Мероприятия по усилению фундаментов зданий выполняются для ремонта поврежденных конструкций, восстановления или повышения несущей способности фундаментов.
Вывешенные на временные сваи GEOIZOL-MP кирпичные колонны перед устройством новых фундаментов. Александровский дворец, ГМЗ «Царское Село»
Типовые ситуации, при которых возникает необходимость усиления фундаментов:
- реконструкция с приспособлением для современного использования исторических зданий;
- увеличение нагрузки на фундаменты (надстройка, перепланировка, размещение технологического оборудования и т.п.);
- изменение напряженно-деформированного состояния грунтового массива (изменение гидрогеологических условий площадки, попадание в зону негативного влияния при разработке котлованов, строительстве подпорных стен и т.п.).
Конкретное техническое решение по усилению принимается с учетом состояния существующих фундаментов и основания, надземных конструкций здания, номинальных и планируемых нагрузок, наличия иных негативных факторов, влияющих на подземные конструкции.
Усиление основания колонны
Ниже приведены методы усиления фундаментов, применяемые инженерами «ГЕОИЗОЛ Проект». Описанные технические решения могут применяться как самостоятельно, так и в сочетании друг с другом.
Цементация пустот кладки фундамента
Применяется для восстановления работоспособности фундамента при его незначительных повреждениях. Нагрузка на фундамент не увеличивается.
Схемы инъекционного закрепления бутовых фундаментов с заполнением зоны «фундамент – грунт»
Инъекционный раствор нагнетается в тело фундамента под давлением с заполнением пустот и полостей в швах кладки. Дополнительно инъектируется контактная зона «фундамент – грунт» под подошвой фундамента. Решение может выполняться в комплексе с цементацией основания.
Как правило данное техническое решение применяется для бутовых фундаментов, для чего используется цементно-известковый раствор.
Бурение шпуров в исторической бутовой кладке перед инъектирвоанием
В отверстия (шпуры), пробуренные в теле фундамента, устанавливаются инъекционные трубки, через которые под давлением 0,2 – 1 МПа нагнетается инъекционный раствор В\Ц=1 — 0,5. Шпуры бурят с заданным шагом (0,5 — 1,2 м) в шахматном порядке. Расход инъекционного раствора зависит от состояния фундамента, как правило, составляет 0,2 — 0,4 от объема кладки.
Выполнение работ по инъктированию фундамента
Усиление фундаментов железобетонными обоймами
Применяется для восстановления работоспособности фундамента при его значительных повреждениях, когда в нижней части фундамента кладка менее прочная, чем в верхней. Нагрузка на фундамент не увеличивается или изменяется несущественно.
Устройство железобетонной обоймы
Обоймы могут выполняться с одной или двух сторон от фундамента, с уширением у подошвы или без него.
При устройстве обоймы фундамент откапывается (захватками), с одной или с обеих сторон. На поверхности фундамента с помощью анкеров закрепляются арматурные сетки. Устанавливается опалубка и укладывается бетонная смесь. После набора бетоном прочности опалубка демонтируется и выполняется обратная засыпка с послойным уплотнением.
Уширение подошвы фундамента
Техническое решение аналогично усилению фундамента обоймами. Применяется при увеличении нагрузки на фундамент.
Устройство усиливающего элемента вдоль фундамента
Как правило уширение подошвы выполняют монолитными банкетами. Могут применяться банкеты сборные железобетонные, балочного типа, а также монолитные или сборные железобетонные опорные подушки. Банкеты размещают преимущественно с двух сторон от фундамента. Как правило, расширенная часть фундамента включается в работу (передается нагрузка от здания) с помощью системы распределительных и опорных балок (металлических или железобетонных). Распределительные балки выполняются вдоль стен, а опорные – перпендикулярно через тело стены.
Устройство усиливающего элемента вдоль фундамента
При устройстве монолитных банкет разрабатывается траншея (захватками) вдоль фундамента с одной или двух сторон. Банкеты устраиваются на подготовленное основание. На боковой поверхности фундамента в шахматном порядке закрепляются анкерные стержни. Устанавливается опалубка, после чего банкет бетонируется до уровня размещения распределительных балок, которые монтируются после набора бетоном прочности. Над ними через «окна» в стене заводятся опорные балки. Банкет добетонируется на высоту распределительных балок, производится заделка «окон» и омоноличиваение опорных балок.
Увеличение опорной площади фундамента (передача нагрузки на плиту)
Применяется для переноса дополнительной нагрузки с фундамента на силовую железобетонную плиту. Целесообразно в случае невозможности выполнения работ с наружной стороны здания.
Устройство плиты внутри подвального помещения здания
Разгрузка фундамента происходит за счет увеличения опорной площади.
В зависимости от степени увеличения нагрузки и состояния существующих фундаментов возможны различные варианты устройства плиты. При значительном износе конструкций стен и фундаментов плита, устраиваемая в уровне пола, выполняется в комбинации с вертикальными прижимными стенами (по принципу обоймы). Сопряжение плиты с существующими конструкциями может быть обеспечено путем ее заделки в стены или фундаменты (в уровне пола) через штробы или иными способами. Предусматриваются дополнительные мероприятия для включения плиты в работу.
Пересадка фундамента на буроинъекционные сваи GEOIZOL-MP
Решение применяется для исключения недопустимых осадок здания при попадании здания в зону негативного влияния строительства или в результате изменения гидрогеологических условий площадки, при значительном увеличении нагрузки на фундамент, а также при необходимости исправления ошибок, ранее допущенных на этапах проектирования и строительства.
Варианты пересадки фундаментов на буроинъекционные сваи GEOIZOL-MP
Подразумевает включение в работу фундамента или полный перенос нагрузки на дополнительные элементы – буроинъекционные сваи, через которые нагрузка передается от сооружения на несущие слои основания.
Узел крепления сваи к рандбалке (при пересадке на прямые сваи)
В качестве буроинъекционных свай целесообразно применение многофункциональной геотехнической системы GEOIZOL-MP, которая сочетает в себе функционал бурового и инъекционного оборудования. Состоит из полых винтовых штанг, соединенных муфтами, буровой коронки с форсунками, центраторов и крепежных элементов. Выполнение буроинъекционных свай происходит в рамках одного технологического цикла. На первом этапе производится бурение с одновременной подачей через полые штанги бурового раствора (В/Ц=0,7). После размещения сваи в проектное положение нагнетается густой тапмонажный цементный раствор (В/Ц=0,4), который замещает собой буровой, и после набора прочности становится телом микросваи. Металлические элементы GEOIZOL-MP после проходки остаются в скважине в качестве армирующего элемента.
Пересадка возможна на наклонные («козловые») или прямые сваи. В первом случае сваи бурятся через тело фундамента с одной или двух сторон под наклоном. После набора прочности бетона сваи включаются в работу без устройства дополнительных конструкций. Во втором случае, как правило, буроинъекционные сваи выполняются вертикально парами с двух сторон от фундамента. Нагрузка от стен на фундамент передается через рандбалки, которые объединяют пары свай между собой и устраиваются перпендикулярно через стены. Возможны различные схемы передачи нагрузок от балок на сваи.
Общий вид выполненной пересадки фундамента на наклонные сваи
Выполнение буровых и инъекционных работ оказывает минимальное воздействие на конструкции, что позволяет использовать технологию при работе на объектах культурного наследия. Компактные размеры технологического оборудования позволяют производить работы в стесненных условиях, например внутри подвальных помещений. Решение сочетает в себе высокую скорость и технологичность выполнения работ с надежностью результата.
Подведение новых фундаментов
Применяется в случае значительных разрушений фундаментов, при углублении или изменении конструкции подземной части здания.
Вынос исторического здания на временные буроинъекционные сваи перед устройством новых фундаментов
Решение подразумевает замену поврежденных элементов или всей конструкции фундамента. При выполнении работ производится полная разгрузка фундамента (например, перенос нагрузки на временные буроинъекционные сваи GEOIZOL-MP), после чего к существующим конструкциям подводятся новые фундаменты.
Вывешенные на временные сваи GEOIZOL-MP кирпичные колонны перед устройством новых фундаментов. Александровский дворец, ГМЗ «Царское село», г. Пушкин
Частный случай усиления и восстановления фундаментов при увеличении полезного объема (понижение отметок пола) подвального помещения исторического здания со сводчатым перекрытием и передачей нагрузки на фундаменты через систему кирпичных колонн. Перед понижением отметок пола по периметру заглубляемых помещений параллельно бутовому фундаменту выполняется шпунтовое ограждение методом вдавливания. Возле каждой из колонн выполняются временные буроинъекционные сваи GEOIZOL-MP. Передача нагрузки от колонн на сваи выполняется через систему рандбалок и металлических обойм (пространственная конструкция фермы). После включения в работу временных свай, от колонн «отсекаются» исторические фундаменты, производится их демонтаж с разработкой грунта до проектной отметки. Под колоннами возводится новый монолитный фундамент. Временные конструкции демонтируются. На завершающем этапе выполняется железобетонная плита пола и прижимные стены подвального этажа.
Усиление фундаментов грунтоцементными элементами
Применяется при значительном увеличении нагрузки на фундамент, для исключения недопустимых осадок здания при его попадании в зону негативного влияния строительства или в результате изменения гидрогеологических условий площадки. При необходимости создания вертикальной и/или горизонтальной противофильтрационной завесы, при углублении или изменении конструкции подземной части здания. Может применяться в комбинации с усилением буроинъекционными сваями GEOIZOL-MP и другими методами усиления фундаментов для решения специфических задач в сложных условиях строительства.
Вариант усиления грунта основания под существующей конструкцией методом струйной цементации с выполнением горизонтального площадного замыва
Решение не является непосредственно мероприятием по усилению фундаментов. Суть метода заключается в модификации грунтового массива с созданием в нем грунтоцементных элементов методом струйной цементации (Jet Grouting), которые повышают несущую способность основания.
Работы выполняются с применением буровой установки для Jet Grouting. Она имеет буровую колонну, оснащенную на конце монитором с соплами, через которые осуществляется подача под высоким давлением (до 500 атм) цементного раствора (однокомпонентный метод Jet-1).
На первом этапе (прямой ход) выполняется лидерное бурение до проектной отметки. В процессе обратного хода буровая колонна постепенно поднимается вверх с одновременным вращением монитора и подачей раствора (В/Ц=0,75 – 1,0) под высоким давлением. Струя разрушает структуру грунта и перемешиваясь с ним образует грунтоцементный массив. После завершения проходки в грунте формируется грунтоцементная колонна диаметром 0,6-0,8 м. До затвердевания раствора в тело колонны возможно помещение армирующих элементов для увеличения несущей способности.
Выполнение грунтоцементного массива во дворе здания
Бурение может производиться рядом с фундаментами или сквозь них, вертикально или под наклоном (до 15 градусов), для размещения грунтоцементных элементов под фундаментами.
Технология позволяет выполнить одиночные грунтоцементные колонны или сплошные конструкции из взаимно пересекающихся грунтоцементных столбов. Также могут быть устроены сплошные горизонтальные конструкции в толще грунта.
Необходимо учитывать динамическое воздействие на конструкции, возникающее в ходе выполнения работ, возможный выпор грунта во время инъектирования раствора, возможную осадку грунтоцементного материала в процессе бурения и твердения. Эти факторы ограничивают применение технологии.
