книги / Механика грунтов, основания и фундаменты.-1

подошвы фундамента на бо­ лее прочные нижележащие слои грунта и т. п.

и надежно подклинивают. Учитывая возможность осадки опор при передаче на них нагрузки от стен при разборке фундамента, целесо­ образнее опирать балки на домкраты. Это позволяет регулировать положение опор при производстве работ.

После передачи нагрузки от стен на внешние опоры ленточный фундамент разбивают и устраивают новый до более глубокой от­ метки. Работы ведутся захватками по 2.5...3 м.

При заглублении фундаментов под колонны применяют простые подкосы или подкосы с затяжкой (рис. 18.8). В первом случае колонну предварительно закрепляют подкосами, разбирают.старый фундамент, углубляют котлован до требуемой отметки и изготав­ ливают новый фундамент.

Недостатком этой технологии заглубления фундамента является податливость опорных частей подкосов, что может привести к осад­ ке колонны с последующими неравномерными деформациями надфундаментных конструкций. Этого можно избежать, использовав для вывешивания колонны специальную конструкцию, состоящую из подкосов с затяжкой. Такую конструкцию принято называть

Рас. 18.7. Заглубление ленточных фундаментов:

а — монтаж разгружающих балок; б — разборка старого фундамента; в — устройство нового

фундамента; 1—несущая стена; 2 — разгружающие балки; 3— опоры; 4— старый фундамент; 5—новый фундамент

541

По этому методу первоначально вокруг колонны бетонируют воротник с упирающи­ мися в него металли­ ческими подкосами, стя­ нутыми в нижней части анкерами, натяжение ко­ торых в процессе про­ изводства работ может регулироваться гайка­ ми. Вся конструкция устанавливается на шпальных клетках, уло­ женных на уплотненное основание.

С помощью гидрав­ лических домкратов, установленных на шпальных клетках, опорные части «ножниц»

поднимают настолько, чтобы вся нагрузка от колонны передава­ лась на подкосы, после чего нижнюю часть колонны и старый фундамент разбирают и изготовляют новый фундамент с более глубокой отметкой.

Как в случае ленточных, так и отдельно стоящих фундаментов, новый фундамент после устройства его подошвы на более глубокой отметке должен быть включен в совместную работу с надфундаменгной конструкцией. Для этого прибегают к инъекцированию песчано-цементного раствора под давлением в зону контакта фун­ дамент — грунт.

Постановка фундаментов на сваи. При необходимости передачи на фундаменты больших дополнительных нагрузок, высокой дефор­ мируемости грунтов основания и наличии подземных вод, ослож­ няющих процесс уширения или заглубления фундаментов, нагрузки на более прочные слои грунта передают путем пересадки сущест­ вующих фундаментов на сваи. В зависимости от толщи слоя слабо­ го грунта и глубины заложения кровли прочного слоя сваи будут работать как висячие или как стойки. Несущую способность и тре­ буемое число свай определяют расчетом (§ 11.3).

Недостатком способа пересадки фундаментов на сваи является сложность его осуществления в стесненных условиях реконструк­ ции. Забивные сваи при усилении фундаментов не применяют, так как возникающие при их погружении динамические воздействия могут привести к появлению и развитию трещин в реконструиру­ емом здании. Обычно используют набивные, вдавливаемые или другие типы свай и технологии, применение которых не оказывает вредного воздействия на вышележащие конструкции.

542

и наклонные (под углом 7... 12° к вертикали). Достоинством этих свай является то, что их можно использовать в любых грунтовых условиях без проведения предварительных земляных работ (откоп­ ка траншеи, котлована и т. п.). Скважины для изготовления буроинъекционных свай проходят станками вращательного бурения не­ посредственно через стены и фундаменты усиливаемых объектов прямо с тротуара или из подвала (рис. 18.9, в). После окончания бурения до проектной отметки и извлечения бурового механизма в скважину, заполненную глинистым раствором, опускают секци­ ями арматурный каркас. Длина секции арматурного каркаса лими­ тируется высотой помещения, в котором производятся работы, и обычно не превышает 3 м. Между собой секции соединяют сваркой. Сваи-стойки армируют на всю длину, висячие сваи могут не иметь арматуры в нижней части.

После установки арматурного каркаса или параллельно с его установкой в скважину опускают инъекционную трубу диаметром 25.. .50 мм, состоящую из звеньев, соединяемых муфтами. Через нее скважину заполняют цементно-песчаным раствором, подаваемым насосом под давлением 0,3 МПа.

После заполнения скважины раствором инъекционную трубу извлекают, а скважину опрессовывают через клапан сжатым возду­ хом давлением 0,3...0,5 МПа или дополнительным цементно-песча­ ным раствором, подаваемым под давлением от растворонасоса. После опрессовки воздухом скважину заполняют цементно-песча­ ным раствором до ее устья.

Вдавливаемые сваи. В последнее время все большее распрост­ ранение получают вдавливаемые сваи, состоящие из отдельных элементов (секций), последовательно вдавливаемых в грунт с по­ мощью домкрата. Элементы изготавливают из железобетона в ви­ де секций со специальными стыками, позволяющими быстро вы­ полнять их соединение, или из обрезков металлических труб, сое­ диняемых на сварке. Вдавливание позволяет исключить динами­ ческие воздействия, опасные вибрации, излишний шум и значи­ тельно снизить трудозатраты по усилению фундаментов. При вдав­ ливании гарантируется высокая точность погружения, а несущую способность многосекционной сваи можно регулировать за счет числа вдавливаемых секций. Общая длина таких свай достигает 25.. .30 м.^

Одной из разновидностей многосекционных вдавливаемых свай являются широко используемые за рубежом и хорошо известные в нашей стране сваи «Мега». Их изготовляют из сборных железобе­ тонных элементов длиной 80...100 см квадратными с поперечными сечениями 20 х 20 и 30 х 30 см или круглыми со сквозным каналом по оси элемента диаметром 75...100 мм и массой до 100 кг.

Последовательность работ по устройству вдавливаемой сваи показана на рис. 18.10 и заключается в следующем. Под несущей

544

Рис. 18.10. Последовательность работ по устройству свай «Мега»:.

а — г — этапы выполнения работ; I — несущая стена; 2 — распределительная балха; 3 — домкрат; 4 —насосная станция; S — нижний элемент; 6 — рядовойэлемент сваи; 7 — стойка; 8 —головной элемент; 9 — бетон

стеной захватками разрабатывают траншею шириной 1 м и глуби­ ной не менее 1,5 м и устраивают в стене выравнивающую рас­ пределительную балку из металла или железобетона, которая рав­ номерно-распределяет нагрузку от домкрата при задавливании сваи. Нижний (первый) элемент сваи с заостренным наконечником (в слабых грунтах без заострения) устанавливают на дно котлована под распределительную балку и вдавливают домкратом строго вертикально в грунт основания. Когда нижний элемент сваи вдав­ лен, домкрат убирают и на торец первого элемента устанавливают следующий, после чего повторяют процесс вдавливания. Наращива­ ние и погружение элементов производят до тех пор, пока свая не достигнет проектной отметки под нагрузкой, превышающей расчет­ ную в 1,5... 1,8 раза, что контролируется по манометру. Последним устанавливают головной элемент, площадь поперечного сечения которого больше площади поперечного сечения сваи. Затем систему расклинивают специальными стойками, которые устанавливают между распределительной балкой и оголовком сван, домкрат демо­ нтируют, в отверстия, находящиеся в центре задавленных элемен­ тов, опускают арматуру и инъектируют раствор цемента. После этого пространство между стойками бетонируют.

Опыт применения вдавливаемых свай показывает, что их целесо­ образно использовать в насыпных, слабых водонасыщенных грун­ тах и в связных грунтах с показателем текучести 4 >0,3. В песчаных

545

грунтах, а также в неоднородных напластованиях с плотными про­ слойками и твердыми включениями без проведения специальных мероприятии (проходка лидерной скважины, рыхление шнеком, подмыв и т. п.) вдавливание свай не рекомендуется.

Недостатком технологических приемов усиления оснований и фундаментов вдавливаемыми сваями является их длительность, трудоемкость, а также большой объем земляных работ. Кроме того, вскрытие шурфом или траншеей перегруженного фундамента до его подошвы опасно, а в условиях слабых грунтов при высоком уровне подземных вод — нереально. В последнем случае возможно , устройство выносных вдавливаемых свай с мощным упорным кон­ сольным элементом.

Струйная технология. Одним из перспективных направлений по укреплению оснований и усилению существующих фундаментов является струйная технология (jet grouting). Эта технология, раз­ работанная в Японии в середине 70-х годов, заключается в высоко­ напорных инъекциях твердеющего раствора в грунт. Технологичес­ кая последовательность работ по этому методу заключается в сле­ дующем.

В пробуренную скважину погружают инъектор со специальным калиброванным отверстием (соплом) на конце и подают через него под большим давлением (до 100 МПа) цементно-песчаный раствор. Осуществляя подъем иньектора с одновременным его вращением, формируют сваю нужного диаметра или стену из свай.

По разработанной в НИИОСП технологии для образования полостей в грунте используют энергию водяной струи. Для этого в лидерную скважину опускают струйный гидромонитор, имеющий на боковой поверхности водяные сопла, а в нижней части — отвер­ стие для подачи бетона. Струя воды, подаваемая под большим давлением, разрушает и удаляет грунт, а образовавшаяся полость заполняется бетоном. Вращая монитор с одновременным его подъ­ емом, формируют ствол сваи.

Разрядно-импульсная технология (РИТ). Технология изготовле­ ния набивных свай с использованием электрогидравлического эф­ фекта состоит из следующих операций: бурение лидерной скважи­ ны, заполнение скважины твердеющим материалом, электроразрядная обработка и установка арматурного каркаса в свежеуложенную смесь.

Основной отличительной особенностью технологии является об­ работка инъекционного раствора в скважине от забоя к устью и обратно серией высоковольтных электрических разрядов. Воз­ никающий при этом электрогидравлический эффект уплотняет окружающий грунт, снижает его пористость в зоне воздействия ударного импульса, формирует тело сваи. Практика показала, что диаметр свай, изготовленных по технологии РИТ, существенно больше первоначально пробуренных скважин, что является одним

546

из ее достоинств. Следует отметить и высокую скорость изготов­ ления свай по этой технологии. С другой стороны, широкое внед­ рение технологии РИТ в практику реконструкции сдерживается недостаточной изученностью вопроса о влиянии микровзрывов на состояние конструкций здания и грунтов основания фундамен­ тов.

Закрепление грунтов оснований. Если задачи реконструкции не удается решить с помощью усиления фундаментов или других перечисленных выше мероприятий или при этом ожидается раз­ витие чрезмерных деформаций, следует прибегнуть к закрепле­ нию грунтов основания, что позволит увеличить их несущую спо­ собность. Перечень наиболее распространенных способов закрепле­ ния грунтов оснований и условия их применения приведены в табл.

Т аб л и ц а 18.4. Способы закреплена грунтов основана фундаментов

Физико-механические и технологические особенности этих спо­ собов были подробно рассмотрены в гл. 12. Однако при их исполь­ зовании для укрепления оснований существующих зданий имеют

547

место некоторые технологические особенности и возникают допол­ нительные трудности (например давление цементации должно быть ограничено значениями, безопасными для состояния фундаментов и конструкций здания и др.).

Наиболее распространенными способами закрепления грунтов оснований являются инъекционные способы, не сопровождаемые динамическими воздействиями; Выбор конкретного способа закреп­ ления зависит от конструктивных особенностей реконструируемого здания и предъявляемых к закрепленному грунту требований по прочности, деформируемости и долговечности.

Цементация. При реконструкции цементацию применяют как для закрепления оснований и усиления контакта «подошва фун­ дамента— грунт», так и для усиления, в случае необходимости, разрушенной кладки. Кроме того, в крупнообломочных и песчаных грунтах цементацию применяют и для создания противофильтрационных завес, препятствующих выносу мелких частиц из основания фундаментов существующих зданий при откачках воды из кот­ лована, расположенного рядом, или при устройстве в нем бурона­ бивных свай.

Наряду с закреплением грунтов основания цементацию часто применяют для заполнения пустот и каверн в закарсгованных основаниях. Известен случай закрепления закарстованных лессов основания одной из АЭС, способствовавшего устранению фильт­ рационной неоднородности, снижению водопроницаемости и пре­ дотвращению развития суффозионных процессов в основании. Это. позволило избежать развития опасных деформаций сооруже­ ния.

Силикатизация основания существующих фундаментов предназ­ начена для повышения несущей способности мелких и пылеватых песков, плывунов, лессовидных и насыпных грунтов. В необходи­ мых случаях, как и цементация, силикатизация может быть исполь­ зована для создания противофильтрационных завес.

Остальные методы закрепления грунтов, представленные в табл. 18.3, используют в соответствии с технологиями, описанными в § 12.4. В достаточной мере универсальной схемой укрепления грун­ тов основания фундаментов реконструируемых зданий является схема, приведенная на рис. 12.14.

Наряду с методами закрепления грунтов в основании фундамен­ тов эксплуатируемых сооружений необходимое улучшение их стро­ ительных свойств можно достичь армированием грунтов наклон­ ными сваями, заполненными местным уплотненным грунтом или щебнем. Такой прием уплотнения грунтов основания значительно повышает его несущую способность, снижает сжимаемость и был успешно реализован при реконструкции четырехэтажного здания фабрики «Рот-Фронт» в г. Москве.

548

Армирование основания может быть осуществлено также путем устройства наклонных буроинъекционных свай, с помощью струй­ ной технологии или по технологии РИТ.

18.5. Возведение фундаментов вблизи существующих здании

Возведение зданий вблизи или вплотную к уже существующим является значительно более сложной задачей, чем строительство отдельно стоящего дома. Опыт показывает, что пренебрежение особыми условиями такого строительства может приводить к появ­ лению в кладке стен ранее построенных зданий трещин, перекосам проемов и лестничных маршей, к сдвигу плит перекрытий, т. е. к нарушению нормальных условий эксплуатации существующих зданий, а иногда даже к авариям. Особенно возрастает опасность подобных деформаций при строительстве на основаниях, сложен­ ных слабыми грунтами. Так, в Москве при опускании колодца для подземного гаража при строительстве Делового центра по Мясниц­ кой ул. аварийные деформации получило расположенное рядом пятиэтажное жилое здание, которое позже было полностью разо­ брано.

С.Н. Сотников (1986 г.) приводит данные по обследованию

вСанкт-Петербурге 128 домов, вблизи которых были построены новые здания. До 80% из них получили повреждения различной степени, вплоть до аварийных. Неповрежденными оказались в ос­ новном те дома, которые были выше новых, а чем выше были новые дома против существующих, тем значительнее оказались

повреждения. Аналогичное положение отмечалось и в других горо­ дах страны, а также на ряде промышленных объектов..

Характерный пример, заимствованный из указанной выше рабо­ ты, приведен на рис. 18.1L Здания I (шестиэтажное, постройки 1956 г.) и III (четырехэтажное, постройки 1937 г.) находились в со­ стоянии нормальной эксплуатации до начала строительства в 1972 г. 11-этажного кирпичного здания II. Проект возведения ново­ го здания не содержал каких-либо мер, направленных на защиту конструкции существующих зданий. К 1983 г. осадка здания II превысила 20 см и стабилизация деформаций не наступила. Прогно­ зируемая осадка этого здания ожидалась в 36 см.

Начальные повреждения зданий I и III появились еще в период строительства здания И, а при достижении дополнительной осадки вблизи линии примыкания 7...8 см эти здания пришли в аварийное состояние. В пределах участков В (рис. 18.11) образовались наклон­ ные трещины с раскрытием более 10 см, произошел сдвиг перекры­ тий и лестничных маршей. На участках Г развились вертикальные трещины, которые прослеживались от карниза до фундамента. Это

549