До 2.1.2. Ремонт фундаментов, цементацией, усиление их обоймами и подведением конструктивных элементов

Фундаменты промышленных, жилых и гражданских зданий, построенных в первой половине XX века, как правило, выложены из бутового камня, бутобетонной кладки и сравнительно редко из пережженного красного кирпича – железняка.

Под влиянием грунтовых вод, агрессивных сред, температурных и других воздействий материал фундаментов с течением времени теряет свою прочность и становится легко разрушаемым.

Длительное увлажнение бутового камня, в особенности из слабых известняковых пород, приводит к образованию глубоких каверн, снижению несущей способности и интенсивному разрушению кладки. В бутовой кладке чаще всего разрушается материал швов. Под влиянием коррозии разрушаются также бетонные и железобетонные фундаменты.

Для восстановления прочности кладки используют цементацию [2]. Цементация производится путем нагнетания в пустоты фундамента через инъекционные трубки цементного раствора консистенции В:Ц от 1:1 до 1:2 и более под давлением 0,2-1,0 МПа. Иногда боковую поверхность фундамента перед цементацией покрывают цементной штукатуркой. Цементацию производят после засыпки и уплотнения грунта в предварительно разработанных (по условиям технологии установки инъекционных трубок) траншеях с противоположных сторон фундамента.

При незначительных повреждениях фундамента на отдельных захватках в шахматном порядке через 0,5 м в кладку заделываются анкерные штыри, к которым прикрепляется арматурная сетка, и устраивается рубашка. Рубашка может быть выполнена из раствора на крупном песке методом штукатурки или торкретирования, а также пневмонабрызгом бетона или укладкой его в опалубку. Вместо анкерных штырей иногда лучше пробивать в кладке отверстия через 1,5-2,0 м и пропускать балки.

Если цементацию провести затруднительно, то кладку можно усилить бетонными или железобетонными обоймами на всю высоту фундамента или его часть. В ленточных фундаментах противоположные стенки обоймы в отдельных случаях крепят одна к другой анкерами из арматурной стали и поперечными балками.

Иногда обоймы устраивают с предварительной установкой в них инъекционных труб для последующей цементации. В этом случае в процессе цементации обоймы препятствуют вытеканию раствора из фундамента и поступлению его в грунт, что позволяет создать в теле фундамента большое давление, которое способствует лучшему прониканию раствора внутрь кладки. Применение этого способа особенно целесообразно при цементации бутовых стен подвалов, так как обойма препятствует поступлению раствора внутрь помещения.

При появлении трещин в нижних ступенях фундаментов или плитах ленточных фундаментов их усиливают путем устройства под ступенями продольных железобетонных балок (рис. 2.1, а). Балки опираются на контрфорсы, ширина которых определяется по расчету на смятие кладки в местах пересечения ригеля контрфорса с кладкой стены. Расстояние между контрфорсами находится из расчета фундаментных балок на изгиб.

Далее весь фундамент заключается в железобетонную рубашку, монолитно связанную с фундаментными балками.

а)

б)

Рис. 2.1. Схема усиления кладки ленточных фундаментов

1 – фундамент; 2 – трещины в ступенях; 3 – продольная балка на

ступени; 4 – контрфорс; 5 – рубашка; 6 – рандбалки; 7 – стена здания;

8 – стальной ригель; 9 – клин; 10 – стойка; 11 – монолитный бетон;
12 – плита

В зависимости от того, насколько интенсивно возрастает нагрузка, усиление фундамента может быть сплошным или прерывистым. При усилении увеличивается площадь подошвы фундамента, а отметка его заложения сохраняется. Конструкция усиления может быть двух- и трехконтрфорсной и состоит из плиты, на которой установлены стойки, прикрепленные к стальному ригелю. Стены усиливаются балками-коротышами. Все сборные элементы обмоноличиваются бетоном в единый контрфорс: (рис. 2.1, б). После усиления часть нагрузки на грунт под существующим фундаментом снимается и передается на плиты уширения. Обжатие плит уширения и включение их в работу предварительно осуществляется домкратами.

В отдельных случаях усиление целесообразно выполнять столбами-пилястрами, не разбирая нарушенную кладку. На плиты уширения укладывают сборные стаканы, которые заполняют бетоном. Нагрузка от стены на столбы передается через ригели, которые в дальнейшем замоноличиваются бетоном. Фундамент на участках между столбами заключается в рубашку. Если кладка ленточного фундамента сильно разрушилась и не может больше служить, то она выключается из работы. Ленточный фундамент заменяется столбчатым. Столбы возводятся по способу, описанному выше, с той лишь разницей, что дополнительно подводятся рандбалки, опирающиеся на ригели. В этом случае размеры плит, сечения столбов и расстояние между столбами определяются расчетом.

Усиление фундаментов обоймами, устраиваемыми без его углубления, производят как без увеличения площади подошвы, так и с увеличением её в случае недостаточной несущей способности основания, частичного разрушения фундамента или существенного возрастания нагрузки при реконструкции. Устройство обойм без увеличения площади подошвы фундамента чаще всего вызывается некачественным выполнением строительных работ.

На рис. 2.2 представлено усиление верхней части сборного фундамента железобетонной обоймой над подушками, что позволяет обеспечить более равномерную передачу нагрузки на подушки. В верхней части обоймы установлены анкеры для крепления колонн.

Рис. 2.2. Схема усиления сборного фундамента железобетонной обоймой: 1 – анкерные болты; 2 – сварные сетки; 3 – обоймы

Усиление железобетонными или бетонными обоймами с увеличением площади подошвы фундамента возможно для фундаментов мелкого заложения (из кладки, бетона, железобетона) как подвальных, так и бесподвальных зданий на всю высоту фундамента или его часть (рис. 2.3).

При устройстве обойм нельзя забывать о том, что прочность сцепления усиливаемого фундамента и новой кладки зависит от многих факторов, в том числе от вида и качества составляющих бетона. При усилении железобетонных и бетонных конструкций, находящихся в эксплуатации длительное время, необходимо учитывать возможные отрицательные изменения в наружном слое бетона. Поэтому, устраивая обоймы, не всегда можно быть уверенным в том, что при сцеплении нового бетона со старым гарантируется полная монолитность обоймы и существующего фундамента. В ряде случаев необходимо снимать весь поверхностный слой старого бетона, а для обеспечения восприятия сдвигающих сил на контактной поверхности приваривать арматурные коротыши, применять штрабы, железобетонные шпонки, поперечные металлические балки, анкеры и другие элементы. Свежий бетон укладывается на чистую, шероховатую, влажную поверхность старой кладки с обязательным тщательным уплотнением бетонной смеси.

Рис. 2.3. Схема усиления ленточного (а) и столбчатого (б)

фундаментов

1 – фундамент; 2 – обойма; 3 – стена подвала; 4 – анкерные тяжи;
5 – хомуты; 6 – колонна; 7 – арматура

Железобетонные обоймы, которые охватывают усиливаемый фундамент со всех сторон, плотно обжимая его при усадке бетона, и работают как единое целое, следует считать наиболее простым и надежным способом усиления. Толщины обоймы определяются расчетом с учетом повышения расчетной нагрузки в случае реконструкции. Армирование производят пространственными каркасами, состоящими из замкнутых хомутов. Обычно фундаментные обоймы соединяют с обоймами усиления стен подвала или колонн (см. рис. 2.3). Если стены подвала или колонн не подлежат усилению, то под фундаментными обоймами, устраиваемыми на всю или часть высоты фундамента, устанавливаются дополнительные обоймы на высоту 1-1,5 м.

Усиление ленточных и столбчатых фундаментов обоймами повышает также жесткость здания в соответствующем направлении, что особенно важно в случае применения сборных конструкций.

Уширенная часть усиленного фундамента способна воспринимать только часть увеличивающейся нагрузки, а значительная её часть передается через подошву старого фундамента. При небольшом увеличении нагрузки это допустимо, поскольку выпор грунта в стороны невозможен из-за дополнительной пригрузки элементов уширениями. При большом увеличении нагрузки элементы уширения фундаментов должны быть введены в работу путем предварительной передачи искусственного давления (обжатия).

Предварительное обжатие основания производится клиньями (см. рис. 2.3, б) или домкратами, которые устанавливают, например, между рандбалкой и плитой уширения. Съему домкратов предшествует установка металлических стоек-распорок с расклиниванием их, после чего производят бетонирование обоймы (столба). Увеличение площади подошвы фундамента с одновременным обжатием грунта под элементами усиления обеспечивает немедленное включение в работу уширенной части фундаментов.

Обжатие основания может осуществляться путем поворота элементов уширения в сторону основания. С этой целью элементы уширения объединяются с существующим фундаментом с помощью натяжения арматурных элементов. При обжатии верхней части элементов уширения подошвы от существующего фундамента грунт под их подошвой обжимается, в результате чего происходит некоторая разгрузка основания под существующим фундаментом. При повороте элементов уширения в соединительных стержнях возникают дополнительные напряжения.

На рис. 2.4 представлена схема усиления фундамента с обжатием грунта под подошвой. Согласно данной схеме два сборных железобетонных элемента уширения укладываются параллельно длинной стороне существующего фундамента. Между собой элементы уширения соединяются двумя стальными стержнями с нарезанными концами, которые проходят рядом с короткой стороной существующего фундамента.

Рис. 2.4. Схема усиления фундамента с обжатием грунта под подошвой: 1 – фундамент; 2 – элемент усиления; 3 – предварительно напряженная арматура; 4 и 5 – эпюра реактивных моментов до и после усиления; 6 – устройство для отжатия элементов усиления

После установки элементов уширения производят небольшое начальное натяжение соединительных стержней. Затем с помощью отжимных болтов верхнюю часть элементов уширения оттягивают от существующего фундамента; в соединительных стержнях увеличиваются растягивающие усилия, благодаря чему элементы уширения получают наклон, который вызывал обжатие основания.

Усилия в стержнях и отжимных болтах контролируют с помощью динамометрического ключа. После обжатия элементов на необходимую величину зазоры между фундаментом и элементами уширения заклинивают.

Известен способ усиления фундамента с обжатием основания. Он заключается в установке по периметру фундамента блоков обоймы, которые путем горизонтальных усилий обжатия тяжами вдавливаются в грунт (рис. 2.5). Погружение блоков обоймы в грунт облегчается вследствие покрытия поверхностей блоков и фундамента антифрикционным материалом и скошенной наружной грани блоков.

Рис. 2.5. Схема усиления фундамента обоймой с обжатием основания 1 – фундамент; 2 – фиксированная затяжка; 3 – блоки обоймы; 4 – антифрикционное покрытие; 5 - тяжи; 6 – прижимной щит; 7 – клинья; 8 – стена здания; 9 – поперечная балка; 10 – обжатое основание

В качестве антифрикционного материала может использоваться битумная мастака или даже корка намороженного льда в зимних условиях. Путем стягивания тяжей, пропущенных сквозь прижимные щиты, упирающиеся в поперечные балки, проходящие через стену здания, сдавливают блоки, которые начинают сползать вдоль фундамента, опускаясь вниз и обжимая грунт. После окончания опускания блоков между их верхом и поперечными балками устанавливают фиксаторы, например клинья, а балки между собой стягивают фиксирующей затяжкой.

Применение предлагаемого способа усиления фундамента обеспечивает простоту производства работ при одновременном обжатии основания и исключении мокрых процессов.

Усиление фундаментов мелкого заложения может выполняться путем их уширения и углубления подведением дополнительных конструктивных элементов под существующие фундаменты. Такими элементами могут быть плиты, столбы или сплошные стены
(рис. 2.6).

Уширение фундамента без значительного увеличения его глубины производится путем подводки железобетонных плит под подошву существующего фундамента.

На участках длиной 1-2 м грунт под фундаментом откапывают и на месте изготовляют железобетонную монолитную плиту или монтируют заранее заготовленные сборные железобетонные элементы (см. рис. 2.6, а). После обжатия грунта в основании гидравлическими домкратами и подклинки плиты промежуток между плитой и подошвой старого фундамента заполняют бетоном с тщательным уплотнением вибраторами.

Рис. 2.6. Конструктивные решения подводки фундаментов

а – отдельные столбы; б – сплошные стены; в – столбы с шахматным
расположением в плане; г – железобетонные плиты;
1 – фундамент; 2 – столб; 3 – шурф; 4 – сплошная стена; 5 – плита;
6 – арматурный каркас

Иногда целесообразно подвести под существующий фундамент снизу отдельные столбы, расположенные по линии или в шахматном порядке на определенном расстоянии один от другого (см. рис. 2.6, б, в). Отдельные столбы применяют в тех случаях, когда на небольшой глубине (1,5-4 м) залегает слой прочного грунта. Столбы перекрываются старым фундаментом, способным воспринимать нагрузки от сооружения в пролете между подведенными опорами. С этой целью старый фундамент может быть усилен боковыми рандбалками.

В отдельных случаях возникает необходимость в подводке сплошной стены. К таким случаям относятся недостаточная несущая способность основания, необходимость устройства подвалов, а также строительство вблизи новых сооружений. Подводка сплошной стены может осуществляться с одновременным увеличением площади подошвы фундамента и глубины его заложения (см. рис. 2.6) или только с изменением глубины.

Углубление фундаментов и подводку столбов, как правило, выполняют только в сухих и маловлажных грунтах. Основные приемы подводки новых фундаментов сводятся к следующему. Весь ленточный фундамент разбивают на отдельные захватки длиной от 1 до 3 м. Очередность бетонирования по захваткам должна быть не последовательной – один участок за другим, а с интервалом в несколько участков при постоянном продвижении в одном направлении. Направление подводки выбирают, начиная с наиболее слабых участков и мест, наименее ослабленных проемами. На период подводки фундаменты в отдельных случаях следует частично разгружать от нагрузок перекрытий и стен путем устройства временных опор или закладки разгрузочных металлических рандбалок. Отдельные столбы и сплошную стену при подводке фундаментов устраивают в следующем порядке.

Вначале разрабатывают шурф с наружной стороны фундамента. Ширина шурфа должна быть такой, чтобы удобно было выполнять работы по проходке шахты под фундаментом. После надёжного крепления стенок шурфа устанавливают опорную раму. Крепление стенок производят одновременно с разработкой грунта. Затем разрабатывают шахту под фундаментом с таким расчётом, чтобы в каждой очереди общее уменьшение площади передачи нагрузки на грунт от всего сооружения было бы не более 20 %. Далее разбирают нижнюю часть фундамента и удаляют грунт, служивший основанием старого фундамента. После разборки всего старого фундамента и разработки грунта до проектной отметки приступают к кладке нового фундамента, снимая крепление снизу вверх. Промежуток между старой и новой кладкой тщательно заделывают.

При бетонировании верх нового фундамента не доводят до уровня стены на 10-12 см. Когда уложенный бетон приобретает прочность около 10 МПа, производят зачеканку зазора раствором. Эта самая ответственная часть работы не всегда выполняется с необходимой тщательностью, требуемой для создания плотного контакта между старой кладкой и новым фундаментом. Хорошее сопряжение обеспечивается при зачеканке раствора ручным ударным или механизированным способом, а также при забивке стержней, которые расклинивают и дополнительно уплотняют свежеуложенный раствор. После выполнения операций по зачеканке производится инъецирование зазоров цементным раствором. Работа считается законченной только при условии полного и тщательного заполнения зазора бетоном или раствором.

При усилении столбчатых фундаментов возможны случаи переустройства этих фундаментов в ленточные, а ленточных – в плитные. Такие случаи возникают при значительных неравномерных деформациях основания, изменении величины нагрузок и статической схемы работы фундаментов, установке нового оборудования, изменении конструктивной схемы здания или сооружения, необходимости значительного повышения жесткости здания и в ряде других случаев.

Для переустройства столбчатого фундамента в ленточный
(см. рис. 2.7, а) между существующими фундаментами устраивается железобетонная стенка в виде перемычки. Для лучшего сопряжения перемычки на существующих фундаментах делаются насечка и штрабы, а также оголяется арматура для приварки арматуры перемычки. Кроме того, нижняя часть перемычки подводится под подошву существующего столбчатого фундамента. Перемычка охватывает подколонник железобетонной обоймой. Для повышения несущей способности нижняя часть перемычки может выполняться уширенной. При необходимости устройства подвала перемычка делается на всю высоту столбчатых фундаментов.

В других случаях она может выполняться меньшей высоты. Арматуру устанавливали таким образом, чтобы во вновь образованном ленточном фундаменте все перемычки работали совместно. Для этой цели арматурные стержни перепускаются у подколонника из одной перемычки в другую, а понизу арматурные каркасы заводятся под подошву существующих фундаментов. Такое переустройство выполняется последовательно без нарушения устойчивости здания.

Переустройство ленточных фундаментов в плитные производится путем подведения концов плит под ленточный фундамент
(см. рис. 2.7, б). Плиты между лентами объединяют обоймами, проходящими через отверстия, пробитые в нижней части стены ленточного фундамента. Через 3-4 м плиты между лентами объединяют железобетонными перемычками, проходящими под подошвами ленточных фундаментов.

Рис. 2.7. Схема переустройства столбчатых фундаментов
в ленточные и ленточные в плитные

1 – столбчатый фундамент; 2 – железобетонная перемычка;
3 – арматурные каркасы; 4 – уширенная часть железобетонной
перемычки; 5 – ленточный фундамент; 6 – отверстия в ленточном
фундаменте; 7 – подводимая плита; 8 – пропуски плиты под

ленточным фундаментом