6.5 Расчёт и проектирование усиления фундаментов и оснований. Проектирование усиления фундаментов

6.5 Расчёт и проектирование усиления фундаментов и оснований

6.5.1 Расчёт и проектирование усиления фундаментов мелкого заложения следует выполнять в соответствии со СНиП 2.02.01.

При увеличении площади подошвы фундаментов следует учитывать возрастание глубины активной зоны оснований фундаментов и разные деформационные и прочностные характеристики грунтов под подошвой существующих фундаментов и под уширениями. Давление под подошвой усиливаемого фундамента определяют в соответствии с приложением Д.

6.5.2 Расчетное сопротивление грунта Rt, кПа, под подошвой существующего фундамента с учетом уплотнения давлением от фундамента следует определять по фактиче- ским показателям сIІ, II, II несущего слоя на глубине до 0,5 м под подошвой фундамента в соответствии с приложением Е.

6.5.3 Для предварительных расчетов допускается определять Rt по формуле

Rt = Ro m Ks , (6.2)

где Ro - расчётное сопротивление естественного (неуплотненного) грунта, принятое в соответствии со СНиП 2.02.01 как для нового строительства, кПа;

т - коэффициент, учитывающий изменение физико-механических свойств грунта за период эксплуатации здания (сооружения), принимаемый в зависимости от степени обжатия грунта P0 / R0. При P0 / R0 > 0,8 m=1,3; при P0 / R0 = 0,7 – 0,8 m=1,15; при P0 / R0 < 0,7 m=1,0;

P0 - давление под подошвой существующего фундамента, кПа;

Ks - коэффициент, характеризующий изменение сжимаемости грунта и принимае- мый по таблице 1 в зависимости от степени реализации предельной осадки фундамента (отношение расчётной осадки Sk - при давлении, равном расчётному, к предельно допус- тимой осадке Su).

Таблица 1 - Зависимость коэффициента Кs от степени реализации предельной осадки

фундамента

Грунт	Значения коэффициента Ks при Sk / Su, равном
	0,2	0,7
Пески: крупные и средней крупности мелкие пылеватые пылевато-глинистые: Il  0 Il  0,5 (при сроке эксплуатации более 15 лет)	1,4 1,2 1,1 1,2 1,1	1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
Примечание. Для промежуточных значений Ks принимают путем интерполяции.

6.5.4 Для пылевато-глинистых грунтов с показателем консистенции Il  0,5 и сроком эксплуатации менее 15 лет и для зданий на грунтах различных видов в случае, если расчёт-ная осадка при давлении, равном допускаемому, превышает 70 % предельной осадки, на-грузку допускается увеличивать только в пределах значений величины R0.

6.5.5 Если в существующем здании имеются трещины и признаки неравномерных деформаций, нагрузку на основания под существующими фундаментами не допускается принимать более R0.

6.5.6 При выполнении поверочных расчётов давлений на грунт под подошвой усилен- ного внецентренно нагруженного столбчатого фундамента в зданиях с мостовыми кранами грузоподъемностью 75 т и выше, труб, доменных печей и других сооружений башенного ти- па, а также фундаментов открытых крановых эстакад с кранами грузоподъемностью 15 т и выше при расчётном сопротивлении грунта основания не выше 0,15 МПа эпюра давлений на грунт под подошвой фундамента должна иметь трапецеидальную форму с отношением краевых давлений Рmin : Рmax  0,25.

6.5.7 Расчёт дополнительных фундаментов (разгружающих основные) производят с учётом глубины их заложения и взаимного влияния с существующими фундаментами. При необходимости заглубления нового фундамента по отношению к глубине заложения существующего следует соблюдать условие (4) СНиП 2.02.01

6.5.8 При проектировании усиления оснований и фундаментов следует определять расчетом величины прогнозируемых осадок с учетом изменения размеров фундаментов в плане и по глубине, изменения нагрузок на них, глубины активной зоны и т.д. При этом сле-дует определять возможную неравномерность осадок.

6.5.9 Расчёт и проектирование свай и их оснований при усилении фундаментов сле-дует выполнять в соответствии со СНиП 2.02.03. При этом сваи усиления должны переда-

вать на основание дополнительную часть внешней нагрузки, а также предотвращать и обеспечивать стабилизацию дальнейших осадок фундаментов и деформаций наземных конструкций. Исключение из работы по грунту существующих фундаментных конструкций допускается только при установлении их полной технической непригодности.

6.5.10 Для усиления фундаментов следует применять вертикальные сваи. Наклон- ные сваи допускается использовать лишь при невозможности устройства вертикальных свай или при наличии горизонтальных нагрузок на фундамент.

6.5.11 Несущую способность наклонной сваи по материалу ствола и по грунту определяют расчетом по приложению 1 СНиП 2.02.03 на одновременное действие продольной и горизонтальной сил, получаемых от разложения вертикальной нагрузки на сваю вдоль и поперек ее оси, а также изгибающего момента при жесткой заделке сваи в фундамент.

Кроме того, ствол наклонной сваи проверяют расчетом на изгиб от действия давле- ния грунта, передаваемого от подошвы существующего фундамента.

6.5.12 Расчётную несущую способность по грунту вдавливаемой сваи Р, кН, в непро-садочных грунтах допускается определять по формуле

, (6.3)

где Nвд - усилие вдавливания сваи в конце погружения, кН;

Кн - коэффициент надёжности, принимаемый равным 1,2;

Кгр - коэффициент, учитывающий изменение несущей способности сваи во времени, определяемый в зависимости от грунтов основания по таблице 2.

Величину Nвд в формуле (6.3) назначает проектировщик в пределах её макси- мально возможного значения, ограниченного допускаемой реактивной нагрузкой на упорные элементы, грузоподъёмностью применяемых для вдавливания домкратов (гидроцилинд- ров) и несущей способностью сваи по материалу.

6.5.13 Во всех случаях принятая в проекте несущая способность свай должна быть подтверждена статическими испытаниями опытных свай по ДСТУ Б В.2.1-1.

6.5.14 Расчёт и проектирование упорных элементов, передающих нагрузку от несу- щих конструкций усиливаемого здания на сваи, следует выполнять в соответствии со СНиП 2.03.01 и СНиП II-22.

Таблица 2 - Значение коэффициента Кгр

Грунт, в который заглублены нижние концы свай

Грунт, прорезаемый свями

Значення коеффициента Кгр

Пески крупные, средней крупности и мелкие

Пески крупные, средней крупности, мелкие

Пылевато-глинистые грунты при показателе консистенции Il  0,2.

Пылевато-глинистые грунты при показателе консистенции 0,2  Il  0,5

Пылевато-глинистые грунты при показателе консистенции Il  0,5

0,9

0, 95

1,1

1,2

Пылевато-глинистые грунты

Пески и пылевато-глинистые грунты при показателе консистенции Il  0,2.

Пылевато-глинистые грунты при показателе консистенции 0,2  Il  0,5.

Пылевато-глинистые грунты при показателе консистенции Il > 0,5.

1,0

1,15

1,25

studfiles.net

10.2. Усиление фундаментов

Усиление жестких фундаментов может осуществляться путем увеличения их подошвы или с помощью свай различного типа.

При проектировании усиления необходимо максимально использовать существующий фундамент, обеспечив его совместную работу с элементами усиления.

Несущую способность фундаментов реконструируемого объекта определяют с учетом фактических прочностных и деформативных характеристик материала фундамента и грунтов основания, а при свайных фундаментах используют также результаты полевых испытаний (зондирование, статические испытания и др.).

Увеличение размеров подошвы фундаментов необходимо при росте нагрузок, недостаточной несущей способности грунтов основания, а также при существенном повреждении фундаментов в процессе эксплуатации. Эффективными средствами увеличения подошвы фундаментов являются железобетонные «рубашки», наращивание, частичная или полная подводка новых фундаментов.

Железобетонная «рубашка» представляет собой монолитную оболочку, которая охватывает существующий фундамент со всех сторон. Арматура оболочки образует пространственный каркас, и для обеспечения совместной работы старого фундамента с конструкцией усиления обязательно стыкуется на сварке с предварительно обнаженной арматурой усиливаемого фундамента. Рабочую арматуру «рубашки» устанавливают вдоль граней усиливаемого фундамента (рис. 10.1).

Рис. 10.1. Усиление фундаментов железобетонной «рубашкой»:

1 — усиливаемый фундамент; 2 — железобетонная «рубашка»; 3 — арматура усиления; 4 — усиливаемая колонна; 5 — обойма колонны

Рис. 10.2. Усиление ленточного фундамента подводкой:

1 — усиливаемый фундамент; 2 — разгружающая балка; 3 — подставка; 4 — распределительный ростверк; 5 — домкрат

При повреждении фундаментов в процессе эксплуатации для восстановления его несущей способности устраивают конструктивную «рубашку», размеры которой принимают в зависимости от диаметра арматуры, величины защитного слоя, а также от технологической возможности укладки бетона в тело «рубашки».

Если, кроме усиления фундаментов требуется также усиление колонны, то бетонирование обоймы для колонны и «рубашки» следует выполнять одновременно. Если колонна не требует усиления, «рубашку» фундамента заводят выше нижней части колонны на величину не менее большей стороны колонны и не менее пяти толщин «рубашки».

При усилении фундамента наращиванием увеличение его подошвы осуществляется с одной, двух или трех сторон. При наращивании, так же как и при устройстве «рубашек», необходимо обеспечивать стыковку на сварке оголенной арматуры старого фундамента с новой арматурой усиления.

Одним из вариантов наращивания является передача части нагрузки с существующего фундамента на отдельные плиты с помощью металлических или железобетонных балок, пропущенных через отверстия в усиливаемом фундаменте (рис. 10.2). В этом случае опорные плиты предварительно обжимаются с помощью домкратов или гравитационной нагрузкой до расчетной. Ленточные неармированные фундаменты могут наращиваться с помощью арматуры, заанкеренной в тело фундамента и обетонированной на расчетную ширину усиления (рис. 10.3).

Рис. 10.3. Усиление ленточных фундаментов наращиванием:

1 — усиливаемый фундамент; 2 — арматурный каркас наращивания; 3 — металлические трубы; 4 — шпуры

Подводка новых частей фундамента может осуществляться рядом с существующим (рис. 10.4). В этом случае нагрузка от несущего элемента передается на фундамент усиления через подкосы и металлическую (железобетонную) обойму. Устройство нового фундамента под существующим выполняется с частичной или полной разгрузкой существующего фундамента на локальных небольших по ширине участках. Причем эта подводка может быть сплошной или частичной. При подводке новых фундаментов следует обеспечить плотное прилегание подошвы существующего фундамента с новым. При подводке под ленточные фундаменты конструкции усиления рекомендуется размещать на прямых участках с максимальными нагрузками, так как подводка новых фундаментов в углах и пересечениях вызывает серьезные трудности.

Усиление фундаментов с помощью свай осуществляется путем устройства свай по контуру существующего фундамента или под ним. Такое усиление применяется при значительных и неравномерных осадках грунтов основания, при существенном увеличении нагрузок на фундаменты, для повышения устойчивости основания в случае приложения к фундаментам значительных горизонтальных сил и т. д.

Выбор конструкции свай зависит от внутренних габаритов реконструируемого здания или сооружения, характера действующих нагрузок, конструкций усиливаемого фундамента, наличия соответствующего оборудования для производства свайных работ.

Цельные сборные железобетонные сваи могут применяться, когда габариты цеха позволяют разместить крупногабаритную сваебойную технику и когда динамические нагрузки при забивке свай не приводят к повреждениям окружающих конструкций. При наличии вблизи зоны забивки свай несущих конструкций, неспособных выдержать значительные динамические нагрузки, возможно осуществить вдавливание цельных свай в грунт с помощью гидродомкратов.

Рис. 10.4. Усиление фундаментов подводкой:

1 — усиливаемый фундамент; 2 — дополнительные фундаменты; 3 — колонка; 4 — металлическая обойма; 5 — металлические подкосы; 6 — элемент усиления

Эффективным средством усиления фундаментов, особенно при неравномерных деформациях сооружения, являются составные сборные сваи «Мега», которые не требуют больших габаритов помещения и включаются в работу сразу после вдавливания. Недостатком этих свай является достаточно высокая трудоемкость работ по их устройству, а также необходимость выполнения временного котлована под подошвой фундамента, что снижает его несущую способность в процессе усиления (рис. 10.5). При устройстве усиления сваями «Мега» конструкция существующего фундамента должна быть проверена на воспринятое усилия от реакции вдавливания.

Для воспринятия значительных растягивающих усилий применяют винтовые сваи. При усилении фундаментов используют также монолитные сваи различных типов: буронабивные сваи требуют громоздкого оборудования, однако могут применяться в любых грунтовых условиях, в том числе и тех, где забивные сваи неприменимы; пневмонабивные, виброштампованные сваи и сваи Страуса могут применяться в помещениях с ограниченной высотой и не требует сложного технологического оборудования. Первые два типа свай используют в любых гидрогеологических условиях, сваи Страуса можно применять только при отсутствии грунтовых вод.

Рис. 10.5. Усиление фундамента с помощью свай Мега:

1 — усиливаемый фундамент; 2 — распределительный элемент; 3 — домкрат; 4 — подпорка; 5 — головной элемент; 6 — рядовой элемент; 7 — нижний элемент сван

При передаче на фундамент дополнительных горизонтальных и вертикальных нагрузок эффективны буроинъекционные (корневидные) сваи, которые могут также просверливаться через существующий фундамент, используемый в этом случае как ростверк (рис. 10.6).

Рис. 10.6. Усиление фундамента с помощью

корневидных свай:

1 — усиливаемый фундамент; 2 — корневидные сваи

Вместо свай типа «Мега» могут применяться комбинированные металлические трубчатые сваи, погружаемые посекционно в грунт гидродомкратами. Их затем заполняют монолитным бетоном.

Включение в работу существующего фундамента свай усиления выполняется с помощью монолитного плитного ростверка или распределительных балок, которые образуют со сваями рамную систему.

Плитный ростверк возможно устраивать в пределах высоты существующего фундамента (рис. 10.7) и путем подводки под него (рис. 10.8). Первые варианты аналогичны работам при устройстве «рубашек» или наращивания, требуют соединения арматуры существующего фундамента с арматурой ростверка и используются в том случае, если возможно уширение фундамента в пределах его высоты. Подводка нового ростверка под существующий фундамент достаточно трудоемка и применяется в случае невозможности уширения фундамента в пределах его высоты, при его повреждениях, а также слабых грунтах под его подошвой или при повреждении головок существующих свай.

Рис. 10.7. Усиление фундамента ростверком, расположенным в пределах высоты фундамента:

1 — усиливаемый фундамент; 2 — ростверк усиления; 3 — существующие спаи; 4 — сваи усиления

Перечисленные выше способы усиления могут применяться как при опирании реконструируемых фундаментов на естественное основание, так и на свайное при усилении ленточных и столбчатых фундаментов из различных материалов (рис. 10.9).

Примеры объединения усиливаемых фундаментов с дополнительными сваями с помощью плитного ростверка приведены на рис. 10.7, 10.8.

На рис. 10.10...10.12 приведены схемы усиления ленточных и столбчатых фундаментов с помощью рамной системы, состоящей из дополнительных свай, железобетонных или металлических распределительных балок.

Рис. 10.8. Усиление ленточного фундамента сваями с подводкой нового ростверка: 1 — усиливаемый фундамент; 2 — существующие сваи; 3 — ростверк усиления; 4 — сваи усиления; 5 — арматурные сетки; 6 — отогнутые стержни

Расчет усиления фундаментов выполняется по двум группам предельных состояний с учетом требований соответствующих нормативных документов (СНиП II-6—74, СНиП 2.02.01—83, СНиП П-17—77, СНиП 2.03.01—84). По первой группе выполняется расчет прочности конструкций фундамента и несущей способности грунта основания, по второй — расчет оснований по деформациям, который требует учета совместной работы здания с основанием.

Несущая способность существующего фундамента определяется с учетом его фактического состояния (степени износа), прочностных характеристик материалов и грунтов основания.

Если в процессе эксплуатации произошла полная стабилизация осадок основания под существующими фундаментами, то расчетные осадки элементов усиления определяются только от дополнительных нагрузок. При этом максимально допустимую осадку назначают с учетом состояния надземных конструкций реконструируемого здания и связанных с ним рядом расположенных объектов (переходов, галерей, коммуникаций). Для отдельных фундаментов осадка определяется с учетом влияния нагрузок от соседних фундаментов по методу угловых точек.

Рис. 10.9. Схемы усиления фундаментов на свайном (а) и естественном (б) основаниях:

1 — усиливаемый фундамент; 2 — ростверк усиления; 3 — сваи усиления

Рис. 10.10. Усиление ленточного фундамента на естественном основании сваями с устройством рамной системы:

1 — усиливаемый фундамент; 2 — сваи усиления; 3 — железобетонный ригель; 4 — железобетонная подушка; 5 — омоноличивание пробитого под ригель отверстия

При жестком соединении существующего фундамента с конструкцией усиления способом наращивания или «рубашкой» расчет уширенного фундамента на естественном основании осуществляется по обычной методике.

При подводке новых частей фундаментов рядом с существующим нагрузка на них определяется в соответствии с принятой расчетной схемой, а их расчет осуществляется как отдельных фундаментов. При подводке целых фундаментов их размеры определяются из условия, чтобы максимальные и средние абсолютные осадки не превышали допустимых по СНиП 2.02.01—83. При этом учитывается стабилизация осадок существующих фундаментов.

Расчет свайного усиления выполняется в зависимости от конструктивного решения существующего фундамента и его состояния. При плохом состоянии свайного фундамента, а также при опирании фундамента на естественное основание количество свай усиления определяется из расчета воспринятия всей нагрузки. При хорошем состоянии существующего свайного фундамента количество свай усиления определяют из расчета передачи на них только дополнительной нагрузки.

Несущая способность трубобетонных вдавливаемых свай определяется по формуле

Fd = Eи x, (10.1)

где Fи — усилие вдавливания; у, — переходный коэффициент, принимаемый равным 0,9 для глинистых грунтов, 0,85 — для песчаных.

Расчет каждого отдельного элемента составной сваи типа «Мега» осуществляется как для сжатого элемента с учетом продольного изгиба и случайного эксцентриситета, определяемого в соответствии с требованиями

СНиП 2.03.01—84. Учитывая возможную несоосность при стыковке отдельных элементов, несущая способность всей сваи определяется умножением на поправочный коэффициент, который принимается при длине сваи до 4 м — 0,75; от 4 до 6 м — 0,6 и свыше 6 м — 0,5.

Рис. 10.11. Усиление ленточного фундамента на естественном основании сваями с устройством рамной системы: 1 — усиливаемый фундамент; 2 — сваи усиления; 3 — металлические балки; 4 — стена

Расчет жестких фундаментов, усиленных сваями за контуром, может выполняться по методике, разработанной Харьковским ПромстройНИИпроектом. Расчет состоит из двух этапов: до реконструкции — на действие эксплуатационных нагрузок с учетом максимально возможной разгрузки фундамента, после реконструкции — на загружение фундамента до уровня, соответствующего этапу разгрузки, плюс дополнительные нагрузки, возникающие после реконструкции сооружения. Усилия в сваях и фундаментах, давление на грунт под подошвой фундамента (при фундаменте на естественном основании) и по контакту со сваями, перемещения и углы поворота усиленных фундаментов определяются алгебраическим суммированием соответствующих величин, полученных на каждом этапе расчета. Осадку усиленного фундамента рассчитывают на втором этапе. При этом модуль деформации грунта определяют с учетом его упрочнения в процессе эксплуатации. Допускается рассчитывать модуль по формуле

Est=1,3E, (10.2)

где Е — модуль деформаций грунта, вычисленный по результатам лабораторных или полевых испытаний, МПа. Упрочнение грунта учитывается в расчетах на глубину, не превышающую ширину фундамента до его усиления.

Рис. 10.12. Усиление столбчатого фундамента на естественном основании с устройством ростверка, армированного металлическими балками: 1 — усиливаемый фундамент; 2 — ростверк усиления; 3 — металлические балки; 4 — сваи усиления

Расчет усиленного фундамента осуществляется в линейной постановке по плоской расчетной схеме. На каждом этапе расчета усиленный фундамент рассматривается как статически неопределимая система, загруженная внешней нагрузкой с одной стороны и усилиями от свай и отпором грунта под подошвой — с другой (рис. 10.13 и 10.14). Усилия от свай выражаются через жесткостные характеристики свай и деформации фундамента, отпор грунта — через коэффициент постели и также деформации фундамента. Последний учитывается только при усилении фундаментов на естественном основании.

Рис. 10.13. Модель расчета усиленного свайного фундамента:

а — расчетная схема; б — основная система метода перемещений

Рис. 10.14. Модель расчета усиленного фундамента на естественном основании:

а — расчетная схема; б — основная система метода перемещений

Усилия и деформации фундамента определяются из решения системы канонических уравнений метода перемещений.

При этой методике расчета грунт рассматривается как линейно деформируемая среда, которая характеризуется следующими параметрами: Kvo — вертикальным коэффициентом постели по контакту с подошвой фундамента на естественном основании, который принимается одинаковым во всех точках основания, кН/м3, Кh,z — горизонтальным коэффициентом постели по контакту с боковой поверхностью сваи и Kh,l — вертикальным коэффициентом постели по контакту с подошвой свай.

Значения коэффициентов постели определяют по методике, разработанной Харьковским ПромстройНИИпроектом.

Расчет устойчивости грунта основания вокруг свай осуществляется в соответствии с требованиями СНиП II-17—77.

studfiles.net

Проектирование усиления фундамента буроинъекционными сваями

Содержание

Введение

. Общие сведения о буроинъекционных сваях

. Экспериментальное исследование несущей способности буроинъекционных свай в основании здания одесского театра оперы и балета

Заключение

Список использованной литературы

Введение

При проведении реконструкции, ремонтных работ и реставрации зданий и сооружений старой постройки, действующих предприятий и производств, одной из главных задач, стоящих перед строителями, является определение состояния существующих несущих конструкций, способность их воспринимать действующие и дополнительные, возникающие в ходе реконструкции нагрузки и, в конечном счёте выбор, в случае необходимости способа их усиления.

В процессе эксплуатации зданий и сооружений, во многих случаях, происходят деформации несущих конструкций - стен, колонн, перекрытий, сводов. Неравномерные осадки зданий и сооружений могут быть вызваны многими факторами. В связи с этим одной из основных проблем, решаемых при реконструкции зданий является выбор рационального метода усиления оснований и фундаментов.

Наряду с известными методами усиления несущих конструкций и, прежде всего, оснований и фундаментов существующих зданий и сооружений такими, как перекладка существующих и подведение новых фундаментов, устройство обойм для укрепления кладки фундаментов, всё в больших объёмах применяют инъекционные методы усиления, в том числе буроинъекционные сваи.

1. Общие сведения о буроинъекционных сваях

Буроинъекционные сваи являются разновидностью буронабивных свай, и были разработаны в Италии в начале 50-х годов для усиления памятников истории и зданий, получивших серьёзные повреждения после второй мировой войны. Изначальное название свай «poalo radice» или «root pile» (корневидные сваи) отражало специфику их работы. Современное название свай в зарубежной литературе «micropile» (микро сваи).

Чаще всего буроинъекционные сваи применяются при невозможности установки забивных элементов, но этим сфера применения не ограничивается. Рекомендуется использовать подобные сваи для:

·Укрепления фундаментов при превышении проектных нагрузок (надстройки, возведения мансардных помещений, утяжеление стен фасадной отделкой).

·Возведение фундаментов здания на сложных грунтах.

·Строительства в непосредственной близости от существующих зданий, когда имеется вероятность разрушения фундаментов при монтаже забивных свай.

·Устранения крена строительных сооружений, вследствие неравномерной осадки фундамента.

Основное отличие буроинъекционных и буронабивных свай заключается в способе подачи инъекционного раствора непосредственно в забой. В зависимости от условий и свойств грунта, а также наличия грунтовых вод, технология модернизируется следующим образом.

Буроинъекционные сваи без применения обсадки скважины. Чаще всего такое устройство буроинъекционных свай применяется на глинистом грунте, имеющем в своём составе мало воды. Такой способ может использоваться для устройства несущих элементов, диаметр которых не превышает 18 сантиметров. Бурение производится при помощи шнековой установки, обеспечивающей выемку грунта. Диаметр забойного долота не должен превышать размер шнека более чем на 10 - 15 мм, это обеспечит дополнительную затирку стенок удаляемым влажным грунтом, и позволит повысить герметичность и прочность. В зависимости от диаметра скважины подача раствора может быть как самотёчной, так и с использованием инъекционной трубы, которая обеспечит подачу непосредственно в забой.

В непрочных склонны к оплыванию грунтах применяют обсадку металлическими трубами. В некоторых случаях используют промывку при помощи бентонитов, которые застывая после затирки шнеком в стенки, образуют надёжную обойму, выполняющую роль обсадки.

Буроинъекционные сваи выполняют с применением армирующих конструкций, при этом используют различные технологии устройства:

·Если позволяют геологические условия армированный каркас лучше установить в скважину после извлечения бурового инструмента. При этом отдельные сегменты этого каркаса должны соединяться сваркой или другими способами, гарантирующими прочность стыка и работоспособность всей конструкции.

·Для неглубоких свай, допускается установка армирующего каркаса после закачки инъекционной смеси. При этом сделать это необходимо до начала отвердевания раствора, не позже чем через 1 час после прекращения подачи смеси.

Подача инъекционного раствора может осуществляться через полый буровой шнек или по специальной трубе, которая может извлекаться или оставаться в толще бетона. От выбора определённой технологии будет зависеть окончательная цена буроинъекционных свай, при извлечении технологических труб конструкция будет стоить дешевле.

Подача осуществляется при помощи насосов, при этом давление должно достигать 20 - 30 атмосфер. Инъекцию необходимо выполнять до тех пор, пока бетонная смесь не станет выходить из устья скважины.

По технологии БИС объём закачанного бетона должен составлять 1,25 - 2,5 объёма скважины. Если расход составил больше этого количества, что бывает при плохом состоянии стоек из - за отсутствия обсадки, необходимо дать смеси застыть, и после этого произвести окончательную опрессовку.

Рис. 1. Схема устройства буроинъекционных свай.

2. Экспериментальное исследование несущей способности буроинъекционных свай в основании здания одесского театра оперы и балета

фундамент усиление буроинъекционный свая

Одесский театр оперы и балета - выдающийся памятник архитектуры 19 столетия построен в 1884 - 87 гг. Фундаменты здания являющиеся продолжением его стен, сложены из пильного камня известняка - ракушечника и заложены на двух уровнях. Фундаменты стен, ограждающих зрительный зал и служащих опорой стальных ферм купола, и фундаменты сценической коробки заглублены на 6,7 - 7,0 м от поверхности планировки и опираются на малопросадочный слой лёссового суглинка. За последние 40 лет осадки в этой части здания не зафиксированы. Фундаменты под служебные и вспомогательные помещения заглублены на 2,2 - 4,0 м и опираются на слой присадочного лёсса, периодическое увлажнение которого из-за неисправностей трубопроводов приводит к неравномерным осадкам фундаментов, вызывающим и деформации в конструкциях театра. За период эксплуатации на участке юго-восточной части здания осадки фундаментов наружных стен превысили 20 см.

В 1955 - 56 гг. под контролем НИИОСПа выполнено химическое закрепление более 15 тас. м3 грунтов основания одно растворной силикатизацией. Ширина силикатированных зон вдоль боковых граней всех фундаментов внутренних стен составила 0,8 - 1 м, наружных - около 2 м. Закрепление грунтов несколько приостановило, но не исключило процесс протекания осадок.

Достичь стабилизации деформаций основания представлялось возможным, путём передачи нагрузок на устойчивые грунты, залегающие ниже второго горизонта лёсса.

По результатам экспериментальных исследований, выполненных на площадке театра, было принято решение об использовании буроинъекционных свай, загубленных на 1,5 - 3,0 м в слой известняка, кровля которого находится на глубине 10,5 - 16,0 м от поверхности.

По данным изысканий в геологическом строении принимают участие: насыпной слой, представленный смесью строительного мусора и грунтов различного состава; просадочные лёссовые супеси и суглинки, суммарная мощность которых изменяется от 6,2 до 9,7 м; красно-бурый суглинок (ИГЭ-7) и глина (ИГЭ-8). Они подстилаются понтическими известняками, мощность которых достигает 12,5м.

Рис.2. Методика исследований

- штамп; II- фрагмент сваи; 1-стойка повышенной жёсткости; 2-обсадная труба; 3 - анкерная опора; 4 - цементный раствор; 5 - полиэтиленовая плёнка; 6 - грузовая платформа; 7 - груз - чугунные гири массой 2 т; 8 - бетон сваи; 9 - арматурный каркас; 10 - стальной стакан - подошва сваи; 11 - манжет; 12 - полость под подошвой сваи.

При оценке инженерно-геологических условий прежде всего необходимо было определить тип грунтовых условий по просадочности. На всех этапах изучения причин деформации здания театра, исследования характеристик просадочных грунтов, залегающих в основании театра, выполнены в лабораторных условиях по монолитам грунтов, отобранным из шурфов и скважин.

В основных нормативных документах по проектированию и изысканиям для особо ответственных зданий регламентируется необходимость уточнения показателей просадочности, полученных в лабораторных условиях полевыми методами. Программа исследований на участке театра предусматривала уточнение типа грунтовых условий путём замачивания опытного участка. Эта работа по техническим причинам не была выполнена, и вопрос о типе грунтовых условий остался спорным. Анализ материалов изысканий, оценка геологических и гидрогеологических условий участка, опыт исследований кафедры оснований и фундаментов Одесской государственной академии строительства и архитектуры ставят под сомнение наличие условий второго типа.

При отсутствии достоверных данных о типе грунтовых условий были рассмотрены два подхода к оценке возможных вариантов свайных фундаментов для условий второго и первого типов лёссовой толщи по просадочности.

В комплекс исследований включены:

) для грунтовых условий второго типа: использование в качестве несущих - инженерно геологические элементы (ИГЭ), залегающие ниже второго горизонта лёсса; определение прочности и сжимаемости понтических известняков для использования их в качестве несущих слоёв; оценка влияния влажности на их сжимаемость; определение сил трения по боковой поверхности свай в непросадочной части основания и несущей способности фрагментов свай в пределах толщи, подстилающей просадочные грунты.

)для грунтовых условий первого типа: использование в качестве несущих слоёв красно-бурой глины и верхних горизонтов известняка; определение прочности красно-бурой глины как несущего слоя, сил трения по боковой поверхности свай в просадочной части основания, несущей способности свай в пределах просадочных грунтов. Исследования были выполнены на участке №6, прилегающем к восточному фасаду здания, и №7, расположенном вдоль переулка Чайковского. При бурении скважин для установки опытных штампов, устройства буроинъекционных свай и их фрагментов были уточнены границы отдельных ИГЭ и определена влажность грунтов (рис. 2 - 4). Инженерно-геологические условия участка №6: (абсолютные отметки поверхности 42,3 - 42,9 м) характеризуются (сверху вниз): слоем насыпного грунта, мощностью до 5,5 м; далее залегает толща маловлажных лёссов и лёссовидных суглинков, мощностью 7,6 м, находящихся в твёрдом и полутвёрдом состояниях. Известняки, вскрытые бурением на глубине 15 - 19.8 м, неоднородны. В верхней части их толщи можно выделить два горизонта: ИГЭ-9 - перекристаллизованный известняк мощностью 3.5 - 4.0 м и ИГЭ-10 - известняк-ракушечник (пильный), мощность которого превышает 6 м.

Рис. 3. Определение прочностных и деформационных свойств пантических известняков штампами.

а, б - литологическое строение участков №6 и 7; в, г - графики зависимости осадки штампов от давления по подошве; д - то же от модуля деформаций от давления. Цифры на кривых - номера опытов.

Перекристаллизованный известняк на глубину 0.7 - 0.8 м ниже кровли выветрелый, и состоит из мелких конкреций известняка с прослойками продуктов выветривания. С увеличением глубины его строение изменяется: увеличиваются размеры конкреций, уменьшается толщина прослоек. Известняк-ракушечник разбит трещинами на блоки.

Отметки участка №7 на 4,5 м ниже отметок остальной территории театра. Здесь насыпной слой практически отсутствует. Лёссовые грунты мощностью 6 м характеризуются повышенной влажностью, находятся в пластичном состоянии и лишены просадочных свойств.

Перепад высотных отметок вокруг театра и особенности геологического строения участка обусловили необходимость изучения прочностных и деформационных свойств ИГЭ, слагающих основание до глубины 20 м. Исследования проведены опытными штампами и сваями в полевых условиях. Был использован дифференцированный метод изучения свойств грунтов, определяющих сопротивление буроинъекционных свай по подошве и боковой поверхности.

Для исследований была разработана конструкция стойки-штампа площадью 490 см2 (см. рис.2, а, б) В процессе опытных работ отработаны методы, обеспечившие зачистку забоя скважины и сопряжение подошвы стойки-штампа с основанием. Фиксация верхней части стойки анкерной опорой с одной степенью свободы позволила исключить её горизонтальное смещение в процессе загрузки и испытаний.

Стойка опускалась в скважину диаметром 250 мм в собранном виде. Нижний её торец погружался в пластичный цементный раствор на глубину 5- 6см. Обжатие раствора обеспечило сопряжение подошвы стойки с забоем скважины. На грузовую платформу, смонтированную на стойке, укладывались чугунные гири массой 2 т. Нагрузка прикладывалась ступенями и выдерживалась до условной стабилизации. Исследования проведены в соответствии с требованиями ГОСТ 20276-85 (3).

Строительные свойства понтических известняков определены испытаниями на двух участках №6 и 7: в опытах 1.1 и 6 - в толще ИГЭ -9; опытах 5.1 и 7 - в толще ИГЭ - 10 на разной глубине от их кровли.

В развитии деформаций наблюдались закономерности, присущие дисперсным породам.

Рис. 4. Результаты испытаний свай и их фрагментов вертикальной вдавливающей (а, б) и выдёргивающей (в) нагрузками. Цифры на кривых - номера опытов.

До давления 2.0 - 2.7 МПа зависимость осадки от нагрузки близка к линейной и соответствует структурной прочности породы. При повышении давления зависимость приобретает слабовыраженный нелинейный характер и в дальнейшем с ростом нагрузки наблюдается значительное нарастание осадок. Развитие деформаций определяется разрушением структурных связей, протекает неравномерно и сопровождается микро скачками. Скорость осадки при постоянном давлении периодически возрастает и снижается.

Результаты испытаний ИГЭ-9, выполненных на двух участках, имеют близкую сходимость, а ИГЭ-10 - различаются, что обусловлено повышенной влажностью породы в опыте №7.

Влажность известняка в опыте 5.1 - 0,08, а в опыте 7 - 0,12. Лёссовая толща выше ИГЭ - 8 и подстилающий слой известняка - ракушечника характеризуется длительным обводнением в результате систематических утечек из теплотрассы. В ИГЭ - 10 вода проникала через разведочные скважины, пройдённые при изысканиях в предыдущие годы, расположенные вблизи опытной выработки. Основные результаты исследований приведены в табл. 1 и на рис.3.

№ опытаИГЭЗаглубление ниже кровли, Z, мПлощадь подошвы, А, м2Предельная нагрузка Р, кНПред. Сопротивл. прочности грунтаМодуль деформации Е, Мпа при Р, МПа1,01,52,01,190,80,0491032300266186141692,50,04910321001911621495,1100,730,049132270014008707967103,00,04995,51950777473311

Полученные результаты позволяют отметить следующее.

.Предельным сопротивлением прочности известняка является давление, до которого наблюдаются деформации, нарастающие по зависимости, близкой к прямолинейной. Давления, меньшие предела прочности, вызывают в основании развитие обратимых деформаций.

.При давлении 1,0 - 2,0 МПа модуль деформации изменяется от 1400 до 140 МПа. Значительное его снижение наблюдается в процессе разрушения структурных связей. Модуль деформации известняка-ракушечника выше модуля деформации перекристаллизованного известняка, сжимаемость которого происходит вследствие сжатия прослоек, состоящих из продуктов выветривания.

.Прочность известняка-ракушечника снижается при повышении влажности.

Был выполнен также комплекс исследований по определению показателей сопротивления грунтов и горных пород по подошве и боковой поверхности буроинъекционных свай. Испытаны сваи и их фрагменты в пределах глубины непросадочной части основания.

Сваи изготавливались в скважинах диаметром 250 мм. Верхняя часть скважин укреплялась обсадными трубами при наличии неустойчивых грунтов насыпного слоя значительной мощности. Качество зачистки забоя обеспечивалось с помощью заборника - цилиндра с боковыми прорезями и выступающими ножами в нижнем торце и контролировалось фотографированием забоя и специальным измерителем наличия шлама.

Фрагменты свай изготовлены с опиранием и без опирания на забой скважины. Исключение сопротивления подошвы сваи позволило определить силы трения по боковой поверхности.

Устройство фрагментов свай с наличием зазора ниже подошвы потребовало разработки оснастки и технологии их изготовления. К нижнему торцу арматурного каркаса был приварен стальной «стакан» диаметром 200 мм, вокруг которого устроен клапан-манжет (см. рис.2, д). Это обеспечило исключение проникания раствора под дно "стакана", служащего подошвой сваи. К верхнему торцу каркаса был приварен отрезок трубы с резьбой для сопряжения с бетоноподающей трубой, состоящей из отдельных секций. Сопряжение нижнего звена с арматурным каркасом резьбовое, промежуточных - на шпонках.

Система монтировалась на всю длину и опускалась в скважину. Её положение фиксировалось у устья.

Бетонирование выполнялось в два приёма. Сначала был забетонирован участок, на 0,3 м не доходящий до резьбового сопряжения нижнего звена бетоноподающей трубы. После схватывания бетона труба отвинчивалась и через неё перед извлечением подавалась оставшаяся часть бетона. На свежий раствор устанавливалась стойка для передачи нагрузки на заглублённый участок сваи. Торец стойки изолировался от схватывания с бетоном полиэтиленовой плёнкой (см. рис.2, в, г).

При испытании свай вдавливающей нагрузкой загружение проводилось чугунными гирями массой 2 т, что обеспечило её постоянство до стабилизации деформаций при каждой ступени загружения.

Выдёргивающая нагрузка прикладывалась двумя спаренными домкратами грузоподъёмностью по 500 кН. Строго соблюдалось основное требование к проведению испытаний - постоянство давления в системе.

Перемещения измерялись струнными прогибомерами; контрольные - путём измерения осадок штангенглубиномером и высокоточным нивелированием.

К непросадочным относятся грунты, залегающие ниже ИГЭ-6. Для получения результатов сопротивления сваи нагрузкам были испытаны фрагменты двух свай на участке №6 -1.2 с опиранием подошвы на перекристаллизованный известняк и 5.2 с опиранием на известняк-ракушечник. Верх свай совпадает с кровлей красно-бурого суглинка ИГЭ-7 (рис.4).

В опыте 1.2 выполнено замачивание основания. Через дренажные трубки, забетонированные в свае, и специальное устройство башмака в её подошве была обеспечена подача воды в основание для увлажнения зоны вокруг пяты. Замачивание, длившееся 4 сут. с расходом воды 0,36ма, не вызвало увеличения осадки.

На участке №7 проведены два испытания -8.1 и 8.2 (см. рис. 4) для определения сопротивления трению по боковой поверхности фрагмента сваи, изготовленной с зазором под пятой. Её верхняя часть расположена в ИГЭ-9 (3,55 м), а нижняя в ИГЭ-10 (2,5 м) с повешенной влажностью. Испытания выполнялись через 10 сут. после изготовления (8.1) и через 22 сут. после отдыха" (8.2). В испытании 8.2 сопротивление по боковой поверхности оказалось на 32% выше, а в целом на 11% ниже чем на участке №6. Результаты испытаний приведены в табл.2 и на рис. 4.

В непросадочной части основания нарастание осадки протекало неравномерно и сопровождалось чередующимися участками "зацепления", на которых наблюдаются незначительное приращение осадок и "микросрывы", которые завершаются "срывом" сваи, характеризующим разрушение грунта по боковой поверхности. Это влечёт за собой передачу нагрузки на подошву сваи, вызывая разрушение структуры залегающих под ней известняков. В течение "отдыха фрагмента сваи, доведённого до "срыва", отмечено восстановление связей по боковой поверхности (опыт 8.1 и 8.2).

Таблица 2

№Геометрические параметры свайПредельное сопротивление F, кНРасч. несущая спос-сть N, кНРасчётное сопр. по боковой пов-ти fiА, м2u, мh, мuh, м2V,м3сваиПо боковой пов-стиКнКн/м21,20,0490,7855,1554,040,25421-351--5,20,0490,7858,06,280,39701-584--2,10,0490,7858,35,620,41-583-48686,48,10,0310,6286,053,80,19-251-209558,20,0310,6286,053,80,19-331-27672,5

Таблица 3

№ опытаГеометрические параметры свайСопротивление по боковой поверхностиu, мh, мuh, м2Ah, м3предельноеРасчётноеF, кНf, кН/м2F, кНf, кН/м21,30,7855,964,680,29230865,8257552,20,7856,855,380,3439974,2333622,30,7856,855,380,3430857,225748

Таблица 4

№Геометрические параметры свайПредельное сопротивление F, кНРасчётная несущая спос-сть N, кНРасчётное сопр. по боковой поверхности, f кН/м2После отдых сваи t, сутА, м2u, мh, мuh, м2V, м3По торцу сваиПо бок. Пов-ти30,0490,78517,213,5697-581--4,10,0490,78513,510,6620-517--4,20,0490,78513,510,6655-546-574,30,0490,78513,510,6-354-29527,844,3*0,0490,7858,06,28-340-28345,0-

К просадочной части основания отнесены ИГЭ 4; 5 и 6. В её пределах выполнены испытания свай 3; 4.1 и повторно 4.2. Сопротивление по боковой поверхности определено по результатам испытаний фрагментов свай 1.3; 2.2; 2.3 и сваи на выдёргивание 4.3.

Сваями (опыт 3 и 4) прорезаны просадочные грунты. Несущим слоем сваи (опыт 3) принят известняк (ИГЭ-9), а сваи (опыт 4) - красно-бурая глина (ИГЭ-8). Повторное испытание этой сваи (4.2) после "отдыха" показало незначительное повышение её несущей способности (см. рис.4 , ж). Фрагмент сваи (опыт 1.3) изготовлен в пределах просадочных грунтов. Испытание проведено при природной влажности грунтов на вертикальную выдёргивающую нагрузку. Участок сваи (опыт 2.2) выполнен с зазором между её пятой и головой. Испытание проведено вертикальной вдавливающей нагрузкой в грунтах природной влажности. По окончании опыта основание было замочено через дренажные скважины, пройденные вокруг сваи в соответствии с рекомендациями приложения Г. ГОСТ 5686-94 [4]. После замачивания свая была испытана вертикальной выдёргивающей нагрузкой (опыт 4.3).

По результатам испытаний сваи (опыт 4) на вдавливающую и выдёргивающую нагрузки определена прочность красно-бурой глины (ИГЭ-8), соответствующая давлению, при котором начинается процесс развития необратимых деформаций. Оно определено по нагрузке, соответствующей концу прямолинейной зависимости на графике S =f(р) при испытании на вдавливающую нагрузку, уменьшенной на величину выдёргивающей нагрузки и массы сваи.

Фактические осадки фрагментов свай получены путём вычитания упругого сжатия стойки от зафиксированных общих деформаций, измеренных на уровне грузовой платформы. По результатам испытаний построены графики зависимости осадки во времени и осадки от нагрузки (табл. 3, 4, рис 4).

Результаты определения сопротивления грунтов трению по боковой поверхности свай в пределах просадочной толщи приведены в табл. 3, а результаты определения несущей способности и параметров сопротивления свай по подошве и боковой поверхности, изготовленных в пределах залегания просадочных грунтов - в табл. 4.

Заключение

Анализ приведённого примера позволяет сделать следующие выводы:

. При проектировании усиления фундамента буроинъекционными сваями следует стремиться к минимализации осадки усиленных фундаментов, а также максимально достоверной оценке осадки путём применения современных моделей механики грунтов и их числовых реализаций.

. Прочность буроинъекционных свай необходимо определять с учётом отпора грунта. Наличие непосредственно под подошвой ростверка грунтов с относительной высокими механическими характеристиками может приводить к увеличению напряжений в свае.

Список использованной литературы

1. Аскалонов В. В. Силикатизация лёссовых грунтов. - М.: Стройиздат, 1959. - 76с.

. Колесников Л. И. Экспериментальное исследование несущей способности буроинъекционных свай в основании здания одесского театра оперы и балета // Основания и механика грунтов - 2000 - №5 с 23 - 29.

3. <http://base1.gostedu.ru/51/51245/>

. http://pro-fundament.com/buroinekcionnye-svai-bis/#!prettyPhoto/0/ <http://pro-fundament.com/buroinekcionnye-svai-bis/>

Теги: Проектирование усиления фундамента буроинъекционными сваями Реферат Строительство

dodiplom.ru

Проектирование усиления ленточных фундаментов надстраиваемого жилого здания

Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Основания и фундаменты» для студентов специальности 270105 «Городское строительство и хозяйство»

Омск • 2008

Федеральное агентство по образованию

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

(СибАДИ)

Кафедра инженерной геологии, оснований и фундаментов

ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСИЛЕНИЯ

ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

НАДСТРАИВАЕМОГО ЖИЛОГО ЗДАНИЯ

Составитель А.С.Нестеров

Омск

Издательство СибАДИ

2008

УДК 624.15

ББК 38.528

Рецензент д-р. техн. наук, проф. Ю.В.Краснощеков

Работа одобрена объединённым научно-методическим советом специальностей 270105 «Городское строительство и хозяйство» и 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция» в качестве методических указаний к курсовой работе по дисциплине «Основания и фундаменты» для специальности 270105 «Городское строительство и хозяйство».

Проектирование усиления ленточных фундаментов надстраиваемого жилого здания: Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Основания и фундаменты» для специальности 270105 «Городское строительство и хозяйство»/ Сост.: А.С.Нестеров – Омск: Изд-во СибАДИ, 2008.– 40 с.

На основе нормативных документов изложена методика проектирования усиления ленточных фундаментов надстраиваемого жилого здания, включающая обоснование конструктивных параметров монолитной прерывистой железобетонной фундаментной плиты усиления и оценку влияния этого здания на осадку расположенного рядом.

Табл.3. Ил.17. Прил. 6. Библиогр.: 11 назв.

©Составитель А.С. Нестеров, 2008

Содержание

Введение.........................................................................................................................4

1. Оценка результатов обследования зданий и инженерно-геологических усло– вий эксплуатации ленточных фундаментов зданий...................................................5

1.1. Результаты обследования технического состояния надстраиваемого и распо– ложенного рядом зданий..............................................................................................5

1.2.Оценка характеристики инженерно-геологических условий эксплуатации ленточных фундаментов зданий..................................................................................7

2. Определение нагрузок на фундаменты под наружную и внутреннюю стены.............................................................................................................................10

3. Проверка давления фундаментов на грунт основания.....................................14

4. Определение размеров железобетонной фундаментной плиты усиления......16

5. Расчёт армирования фундаментных плит усиления.........................................19

5.1. Определение расчётных изгибающих моментов в сечениях фундаментов под наружную и внутреннюю стены................................................................................19

5.2. Расчёт фундаментных плит усиления на изгиб.................................................20

6. Расчёт дополнительных осадок и крена фундаментов после надстройки здания............................................................................................................................21

6.1. Определение нижних границ H сжимаемой толщи фундаментами по осям А и Б.................................................................................................................................21

6.2. Расчёт дополнительных осадок фундаментов..................................................22

7. Оценка влияния надстроенного здания на осадку расположенного рядом....23

8. Оценка трудоёмкости курсовой работы.............................................................27

Библиографический список.......................................................................................28

Приложение 1. Варианты характеристики инженерно-геологических условий эксплуатации ленточных фундаментов зданий.......................................................29

Приложение 2. Оценка технического состояния конструкций кирпичных, кру–пноблочных и крупнопанельных домов по результатам обследований с учётом развития повреждений и физического износа.........................................................35

Приложение 3. Характеристики стеновых блоков и фундаментных плит для лен-

точных фундаментов..................................................................................................36

Приложение 4. Расчётная площадь поперечного сечения (см2) стержневой арматуры класса А400................................................................................................38

Приложение 5. Вклейка

Приложение 6. Трудоёмкость выполнения курсовой работы……………………39

ВВЕДЕНИЕ

Цель курсовой работы заключается в приобретении студентами практических навыков по дисциплине «Основания и фундаменты» на примере проектирования усиления фундаментов надстраиваемого жилого здания.

Курсовая работа состоит в определении величины требуемого уширения подошвы ленточных фундаментов здания в связи с необходимостью его надстройки и оценке влияния надстроенного здания на осадку расположенного рядом.

Исходные данные для выполнения курсовой работы приведены в индивидуальном задании.

Проектирование фундаментов следует вести в последовательности, в которой изложены методические указания.

При выполнении курсовой работы студент должен систематически являться на консультации для отчёта перед преподавателем об объёме выполненной работы (согласно табл. 4) и получения консультаций.

studfiles.net

4. Усиление и реконструкция фундаментов мелкого заложения

ГЛАВА 4. УСИЛЕНИЕ И РЕКОНСТРУКЦИЯ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

Выбор метода усиления и реконструкции фундаментов мелкого заложения (как столбчатых, так и ленточных) зависит от причин, вызывающих необходимость такого усиления, конструктивных особенностей существующих фундаментов и инженерно-геологических условий строительной площадки [1, 2, 3, 4, 5, 7, 10, 11, 12, 13, 54].

Зурнаджи В.А., Филатова М.П. Усиление оснований и фундаментов при реконструкции зданий

Методика обследования и проектирования оснований и фундаментов при капитальном ремонте, реконструкции и надстройке зданий

Ройтман А.Г., Смоленская Н.Г. Ремонт и реконструкция жилых и общественных зданий

Коновалов П.А. Основания и фундаменты реконструируемых зданий

Абелев М.Ю. Аварии фундаментов сооружений

Швец В.Б., Тарасов Б.Л., Швец Н.С. Надежность оснований и фундаментов

Кезди А.А. Руководство по механике грунтов. Применение механики грунтов в практике строительства

Грасник А., Холыцапфель В. Бездефектное строительство многоэтажных зданий. Ч.1. Общестроительные работы

Основания и фундаменты: (Краткий курс) / Н.А. Цытович, В.Г. Березанцев

Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты

Хило Е.Р., Попович Б.С. Усиление железобетонных конструкций с изменением расчетной схемы и напряженного состояния

Известно, что проектирование усиления фундаментов почти всегда сложнее проектирования новых конструкций. Это объясняется тем, что в каждом случае усиления приходится считаться с условиями эксплуатации объекта, со стесненными условиями работы, с разнообразием проявления деформаций зданий и сооружений и др.

Применяемые в настоящее время методы усиления и реконструкции фундаментов мелкого заложения можно классифицировать в зависимости от конструктивно-технологических способов их выполнения (табл. 4.1).

Таблица 4.1. Классификация методов усиления и реконструкции фундаментов мелкого заложения

Метод усиления или реконструкции	Условия применения
Усиление кладки фундаментов цементацией пустот	При образовании пустот в швах кладки и небольшом разрушении материала фундамента; нагрузка на фундамент не увеличивается или увеличивается незначительно
Частичная замена кладки фундамента	При средней степени разрушения материала фундамента; нагрузка на фундамент не увеличивается или увеличивается незначительно; при достаточной несущей способности основания
Устройство обойм:без уширения подошвы фундамента	При значительном разрушении материала фундамента; нагрузка на фундамент не увеличивается или увеличивается незначительно; при достаточной несущей способности основания
с уширением подошвы фундамента	При увеличении нагрузки на фундамент и недостаточной несущей способности основания
Подведение конструктивных элементов под существующие фундаменты: плит столбов стены	При большой толще слабых грунтов в основанииПри неглубоком залегании несущего слоя грунтаТо же, а также в случае увеличения глубины заложения фундамента при устройстве подвалов, при необходимости передачи нагрузки на более прочные грунты
Подведение новых фундаментов	При коррозионном или ином разрушении фундамента; при необходимости значительного увеличения нагрузок, глубины заложения и изменении конструкций подземной части зданий и сооружений
Усиление вдавливаемыми сваями	При значительном увеличении нагрузок; при наличии подстилающих прочных грунтов; при невозможности проведения работ непосредственно под подошвой фундамента
Подведение свай под подошву фундамента	В маловлажных грунтах; при небольшой глубине существующего фундамента и невозможности уширения его подошвы
Пересадка на выносные сваи	В водонасыщенных грунтах; при относительно большой глубине залегания прочного слоя грунта
Усиление буронабивными сваями	При значительном увеличении нагрузок и большой толще слабых грунтов в основании: в сложных условиях реконструкции и строительства
Усиление корневидными буроинъекционными сваями	То же, а также при невозможности частичной разборки существующих фундаментов и в стесненных условиях строительства
Усиление конструкциями, возводимыми способом "стена в грунте"	При значительном увеличении нагрузок; в сложных условиях реконструкции подземных частей зданий и сооружений
Усиление фундаментов опускными колодцами
Передача части нагрузок на дополнительные фундаменты	При сложных сочетаниях нагрузок и в особых условиях выполнения работ по реконструкции
Переустройство столбчатых фундаментов в ленточные и ленточных в плитные	При значительных неравномерных деформациях основания; изменении величины нагрузок и статической схемы работы фундаментов; установке дополнительного оборудования; изменении конструктивной схемы здания или сооружения; необходимости значительного повышения жесткости здания
Возвращение просевшего фундамента в первоначальное или горизонтальное положение	При просадке и значительном перекосе (крене) фундаментов для исправления положения эксплуатируемых зданий или сооружений в случае сохранения их устойчивости
Повышение жесткости фундаментов (устройство дополнительных железобетонных поясов в ленточных фундаментах; устройство связей-распорок с одновременным усилением ленточных или столбчатых фундаментов)	При больших неравномерных осадках основания, например на подрабатываемых территориях, просадочных и других сложных грунтовых условиях
Уменьшение силовых воздействий на фундаменты со стороны смещающегося грунтового массива (устройство компенсационных траншей вокруг фундаментов; разделение фундаментов деформационными швами; локализация деформации смещающегося грунтового массива с помощью скважин глубокого бурения)

На эти способы большое влияние оказывают условия, в которых находятся фундаменты: степень их разрушения, величины нагрузок, передаваемых на них, особенности конструктивной схемы здания или сооружения, инженерно-геологические и гидрогеологические условия.

Работы по предотвращению развития аварийных деформаций зданий включают усиление надземных и подземных конструкций зданий, фундаментов, а иногда и укрепление оснований. Возможны различные сочетания конструктивных мероприятий по восстановлению и реконструкции зданий и сооружений.

xn--h1aleim.xn--p1ai

Проектирование укрепления оснований и фундаментов

Основные виды деятельности:

Проектирование укрепления оснований и фундаментов

1. Общие положения.

Проектирование оснований и фундаментов реконструируемых сооружений выполняется с требованиями СНиП 2.02.01-83*, 2.02.03-85, МГСН 2.07-97, Рекомендаций (1997), СНиП 3.02.01-87 и других нормативных документов. Применяется, в основном, одностадийное проектирование, т.е. разработка непосредственно рабочих чертежей.

Работы по проектированию оснований и фундаментов реконструируемых зданий выполняются только в соответствии с техническим заданием на проектирование и необходимыми исходными данными, представляемыми Заказчиков.

Техническое задание включает сведения о целях реконструкции (надстройка существующего здания, пристройка к нему новой части и т.п.), характеристику здания, уровень ответственности, нагрузки и другие данные, необходимые для проектирования.

Исходные данные должны содержать отчеты об инженерных изысканиях по площадке строительства с прочностными, деформационными и физическими характеристиками грунтов основания на момент реконструкции и обследования оснований, фундаментов и конструкций здания, включая обмерно-обследовательские работы.

По полученным данным проверяются фактические давления на грунты основания под подошвой существующих фундаментов, и устанавливается необходимость усиления основания. Выбираются способы укрепления грунтов основания и усиления конструкций фундаментов и подземной части здания, которые будут рассчитаны на фактические нагрузки и воздействия, возникающие в результате реконструкции, а также в процессе строительства.

Проектирование оснований и фундаментов производится с использованием расчетных значений физико-механических характеристик грунтов оснований и характеристик материала существующих и возводимых фундаментов. При этом учитывается состояние конструкций подземной и надземной частей, а также особенности производства работ по усилению оснований, фундаментов, подземной и надземной частей сооружения.

В проектах реконструируемых зданий принимаются такие решения по устройству оснований и фундаментов, при которых максимально используются существующие конструкции фундаментов и резервы несущей способности оснований.

При расчете оснований и фундаментов значения нагрузок и воздействий, коэффициентов надежности по нагрузке, коэффициентов сочетаний, а также подразделение нагрузок на постоянные и временные принимаются в соответствии с требованиями СНиП по нагрузкам и воздействиям (СНиП 2.01.07-86 «Нагрузки и воздействия», БСТ № 5-90, №№ 11,12-93).

В современных условиях в городе Москве интенсивно проводится модернизация исторических кварталов в основном методами реконструкции зданий под новое назначение и точечной застройкой. Это иногда приводит к техногенному воздействию на существующие сохраняемые зачастую значимые здания и к нарушению их устойчивости.

Основная проблема сохранения устойчивости оснований зданий при их укреплении, в первую очередь, ветхих и аварийных зданий, а также зданий с неполноценными фундаментами (в основном, исторические здания), заключается в необходимости активных механических воздействий на грунты оснований. Традиционные наиболее освоенные методы связаны с бурением скважин большого диаметра (более 100 мм) через конструкции существующих фундаментов, бурением сплошного ряда скважин (шпунтового ограждения) в непосредственной близости от фундаментов сохраняемого здания, вскрытием фундаментов шурфами и удалением грунта под подошвой фундаментов при прямом замещении грунта бетоном, вскрытием и разрушением части фундаментов существующего здания с целью устройства железобетонного ростверка.

Применение вышеизложенных методов иногда имело негативный результат (новые повреждения зданий, вплоть до развития аварийных ситуаций). Поэтому потребовалась разработка и внедрение новых, более щадящих технологических методов укрепления оснований и фундаментов.

2. Инъекционное укрепление основания и фундаментов

Как показывает накопленный опыт наибольшее сочетание безопасности и эффективности при укреплении оснований зданий обеспечивает инъекция низкого давления с применением в качестве вяжущего состава суспензии особо тонкодисперсного вяжущего (ОТДВ), которое обладает определенными преимуществами по сравнению с инъекцией полимерных составов и струйной цементацией.

Водная суспензия ОТДВ сохраняет проектную проницаемость не менее 120 мин. что позволяет при низком давлении нагнетать большое количество инъекционного состава одной инъекцией (от сотен литров до нескольких куб.м) в поры грунтов и конструкций и создавать закрепленные массивы грунта со значительными габаритами (до 3 м в диаметре). Полимерные составы имеют значительно меньшее время годности инъекционного состава (5 — 40 мин) и не обеспечивают закрепление значительных объемов грунта из одной точки.

ОТДВ является минеральным вяжущим с уникальным реологическими свойствами и гранулометрическим составом (d951 м/сут. при давлении до 0,5 МПа. Это невозможно при применении обычных цементов, предел проницаемости которых — гравийные грунты. ОТДВ обеспечивает инъекционное закрепление проницаемых для воды грунтов с образованием габаритных грунтобетонных массивов с прочностью на сжатие от 1,0 до 25 МПа. Долговечность массивов соответствует долговечности сульфатостойкого бетона. По данному критерию ОТДВ во много раз превосходит закрепление грунтов полимерами. ОТДВ — экологически и санитарно безопасный материал (аналогично гидравлическим цементам), в то время как полимерные составы (например, карбамидные смолы) являются экологически вредными, а в ряде случаев — ядовитыми веществами.

ОТДВ позволяет решать разнообразные геотехнические задачи (см. рис. 1) безопасным для существующих зданий, в том числе ветхих и аварийных, методами: наращивание и усиление фундаментов (а), углубление подвалов зданий (б), обеспечение устойчивости оснований зданий, примыкающих к котлованам (в), обеспечение устойчивости и водонепроницаемости ограждений котлованов и откосов (в), устройство противофильтрационных завес (в т.ч. горизонтальных) в водонасыщенных грунтах и недопущение выхода воды и грунта из оснований зданий (г).

По материалам сайта: http://stroygeologia.ru

fix-builder.ru

Усиление и реконструкция оснований фундаментов

УСИЛЕНИЕ И РЕКОНСТРУКЦИЯ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ

1.1. Общие положения

Усиление оснований и фундаментов осуществляется при реконструкции зданий и сооружений для предотвращении осадок ниже допустимых. Описаны основные способы усиления фундаментов.

Под реконструкцией фундаментов зданий и сооружений понимается выполнение работ, проводимых в связи с изменением геометрических размеров зданий, возрастанием постоянных или временных нагрузок, устройством подземных сооружений в пределах габаритов здания, а также восстановлением (усилением) несущей способности оснований и фундаментов, утраченной вследствие суффозии, колебания уровня подземных вод и др., а также возникшими деформациями конструкций и их износом.

Надежность работы реконструируемых зданий обеспечивается совместной работой системы “основание, фундамент – подземные конструкции”. Дефекты в работе сооружений – следствие полного или частичного нарушения надежного взаимодействия элементов этой системы:

- суффозионные процессы, а также колебания УПВ (уровня подземных вод), вызванные изменением гидрогеологических условий в районе расположения здания, атмосферными водами, аварийными и систематическими утечками из коммуникаций;

- проявление карстовых деформаций;

Повреждения оснований и фундаментов возникают за счет природных и техногенных процессов, за счет нарушений требований нормативных документов, допускаемых при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации. Основными причинами повреждений являются:

снижение прочностных и деформационных свойств грунтов при увлажнении, а также проявление процесса набухания и пучения грунтов;

проведение земляных работ в пределах здания или вблизи него;

прокладка коммуникаций;

увеличение нагрузок на основание, сопровождаемое появлением эксцентриситета их приложения;

вибрационные или динамические воздействия как внутренние, так и внешние.

При реконструкции фундаментов отсутствует возможность применения типовых схем усиления. Схемы усиления должны применяться в каждом конкретном случае в зависимости от нагрузок на фундаменты, конструктивных особенностей здания (наличие подвала и других подземных сооружений), инженерно-геологических и гидрогеологических условий и др.

При этом применяемые методы усиления оснований и фундаментов должны обеспечивать их совместную работу с существующими фундаментами.

Следует учитывать, что работы по усилению оснований и изменению конструкций фундаментов могут вызвать при их осуществлении деформации оснований и осадки фундаментов.

Повышение несущей способности оснований и фундаментов при реконструкции может быть обеспечено за счет:

- изменения конструкции или размера фундамента;

- усиления физико-механических характеристик грунтов основания

1.2. Инженерно-геологические изыскания

Инженерно-геологические изыскания при реконструкции оснований и фундаментов должны обеспечивать комплексное изучение инженерно-геологических условий площадки реконструируемого здания или подземного сооружения и получения исходных данных для проектирования и устройства усиления фундаментов или укрепления основания.

Состав, объем и методы изысканий зависят от целей реконструкции, типа здания или подземного сооружения, их состояния и степени сложности инженерно-геологических условий.

1.3. Обследование фундаментов

Программа обследования составляется на основании технического задания заказчика и ознакомления с проектно-технической документацией реконструируемого здания.

Обследование конструкций фундаментов производится методом их вскрытия при проходке шурфов и других выработок.

По результатам обследования составляется технический отчет, содержащий результаты обследования и техническое заключение о возможности использования конструкций фундаментов и подземных сооружений при их реконструкции и рекомендации по типу рекомендуемых конструкций и технологии их устройства.

1.4. Проектирование и устройство оснований и фундаментов реконструируемых зданий

Проектирование и устройство оснований и фундаментов реконструируемых зданий и подземных сооружений следует выполнять в соответствии с действующими нормативными документами (см. приложение 1).

Допускается одностадийное проектирование, т.е. разработка непосредственно рабочих чертежей.

Проектирование и устройство оснований и фундаментов должно производиться с использованием расчетных значений физико-механических характеристик грунтов оснований и характеристик материала существующих и возводимых (реконструируемых) фундаментов. При этом должно учитываться состояние конструкций подземной и надземной частей, а также особенности производства работ по усилению оснований, фундаментов, подземной и надземной частей сооружения.

В проектах должны приниматься такие решения по устройству оснований и фундаментов, при которых максимально используются существующие конструкции фундаментов и возможности несущей способности оснований, определенные по данным инженерных изысканий.

Производство работ при реконструкции (усилении) не должно приводить к возникновению недопустимых осадок здания (сооружения).

1.5. Реконструкция и усиление фундаментов на естественном основании

1.5.1. Укрепление фундаментов

В результате механических повреждений, осадочных трещин, растрескивания и расслоения тела фундамента вследствие промораживания, воздействия грунтовых вод, агрессивности среды, температурных перепадов материал фундаментов с течением времени теряет свою прочность и становится легко разрушимым.

Для восстановления кладки фундаментов из бутового камня, керамического кирпича, а также бетонных и железобетонных конструкций фундаментов используется метод инъектирования цементным раствором, синтетическими смолами и т.п. Для цементации в теле фундамента бурятся шурфы или пробиваются отверстия для установки инъекторов. Диаметр отверстий должен быть на 2-3 мм больше диаметра инъектора, диаметр инъектора обычно принимается равным 25 мм. Расстояние между инъекторами обычно принимают равным 50-100 см. Глубина погружения инъектора в тело фундамента принимается равной 0,4-0,6 толщины (ширины) фундамента. При давлении нагнетания закрепляющего раствора 0,2-0,6 МПа диаметр закрепления может составить 0,6-1,2 м (рис.1-4)*.

_____________

* Здесь и далее номера рисунков даны по приложению 2.

Обычно при цементации тела фундамента проводят цементацию контакта “фундамент-грунт”. Эта операция целесообразна в случае основания сложенного насыпными, песчаными, гравийно-галечниковыми грунтами. В случае залегания в уровне подошвы фундамента глинистых грунтов цементация контакта “фундамент-грунт” может привести к неконтролируемому распространению цементирующего раствора.

При неэффективности усиления дефектных фундаментов путем цементации, фундаменты могут быть усилены бетонными или железобетонными обоймами на всю высоту фундамента или его части. В фундаментах противоположные стенки обоймы соединяют арматурными стержнями, которые крепятся к арматуре обойм.

При устройстве обойм главным является обеспечение совместной работы нового бетона со старым или старой кладкой, после устройства обойм для дополнительного упрочнения фундамента можно провести инъекцию цементного раствора или синтетических смол во внутреннюю часть растрескавшегося или расслоенного фундамента (рис.5-7).

Усиление фундамента обоймами, без углубления фундаментов, производят как без увеличения подошвы, так и с ее увеличением в случае недостаточной несущей способности основания, частичного разрушения фундамента или существенного возрастания нагрузки при реконструкции.

При большом увеличении нагрузки элементы укрепления фундаментов должны быть введены в работу путем предварительной передачи давления на основание (обжатия).

1.5.2. Усиление фундаментов

Усиление фундаментов мелкого заложения может быть осуществлено путем их уширения и углубления подведением дополнительных конструктивных элементов. Такими элементами могут быть плиты, столбы или сплошные стены (рис.8-9).

На участках длиной 1-2 м грунт под фундаментом удаляют и на месте изготавливают железобетонную монолитную плиту или монтируют заранее заготовленные железобетонные элементы. После обжатия грунта в основании гидравлическими домкратами и подклинки плиты, промежуток между плитой и подошвой старого фундамента заполняют пластичным бетоном с тщательным уплотнением (рис.10).

В ряде случаев ленточный фундамент усиливают отдельными столбами. В этих случаях старый фундамент может быть усилен рандбалками.

Для переустройства столбчатого фундамента в ленточный между существующими фундаментами устраивается железобетонная стенка в виде перемычки. При необходимости устройства подвала перемычка делается на всю высоту столбчатых фундаментов.

Переустройство ленточных или столбчатых фундаментов в плитные производится путем подведения концов плит под существующие фундаменты (рис.11, 12) произведя расчет на скалывание зоны опирания ленточного или столбчатого фундамента и конца плиты.

В практике реконструкции возможно переустройство столбчатых фундаментов в перекрестно-ленточные и плитные, а также перекрестно-ленточных в плитные.

Необходимость устройства подвала, подземного сооружения, переноса подошвы фундамента на менее сжимаемые слои грунта и пр. становится причиной проведения работ по заглублению фундаментов реконструируемого здания (рис.14-21).

1.5.3. Применения свай для усилении фундаментов мелкого залегания

Для усиления фундаментов мелкого залегания могут быть использованы сваи различных конструкций: буронабивные, буровые, буроинъекционные, завинчиваемые, а также конструкции “стена в грунте” (рис.22-27).

Буронабивные и буровые сваи используются при увеличении нагрузок и большой толщине слабых грунтов в основании; в сложных условиях реконструкции.

mirznanii.com