До 2.1.3. Усиление фундаментов в особых условиях

В особых условиях деформации земной поверхности проявляются в виде провалов (проседаний), уступов и трещин, а также плавных оседаний земной поверхности. Необходимость усиления и реконструкции фундаментов эксплуатируемых зданий в указанных условиях встречается на подрабатываемых территориях, когда в результате процесса сдвижения горных пород на земной поверхности образуется чашеобразная впадина, называемая мульдой сдвижения. Здания и сооружения, попадающие в мульду сдвижения, испытывают особые воздействия (особые нагрузки), вызываемые деформацией основания. К случаям деформаций фундаментов в особых условиях относятся также и деформации, наблюдающиеся при просадках основания.

Несмотря на различие в характере проявления деформаций зданий и сооружений, находящихся на подрабатываемых территориях и на просадочных грунтах, применяемые способы усиления их фундаментов во многом одинаковы [2].

При анализе влияния на здания и сооружения деформаций земной поверхности при подработке рассматривают перемещения и наклоны земной поверхности, вызванные вертикальными и горизонтальными сдвижениями. Характер этих перемещений зависит от ряда горно-геологических и горнотехнических факторов: толщины вынимаемого пласта, глубины его разработки, геометрических размеров выработки, угла падения, физико-механических свойств пород и др.

Характер повреждения фундаментов при подработке территории зависит от конструктивной схемы здания. В зависимости от этого фактора при одних и тех же параметрах деформаций земной поверхности в одних случаях определяющими являются вертикальные деформации основания, в других – горизонтальные деформации основания или его наклоны. Усиления конструктивных элементов, в том числе и фундаментов, проводятся в основном для зданий старой постройки, в которых комплекс защитных мероприятий, предусмотренный нормативами при строительстве зданий на подрабатываемых территориях, не проводился.

Одним из важных моментов при назначении метода усиления фундамента эксплуатируемого здания является определение конкретных деформаций земной поверхности в любой точке площадки, на которой оно расположено. Это позволяет установить наиболее неблагоприятные сочетания деформаций земной поверхности для различных частей здания и его конструктивных элементов, а также оптимизировать объем работ по их усилению.

Для уменьшения силовых воздействий на фундаменты со стороны смещающегося в результате горных выработок основания применяют следующие меры: разделение зданий на отсеки с устройством деформационных швов, устройство компенсационных траншей вокруг фундаментов зданий, локализация деформаций смещающегося грунтового массива с помощью скважин глубокого бурения. Деформационные швы выполняют по всей высоте здания, включая фундаменты и кровлю. Деформационные швы устраивают, высверливая отверстия в кладке и удаляя ее между отверстиями, отбойным молотком. При выполнении этого мероприятия без постановки парных стен следует предусматривать устройство связей-распорок по каждому этажу рядом с деформационным швом.

Компенсационные траншеи применяют для уменьшения влияния горизонтальных деформаций сжатия на фундаменты здания. Траншеи разрабатывают на 15-20 см ниже подошвы фундамента на расстоянии не более 3 м от здания под углом 20 ° к направлению действия горизонтальных деформаций и заполняют легкосжимаемым материалом. Метод обуривания глубокими скважинами площадки, на которой находится здание, в практике используется весьма редко.

К мерам, предохраняющим конструкции и фундаменты эксплуатируемых зданий от повреждения, относятся: усиление фундаментов железобетонными поясами и обоймами, усиление стен, опорных сечений балок и колонн, увеличение площади опирания плит, балок, прогонов и ферм, а также усиление узлов их сопряжения с опорными и пролетными конструкциями.

Ленточные фундаменты усиливают с помощью рассмотренных в п. 2.2 железобетонных обойм и железобетонных поясов, подводимых под фундаменты (рис. 2.8) [2]. Совместность работы обоймы и фундамента обеспечивается в этом случае монолитными железобетонными шпонками и поперечными металлическими связями. Шпонки и связи располагают через 0,5-1,0 м по высоте и 1-2 м по длине ленточного фундамента. Усиленный таким образом фундамент способен воспринимать горизонтальные деформации земной поверхности, воздействие которых направлено вдоль фундамента. В случае если воздействие горизонтальных деформаций направлено из плоскости стены здания, устраивают гибкие связи-распорки между фундаментами на уровне их подошвы (рис. 2.9).

Рис. 2.8. Схема усиления фундаментов обоймой с поясами:

1 – существующий фундамент; 2 – поперечная связь; 3 – шпонка;
4 – железобетонная обойма; 5 – арматурный каркас; 6 – стена

Рис. 2.9. Схема усиления фундаментов путем устройства
между ними связей-распорок: а) – ленточный; б) – отдельно стоящий;

1 – фундамент; 2 – железобетонная обойма; 3 – поперечная связь;

4 – связь-распорка; 5 – существующая подготовка; 6 – подготовка под обойму; 7 – шарнирное соединение; 8 – горизонтальная арматура;
9 – хомуты; 10 – короткая железобетонная обойма на колонне;

11 – подготовленная поверхность усиливаемого фундамента

Эти элементы рассчитываются на центральное растяжение или сжатие. Для усиления фундаментов каркасных зданий с целью восприятия горизонтальных деформаций и поворотов основания рекомендуется устройство железобетонных обойм с постановкой связей-распорок на одном или двух уровнях. Соединение связей-распорок с фундаментами выполняется шарнирным. Обоймы армируются горизонтальной арматурой и вертикальными стержнями.

К мерам, позволяющим исправлять положение эксплуатируемых зданий, оказавшихся деформируемыми после образования под ними провалов (проседаний), уступов и трещин, следует отнести следующие методы: подъем зданий или его отдельных частей с помощью гидравлических домкратов, опускание здания путем вдавливания опорных элементов фундамента в грунт основания, опускание здания путем удаления грунта из-под фундамента на менее осевших участках (метод выбуривания), направленное замачивание и др. [2]. Наиболее перспективным является метод вдавливания, так как при его применении не требуется принципиальное изменение конструктивных элементов в фундаментно-подвальной части здания. Вдавливание опорных элементов фундамента (подушек) производится поэлементно распорными устройствами, при этом используется вес самого здания. Метод выбуривания заключается в разработке и удалении буровыми инструментами грунта из-под фундамента. Грунт следует удалять послойно (не более 2-3 см) на всей опускаемой части фундамента. Метод направленного замачивания применяется для опускания отдельных частей здания.

Этот метод основывается на изменении степени водонасышения или консистенции грунта основания в зоне замачивания и опускании части здания под действием собственного веса.