Укрепление и усиление фундаментов

Работы по усилению и укреплению фундаментов выполняют в следующих случаях: при разрушении отдельных участков фундаментов от просадок, размывании грунтов, ранее осуществленных конструктивных изменениях в здании, в частности устройства проемов и отверстий; при увеличении полезной нагрузки в здании.

Способов и конструкций по укреплению фундаментов разработано очень много. К ним относятся приемы, сходные с используемыми для усиления оснований, т. е. инъекции различных растворов. Инъекции делают цементным раствором составов от 1 :10 до 1:1 под давлением от 2 до 10 ат.

При очень плохом состоянии материала фундамента раствор вводят непосредственно в разрушенные камни, в особенности в случаях, когда кладка была выполнена из мелких камней (рис. 97,в). При несколько лучшем состоянии и более крупных камнях, когда разрушены только швы и стыки кладки, инъекцию делают в эти места, между камнями (рис. 97,г).

Если в кладке фундамента разрушен только наружный слой, можно укрепить его способом торкретирования поверхности кладки цементным раствором для создания защитного слоя.

Более сложные конструктивные изменения фундаментов производят главным образом для их усиления при увеличении полезной нагрузки в здании. Такие конструкции изображены на рис. 98. Здесь предусмотрены способы уширения подошвы фундамента, усиления существующей конструкции фундамента и даже передача давления от фундамента на выносные опоры.
На рис. 98, а изображено расширение подошвы фундамента путем замены нижних рядов кладки бетоном.

Рис. 98. Конструкции усиления фундаментов: а —замена камней в нижних рядах; б — устройство бетонной рубашки; в — железобетонная обойма; г — бетонная рубашка с передачей части нагрузки с помощью поперечных балок; д — то же, с введением и продольных балок; е — железобетонная рубашка с обжатием грунта; ж — расширение подошвы монолитным бетоном; и — то же, сборными изделиями; к —передача нагрузки за пределы подошвы фундамента на бетонные массивы; л — то же, для внутренних стен; 1 — металлические стержни d—18—24 мм; 2 — арматура d—16—20 мм; 3 — металлические балки; 4 — железобетонные перемычки или балки

На рис. 98,6 показано увеличение ширины фундамента с одновременным усилением его конструкции с помощью обетонирования его на всю высоту. При этом обеспечивается связь бетонного слоя вбитыми в швы кладки стержнями из арматурной стали диаметром порядка 20 мм. На рис 98, в изображен способ усиления фундамента и увеличения подошвы основания в виде железобетонной обоймы путем устройства горизонтальных отверстий в кладке и соединением обойм каждой стороны арматурными стержнями, располагаемыми на расстояниях через одну — полторы ширины подошвы фундамента.

На рис. 98,г изображено укрепление фундамента с увеличением его подошвы путем устройства бетонной обоймы и передачей на нее нагрузки с помощью поперечных металлических или железобетонных балок и арматурных стержней в нижней части кладки фундамента. Расстояние между балками можно ориентировочно принять равным высоте их от подошвы основания.

На рис. 98,(3 показана та же конструкция, но с введением еще продольных балок, что позволяет увеличивать расстояние между поперечными балками до 3—4 м и более. На схеме рис. 98, е изображено предложение Н. И. Стробахина, состоящее в том, что набравшие прочность железобетонные обоймы, связанные внизу металлическими стержнями, отжимают домкратами. Вследствие этого происходит натяжение металлических стержней, увеличивается ширина подошвы и обжимается грунт.

На рис. 98, ж, и изображены способы увеличения ширины и несущей способности фундамента устройством консольных плит из монолитного железобетона или сборных плит с расположением их под подошвой или несколько выше ее. Одновременно может потребоваться укрепление стены устройством металлических креплений.

На рис. 98, к, л изображены конструкции, с помощью которых нагрузка выносится за пределы подошвы фундамента в наружных стенах с большим заглублением фундамента и во внутренних несущих стенах.

Следует учитывать, однако, что после устройства двух последних конструкций может произойти осадка вновь сооружаемых выносных частей фундамента, что приведет к опасным деформациям в стенах. Поэтому такого рода конструкции не могут быть рекомендованы.

Замена отдельных участков фундамента производится небольшими, до 2 м длины участками, в строго определенной последовательности. При работе должна быть сохранена незатронутая часть длины фундамента протяжением не менее двух уже замененных участков.

Условия и способы усиления оснований

После строительства здания в течение ряда лет несущая способность его основания повышается вследствие уплотнения грунтов под нагрузкой. Большое количество обследований оснований старых зданий показывают, что в 30% объектов не используется и 0,5 величин нормативного давления. Это объясняется тем, что через несколько лет после окончания строительства происходит уменьшение пористости грунтов основания на 7—15%, что увеличивает несущую способность их до 25%. Поэтому в условиях реконструкции обычно можно повысить нагрузку на основание еще на 0,7—0,8 от нормативного.

Усиливать основания требуется по следующим причинам: из-за уменьшения несущей способности грунта, в основном от изменения гидрогеологических условий и состояния насыпного грунта, имевшегося под основанием здания; при ослаблении конструкции фундамента, особенно его кладки, что характерно для приемов традиционного строительства; при намечаемом увеличении нагрузки в здании в случаях замены деревянных перекрытий на железобетонные, от изменения назначения (размещение в здании вместо жилищ общественного объекта с большими нагрузками на перекрытия), а также при надстройке этажей.

Способы усиления оснований заключаются прежде всего в укреплении грунтов, связывании частиц, из которых они состоят. Сюда относятся: цементация, применяемая главным образом при наличии крупнообломочных пород; двухрастворная последовательная силикатизация, пригодная для укрепления средних и мелких песков; однорастворная силикатизация, применяемая для -лёссов и суглинков, осмоление песков, глинизация лёссов; электросиликатизация глин и суглинков (рис. 97,аб).

Усиливать основания с помощью перечисленнных видов инъекций можно путем образования отдельных укрепленных объемов грунта ориентировочно радиусом до 0,8 м. Именно на такую величину можно усилить основание с каждой стороны фундамента. Следует отметить, что разработка способов усиления оснований является широким полем инженерных исследований.
Следует выделить термический способ, заключающийся в сжигании топлива в скважинах и создании таким образом грунтостолбов, которые являются как бы переходной конструкцией от оснований к фундаментам.

Рис. 97. Приемы усиления оснований и фундаментов: а — усиление оснований инъекцией с двух сторон стены; б — то же, с одной стороны; в — усиление фундамента инъекцией бетона при сильном износе кладки; г — инъекция в швы при небольшом износе; д — устройство буроинъекционных свай

Оригинальной конструкцией усиления оснований, а одновременно фундаментов и даже нижних участков стен является устройство буроинъекционных корневидных свай (рис. 97, д). Они представляют собой набивные сваи диаметром от 89 до 280 мм при длине от нескольких до десятков метров (примерно 7—40 м). Для образования таких свай предварительно сверлят отверстия буровыми станками. В отверстие можно заложить арматуру диаметром примерно 12—16 мм. Бетонирование ведут под давлением в 3—6 ат через трубы диаметром 18—60 мм.

В неустойчивых грунтах применяют обсадные трубы, которые в особо трудных случаях не извлекают обратно. Расстояния между сваями принимают от 3 до 5 диаметров их.