Усиление фундаментов вдавливаемыми сваями

В особо сложных случаях усиления фундаментов мелкого заложения, когда нагрузку от здания надо передать на глубоко залегающие прочные грунты, особенно при наличии высокого уровня грунтовых вод, используют вдавливаемые сваи [2]. Усиление фундаментов сваями (сборными железобетонными или из отдельных сплошных или трубчатых элементов) производится двумя способами: пересадкой фундаментов на выносные сваи или подведением свай под подошву фундамента.

Для усиления ленточных фундаментов выносные сваи могут устраиваться как с каждой стороны ленточного фундамента
(рис. 2.10, а), так и с одной его стороны в один или два ряда (консольные и рычажные системы) (рис. 2.10, б). Для пересадки столбчатых фундаментов сваи могут располагаться с двух противоположных сторон подошвы (рис. 2.10, в) или вокруг нее (рис. 2.10, г). Сваи, подводимые под подошву фундамента, можно также располагать в один или несколько рядов в зависимости от конструкции существующего фундамента.

Выносные сваи применяют при высоком уровне грунтовых вод, а сваи, подводимые под подошву фундамента – при низком. Сваи располагают одну от другой на расстоянии не менее 3d.

Головы свай с усиливаемым фундаментом соединяются ростверками, выполняемыми в виде железобетонных поясов (для ленточных фундаментов) или железобетонных обойм (для столбчатых фундаментов).

Рис. 2.10. Схемы размещения выносных свай при усилении
ленточных и столбчатых фундаментов

1 – усиливаемый фундамент; 2 – свая; 3 – железобетонный пояс;
4 – рандбалки, 5 – поперечная балка; 6 – рычажный ростверк;

7 – железобетонная обойма

Если усиливаемые фундаменты не имеют достаточной прочности, то их укрепляют обвязочными балками. Для лучшей передачи нагрузки от усиливаемого фундамента на сваи применяют проходящие через него поперечные металлические и железобетонные балки. Длина свай устанавливается в зависимости от характеристики грунтов, размеров поперечного сечения свай и нагрузок на фундамент.

При проектировании усиления работа старого фундамента, как правило, в расчетах не учитывается. Вся нагрузка от существующего здания, а также и дополнительная должны быть восприняты свайным фундаментом. Для предварительных соображений несущую способность свай определяют по расчету, уточнение ее производится путём испытания пробных свай статической нагрузкой непосредственно на строительной площадке, где производится усиление.

При усилении фундамента выносными сваями добиваются надежного сопряжения старого фундамента со сваями [2]. В фундаменте или при необходимости в стене устанавливают в продольных штрабах ранд балки. Кроме того, в фундаменте или стене пробивают сквозные гнезда, в которые заводятся поперечные металлические балки. В качестве поперечных могут применяться железобетонные балки. Балки связываются монолитным железобетонным ростверком, который соединяет головы свай (см. рис. 2.10). Сваи выводят до верха нижней ступени фундамента, а затем бетонируют раздельные ростверки. Домкраты устанавливают непосредственно над сваями, чтобы исключить работу ростверка на изгиб. На участке, расположенном между домкратами, фундамент разбирают и бетонируют ступень фундамента, объединяющую оба ряда ростверков. Эта ступень должна быть выполнена так, чтобы смогла работать как жесткий фундамент. Через сутки домкраты снимают. Инвентарные ригели удаляют, старую кладку на этих участках разбирают и заменяют бетоном.

Для столбчатых фундаментов поперечные передаточные балки делают парными и между ними зажимают колонну или фундамент. Для синхронной работы домкраты присоединяют к общему насосу. Давление в домкратах увеличивают ступенями. После каждой ступени делают перерыв для наблюдения за осадкой свай под нагрузкой. Перерыв продолжается до тех пор, пока осадка свай не прекратится. Обжатие свай должно прекращайся, как только прибор, установленный на колонне, отметит малейший ее подъем. При этом давлении сваи получают ту нагрузку, которая будет передаваться от сооружения. После стабилизации осадки свай производится подклинка между рандбалками и поперечными балками, затем устраивают железобетонный пояс.

В случае больших нагрузок иногда возникает необходимость погружения составных свай в два ряда. Сваи размещают под фундаментом, если позволяет его ширина (рис. 2.11, а), или размещают по обе стороны от фундамента при недостаточной его ширине
(рис. 2.11, б), иногда делают консольное уширение (рис. 2.11, в).

Рис. 2.11. Различные схемы усиления фундаментов
составными сваями

1 – существующий фундамент; 2 – сваи; 3 – железобетонные балки;
4 – тяги

Для сопряжения свай со старым фундаментом в нем устраивают отверстия и борозды. Консольные балки соединяют стальными тягами. Предпочтительнее устраивать непрерывные продольные балки, так как они распределяют реакции от свай на большую длину и способствуют увеличению продольной жесткости фундамента.

При проектировании вдавливаемых свай требуется тщательное обследование конструкций здания, так как состояние стен влияет на значения как расчетной нагрузки на сваю, так и максимального усилия погружения; при этом расчетная нагрузка на сваю не должна превышать допустимой нагрузки на участок стены. Шаг свай чаще всего составляет 1,4 -2,5 м.

Пример усиления аварийного фундамента с помощью задавливаемых выносных металлических свай представлен на рис. 2.12.

Рис. 2.12. Схема усиления фундаментов с помощью

залавливаемых металлических свай

1 – существующий фундамент; 2 – металлические трубчатые сваи;

3 – арматурный каркас оголовка сваи; 4 – оголовок сваи;

5 – монолитные железобетонные балки; 6 – стены здания; 7 – труба для подачи в сваю бетона бетононасосом

Сваи из отрезков металлических труб длиной 1 м, диаметром 237 мм и толщиной стенки 8 мм располагали попарно – с двух сторон стены. Сваи погружали домкратами, которые упирались в железобетонные балки, изготовляемые совместно со сплошным железобетонным поясом, который омоноличивался со сваями. Железобетонный пояс устраивался на уровне пола первого этажа до начала работ по задавливанию свай. Задавливание свай осуществлялось стыкующимися с помощью сварки секциями и одновременно с двух сторон стены (в местах простенков) по всему контуру здания. Для подвески домкрата и равномерного распределения усилия задавливания предусматривалась инвентарная металлическая упорная балка, которая крепилась параллельно стене здания (с каждой ее стороны) к трем соседним железобетонным балкам. После установки последней секции домкрат и инвентарную балку демонтировали, устанавливали арматуру и опалубку оголовка сваи, всю полость трубчатой сваи заполняли бетоном литой консистенции и бетонировали оголовок сваи через отверстие в железобетонной балке.

Полная длина свай составляла от 10 до 15 м (из условия прорезки насыпных грунтов), максимальное усилие задавливания в домкрате допускалось до 350 кН (с учетом веса здания). При невозможности погружения сваи таким усилием до проектной отметки применялось бурение лидирующих скважин диаметром 160 мм (станками ручного бурения). Такой способ усиления фундаментов позволил всю нагрузку от здания передать на прочные глубокозалегающие грунты.