Упрочнение оснований и усиление фундаментов

Опыт строительства и эксплуатации зданий и сооружений в различных инженерно-геологических условиях позволяет выделить ряд факторов, которые необходимо учитывать при составлении проектов инженерных изысканий и выполнении работ по реконструкции и ремонту. К ним можно отнести:

• изменение физико-механических характеристик грунтов в процессе эксплуатации зданий;
• повреждение фундаментов;
• развитие неравномерных осадок основания, вызывающих значительные деформации в конструкциях зданий;
• изменение схемы здания и увеличение нагрузок.

Длительная эксплуатация зданий и сооружений может привести к развитию как позитивных, так и негативных процессов в грунтах основания. К позитивным относится уплотнение грунтов основания в пределах зоны деформаций, формирующейся непосредственно под подошвой фундамента в процессе возрастания нагрузки. В пределах этой зоны происходит увеличение прочностных и деформационных свойств грунтов. Как было отмечено ранее, глубина развития зоны деформации грунтов зависит от целого ряда факторов, в первую очередь от плотности грунта в сухом состоянии «ρd», передаваемой нагрузки на грунт основания «Р», формы и площади фундамента «А». Как свидетельствуют многочисленные экспериментальные исследования, глубина развития зоны деформаций грунтов в 2...3 раза меньше глубины сжимаемой толщи. П. А. Коновалов отмечает, что вследствие длительно эксплуатируемого здания увеличивается расчетное сопротивление несущего слоя грунта до 56% для глинистых и до 44% для песчаных грунтов по сравнению с первоначальным его значением. Аналогично зафиксировано и повышение модуля деформации грунтов в пределах этого слоя. Этим объясняется возможность в ряде случаев выполнять надстройку эксплуатируемых зданий на один-два этажа без усиления существующих фундаментов и упрочнения основания.

К негативным процессам, приводящим к ухудшению свойств грунтов, относится увеличение влажности грунтов в верхней части основания, вызванное нарушением условий аэрации на застроенной площадке, сезонным промерзанием и оттаиванием грунтов основания, а также утечкой технологических вод из коммуникаций, расположенных вблизи или в пятне застройки здания. Наличие промышленных предприятий и утечка производственных отходов могут существенно повлиять на повышение агрессивности подземных вод по отношению к материалам фундаментов и привести к резкому снижению прочностных и деформационных характеристик грунтов основания.

В крупных городах устойчиво фиксируется повышение уровня подземных вод на значительных территориях, вызванное постоянной утечкой воды из подземных водонесущих коммуникаций. Изменение гидрогеологических условий (повышение или понижение уровня подземных вод) существенно влияет на совместную работу сооружения и основания. Понижение уровня подземных вод вызывает увеличение удельного веса грунта из-за прекращения действия взвешивающих сил на его частицы и может привести к развитию дополнительных осадок основания. Переменный уровень подземных вод, местная утечка из водонесущих коммуникаций, строительное водопонижение являются причинами механической суффозии - вымывания пылеватых и мелких песчаных частиц из грунтов основания, что приводит к увеличению их пористости и снижению прочностных и деформационных свойств. Движущиеся подземные воды могут являться причиной карстообразования, представляющего значительную опасность для существующих зданий.

Степень износа фундаментов, относящихся к различным периодам их возведения, различна и не всегда соответствует возрасту зданий. Анализ результатов и многочисленных исследований показывает, что износ фундаментов обусловливается двумя группами причин - физико-механическими и механическими.

Физико-механические причины являются результатом взаимодействия материала фундамента с окружающей средой. К ним относятся: выщелачивание вяжущего, разрушение кладки в агрессивной среде, коррозия арматуры, особенно интенсивная при наличии агрессивных подземных вод и блуждающих токов.

К механическим причинам относятся неравномерные деформации основания и различные внешние воздействия (земляные работы вблизи здания, динамические воздействия транспорта и строительных механизмов, значительное увеличение нагрузок и т.д.).

Причинами разрушения фундаментов или их преждевременного износа могут быть:

• неудовлетворительное качество строительных материалов;
• ошибки конструктивного характера при проектировании фундаментов;
• ошибки технического и технологического характера, допущенные при выполнении строительно-монтажных работ.

Развитие недопустимых деформаций в конструкциях эксплуатируемых зданий и сооружений может возникнуть также за счет ошибок или отклонений от нормативных требований, допущенных при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации.

К природным факторам, способствующим развитию неравномерных осадок оснований сооружений, относятся изначальная неоднородность грунтового основания в плане и по глубине, наличие линз слабых грунтов.

Отрицательное влияние на строительные свойства грунтов основания, способное вызвать недопустимые деформации конструкций, оказывают также факторы эксплуатационного характера. К ним относится подтопление основания атмосферными, бытовыми или техногенными водами, связанное с низким качеством отмостки и грубыми нарушениями в организации отвода дождевых и талых вод от стен здания, а также с аварийными и продолжительными сбросами или утечками из водонесущих коммуникаций.

Иногда имеют место нарушения технологии выполнения работ нулевого цикла как в процессе строительства, так и при эксплуатации.

К первым относятся излишний перебор грунта при откопке котлована и недостаточное уплотнение вновь отсыпанного грунта в местах перебора; нарушение природной структуры грунтов при разработке котлована; промораживание или затопление котлована водой при длительных перерывах в работе.

Ко вторым относятся нарушения при выполнении строительных работ вблизи существующего здания, динамические воздействия на основание при возведении нового здания.

Изменение схемы здания и увеличение нагрузок на фундаменты имеют место при реконструкции и капитальном ремонте зданий. Это сопровождается увеличением нагрузок на существующие фундаменты которые возникают при замене деревянных конструкций на железобетонные или металлические; надстройка дополнительных этажей; перепланировка этажей здания и ликвидация ряда несущих элементов.