый пазух фундамента.

- Термическое закрепление грунтов

Повреждения, дефекты: Нарушение условий устой­чивости оснований, трещи­ны в стенах здания.

Причины появления: перегрузка оснований и фундаментов здания; ослабление грунтов оснований (избыточное замачивание, промораживание-оттаивание и др.); техногенные воздействия на фунты оснований.

Область применения способа: Макропористые просадочные грунты.

1- существующий фундамент;

2- скважины

3- форсунка с наконечником;
4- пламя;

5- закрепленный грунт;

6- направляющая трубка для подачи топлива.