Методы усиления оснований и укрепления фундаментов, изменение условий передачи нагрузки, повышение прочности материала фундамента и грунтов в основании

Причины, вызывающие необходимость реконструкции фундаментов и усиления оснований. Обследование оснований и фундаментов зданий, сооружений. Особенности инженерно-геологических изысканий при реконструкции зданий и их оснований.

Основными причинами деформации фундаментов и оснований, вызывающими необходимость их усиления и реконструкции, являются:

-увеличение нагрузок на фундаменты - вызывается необходимостью установки нового оборудования (как правило, более мощного и с большим весом), надстройкой существующих жилых зданий и их сооружений при реконструкции, капитальном ремонте и т. д. Зачастую бывает сложно отобрать монолиты из-под фундамента или испытать грунт на месте. Следует иметь в виду, что, по опытным данным, расчетное сопротивление грунтов, уплотненных действием нагрузки от существующего здания, можно увеличить до 40% при удовлетворительном состоянии самого здания. При этом осадки не должны превосходить 30…40% предельных значений;

-недостаточная прочность материала фундаментов - может быть обусловлена неудовлетворительным качеством строительно-монтажных работ (дефекты бетонирования, замораживание), действием агрессивных грунтовых вод, особенно при наличии блуждающих токов;

-ухудшение условий устойчивости оснований и увеличение их деформативности вследствие изменения уровня грунтовых вод, замачивания основания атмосферными и производственными водами, пучение грунтов при промерзании и т. д.;

-развитие недопустимых деформаций вследствие строительства или реконструкции новых жилых зданий или сооружений рядом с существующими, ошибок проектировщиков, некачественной оценки инженерно-геологических условий строительной площадки и др.

 

2)В зависимости от технического состояния грунтового основания и фундаментов программа детального обследования может включать:

§ исследование гидрогеологической обстановки в районе расположения здания или сооружения и анализ грунтовых вод;

§ определение физико-механических свойств грунтов основания в лабораторных или полевых условиях;

§ фиксацию фактических размеров фундаментов в плане, по высоте и в расчетных сечениях;

§ уточнение расчетной схемы фундаментов и действующих нагрузок;

§ инструментально-визуальное выявление осадок фундаментов и просадок грунтов основания, сколов защитного слоя, повреждений антикоррозионной защиты и гидроизоляции, трещин, высолов и ржавчины на поверхности фундаментов;

§ лабораторное изучение состава новообразований в бетоне и арматуре при взаимодействии с агрессивной средой;

§ обследование обнаженной арматуры;

§ определение прочностных свойств материала фундамента;

§ исследование параметров колебаний грунтового основания, фундаментов и пола;

§ выполнение поверочных расчетов несущей способности оснований и фундаментов.

Состав работ по обследованию оснований и фундаментов в зависимости от цели обследования следует принимать по таблице, представленной ниже.

Цель обследования здания (сооружения)	Выполняемые работы
Определение конструктивных особенностей и оценка технического состояния фундаментов при капитальном ремонте здания без смены перекрытий и без увеличения нагрузки нагрузок на основание	Проходка контрольных шурфов. Обследование фундаментов и освидетельствование оснований, определение геометрических характеристик и типа фундамента, а также, при согласовании с Заказчиком, отбор проб грунта для проведения лабораторных испытаний и возможности дальнейшего проведения поверочных расчетов (при необходимости) грунтов оснований. Определение уровня грунтовых вод.
Надстройка, реконструкция или капитальный ремонт с заменой или усилением отдельных конструкций и увеличением нагрузки на основание. Деформации наружных конструкций. Возведение зданий вблизи существующих. Углубление подвала.	Детальное обследование фундаментов в открытых шурфах - определение геометрических характеристик и типа фундаментов. Исследование грунтов оснований, отобранных из-под подошвы фундаментов при проходке шурфов или проведение инженерно-геологических изысканий на объекте обследования. Лабораторное исследование грунтов. Определение прочности материала фундаментов методами неразрушающего контроля или проведение лабораторных испытаний отобранных образцов. Проведение поверочных расчетов.
Определение причин появления воды и увлажнения стен подвале. Определение причин образования трещин и других дефектов в несущих конструкциях.	Проходка шурфов. Исследование грунтов участка бурением скважин. Проверка соблюдения инженерно-мелиоративных мероприятий, направленных на осушение грунтов и снижение влажности грунтов в основании фундаментов. Проверка наличия и состояния гидроизоляции. Наблюдение за уровнем подземных вод.

Выявление повреждений и дефектов фундаментов (осадки, сколы и отслоения защитного слоя, состояние гидроизоляции и антикоррозионной защиты, коррозия и прочность материала фундаментов) производят зондированием грунтового основания с проходкой шурфов для обнажения поверхности фундаментов.
Шурфы отрывают на глубину до 0,5 м ниже подошвы фундаментов, при этом длину обнаженного участка по низу рекомендуется принимать не менее 1,0 м и не более 2,0 м, а ширину - не менее 0,6 м. Более подробно о проходке шурфов можно прочитать здесь.
Если ниже подошвы фундаментов обнаружены насыпные, заторфованные, рыхлые песчаные, пылевато-глинистые грунты текучей и текучепластичной консистенции или другие слабые грунты, в шурфах должны быть заложены разведочные скважины.

После обнажения поверхности фундамента следует установить:

§ тип фундамента, его форму и размеры в плане и по высоте, глубину заложения;

§ наличие ранее выполненного усиления, подводки и пропуска коммуникаций и других устройств, не предусмотренных проектом;

§ наличие свайных ростверков, лежней или искусственного основания;

§ наличие и состояние гидроизоляции и антикоррозионной защиты;

§ размеры поперечного сечения или диаметр, шаг и количество свай на 1 метр длины фундамента;

§ степень повреждения свай;

§ материал фундаментов и его физико-механические свойства;

§ повреждения и дефекты фундаментов.

 

В зависимости от целей обследования оснований и фундаментов количество необходимых шурфов рекомендуется принимать по следующей таблице:

Цель обследования здания (сооружения)	Количество шурфов
Реконструкция или капитальный ремонт без увеличения нагрузок. Наличие деформаций в наземных конструкциях.	2-3 в здании. Обязательно в местах деформации наземных конструкций.
Реконструкция или капитальный ремонт с увеличением нагрузок.	У каждого вида конструкций в наиболее нагруженном месте.
Устранение проникания воды в подвал или увлажнения стен в подвале и на первом этаже.	По одному в каждом обводненном или сыром отсеке.
Углубление подвала.	По одному у каждой стены углубляемого подвала.

Количество шурфов в зависимости от размеров зданий и сооружений рекомендуем определять по следующей таблице:

Число секций здания (сооружения)	Количество шурфов
3-4
5 и более	9-12

Физико-механические характеристики грунтов оснований определяют в лабораторных или полевых условиях следующими методами:

§ статическим зондированием;

§ динамическим зондированием;

§ зондированием с использованием крыльчаток для испытания грунта на вращательный срез;

§ винтовыми штампами;

§ радиальными или лопастными прессиометрами.

Для определения прочности бетона и камня в фундаментах по механическим характеристикам его поверхностного слоя используют многочисленные приборы неразрушающего контроля. Для более точного измерения прочности массивы фундаментов и обнаружения скрытых дефектов используют акустический, радиометрический, магнитометрический методы.
В ленточных фундаментах допускается отбор проб бетона, камня и раствора из массива фундаментов. Число отбираемых из разных участков проб должно составлять не менее:

§ пяти кернов диаметром 100 мм и длиной 120 мм;

§ десяти кирпичей;

§ пяти бутовых камней размером 50х100х200 мм;

§ пяти образцов раствор для склеивания из них кубиков размером 40х40х40 мм;

Допускается выбуривать керны диаметром 70 мм, а также применять склеенные кубики раствора с ребром 20 мм.
Пробы бетонных образцов свайных фундаментов, возведенных на вечномерзлых грунтах, следует отбирать на глубине 5, 20, 50 и 80 см ниже поверхности грунта и в подполье на высоте 30 см от поверхности грунта.
Образцы древесины свай для определения влажности и микрологического обследования надлежит отбирать ниже поверхности земли на глубине 20 см, у поверхности земли на глубине 0-10 см и выше уровня земли на 20-50 см.

Исследования новообразований в поверхностном слое бетонных и железобетонных фундаментов (биологические, сульфатизация, карбонизация, выщелачивание) проводятся в лабораторных условиях на образцах, отобранных из массива фундаментов.

Инженерные изыскания для проектирования новых или реконструируемых зданий рядом с существующими должны обеспечить получение данных об инженерно-геологических условиях площадки строительства и прогнозируемых изменениях условий, в т.ч. гидрогеологических, влияющих на осадки существующих зданий. Они должны являться базой для разработки мероприятий по уменьшению этого негативного влияния с целью учета при проектировании, в случае необходимости, усиления оснований, фундаментов и конструкций существующих зданий, а также для обеспечения полноты обследования зданий и проведения мониторинга.

Техническое задание на изыскания необходимо составлять после осмотра представителем проектной организации существующих зданий, расположенных рядом с новым (реконструируемым), с целью визуальной оценки состояния несущих конструкций зданий (как снаружи, так и внутри) и уточнения требований к изысканиям.

Сбор и анализ архивных материалов изысканий Мосгоргеотреста и других специализированных организаций должен выполняться не только для площадки строительства (реконструкции) здания, но и для находящихся рядом существующих. Необходимы также сведения по планировке, инженерной подготовке и благоустройству площадки, документы по производству земляных работ. В условиях существующей застройки особое внимание должно быть обращено на выявление подземных сооружений и инженерных сетей (коллекторов, коммуникаций и т.п.), наличие погребенных фундаментов и др.На основе сопоставления новых материалов изысканий с архивными данными необходимо установить произошедшие за период эксплуатации существующих зданий изменения инженерно-геологических и гидрогеологических условий.Глубина бурения и зондирования должна назначаться не только исходя из вида и глубины заложения фундаментов нового здания, но также с учетом вида и глубины заложения фундаментов, а также состояния существующих зданий. При выборе метода зондирования в условиях плотной жилой застройки предпочтение следует отдавать статическому зондированию и геофизическим методам (георадар).В программе инженерно-геологических гидрогеологических и геоэкологических изысканий на участках с эрозией, оползнями, карстово-суффозионными явлениями и др. и возможностью их развития рекомендуется предусмотреть выполнение специализированными организациями стационарных наблюдений с целью изучения динамики их развития, а также установление площадей их проявления и глубин интенсивного развития, приуроченности к геоморфологическим элементам, формам рельефа и литологическим видам грунтов, а также условий и причин возникновения.

Должны быть выполнены дополнительные исследования грунтов для оценки возможных изменений их состава и свойств вследствие развития неблагоприятных процессов.

Причины, вызывающие необходимость реконструкции фундаментов и усиления оснований. Обследование оснований и фундаментов зданий, сооружений. Особенности инженерно-геологических изысканий при реконструкции зданий и их оснований.

Основными причинами деформации фундаментов и оснований, вызывающими необходимость их усиления и реконструкции, являются:

-увеличение нагрузок на фундаменты - вызывается необходимостью установки нового оборудования (как правило, более мощного и с большим весом), надстройкой существующих жилых зданий и их сооружений при реконструкции, капитальном ремонте и т. д. Зачастую бывает сложно отобрать монолиты из-под фундамента или испытать грунт на месте. Следует иметь в виду, что, по опытным данным, расчетное сопротивление грунтов, уплотненных действием нагрузки от существующего здания, можно увеличить до 40% при удовлетворительном состоянии самого здания. При этом осадки не должны превосходить 30…40% предельных значений;

-недостаточная прочность материала фундаментов - может быть обусловлена неудовлетворительным качеством строительно-монтажных работ (дефекты бетонирования, замораживание), действием агрессивных грунтовых вод, особенно при наличии блуждающих токов;

-ухудшение условий устойчивости оснований и увеличение их деформативности вследствие изменения уровня грунтовых вод, замачивания основания атмосферными и производственными водами, пучение грунтов при промерзании и т. д.;

-развитие недопустимых деформаций вследствие строительства или реконструкции новых жилых зданий или сооружений рядом с существующими, ошибок проектировщиков, некачественной оценки инженерно-геологических условий строительной площадки и др.

 

2)В зависимости от технического состояния грунтового основания и фундаментов программа детального обследования может включать:

§ исследование гидрогеологической обстановки в районе расположения здания или сооружения и анализ грунтовых вод;

§ определение физико-механических свойств грунтов основания в лабораторных или полевых условиях;

§ фиксацию фактических размеров фундаментов в плане, по высоте и в расчетных сечениях;

§ уточнение расчетной схемы фундаментов и действующих нагрузок;

§ инструментально-визуальное выявление осадок фундаментов и просадок грунтов основания, сколов защитного слоя, повреждений антикоррозионной защиты и гидроизоляции, трещин, высолов и ржавчины на поверхности фундаментов;

§ лабораторное изучение состава новообразований в бетоне и арматуре при взаимодействии с агрессивной средой;

§ обследование обнаженной арматуры;

§ определение прочностных свойств материала фундамента;

§ исследование параметров колебаний грунтового основания, фундаментов и пола;

§ выполнение поверочных расчетов несущей способности оснований и фундаментов.

Состав работ по обследованию оснований и фундаментов в зависимости от цели обследования следует принимать по таблице, представленной ниже.

Цель обследования здания (сооружения)	Выполняемые работы
Определение конструктивных особенностей и оценка технического состояния фундаментов при капитальном ремонте здания без смены перекрытий и без увеличения нагрузки нагрузок на основание	Проходка контрольных шурфов. Обследование фундаментов и освидетельствование оснований, определение геометрических характеристик и типа фундамента, а также, при согласовании с Заказчиком, отбор проб грунта для проведения лабораторных испытаний и возможности дальнейшего проведения поверочных расчетов (при необходимости) грунтов оснований. Определение уровня грунтовых вод.
Надстройка, реконструкция или капитальный ремонт с заменой или усилением отдельных конструкций и увеличением нагрузки на основание. Деформации наружных конструкций. Возведение зданий вблизи существующих. Углубление подвала.	Детальное обследование фундаментов в открытых шурфах - определение геометрических характеристик и типа фундаментов. Исследование грунтов оснований, отобранных из-под подошвы фундаментов при проходке шурфов или проведение инженерно-геологических изысканий на объекте обследования. Лабораторное исследование грунтов. Определение прочности материала фундаментов методами неразрушающего контроля или проведение лабораторных испытаний отобранных образцов. Проведение поверочных расчетов.
Определение причин появления воды и увлажнения стен подвале. Определение причин образования трещин и других дефектов в несущих конструкциях.	Проходка шурфов. Исследование грунтов участка бурением скважин. Проверка соблюдения инженерно-мелиоративных мероприятий, направленных на осушение грунтов и снижение влажности грунтов в основании фундаментов. Проверка наличия и состояния гидроизоляции. Наблюдение за уровнем подземных вод.

Выявление повреждений и дефектов фундаментов (осадки, сколы и отслоения защитного слоя, состояние гидроизоляции и антикоррозионной защиты, коррозия и прочность материала фундаментов) производят зондированием грунтового основания с проходкой шурфов для обнажения поверхности фундаментов.
Шурфы отрывают на глубину до 0,5 м ниже подошвы фундаментов, при этом длину обнаженного участка по низу рекомендуется принимать не менее 1,0 м и не более 2,0 м, а ширину - не менее 0,6 м. Более подробно о проходке шурфов можно прочитать здесь.
Если ниже подошвы фундаментов обнаружены насыпные, заторфованные, рыхлые песчаные, пылевато-глинистые грунты текучей и текучепластичной консистенции или другие слабые грунты, в шурфах должны быть заложены разведочные скважины.

После обнажения поверхности фундамента следует установить:

§ тип фундамента, его форму и размеры в плане и по высоте, глубину заложения;

§ наличие ранее выполненного усиления, подводки и пропуска коммуникаций и других устройств, не предусмотренных проектом;

§ наличие свайных ростверков, лежней или искусственного основания;

§ наличие и состояние гидроизоляции и антикоррозионной защиты;

§ размеры поперечного сечения или диаметр, шаг и количество свай на 1 метр длины фундамента;

§ степень повреждения свай;

§ материал фундаментов и его физико-механические свойства;

§ повреждения и дефекты фундаментов.

 

В зависимости от целей обследования оснований и фундаментов количество необходимых шурфов рекомендуется принимать по следующей таблице:

Цель обследования здания (сооружения)	Количество шурфов
Реконструкция или капитальный ремонт без увеличения нагрузок. Наличие деформаций в наземных конструкциях.	2-3 в здании. Обязательно в местах деформации наземных конструкций.
Реконструкция или капитальный ремонт с увеличением нагрузок.	У каждого вида конструкций в наиболее нагруженном месте.
Устранение проникания воды в подвал или увлажнения стен в подвале и на первом этаже.	По одному в каждом обводненном или сыром отсеке.
Углубление подвала.	По одному у каждой стены углубляемого подвала.

Количество шурфов в зависимости от размеров зданий и сооружений рекомендуем определять по следующей таблице:

Число секций здания (сооружения)	Количество шурфов
3-4
5 и более	9-12

Физико-механические характеристики грунтов оснований определяют в лабораторных или полевых условиях следующими методами:

§ статическим зондированием;

§ динамическим зондированием;

§ зондированием с использованием крыльчаток для испытания грунта на вращательный срез;

§ винтовыми штампами;

§ радиальными или лопастными прессиометрами.

Для определения прочности бетона и камня в фундаментах по механическим характеристикам его поверхностного слоя используют многочисленные приборы неразрушающего контроля. Для более точного измерения прочности массивы фундаментов и обнаружения скрытых дефектов используют акустический, радиометрический, магнитометрический методы.
В ленточных фундаментах допускается отбор проб бетона, камня и раствора из массива фундаментов. Число отбираемых из разных участков проб должно составлять не менее:

§ пяти кернов диаметром 100 мм и длиной 120 мм;

§ десяти кирпичей;

§ пяти бутовых камней размером 50х100х200 мм;

§ пяти образцов раствор для склеивания из них кубиков размером 40х40х40 мм;

Допускается выбуривать керны диаметром 70 мм, а также применять склеенные кубики раствора с ребром 20 мм.
Пробы бетонных образцов свайных фундаментов, возведенных на вечномерзлых грунтах, следует отбирать на глубине 5, 20, 50 и 80 см ниже поверхности грунта и в подполье на высоте 30 см от поверхности грунта.
Образцы древесины свай для определения влажности и микрологического обследования надлежит отбирать ниже поверхности земли на глубине 20 см, у поверхности земли на глубине 0-10 см и выше уровня земли на 20-50 см.

Исследования новообразований в поверхностном слое бетонных и железобетонных фундаментов (биологические, сульфатизация, карбонизация, выщелачивание) проводятся в лабораторных условиях на образцах, отобранных из массива фундаментов.

Инженерные изыскания для проектирования новых или реконструируемых зданий рядом с существующими должны обеспечить получение данных об инженерно-геологических условиях площадки строительства и прогнозируемых изменениях условий, в т.ч. гидрогеологических, влияющих на осадки существующих зданий. Они должны являться базой для разработки мероприятий по уменьшению этого негативного влияния с целью учета при проектировании, в случае необходимости, усиления оснований, фундаментов и конструкций существующих зданий, а также для обеспечения полноты обследования зданий и проведения мониторинга.

Техническое задание на изыскания необходимо составлять после осмотра представителем проектной организации существующих зданий, расположенных рядом с новым (реконструируемым), с целью визуальной оценки состояния несущих конструкций зданий (как снаружи, так и внутри) и уточнения требований к изысканиям.

Сбор и анализ архивных материалов изысканий Мосгоргеотреста и других специализированных организаций должен выполняться не только для площадки строительства (реконструкции) здания, но и для находящихся рядом существующих. Необходимы также сведения по планировке, инженерной подготовке и благоустройству площадки, документы по производству земляных работ. В условиях существующей застройки особое внимание должно быть обращено на выявление подземных сооружений и инженерных сетей (коллекторов, коммуникаций и т.п.), наличие погребенных фундаментов и др.На основе сопоставления новых материалов изысканий с архивными данными необходимо установить произошедшие за период эксплуатации существующих зданий изменения инженерно-геологических и гидрогеологических условий.Глубина бурения и зондирования должна назначаться не только исходя из вида и глубины заложения фундаментов нового здания, но также с учетом вида и глубины заложения фундаментов, а также состояния существующих зданий. При выборе метода зондирования в условиях плотной жилой застройки предпочтение следует отдавать статическому зондированию и геофизическим методам (георадар).В программе инженерно-геологических гидрогеологических и геоэкологических изысканий на участках с эрозией, оползнями, карстово-суффозионными явлениями и др. и возможностью их развития рекомендуется предусмотреть выполнение специализированными организациями стационарных наблюдений с целью изучения динамики их развития, а также установление площадей их проявления и глубин интенсивного развития, приуроченности к геоморфологическим элементам, формам рельефа и литологическим видам грунтов, а также условий и причин возникновения.

Должны быть выполнены дополнительные исследования грунтов для оценки возможных изменений их состава и свойств вследствие развития неблагоприятных процессов.

Методы усиления оснований и укрепления фундаментов, изменение условий передачи нагрузки, повышение прочности материала фундамента и грунтов в основании

Методы усиления фундаментов здания (рис. 1) должны быть предложены только после всестороннего технического обследования конструкций всего здания, выявления геологических и гидрогеологических условий площадки, определения причин и формы деформаций, выявления факторов, снижающих способность фундаментов и грунтов основания воспринимать нагрузки. Рассмотрим современные методы усиления основай и их фундаментов.

Традиционные способы усиления фундаментов
Ошибки при возведении фундаментов старых зданий, погрешности в оценке свойств грунтов приводили к необходимости усиления как самих фундаментов, так и грунтов в их основании. Первые рекомендации по усилению фундаментов и восстановлению гидроизоляции, содержатся в Урочных положениях Рошефора (1889). Причем технологии усиления были традиционны и просты по решению, как и сами фундаменты. До середины XX в. изменялись лишь отдельные приемы, использовались новые строительные материалы (металл, бетон, железобетон).

Все традиционные технологии усиления основания и фундаментов сводились, в основном, к увеличению площади опирания существующих фундаментов и, соответственно, уменьшению интенсивности давления на грунты основания. Параллельно разрабатывались технологические приемы, связанные с искусственным улучшением свойств грунтов в основании путем введения различных химических реагентов.