Выбор способов ремонта и усиления ленточных и столбчатых фундаментов мелкого заложения зависит от причин, вызывающих необходимость усиления, особенностей конструктивного решения фундаментов, действующих нагрузок, а также от инженерно-геологических условий и степени стесненности рабочей площадки. От принятого способа усиления или ремонта существенным образом зависят организация и технология производства работ. Основные способы усиления фундаментов мелкого заложения представлены в классификации на схеме 11.5.2.
Схема 11.5.2
Классификация способов усиления железобетонных и каменных конструкций фундаментов зданий
Усиление и восстановление фундаментов цементацией
Применяется, когда кладка ослаблена по всей толще, а увеличения нагрузки на фундамент не предполагается. Цементация производится путем нагнетания в пустоты фундамента через инъекционные трубы цементного раствора консистенции от l: 1 до 1: 2 и более под давлением 0,2... 1,0 МПа (рис. 11.5.10, 11.5.11). Через один инъектор заполняется пространство диаметром 0,6... 1,2 м.
Рис. 11.5.10. Закрепление бутовой кладки фундамента цементацией
Рис. 11.5.11. Устранение разрыва ленточного фундамента
Обычно число мест инъекции зависит от степени разрушения кладки фундаментов. Работы по укреплению целесообразно вести захватками длиной 2,0...2,5 м. Иногда для уменьшения расхода раствора боковые поверхности фундамента перед цементацией покрывают цементной штукатуркой.
Усиление фундаментов материалами на основе полимеров основано на инъецировании полимербетонов, полимерных растворов и мастик для заполнения трещин в теле фундаментов (рис. 11.5.12, 11.5.13). Для заделки трещин шириной 2 мм и более и раковин глубиной менее 50 мм используются полимерные растворы и полимерные мастики. Если разрушения более значительны и имеются обнажения арматуры, восстановление выполняют полимербетоном пли полимерным раствором, нанесением торкрет-бетона. При наличии пустот, трещин и других дефектов внутри тела фундамента для его укрепления используют инъекционное лечение полимерными смесями смол с отвердителями. В связи с высокой стоимостью смол их применение ограничивается дефектами небольшого объема.
Рис. 11.5.12. Закрепление бетонных (железобетонных) фундаментов имеющих трещины, синтетическими смолами
Рис. 11.5.13. Закрепление бутовой кладки подверженной расслоению торкретбетоном
Устройство защитных растворных рубашек применяется при ремонте незначительных наружных повреждений фундаментов. Для этого в кладку в шахматном порядке через 0,5 м заделываются металлические анкеры, к которым прикрепляется арматурная сетка, и затем наносится раствор на крупном песке простым оштукатуриванием или торкретированием. Иногда вместо раствора наносят бетон, применяя торкретирование или укладку в опалубку. Этот способ обычно применяется совместно с другими мерами усиления.
Усиление устройством продольных железобетонных балок
Из-за появления трещин в ступенях ленточного фундамента их усиливают устройством над ступенями продольных железобетонных балок (рис. 11.5.14). Балки опираются на контрфорсы, ширина которых определяется по расчету на смятие кладки в местах пересечения ригеля контрфорса с кладкой стены. Расстояние между контрфорсами находится из расчета балок на изгиб.
Рис. 11.5.14. Устройство продольных балок на ступенях совместно с железобетонной рубашкой
Весь фундамент заключается в железобетонную рубашку, монолитно связанную с балками.
Частичная замена кладки фундамента производится при ремонтах со средней степенью разрушения тела фундамента. Способ применяется, когда нагрузка на фундамент увеличивается, а несущая способность основания достаточна (рис. 11.5.15).
Рис. 11.5.15. Частичная замена или дополнение кладки фундамента
Ввиду простоты и надежности усиление железобетонных фундаментов обоймами получило широкое распространение на практике. Обоймы, устраиваемые без углубления фундамента, могут выполняться как без увеличения площади подошвы, так и с ее уширением. По материалу они могут быть бетонными и железобетонными. Последние более надежны, так как охватывают усиливаемый фундамент, обжимая его при усадке бетона.
Обоймы без увеличения площади подошвы фундамента устраиваются редко. Их применяют в тех случаях, когда тело фундамента имеет недостаточную прочность, а его подошва и основание находятся в хорошем состоянии.
Обоймы с увеличением площади подошвы фундамента устраиваются в фундаментах мелкого заложения, выполненных из различных видов кладок, бетона или железобетона. Изготовление обойм возможно как на всю высоту фундамента, так и на часть высоты (рис. 11.5.16). Этот способ усиления применяют при необходимости увеличения нагрузки на фундамент и недостаточной несущей способности основания. По этим причинам обоймы достаточно часто используют для усиления бутовых и бутобетонных фундаментов при надстройке или других видах реконструкции зданий старой постройки. Обоймы устраивают как в подвальных, так и бесподвальных зданиях.
Рис. 11.5.16. Усиление железобетонных фундаментов обоймами: а - увеличение опорной площади; б - увеличение ширины подошвы и закрепление стены фундамента; в - закрепление бутовой кладки; г - усиление и увеличение опорной площади монолитного ж.б. фундамента сборными элементами; д, е - установка железобетонных элементов с обжатием ими грунта основания
Для обеспечения хорошего сцепления бетона обоймы с фундаментом поверхность его очищают и дополнительно обрабатывают, выполняя насечку или устраивая штрабы. При необходимости дополнительного увеличения сцепления обоймы с фундаментом ее анкеруют путем устройства шурфов и установки в них анкерных стержней.
В ленточных фундаментах противоположные стенки обоймы крепят между собой анкерами или поперечными балками.
При необходимости значительного увеличения площадей подошвы применяется более жесткая система разгрузочных балок с устройством подкосов, опирающихся на кладку. Для обеспечения жесткости в продольном направлении балки между собой связывают уголками и арматурными стержнями. После обетонирования фундамент имеет повышенную несущую способность. Толщина обоймы и требуемая величина уширения подошвы определяются расчетами с учетом повышения расчетной нагрузки в случае реконструкции или снижения несущей способности грунтов при эксплуатации. После усиления уширенная часть фундамента начинает воспринимать часть действующей и дополнительной нагрузок.
В случаях большого увеличения нагрузок элементы уширения должны быть введены в работу путем предварительного обжатия основания (рис. 11.5.16, д, е).
С двух сторон фундамента устанавливают дополнительные железобетонные сборные блоки уширения, нижнюю часть которых стягивают анкерами из арматурной стали, пропущенными сквозь них и существующие фундаменты. Верхняя часть блоков отжимается от поверхности фундаментов клиньями или домкратами. В результате этого блоки поворачиваются вокруг нижней, закрепленной анкерами точки, и подошвой обжимают неуплотненный грунт основания. После обжатия зазор между блоками и фундаментом заполняется бетоном.
При усилении подведением конструктивных элементов под подошву фундамента в качестве дополнительных элементов, подводимых под существующие фундаменты, используют плиты, столбы и сплошные стены. В случае незначительного увеличения глубины заложения с одновременным уширением подошвы фундамента под нее подводят железобетонные плиты (см. рис. 11.5.17, а). Для этого на участках длиной 1...2 м грунт под фундаментом откапывают и на месте изготавливают монолитную железобетонную плиту или монтируют сборные железобетонные элементы. После обжатия грунта в основании промежуток между плитой и подошвой фундамента заполняют бетоном, тщательно уплотняя его вибраторами.
Отдельные столбы под фундамент подводят в тех случаях, когда возможна передача нагрузки на более прочный грунт, расположенный на небольшой глубине от подошвы. Столбы располагают по линии или в шахматном порядке на определенном расстоянии друг от друга (рис. 11.5.17, б, в).
В случае недостаточной несущей способности основания или при необходимости устройства подвала под фундаменты подводят сплошную стену (см. рис. 11.5.17, г). Иногда стенку выполняют с одновременным увеличением площади подошвы.
Рис. 11.5.17. Варианты усиления подведением конструкций под фундаменты в виде: а – железобетонных плит; б, в – отдельных столбов; г – сплошной стены; 1 – фундамент; 2 – столб; 3 – шурф; 4 – сплошная стена; 5 – плита; 6 – арматурный каркас
При значительном ослаблении тела фундамента и необходимости его заглубления иногда более выгодно сделать разборку старого и построить новый с необходимой глубиной заложения. Для ленточных фундаментов последовательность операций устройства фундаментов приведена на рис. 11.5.18.
Рис. 11.5.18. Переустройство ленточного фундамента с разборкой старой кладки фундамента
Вначале через стену пропускают разгружающие балки, надежно опирая их на временные опоры и домкраты. После передачи нагрузки от стен на опоры старый фундамент разбирается отдельными захватками длиной 2,0...3,5 м и устраивается новый на более глубокой отметке. Между новым фундаментом и стеной для обеспечения их совместной работы производится инъецирование песчано-цементного раствора под давлением. Затем осуществляются засыпка котлована и демонтаж разгружающих конструкций.
Для усиления изменением конструктивного решения фундаментов используются приемы переустройства столбчатых фундаментов в ленточные (рис. 11.5.19), ленточных в плитные (рис. 11.5.20). Для этого между столбами устраивают железобетонную стену в виде перемычки, нижнюю часть которой подводят под подошву существующего фундамента.
Перемычка охватывает также подколенник. В случае незначительного повышения несущей способности перемычка может выполняться с уширенной подошвой. При необходимости устройства подвала перемычку делают на всю высоту столбов.
При значительном увеличении нагрузки столбчатые фундаменты переустраиваются в перекрестно-ленточные и плитные, а ленточные - в плитные.
Рис. 11.5.19. Переустройство столбчатого фундамента в ленточный с устройством монолитных железобетонных плит с диафрагмами жесткости и обоймами вокруг стаканов
Рис. 11.5.20. Устройство сплошной или прерывистой плиты с балками на шпонках
Усиление фундаментов сваями применяют для передачи нагрузки от фундаментов на более прочные слои грунта в тех случаях, когда основание имеет высокую деформативность и присутствуют подземные воды, осложняющие процесс уширения или заглубления фундаментов.
Во всех случаях усиление производят двумя приемами: пересадкой фундамента на выносные сваи или подведением свай под подошву фундамента. Выносные сваи применяют при высоком уровне грунтовых вод, а подводимые - при низком. В ленточных фундаментах выносные сваи устраиваются с одной или двух сторон фундамента, в столбчатых фундаментах они располагаются как с двух противоположных сторон, так и по всему периметру (рис. 11.5.21). Подводимые под подошву сваи могут устанавливаться в один, несколько рядов или кустами. Головы свай с усиливаемыми фундаментами соединяются ростверками, выполняемыми в виде железобетонных поясов для ленточных фундаментов или железобетонных обойм для столбчатых. Длину свай назначают по расчету в зависимости от характеристик фунтов и нагрузок на фундамент.
Рис. 11.5.21. Схемы усиления сваями ленточных (а, б) и столбчатых (в, г) фундаментов: 1 – усиливаемый фундамент; 2 – свая; 3 – ростверк; 4 – рандбалка; 5 – поперечные балки; 6 – рычажный ростверк
Усиление фундаментов с использованием технологии «стена в грунте» применяют при усилении фундаментов, расположенных вблизи фундаментов других зданий, на стесненной площадке, в сложных грунтовых условиях и т.п. Конструктивные решения усиления (глубокими стенами или прямоугольными столбами) зависят от причин усиления, грунтовых условий, величины и характера нагрузок на фундамент, а также ряда других факторов. Например, при устройстве глубоких выемок или подвалов вблизи существующего фундамента усиление производится глубокими стенами, возводимыми между выемкой и фундаментом. При этом повышение устойчивости стены достигается устройством анкерных креплений. Увеличение несущей способности столбчатых фундаментов может обеспечиваться возведением вокруг них глубоких стен или столбов прямоугольного сечения с двух- или четырехсторонним расположением (рис. 11.5.22, б, в), а иногда в виде замкнутого короба (рис. 11.5.22, г). Стены и столбы объединяются с фундаментом железобетонной обоймой. При необходимости одновременного увеличения устойчивости основания и усиления фундамента устраивают параллельные глубокие стены, объединенные стенами-перемычками меньшей глубины (рис. 11.5.22, д). За счет заключения в жесткую обойму при таком решении значительно повышается устойчивость основания и одновременно усиливается фундамент.
Рис. 11.5.22. Схемы усиления фундаментов с использованием технологии "стена в грунте":
а – ограждение выемки вблизи здания стеной в грунте из секущих буронабивных свай; 1 – фундамент; 2 – стена в грунте или прямоугольный столб; 3 – выемка; 4 – анкер; 5 – стена в виде короба; 6 – глубокие ленты или стены; 7 – стены-перемычки
Иногда усиление фундаментов производят комбинированными способами, одновременно устраивая стены в грунте и сваи, а также применяя различные способы закрепления грунтов и оснований.
Усиление фундаментов опускными колодцами позволяет повысить несущую способность за счет заключения фунта основания в жесткую обойму. Колодец (круглый или прямоугольный в плане) опускают по мере выемки грунта по наружному периметру его стен. При этом основание фундамента сохраняется ненарушенным и заключается в обойму (рис. 11.5.23). Размеры колодца в плане и его глубина определяются расчетом, при этом грунт внутри колодца рассматривается как тело в жесткой обойме.
Рис. 11.5.23. Усиление столбчатого фундамента опускным колодцем
При усилении ростверков в случае большой степени их износа устраивают железобетонные обоймы. Возможная схема обойм дана на рис. 11.5.24. Арматура обойм должна быть замкнутой по периметру ростверка. По возможности ее следует делать предварительно напряженной. В случае оплывающих грунтов и наличия большого количества воды усиление производят с применением способа «стены в грунте». Иногда под ростверк подводят дополнительные железобетонные ленты, усиливая тем самым ростверк и верхние участки свай.
Рис. 11.5.24. Усиление ленточных ростверков под стены