CC BY
95УДК 69
Технические науки
Дизенко Светлана Ивановна, доцент кафедры, кандидат технических наук Кубанского государственного технологического университета,
Россия, г. Краснодар Ситниченко Артём Алексеевич, студент Кубанского государственного технологического университета, Россия, г. Краснодар
Елисеев Лев Владимирович, студент Кубанского государственного технологического университета, Россия, г. Краснодар
СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ УСИЛЕНИЯ ОСНОВАНИЙ И
ФУНДАМЕНТОВ
Аннотация: В данной статье рассмотрены способы усилений оснований и фундаментов, описаны классические и новейшие методы реконструкции зданий и сооружений. Приведены различные способы применениях этих технологий.
Ключевые слова: основания, фундаменты, усиление фундаментов, реконструкция, техническое обследование.
Abstract: This article discusses the methods of strengthening the foundations and foundations, describes the classical and the latest methods of reconstruction of buildings and structures. Various ways of applying these technologies are given.
Key words: foundations, foundations, strengthening of foundations, reconstruction, technical inspection.
Задача фундамента — это передача нагрузок от конструкции к основанию. В свою очередь задача основания воспринимать ощутимые напряжения и деформации от этой нагрузки и поглощать нагрузку, передаваемую на него конструкцией. Под действием этих нагрузок основание
деформируется, и эти деформации вызывают дополнительные напряжения в конструкции зданий и сооружений, что и приводит к нежелательным изменениям, в частности трещинам и осадкам.
Трещины на стенах, оконных проемах, перекосы, заклинивания дверей и окон в зданиях являются характерными признаками, свидетельствующими о том, что здание испытывает деформации. Именно для устранения подобных дефектов и разрабатываются технологии по усилению фундаментов и оснований.
Основными причинами, обусловливающими необходимость усиления оснований и переустройства фундаментов, являются:
• снижение прочностных и деформативных характеристик грунтов основания в результате различных воздействий;
• снижение прочности материала фундамента за время эксплуатации;
• реконструкция с существенным увеличением нагрузок на конструкции;
• возведение рядом с существующим зданием нового, создающего дополнительную нагрузку на основание существующего здания или сооружения [1].
Усиление оснований фундамента
Это сложный процесс по причине уникальности каждого конкретного случая. На этот процесс влияют различные факторы - качество грунта, климатические условия, уровень подземных вод. Вследствие чего проекты усиления оснований фундамента не имеют типовых решений и разрабатываются для конкретных случаев с учетом накопленного опыта строителей и могут проводиться по двум направлениям - со стороны грунтов и со стороны фундаментов.
Методы усиления грунтов основания сводятся к повышению их несущей способности путем искусственного упрочнения. К основным способам упрочнения оснований зданий и сооружений относятся:
1) физико-химические;
2) конструктивные;
3) механические;
Физико-химические способы усиления оснований:
• силикатизация
• цементация
• смолизация
• глинизация
• битумизация
• термический метод
• электрохимическое закрепление.
Рисунок 1 - Метод усиления фундамента методом инъекции
Этот метод представляет собой процесс упрочнения грунта (цементация, силикатизация), посредством ввода в него раствора, что придает данному грунту повышенные прочностные и деформативные показатели. Инъецирование производится жидким стеклом (силикатным) или цементным раствором (цементирующим). Подготовка фундамента к инъецированию включает в себя вскрытие фундамента, установку инъекторов, форсунок, подключение к блоку впрыска и проверку готовности системы. Инъекционные втулки сверлят или прокалывают сплошную дорожку на расстоянии 0,8-1 м
друг от друга.
Термический метод - это процесс обжига при температуре, при которой происходят необратимые изменения из-за разрушения карбонатов и образования нового грунта для закрепления связей. В то же время грунт приобретает прочность на сжатие до 10-12 кг/см2, теряет способность к форсированию, становится водостойким и морозостойким. Термическое укрепление грунтов осуществляется двумя способами. Первый способ заключается в закачке нагретого до температуры 600-800° воздуха в грунт через скважины. Но второй - более эффективный способ, который заключается в сжигании различных видов топлива на устье самой скважины, герметично закрытой сверху [2].
Электрохимическое закрепление этот метод основан на введении в грунт химических растворов. Усиление грунта проводят путем длительной обработки с помощью постоянного электрического тока через электроды: отрицательные используются для заливания химических растворов, а положительные - для откачивания поступающей из почвы жидкости [3].
Конструктивные методы укрепления грунта (до начала строительства, для особых грунтов):
• устройство подушек (из песка или местного связного грунта)
• устройство шпунтового ограждения
• создание боковых пригрузок
• армирование грунта
Грунтовые подушки - это технология замены слабого грунта другим, отвечающий заданным требованиям. При проектировании следует определить ее толщину и размеры в плане. Наиболее часто принимают толщину подушки 1,0-3,0 м, в пределах которой слабые слои грунта убирают.
Шпунтовые конструкции - используются для улучшения условий эксплуатации грунтов, так как их элементы заключены в фундаменты сооружений. Шпунтовая свая погружается в три бедных грунта до уровня
относительно плотных грунтов, а конструкция размещается на песчаной подложке в месте с ограждением из шпунтовой сваи. Техническое решение повышает несущую способность грунта за счет снижения проводимости осадков в почве [4].
Рисунок 2- Усиление основания с помощью шпунтового ограждения: 1 - фундамент; 2 - слабый грунт; 3 - шпунтовое ограждение; 4 - плотный грунт; 5 - песчаная
подушка (дренирующий слой)
Армирование представляет собой укрепление
слабого грунта различными материалами. Применяется для укрепления земляного полотна, возведения насыпей, устройстве террас, мелиорации. Для армирования используется геотекстиль - натуральный или синтетический водонепроницаемый материал.
Боковые пригрузки - Устройством пригрузок основания в низовой части откосов можно повысить устойчивость откосов, а также основание грунта под ее подошвой.
Рисунок 3 Увеличение устойчивости насыпи на слабых грунтах методом боковой пригрузки: 1 - слабый грунт; 2 - боковая пригрузка; 3 - насыпь.
Механические методы усиления оснований:
• Поверхностное уплотнение грунта
• Глубинное уплотнение грунта
Поверхностное уплотнение метод уплотнения, когда сила воздействует на поверхность и приводит к уплотнению относительно небольшой толщины грунтов. Воздействие на значительную глубину грунтового массива относится к числу методов уплотнения. Никакое уплотнение не работает при полном отказе, то есть до уровня, при котором дополнительное воздействие неэффективно. Уплотнение почв во многом зависит от их влажности и максимальной плотности каркаса уплотненной почвы и относительной влажности защищаемых участков Wопт (оптимальная влажность - влажность, соответствующая наилучшему уплотнению почвы) [5].
Основные работы при ремонте и усилении фундамента:
• усиление оснований и фундаментов
• уширение подошвы фундаментов
• увеличение глубины заложения
• полная или частичная их замена
Устройства защитных растворных рубашек - данный метод применяется при незначительном износе. Он происходит в несколько этапов - Сначала в существующую кладку устанавливают анкеры, соблюдая шахматный порядок. После к ним крепят арматурную сетку и наносят раствор.
Корневидные (буроинъекционными) сваи - применяется при усилении фундаментов. Данный метод позволяет работать без разработки котлована, обнажения фундамента и не нарушает структуру грунта у основания.
Рисунок 4. Усиление фундаментов буроинъекционными сваями: 1-фундамент, 2-буроинъекционные сваи, 3-стена
Расширение фундамента вывод один: одностороннее и двустороннее расширение - наращивание, с трех- и четырех сторон фундамента - с помощью железобетонных оболочек или зажимов. Наращивание для укрепления ленточных фундаментов из железобетона или бетона, сборных (банкеток) или монолитных элементов, примыкающих к боковой грани фундамента. Нарост должен осесть по всей длине фундамента или около прилегающих участков. Предполагается, что ширина удлинителя ^по составляет не менее 200 мм, а отношение ширины удлинителя к высоте составляет не менее 1/5.
Если необходимо углубить фундамент, используется монолитный бетон. Сначала необходимо разгрузить фундамент, затем вырываются котлованы по метке, которая была под подошвой фундамента, после стены закрепляются щитами. Рама монтируется на передней стенке. Бетон заливается в колодец с большим сжатием основания. Далее зазор бетонируют.
Рисунок 5. Уширение подошвы фундамента 1-уплотненная грунтовая подготовка; 2-железобетонные плиты; 3-цементно-песчаный раствор; 4-фундамент; 5-стена; 6-опалубка; 7-арматурная сетка
В некоторых случаях фундамент не подлежит ремонту и его заменяют. Фундамент подлежит замене, если доступные методы усиления не способны обеспечить необходимую несущую способность или данные работы не возможности. Замена фундаментов делится на два этапа: - Первый этап (подготовительный). В него входят мероприятия, которые обеспечат зданиям
устойчивость при выполнении работ на втором этапе. - Второй этап заключается в устройстве котлованов и траншей, разработке старого и устройстве нового фундамента, а также сопутствующие работы. Перекладка чаще всего происходит на отдельных участках длиной 1,5...2 м. Выполняется не раньше 7 суток, после окончания работы на предыдущих смежных участках. Сначала выполняются работы по перекладке самых слабых участков [6].
Заключение
Реконструкция зданий и сооружений - одна из самых сложных задач в строительстве. Ответы, к которым мы пришли для решения этой проблемы, позволили нам открывать все новые и новые способы укрепления зданий и сооружений, позволили нам расширить горизонты застроенных территорий и, конечно же, продлить срок службы памятников архитектуры и искусства. И объем реформ будет увеличиваться снова и снова, отражая необходимость поиска новых способов укрепления и реконструкции зданий и сооружений.
Долговечность жилых зданий, их соответствие назначению во многом определяются состоянием оснований и фундаментов. Система «основание — фундамент» является наиболее сложной в моделировании и предвидении ее функционирования в процессе возведения и особенно эксплуатации зданий и сооружений. Эта система в эксплуатационных условиях постоянно испытывает одновременное, зачастую трудно учитываемое воздействие многих факторов, из которых наиболее значительными являются изменения свойств основания, природные явления и воздействия, связанные с деятельностью человека.
Библиографический список:
1. Усиление оснований и реконструкция фундаментов: учеб.пособие / О. А. Коробова С. 6, 24,54,72.
2. Термическое укрепление грунтов [электронный ресурс] http://stroiki-master.ru/gruntovedenie-osnovanija-i-fundamenty/1320-termicheskoe-ukreplenie-gruntov.html (дата обращения 05.05.2022).
3. Электрохимический способ укрепления грунта [электронный pecypc]https://zen.yandex.ru/media/id/5eba78ed749e2a74d9fd0dd4/elektrohimichesk ii-sposob-ukrepleniia-grunta-605210563eb6794168d7b828 (дата обращения 05.05.2022).
4. Конструктивные методы улучшения работы грунтов в основании. [электронный ресурс] https://cyberpedia.su/12x3e17.html (дата обращения 05.05.2022).
5. Берлинов М. В. Основания и фундаменты / М. В. Берлинов. — СПб: Издательство «Лань», 2011. — 320 с.
6. Новицкий, О. В. Ремонт и усиление фундаментов / О. В. Новицкий. — Текст: непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 49 (287). — С. 227-230. — URL: https://moluch.ru/archive/287/64817/.
