Эксплуатация и техническое обслуживание фундаментов. Эксплуатация фундаментов

Усиление фундаментов зданий относится к самым тонким операциям. Поэтому если эта проблема возникает, то исходят от обратного: снижением нагрузок стремятся избежать усиления фундаментов. Всякое усиление фундаментов связано с подвижками существующего здания, что приводит к изменениям его состояния, создает трудности в эксплуатации здания.

Если усиление фундамента становится неизбежным, то целесообразно одновременно с усилением выполнять реконструкцию или модернизацию здания.

Усиление фундаментов следует производить следующими методами:

• повышать несущую способность грунта за счет его упрочнения;
• увеличивать несущую площадь фундаментов;
• выполнять ремонт и усиление фундаментной конструкции, не имеющей необходимой прочности.

Способ усиления фундаментов выбирается в зависимости от величины и характера нагрузок, грунтовых и гидрологических условий площадки, конструктивных особенностей фундаментов и всего здания в целом.

Основные причины неудовлетворительного состояния фундаментов зданий представлены в табл. 4.2, а основные методы восстановления и усиления фундаментов эксплуатируемых зданий приведены в табл. 4.3.

Таблица 4.2

Основные причины неудовлетворительного состояния фундаментов зданий

Окончание

Основные методы восстановления и усиления фундаментов эксплуатируемых зданий

Таблица 4.3

Окончание

Методом, обеспечивающим усиление слабого, пониженной прочности или частично разрушенного фундамента, является наращивание фундамента бетоном и железобетоном. Этим достигается увеличение площади опирания фундамента на грунт, а также повышение прочности фундамента, окруженного оболочкой (рис. 4.4-4.6). Такой метод наилучшим образом пригоден для ленточных и столбчатых фундаментов.

Наиболее широко применяется усиление фундаментов железобетонными обоймами, устраиваемыми как без увеличения фундамента и без увеличения площади подошвы, так и с ее увеличением. Обойма выполняется на всю или часть высоты фундамента. Обоймы могут быть бетонные и железобетонные, охватывая усиливаемый фундамент и обжимая его при усадке бетона. Для обеспечения сцепления бетона обоймы и существующего фундамента поверхность последнего очищается, обрабатывается для придания шероховатости; у бутовых фундаментов расчищаются швы. При необходимости дополнительного усиления сцепления устраиваются шпуры (перфораторами), в которые заделываются анкерные стержни. В ленточных фундаментах противоположные стенки обоймы соединяются анкерами или балками. Для бетонных обойм применяют бетон класса не ниже В 12,5 с мелким

Рис. 4.4.

• 1 - усиливаемый фундамент; 2 и 3 - элементы уширения соответственно до и после раздвижки; 4 - отверстие, заделываемое жидким цементным раствором под давлением; 5 - анкер; 6 - зоны уплотненного грунта;
• 7 - кирпичная стена; 8 - бетон из мелкого заполнителя

Рис. 4.5.

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 с помощью сварки к поперечным балкам; 7 - зоны уплотненного грунта гравием, хорошо подвижный. Уплотнение бетонной смеси производят игловибратором или простым штыкованием. Усиление фундаментов производят захватами длиной 1,5-2 м для исключения нарушения устойчивости слабой безрастворной (ослабленной) кладки фундаментов. Работы выполняют на 2-3 захватках. Другими способами усиления и укрепления тела бутовых и кирпичных фундаментов является инъецирование цементным и силикатно-полизапианитным раствором, торкретированием бетоном. Данный метод позволяет с наименьшими затратами материалов восстановить тело фундамента без увеличения сечения (рис. 4.7-4.9).

Рис. 4.6.

1 - усиливаемый фундамент; 2 - монолитный бетонный банкет; 3 - несущая балка; 4 - подкос; 5 - анкер; 6 - упорный уголок; 7 - распределительная балка; 8 - кирпичная стена

Рис. 4.7.

1 - усиливаемый фундамент; 2 - инъекторы для нагнетания жидкого цементного раствора; 3 - наплывы раствора; 4 - кирпичная стена

Рис. 4.8. 1 - усиливаемый фундамент; 2 - разрыв фундаментов в следствие морозного пучения и просадки грунта основания; 3 - жидкий цементный раствор; 4 - инъекторы; 5- непучинистый грунт; 6 - кирпичная стена

Рис. 4.9.

• 1 - существующий фундамент, имеющий расслоение бутовой (кирпичной) кладки; 2 - набрызг бетонной смеси под высоким давлением;
• 3 - торкретированная поверхность фундамента; 4 - цемент-пушка для набрызга бетонной смеси; 5 - кирпичная стена; 6 - вскрытый пазух фундамента

Для увеличения несущей способности фундаментов в отдельных случаях используют глубоко залегающие прочные грунты, применяя сваи различного типа. Этот способ особенно оправдан при высоком уровне грунтовых вод. Сваи выполняются выносными или подводятся под подошву фундамента. При усилении ленточных фундаментов выносные сваи размещаются либо с одной в виде консольной системы, либо с двух сторон (рис. 4.10). Головы свай с усиливаемым фундаментом соединяются ростверками в виде железобетонных поясов для ленточных фундаментов или железобетонными обоймами - для столбчатых.

Рис. 4.10.

1 - усиливаемый ленточный фундамент; 2 - буронабивные железобетонные сваи; 3 - железобетонная обойма; 4 - основная рабочая арматура усиления; 5 - отверстие, проделываемое в швах между фундаментными блоками; 6 - кирпичная стена

Передача части нагрузки на выносные сваи выполняется также балками, проходящими через фундамент. Сложность усиления фундаментов состоит в необходимости вскрытия полов и отрывки фундаментов вручную.

При наличии перегруженного грунта основания может возникнуть необходимость изменить тип фундамента. Например, вместо столбчатых отдельных фундаментов произвести переустройство их в ленточные или ленточные фундаменты превратить в сплошную плиту в зданиях с подвалами. Под дополнительную ленту или плиту до несущего грунта насыпается гравий или укладывается тощий бетон. Грунт вблизи фундамента можно вынимать только отдельными участками. В качестве дополнения к фундаменту устраивают буронабивные сваи небольшого размера. Их разгружающая способность такая же, как и у дополнительных фундаментов.

Последовательность работ по усилению фундаментов с ушире- нием подошвы должно выполняться в следующей последовательности:

• 1) фундамент отрывается участками с обеих сторон;
• 2) пробиваются отверстия для пропуска металлических балок и арматурных элементов; после их установки отверстия тщательно заделывают мелкозернистым бетоном;
• 3) для сборных железобетонных приливов заделываются анкеры либо пропускаются стяжные шпильки;
• 4) поверхность существующих фундаментов очищается от грязи металлическими щетками, продувается струей сжатого воздуха и перед укладкой монолитного бетона обильно смачивается водой или цементным молоком;
• 5) уплотняется грунт основания в местах расположения приливов;
• 6) устанавливается арматура, опалубка и укладывается бетон.

Разгружение фундаментов применяется для усиления фундаментов,

потерявших прочность. Фундаментную ленту усиливают установкой стальных балок, подкосов, разгрузочных железобетонных плит, передачей нагрузки на сваи. Метод передачи нагрузки на сваи предполагает использование вновь устраиваемых свай (как вариант - опускных колодцев). Подошва фундамента не затрагивается (за исключением случаев, когда поперечные опорные балки или опускные колодцы находятся под подошвой). Смысл усиления - это перенос фундамента на выносные сваи или подведение свай под подошву фундамента. Для передачи нагрузки от усиливаемых фундаментов на сваи используют систему монолитных железобетонных (или стальных омоноличивае- мых) поперечных балок.

При расчетах работа грунта основания под существующими фундаментами не учитывается. Предполагается, что вся нагрузка должна восприниматься вновь устраиваемыми элементами усиления существующего фундамента. В рассматриваемом решении применяются сваи различной конструкции: буронабивные; короткие залавливаемые; составные из отдельных звеньев; винтовые и буроинъекционные.

Усиление столбчатых фундаментов возможно переустройством их в ленточные при значительных неравномерных деформациях. При этом методе между существующими фундаментами выполняется железобетонная стенка в виде перемычки. Нижняя часть стенки может выполняться уширенной. Нижняя часть перемычки подводится под существующий фундамент. Усиление фундаментов под колоннами и столбами путем увеличения площади подошвы выполняется и устройством обойм усиления, охватывающих существующие конструкции со всех сторон. По уступам существующего фундамента забивают штыри (диаметром 12-16 мм с шагом 200-250 мм) или пробивают горизонтальные штрабы (борозды), в которых размещают стальные балки. Наружное расположение разгружающих балок (т.е. не заводя их в штрабы) допускается при высоте обоймы усиления больше 2 м. Разгружающие балки расклиниваются в теле существующего фундамента с помощью обрезков металла и привариваются к вертикальным элементам армирования обойм усиления.

Фундаменты мелкого заложения можно усиливать, уширяя и углубляя их путем подведения конструктивных элементов (блоков, железобетонных плит, столбов). Углубление фундаментов и подводку столбов, как правило, выполняют в сухих и маловлажных грунтах.

Фундаменты относятся к наиболее ответственным конструктивным элементам зданий и сооружений. От состояния фундаментов зависит их прочность и долговечность, способность выполнить свое функциональное предназначение в течение всего нормативного срока службы.
Это достигается правильной технической эксплуатацией фундаментов. Она основывается на грамотном содержании территорий, прилегающих к зданиям или сооружениям, подвальных помещений и самих фундаментов.

• поверхность должна быть ровной, без выбоин и обратных уклонов; уклоны от зданий или сооружений, а также к водоотводным люкам или водоприемникам ливневой канализации должны быть не менее 0,01;
• все просадки грунта, образовавшиеся под местами прокладки или ремонта инженерных сетей, должны быть своевременно засыпаны и тщательно уплотнены слоями толщиной до 20 см с восстановлением (при необходимости) ранее существовавших покрытий;
• отмостки и тротуары вокруг зданий или сооружений должны содержаться в исправном состоянии и иметь уклон от стен 0,01...0,03, а все образовавшиеся повреждения должны своевременно устраняться с применением однородных материалов;
• зазоры между отмосткой (тротуаром) и стеной здания или сооружения необходимо расчищать и заделывать горячими битумными мастиками, мелкозернистым асфальтобетоном или мягкой глиной;
• против водосточных труб на отмостках должны быть устроены водоотводные лотки, которые необходимо содержать в исправном состоянии;
• водоотводящие кюветы от здания или сооружения должны иметь уклон в продольном направлении не менее 0,05 и периодически очищаться от ила, травы и мусора;
• трава, прорастающая на отмостках и в водоотводных лотках, должна периодически удаляться;
• снег вокруг зданий или сооружений должен убираться на расстоянии не менее 2 м от стен;
• производство земляных работ (отрывка траншей, котлованов и др.) вблизи фундаментов должна выполняться только по специальному разрешению эксплуатирующей организации, за исключением шурфов, отрываемых для их осмотра;
• навесы над входами, ограждения входов в подвальные помещения, приямки должны быть исправны;
• планировка территории и посадка зеленых насаждений должны исключать возможность заболачивания, застоя или подъема уровня грунтовых вод;
• уклон газонов на глинистых грунтах должен быть не менее 0,05, а максимальный уклон участка зеленых насаждений не должен превышать 0,11;
• запрещается складирование различных материалов в непосредственной близости от стен зданий или сооружений.

• все подвальные помещения должны быть сухими, иметь освещение, содержаться в чистоте и в летний период регулярно проветриваться.
• в случае появления на стенах и потолках сырости, образования конденсата на водопроводных трубах необходимо принять меры по осушению подвала путем открывания окон и дверей, устройства вытяжной вентиляции, подачи теплого воздуха.
• если эти мероприятия не дадут необходимого результата, то для установления причин образования сырости необходимо провести тщательное обследование конструкций подвала как с внутренней (вскрытие отдельных мест), так и с наружной стороны.
• при затоплении подвальных помещений следует, прежде всего, установить причины затопления. Если причиной является неисправность инженерных сетей (утечки), то соответствующий трубопровод необходимо отключить и устранить неисправность.
• в случае затопления подвалов грунтовыми водами необходимо принять меры по ремонту дренажной системы или гидроизоляции стен и пола подвала. При затоплении подвальных помещений поверхностными водами необходимо принять меры по их отводу, а именно, выполнить ремонт отмостки, тротуаров и т.д.
• при затоплении подвалов необходимо также производить химический анализ воды.
• после прекращения поступления воды в подвальные помещения необходимо произвести ее откачку. Эта работа должна выполняться по указанию и под наблюдением начальника квартирно-эксплуатационной службы.
• для предохранения зданий и сооружений от неравномерных осадок запрещается: устройство в подвалах новых фундаментов под оборудование вблизи существующих без обследования грунтов, а также без разработанного и утвержденного проекта; систематическая откачка воды из подвала и его помещений, если при этом вымываются частицы грунта; выемка грунта в подвале с целью увеличения высоты его помещений без утвержденного проекта.
• при подготовке подвальных помещений к эксплуатации в зимних условиях летом необходимо выполнить следующие работы: сделать плотные притворы входных дверей; исправить существующие или установить новые пружины на дверях; отремонтировать остекление оконных проемов; утеплить водомерный узел и трубопроводы в подвале; устранить все мелкие повреждения стен, пола и потолка.
• в зимнее время необходимо: своевременно очищать от снега входы в подвал; убирать снег от стен зданий и сооружений на расстояние не ближе 2 м; ежемесячно проверять утепление подвала, своевременно устраняя неисправности.
• продухи в цоколях при наличии подполья в зданиях в летнее время должны быть открыты в целях проветривания подполья, а на зимний период во избежание переохлаждения подполья - закрыты деревянными утепленными щитками или заложены кирпичом на глине. Заделку продухов следует выполнять осенью в сухую погоду.

• при появлении трещин в теле фундаментов (в блоках и панелях), а также при раскрытии швов между блоками и панелями необходимо уведомить начальника квартирно-эксплуатационной части (КЭЧ) района. В случае развития деформаций он назначает комиссию для обследования технического состояния фундаментов и установления причин их возникновения.
• обследование состояния грунтов в основании и самого фундамента проводят методом шурфования, причем место отрывки шурфов указывает комиссия. Перед отрывкой шурфов необходимо получить разрешение соответствующих служб, обслуживающих различные инженерные сети.
• после осмотра шурф должен быть немедленно засыпан с тщательным уплотнением грунта с последующим восстановлением отмостки.
• при появлении мелких волосяных трещин в теле фундамента, не имеющих определенного направления и свидетельствующих об усадочных явлениях, следует устранить резкие колебания температуры в подвале. Для этого необходимо следить за исправностью теплоизоляции трубопроводов, оконных и дверных заполнений и люков.
• в целях предохранения фундаментов от химической и электрохимической коррозии нельзя допускать засоление и окисление грунта вокрут здания или сооружения. Для этого запрещается складировать снег, убираемый с тротуаров после его обработки песком, солями, на незащищенных асфальтом участках территории, а также у зеленых насаждений.

Техническая эксплуатация фундаментов и оснований предус­матривает меры по содержанию придомовых территорий. Тер­ритория двора для предохранения фундаментов от увлажнения должна иметь уклон от здания не менее 001 по направлению к во­доотводным лоткам или приемным колодцам ливневой канали­зации, водосточные трубы должны содержаться в постоянной исправности.

Фундаменты и стены подвалов, находящиеся рядом с неисп­равными трубопроводами системы водоснабжения, канализации, теплоснабжения, в местах их пересечения со строительными кон­струкциями должны быть защищены от увлажнения.

Проводить земляные работы вблизи здания разрешается при наличие проектов, предусматривающих защиту оснований и фундаментов от увлажнения и деформаций, вызванных изме­нением или перераспределением нагрузок.

При появлении в стенах трещин из-за осадки грунта необхо­димо поставить маяки и наблюдать за ними 15-20 дней.

Если на протяжении срока наблюдения на маяке не появится трещина, значит, образование их и неравномерная осадка прекра­тились. Разрушение маяков означает продолжение осадки грун­та, поэтому необходимо провести более тщательное изучение де­формации и трещину заделать только после устранения причин, вызвавших ее.

Источниками увлажнения подвала может служить влага, по­ступающая через приямки. Стены приямков должны возвышаться над тротуаром на 10-15 см, поверхности стен и пола приямков должны быть без трещин, пол приямков иметь уклон от здания с устройством для отвода воды из приямка. Трещины и щели в мес­тах примыкания элементов приямков к стенам подвала залива­ют битумом или заделывают асфальтом.

При наличии неорганизованного водоотвода нужно защищать приямки от попадания атмосферных осадков.

Подвалы и технические подполья должны иметь температурно-влажностный режим согласно установленным требованиям. В неотапливаемых подвалах и технических подпольях должен соблюдаться температурно-влажностный режим, при котором поддерживаются температура воздуха не ниже 5°С и относитель­ная влажность не более 60%. В отапливаемых подвалах температурно-влажностный режим, препятствующий выпадению конден­сата на поверхности ограждающих конструкций, устанавливает­ся в зависимости от характера использования помещения.

Помещения подвалов и подпольев необходимо регулярно проветривать с помощью вытяжных каналов вентиляционных отверстий в окнах, цоколе или других устройств при обеспечении не менее чем однократного воздухообмена.

При выпадении на поверхности конструкции конденсата или появлении плесени необходимо устранить источники увлажнения воздуха и обеспечить интенсивное проветривание подвала или технического подполья через окна и двери, устанавливая в них I дверные полотна и оконные переплеты с решетками и жалюзи.

В подвалах и подпольях с глухими стенами при необходимости, следует пробить в цоколе не менее двух вентиляционных отверстий в каждой секции здания, расположив их в противополож­ных стенах и оборудовав жалюзийными решетками и вытяжны­ми вентиляторами.

В зданиях с теплыми полами на первом этаже продухи в цо­коле держат открытыми. В зданиях с холодными полами с наступ­лением холодов продухи закрывают.

Площадь продухов должна составлять примерно 1/400 площади подвала или технического подполья.

С целью предохранения конструкций от появления конденса­та и плесени необходимо организовывать регулярное сквозное проветривание, открывая все продухи, люки, двери. Проветрива­ние подполья следует проводить в сухие и не морозные дни.

Не допускается устраивать в подвальных помещениях склады горючих и взрывоопасных материалов, размещать другие хозяй­ственные склады, если вход в эти помещения осуществляется из общих лестничных клеток. На все проемы, каналы, отверстия технического подполья должны устанавливаться защитные сетки от грызунов.

При наступлении оттепелей необходимо регулярно убирать снег от стен здания на всю ширину отмостки или тротуара, при­нимать меры к ускорению таяния снега путем рыхления, разбра­сывания и скалывания льда, водосточные лотки и приемные люки для стока воды периодически очищать. Опасность для оснований представляют растения, поэтому их сажают не ближе 5 м от стен здания.

Прочность и устойчивость здания в значительной степени, зависят от несущей способности основания и фундамента.

Толщина грунта, расположенного под фундаментом и воспринимающая через него нагрузку от здания, называется основанием. Грунты оснований под действием нагрузки от здания, сооружения деформируются; если при этом не происходит коренного изменения структуры грунта, то такая деформация называется осадкой. В отличие от осадки, просадкой называют деформации основания, связанные с коренными изменениями: выпиранием грунта из-под подошвы фундамента, оседанием отдельных пластов и т. п. Равномерная и незначительная осадка не нарушает прочности и устойчивости зданий. Неравномерная осадка и просадка грунтов оснований могут привести к значительным деформациям здания. Грунты, используемые в качестве оснований, подразделяются на скальные, крупнообломочные, песчаные и глинистые.

Скальные и крупнообломочные грунты, практически не сжимаемые под нагрузкой, не подвержены размыванию и являются надежным основанием. Несущая способность песчаных оснований зависит от крупности песка и его влажности.

Глинистые грунты в сухом состоянии являются хорошим основанием, но при увлажнении они теряют свои свойства: в пластичном и разжиженном состоянии несущая способность глин значительно снижается. Глинистые грунты, обладающие в естественном состоянии видимыми невооруженным глазом порами, размеры которых значительно превосходят размеры частиц, составляющих скелет грунта, при увлажнении теряют свою связность. В таких грунтах образуются просадки, поэтому необходимо принимать меры для предохранения таких оснований от увлажнения.

Необходимо учитывать, что даже весьма значительные осадки, если они равномерны по периметру здания, безболезненно воспринимаются зданиями и сооружениями. Известны случаи, когда равномерные осадки измеряемые десятками сантиметров, не вызывали серьезных деформаций и не препятствовали нормальной эксплуатации зданий. Как уже отмечалось, более опасными являются неравномерные осадки. По чувствительности к неравномерным осадкам здания и сооружения подразделяются на малочувствительные и чувствительные.

Малочувствительными являются сооружения, которые проседают как одно пространственное целое равномерно или с креном, а также здания, элементы которых шарнирно связаны между собой.

Чувствительными к неравномерным осадкам называют конструкции, состоящие из жестко связанных между собой элементов, взаимное смещение которых может вызвать в несущих конструкциях здания значительные деформации или местные повреждения. К таким конструкциям относятся крупнопанельные здания с несущими поперечными стенами, рамы с жесткими узлами и др.

Предельные разности осадок оснований фундаментов колонн или стен гражданских зданий не должны превышать (L - расстояние между точками, по которым проверяют разность просадок оснований).

В зависимости от характера развития неравномерных осадок основания и жесткости сооружения различают пять форм деформаций: крен, прогиб, выгиб (перегиб), перекос, кручение.

Рис. 21.1.

Рис. 21.2. Относительный прогиб или выгиб сооружения

Рис. 21.3. Крен сооружения

Рис. 21.4. Перекос сооружения

Рис. 21.5.

Крен - поворот относительно горизонтальной оси (рис. 21.3). Наибольшую опасность крен представляет для узких зданий повышенной этажности.

Прогиб и выгиб (рис. 21.1) связаны с искривлением сооружения.

Перекос возникает в конструкциях, когда резкая неравномерность осадок развивается на коротком участке здания (рис. 21.4).

Кручение сооружения наблюдается при неодинаковом крене по длине сооружения, при котором в двух сечениях здания он развивается в разные стороны (рис. 21.5).

Предельное значение крена, установленное нормами, не должно превышать 0,004 высоты здания. Прогибы зданий ограничиваются предельными значениями, не превышающими для крупнопанельных зданий - , а для кирпичных и крупноблочных - (L - длина изгибаемого участка). В общем случае осадка каждого фундамента может рассматриваться как сумма четырех слагаемых осадок, каждое из которых может принимать различные значения, в том числе может быть равно нулю:

где - осадка в результате уменьшения пористости грунтов под воздействием нагрузки от фундамента или уплотнение, вызванные работой соседних зданий и сооружений;

Осадка фундамента в связи с разуплотнением верхних слоев грунта;

Осадка вследствие выдавливания грунта из-под подошвы фундамента;

Осадка при нарушении структуры грунта.

Разнообразие причин развития неравномерных осадок уплотнения (различные инженерно-геологические условия, неравномерная загрузка частей сооружения или изменение нагрузок, сооружение зданий в непосредственной близости от существующих и др.) требует внимательного изучения состояния здания в период эксплуатации, а также строгого выполнения проектных условий работы оснований.

Осадки разуплотнения развиваются под действием веса сооружения, когда он меньше массы вынутого грунта.

Осадки выпирания связаны с развитием пластических деформаций грунта основания. Причины развития неравномерных выпираний те же, что и при развитии неравномерных осадок уплотнения. От воздействия различных факторов могут развиваться осадки, вызванные изменением структуры грунтов.

Структура грунтов может нарушиться вследствие метеорологических воздействий, воздействий грунтовых вод и газа, динамических воздействий. К метеорологическим воздействиям относятся промерзание и оттаивание, набухание и размягчение, высыхание грунтов. Очевидно, что все перечисленные факторы могут происходить при нарушении проектных условий во время эксплуатации.

При нарушении структуры основания и потере в связи с этим несущей способности применяют различные методы искусственного его укрепления.

Уплотнение основания песчаными и грунтовыми сваями. Для этого в грунте делают скважины либо при помощи стальной трубы (сердечника) с башмаком большего диаметра для облегчения извлечения трубы, либо путем пробивки скважины-шпура буровой штангой диаметром 42...48 мм с наконечником диаметром 60...80 мм. Уплотнение грунта производится силой взрыва взрывчатых веществ, закладываемых в образованные бурением скважины. Скважины заполняют уплотненным грунтом или песком. Объемная масса скелета грунта достигает значения, при котором основание становится непросадочным (1,55...1,65 т/м 3).

Силикатизация грунтов применяется для закрепления сухих и водонасыщенных песков, просадочных макропористых и насыпных грунтов. Сущность метода заключается в том, что в пески и лессы нагнетают водный раствор силиката натрия, который цементирует грунт и значительно повышает его прочность. Сухие и водонасыщенные пески с коэффициентами фильтрации от 2 до 80 м/сут закрепляют путем введения поочередно жидкого стекла (силиката натрия) Na 2 O-n SiO 2 и хлористого кальция CaCl 2 , который является катализатором. Растворы взаимодействуют следующим образом:

Na 2 O-n SiO 2 +СаСl 2 + m Н 2 О = n SiO 2 (m - 1) Н 2 О + Ca(OH) 2 + 2NaCl.

При этом образуется нерастворимый в воде гель кремниевой кислоты, который цементирует частицы песка. Грунты, пропитанные нефтепродуктами, смолами при наличии грунтовых вод, имеющих р>9, силикатизации не поддаются.

Пески с коэффициентом фильтрации от 0,5 до 5 м/сут (плывуны) закрепляют одним раствором, состоящим из жидкого стекла и фосфорной кислоты Н 3 РО 4 или из серной кислоты и сернокислого алюминия (в качестве более дешевого заменителя). Для закрепления лессов и лессовидных суглинков, макропористых просадочных грунтов выше уровня грунтовых вод с коэффициентом фильтрации 0,1...2 м/сут применяют однорастворный метод силикатизации жидким стеклом плотности 1,13 г/см 3 , которое, соединяясь с сернокислым калием, содержащимся в лессах и лессовидных суглинках (вместо хлористого кальция), образует нерастворимый гель и цементирует частицы грунта.

Силикатизация производится следующим образом: в грунт на глубину до 15 м погружают перфорированные трубы диаметром 19...38 мм, по которым нагнетают растворы под давлением 15-105 Па. При двухрастворном способе силикатизации инъекторы (перфорированные трубы) погружают попарно на расстоянии 15...20 см один от другого. Оба раствора можно нагнетать по одной трубе поочередно.

Закрепленные жидким стеклом мелкие пески с коэффициентом фильтрации 2...80 м/сут обладают прочностью 1,5...3,5 МПа, прочность плывунов, лессовых и просадочных суглинков доходит до 1 МПа, при этом просадочные свойства исчезают.

Иногда для закрепления грунтов применяют электроосмос - явление передвижения воды под действием электрического тока. При таком движении вода захватывает с собой частицы грунта. Если процесс электроосмоса протекает длительное время и при этом вода, собирающаяся у катодов, откачивается, то грунт будет обезвоживаться и уплотняться.

В глинистых грунтах повышение эффекта откачки воды создается путем сочетания работы иглофильтров с электроосушением.

Метод электроосмоса может применяться также в сочетании с химическим методом. Длительная работа электродов под действием постоянного тока приводит к их разрушению, при этом продукты разрушения электродов, соединяясь с частицами глинистого грунта, увеличивают его прочность. Иногда через трубу (анод) в грунт подают водные растворы солей многовалентных металлов, которые, соединяясь с глинистым грунтом, коагулируют глинистые частицы, цементируют их между собой гелями солей железа и алюминия.

Способ цементации грунтов заключается в нагнетании в грунт под давлением 0,3... 0,6 МПа цементного раствора, который, затвердевая в порах грунта, связывает между собой его частицы, увеличивает прочность грунта и уменьшает фильтрацию воды. Цементацию можно применять для грунтов с крупными порами, так как частицы цемента могут проникать в щели размером не менее 0,1 мм. К таким грунтам относятся песчаногравийные, галечниковые и гравийные отложения, а также крупнообломочные грунты сухие и в водонасыщенном состоянии с коэффициентами фильтрации 80...200 м/сут.

Для увеличения водонепроницаемости и уменьшения фильтрации применяют также битумизацию грунтов. Разогретый битум нагнетают через инъекторы в поры грунта под давлением до 25-105 Па.

Для получения особо высоких прочностных показателей песчаных грунтов (1...3 МПа) используют карбамидные смолы. Закрепление песчаных грунтов карбамидными смолами производится так же, как закрепление грунтов методом силикатизации. Однако следует иметь в виду, что закрепление грунтов смолами очень дорогой способ и его можно применять в исключительных случаях.

Имеются и другие способы укрепления грунтов, но все они связаны с дополнительными затратами. Поэтому при технической эксплуатации зданий необходимо принимать меры, исключающие увлажнение грунтов или расстройство их структуры по другим причинам (авария инженерных коммуникаций, неграмотная организация земляных работ при возведении зданий рядом с существующими, нарушение правил эксплуатации зданий, вызывающее структурное расстройство грунтов, и т. д.).

Фундаменты относятся к основным конструктивным элементам сооружений, воспринимающих нагрузку от надземных частей и передающих ее основанию. Для прочности и устойчивости здания необходимо, чтобы фундаменты удовлетворяли следующим требованиям:

• - площадь подошвы фундамента принималась из расчета допустимого напряжения на грунт основания, при этом нагрузка на единицу площади поверхности основания была бы одинаковой для однородных грунтов;
• - фундаменты обладали требуемой жесткостью и массивностью;
• - конструкция фундаментов передавала вертикальные нагрузки основанию;
• - глубина заложения фундаментов исключала промерзание грунтов ниже отметки их заложения, не прокладывались какие-либо инженерные коммуникации ниже заложения фундаментов;
• - фундаменты устраивают из бетона, железобетона, бутобетона, кирпичной или бутовой кладки. Материал фундаментов выбирают в зависимости от группы капитальности здания, его назначения, а также с учетом географических, геологических и гидрогеологических условий.

По способу возведения фундаменты подразделяются на монолитные и сборные. При заложении ниже 1,5 м фундаменты можно выполнять одиночными с рандбалками, несущими нагрузку от вышележащих стен.

Ленточные фундаменты равномерно распределяют одинаковую нагрузку на однородные основания. При различных нагрузках в здании делают местные уширения фундаментов, а также выполняют осадочные швы на расстоянии около 70 м друг от друга, в просадочных грунтах эти расстояния уменьшаются. Ленточные фундаменты при незначительных нагрузках можно устраивать под столбы и колонны.

В конструкциях крупнопанельных жилых домов в связи с большой жесткостью при неравномерных деформациях основания возникают значительные дополнительные усилия. Поэтому фундаменты этих зданий должны исключать значительные или неравномерные осадки. Предельные допустимые деформации оснований для этих зданий примерно в 1,5 раза меньше, чем для кирпичных.

При эксплуатации зданий необходимо иметь в виду, что наличие подвалов в здании определяет глубину заложения фундаментов той части здания, где эти подвалы находятся.

При приемке зданий надо обращать внимание на качество гидроизоляции фундаментов и подвальных частей здания.

Ремонт и усиление фундаментов сопровождается, как правило, земляными работами по вскрытию фундаментов. При этом должны приниматься меры по предотвращению переувлажнения грунтов и нарушения их структуры. Отрываемые траншеи должны иметь глубину, не достигающую подошвы фундамента на 50 см. Затем (в соответствии с проектом) углубляют траншею отдельными колодцами, расположенными на расстоянии 2... 2,5 м друг от друга и имеющими по длине вдоль фундамента 1,5 м, после чего усиляют фундамент. После окончания работ на усиляемом участке тщательно послойно засыпают место работ песком и плотно утрамбовывают.

Прочность фундаментов можно восстановить методом цементации, для чего в поры фундаментов нагнетают цементный раствор. Работы должны производиться по проекту с определением числа просверливаемых отверстий в фундаменте для инъекторов, нагнетаемого раствора и других параметров.

Основной причиной физического износа и снижения несущей способности фундаментов (как и оснований) является воздействие на них грунтовых и поверхностных вод. Поэтому важное значение в технической эксплуатации здания имеют отвод поверхностных вод и понижение уровня грунтовых вод.

При увлажнении материала фундаментов влага по капиллярам будет подниматься вверх. При этом влажность в разных сечениях будет различной, так как высота подъема влаги будет зависеть от размеров сечения капилляров: чем меньше сечение, тем больше высота подъема влаги.

Попеременное увлажнение и высыхание материала, как при положительных, так и при отрицательных температурах, вызывает дополнительные напряжения, которые в ряде случаев могут оказаться разрушающими. Наибольших значений эти напряжения достигают в поверхностных слоях материала, что приводит к постепенному разрушению этих слоев. Попеременное увлажнение и высыхание может быть также причиной частичной потери прочности материала. Трещины, являющиеся результатом снижения прочности материала, во многих случаях увеличивают влаго- и воздухопроницаемость материала, что еще больше ускоряет процесс разрушения.

Источником увлажнения может быть грунтовая влага или метеорологическая влага. Грунтовую влагу могут создавать все источники грунтовых вод. Грунтовая влага, проникая в материал фундаментов, может подниматься вверх по стене на высоту более 2,5 м от уровня земли. Наиболее энергично всасывают грунтовую влагу фундаменты и стены подвалов, сложенные на известковом растворе из различных мелкозернистых материалов - кирпича, песчаника и т. п.

В грунтовых водах могут также содержаться органическая, азотная и другие кислоты, которые, соединяясь с основными окислами в каменных породах материала фундамента, образуют растворимые соли. Степень агрессивности этих соединений зависит от растворимости их в воде: чем больше растворимость соли в воде, тем разрушительнее соль действует на материал фундамента.

Источником метеорологической влаги являются атмосферные осадки. При сильном ливне за 1 мин по фасадной поверхности стены шириной 1 м и высотой в один этаж стекает до 12 л воды. При неисправной или неправильно выполненной отмостке эта влага проникает в тело фундамента. Кроме того, проникновению атмосферной влаги может способствовать неисправность водоотводящих устройств.

Первой мерой защиты фундаментов и оснований от увлажнения является наличие вокруг здания технически исправных отмосток и лотков. Отмостки должны иметь ширину не менее 0,7 м с уклоном 0,02...0,05. Тротуары должны быть покрыты асфальтом или бетоном. При водопроницаемых грунтах подготовка под тротуары выполняется по слою жирной глины.

При расположении грунтовых вод выше отметки пола подвала для понижения этого уровня устраивают дренажи. Дренажная система состоит из закрытых каналов, проложенных ниже необходимой отметки понижения грунтовых вод на 0,3...0,5 м. Каналы прокладывают с продольным уклоном 0,001...0,01 к сборному каналу, который отводит всю воду в водостоки. Сечение каналов, конструкция дренажей и глубина их заложения определяются проектом.

Горизонтальная противокапиллярная гидроизоляция должна пересекать стену и внутреннюю штукатурку на одном уровне с подготовкой под пол первого этажа, но не менее чем на 15 см выше отмостки. Если подготовка под пол по обе стороны стены находится на разных уровнях, то гидроизоляцию устраивают на уровне пониженной подготовки.

Цоколи зданий с облицовками находятся в особо неблагоприятных условиях, поэтому кладка цоколя выполняется на цементном растворе не ниже марки 50, с внутренней стороны поверхность кладки изолируют битумом.

Наиболее тщательно должна выполняться гидроизоляция подвальных помещений панельных зданий. Наружную поверхность стеновой панели крупнопанельного здания с техническим подпольем, обсыпаемую грунтом, обмазывают два раза горячим битумом. Горизонтальную гидроизоляцию из двух слоев гидроизола укладывают между блоком фундамента и нижней гранью панели. Для изоляции от грунтовой влаги внутренней поверхности нижнего края панели по площади ее соприкосновения с грунтом пола горизонтальный слой загибается на внутреннюю поверхность панели. При выборе типа гидроизоляции следует учитывать возможность деформаций в фундаментах зданий, а также вес вышележащих стен. Применяемый иногда в качестве гидроизоляции слой цементного раствора не может служить надежной защитой вследствие его хрупкости.

При наличии подвалов всегда необходимо устраивать горизонтальную и вертикальную гидроизоляцию. Здания, возведенные на глинистых грунтах, должны иметь гидроизоляцию с устройством замков в местах сопряжения изоляции пола с изоляцией стен.

При наличии грунтовых вод выше уровня пола подвала и расчетном напоре до 0,8 м поверх гидроизоляции пола следует укладывать дополнительную нагрузку в виде слоя тощего бетона с наибольшей объемной массой.

Давление воды с расчетным напором 0,8 м и более воспринимается специально устраиваемой железобетонной плитой.

При сильноагрессивных водах, разрушающих даже специальные цементы, необходимо применять сплошную гидроизоляцию в виде оболочки из битумных материалов.

Техническая эксплуатация фундаментов и оснований предусматривает правильное содержание придомовых территорий. При этом территория двора должна иметь уклон от здания не менее 0,01 по направлению к водоотводным лоткам или водоприемникам ливневой канализации. Отмостки и тротуары вокруг зданий должны быть в исправном состоянии. Иногда происходит осадка засыпного грунта и между отмосткой и кладкой фундамента, образуются щели. Такие щели следует заливать битумом или асфальтом. Фундаменты и стены подвалов, находящиеся рядом с неисправными трубопроводами водопровода, канализации и теплофикации в местах их пересечения со строительными конструкциями, должны быть защищены от увлажнения.

Производить земляные работы вблизи существующих зданий разрешается только при наличии проектов, предусматривающих защиту оснований и фундаментов от увлажнения, а также от деформаций, вызванных изменением или перераспределением нагрузок.

При появлении в стенах трещин из-за осадки грунта надо поставить маяки и вызвать специализированную службу для инженерных исследований причин деформаций.

Необходимо следить за исправным состоянием приямков, стенки которых должны быть на один-два ряда кирпичной кладки выше уровня тротуара или отмостки. Образовавшиеся щели в местах примыкания элементов приямков к стенам подвала заделывают битумом или асфальтом. Имеющуюся вокруг здания дренажную систему регулярно промывают водой. Восстановление фильтрующей способности дренажа обеспечивается проведением планово-предупредительных текущих и капитальных ремонтов.

В подвальных помещениях необходимо поддерживать заданный температурно-влажностный режим. Продухи в цокольной части подвальных стен на весенне-летний период следует открывать полностью для проветривания помещений. Особо тщательно рекомендуется осматривать состояние инженерных систем и коммуникаций, расположенных в подвалах, и принимать меры по своевременному устранению дефектов, чтобы предупредить перерастание их в отказы.

Необходимо ежегодно проверять состояние территорий домовладений, проектные уклоны и застои воды. Все выявленные недостатки устраняются в ходе подготовки к весенне-летней эксплуатации зданий.

Ремонт дренажных систем, а также усиление и переустройство фундаментов, водопонижение или строительство осушающих галерей необходимо производить силами специализированных строительных или ремонтно-строительных организаций по утвержденным проектам.

Лекция 8

Технология ремонта фундаментов зданий и сооружений

1. Организационные мероприятия при усилении фундаментов.

Прежде чем приступить к выполнению работ по ремонту и усилению фундаментов, необходимо установить причину повреждения фундаментов и устранить ее.

Для выявления причин, вызвавших повреждения фундаментов, а также при их реконструкции проводят сбор сведений по истории здания или сооружения, а также выполняют техническое обследование надземной и подземной частей здания и прилегающей территории. Это особенно актуально для зданий старой постройки. Сбор сведений по истории здания дает возможность установить дату постройки; первоначальный вид; изменения, которые происходили в процессе эксплуатации (надстройки, пристройки, перепланировка); аварийные состояния.

При наличии деформаций и трещин в стенах шурфы обязательно выполняют в местах предполагаемых повреждений фундамента. Их отрывают на 0,5 м ниже уровня подошвы фундамента. В плане шурф имеет форму прямоугольника, причем большая его сторона длиной 1,5...3 м примыкает к фундаменту. Прочность фундаментов и стен подвала определяют известными неразрушающими методами, например, акустическим, радиометрическим, механическим и т.п.

Осадку здания контролируют инструментально, а раскрытие трещин - с помощью маяков, устанавливаемых поперек трещин на стене здания (рис. 1). Маяки устраивают в виде мостика длиной 250...300, шириной 50...70 и толщиной 15...20 мм. Место, где устраивают маяк, очищают от штукатурки, краски, облицовки. На каждой трещине устанавливается два маяка: один - в месте наибольшего раскрытия, другой - в ее начале. Если в течение 15...20 дней на маяках не появились трещины, то можно считать, что деформации здания стабилизировались. Маяки делают из гипса, можно из металла или стекла.

2. Характерные виды деформаций фундаментов.

Изучение основных видов повреждений фундаментов позволило выполнить их систематизацию по характеру развития трещин в фундаментах и стенах здания:

1.Осадка средней части здания. Основные причины: слабое основание в средней части здания; просадка просадочных грунтов основания; карстовые пустоты в средней части здания

2. Осадка крайней части здания (левой или правой). Основные причины: слабое основание под крайней частью здания; просадка грунтов от замачивания; карстовые пустоты;отрывка котлована или траншеи рядом со зданием; сдвиг рядом расположенной подпорной стенки; затопление подвала

3. Осадка обеих крайних частей здания. Основные причины: аналогичные причины, указанные в предыдущем пункте, но действующие в обеих частях здания; размещение под средней частью крупного включения (валуна, старого фундамента и т.п.)

4. Выпучивание и искривление стен в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Основные причины: распор стропильной системы;горизонтальные усилия от растяжек, прикрепленных к зданию; эксцентричная передача нагрузки от перекрытий; динамические нагрузки от оборудования, расположенного в здании; сейсмические подвижки

3. Подготовительные работы при усилении фундаментов

До начала работ по ремонту и усилению фундаментов должны быть исключены причины, вызывающие его неравномерную осадку или разрушение. Если деформации фундамента вызвали соответствующие деформации стен и перекрытий, то работы выполняют в следующей последовательности: укрепление (вывешивание) перекрытий; укрепление стен в местах деформаций; ремонт и усиление фундаментов; ремонт стен; ремонт перекрытий.

К основным работам по ремонту и усилению фундаментов относятся: усиление оснований и фундаментов; уширение подошвы фундаментов; увеличение глубины заложения; полная или частичная их замена.

Разгрузка фундаментов.

Перед началом работ необходимо принять меры по обеспечению устойчивости здания и предохранению конструкций от возможных деформаций, т.е. выполнить частичную или полную разгрузку фундаментов.

Частичную разгрузку выполняют путем установки временных деревянных опор, а также деревянных и металлических подкосов.

Для установки временных деревянных опор (рис. 2) в подвале или на первом этаже на расстоянии 1,5...2 м от стены укладывают опорные подушки, на них размещают опорный брус, на который устанавливают деревянные стойки. По верху стоек укладывают верхний прогон, который крепится к стойкам с помощью скоб. Затем между стойками и нижним опорным брусом забивают клинья, включая тем самым стойки в работу, и нагрузка от перекрытия частично снимается со стен и передается на временные опоры. Опоры на этажах должны устанавливаться строго одна над другой. Для увеличения устойчивости конструкции стойки раскрепляют раскосами.

Полную разгрузку фундаментов осуществляют с помощью металлических балок (рандбалок), заделываемых в кладку стены, а также поперечных металлических или железобетонных балок. Рандбалки (рис. 3, а) устанавливают выше обреза фундамента в заранее пробитые с обеих сторон стены штрабы на постель из цементно-песчаного раствора. Штрабы необходимо пробивать под тычковым рядом кирпичной кладки. Временное закрепление рандбалки в штрабе выполняют клиньями. В поперечном направлении через 1,5...2 м балки стягивают болтами диаметром 20...25 мм. Пространство между временно закрепленной балкой и стеной заполняют цементно-песчаным раствором состава 1:3. Стыки рандбалок по фронту соединяют накладками на электросварке. В этом случае нагрузка передается на соседние участки фундамента.