Ремонт фундаментів, посилення основ і фундаментів

Технології ремонту і підсилення фундаментів.

У процесі тривалої експлуатації будівель і споруд відбуваються деформації конструкцій. При будівництві будинків на слабких ґрунтах основними причинами деформацій є нерівномірні осідання, що викликають руйнування самих фундаментів, стін, колон, перекриттів.
Вибір технології посилення основ і фундаментів залежить від категорії стану будівлі, а також категорії ризику передбачуваних робіт з консервації, реставрації або реконструкції. Реконструкція може бути пов'язана зі збільшенням навантажень на існуючі фундаменти за рахунок надбудов, заміни дерев'яних перекриттів залізобетонними, зміни технології і пр. Основними при виборі технології підсилення є фактори, пов'язані з конструктивними особливостями будівлі, станом ґрунту в підставі і оснащеністю організацій, які здійснюють роботи. Розробленим на сьогодні обладнанням можна виконувати роботи з посилення основ і фундаментів технологічно швидко, надійно, з мінімальним використанням ручних операцій.

Сучасні методи розрахунку вперше дають можливість змоделювати на основі геотехнічної інформації конкурентоспроможні варіанти технології підсилення основ і фундаментів. Без належного розрахункового обґрунтування не можна відмовлятися від традиційних технологій. В комплексі з новими, сучасними, вони часто дають позитивний ефект.
При складних випадках реконструкції, як правило, використовують кілька технологічних прийомів. Так, наприклад, часткова традиційна перекладання фундаментів може виконуватися в комплексі з ін'єкційними технологіями. У всіх випадках запропонована технологія повинна забезпечити надійну тривалу експлуатацію будівлі, відповідну цим при проектуванні геотехническому прогнозом. Повинні бути враховані питання економіки, екології, безпеки ведення робіт. Екологічний аспект більшою мірою стосується численних хімічних способів штучного поліпшення властивостей ґрунтів. Наслідки вторгнення в природне гідрогеологічну середу непередбачувані. Так, наприклад, посилення фундаментів Малого театру в Києві, виконане провідною європейською фірмою "Bauer" з використанням високонапірних ін'єкцій, вирішило проблему локальної стабілізації фундаментів будівлі. Однак об'ємні масиви укріпленого грунту стали грати роль гребель, що порушують сформований гідрогеологічний режим. Наслідки таких впливів важко прогнозувати. Це може сприяти розвитку карсту, виносу тонкодисперсних частинок з-під фундаментів сусідніх будівель і т. д.

Розглянемо і проаналізуємо традиційні і нові технології підсилення основ і фундаментів, попередньо оцінивши причини, що зумовлюють необхідність такого посилення. Згідно з узагальненою класифікацією Б. В. Далматова це насамперед:

• збільшення навантаження на фундаменти;

• руйнування кладки фундаменту або зниження його гідроізолюючих властивостей;

• погіршення умов стійкості фундаментів або ґрунтів в їх основі;

• збільшення деформативності ґрунтів;

• безперервний розвиток неприпустимих переміщень конструкцій.

Аналізуючи дані суцільного обстеження понад 10 тисяч житлових будівель, результати обстежень, проведених іншими інститутами, лабораторіями, можна конкретизувати причини деформацій будинків Петербурга, розташувавши їх за ступенем значущості:

• нерівномірне ущільнення слабких, заторфованих або насипних грунтів внаслідок зміни гідрологічного режиму території або нерівномірного завантаження цих грунтів;

• порушення структури ґрунтів при відкачування вод з підвалів, їх витоку в колектори з виносом тонкодисперсних часток (механічна суфозія), а також при динамічних впливах транспорту, промислової сейсміки;

• повсюдне зниження горизонту підземних вод в центральній частині міста в зв'язку з будівництвом інженерних мереж глибокого закладення, метро, що веде до гниття дерев'яних лежнів і паль;

• локальне обводнення підстави техногенними водами, що змінюють хімічний склад і температуру ґрунтових вод і призводять до гниття дерев'яних лежнів, паль і оглеению ґрунту;

• будівництво поряд зі старими будівлями нових, сумірних з існуючими;

• пристрій заглиблених споруд (гаражів, переходів);
• аварії на інженерних мережах, у підвалах будівлі з виносом ґрунту в каналізаційну мережу (глибокі колектори);

• промерзання і відтавання грунтів в основі і пр.

Треба зазначити, що в останні роки активізувався процес гниття лежнів і паль в Стокгольмі, Хельсінкі і Петербурзі у зв'язку з активним освоєнням підземного простору. Будівництво нових станцій метро в самому центрі міста без попереднього укріплення фундаментів старих будівель призвело до цілої серії аварійних ситуацій.

У складних інженерно-геологічних умовах цих міст при великій кількості унікальних пам'яток необхідний відповідний арсенал технологічних способів підсилення основ і фундаментів.

В літературі розглядаються, як правило, традиційні способи підсилення. Однак останні 20 років розвиваються нові технології, особливо інтенсивно у ФРН, Англії, Франції, Італії, Швеції, Фінляндії. Причому провідні фірми спеціалізуються не тільки на роботах з посилення основ і фундаментів, але і створюють нові технології, продають розроблене обладнання.

Традиційні способи підсилення фундаментів

Помилки при зведенні фундаментів старих будівель, похибки в оцінці властивостей ґрунтів приводили до необхідності посилення як самих фундаментів, так і грунтів в їх основі. Перші рекомендації щодо посилення фундаментів і відновлення гідроізоляції, включаючи горизонтальну противокапиллярную, містяться в Урочних положеннях Рошефора (1889). Причому технології посилення були традиційні і прості за рішенням, як і самі фундаменти. До середини XX ст. змінювалися лише окремі прийоми, що використовувалися нові будівельні матеріали (метал, бетон, залізобетон).

Всі традиційні технології підсилення основи і фундаментів зводилися, в основному, до збільшення площі обпирання існуючих фундаментів і, відповідно, зменшенню інтенсивності тиску на ґрунти основи. Паралельно розроблялися технологічні прийоми, пов'язані з штучним поліпшенням властивостей ґрунтів в основі шляхом введення різних хімічних реагентів.

Характерні прийоми посилення, запропоновані в 50-х рр .. поточного сторіччя, увійшли в останні нормалі .

Традиційні технології підсилення фундаментів: а - прикладкою вперевязку; б, г - бетонними обоймами; в - залізобетонними обоймами; 1 - стіна; 2 - нова кладка вперевязку зі старої; 3 - стара кладка; 4 - металеві штирі; 5 - бетонна обойма; 6 - залізобетонна обойма; 7 - щебенева підготовка; 8 - бетонні банкети; 9 - робоча балка; 10 - розподільна балка; 11 - зачеканка литим бетоном

Збільшення площі підошви фундаментів досягалося переважно за рахунок створення залізобетонних обойм або банкетів (одно - і двобічні). У старе час для розширення фундаментів застосовували прикладки, які виконували вперевязку з існуючою кладкою (див. рис.6.1,а). Спирання прикладок здійснювалося на різному рівні. Так, откопка старих фундаментів у Виборзі, Новгороді, Пскові показала, що прикладки залишалися в насипному грунті і фактично не чинили впливу на умови подальшої експлуатації будівель. Вони включалися в роботу лише при великих деформаціях після відповідного ущільнення грунтів в основі розширеної частини.


Схема розширення підошви фундаменту (з епюрами тиску в площині підошви) по Б. В. Далматово: 1 - існуючий фундамент; 2 - конструкція уширення; 3 - арматура; 4 - епюра тиску до уширення; 5 - епюра тиску після розширення і довантаження фундаменту

Розглянемо традиційні варіанти підсилення фундаментів, пов'язані з збільшенням площі підошви, з позицій геотехніки і технологічності стосовно слабким водонасыщенным грунтам.
Розширення підошви фундаменту без попередньої обпресування малоефективні. Як зазначалося вище, вони вступають в роботу лише при збільшенні навантаження, коли з'являються додаткові опади. На жаль, додаткові опади можуть виявитися граничними для старого приміщення, вимагає посилення.
Посилення основ і фундаментів, як правило, проводиться в тому випадку, коли грунти перевантажені, тобто під краями фундаментів є розвинені зони пластичних деформацій. При розкритті таких фундаментів (навіть локальних) до рівня підошви може статися випор ґрунту в траншею або шурф.

Основні прийоми посилень підстав і фундаментів зводяться до наступного. Підсилюваний фундамент розбивають на окремі захватки (ділянки) завдовжки 1,5 - 2,0 м. На цих ділянках відривають вручну траншеї шириною 1,2 - 2,0 м до підошви. Після цього у фундамент забивають металеві штирі (або занурюють у заздалегідь пробиті отвори через 50 см в шаховому порядку). Встановлюють опалубку і бетонують розширення. Після розробки траншеї бетонують примикають до граней фундаменту банкети без омонолічування їх з кладкою існуючих фундаментів. Потім в пробиті отвори встановлюють сталеві балки, які є упорами для гідравлічних домкратів. Ці домкрати обжимають грунти на підставі влаштовуються уширень. Після обпресування домкрати витягують і бетонують банкет.

Інженером Н. В. Стробахиным запропоновано оригінальний метод обпресування грунту основи під розширенням. Він полягає у встановленні з двох сторін старого фундаменту додаткових збірних залізобетонних блоків уширення. Нижню частину цих блоків стягують анкерами з арматурної сталі ; верхню - розсовують клинами або домкратами. Це дає можливість обжати неущільнений грунт і включити його в роботу під розширенням. Оцінюючи переваги самої ідеї, зазначимо, що реалізація запропонованого прийому пов'язана з певними труднощами, особливо в слабких грунтах. Розтин такого ґрунту до підошви фундаменту небезпечно з причин, вказаних вище. Зона ущільнення може виявитися незначною в порівнянні з зонами расструктуривания грунту.

Як показали спостереження, значна частина навантаження буде передаватися через підошву старого фундаменту. Це можна вважати допустимим, так як розширення в цілому покращують умови передачі навантаження, виключаючи випор з-під підошви. Однак випор може статися в процесі виробництва робіт. Сама поява можливого выпора має прогнозуватися розрахунком.

Посилення фундаментів додатковими блоками, обжимається грунти підстав при їх повороті ( за Н. В. Страбахину): 1 - існуючий фундамент; 2 - щілина, що виявляється при повороті блоків; 3 - залізобетонний блок; 4 - анкерне кріплення; 5 - отвори для анкерів

Таким чином, навіть при простому традиційному методі посилення проблеми технології та геотехніки тісно переплітаються.

Всі розглянуті технологічні прийоми посилення складні й дорого коштують, а головне, виконуються переважно вручну. Крім того, в місцях, де горизонт підземних вод досить високий, вартість робіт різко зростає у зв'язку з необхідністю відкачування води з траншей. Відкачування повинна вестися з такою умовою, щоб виключити порушення природного складання грунтів в основі фундаментів будівлі, що реконструюється. В іншому випадку роботи по посиленню тільки погіршать стан будівлі в цілому.

Вельми небезпечна для старих фундаментів закладення металевих штирів в тіло фундаменту. Автор цієї глави був свідком, коли при посиленні фундаментів лікарняного корпусу на Землеробської вул. в Петербурзі в процесі закладення штирів (1984) був зруйнований розкритий на великій ділянці фундамент, що призвело до розбирання 2-поверхового капітальної будівлі (замість планованої надбудови).

З цілого ряду причин повністю неприйнятний в умовах слабких ґрунтів рекомендований в літературі спосіб підведення нових фундаментів зі збільшенням глибини закладення підошви. Такі способи нетехнологичны і можуть бути реалізовані лише в досить міцних грунтах при низькому горизонті підземних вод, де, як правило, не потрібне підсилення фундаментів.

У світовій практиці існує багатий арсенал різноманітних хімічних реагентів, здатних закріпити грунт підстави на досить тривалий період. До достоїнств хімічних способів відносяться: висока ступінь механізації всіх операцій; можливість зміцнення ґрунтів до заданих проектом параметрів в їх природному заляганні; порівняно мала трудомісткість, різке скорочення ручної некваліфікованої праці за откопке траншей, а також порівняно невисока вартість вихідних матеріалів (можливість використання відходів виробництва). Нами на початку 60-х рр. для поліпшення властивостей грунтів основи широко використовувався кубовий залишок - відхід виробництва кремнійорганічних сполук (етилсилікат натрію). Були укріплені ґрунти в основі фундаментів будівлі тягової підстанції трамваю р. Усольє-Сибірське Іркутської області. Деформації цього відносно легкого будівлі сталися за нерівномірних підняттів силами морозного пученія і відповідних осідань при відтаванні расструктуренного грунту. Фундаменти мали заглиблення 1,2 м від планувальної позначки при промерзанні ґрунтів в цьому регіоні до 2,7 - 3,0 м. З використанням етилсилікати натрію були стабілізовані аварійні опади двох неопалюваних складських будівель та одного житлового будинку на морозоопасных і просідаючих грунтах.

Хімічне закріплення грунтів дозволяє успішно вирішувати багато завдань реконструкції при досить складних інженерно-геологічних умовах. Наведемо характерний приклад з практики в Петербурзі. У 1959 - 60 рр. для запобігання аварійних осад стін сценічної частини будівлі Маріїнського театру було виконано хімічне закріплення грунтів в основі стрічкових фундаментів. Закріплення підлягав пісок пилуватий з коэффициентомфильтрации 0,5 - 1,5 м/добу і пористістю n = 0,44. Товща пісків становила 3 - 4,5 м нижче підошви фундаменту. Закріплення проводили за традиційною схемою з використанням карбамідної смоли щільністю 1,076 - 1,08 г/см3 і 3% -го розчину соляної кислоти.

Спочатку нагнітали розчин соляної кислоти (400 л), потім - 50 л води і після цього розчин смоли (400 л). Нагнітання здійснювалося плунжерными насосами ПСБ-4 і НР-3 при тиску 0,3 МПа. Обсяг однієї заходки, що припадає на 1 ін'єктор, склав 0,6 - 0,7м3.

В останні роки з'явилися роботи про можливості створення нетоксичних або слаботоксичных складів для закріплення ґрунту з використанням карбамідних смол. Вказується, що при дотриманні пропонованих технологічно складних прийомів можна знизити канцерогенність цих смол. У зв'язку з посиленою увагою до охорони навколишнього середовища необхідно більш строго підходити до всіх рекомендованих "універсальним" хімічних реагентів. Так, безсумнівно, шкідливий вплив на навколишній незакріплений грунт і підземні ґрунтові води широко рекомендованих кислот і лугів високої концентрації. Спеціальними дослідженнями Ст. Е. Соколовича під ВНИИОСПе була виявлена токсичність і екологічна неспроможність цілого ряду реагентів, рекламованих для закріплення грунтів в умовах реконструкції, зокрема, акрилових, фенольно-формальдегідні, фуранові, хромлигниновых і карбамідних смол з несвязным формальдегідом.

У рекомендаціях щодо зміцнення слабких водонасичених ґрунтів защелачиванием (Уфа, НИИпромстрой) пропонується нагнітати під тиском слабкі пилувато-глинисті грунти концентровані розчини каустику. Передбачається, що під впливом висококонцентрованих каустику відбудеться часткове поверхневе розчинення глинистих мінералів з утворенням лужних алюмосилікатних гелів, здатних надійно закріплювати слабкі грунти. Розрахунок вказує на надмірну кількість небезпечного реагенту на 1 м3 закріплюється глинистого грунту (від 100 до 160 кг). Під невеликий гуртожиток в Нижньому Новгороді необхідно закачати 300 т каустичної соди. Враховуючи високий рівень ґрунтових вод, крім усього іншого, можна очікувати підлужування вод. Сам автор Ф. Е. Волков зазначає, що "залуження глинистих ґрунтів супроводжується їх активним хімічним обдиманням, що призводить до сильних деформацій споруд, зведених на таких грунтах".

Представляється обґрунтованим відмова багатьох фахівців від використання більшої частини хімічних реагентів, за винятком традиційно застосовуваних силікатів (одно - і двухрастворная силікатизація).

Однорастворная силікатизація, запропонована НІІОСП в довоєнні роки, полягає в тому, що в грунт нагнітається попередньо підготовлена композиція з гелеутворюючої основи (рідкого скла) і затверджувача. За невисокої в'язкості суміші вона може нагнітатися навіть у слабофильтрующие піщані грунти (з коефіцієнтом фільтрації 1 - 5 м/добу).

Порівняно нова технологія, розроблена Ст. Е. Соколовичем на початку 70-х рр. у розвиток викладеної вище, була названа газової силикатизацией. Сутність способу полягає в тому, що закріплюється грунт спочатку (під тиском до 0,2 МПа) вводять вуглекислий газ з метою активації поверхні мінеральних часток, а потім - розчин рідкого скла щільністю 1,19 -1,30 г/см3 (в залежності від водопроникності ґрунту). Газова силікатизація, на жаль, мало розширює межі застосування способу, її застосування обмежується піщаними різницями з коефіцієнтом фільтрації до 0,5 м/добу.

Електрохімічне закріплення слабких грунтів в основі фундаментів:

Б. А. Ржанициным була запропонована электросиликатизация, при якій одночасно з нагнітанням у слабофильтрующие грунти однорастворной гелеутворюючої суміші на основі силікату натрію на ін'єктори подається напруга від джерела постійного струму. Витрата електроенергії становить зазвичай до 30 кВт на 1 м3 закріплюється грунту. Витрата розчинів такий же, як при звичайній силикатизации. За даними Р. Н. Жинкина і В. Ф. Калганова [31], кількість гелеутворюючої суміші, введеної в супісок (кф = 0,01 м/добу) протягом 28 год за способом электросиликатизации, в 2,5 рази більше, ніж при звичайній однорідної силикатизации.

Цілком безпечним з точки зору впливу на навколишнє середовище, згідно Ст. Е. Соколовича, є закріплення грунтів з використанням портландцементу. Як відомо, затверділий портландцемент складається в основному з гидросиликата кальцію, практично нерозчинного у воді. В силу цього представляються перспективними ін'єкційні та буросмесительные способи. Технологія їх застосування заснована на змішуванні слабких грунтів з водоцементной суспензією. Автор дослідив це напрямок в комплексі з струменевою технологією.

У матеріалах XII Міжнародного конгресу з механіки ґрунтів і фундаментостроению (Ріо-де-Жанейро, 1989) як перспективні запропоновані суміші типу "Актизол", до складу яких входять: цемент, бентоніт, мінеральна силікатна і добавки. Вважається найбільш ефективним застосування таких сумішей для зміцнення алювіальних (наносних) грунтів і пристрої надійних протифільтраційних завіс. Основними перевагами суміші є відсутність забруднення навколишнього середовища, можливість використання багатьох типів цементу, висока рухливість при короткому часу схоплювання.

Сучасні технології підсилення основ і фундаментів
 

У світовій і вітчизняній практиці в останні 40 років широко застосовуються нові технології, засновані у тому числі на традиційних способах підсилення основ і фундаментів. Розробляються і принципово нові технології, в основу яких покладена висока ступінь механізації робіт. При цьому до мінімуму зводяться ручні операції.
У кожному конкретному випадку можуть бути підібрані технологічні прийоми в залежності від визначальних факторів, у тому числі від мети реконструкційних робіт (порятунок аварійно-деформованого будівлі, збільшення навантаження на фундамент, зведення нової будівлі поруч зі старим, прокладка глибоких інженерних мереж і будівництво метро в умовах міської забудови). Тут важливими чинниками є: конструктивні особливості будівлі, стан грунтів в основі, гідрогеологічні характеристики майданчика.

Проаналізовані вище традиційні технології, пов'язані з розширенням підошви фундаментів, на сучасному етапі можуть бути трансформовані таким чином. На рівні підвалу встановлюють залізобетонну плиту 2 (рис.6.6), закріплену в тілі фундаменту. Щоб плита надійно включалася в роботу, під неї можна ін'єктувати цементний розчин для обпресування верхніх шарів ґрунту. Такий спосіб посилення був успішно реалізований авторами на житловому будинку по Большеохтинскому пр., 31, слабкі грунти, на підставі якого не забезпечували сприйняття навантажень від існуючих фундаментів. Підведення плити дозволило запобігти розвитку нерівномірних осад і зберегти будівлю.

Збільшення опорної площі з допомогою монолітної залізобетонної плити: а - з обпресуванням грунту; б - з підведенням багатосекційних паль вдавлювання; 1 - існуючий фундамент; 2 - залізобетонна плита; 3 - труба для ін'єкції розширюється цементного розчину; 4 - цементний розчин між плитою та грунтом; 5 - згнилі дерев'яні палі; 6 - домкрат; 7 - опорне коромисло; 8 - вдавлювані палі

Якщо несучої здатності такої плити недостатньо, в ній можна залишити отвори і в них вдавити стыкованные багатосекційні палі. Описана ідея була реалізована нами в 1980 р. при посиленні фундаментів друкарського цеху у зв'язку з установкою офсетної машини "Планета" на Петербурзькій фабриці "Дитяча книга". Плита зводилася всередині будівлі дореволюційної споруди з мінімальною глибиною заставляння. Це виключало великий обсяг земляних робіт в обмежених умовах діючого виробництва. Спостереження показали, що, незважаючи на збільшення навантаження і зміна вібраційного режиму при роботі нової машини, додаткові опади не проявлялися.

У ряді випадків опорну площу фундаментів можна збільшити за рахунок збірних плит, що влаштовуються в підвалах будівлі (рис.6.7,а). При цьому навантаження на плити передаються через натискні рамні конструкції, що впираються в монолітне перекриття. Недоліком технології є многодельность робіт в обмежених умовах підвалів. До того ж, як правило, кладка над обрізом фундаменту буває расструктуренной з-за постійного зволоження, пов'язаного з підняттям культурного шару. Такі заходи повинні проводитися в комплексі з посиленням опорної частини кладки стіни. Перевагою технології є відсутність необхідності розтину грунтів в основі фундаментів.

Вдосконалені методи ремонту фундаментів на основі традиційних: а - пристрій збірних або монолітних рам у підвалі; б, в - виносні консолі і плити

Пропоновані поруч авторів виносні консолі і залізобетонні плити (рис.6.7,б і в) цікаві постановки завдання, але також мають недоліки:

• ребристі плити з анкерами в рівні вимощення піддаються впливу нормальних сил морозного пученія, що в умовах суворого клімату можуть сягати значних величин;
• при піднятті консолей кладка руйнується, а легкі будівлі можуть отримати нерівномірні підняття взимку і осідання влітку;
• в результаті міграції вологи в процесі промерзання грунт значно збільшується в об'ємі ("распучивается"), а після його відтавання порушується структура і різко знижуються основні міцнісні і деформаційні характеристики.

Для підтвердження сказаного наведемо приклади посилення виробничих і житлових будівель р. Желєзногорськ-Ілімський Іркутської області. Глибина сезонного промерзання досягає тут 2,9 - 3,0 м. Грунти сильнопучинистые за рахунок високого рівня підземних вод і наявності тонкодисперсних часток (супіски і суглинки). Дослідження, проведені СПбГАСУ (ЛІСІ) на початку 60-х рр. за участю автора голови в період закладання міста і гірничорудного комбінату, показали морозоопасность таких грунтів.

Виконані в кінці 80-х рр. посилення з використанням консольних ребристих плит виявилися малоефективними, без надійного захисту від промерзання грунтів вони зруйнувалися в першу ж сувору зиму.
Нами розроблена і реалізована конструкція посилення буровими палями-шпорами з влаштуванням залізобетонної плити.
Пристрій короткої палі-шпори і залізобетонної плити: 1 - стіна; 2 - залізобетонна плита; 3 - инъецированный цементний розчин; 4 - паля в кондукторі; 5 - уширенная частина палі; 6 - дерев'яний лежень; 7 - бутовий фундамент
В даному випадку залізобетонну плиту можна включити в спільну роботу з фундаментом і ґрунтами підстави. Промерзання не впливає на конструкції, що посилюються всередині будівлі. Подібна комплексна технологія була використана при посиленні фундаментів театрального будинку на киевщене.

Щоб виключити небажані для старих будівель і слабких грунтів динамічні впливи, практикують занурення паль вдавленням. Враховуючи обмеженість існуючих приміщень, часто використовують багатосекційні палі. Уфімським НИИпромстроем розроблені нормативні документи, що регламентують технологічні особливості використання таких паль. У 80-х рр. на об'єктах реконструкції в нашій країні почали широко впроваджувати набивні та буронабивні палі підсилення. з участю автора цієї глави були розроблені альбоми та типові нормалі за технологією пристрою зазначених паль в умовах слабких ґрунтів.
Технологічні особливості вдавлювання багатосекційних паль у вигляді виносних опор.

Посилення фундаментів із застосуванням паль: а - багатосекційні вдавлювання палі з двостороннім балкою-упором; б - вдавлювання паль під стіну або підошву фундаменту; в - буроін'єкційні палі з контактним шаром

При використанні вдавлювання паль необхідні надійні упори. Несучу здатність палі можна регулювати в процесі вдавлювання багатосекційних елементів. Останні можуть бути виготовлені з залізобетону у вигляді секцій зі спеціальними стиками, що дозволяють швидко здійснювати з'єднання. Можна використовувати металеві труби, однак, при цьому слід враховувати можливість їх корозії. У Києві ця проблема вирішувалася двома шляхами: з допомогою встановлення арматурного каркасу і армування всього обсягу труби і за допомогою використання готових трубобетонных елементів.

Взагалі, відомості про корозію самі суперечливі. За даними японських дослідників, широко використовують метал для посилення при реконструкції, корозія металу не залежить від складу сталі, ґрунтових умов, наявності зварювання. При найсучаснішою антикорозійного захисту вона становить до 0,01 мм в рік. Не вдаючись у деталі цієї спеціальної проблеми, зазначимо лише, що в умовах міської забудови при блукаючих струмах, великій кількості солей у грунтових водах створюються найсприятливіші передумови для корозії металу.

У Фінляндії, Швеції, Угорщини одержали поширення багатосекційні палі типу "Мега". Вони були широко використані для посилення основ і фундаментів у Гельсінкі, Стокгольмі, Будапешті, Турку. У ряді випадків палі підводили безпосередньо під фундамент. Такі палі можуть бути круглого і квадратного перерізу, маса елемента до 100 кг. Палі виготовляли із залізобетонних трубчастих елементів довжиною до 100 см, що дозволяло легко переміщати їх перекочування по майданчику. Послідовність робіт по втискування паль така (див. рис.6.9,б). Нижній перший елемент із загостреним наконечником (у слабких грунтах без загострення) занурюється домкратом. В якості упору служить розподільна залізобетонна балка. Нарощування збірних стыкованных елементів виробляють до тих пір, поки вістрі не досягне щільних грунтів, що забезпечить необхідну несучу здатність системи в цілому. Останнім встановлюють головний елемент, площа поперечного перерізу якого багато більше площі поперечного перерізу палі. Після занурення палі до проектної позначки під навантаженням, що перевищує розрахункову у 1,5 - 1,8 рази, її заклинивают спеціальними стійками. Стійки встановлюють між розподільної балкою і оголовком палі, а отримане отвір заповнюють бетоном.

Фірми "Похьявахвистус" і "Весто" у Фінляндії та Швеції застосовували вдавлювані палі з кільцевих залізобетонних елементів. Стиковку здійснювали за допомогою спеціального розтруба; внутрішню порожнину після занурення палі бетонували.
Недоліком технологічних прийомів посилення основ і фундаментів вдавливаемыми палями є великий обсяг земляних робіт. При цьому розтин шурфом (траншею) перевантаженого фундаменту до його підошви небезпечно, а в умовах слабких ґрунтів при високому рівні підземних вод - малореально. Крім цього, вдавлювання паль може призвести до расструктуриванию (перемятию) слабкого глинистого ґрунту, що детально викладено в розділі 8.

В останні 20 років у практиці посилення все ширше використовують буроін'єкційні палі, як вертикальні, так і похилі. Після спеціальних робіт по опрессовке такі палі мають нерівну поверхню, тому за кордоном вони отримали назву "корневидных".
Основні переваги корневидных паль:
Повністю виключаються ручні земляні роботи. Буріння свердловин ведеться безпосередньо через фундамент, не зачіпаючи комунікацій, що проходять біля будинків і в підвалах.
Використовуючи малогабаритне обладнання, можна вести роботи з підвалу висотою 2,0 - 2,5 м. У разі необхідності, роботи можна вести з першого поверху будівлі.
Зовсім не змінюється зовнішній вигляд конструкції, що важливо при роботі на пам'ятках архітектури.
Можна вести роботи на діючих підприємствах без зупинки виробничого процесу.
Витрати ручної праці на всіх технологічних операціях мінімальні; спосіб економічний, з низькою витратою матеріалів.
Очевидна екологічна чистота способу в порівнянні з хімічними методами закріплення, що важливо в умовах жорсткого екологічного контролю.

Зазначимо окремі недоліки зазначених паль:

• Недостатня вивченість роботи тонких паль в слабких грунтах.
• Низька несуча здатність з-за невеликого діаметру і, відповідно, малої бічній поверхні і площі вістря.

Складність надійного закріплення голови палі у разі старого фундаменту, який у подальшому працює як ростверк. Відсутність відповідного розрахунку.
Невизначеність у формуванні необхідного діаметра при влаштуванні буроін'єкційних паль в слабких грунтах.
Невивченість роботи тонкій довгій палі як елемента, армуючого товщу слабкого грунту.
Неможливість пристрої стовбура палі з важкого бетону (свердловину малого діаметра можна заповнити тільки цементними розчинами).
Незважаючи на всі зазначені недоліки, у Італії, ФРН, Франції, Швеції та Росії за допомогою таких паль успішно посилені будівлі, включаючи аварійно-деформовані пам'ятники, і навіть зведені нові підвалини в складних умовах примикання нових будівель до старих на слабких грунтах.

У Римі посилений собор св. Андрія, у Венеції - похила вежа "Бурано" на острові з цією ж назвою. Успішно працюють в цьому напрямку спеціалізовані фірми "Fondedile", "Bauer", "Кеller", "Miver", "Fundex" та ін..

У Москві посилені будівлі унікальних пам'яток - Третьяковської галереї, театру МХАТ, музею Андрія Рубльова та ін..

У Петербурзі виконано оригінальне посилення основ і фундаментів костелу Св. Катерини (Невський пр.,32) при загальній кількості паль більше 1200 шт. (найбільший об'єкт Росії за обсягами посилення - див. рис. 6.16); Приоратского палацу в Гатчині. Ці роботи виконувались за проектом і при науковому керівництві автора голови силами фірм "Геореконструкция" і "Геощит".

У багатьох випадках, як зазначалося на міжнародних геотехнічних конгресах в Неаполі (1996) та Гамбурзі (1997), не існує реальної альтернативи застосування буроін'єкційних паль для порятунку історичних будівель.

Схема пристрою стінки з паль з використанням струменевого технології (jet grouting): 1 - свердловина до щільних грунтів; 2 - ін'єктор; 3 - формована паля; 4 - компресор; 5 - насос для подачі води; 6 - ємності цементу і піску; 7 - розчинонасос

Аналізуючи матеріали останніх міжнародних конференцій, симпозіумів, а також вітчизняних публікацій і розробок, можна відзначити в якості перспективного напрямку метод "jet grouting" - високонапірних ін'єкцій тверднучого розчину в грунт. Цей метод, відомий також під назанием "струменева технологія", розроблений у середині 70-х рр. в Японії і широко використовується у ФРН, Італії, Франції.

Технологічна послідовність робіт по такому методу полягає в наступному (рис. 6.10): виробляють буріння свердловини 1; у свердловину занурюють ін'єктор 2 зі спеціальним каліброваним отвором - соплом; подають під великим тиском (до 100 МПа) ін'єкційний розчин; здійснюють підйом ін'єктора з одночасним його обертанням; формують палю потрібного діаметра або стінку з паль.

Важливим чинником зміцнення масиву ґрунту або підсилення фундаментів з використанням струменевого технології є можливість підтримки великих тисків (до 80 - 100 МПа). Це пред'являє певні вимоги до використовуваного устаткування, підвідних трубопроводах тощо

В якості прикладу можна навести успішно реалізовані проекти посилення основ і фундаментів берегового підвалини мосту через Дунай (рис.6.11) і пам'ятки військової архітектури у Відні (казарми Россауэр). Останній був побудований в 1870 р. на дерев'яних палях. Необхідність посилення визначили 2 фактори: різке збільшення навантажень в зв'язку з заміною перекриттів і гниття голів паль з-за зниження горизонту підземних вод. Розроблялися конкурсні варіанти підсилення основ і фундаментів. Була обрана струменева технологія. Фактично прийнята технологія задовольняла всім розрахунковим геотехническим і конструктивним вимогам:

Посилення основ будівель і споруд з використанням струменевого технології: а - підпірна стіна берегового підвалини мосту через Дунай; б - пам'ятник оборонної архітектури у Відні (казарми Россауэр); 1 - буровий станок SC-1 (Кеller); 2 - існуючий фундамент; 3 - дерев'яні палі; 4 - укріплені масиви ґрунту; 5 - сходи спуску; 6 - підпірна стіна каналу
виключення з роботи дерев'яних паль з сгнившими головами;
передача тиску від масивного 5-поверхової будівлі з розмірами в плані 136х275 м на міцні гравійно-щебенистые грунти;
виключення порушень в роботі комунікацій, що йдуть уздовж будівлі з зовнішньої сторони;
повна стабілізація всіх осад при збільшеній навантаженні.

Враховуючи незвичність такого роду посилення і дискусійність окремих технологічних моментів, зупинимося докладно на деталях, що мають відношення до подальшого аналізу.
Для ін'єкції розчинів використовували бурову установку на гусеничному ходу SC-1 фірми Кеller (ФРН). Габарити установки дозволяли їй переміщатися через отвір шириною 0,8 м і працювати в підвальному приміщенні при висоті 2,8 м.
Основні переваги струминної технології в умовах слабких ґрунтів: можливість ведення робіт у будь-яких несприятливих грунтових і в обмежених умовах; екологічна чистота всіх технологічних операцій.
Однак струменева технологія має і ряд недоліків, основними з яких є: небезпека локальних деформацій в процесі тимчасового розмиву ґрунтового масиву під фундаментом до набору міцності; висока вартість і матеріаломісткість з-за великих обсягів закріплення ґрунту; підвищена небезпека при роботі з високим тиском.
У будь-якому випадку струменеві технології перспективні і успішно використовувалися нами в дослідному порядку при посиленні фундаментів цеху пресування сухого залишку очисних споруд в сел. Ольгине Ленінградської області та стоматологічної поліклініки в Невському районі Петербурга.
Досить ефективним є використання технології високонапірних ін'єкцій в комплексі з іншими сучасними технологіями, прикладом чого є посилення будинку № 6 на Кінногвардійському бульварі, біля якого здійснювалось будівництво підземного переходу .

Аналіз показує, що при обгрунтованому виборі і реалізації сучасних технологій підсилення основ і фундаментів можна вирішувати реконструкційні проблеми будь-якої складності.
Приклад складної реконструкції будинків на слабких ґрунтах: 1 - існуюча будівля на слабкому грунті; 2 - сталева решітка; 3 - трубобетонные палі; 4 - набивні палі; 5 - підпірні стінки; 6 - грунтові ін'єкційні анкера

В якості прикладу щодо складної реконструкції можна навести будівництво нового 40-поверхової адміністративної будівлі р. в Бостон (США). Фактично воно встраивалось в існуючу 10 - 11 - поверхову забудову історичних будівель кінця минулого століття. При цьому в рівні останніх поверхів старі будівлі з'єднувалися з знову споруджуються спеціальними галереями. З-за наявності великого шару слабких грунтів під існуючими будівлями і необхідність влаштування кількох підпірних стінок виникло багато геотехнічних проблем. Щоб вирішити ці проблеми і звести до мінімуму можливу різницю осідань будівель, були виконані наступні роботи:
грунт між будівлями армировался ґратами з набивних паль, об'єднаних ростверком;

для зміцнення схилу використано 2 ряди залізобетонних підпірних стін та пальові фундаменти з 14-метрових трубчастих паль, що заходять своїм вістрям в щільні льодовикові глини;

фундамент будинку був виконаний у вигляді потужної залізобетонної плити товщиною 1,5 м, по контурах якої влаштовано 400 залізобетонних паль.

Тут успішно використано кілька технологічних прийомів, включаючи посилення підстав і анкерування підпірних стін ін'єкційними анкерами.

Комплексне посилення несучих конструкцій, включаючи фундаменти (пам'ятки архітектури в Римі)

Таким чином, у кожному конкретному випадку виникають багатопланові інженерні геотехнічні завдання, вирішення яких потребує вичерпної інформації про грунтах, зміни їх властивостей в процесі тривалої експлуатації, в процесі ведення робіт по влаштуванню поблизу них нових фундаментів або підземних споруд. Питання посилення основ і фундаментів повинні вирішуватися в комплексі з питаннями посилення надземних конструкцій. Прикладом може служити посилення пам'ятки архітектури в Римі. Тут, поряд з підсиленням фундаментів корневидными палями, виконано посилення основних надземних конструкцій, включаючи цегляну кладку стін. Необхідно враховувати, що анкеровка цегляних стін металевими стрижнями з часом може виявитися неефективною і небезпечнішою через корозію металу, в результаті якої відбувається збільшення обсягу кородуючої металу і, отже, порушення цілісності зміцнюються конструкцій.

Однак основним джерелом найбільш істотних деформацій залишаються неправильний облік властивостей грунтів або недооблік можливих наслідків, пов'язаних з їх расструктуриванием в процесі ведення реконструкційних робіт.

Буроін'єкційні палі підсилення
Матеріали симпозіуму з порятунку історичних пам'яток світової цивілізації (Неаполь, 1996) свідчать про ефективне використання ін'єкційних технологій, у тому числі в умовах слабких ґрунтів. До теперішнього часу буроін'єкційних палями посилені більше тисячі значущих пам'яток архітектури. У ряді випадків проводилися ін'єктування і армування цегляної кладки спасаємося будівель.

В результаті було вирішено декілька важливих реконструкційних завдань:

• відновлена міцність старої цегляної кладки і поліпшені умови статичної роботи будівлі за рахунок підвищення жорсткості;
• поліпшені умови передачі навантаження на грунти основи;
• відновлена противокапиллярная ізоляція над фундаментом в комплексі з посиленням опорної частини стіни.

Однак при значній товщі слабкого грунту (в Петербурзі її потужність досягає 25 - 30 м) ефективність і економічність тонких довгих буроін'єкційних паль може виявитися дискусійною. Чисельне моделювання є єдиним інструментом, що дозволяє дати об'єктивну оцінку доцільності пропонованих реконструкційних заходів з використанням паль підсилення.

Як показали чисельні дослідження і досвід реконструкції фундаментів, при використанні буроін'єкційних паль необхідно враховувати наступні обставини:

1. Кут нахилу паль незначно впливає на величину опади посиленої конструкції, тому немає необхідності його збільшувати, що спрощує ведення робіт по їх монтажу.
2. Палі повинні бути надійно закріплені на фундаменті, для чого складається з окремих бутових каменів на розчині старий фундамент повинен бути посилений ін'єкціями цементного розчину. Фундамент фактично перетворюється в ростверк і повинен за міцністю відповідати своєму призначенню. Якщо міцність фундаменту недостатня або закладення палі в тіло фундаменту здійснено менш ніж на 5 її діаметрів, необхідно створити додаткову конструкцію на контакті "фундамент-грунт", так званий "контактний шар". Для цього є досить прості технологічні прийоми.
3. Розрахунком встановлено, що збільшення нахилу значно підвищує внутрішні зусилля в палях. Ця обставина в залежності від основних міцнісних і деформаційних властивостей грунту може бути враховано розрахунком і, відповідно, спеціальної системою об'ємного армування. У розрахунку буроін'єкційних паля розглядається як залізобетонна конструкція, тому при її виготовленні, крім в'яжучого цементу, необхідний інертний матеріал. Враховуючи технологічні особливості, в якості інертного матеріалу можна використовувати пісок. Представляється, що цементні палі можуть застосовуватися при невеликих кутах нахилу для тимчасових посилень і анкерних тимчасових кріплень (будівля в зоні будівництва підземних виробок тощо).
4. При використанні арматурних каркасів повинні бути запроектовані і виготовлені равнопрочний стики. Можливе включення в конструкцію паль міцних труб, металевих профілів, спеціального скла. Останній варіант використовується в Італії і вимагає апробації в умовах роботи палі в слабких грунтах. У будь-якому випадку для буро-ін'єкційних паль, що влаштовуються в слабких грунтах, армування повинно проводитися в залежності від фактично діючих моментів в різних перерізах. Так, типові конструктивні рішення і технологічні прийоми армування і бетонування буроін'єкційних паль, розроблені для відносно міцних ґрунтів Москви і Києва, в умовах слабких ґрунтів Петербурга виявилися неефективними, а в окремих випадках - небезпечними.
5. Технологія виготовлення буроін'єкційних паль, що забезпечує в умовах слабких ґрунтів необхідні розрахункові міцнісні параметри, достатня складна і вимагає застосування комплексу спеціального устаткування. Щоб розробити такий комплекс, необхідно проаналізувати основні достоїнства і недоліки буроін'єкційні технології. У зіставленні з іншими технологіями підсилення фундаментів вони розглядалося раніше. Зупинимося лише на основних реконструкційних випадках, коли буроін'єкційні палі і ін'єкційні технології успішно використовувались у вітчизняній і зарубіжній практиці:

• посилення основ і ремонт фундаментів при необхідності стабілізації незатухающих осад;

• посилення різних конструктивних елементів, включаючи фундаменти, цегляну кладку несучих стін, стель, перекриттів;
• зміна конструктивної схеми будівлі з перерозподілом навантажень на ґрунти або догружение фундаментів;
• пристрій отдельностоящих і стрічкових пальових фундаментів в зоні примикання до існуючої будівлі у випадках, коли, наприклад, небезпечна динаміка від занурення готових паль;
• пристрій розділових безперервних стін між будівлями;
• пристрій стін неглибоких підземних споруд, поглиблення підвалів;
• анкеровка підпірних стін, у тому числі виконаних методом "стіна в ґрунті";
• армування ґрунту для поліпшення його властивостей і підвищення несучої здатності масиву;
• превентивне посилення існуючих будівель.

Настільки широка застосовність методу для підсилення будівель і успішна його реалізація в умовах слабких ґрунтів Петербурга, Архангельська, Вологди та інших міст вимагає вдосконалення технології, спрямованого на підвищення несучої здатності паль підсилення в умовах слабких ґрунтів.
Технологічний цикл пристрою буроін'єкційних паль включає:

• буріння кладки фундаменту, встановлення труби-кондуктора і її тампонування;
• буріння свердловини до проектної позначки під захистом обсадної труби або під глинистим розчином;
• заповнення свердловини твердеющим розчином;
• встановлення арматурного каркасу;
• опресовування заповненої розчином свердловини тиском 0,2 - 0,4 МПа.

Якщо міцність фундаменту недостатня, проводять ін'єкцію цементного розчину в його кладку. Буроинъекционный комплекс з малогабаритним буровим верстатом розроблений за участю автора цієї глави. Буріння в межах фундаменту ведеться через кондуктор, який є напрямною трубою. Кондуктор забезпечує надійність обпресування, запобігаючи випор із свердловини цементного розчину. Арматурний каркас або одиночні стрижні опускають у свердловини секціями, равнопрочный стик яких виконують за допомогою зварювання, що істотно ускладнює роботу.

Важливим етапом формування тіла буроін'єкційні палі, влаштовується в слабких грунтах під захистом глинистого розчину, є опресовування. Від тиску та часу обпресування залежать в подальшому опір тертя по бічній поверхні палі і, відповідно, її несуча здатність. Відбувається часткова цементація грунту на контакті паля - грунт. У слабких грунтах при опрессовке під тиском 0,2 - 0,4 МПа грунт навколо палі ущільнюється, перетин палі збільшується, наявні порожнини заповнюються розчином.

Буроинъекционный комплекс в процесі виготовлення палі: 1 - ємність для цементного розчину; 2 - глиномешалка; 3 - мірний бак; 4 - розчинний насос; 5 - промивний насос; 6 - нагнітальний трубопровід; 7 - ємність для глиняного розчину; 8 - шламоотделитель; 9 - буровий верстат; 10 - кондуктор; 11 - буровий інструмент; 12 - бурильна труба

Інженерно-геологічні умови дослідного майданчика наведено в табл.7.1. Як видно з цих даних, палі такої довжини спираються на щільні глинисті грунти твердої консистенції. Без обпресування несуча здатність палі незначна . Опресовування надлишковим тиском підвищує несучу здатність паль в слабких грунтах.
Графік випробувань буроін'єкційних паль на дослідній майданчику: 1 - без обпресування; 2,3 - з обпресуванням, відповідно, 0,2 і 0,4 МПа; 4 - з обпресуванням високовольтними розрядами; 5 - двох похилих паль

В Архангельську при веденні робіт по посиленню старовинної будівлі в заторфованих грунтах були розкриті буроін'єкційні палі. Їх фактичний діаметр становив 290 - 300 мм при початковому діаметрі буріння 151 мм. Таким чином, з допомогою режиму обпресування та підбору цементного або піщано-цементного розчину можна формувати несучу здатність паль в слабких заторфованих грунтах.При виконанні робіт попосиленню підстав і фундаментів буроін'єкційних палями використовувалися окремі технологічні прийоми, що сприяють поліпшенню спільної роботи системи "фундамент - паля посилення - грунт підстави". Так, при посиленні отдельностоящих опор під колони костелу Св.Катерини в Петербурзі (Невський пр., 32) після ін'єкції кладки фундаменту проводили повторну ін'єкцію контактного шару, яка дозволила виконати консервацію гнилих дерев'яних лежнів і сприяла більш ефективній роботі похилих паль підсилення. Контрольне буріння свердловин невеликим діаметром через тіло фундаменту дало змогу оконтурити створений контактний шар бетону між підошвою фундаменту і грунтом. Товщина цього шару досягла 500 мм. Всі вищевказані технологічні операції виконувались за допомогою вітчизняного бурового обладнання.

За первинним проектом посилення підстав і ремонт фундаментів костелу Св. Катерини передбачалося здійснити за допомогою паль довжиною 26 м, що прорізають товщу слабких грунтів і спираються на міцні моренні грунти. Вартість робіт в даному випадку склала б 4,86 млн. американських доларів.

Чисельне моделювання різних варіантів посилення дозволило зупинитися на коротких палях, встановлених у вигляді віяла. Завдяки їм були покращені умови передачі навантаження на відносно міцну товщу піщаних ґрунтів за рахунок її армування залізобетонними стрижнями (тонкими буроін'єкційних палями).

Своєрідною перевіркою ефективності рекомендованого комплексного підходу став незвичайний об'єкт - цегляна арка Штакеншнейдера (Петербург, наб. р. Мийки, 11), деформована в процесі будівництва 2-поверхового підземного гаража. Швидкість осідання фундаментів на момент укладення контракту з зарубіжною фірмою, яка здійснює підрядні роботи, склала 4,5 мм у добу. Виконання всього обсягу посилення, що включає цикл підготовчих, проектних робіт та власне виконання посилення, при цілодобовій роботі 3 бурових верстатів зайняло 6 діб. Обстеження та моделювання варіантів посилення проводили за викладеною вище методикою. Таким чином, ця методика прийнятна і для аварійних випадків, коли опади розвиваються лавиноподібно.

В останні роки окремі фірми Москви і Петербурга застосовують буроін'єкційні вертикальні палі діаметром 250-300 мм для пристрою фундаментів нових будівель, вбудованих між існуючими при ущільненні міської забудови. Такі палі при довжині понад 15 м представляють певну небезпеку для нормальної експлуатації встроек, пов'язану з можливістю порушення вертикальності свердловин і суцільності стовбура палі. Палі необхідно армувати на всю глибину, що ускладнює процес їх виготовлення за буроін'єкційні технології. У будь-якому випадку застосовність порівняно гнучких довгих паль підлягає перевірці спеціальними розрахунками. Ці палі повинні бути також піддані обов'язковій перевірці на суцільність стовбура.

У будь-якому випадку геотехнічне моделювання таких відповідальних конструкцій, як довгі буроін'єкційні палі, в товщі слабких ґрунтів є необхідним етапом проектування реконструкції цих паль.

Статті pp-budpostach.com.ua Все про лазні

Статті по пїноблоку,пінобетону,пінобетонним блокам

Статті pp-budpostach.com.ua Статті по бетону

Статті Все про парканах

Статті pp-budpostach.com.ua Все про дахах ( види, матеріал, як краще вибрати)

Статті Все про Фундаменті

Статті по газобетону ( газоблокам ), газобетонних блоків, блоків газосиликатнных

Новини, статті, чутки, факти, різне і по чу-чуть

Статті по цеглині ( рядовому, особового,облицювальної,клинкерному, шамотною, силікатній,)