Усиление оснований. Причины, вызывающие необходимость реконструкции фундаментов и усиление оснований.

Здания и сооружения со временем ветшают, получают моральный и физический износ, заменяются новыми. Известно, что в Нью-Йорке, на острове Манхеттен, были построены, а затем снесены и заменены новыми несколько «поколений» небоскребов. При реконструкции центра Парижа, Лондона, Брюсселя, других ста­ринных городов сносились тысячи древних построек. В то же время многие города или отдельные районы городов объявлены ЮНЭСКО «историческими», к примеру Бремен и Любек в Германии, Гент и Брюгге в Бельгии, Дельфт в Нидерландах, многие города Италии, прежде всего Венеция, города «Золотого кольца» в России (Ростов Великий, Переяславль-Залесский, Углич, Суздаль, Владимир). Сотнями лет сохраняются некоторые исторические и архитектурные памятники, такие как собор Св. Софии в Киеве, Успенский собор на территории Московского Кремля, мечети и минареты в Самарканде и Стамбуле, пирамиды в Египте и тысячи других ценнейших строений. Очевидно, что сохранение старинных построек возможно посредством регулярных ремонтов, подновле­ния отдельных элементов конструкций, включая и фундаменты.

В принципе, фундаменты, т. е. конструкции, расположенные в толще грунтов, защищены от прямых атмосферных и иных воздействий внешней среды. Они могут сохраняться веками даже после полного исчезновения надземной части зданий. Однако в определенных условиях фундаменты получают недопустимый износ, а грунты оснований - опасное развитие деформаций. В этих случаях в стенах зданий появляются трещины, постройки могут получать крен (например, Пизанская башня, Исаакиевский собор в Санкт-Петербурге), прогиб, перекос, что может приводить к обрушению здания в целом или его отдельной части. В этих случаях возникает особая проблема -усиления фундаментов и оснований.

Актуальность этой проблемы стала очевидной в последние десятилетия, когда человечество стало бережно относиться к архитектурному наследию, поскольку города стареют, эксплуатируемые здания подвергаются капитальному ремонту и реконструкции. Важное место в этом направлении строительства занимают геотехнические проблемы - технология усиления и реконструкции оснований и фундаментов.

Фундаменты зданий, другие подземные конструкции со временем получают физический износ - результат воздействия на них природных и техногенных факторов). При этом минеральные материалы, из которых изготовлены фундаменты, выветриваются, обводняются и подвергаются выщелачиванию; деревянные элементы (лежни, ростверки, сваи) разлагаются, происходит коррозия металла арматуры, балок, стальных и чугунных свай.

В кладке фундаментов возникают трещины - результат неравномерной деформации грунтов. Недопустимый износ фундаментов может иметь опасное развитие с аварийными последствиями.

Вместе с этим и основания сооружений (т. е. грунты) могут получить деформации (осадки, просадки, провалы). Это приводит к износу сооружений, развитию трещин в стенах, кренов и прогибов, иногда к общей потере устойчивости. Факторы износа фундаментов и развития деформаций оснований бывают техногенными и природными.

К техногенным факторам износа относятся:

неравномерная осадка основании - процесс длительного уплотнения грунтов в результате воздействия нагрузки от массы зданий и сооружений. Как показывают наблюдения, осадки зданий в Санкт-Петербурге и других городах мира развиваются десятками лет. К примеру, гостиница «Россия» в Санкт-Петербурге, законченная строительством в 1961 г, к 1963 г. имела среднюю осадку около 50 см, в последующем развитие осадки продолжалось со скоростью до 0,5 см/год, несущие продольные стены здания получили прогиб, в них развились опасные трещины;

подработка территории, т. е. строительство подземных сооружений закрытым способом (метрополитены, тоннельные канализационные коллекторы). Имеющиеся данные показывают, что в Санкт-Петербурге дворы, улицы, здания и сооружения над перегонными тоннелями метро оседают на 4...6 см, над станциями -на 6... 10 см, под наклонными эскалаторными тоннелями - на 30...40 см и более;

искусственное понижение уровня грунтовых вод, которое происходит при устройстве дренажей, ливневой и общесплавной канализации. При этом увеличивается толщина зоны аэрации, осушаются и загнивают деревянные элементы (лежни, ростверки, сваи), фундаменты получают большую и неравномерную осадку;

повышение уровня грунтовых вод, приводящее к «обводнению» оснований; при этом лессовые грунты получают просадку, доуплотняются рыхлые пески, может развиваться химическая суффозия некоторых минералов (гипс и др.), образование местных провалов в результате обрушения сводов карстовых полостей в известняках;

надстройка здании, которая увеличивает нагрузки на фундаменты, часто превышающие расчетное сопротивление R основания, что приводило к потере устойчивости фундамента или к осадке, возникали повреждения конструкций, повышался общий износ зданий;

механическая суффозия грунта, т. е. вынос тонких фракций грунтов фильтрационным потоком в результате работы дренажей, канализации, а также при откопке траншей, строительных котлованов подземных сооружений;

размыв грунта при прорыве водопровода или труб горячего водоснабжения, который вызывает образование каверн, промоин в грунте в местах ввода коммуникаций в здание, развитие опасных деформаций стен;

воздействие вибрации на основания и конструкции зданий от влияния транспорта, промышленных установок, строительных механизмов. Вибрации приводят к уплотнению песков или разжижению водонасыщенного грунта и потере устойчивости основания;

рост культурного слоя в городах — неуправляемый процесс накопления насыпных грунтов на территории городов и промышленных зон. В Санкт-Петербурге толщина культурного слоя достигает местами 3...6 м. В первые десятилетия существования города власти поощряли меры по подъему территорий, как средство борьбы с наводнениями. В XX в. территория города была расширена за счет подъема намывом прибрежных районов. Образовались свалки городского мусора, отходов промышленности. В результате кирпичная кладка стен, сводов, обладающая капиллярностью, обводнялась, теряла прочность, в зданиях возникала сырость.

К природным факторам износа относятся:

выветривание горных пород основания и материалов фундаментов;

деформации оползневых склонов;

протаивания толщи вечномерзлых грунтов с развитием просадки основания зданий;

землетрясения;

подмыв оснований зданий и сооружений, расположенных по берегам рек, морей, водохранилищ;

ветровая эрозия основания зданий и сооружений.

Обычно техногенные и природные факторы действуют на основания сооружений совместно.

Фундаменты зданий, построенных в XIX в. и ранее, в наше время часто требуют усиления. Фундаменты таких домов были выполнены из местных каменных материалов на известняковом растворе, часто включали деревянные элементы - бревна-лежни, иногда массивная кладка выполнялась поверх забитых в грунт деревянных свай.

Усиление оснований земляных сооружений и фундаментов следует осуществлять в следующих случаях:

а) при повышении эстетических свойств объекта;

б) при изменении функциональных и конструктивных свойств сооружения, а также при необходимости ликвидации недопустимых деформаций и перемещений, при повышении нагрузки на фундаменты и т. п.;

в) при выполнении требований по охране окружающей среды.