Підсилення основ фундаментів

При недостатній несучій здатності ґрунтів основи виникає необхідність в їх зміцненні. Основні способи зміцнення (закріплення) основ будівель та споруд наступні: конструктивні, механічні, фізико-хімічні, спеціальні.

Конструктивний спосіб уключає таке: влаштування подушок (із піску чи місцевого зв’язного ґрунту); влаштування шпунтової огорожі; армування ґрунту; створення бокового привантаження; влаштування протифільтраційних завіс.

Шпунтова огорожа виконується, як правило, з металевого прокату спеціального профілю. Її влаштування дає можливість підвищити несучу здатність слабкого ґрунту, що підстеляє фундамент (рис. 2.1).

При цьому за рахунок бокового обтискання слабкого ґрунту невеликої товщини можна досягти поліпшення його опірності дії вертикальних навантажень.

Такий спосіб закріплення ґрунту може бути використаний також для забезпечення стійкості ґрунту як у середині приміщень (рис. 2.2), так і назовні (рис. 2.3).

Протифільтраційні завіси споруджуються в місцях можливого підтоплення та там, де є ймовірність підняття ґрунтових вод через фільтрування її з водоймищ. Найбільш прогресивним на даний час способом виконання таких завіс є метод „стіна в ґрунті“ (рис. 2.4).

Механічний спосіб підсилення ґрунтової основи полягає в ущільненні ґрунту. Це ущільнення може бути поверхневим, глибинним або у вигляді попереднього обтиснення.

Поверхневе ущільнення виконують трамбівками та трамбуючими машинами, котками, вібраторами. При виконанні глибинного ущільнення можуть бути: влаштовані ґрунтові, шлакові, ґрунтоцементні чи вапняні палі; виконане глибинне віброущільнення, попереднє замочування ґрунту, попереднє замочування з підводними вибухами, глибинне гідроущільнення вибухами тощо.

Попередній обтиск ґрунту реалізується шляхом пониження ґрунтових вод (улаштування водозниження, дренажів), ущільнення зовнішнім привантаженням.

При фізико-хімічному закріпленні в ґрунт закачується ущільнюючий розчин: силікату натрію (одно- чи двокомпонентний), цементний, бітумний, або ґрунт закріплюється при дії на нього електричного струму (електрохімічне закріплення та закріплення електроосмосом) або вогню (термічне підсилення).

Рішення про вибір способу фізико-хімічного закріплення ґрунту повинне прийматися на основі проведених вишукувань і лабораторного визначення фізико-механічних характеристик ґрунту. Основним питанням, яке при цьому необхідно визначити, є можливість просочування вибраного розчину в ґрунті.

Закачування розчинів (силікатного, цементного, бітуму, різних смол тощо) у ґрунт може проводитися як із денної поверхні (рис. 2.5), так і з попередньо споруджених колодязів (рис. 2.6).

Під час електрохімічного закріплення ґрунту через нього за допомогою електродів (рис. 2.7) пропускається постійний струм. Цей струм викликає хімічні реакції в ґрунті внаслідок чого його фізико-механічні характеристики поліпшуються. При відповідному обґрунтуванні методи електрохімічного закріплення та закачування розчину в ґрунт можуть застосовуватися в комплексі.

Метод термічного закріплення ґрунту полягає в дії на нього відкритого вогню (рис. 2.8). Для цього попередньо проходять свердловини, а потім поступово в них занурюють форсунки з відкритим вогнем. Сила вогню та час дії його на ґрунт призначаються залежно від фізико-механічних характеристик останнього.

2.3. Реконструкція фундаментів

Необхідність у підсиленні фундаментів виникає у двох випадках:

· при недостатній несучій здатності ґрунту основи слід збільшити розміри підошви фундаменту та тим самим зменшити напруження в ґрунті;

· коли несуча здатність тіла самого фундаменту недостатня, виникає потреба зміцнити його.

Збільшення розмірів підошви фундаменту може бути виконано за рахунок підведення залізобе-тонної плити (рис. 2.9).

Цей спосіб підсилення дещо складний у виконанні, тому в практиці підсилення фундаментів частіше викори-стовуються спосіб нарощуван-ня тіла фундаменту залізобе-тонними обоймами (рис. 2.10). Новий бетон (добетонування) зі старим (існуючої конструкції, що підсилюється) при відповід-ній підготовці (очищення від зруйнованого матеріалу та сміття, виготовлення насічки по контакту старого і нового бетонів, зволоження, ретель-ного укладання бетонної суміші й догляду за бетоном у період твердіння) утворює рівноміцний (з основним матеріалом) стик. Але при реконструкції фундаментів реалізувати необхідні умови рівноміцності стику та матеріалу складно, і гарантувати їх надійну роботу не можна. Тому при підсиленні фундаментів уважають, що тіло існуючого фундаменту та сорочка підсилення працюють не сумісно.

Приклад 2.1. На залізобетонний фундамент стаканного типу з глибиною закладання 1,95 м та розмірами в плані 1,8х1,8 м і висотою 1,8 м, який зведений на ґрунті з розрахунковим опором R =0,2 МПа, планується передавати момент M_n= 80 кН^.м та поздовжню силу N_n =870 кН (зусилля віднесені до центру підошви фундаменту). Визначити можливість сприйняття фундаментом такого навантаження й за необхідності виконати його підсилення.

Оскільки ексцентриситет прикладання зовнішнього навантаження порівняно невеликий

м,

то в першому наближенні необхідну площу фундаменту визначимо із виразу

= 5,04 м².

Якщо взяти а=1,8м, а b=3,0м, то А=а^.b=3,0 x 1,8=5,40 м²,

де g_m – середня маса тіла фундаменту та ґрунту на його уступах;

H – глибина закладання фундаменту відносно поверхні чистої підлоги.

З умови раціонального співвідношення сторін підошви фундаменту а: b = 0,6 приймаємо розміри в плані 3,0 м х 1,8 м, тобто розвивати переріз підошви необхідно тільки в площині дії моменту.

Власна маса тіла фундаменту та ґрунту на його уступах

A = g_mabH = 20x3,0x1,8x1,95 = 210,6 кН.

Повне нормативне навантаження на підошву фундаменту M_n,inf = 80 кН м; N_n,inf = 870 + 210,6 = 1080,6 кН.

Прийнята площа підошви фундаменту A = 3,0x1,8 = 5,4 м², момент опору W = 1,8x3,02²/6 = 2,7 м³.

Тоді при ексцентриситетові e₀ = M_n,inf/N_n,inf = 80/1080,6 = 0,074 м (що менше від а/30 = 0,1 м) визначимо крайовий тиск:

максимальний

Кн/м² =0,2297 МПа< 1,2R =

= 1,2x0,2 = 0,24 МПа;

мінімальний

кПа =0,1705 МПа > 0;

середній

МПа = R = 0,2 Мпа.

Розміри підошви достатні, дотик ґрунт повний (немає відриву підошви фундаменту від ґрунту). При цьому необхідно конструктивно забезпечити умову, щоб розвинута за рахунок набетонування підошва працювала як один суцільний диск.

Збільшення площі спирання фундаменту на ґрунт, а значить, і суттєве зменшення напружень в останньому, досягається шляхом перетворення окремо стоячих фундаментів під колони чи стовпи у стрічкові (рис. 2.11), а стрічкових — у суцільні (рис. 2.12). Монолітна залізобетонна плита підсилення може або підводитись знизу існуючого фундаменту, або з’єднуватись з існуючими конструкціями за допомогою штраби (рис. 2.11 та рис. 2.12).

Радикальним способом зменшення тиску на ґрунт основи (в тому числі і передавання зусиль на нижче розміщені шари ґрунту з кращими фізико-механічними характери-стиками) є перетворення фундаментів неглибокого залягання в пальові. Таким чином можуть рекон-струюватися як окремо стоячі (рис. 2.13) та стрічкові (рис. 2.14), так і фундаменти у вигляді суцільних плит (рис. 2.15).

Підсилення тіла фундаменту виконується залежно від виду можливого руйнування та матеріалу. Так, при недостатній міцності кам’яних конструкцій, висипанні швів кладки, розтріскуванні кладки тощо широко використо-вують метод ін’єктування кам’яної кладки (рис. 2.16). Для цього в част-ково зруйнованому фун-даменті просвердлюють отвори діаметром 12...20 мм, уставляють у ці отвори ін’єктори (перфоровані трубки зовнішнім діаметром — таким же, як і отвори), забивають тріщини на поверхні та проміжки навколо ін’єктора й закачують під тиском 2...4 атм. полімерцементний розчин. У цей розчин для пластифікації і збільшення міцності його добавляють до 15% (від ваги цементу) полівінілацетатну емульсію. Після закінчення тужавіння розчину монолітність та міцність кладки відновлюється. При поверхневому розміщенні дефектів і пошкоджень кладки фундаментів можливе використання закріплення й підсилення кам’яної кладки шляхом торкретування її очищеної від сміття та зруйнованих частинок поверхні цементним розчином.

Тіло залізобетонних фундаментів підсилюється, як правило, улаштуванням залізобетонних чи металевих обойм або сорочок (рис. 2.17). Ураховуючи агресивність середовища, в якому експлуатуються фундаменти, а також трудність доступу для огляду конструкцій, використання металевих елементів підсилення слід обмежувати і використовувати їх лише в окремих випадках при відповідному обґрунтуванні. При недостатній несучій здатності тіла фундаменту у вигляді суцільних плит їх також можна підсилити влаштуванням набетонування поверх існуючої конструкції (рис. 2.18). При цьому слід пам’ятати, що в умовах існуючої будівлі важко створити надійне з’єднання бетону існуючої конструкції та плити підсилення. Тому ці конструкції розраховують як такі, що працюють окремо, а зусилля між ними розподіляють пропорційно їх жорсткостям.

Дата добавления: 2014-11-29