925

опускают в нее арматурный каркас, а затем заполняют мелкозернистым бетоном с обязательным уплотнением бетонной смеси.

Уширение пяты может быть образовано за счет зарядного устройства, установленного в конце шурфа. В месте электрического разряда в теле анкера образуется гидравлический удар, в результате которого нижний конец анкера расширяется.

Рис.2.17. Схемы усиления отдельно стоящих фундаментов способом«стена в грунте»:

1 – усиливаемый фундамент; 2 – стена в грунте или прямоугольный столб; 3 – выемка грунта; 4 – анкер; 5 – стена в виде короба; 6 – глубокие ленты или стены; 7 – стены-перемычки

2.4. Восстановление и усиление фундаментов

При реконструкции зданий в ряде случаев необходимо осуществлять усиление фундаментов, которое связано с разрушением фундаментов от просадок, увеличением нагрузок на междуэтажные перекрытия, при надстройке этажей, с заменой деревянных перекрытий на железобетонные, с изменением технологического процесса и пр.

Усиление фундаментов относится к самым тонким операциям, так как при этом могут возникнуть различные подвижки здания и изменение его состояния. В связи с этим проблеме усиления фундаментов посвящено значительное количество работ, среди которых особое место занимают работы Васильева /13/, П.А. Коновалова /40/, А.И. Мальганова /45)/, В.И. Леденева и В.И. Матвеева /53/, А.Л. Шагина /63/, Н.В. Прядко /61/, В.В. Швеца, В.И. Феклина и А.Х. Гинсбурга /107/ и др. Этими работами установлено, что основополагающими факторами при выборе способа усиления фундамента являются: конструктивное решение фундамента, состояние грунта в основании, конструктивная особенность здания и оснащенность строительной организации. При проектировании усиления необходимо максимально использовать несущую способность существующих фундаментов, обеспечив их совместную работу с элементами усиления. Во всех случаях предлагаемый способ усиления фундамента должен обеспечить надежную

171

длительную эксплуатацию в новых условия его работы, экономичность и безопасность выполнения работ при его реконструкции.

При усилении фундаментов выделяют три основных направления:

-увеличение несущей способности фундамента без изменения схемы

работы;

-увеличение несущей способности фундамента с изменением схемы

работы;

-увеличение несущей способности фундамента с изменением напряженного состояния.

Увеличение несущей способности фундамента без изменения схемы работы производится путем уширения подошвы фундамента, устройства обойм, рубашек, наращиваний вокруг фундамента (бетонных, железобетонных, металлических, комбинированных), усиления отдельных элементов. При этом расчетная схема таких фундаментов до и после усиления остается обычно без изменения.

Увеличение несущей способности фундамента с изменением схемы работы осуществляется за счет передачи части нагрузки от фундамента или надфундаментных конструкций на грунты основания. Это достигается путем использования различных стальных и железобетонных балок, дополнительных опор из бетона и железобетона, а также за счет переустройства ленточных фундаментов в плитные, а столбчатых - в ленточные. В последние годы все чаще внедряются способы усиления фундаментов путем передачи нагрузки на различные виды буровых, набивных, задавливаемых или винтовых свай /40/.

Увеличение несущей способности фундамента с изменением напря-

женного состояния достигается за счет установки предварительно напряженных подкосов, шпренгельных систем, железобетонных или металлических обойм. Обычно такие способы используются при усилении плитной и стаканной частей отдельно стоящих фундаментов /40/.

Выбор метода усиления зависит прежде всего от причин, вызывающих необходимость подобного усиления. Предполагаемый способ усиления фундаментов должен быть экономически и экологически оправдан и технически сравнительно легко осуществим. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо рассмотреть несколько возможных вариантов усиления оснований и фундаментов и сравнить стоимость и трудоемкость их выполнения. Выбранный способ усиления фундамента должен обеспечить надежную длительную эксплуатацию в новых условиях его работы.

2.4.1. Усиление ленточных фундаментов

При усилении ленточных фундаментов используются как традиционные, так и современные технологии, разработанные в последние 1020 лет.

172

Наиболее полно способы усиления ленточных фундаментов представлены в работах А.И. Мальганова, В.С. Плевкова и А.И. Полищука /45/ и Н.В. Прядко /61/, которые приведены ниже.

При незначительных наружных повреждений фундаментов приме-

няют способ устройства защитных растворных рубашек /45/. Для этого в кладку фундамента в шахматном порядке через 0,5 м заделывают металлические анкеры, к которым прикрепляют арматурную сетку и затем наносят раствор на крупном песке простым оштукатуриванием или торкретированием.

Более существенное усиление получают устройством бетонных или железобетонных обойм толщиной 150-200 мм (рис.2.18).

Рис.2.18. Усиление ленточного фундамента железобетонной обоймой (а) или железобетонной рубашкой, продольных железобетонных балок

и контрфорсов (б):

1- стена; 2- усиливаемый фундамент; 3- железобетонная обойма; 4- анкеры из арматурной стали; 5- продольная балка на ступени; 6- контрфорс; 7- рандбалки; 8- железобетонная рубашка; 9- трещины в ступенях фундамента

Для включения их в совместную работу с усиливаемым фундаментом противоположные стенки обойм крепят между собой анкерами из арматурной стали диаметром 16-20 мм через 1-1,5 м или стальными или железобетонными разгрузочными балками, расположенными через 1,5-2 м по длине фундамента

Железобетонную обойму необходимо заводить на стену не менее 150 мм по вертикали и 100 мм по горизонтали. Класс бетона для железобетонных обойм принимают не ниже В12,5.

Когда в ступенях ленточного фундамента имеются трещины, то для усиления фундамента устраивают над ступенями продольные железобетонные балки, которые своими концами опираются на контрфорсы (рис.2.18, б). Ширина контрфорсов и расстояние между ними определяется расчетом. После установки балок и устройства контрфорсов весь фундамент заключается в железобетонную рубашку, монолитно связанную с балками. Передачи нагрузки от стены здания на фундамент осуществляется через про-

173

дольные рандбалки, которые устанавливаются в пробитые горизонтальные штрабы стены.

В тех случаях, когда грунты оснований не в состоянии в достаточной степени воспринимать нагрузки от фундаментов, устраивают выносные сваи, которые выполняют висячими или сваями-стойками. Во избежание здания от разрушения применяют только метод вдавливания или используют буронабивные сваи. Для передачи нагрузки от усиливаемых фундаментов на выносные сваи устраивают систему продольных и поперечных балок, которые объединяют со сваями монолитным ростверком. Возможен способ устройства выносных буронабивных свай с одной или с двух сторон фундамента, приведенный в работах П.А. Коновалова /40/, А.И. Мальганова /45/, В.И Леднева и И.В. Матвеева /53/, Е.П. Травина /98/ и др.

При одностороннем расположении сваи устанавливаются с шагом 1,5-2,0 м вдоль ленточного фундамента. В несущей стене пробивают горизонтальные штрабы, в которые устанавливают рандбалки из швеллеров, соединенных стяжным болтом. Под рандбалки с шагом 1,5-2,0 м заводят металлические опорные балки, концы которых присоединяют к анкерам в виде железобетонной плиты. Нагрузка от несущей стены через рандбалки передается на выносные буронабивные сваи, работающие на сжатие

(рис.2.19, а).

Рис.2.19. Усиление ленточных фундаментов выносными сваями:

а – сваями, расположенными с одной стороны; б – то же, с двух сторон:

1 – усиливаемый фундамент; 2 – металлическая опорная балка; 3 –буронабивная свая; 4 – металлическая балка-обвязка из уголка;

5 –отверстие, заделываемое бетоном; 6 – анкер в виде железобетонной плиты с металлической стойкой; 7 – балласт; 8 – рандбалка из швеллера; 9 –стяжные болты; 10хомут; 11продольная балка;12поперечная балка

Когда выносные буронабивные сваи устанавливаются с двух сторон фундамента, то оголовки свай связывают продольными железобетонными балками. После набора продольными балками проектной прочности, в фундаменте пробивают сквозные отверстия и устанавливают поперечные балки с таким расчетом, чтобы их нижние грани опирались на продольные балки. Отверстия в фундаменте заделывают бетоном, а затем устанавливают опалубку и бетонируют ростверк, который монолитно связывает буро-

174

набивные сваи, продольные и поперечные балки в единый комплекс

(рис.2.19, б).

Другим, достаточно широко используемым при усилении существующих фундаментов методом, является метод задавливания свай /40,61,82/. Сваи могут устанавливаться непосредственно под стену или подошву фундамента, а также с двух сторон усиливаемого фундамента (рис.1.20). За рубежом получили распространение многосекционные сваи типа «Мега» круглого или квадратного сечения длиной до 100 см, которые изготавливают из железобетонных трубчатых элементов (рис.2.20, в).

Рис. 2.20. Усиление фундаментов с использованием коротких свай вдавливанием:

а) – многосекционные сваи вдавливания с двухсторонней балкой-упором; б) – вдавливание свай под стену или под подошву фундамента;

в) - с помощью свай Мега

Для погружения свай применяют гидравлические домкраты, которые при установке свай с двух сторон, упирают в балки-упоры, а при установке под стену или подошву фундамента – в специальные железобетонные опорные плиты.

Работы по усилению фундаментов сваями типа Мега выполняют в следующей последовательности:

-под участком фундамента разрабатывают траншею глубиной не менее 1,5 м;

-под фундаментом или стеной устраивают выравнивающую балку из стали или железобетона;

-нижний (первый) элемент сваи с заостренным концом устанавливают на дно траншеи и задавливают вертикально в грунт с помощью гидравлического домкрата, упирающегося в выравнивающуюся балку;

-когда нижний элемент вдавлен, домкрат убирают и на торце первого элемента размещают на слое цементного раствора очередной элемент сваи, а в месте стыковки монтируют соединительную гильзу;

-затем устанавливают домкрат и повторяют процесс вдавливания;

-последним устанавливают головной элемент сваи, размер которого больше рядового элемента, при этом нагрузка домкрата должна превышать расчетную не менее чем в 1,5 раза;

175

- нагрузку фиксируют посредством специальных распорок, домкрат снимают, а пространство между подпорками омоноличивают бетоном.

При достаточной несущей способности грунтов для усиления ленточных фундаментов применяют способы без изменения геометрических размеров фундаментов, что позволяет выполнять работы практически без остановки технологического процесса и существенно повысить несущую способность грунтов. К таким способам относятся способ укрепительной цементации и способ передачи нагрузки от усиливаемых фундаментов на буронабивные сваи.

Способ укрепительной цементации /40/ основан на бурении скважин непосредственно через грунт и материал фундамента и нагнетании через специальные инъекторы цементного раствора (рис.2.21).

Рис.2.21. Усиление ленточных фундаментов способом укрепительной цементации:

1- стена здания; 2- усиливаемый фундамент; 3 – инъекторы

К новым методам усиления фундаментов относится метод использования «корневидных» свай (рис.2.22, а) и буроинъекционный метод струйной технологии (рис.2.22, б), представленный в работе Н.В. Прядко /61/.

Рис.2.22. Усиление фундаментов с использованием «корневидных» свай (а) и буроинъекционного метода «струи» (б):

1- усиливаемый фундамент; 2- «корневидные» сваи; 3- буроинъекционные сваи; 4- малогабаритная бурильная установка

Они применяются в тех случаях, когда на фундамент передаются дополнительные горизонтальные и вертикальные нагрузки. Применение этих

176

методов позволяет просверливать отверстия для свай через существующий фундамент, используемый в этих случаях, как ростверк. Эти технологии полностью исключаются ручные земляные работы.

Наиболее прогрессивными являются буроинъекционные сваи, которые имеют малый диаметр (50-250 мм) и большую длину (до 40 м). Скважины для свай бурят станками вращательного бурения, которые работают без вибрации и ударов, в том числе могут бурить через тело существующего фундамента, пол и стены подвала. При устройстве таких свай пластичную мелкозернистую бетонную смесь инъецируют под давлением в скважину с предварительно установленной арматурой. Применение буроинъекционных свай особенно эффективно при производстве работ в стесненных условиях действующего предприятия и усиления фундаментов под технологическое оборудование.

Буроинъекционные сваи целесообразно применять в условиях сложившейся застройки, при реконструкции фундаментов действующих предприятий и фундаментов под оборудование. К недостаткам данного метода усиления фундаментов можно отнести сложности при определении качества выполнения ствола сваи и ненадежность закрепления головы сваи в случае ветхого фундамента, используемого в последующем как ростверк.

Несмотря на отмеченные недостатки во многих странах Запада и России с помощью этих свай успешно усилены фундаменты зданий и грунтов. В Риме усилен собор св.Андрея, в Венеции – наклонная башня «Бурано» на острове с этим же названием, в Москве – здания уникальных памятников Третьяковской галереи, театра МХАТ, музея Андрея Рублева и др.

В тех случаях, когда кладка ленточного фундамента сильно разрушена и не может больше служить, она не усиливается и не заменяется, а выключается из работы, как это показано на рис.2.23.

Рис.2.23. Усиление ленточного фундамента с подведением столбов

ижелезобетонных рандбалок:

1– железобетонная плита; 2 – столб из железобетона, заполняемый бетоном; 3 – ригель; 4 – рандбалка; 5 – бетон омоноличивания

Размеры железобетонных плит и расстояния между ними устанавливаются расчетом. Далее на плиты опирают бетонные столбы (пилястры)

177

или железобетонные кольца, на которые монтируют в поперечном направлении железобетонные балки. Для передачи нагрузки от стены в горизонтальном направлении пробивают штрабы на уровне поперечных балок, в которые устанавливают горизонтальные ригели.

При значительной мощности слабого слоя грунта усиление фундамента выполняется путем передачи возрастающей нагрузки на плотные слои с помощью буронабивных свай /40, 61, 82, 98 и др./, прорезающих слабый грунт (рис.2.24).

В этом случае на участке рабочей захватки бурятся скважины как можно ближе к фундаменту и бетонируются сваи, которые выводятся до верха нижней ступени фундамента, а затем бетонируются ростверки. После набора ростверками необходимой прочности, на них устанавливают деревянные брусья для уменьшения смятия бетона под домкратами. После этого на брусья устанавливают гидравлические домкраты, которые в верхней части упираются в металлические ригели. Затем на участке между домкратами (около 2 м) разбирается фундамент и бетонируется новый фундамент, объединяющий оба ряда ростверков.

а) б)

Рис.2.24. Усиления ленточного фундамента с полной заменой его свайным фундаментом: а)- местная разборка нижней ступени фундамента;

б) - бетонная ступень фундамента;

1 -ростверк; 2- домкрат; 3- ригель; 4- деревянный брус; 5-новый фундамент

При росте нагрузок, а также при существенном повреждении фундаментов в процессе эксплуатации производственных зданий применяют способы усиления, связанные с увеличением размеров подошвы фундаментов, при котором часть нагрузки с существующего фундамента передается на элемент усиления в виде железобетонной плиты, монолитно связанной с усиливаемым фундаментом с помощью арматурного каркаса (рис.2.25). Такой способ усиления ленточного фундамента наращиванием заключается в том, что сначала в теле фундамента бурят в шахматном порядке шпуры, в которые устанавливают металлические трубы. К трубам приваривают арматурный каркас усиления, устанавливают опалубку и осуществляют бетонирование консольной плиты наращивания.

178

Рис.2.25. Усиление ленточного фундамента наращиванием:

1 – усиливаемый фундамент; 2 - каркас наращивания; 3- металлические трубы; 4 - шпуры

В фундаментах средних стен шпуры пробуривают сквозными для пропуска металлических труб, обеспечивая тем самым расчетную ширину усиления с обеих сторон фундамента и равномерную передачу нагрузки на консольные плиты наращивания.

При значительных дополнительных нагрузках на ленточный фундамент рекомендуется переоборудовать его в плитный /98/. При этом возможны два варианта устройства плиты:

-с пробивкой сквозных отверстий в ленточных фундаментах;

-без пробивки сквозных отверстий в ленточных фундаментах.

Рис.2.26. Переоборудование ленточного фундамента в плитный с пробивкой сквозных отверстий в ленточных фундаментах:

1 - ленточный фундамент; 2- сквозные отверстия в ленточном фундаменте; 3- арматурный каркас; 4- пропуски арматуры в ленточном фундаменте; 5- отгибы арматуры

По первому варианту (рис.2.26) между ленточными фундаментами отрывают траншею, на дно которой укладывают щебеночную подготовку толщиной 15-20 см с послойной трамбовкой щебня в грунт, устанавливают арматурные каркасы и бетонируют железобетону плиту на всю длину фундаментов. Минимальная толщина плиты 25 см. Плиты заводят с обеих сторон под подушки ленточных фундаментов. В фундаментах пробивают

179

сквозные отверстия, в которые вставляют арматурные каркасы, соединяя их с основным каркасом плиты, и затем отверстия заделывают бетоном.

По второму варианту монолитную железобетонную плиту бетонируют ниже фундаментных подушек (рис.2.27, а) или в уровне с фундаментными подушками с устройством шпоночных связей в виде горизонтальных штраб глубиной 15-20 см, пробитых в ленточных фундаментах выше верхней отметки монолитной железобетонной плиты (2.27, б).

Рис.2.27. Варианты переустройства ленточного фундамента в плитный без пробивки сквозных отверстий в ленточных фундаментах:

1 – усиливаемый ленточный фундамент; 2 – сплошная монолитная железобетонная плита; 3 – горизонтальные штрабы в фундаментной ленте для устройства шпоночных связей с плитой; 4 – уплотненный крупный песок; 5 –рабочая арматура плиты; 6– поверхность фундамента, подготовленная к бетонированию

В настоящее время для усиления фундаментов применяются принципиально новые технологии, в основу которых положена высокая степень механизации работ.

Так, например, для уширения подошвы фундамента предлагается на уровне подвала устройство железобетонной плиты с закреплением ее в теле фундамента (рис.2.28).

Рис.2.28. Увеличение опорной площади фундамента с помощью монолитной железобетонной плиты с опрессовкой грунта (а) или подведением многосекционных свай вдавливания (б)

1 – существующий фундамент; 2 – железобетонная плита; 3 – труба для инъекции расширяющегося цементного раствора;

4 – цементный раствор между плитой и грунтом; 5 – домкрат; 6 – вдавливаемые сваи 7 – опорное коромысло

180