4.2. Конструктивные решения по усилению фундаментов и упрочнения грунтов оснований

Традиционные и предложенные в последнее время новые методы усиления оснований и фундаментов описаны в ранее изданных методи­ческих указаниях [13] . Применение тех или иных методой связано с конкретными задачами по реконструкции зданий и сооружений и зависит от инженерно-геологических и гидрогеологических условий в пятне застройки.

Ниже мы остановимся лишь на возможных вариантах реконструкций названных в настоящих указаниях зданий и необходимых для этого гео­технических мероприятиях.

Вариант I

В связи с установкой в цехе более мощного крана и увеличения нагрузок на колонны до 40% потребуется усилить фундаменты или уп­рочнить под ними грунты.

Вариант 2

В связи с наличием под угловой частью цеха насыпного грунте воз­никла чрезмерная осадка фундамента под колонной. Требуется упроч­нить грунт основания с подъемом фундамента и колонны в проектное положение.

ВариантЗ

К бытовым помещениям цехе необходимо пристроить подземное строение глубиной 3,5 м с размерами в плане 18 м х 30 м.

Вариант 4

Необходимо устроить подвальное помещение внутри цеха на глуби­не 4,0 м с размерами в плане 12 м х 18 м. По технологическим сооб­ражениям оно должно находиться в угловой части цеха, в непосредст­венной близости от существующих фундаментов. В перекрытии этот под­вал имеет проемы для монтажа и демонтажа оборудования.

Вариант 5

При проходке коллектора возле цеха требуется устроить ограждаю­щие стены в виде козловых систем их буроинъекционных свай.

В первом варианте реконструкции существующие столбчатые фунда­менты можно усилить за счет устройства ниже их подошв буроинъекционных свай. Количество, длину и поперечное сечение свай нужно по­добрать путем расчета, учитывая всю дополнительную нагрузку. Необ­ходимая для этого несущая способность свай будет зависеть от конк­ретных геологических условий.

Для проходки скважин в теле фундамента с помощью твердосплав­ных

шарошек или алмазных коронок высверливаются отверстия. Их диа­метры должны быть больше, чем у скважин, как минимум на 10 мм. Сваи могут устраиваться вертикальными или наклонными, исходя из габари­тов существующих фундаментов и используемых, буровых станков.

Прочность тела фундамента нужно проверить по новой схеме пере­дачи нагрузки на грунт и на сваи. Сами сваи следует рассчитать по

прочности их стволов на сжатие или сжатие с изгибом.

Другим решением задачи в обоих вариантах реконструкции может быть один из возможных способов закрепления грунта под фундаментами. Целесообразно принять цементационное его упрочнение. В этом случае путем расчета следует определить размеры (глубину и ширину) упроч­ненного массива под подошвой существующего фундамента.

В третьем, четвертом и пятом вариантах реконструкции огражде­ние котлованов рекомендуется выполнить в виде траншейных или свай­ных стен с необходимыми мерами по обеспечению их водонепроницаемос­ти. При наличии близко водоупора стены следует заглублять в этот слой не менее чем на метр. При отсутствии естественного водоупорв может быть предусмотрено создание искусственного за счет инъекцион­ного закрепления в песке слоя, достаточного для восприятия взвеши­вающего давления воды. Ограждающие стены должны быть проверены на опрокидывание от действия бокового давления грунте в состоянии по­коя и гидростатического давления воды. В случае недостаточной устой­чивости свободностоящих защемленных в грунте стен нужно предусмот­реть распорные системы или анкерные крепления.

В качестве альтернативных решений для трех последних вариантов реконструкции могут быть предложены нагельное крепление бортов котлованов или крепление в виде ростверка с козловой системой из вер­тикальных и наклонных буроинъекционных свай. При этом предполагает­ся выполнение временного водопонижения на период производства работ по устройству подземных помещений. После устройства ограждений в виде нагельных креплений бортов котлованов или в виде козловой сис­темы предполагается, по мере вскрытия котлованов, бетонирование стен подземных помещений или их кладка из бетонных блоков с обеспечением необходимой гидроизоляции.

Расчетом должна быть проверена устойчивость козловой системы на воздействие опрокидывающего момента от бокового давления грунта в состоянии покоя. Наклонные сваи в целях унификации предусмотреть с отклонением от вертикали не 30°. При восприятии опрокидывающего момента статическим расчетом следует определить усилия вдавливания в вертикальных сваях и выдергивающие усилия,- в наклонных. Сами сваи нужно рассчитать по прочности их стволов насжатие и по проч­ности арматуры наклонных анкерных свай - на растяжение. Кроме это­го, должны быть определены несущие способности этих свай по грунту.

С учетом инъекционной опрессовки грунта расчетные сопротивленияпод нижними концами буроинъекционных свай рекомендуется принимать, как для забивных, по табл. I СНиП 2.02.03-85 (см. прил. 17). На границах пластов могут устраиваться локальные уширения.

Для формирования ствола сваи в скважину должен закачиваться водоцементный раствор с В/Ц = 0,50 на основе портландцемента марки не ниже 400. Диаметр ствола сваи определяется по объему закачивае­мого раствора с учетом водопотерь по табл. 4.1. В ней объемы в литрах указаны в расчете на один погонный метр ствола.

Таблица 4.1

Д, м	0,9	0,12	0,15	0,20	0,25	0,30	0,35	0,40	0,50
V, л	10	18	30	50	80	114	155	205	320

При расчетах буроинъекционных свай следует исходить из упрощенного условия, что в верхних их частях диаметр ствола будет соответство­вать скважине при ее заполнении раствором без опрессовки окружающе­го грунта давлением, а в нижних отрезках диаметр ствола доводится до требуемого значения эа счет нагнетания под давлением соответст­вующего объема раствора.

Расчетные сопротивления в кПа на боковой поверхности заливных стволов f_о и заинъекцированных f_p могут определяться в соответствии со следующими корреляционными зависимостями:

для маловлажных песков средней крупности (при е = 0,6-0,85) f_a = 113-123е ; f_р = 283-269е;

для маловлажных песков крупных (при е = 0,6-0,85) f_a = 116-123е ; f_р = 291-269е;

для маловлажных гравелистых песков (при е = 0,6-0,85) f_a = 82-84 ; f_р = 371-386е;

для супесей пылеватых твердой консистенции (при е= 0,5-0,8) f_a = 105-123е ; f_р = 114-113е; для пластичных супесей пылеватых эти значения следует уменьшить в 1,8 раза при J_L от 0,25 до 0,5 в в 3,3 раза - при j_l от 0,75 до 0,9, а при промежуточных величинах J_L их определяют по интерполяции;

для моренных суглинков и супесей (при е = 0,3-0,35, W = 5-18%) f_a=98-4,2W ; f_р = 126-3,6W . Здесь e и W - соответственно коэффициенты пористости и влажности грунтов.

При расчете вдавливаемых свай по материалу следует учитывать расчетное сопротивление цементного камня сжатию R_b, = 25000 кПа, а арматуры - R_sc = 365000 кПа (класс А III). У выдергиваемых свай все усилие должно восприниматься растянутой арматурой (целесообрезно армировать одиночным центральным стержнем).

Расчет давлений на ограждения в их устойчивости не опрокидыва­ние изложен в методическом пособии [14 ],

Принципы расчета армированного основания (применительно к слу­чаю начального крепления бортов котлованов) приведен в разделе 6,2 методического пособия [13].

Р асчет козловой система в качестве ограждения котлована (рис. 4,1) сводится к определению давления грунта в состоянии покоя не глубине (Н + 1 м), то есть примерно на 1 м ниже уровня поля подва­ла (дна котлована):

Это давление полностью восп­ринимается козловой системой из свай. При этом вертикальные сваи работает на сжатие, в нак­лонные, анкерные, - не выдерги­вание. Расчет устойчивости про­изводится на восприятие опроки­дывающего момента на 1 погонный метр ограждения от бокового дав­ления грунта в состоянии покоя и пригрузки на поверхности в 20 кПа от веса механизмов (бо­ковое давление от пригрузки - q=20кПa(1–sin). О прокидываюший момент на глуби­не (Н + 1 м) составит

У силие в ряду вертикальных свай на 1 погонный метр ограждающей стены равно

Рис. 4.1. Схема давления грунта на козловую систему и усилив в сваях

У силие на погонный метр ряда наклонных свай равно

Чтобы грунт между сваями не высыпался за счет арочного эффекта, рас­стояние между вертикальными сваями нужно принять по 0,6 м. Тогда усилие на одну сжимаемую сваю составит 0,6 A_s , кН. Оно должно восприниматься за счет сопротивления на боковой поверхности только нижа дна котлована и под нижним концом сваи. Глубина заделки t и диаметр уширения ствола U должны устанавливаться расчетом из ус­ловия восприятия грунтом расчетной вдавливающей нагрузки. Усилия в одной анкерной свае легко установить при заданном шаге между ними в ряду исходя из расчета несущей способности свай, которая зави­сит от сопротивлений грунта вдоль ее боковой поверхности и, возмож­но, перед уширениями. Наличие локального уширения по длине инъекци­онного отреза позволит уменьшить общую длину анкерной сваи, которая должна быть в любом случае больше чем (Н + I м).

К усилиям в вертикальных сваях должны добавляться их собствен­ные веса и веса ростверка с защитной бетонной стенкой, которая к ним крепится с лицевой стороны.