Реконструкция (усиление) оснований зданий и сооружений.

Обследование грунтов оснований существующих зданий.

— Проходка шурфов, преимущественно вблизи фундаментов;

— бурение скважин с отбором образцов грунта и определением уровня подземных вод;

— зондирование грунтов;

— испытание грунтов штампами или прессиометрами (статическими нагрузками);

— исследования грунтов геофизическими методами;

— лабораторные исследования физико-механических свойств грунтов и химический анализ подземных вод;

— камеральная обработка материалов;

— составление технического отчета, включающего заключение об изменении инженерно-геологических условий.

Все технологические операции выполняются одновременно, по мере вращения и осевого перемещения буросмесителя на необходимую глубину или длину. По мере набирания прочности отдельными грунтоцементными элементами повышается и несущая способность всего массива грунта. Прочность и модуль деформации элементов зависят от весового соотношения «грунт-цемент». Разработаны способы упрочнения грунтов в разных направлениях – вертикальном, горизонтальном и наклонном.

Технические средства.

Для реализации способа разработано и изготовлено малогабаритное оборудование и технологическая оснастка: станки вертикального и горизонтального бурения диаметром до 400 мм, растворомешалки, растворонасосы, вертлюги, полые буровые штанги, буросмесители.

— Обследование оснований и фундаментов производится специализированной организацией, имеющей лицензию на проведение данных работ, в соответствии со специальным разделом общей программы обследования здания, составляемой на основании технического задания заказчика или проектной организации. До начала работ по обследованию грунтов оснований и фундаментов от соответствующих организаций в установленном порядке должно быть получено разрешение (ордер) на проходку шурфов, бурение скважин, зондирование. При этом в местах исторической застройки названные работы необходимо согласовывать с органами охраны исторических памятников.

Повреждения оснований и фундаментов возникают за счет природных и техногенных процессов, за счет нарушений требований нормативных документов, допускаемых при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации. Основными причинами повреждений являются:

— снижение прочностных и деформационных свойств грунтов при увлажнении, а также проявление процесса набухания и пучения грунтов;

— проведение земляных работ в пределах здания или вблизи него;

— прокладка коммуникаций;

— увеличение нагрузок на основание, сопровождаемое появлением эксцентриситета их приложения;

— вибрационные или динамические воздействия как внутренние, так и внешние.

Буросмесительная технология упрочнения грунтов в т.ч. водонасыщенных, которая предусматривает глубинное смешивание разрушенного грунта с вяжущим, водоцементным раствором.

Включает операции:

— подготовка цементного раствора;

— разрыхление грунта в массиве без выноса его на поверхность;

— подача в зону разрыхления грунта раствора, смешивание грунта с раствором.

УСТРОЙСТВО ПЕСЧАНЫХ СВАЙ ДЛЯ ГЛУБИННОГО УПЛОТНЕНИЯ ОСНОВАНИЯ:

— 1 – существующие фундаменты;

— 2 – песчаные сваи;

— 3 – зоны уплотнения;

— 4 – насыпной грунт;

— 5 – торф;

— 6 – кирпичные стены.

УШИРЕНИЕ ПОДОШВЫ ЛЕНТОЧНОГО БУТОВОГО ФУНДАМЕНТА (УСТРОЙСТВО ПРИЛИВОВ ИЗ БЕТОНА)

— 1 – усиливаемый фундамент;

— 2 – кирпичная стена;

— 3 – приливы из бетона;

— 4 – металлические балки, устанавливаемые в пробитые отверстия;

— 5 – металлические штыри из арматурной стали;

— 6 – металлические балки, закрепляемые на сварке к поперечным балкам;

— 7 – зоны уплотненного грунта.

— Первые рекомендации по усилению оснований, фундаментов и восстановлению гидроизоляции содержатся в Урочных положениях Рошефора (1889). Причем технологии усиления были традиционны и просты по решению, как и сами фундаменты.

— Все традиционные технологии усиления основания и фундаментов сводились, в основном, к увеличению площади опирания существующих фундаментов и, соответственно, уменьшению интенсивности давления на грунты основания.

УШИРЕНИЕ ПОДОШВЫ ДЛЯ ОТДЕЛЬНОГО ФУНДАМЕНТА (УСТРОЙСТВО ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ РУБАШКИ)

— 1 – усиливаемый фундамент;

— 2 – поверхность, подготовленная к бетонированию (насечка);

— 3 – подготовка из тощего бетона;

— 4 – железобетонная рубашка с уширением;

— 5 – колонна;

— 6 – арматура усиления;

— 7 – зоны уплотненного грунта.

Технологический цикл устройства буроинъекционных свай включает:

— бурение кладки фундамента, установку трубы-кондуктора и ее тампонирование;

— бурение скважины до проектной отметки под защитой обсадной трубы или под глинистым раствором;

— заполнение скважины твердеющим раствором;

— установку арматурного каркаса;

— опрессовку заполненной раствором скважины давлением 0,2 - 0,4 МПа.

Важным этапом формирования тела буроинъекционной сваи, устраиваемой в слабых грунтах под защитой глинистого раствора, является опрессовка. От давления и времени опрессовки зависят в последующем сопротивление трению по боковой поверхности сваи и, соответственно, ее несущая способность. Происходит частичная цементация грунта на контакте свая - грунт. В слабых грунтах при опрессовке под давлением 0,2 - 0,4 МПа грунт вокруг сваи уплотняется, сечение сваи увеличивается, имеющиеся полости заполняются раствором.

1 - бутовые фундаменты;

2 - буроинъекционные (корневидные сваи);

3 - деревянные бревна - лежни;

4 - бетонный слой на контакте фундамент - грунт

— По первоначальному проекту усиление оснований и фундаментов костела Св. Екатерины предполагалось осуществить с помощью свай длиной 26 м, прорезающих толщу слабых грунтов и опирающихся на прочные моренные грунты. Стоимость работ в данном случае составила бы 4,86 млн. американских долларов.

— Численное моделирование различных вариантов усиления позволило остановиться на коротких сваях, установленных в виде веера. Благодаря им были улучшены условия передачи нагрузки на относительно прочную толщу песчаных грунтов за счет ее армирования железобетонными стержнями (тонкими буроинъекционными сваями).

— Буронабивные и буровые сваи используются при увеличении нагрузок и большой толщине слабых грунтов в основании; в сложных условиях реконструкции.

— Буроинъекционные сваи используются в тех же условиях, а также при невозможности частичной разборки существующих фундаментов и в стесненных условиях строительства.

— Однорастворная силикатизация, предложенная НИИОСП в довоенные годы, заключается в том, что в грунт нагнетается предварительно подготовленная композиция из гелеобразующей основы (жидкого стекла) и отвердителя. При невысокой вязкости смеси она может нагнетаться даже в слабофильтрующие песчаные грунты (с коэффициентом фильтрации 1 - 5 м/сут).

— Сравнительно новая технология, разработанная В. Е. Соколовичем в начале 70-х гг. в развитие изложенной выше, была названа газовой силикатизацией. Сущность способа состоит в том, что в закрепляемый грунт первоначально (под давлением до 0,2 МПа) вводят углекислый газ с целью активации поверхности минеральных частиц, а затем - раствор жидкого стекла с плотностью 1,19 -1,30 г/см3 (в зависимости от водопроницаемости грунта). Газовая силикатизация, к сожалению, мало расширяет пределы применимости способа, ее применение ограничивается песчаными разностями с коэффициентом фильтрации до 0,5 м/сут.

— Основные преимущества струйной технологии в условиях слабых грунтов: возможность ведения работ в любых неблагоприятных грунтовых и в стесненных условиях; экологическая чистота всех технологических операций.

— Однако струйная технология имеет и ряд недостатков, основными из которых являются: опасность локальных деформаций в процессе временного размыва грунтового массива под фундаментом до набора прочности; высокая стоимость и материалоемкость из-за больших объемов закрепления грунта; повышенная опасность при работе с высоким давлением.