В МГСУ в последние годы, помимо лабораторий, выполняющих традиционные инженерные изыскания, техническое обследование зданий, научное сопровождение, строительство, мониторинг, контроль качества и другие работы, созданы инженерно-производственные структуры, выполняющие проектирование усиления фундаментов и непосредственно специальные строительные работы в грунтах (Управление строительно-монтажных работ МГСУ, инженерно-строительная ассоциация ИСА-МГСУ).
За годы работы в подразделениях МГСУ накоплен значительный опыт проектирования и непосредственного выполнения СМР по усилению фундаментов.
При реконструкции зданий и сооружений в г. Москве для усиления их основании и фундаментов (стабилизации деформаций оснований и кренов), устройства фундаментов под встроенные сооружения и технологическое оборудование в стесненных условиях внутриэксплуатируемых или возведенных зданиях и сооружениях или при необходимости устройства новых фундаментов вблизи существующих, когда отрывка котлованов или забивка свай может привести к недопустимым деформациям существующих конструкций, специалисты МГСУ применяют в своих решениях следующие технологические схемы:
Устройство буроинъекционных сваи;
Бетонные сваи в металлических трубах, погружаемые пневмопробойниками;
Метод статического задавливания свай;
Укрепление и увеличение опорной площади фундаментов;
Устройство под зданием фундаментной плиты;
Закрепление грунтов основания.
Выбор той или иной технологической схемы зависит от типа существующего фундамента, его состояния, инженерно-геологических условий, конструкцией здания, действующих на фундамент нагрузок и т.д.
Усиление фундаментов с помощью буроинъекщюнных свай.
В Москве возможно осуществлять в любых грунтовых уровнях, не разрабатывая котлованы и не нарушая естественной структуры грунтов основания, в любой период года. Устройство буроинъекционных свай производится малогабаритными станками, как внутри жилого или производственного помещения, так и в его подвальной части, при этом достигается значительное снижение стоимости и продолжительности работ по сравнению с традиционными решениями.
Усиление этим способом наиболее целесообразно выполнять, если грунты основания реконструируемого здания имеют низкую несущую способность. В этом случае часть или всю нагрузку от фундамента передают на более глубоко расположенные прочные слои грунта
Буроинъекционные сваи применяются при строительстве новых сооружений рядом с существующими, а также для усиления старых, находящихся в аварийном состоянии. Это необходимо когда сооружение объектов ведется в условиях сложившейся застройки, при реконструкции действующих предприятий и цехов, усиление фундаментов под оборудование, защита существующих зданий и сооружении от возможных подвижек грунта, при разработке глубоких котлованов, проходке тоннелей, коллекторов и т.д. В этих случаях обычные сван из-за вибрации, ударов и громоздкости оборудования оказываются неприемлемыми. Этот вид укрепления фундаментов наиболее индустриален.
Сооружения буроинъекционных свай выполняются станками вращательного бурения типа СБУ и СКБ наклонными или вертикальными скважинами непосредственно через стены и фундаменты усиливаемых объектов.
Бурение скважин для устройства буроинъекционых свай в зависимости от грунтовых условий может выполняться шнеком, шарошечным долотом, колонковой трубой без крепления скважин, под защитой обсадных труб или глинистого раствора. Диаметр свай обычно составляет 100-250 мм.
Технологическая линия по бурению скважин состоит из малогабаритных буровых станков типа СБУ или СКБ, растворонасосов, приемных емкостей и растворопроводов. Линия работает по замкнутому циклу. Разбуреннный материал удаляется из скважины или сжатым воздухом или промывкой после окончания бурения. До проектной глубины скважину заполняют глинистым раствором, опуская секциями арматурный каркас. Длина секции лимитируется высотой помещения и обычно не превышает 3,0 м. Между собой секции соединяются сваркой, после установки арматурного каркаса или параллельно с его установкой в скважину опускают инъекционную трубу диаметром 25 - 50 мм и заполняют через нее скважину цементно-песчаным раствором. Иногда заполнение скважины производится непосредственно через буровой "став", в этом случае арматурный каркас вставляется после заполнения скважины. Заполнение скважины цементно-песчаным раствором производится насосами типа СО-49, СО- 4S под давлением до 0,3 МПа.
После заполнения скважины раствором инъекционную трубу извлекают, а скважину спрессовывают через разжимный тампон под давлением 0,3 - 0,5 МПа. создаваемым растворонасосом. После опрессовки скважину заполняют раствором до ее устья.
Несущая способность буроинъекционных свай, как и традиционных забивных. должна уточняться по результатам их статических испытаний.
По такой технологии с применением буроинъекционных свай специалистами МГСУ выполнялись работы по многим зданиям и сооружениям города (например, школы: по ул. Москвина, Грина и др., административные здания по ул. Верхняя Михайловская, Верхняя Радищевская и многие другие сооружения города.
К недостаткам данного метода усиления фундаментов можно отнести сложности при определении качества выполнения ствола сваи, антикоррозионную стойкость, ненадежность закрепления головы сваи в случае ветхого фундамента, который в последующем работает как ростверк.
Весьма перспективен способ укрепления фундаментов бетонными сваями в металлических трубах диаметром 130…220мм, погружаемых в грунт с помощью пневмопробойников ИП-4602 и С0134-А. Он позволяет вести работы в стесненных условиях, так как применяемое оборудование имеет малые габариты. Способ не имеет ограничения по грунтовым условиям. При погружении труб в грунт энергия единичного удара составляет 250 Дж у пневмопробойника ИП-4602 и 500 Дж у СО-134А. Такие незначительные ударные воздействия не могут отрицательно повлиять на состояние конструкций здания, фундаменты которого усиливаются. Способ использован для усиления фундаментов многих зданий, в том числе, три жилых здания на Последнем переулке, административного здания ХОЗУ Минстроя МО на ул. Садово-Триумфальная, д.10 и др.
На основании результатов проведенных опытных погружений свай установлено, что скорость их погружения зависит от вида грунта, конструкции сваи, толщины стенки трубы, а также марки пневмоударника. С ростом консистенции грунта увеличивается скорость погружения. Установлены численные значения скорости погружения для грунтов разного вида. Глубина погружения сваи во времени подчиняется квадратической зависимости. Установлены эмпирические коэффициенты, характеризующие процесс погружения свай различной конструкции. Оптимальная толщина стенок погружаемых труб составляет 4-4,5 мм.
Рекомендуется, как правило, пользоваться пневмопогружателем марки ИП-6402. Применение пневмопогружателей СО 134-А целесообразно в случае длинных свай и прочных грунтов.
Технология усиления фундаментов и устройство ограждений котлованов погружением свай методом статического задавливания. Установлено, что статические способы погружения свай или шпунта, иначе говоря, вдавливание, обладают большими преимуществами, к наиболее существенным из них относятся следующие. Благодаря отсутствию динамических и вибрационных воздействий в конструкциях реконструируемых сооружений исключаются неравномерные осадки, трещины, разрушения и т.п. и отпадает необходимость в усиленном армировании ствола сваи, особенно ее головной части. Бесспорно, что при вдавливании гарантируется высокая точность погружения и появляется возможность оценивать несущую способность каждой сваи. Кроме того устройство ограждения котлованов (разделительных стенок) вблизи построенных сооружений позволяет эффективно снизить влияние нового строительства.
В настоящее время фирмой "Фундатор" при содействии фирмы "Эмеральд" (членами Инженерно-строительной ассоциации МГСУ) было разработано и изготовлено высокопроизводительное и малогабаритное оборудование и освоена технология усиления фундаментов задавливанием свай статической нагрузкой.
Оборудование и технология позволяют:
- производить устройство набивных железобетонных свай d 80 - 159 мм с несущей способностью до 300 кН (путем задавливания и последующего извлечения стальных труб с оставляемым нижним наконечником);
- устраивать трубобетонные сваи (металлическая труба, заполняемая бетоном) с несушей способностью до 500 кН.
Оборудование разработано и изготовлено на заводах ВПК, обладает высокой производительностью, технологичностью, малым весом, габаритами и позволяем осуществлять задавливание свай на глубину до 20 м.
Стоимостные показатели одного погонного метра такой сваи конкурентоспособны с показателями стоимости буроннъекционных свай. В настоящее время коллектив конструкторов разработал установку, позволяющую производить задавливание шпунта на глубину до 20 м.
Фирмы располагают также необходимым вспомогательным оборудованием. позволяющим производить устройство "пристенных" ростверков для усиления стен и усиления фундаментов из-под их подошвы.
Разработанное оборудование и технологии были использованы при реконструкции ряда здании г. Москвы и получили одобрение Экспертно-консультативной комиссии по основаниям, фундаментам и подземным сооружениям при Правительстве Москвы.
Ниже приводится краткое описание опыта применения разработанной технологии на ряде объектов.
Объект № 1 - Чистый пер., 10/2, жилой дом. При реконструкции здания имеющего историко-архитектурную ценность, были выполнены работы по усилению фундаментов, устройству шпунтовой стенки и устройству нового подвала. Усиление фундаментов производилось путем устройства ниш в старом фундаменте вдавливанием свай из-под стены здания. Были использованы трубобетонные сваи диаметром 133 мм и длиной 7-10 м. Расчетная нагрузка на сваи - 300 кН
Объект № 2 - Глинищевский пер., д. 5/7 (Дом Актеров). Необходимость усиления фундаментов этого здания вызвана строительством нового объекта в непосредственной близости от существующего строения.
Вследствие активизации процесса суффозии грунтов основания. спровоцированного новым строительством, произошли деформации секции здания Дома Актера. Было принято решение усилить существующие фундаментные деформации здания. Обследование фундаментов, проектирование усиления и научное сопровождение проекта осуществлялось комплексной лабораторией ИИОС кафедры МГрОиФ МГСУ. Из-за аварийного состояния секций, невозможности производить работы снаружи здания, развивающейся суффозии, высокого уровня грунтовых вод и наличия насыпных грунтов другие методы усиления оказались нецелесообразными.
Была применена балочная схема усиления. Внутри секции здания без отселения жильцов была выполнена система железобетонных балок, которые вводились внутрь, стен. По периметру секций был выполнен железобетонный ростверк с отверстиями пол трубобетонные сваи. Затем были выполнены работы по вдавливанию свай d 152 мм общей длиной 10 м с расчетной нагрузкой 300 кН.
Последующая эксплуатация объектов показала надежность и эффективность данной технологии.
Объект №3 - Волконский пер., д. 3. Деформации стен и других элементов дома произошли в результате суффозии грунтов основания, вызванной водами техногенного характера. При этом существующие бутобетонные фундаменты дома находились на различных отметках заглубления. Принятая балочная схема усиления с устройством монолитных железобетонных ростверков, заведенных в стены здания и последующим статическим задавливанием свай 0 133 мм и длиной 8.0 м с расчетной нагрузкой 250 кН позволило приостановить деформации. Работы, также как и на объекте -№ 2 производились из подвальной части дома без отселения жильцов. При этом были полностью исключены дискомфорт и обычно сопровождающие строительные работы шумы от оборудования.
Объект № 4 - усиление фундаментов здания производственных мастерских ГАБ'1 России по Петровскому пер., д.6. Первоначальное техническое решение предусматривало выполнение усиления фундаментов здания методом устройства буроинъекционных свай, с перекрытия 1-го этажа, применение статического задавливания свай и подведение под стены монолитных железобетонных балок ростверков позволило осуществить выполнение строительных работ по усилению из подвального помещения здания без остановки производства.
Здесь также, как и на предыдущих объектах для усиления существующих фундаментов здания, необходимых при увеличении нагрузки, в результате реконструкции и наличия слабых обводненных грунтов основания была принята схема устройства монолитных железобетонных ростверков на свайном основании с использованием трубобетонных свай длиной 8,0м диаметром 133 мм, погружаемых методом статического задавлниания.
Увеличение опорной площади, усиление фундаментов. Этот метод специалисты МГСУ применяют при недостаточной несущей способности грунтов основания, а также, когда в результате неравномерных осадок появляются трещины в здании и фундаменте. При этом дополнительные части фундамента (банкеты) могут устраиваться односторонними (при внецентренном расположении нагрузки) и двусторонними (при центральной нагрузке), например, Дом Чехова на Малой Дмитровке, коттеджи и Московской области и др.
Фундаменты под столбы и колонны чаще всего усиливают по всему периметру его подошвы.
Банкеты и существующие фундаменты требуют жесткого соединения. Для этого их примыкание производится с помощью штраб, либо специальных стальных или железобетонных разгружающих балок, принимаемых по расчету.
Основные приемы работ по расширению фундаментов сводятся к следующему. В зависимости от гидрогеологических условий и материала усиливаемого фундамента последний разбивают на отдельные участки длиной 1.5-2.0 м. На участках усиления фундаментов разрабатывают траншею шириной 1,5-2,0 м на глубину его подошвы. Металлические и железобетонные разгружающие балки закрепляются в отверстиях и штрабах старого фундамента, обеспечивая таким образом совместную работу старых фундаментов и банкет. Этим способом достигается развитие опорной площади, т.е. снижение давления на основание, а следовательно уменьшение осадок здания. Сцепление бетона с бутовой (старой кладкой) фундаментов обуславливается нервной боковой поверхностью кладки, очищенной от грунта, промытой и продутой сжатым воздухом.
Обжатие разрыхленных грунтов основания и включение его в pa6oту выполнялось цементацией под давлением или обжатием с помощью гидравлических домкратов.
Существенным недостатком данного метода при его относительной простоте является трудоемкость исполнения, продолжительность производства работ значительный объем земляных работ, а также определенные сложности включения усиливаемых частей фундаментов в работу, для чего требуется специальные мероприятия и монтажные приспособления.
Если материал фундамента находится в неудовлетворительном состоянии (механические повреждения, наличие осадочных трещин, расслоение и растрескивание тела фундамента в результате промораживания и т. п.) его целесообразно укрепить путем инъекции цементного раствора, синтетических смол и т. п. УСМР МГСУ выполнено укрепление материала фундаментов здания Московского архитектурного института по ул. Рождественка, здания банка "Империал" -2-ой Казачий переулок. д. 3. здания "ТОЛЬЯТТИАВТОБАНК" - ул. Житная, д. 8. Для цементации в теле фундамента бурят перфораторами шпуры или пробивают отверстия Ф=27-28 мм для установки инъекторов d=25мм . Между ними расстояние вдоль ленточного фундамента в зависимости от степени повреждения материала составляет 50-100см. При реконструкции здания по 2-му Казачьему пер., д. 3 стр. 1, инъекционное укрепление проводилось без откапывания сохраняемых фундаментов. Выбуривались шпуры d =30-50 мм по оси трещин в дефектных зонах и по всей площади конструкций, шпуры продувались сжатым воздухом, в отверстия шпуров устанавливались металлические трубки ( штуцеры) длиной 10-15 см, которые укреплялись цементным раствором. Через установленные трубки под давлением 0,2-0,3 МПа нагнетались "до отказа" инъекционные композиции. Предельное давление выдерживалось в течение 5-10 мин. В шпуры забивались деревянные пробки и после частичного отвердения инъекционной композиции трубки из конструкций извлекались, а шпуры заделывались.
Устройство под зданием фундаментной плиты. Подводка под здание фундаментной плиты снижает давление на грунт основания и является эффективным способом увеличения площади фундаментов. Такой способ усиления применяется в тех случаях, когда здание в период строительства и эксплуатации претерпевает большие неравномерные осадки, возникающие из-за неоднородности фундаментов, значительного различия в нагрузках на них, замачивания или промораживания. Устройство фундаментной плиты особенно целесообразно, если на глубине основания имеются насыпные грунты или, если осадка перегруженных фундаментов при строительстве или эксплуатации интенсивно возрастает.
Перед устройством фундаментной плиты под нее укладывают щебеночную подготовку толщиной 15-20 см с уплотнением ее в грунт. Толщина фундаментной плиты составляет не менее 2.5 м главных - 50 х 100. Глубина заделки плиты в существующие стены 30-40 см. Плита встраивается, как правило, выше подошвы фундаментов на 60-80 см. Армирование плит производилось в двух взаимных перпендикулярных направлениях.
Второстепенные и главные балки армируются в соответствии со схемой нагрузки балки шарнирно опертой на две опоры. Материал стены в местах заделки в плиту проверяют на местное смятие. Работы выполнялись захватками с чередованием, необходимым для схватывания бетона предыдущих захваток. При этом существенное внимание уделялось тщательности заполнения бетоном штраб и гнезд, выбранных в существующем фундаменте. Для включения конструкции в работе предусматривалась заплитная цементация. По этой схеме выполнялось усиление фундаментов коттеджей в п.Крекшино Московской области и ряд других объектов.
Недостатками данного метода является его значительная стоимость и трудоемкость выполнения paбот. Высокий процент немеханизированных работ.
Укрепление грунтов в основании зданий и сооружений. Используя богатый зарубежный опыт использования химических реагентов, способных закрепить грунты основания на достаточно длительный период. специалистами МГСУ. совместно с 7 отделом НИИОСП им. Герсеванова. (гл. инженер Паршуков И.С.) на ряде объектов города успешно применяли технологию по укреплению сильноразуплотненных и несвязанных грунтов цементным раствором с добавлением химических реагентов (рис.6).
В результате выполненных работ удалось достигать положительных результатов по уплотнению грунтов и заполнению пустот цементным камнем.
К достоинствам применения настоящей технологии закрепления грунтов относятся высокая степень механизации всех операций, возможность уплотнения грунтов до заданных проектом параметров в их естественном залегании, сравнительно малая трудоемкость, отсутствие ручного труда по откопке траншей, а также сравнительно невысокую стоимость исходных материалов.
Указанная технология была применена на следующих аварийных объектах в г. Москве:
- Яково-Апостолький пер.д.13, где удалось приостановить осадки фундаментов в результате разуплотнения грунтов основания:
- по ул.Бахрушина, д. 1/7, 2/5, 17 удалось закрепить группы разуплотнения, которых наступило в результате прокладки коллектора подземных коммуникаций. Работы проводились специалистами ТОО Фирмы ОРФОПС, 7-го отдела НИИОСП и МГСУ:
- Большой Кисловский пер . д.5. стр. I - устранялось разуплотнение грунтов и закрепление грунтового массива, вызванного нарушениями технологии производства строительных работ при строительстве соседнего здания;
- Ермолаевский пер.д. 28 (гараж резиденции посла Уругвая) - производилось устранение разуплотнения грунтов основания, а также лечение расслоения самих бутовых фундаментов здания:
- Калачный пер.. 6 (пристройка к посольству Нидерландов) выполнялись работы по устранению разуплотнения грунтов основания, цементация фундаментов.
Технологическая последовательность при выполнении работ следующая:
1. Бурение лидерных скважин на проектную глубину.
2. Установка инъекторов в скважины.
3. Устройство пакеров с помощью 2-х компонентного пенополиуретана или полиэфирной смолы, либо цементного раствора.
4. Приготовление раствора с применением специальных химических добавок позволило уменьшить eго проникновение в несвязные грунты, снизитьть водоотделение, водоцементное отношение и скорость схватывания раствора.
5. Закачка раствора в скважины, осуществляется со ступенчатым повышением давления, за счет этого достигается укорочение гидроразрыва в грунте.
Метод закрепления грунтов основания фундаментов чаще всего совмещается с цементацией самых фундаментов. При производстве работ использовалось следующее оборудование:
1. Станки шнекового бурения сф-1. изготовленного АОЗТ "Спецфундаменреконструкция", при этом глубина бурения шнеком при диаметрах бурения составляет:
d=150 мм - 5 п.м.; d=72 мм – 10 п.м.; d=70 мм – 15 п.м.
2. Станок алмазного бурения HILTI 00-250 (используется для бурения каменных, асфальтобетонных, железобетонных конструкций фундаментов).
3. Растворонасос: С0-50
Производитель - Прилукский завод
производительностью 5.25 м 3/час; максимальное давление 15атм.
4. Растворомешатели РТМ-200 – ротационного типа.
Производитель : АОЗТ «Спецфундаментреконструкция»
Емкость: 200 дм3; производительность: 3 м3/час.
Приведенные выше некоторые технологии и схемы усиления фундаментов наглядно показывают, что каждая из них имеет свою область применения, где тот или иной способ наиболее эффективен и экономичен. Однако, для определения целесообразности использования того или иного метода определяющую роль играет качество комплексных инженерных изысканий объекта.
Важно также отметить, что выполнение всего цикла работ по реконструкции объекта одной организацией-подрядчиком (изыскания, проектирование, производство СМР и др.) позволяет повысить слаженность действий всех участников процесса, исключает искажение и потерю информации дублирования работ, что, в конечном счете, существенно сокращает общие сроки и стоимость реконструкции и повышает ее качество.
тел. /факс: (495) 735-43-86
