CC BY
149
УДК 624.15
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ УСИЛЕНИЯ ОСНОВАНИИ
Ф.И. Братан, Е.А. Данилова, Е.И. Хотулева, Г.Э. Окольникова Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Российский университет дружбы народов» (РУДН)
Аннотация.
Ключевые слова:
В быстроразвивающемся городе имеется колоссальное количество факторов, влияющих на несущую способность грунтов оснований, а также являющихся причиной высокого износа фундаментов существующих зданий. В статье приведены оптимальные методы усиления оснований, требующие наименьших затрат материально-технических и финансовых ресурсов, обеспечивающие возможность проведения работ в условиях плотной городской застройки в эксплуатируемых зданиях, а также, несомненно, обеспечивающий фундаменты здания необходимыми прочностными характеристиками. Данная тема особо актуальна для городов с высокими темпами развития.
Основание, искусственное закрепление грунта, силикатизация, термическое закрепление, механический способ, инъецирование грунта.
История статьи:
Дата поступления в редакцию:
Дата принятия к печати:
02.12.20
05.12.20
Введение. Большинство грунтов оснований под нагрузкой от массы зданий при длительной их эксплуатации уплотняются за счет уменьшения пористости. Это приводит к увеличению несущей способности грунта. В то же время основания эксплуатируемых зданий и сооружений постоянно подвергаются широкому спектру воздействий, что может отрицательно сказаться на их несущей способности и привести к деформации зданий. Таким образом, усиление фундаментов и грунтов является очень важным мероприятием, позволяющим продлить срок службы зданий и сооружений, в процессе эксплуатации которых возникли деформации.
Грунты обладают различными свойствами, которые оказывают значительное влияние на выбор типа фундамента. Важнейшие из них это несущая способность и степень пучинистости.
Для фундамента пучение грозит следующими проблемами:
- если фундамент расположен выше глубины промерзания, то на него действует сила, которая стремиться его поднять. Наибольшая опасность при этом возникает, если грунт неоднородный и на разные части фундамента действуют разные силы. При этом появляется опасность развития вертикальных трещин.
- во всех случаях на фундамент действуют горизонтальные силы сдавливания. При этом ленточный фундамент подвергается опасности быть вдавленным внутрь.
Столбчатый фундамент грунт стремится обхватить и вытолкнуть вверх, даже если подошва столба находится ниже линии промерзания. Таким образом, если фундаментный столб имеет хорошее сцепление с грунтом и слабо нагружен (например, столбы забора или ненагруженный фундамент, оставшийся на зимовку), то грунт выдавливает его на поверхность (за сезон на несколько сантиметров) [2].
По мере заглубления в землю сначала идёт плодородный слой почвы, затем несущий грунт. Фундамент должен опираться именно на него. Выделяют четыре основных класса несущих грунтов:
- скальные;
- дисперсные;
- мёрзлые (содержащие лёд);
- техногенные (насыпные, намывные и т.п.)
Основными признаками, свидетельствующими о «неблагополучном» состоянии грунтового основания, являются:
1. Деформации отдельных строительных конструкций и всего здания в целом (трещины, крены, перекосы и др.), произошедшие в процессе эксплуатации объекта, либо вызванные внешним динамическим воздействием (вибрации от движения транспорта, проведение взрывных или строительных работ вблизи здания и др.).
2. Осадка грунтов вокруг строительного объекта, вызванная ошибками проектирования и строительства.
3. Размыв грунтового основания, вызванный авариями систем водоснабжения и канализации, либо повышением уровня грунтовых вод.
4. Нарушение наружного водоотвода.
Приведенные причины постепенно приводят к появлению в фундаменте трещин и нарушению устойчивости строительного объекта. Поэтому чтобы минимизировать угрозы разрушения здания или сооружения, необходимо провести обследование грунтового основания, усиление и защиту от воздействия грунтовых вод.
Искусственное закрепление грунта — воздействие на грунт с помощью различных конструктивных и технологических мероприятий, которое повышает его несущую способность и снижает деформации.
Существует несколько десятков методов укрепления грунтового основания фундамента [5-11].
Основные:
1. Силикатизация (укрепление грунтов путем нагнетания в них химического раствора)
2. Термическое закрепление (обжиг грунтов раскаленными газами)
3. Электрический и электрохимический методы
4. Механический способ (устройство грунтовых подушек, грунтовых свай) [3.]
Приведенные методы усиления грунтового основания фундамента являются достаточно эффективными, однако их реализация занимает длительное время, и ограничена узкой специализацией (так, электрический способ позволяет укреплять только влажный глинистый грунт, химический — подходит только для усиления лессовых и песчаных грунтов и др.).
Цементация — универсальный метод укрепления грунтового основания
Наиболее универсальной технологией усиления грунтового основания является инъектирова-ние (цементация), позволяющее в кратчайшие сроки решить сразу несколько задач:
1. Повысить устойчивость и прочность любых грунтовых оснований,
2. Увеличить несущую способность фундамента,
3. Существенно укрепить торфяные или илистые грунты в заболоченных областях.
Цементация грунтовых оснований применяется при незначительных повреждениях фундамента и незначительном увеличении нагрузки на него.
Усиление буроинъекционными или вдавливаемыми сваями — оптимальное решение для существенного укрепление фундамента и грунтового основания.
Применяется при:
1. Капитальном ремонте фундамента, находящегося в аварийном состоянии
2. При существенном увеличении нагрузки на фундамент (при реконструкции здания, надстройке дополнительных этажей и т.п.)
Фундамент любой постройки может подвергаться неблагоприятному воздействию грунтовых вод. Для защиты грунтового основания от размывания, применяются следующие методы:
1. устройство дренажей,
2. применение эжекторных иглофильтров,
03
г
м О
-I
м
Э СО
к
I
<и
* I
щ ^
с; З > ч н о
х 2
5 2
ш £
£ *
Я 2
О <и
| о < ^
■ со
<о
ш *
< -0 & г
©
т
3. вакуумный метод,
4. электроосмосный способ,
5. использование глубинных насосов и др. [3].
Применение этих методов затрудняется длительных выполнением работ, большим количеством оборудования и высоким расходом электроэнергии.
Самым эффективным и надежным способом защиты грунтового основания от воздействия грунтовых вод является устройство стены в грунте.
Устройство стены в грунте — капитальная защита фундамента от грунтовых вод. Данный способ отличается высокой скоростью проведения строительных работ, не меняет размеры конструкции и не наносит вреда окружающей среде [12]. Методы укрепления грунта под фундаментом:
1. Инъецирование грунта (цементация). Применяется при необходимости закрепить «текучий» грунт и немного повысить несущую способность фундамента. Суть метода заключается в «замоноличивании» грунта путем введения в него специальных цементных составов через инъекционные отверстия.
2. Устройство буроинъекционных свай. Применяется при значительном возрастании нагрузки на фундамент. При данном методе в фундаменте и прилегающем к нему грунте бурятся скважины, и заливаются специальные железобетонные сваи [4].
3. Устройство вдавливаемых свай. Применяется при невозможности бурения по грунтовым условиям, по состоянию здания или по требованиям, исключающим шум и вибрацию.
4. Устройство стены в грунте. Применяется для защиты основания фундамента от грунтовых вод. Суть метода заключается в бурении в грунте инъекционных отверстий, в которые через пакеры вводится специальная смола. Смола быстро затвердевает, обеспечивая надежную защиту грунтового основания от воздействия грунтовых вод [12].
На современном этапе искусственное улучшение свойств грунтов основания осуществляется методом инъекции в грунт различного рода составов под давлением в предварительно пробуренные скважины. Это придает грунтам механическую прочность, водонепроницаемость или водоустойчивость [3]. К современным технологиям относится пересадка старых фундаментов на разного рода сваи. Мировая практика показала, что проведение мероприятий по улучшению строительных свойств оснований является надежным с точки зрения безопасности и экономным для нулевого цикла комплексом решений [1].
Повышение несущей способности оснований осуществляется одним из трех методов: химическим, термическим или физикомеханическим.
Технологии инженерной подготовки оснований на стадии нулевого цикла нашли широкое применение в мировой практике фундаментостроения с 60-х гг. XX в., когда французский инженер Луи Менар стал пионером геотехнических решений «под ключ» [13-15].
На сегодняшний день невозможно описать все разработанные технологии в одной публикации, поскольку тема каждой отдельно взятой технологии собирает периодичные международные конференции, выпускаются сотни трудов ежегодно.
Опыт зарубежных стран в управлении строительным комплексом, безусловно, более значителен и успешен, чем российский.
В мировой и отечественной практике в последние 60 лет широко применяются новые технологии, основанные, в том числе и на традиционных способах усиления оснований и фундаментов.
Заключение: Усиление грунтов позволяет использовать для нового строительства земельные участки, имеющие заведомо низкие инженерно-геологические показатели, а также территории, не подходящие для ведения сельского хозяйства (болота, насыпные грунты и прочие) и других видов деятельности.
Какой бы способ не выбрала строительная компания, технология «стена в грунте», в любом случае, будет намного перспективней остальных методов. Она широко востребована в условиях стесненной городской застройки, в гидротехническом строительстве, а также при реконструкции уже существующих сооружений гражданского и промышленного назначения.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Агранович Г.М. Статья — «Проблемы освоения территорий современного города», советник РААСН. Журнал — «Архитектура и строительство Москвы» № 2-3 05.06.2003.
2. Грушин Н. В. Анализ методов работ по усилению фундаментов существующих зданий // Молодой ученый. — 2019. — №16.
3. Ивлиев Е.А., Липатов В.В. Противофильтрационные электроосмотические завесы в грунте // Электронная обработка материалов. — 2006. — № 3.
4. Инъекционное химическое закрепление грунтов. Термическое закрепление грунтов: типовая технологическая карта. — СПб., 2009.
5. Кашарина Т.П. Реконструкция и инвентаризация зданий, сооружений городской застройки: учебное пособие для студентов вузов по специальности 27080062/ Кашарина Т.П, Приходько А.П. — Новочеркасск: ЮРГПУ(НПИ), 2013.
6. Клевеко В.И. Исследование работы армированных глинистых оснований // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. — 2014. — № 4.
7. Клевеко В.И. Оценка величины осадки фундамента на глинистых основаниях, армированных горизонтальными прослойками // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Охрана окружающей среды, транспорт, безопасность жизнедеятельности. — 2012. — № 1.
8. Коженко Н.В., Дектярева О.Г. Исследование и анализ безразмерных расходных характеристик задатчика ленточного регулятора расхода для рисовых чеков. // Новая наука: Стратегии и векторы развития. 2015.№4.
9. Колесник Г. С., Каранаева Р. З. Усиление несущих конструкций жилого 5-этажного кирпичного дома, получившего значительные деформации на слабых просадочных грунтах / Г. С. Колесник, Р. З. Каранаева. 2009.
10. Кузнецова А.С., Пономарев А.Б. Планирование и подготовка эксперимента трехосного сжатия глинистого грунта, улучшенного фибровым армированием // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. 2013. — № 1.
11. Мащенко А.В., Пономарев А.Б. Анализ изменения прочностных и деформационных свойств грунта, армированного геосинтетическими материалами при разной степени водонасыщения // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. — 2014. — № 4.
12. Мурсалова Д.Р. Усиление фундаментов и грунтов оснований зданий // Молодежный научный форум: Технические и математические науки: электр. сб. ст. по мат. XLI междунар. студ. науч.-практ. конф. № 1(41). URL: https://nauchforum.ru/archive/MNF_tech/1(41).pdf (дата обращения: 11.01.2020)
13. Нагаева З. Реконструкция и реставрация объектов культурного наследия / З. Нагаева, В. Сидорова,
B. Живица — 2018.
14. Полищук А.И. Анализ грунтовых условий строительства при проектировании фундаментов зданий: Научно-практическое пособие. — М.: Изд-во АСВ, 2016.
15. Электроосмос как способ улучшения физических и механических свойств связных грунтов /
C.И. Алексеев, Д.Н. Понедельников, И.В. Копылов, Г.Р. Курбанов // Техника и технологии. — 2012. — № 4.
16. Окольникова Г.Э., Зуев С.С., Царева А.Ю. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ. Системные технологии. 2020. № 1 (34). С. 35-38.
17. Okolnikova G.E., Grishin G.E., Kurbanmagomedov A.K., Bronnikov D.A. EXPERIMENTAL STUDY OF THE MODIFIED HIGH-STRENGTH COARSE-GRAINED CONCRET. Системные технологии. 2019. № 2 (31). С. 25-31.
18. Okolnikova G.E., Yen K., Gazizova S.A., Kurbanmagomedov A.K.. USABILITY OF BASALT FIBERS IN REINFORCED CONCRETE. Системные технологии. 2019. № 2 (31). С. 9-14.
19. ОкольниковаГ.Э., ЩёголевМ.С. ПРОБЛЕМЫ КОМПЕНСАЦИОННОГО ОЗЕЛЕНЕНИЯ ПРИ ТОЧЕЧНОЙ ЗАСТРОЙКЕ В МОСКВЕ. Системные технологии. 2016. № 1 (18). С. 17-23.
20. Окольникова Г.Э., Слинькова Е.В., Белов А.П. ПРЕИМУЩЕСТВА ТЕХНОЛОГИИ COBIAX. Системные технологии. 2018. № 1 (26). С. 214-218.
Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:
Ф.И. Братан, Е.А. Данилова, Е.И. Хотулева, Г.Э. Окольникова. Современные методы усиления оснований. — Системные технологии. — 2020. — № 37. — С. 20—24.
Z н
Û -I м
D
CÛ
к s
I
<U
* i Uj ^
q з > ч H о
x 2
s 2
ш i
i " О <u
I3 < ^
H« . cû
<o
ш *
< -Q
s S
e
m
MODERN METHODS OF STRENGTHENING BASES F.I. Bratan, E.A. Danilova, E.I. Khotuleva, G.E. Okolnikova
Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education "Peoples' Friendship University of Russia" (RUDN)
Abstract.
In a rapidly developing city, there are a huge number of factors that affect the load-bearing capacity of the Foundation soils, as well as causing high wear on the foundations of existing buildings. The article presents best practices gain grounds, the least-cost logistical and financial resources, ensuring the ability of work in the conditions of dense urban development in existing buildings, and of course providing the foundations of the building the required strength characteristics. This topic is especially relevant for cities with high rates of development.
Key words:
Base, artificial soil consolidation, silicatization, thermal consolidation, mechanical method, soil injection..
Date of receipt in edition: 02.12.20 Date o f acceptance for printing: 05.12.20
УДК 628.1
К ВОПРОСУ О ВОДОСБЕРЕЖЕНИИ В СИСТЕМАХ ВНУТРЕННЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ ЗДАНИЙ
Ю.Г. Винярский*, Е.Л. Спирина**
*Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российская академия живописи, ваяния и зодчества Ильи Глазунова» (РАЖВИЗ Ильи Глазунова), г. Москва **Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский
Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), г. Москва
Аннотация. Ключевые слова:
В статье рассматриваются вопросы, связанные с необходимостью водосбережение, внутренний водопро-проведения водосберегающих мероприятий в зданиях для снижения вод, водоразборный прибор, умываль-водопотребления и экономии чистой питьевой воды в системе вну- ник, водосчетчик, утечки, здание. треннего водопровода зданий. Было выяснено, что сегодня в зданиях История статьи: на различные нужды расходуется много воды. Целесообразно исполь- Дата поступления в редакцию: зовать высокотехнологичные водоразборные приборы, а также бо- 16.11.20
роться с утечками в системах внутреннего водопровода, что позволит Дата принятия к печати: 18.11.20 снизить излишние потери воды в системе.
Также целесообразным становится повторное использование дождевых стоков и проведение пропаганды водос-бережения среди жителей, а также контроль данных рекомендаций на государственном уровне.
