книги / Механика грунтов, основания и фундаменты.-1

жения для определения их вида и физико-механических характери­ стик лабораторным путем. Образцы отбирают из-под подошвы фундаментов или из стен шурфа- и из его дна. Одновременно рекомендуется провести пенетрацию стенок и дна шурфа ручными пенетрометрами.

Инженерно-геологические изыскания. Состав, объем и методы изысканий определяются в зависимости от целей реконструкции, типа здания или сооружения и их стоимости, сложности инженерно­ геологических условий пятна застройки, изменения состояния и свойств грунтов основания по отношению ко времени строитель­ ства реконструируемого здания. Допускается не проводить инжене­ рно-геологические изыскания для зданий, у которых при обследова­ нии не обнаружено видимых деформаций, устройство новых фун­ даментов не предполагается, а увеличение нагрузок на фундаменты не превышает значений, способных вызвать дополнительные недо­ пустимые деформации, при условии, что здания не находятся в зоне геологического риска.

Задачей инженерно-геологических изысканий в общем случае является: определение (или уточнение) геолого-литологического строения и гидрогеологического режима площадки, агрессивности подземных вод, характеристик физико-механических свойств грун­ тов, возможности развития неблагоприятных геологических процес­ сов, прогноз изменения гидрогеологической и экологической об­ становки в связи с реконструкцией здания.

При изысканиях, особенно в районах исторической застройки, необходимо также выявить наличие и местоположение существу­ ющих и существовавших ранее подземных сооружений, подвалов, фундаментов снесенных зданий, тоннелей, инженерных коммуника­ ций, колодцев, выгребных ям, подземных выработок и пр.

Инженерно-геологические изыскания при реконструкции вклю­ чают, как правило, следующие виды работ:

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

зондирование грунтов; испытания грунтов штампами или прессиометрами (статичес­

кими нагрузками); лабораторные исследования физико-механических свойств грун­

тов и химический анализ воды.

Основным видом работ при инженерно-геологических изыскани­ ях для строительства и реконструкции промышленных и гражданс­ ких зданий и сооружений является бурение скважин. Бурением скважин определяют порядок грунтовых напластований, наличие линз, выклинивание пластов, распределение их в плане, уровень подземных вод с указанием водовмещающих пород и водоупоров

531

н т. д. При бурении скважин отбираются образцы грунтов и подзем­ ных вод для их последующего лабораторного изучения.

Число и глубину скважин определяют в зависимости от сложно­ сти участка, площади и высоты здания и т. д. При реконструкции рекомендуется принимать следующее количество разведочных сква-

Указанное число скважин может быть уменьшено при наличии материалов изысканий прежних лет и для участков с простым геологическим строением.

Глубина проходки скважин h принимается равной

где d — глубина заложения подошвы фундамента; ha — глубина активной зоны сжатия основания; с — постоянная величина, прини­ маемая равной 2 м для зданий до трех этажей и 3 м — свыше трех этажей.

Если на глубине h будут обнаружены грунты с модулем де­ формации менее 10 МПа, они должны быть пройдены на всю толщину.

Порядок проектирования оснований и фундаментов реконструиру­ емых зданий. После выполнения указанных выше работ анализиру­ ют материалы обследований н изысканий, в соответствии с проек­ том реконструкции здания определяют действующие и проектиру­ емые нагрузки, оценивается возможность использования существу­ ющих и места расположения дополнительных фундаментов, в слу­ чае необходимости разрабатывают решения по усилению существу­ ющих фундаментов и укреплению грунтов основания.

Принципы расчетов существующих я дополнительно возводи­ мых фундаментов во многом различны. Для существующих фун­ даментов после сбора нагрузок с учетом реконструкции вычисляют напряжения на контакте стены или колонны с верхним обрезом фундамента и в уровне подошвы фундамента. Затем по обычной схеме проверяют прочность материала фундамента и стен (или колонн) на местное смятие, а также прочность грунта в уровне подошвы фундамента из условий непревышенйя фактического дав­ ления на грунты над расчетным сопротивлением (см. ниже). В зави­ симости от результатов проверки принимается решение о необ­ ходимости усиления конструкции фундаментов, изменения их вида и размеров, закрепления грунтов основания, что подробно рассмат­ ривается в § 18.4.

532

При проектировании новых фундаментов глубину их заложения выбирают с учетом заложения существующих. При необходимости учитывается взаимное влияние существующих и новых фундамен­ тов. Размеры фундаментов определяют с учетом действующих на­ грузок и свойств оснований.

Проводят расчеты существующих и новых фундаментов по пре­ дельным состояниям, причем неравномерность деформаций новых и существующих фундаментов, рассчитанных на воздействие допол­ нительных нагрузок, не должна превышать допустимые СНиПом значения.

Проверка несущей способности оснований реконструируемых зда­ ний. При необходимости учеличения нагрузок на основание сущест­ вующих фундаментов расчетное сопротивление грунта должно на­ значаться с учетом фактического значения его характеристик как под подошвой фундамента, так и в пределах активной зоны. При отсутствии рассмотренных в § 18.2 негативных процессов, ухудша­ ющих свойства грунтов, часто оказывается, что длительная эксплу­ атация построенных зданий приводит к увеличению несущей спосо­ бности грунтов основания по сравнению с принятой при первона­ чальном проектировании. Это связано как с уплотнением основания при развитии осадок, так, в частности, и с тем, что для ряда разновидностей грунтов расчетное сопротивление, рекомендован­ ное нормами разных лет, постоянно повышалось, что видно нз данных табл. 18.1.

С учетом этих факторов для стадии рабочего проектирования

П.А. Коновалов рекомендует следующую формулу для опреде­

ления допустимых давлений р на грунты основания существую­ щих фундаментов после реконструкции зданий и увеличения на­ грузки

где R — новое расчетное сопротивление грунта; R — расчетное сопротивление, найденное по формуле СНиП 2.02.01 — 83* как для нового строительства; т — коэффициент, учитывающий из­ менения физико-механических свойств грунтов основания под подошвой фундаментов за период эксплуатации здания после

533

завершения консолидации осадок и принимаемый по табл. 18.2; к — коэффициент, определяемый отношением расчетной осадки SR при давлении, равном Л, к предельно допустимой осадке su и принима­ емый по табл. 18.3.

Примечания: 1. Для промежуточных значений SRJSU коэффициент к принимается по интерполяции. 2. Для связных грунтов при сроке эксплуатации здания менее 1S лет в SR >0JSu,

увеличение давления на основание допускается только в пределах R. При этом должно со­ блюдаться требование СНиП S R <SU и должны использоваться характеристики уплотненного грунта.

Проверка несущей способности оснований дополнительных фун­ даментов выполняется по общим правилам как для нового стро­ ительства.

■ Пример. Определить необходимость уширения ленточного фундамента глуби­ ной заложения d= 1,6 м, шириной Ь = 1,4 м, спроектированного по нормам 1962 г. под 4-этажное кирпичное здание при надстройке его в 1993 г. до 6 этажей. В пределах активной толщи основания залегают пески мелкие, влажные, средней плотности. По нормам 1962 г. нм соответствует Д=150 кПа (табл. 18.1).

Нагрузки на 1 м фундамента существующего здания составляют: постоянные 7^=167,5 кН, временные 7VJ=13,8 кН, от фундамента и грунта на обрезах

=21,1 кН. Среднее давление под подошвой существующего фундамента р0=144 кПа. Расчетная осадка J R =4,5 с м ; предельная осадка su= 10 см.

Определим увеличение нагрузки на 1 м фундамента от надстраиваемых двух этажей: постоянная Л^=65 кН, временная ЛР=4,5 кН. Тогда общая нагрузка на 1 м фундамента после реконструкция составит ЕЛГ=271,9 кН.

Определим по формуле (18.2) допустимое давление на грунты основания рекон­ струируемого здания (для простоты возьмем значение R =200 кПа из табл 18 1 соответствующее нормам 1983 г.). Так какp0/R = 144/200=0,72, то т = 1,15. Отноше­ ние S R / S u = 4,5/10 =0,45, тогда по интерполяции к = 1,1. Следовательно,

Л' = 7Ы с=200-1,15-1,1=253 кПа.

534

Среднее давление под подошвой фундамента после реконструкции составит

р = T,N/b=271,9/1,4=194 KlTa<#=253 кПа.

Таким образом, уширение фундамента из условия р ^ К при надстройке -урин» не требуется.

Расчет оснований по предельным деформациям. Для реконстру­ ируемых с увеличением нагрузок зданий, осадки которых от ранее существовавших нагрузок полностью стабилизировались, расчет­ ную осадку рекомендуется вычислять только от действия допол­ нительных нагрузок. Наличие уплотненной зоны грунта в основа­ нии фундаментов следует учитывать, введя в расчет фактические характеристики, установленные при изысканиях. Предельно допу­ стимую величину осадки устанавливают в зависимости от состоя­ ния надфундаментных конструкций здания, связей с соседними со­ оружениями, положения коммуникаций и т. п. Допускается руково­ дствоваться величинами предельных деформаций, рассматриваемы­ ми в параграфе 18.5.

18.4. Ремонт н усиление фундаментов, закрепление грунтов оснований

Если реконструируемое или ремонтируемое здание имеет тре­ щины и другие дефекты, вызванные неравномерными деформаци­ ями, то, как правило, эти дефекты распространяются и на фун­ даменты. В таком случае проект реконструкции должен предусмат­ ривать совместный ремонт как надземных конструкций, так и фун­ даментов здания. При проектировании ремонта деформируемых стен следует предусматривать возможность частичной разгрузки поврежденных участков путем передачи нагрузки на соседние элеме­ нты фундаментов. В этом и других случаях (увеличение нагрузок, надстройка здания и т. п.) может оказаться, что прочность сущест­ вующих фундаментов недостаточна или давление цод подошвой фундамента превышает расчетное сопротивление, определяемое по формуле (18.1). Тогда, в зависимости от ситуации, приходится прибегать к различным мероприятиям, связанным как с ремонтом

иусилением фундаментов, так и с укреплением грунтов основания. Ниже приводятся наиболее часто используемые в строительной практике решения. Более детальная информация содержится в рабо­ тах П. А. Коновалова (2000 г.), А. Г. Ройтмана (1978 г.), Справоч­ нике «Основания и фундаменты» под ред. Г. И. Швецова (1991 г.)

идр.

Укрепление кладки фундамента. Если прочность материала фун­ дамента недостаточна или имеются отдельные повреждения, его укрепляют путем инъекции цементного раствора, синтетических

535

смол и т. п. Для цементации в теле фундамента пробуривают перфораторами отверстия (шпуры) для установки инъекторов диа­ метром 25 мм, через которые под давлением ОД...0,6 МПа нагнета­ ют жидкий цементный раствор с водоцементным отношением 1:1. Диаметр отверстий должен быть на 2...3 мм больше диаметра инвестора, а глубина погружения инъекторов в кладку составлять 0,4...О,б ширины фундамента (рис. 18.3, а). Обычно зона закрепления кладки составляет объем диаметром 0,6...1,2 м вокруг инъектора. Из этого исходят при определении их расстановки. Как правило расстояние между инвесторами вдоль ленточного фундамента в за­ висимости от степени разрушения кладки принимается равным 50...100 см. При одиночных фундаментах устанавливают не менее двух инъекторов с каждой стороны. Средний расход цементного раствора при закреплении фундамента составляет порядка 25...35% объема ослабленной кладки.

Работами НИИ оснований и подземных сооружений (В. Е. Соколович) показана рациональность надежного укрепления кладки старых фундаментов инъекцией силикатно-полизоцианитным рас­ твором, более проницаемым и устойчивым от вымывания, чем цементный.

Если возникает необходимость в более капитальных меропри­ ятиях или по каким-либо причинам цементацию провести невоз­ можно, прибегают к укреплению фундаментов бетонными или же­ лезобетонными обоймами (рис. 18.3, б). Минимальная толщина бетонной обоймы 10... 15 см, железобетонной — не менее 15 см. Взятие фундамента в обойму приводит к некоторому увеличению ширины подошвы фундамента. Для того чтобы более полно вклю­ чить в работу не обжатые ранее под уширяемой частью фундамента участки грунта, в него втрамбовывают 5. . . 10-сантиметровый слой щебня или гравелистого песка.

Бетонную обойму скрепляют с телом фундамента анкерными стержнями диаметром 20 мм, закладываемыми через 1...1,5 м. Железобетонную обойму армируют сеткой и заделывают в тело фундамента с помощью анкеров и несущих балок.

Важной задачей при устройстве обойм является обеспечение прочного сцепления нового бетона со старым. Для этого использу­ ют различные методы очистки поверхности усиливаемого фунда­ мента (промывку водой под высоким давлением или смесью воды со сжатым воздухом; промывку раствором соляной кислоты; песко­ струйную очистку; механическую обработку поверхности для обес­ печения ее шероховатости). Шероховатость бетонируемого фун­ дамента создается насечкой перфораторами или отбойными молот­ ками со специальными насадками, а при малых объемах работ — вручную зубилом или металлическими щетками.

При усилении железобетонных фундаментов необходима про­ верка состояния арматуры. После удаления разрушенного защит-

536

Рнс. 18.3. Укрепление кладки фундамента;

а — цементацией; б — обоймой; а—заменой слабого участи; 1— старая »п»д»а фундамента; 2 — инъежторы; 3 — бетонная обойма; 4 — анкерующне стерхнв; 5 — метаплнчваше поджреплякнцне балки; 6 —вновь возводимаячасть фундамента

ного слоя на ослабленных участках простукиванием устанавливают качество сцепления арматуры с бетоном. Если оно отсутствует, арматуру обнажают так, чтобы между неЁ и старым бетоном образовался промежуток не менее 20 мм, что гарантирует заполне­ ние расчищенных мест новым бетоном. Арматура перед бетониро­ ванием должна быть зачищена пескоструйной установкой.

Если в обойму заключается бутобетонный, фундамент, то для лучшего сцепления старого бетона с новым раствор кладки целесо­ образно удалить с его поверхности на глубину 1...1,5 см.

При значительном ослаблении нижней части фундамента агрес­ сивными водами, гниением древесины или по другим причинам прибегают к ее замене бетонным или железобетонным элементом (рис. 18.3, в). При этом на период ремонтных работ нагрузку от надфундаменТцого строения передают на соседние участки через металлические подкрепляющие балки. Подобную схему применяют и при увеличении глубины заложения фундаментов.

Указанные выше работы связаны с необходимостью вскры­ тия фундамента, трудоемкие, дорогостоящие и требуют тщатель­ ного соблюдения техники безопасности. Не следует отрывать сплошную траншею на всю длину ремонтируемого фундамента, так как это может привести к выпору грунта из-под его подошвы и развитию значительных местных деформаций. Обычно ремон­ тируемый участок фундамента разбивают на захватки длиной 1,5...2,5 м, где отрывают на всю глубину заложения фундамента траншею шириной 1,2...^ м. Стенки траншеи подлежат обязатель­ ному креплению. Стену или колонну в пределах укрепляемого участка при необходимости раскрепляют подкосами. По окончании работ траншею засыпают, а грунт обратной засыпки плотно утрам­ бовывают.

Уширение фундамента, устройство промежуточных опор. Упшрение фундаментов с целью увеличения их опорной площади проиэ-

537

34-3624

осадки. Но и тогда среднее давление под подошвой существова­ вшего ранее фундамента будет больше, чем под консолями, об­ разованными банкетами. Если же вначале произвести обжатие грун­ та вдавливанием банкет нагрузкой, соответствующей среднему дав­ лению под подошвой существующего фундамента, а затем омонолитить всю систему, эпюра давлений под подошвой фундамента выравнивается.

Обжатие грунтов по внешним граням уширяемого фундамента можно выполнять различными способами. Наиболее простой за­ ключается в том, что вначале вдоль боковых граней фундамента разрабатывают траншеи и бетонируют примыкающие к граням фундамента банкеты отдельными участками по длине без омоноличивания их с кладкой существующего фундамента. Затем устанавли­ вают в проемах фундаментов стальные балки для упора в них гидравлических домкратов и обжимают грунт. Перед перестанов­ кой домкратов банкеты расклинивают, поэтому давление на грунт основания сохраняется. После извлечения домкратов пространство между банкетами и стальными балками заполняют бетоном (рис. 18.5, а).

Для уширения фундаментов совместно с обжатием грунтов мож­ но также применять гидравлические домкраты, представляющие собой плоские резервуары из двух тонких (1...3 мм) металличе­ ских листов, имеющих по периметру валик круглого сечения диаме­ тром 20...80 мм, позволяющий опорным плоскостям раздвигаться при нагнетании жидкости в их полость. Их размещают между грунтом основания и подошвой фундамента (рис. 18.5, б). В дом­ краты нагнетают твердеющие жидкости (эпоксидную смолу, це­ ментный раствор), которые фиксируют созданное напряженное со­ стояние.

Площадь подошвы уширенного фундамента определяется ис­ ходя из того, что недостающая площадь подошвы фундамента Ал которая должна быть добавлена в связи с повышением нагрузок при реконструкции, равна

Рас. 18.5. Уширение фундамента с обжатием грунта основания:

а— домкратами; б — плоскими домкратами; 1— существующийфундамент; 2— домкрат; 3—

клинья; 4 —металлические балки; J — бегов; 6—банкет; 7—плоскийдомкрат; 8— труба для нагнетания жидкости в домкрат

539

где N0— вертикальная увеличенная нагрузка на фундамент; А —

ПППЩЯД1. подошвы усиливаемого фундамента; р — среднее давле­ ние по подошве усиливаемого фундамента.

В ряде случаев в реконструируемых зданиях из условий новой планировки или для уменьшения нагрузок на существующие опоры устраивают промежуточные дополнительные опоры. Фундаменты таких опор выполняют как сборными, так и монолитными и проек­ тируют в соответствии с действующими Нормами. Если эти опоры являются основными элементами новой конструкции здания, необ­ ходимо иметь в виду следующие условия. Максимальные и средние абсолютные осадки новых опор, а также разность осадок соседних опор не должны превышать допустимых нормами значений. При этом следует иметь в виду, что осадки существующих в здании опор уже стабилизировались или за счет дополнительной нагрузки будут иметь некоторую величину.

Эти требования распространяются и на проектирование при­ строек и встроек.

Устройство под зданием фундаментной плиты. При реконструк­ ции зданий, возведенных на неоднородном основании, сложенном слабыми грунтами, и при необходимости передачи больших допол­ нительных нагрузок, вызывающих опасность значительных нерав­ номерных деформаций, эффективным решением является подводка под здание монолитной фундаментной плиты. На рис. 18.6 показан пример такого решения для здания, имевшего до реконструкции ленточные фундаменты. Фундаментную плиту целесообразно рас­ полагать на высоте Л=75...80 см от подошвы существующих фун­ даментов. Плита армируется по двум взаимно перпендикулярным направлениям. Толщина ее определяется расчетом и составляет не менее 25 см. Заделку в стены существующих фундаментов выпол­ няют на 35...40 см. Материал стены в месте заделки плиты проверя­ ется на местное смятие. Сечение прогонов обычно составляет 50 х 100 см, ребер — 30 х 40 см с шагом порядка 2,5 м.

Перед устройством фундаментной плиты под нее укладывается щебеночная, подготовка общей толщиной 15...20 см с плотной по­ слойной трамбовкой.

Работы по устройству плиты следует проводить захватками протяженностью 3...4 м. Захватки рекомендуется чередовать так, чтобы штрабы в существующем фундаменте пробивали не ранее чем через трое суток после бетонирования соседних предыдущих захваток. Следует обращать особое внимание на тщательность заполнения бетоном пгграб и гнезд, выбранных в существующем фундаменте.

Заглубление фундаментов. К заглублению фундаментов прибе­ гают при необходимости увеличения глубины подвала, переноса

540