Результат интеллектуальной деятельности: Способ усиления основания фундамента при реконструкции зданий и сооружений

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для усиления оснований ленточных фундаментов и фундаментов стаканного типа при реконструкции зданий и сооружений, подвергшихся в период эксплуатации неравномерным осадкам и нагрузкам, возникающим из-за их локального замачивания и промораживания.

Известен способ закрепления основания фундамента (см. авторское свидетельство СССР №1671778, кл. E02D 27/08, 1988 г), согласно которому вдоль укрепляемой конструкции выкапывают траншеи, затем в основании пневмопробойником прокладывают скважины, изогнутые подобно расчетным линиям одинаковых горизонтальных напряжений, которые заполняют цементным раствором и соединяют на концах перемычками. Расстояние от нижней точки фундамента до верхней точки оси изогнутой сваи должно быть не более трех диаметров сваи, а расстояние между осями двух параллельных свай не менее шести диаметров. Места соединения свай с перемычками выполнены с армирующими элементами.

Недостатком способа является ограниченность его применения. Например, его невозможно применять в грунтах, где происходит оплывание или осыпание стенок прокладываемых скважин.

Наиболее близким к настоящему изобретению по своей сущности и достигаемому эффекту, является способ усиления основания фундамента при реконструкции зданий и сооружений, включающий разработку траншеи с внешней стороны фундамента и размещение из траншеи в основании параллельных друг другу горизонтальных армоэлементов с образованием их концевых участков за пределами контура фундамента, размещение армоэлементов осуществляют с помощью пневмопробойника вплотную к подошве фундамента с шагом равным 3 высотам сечения армоэлемента, причем высота сечения армоэлемента находится в пределах 0,125-0,075 ширины фундамента, а концевые участки образуют в пределах 0,5-1,5 ширины фундамента (см. патент РФ №2032024, кл. E02D 27/08; E02D 37/00, опубл. 27.03.1995).

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является большие трудо- и материалозатраты, так как требуется раскопка грунта у фундамента, а также использование металлических труб. Кроме того, указанный способ не обладает достаточной надежностью в слабых водонасыщенных грунтах. В таких грунтовых условиях армоэлементы, обладающие достаточно большим весом, будут осаждаться в обводненном грунтовом основании, что неизбежно приведет к снижению несущей способности фундаментов. В пучинистых грунтовых условиях увеличение же площади опирания на грунт повысит воздействие на фундамент сил морозного пучения и, как следствие, увеличение деформаций в здании.

Техническая задача - повышение эффективности усиления основания фундамента.

Указанная техническая задача достигается тем, что в способе усиления основания фундамента при реконструкции зданий и сооружений, включающем размещение в основании параллельных друг другу усиливающих элементов с образованием их концевых участков за пределами контура фундамента, первоначально выполняют лидерные скважины под углом к фундаменту, усиливающие элементы выполняют путем нагнетания трамбовочной полусухой цементно-песчаной смеси с помощью пневмопробойника при многоразовой его проходке в лидерную скважину, затем после образования под подошвой фундамента уширения из цементно-песчаной смеси в скважины устанавливают армоэлементы и заливают цементно-песчаный раствор, причем в местах выхода армоэлементов укладывают арматурную сетку, объединяют их сваркой и заливают бетоном. В качестве армоэлемента используют арматуру диаметром 12÷18 мм. В качестве трамбовочной смеси применяют полусухую цементно-песчаную растворную смесь состава 1:2÷1:3 по объему при водоцементном отношении В/Ц=0,26÷0,32.

На фиг. 1 показана схема (поперечный разрез) обустройства усиления основания фундамента; на фиг. 2 вид по А-А на фиг. 1.

Способ осуществляется следующим образом.

В грунтовом массиве под фундамент 1 с колонной 2 пневмопробойником бурят до проектной отметки наклонную лидерную скважину 3 под углом не более 45° к дневной поверхности. После реверсирования и выхода пневмопробойника на поверхность, выполняют усиливающие элементы путем заполнения скважины 3 полусухой цементно-песчаной смесью и повторного запуска пневмопробойника в скважину. В период проходки цементно-песчаная смесь за счет ударного воздействия трамбуется в забой скважины 3 и частично в ее стенки, образуя уширение 4 из трамбовочной полусухой цементно-песчаной смеси и уплотненную грунтовую оболочку 5. В зависимости от влажности грунта и его модуля деформации дополнительные проходки осуществляют от 3 до 5 раз. По окончании формирования уширения 4 в каждую скважину 3 устанавливают армоэлемент 6 и заливают литой цементно-песчаный раствор 7, представляющий собой полусухую цементно - песчаную растворную смесь состава 1:2÷1:3 по объему при водоцементном отношении В/Ц=0,26÷0,32. По завершении изготовления всех свай производят небольшую выемку грунта в местах выхода армоэлементов 6, укладывают арматурную сетку 8, объединяют ее сваркой с армоэлементами 6 и заливают бетоном 9.

Усиленный слой грунта работает следующим образом.

Нагрузка от фундамента 1 передается на усиливающие элементы, которые вместе с зоной 5 уплотнения воздействуют на основание, вследствие чего давление от сооружения распределяется на большую площадь, что приводит к снижению осадок фундамента.

Предлагаемый способ усиления основания фундамента наиболее целесообразно применять для проведения упрочнения грунтов оснований и усиления фундаментов стаканного типа и ленточных фундаментов мелкого заложения в условиях их обводнения.

Необходимость проведения усиления основания фундамента определяется как по данным визуального осмотра и контроля за образованием и раскрытием трещин и деформаций в здании, так и на основе расчета несущей способности грунтов основания фундамента, после проведения инженерно-геологических изысканий.

Определение расчетного сопротивления грунтов основания ленточного фундамента при возможности их замачивания.

Для здания, длина которого составляет L=36 м, высота Н=6 м, ширина фундамента наружных стен b=0,8 м, глубина заложения фундамента от уровня планировки d=3,0 м; глубина подвала d_b=2,6 м, сопротивление грунтов определяли по формуле СНиП 2.02.01-83 Основания зданий и сооружений:

где R - искомое расчетное сопротивление грунта основания в обводненном состоянии;

γ_c1=1,1 - коэффициент условий работы, принимаемый как для водонасыщенных грунтов (J_α>0,5);

γ_с2=1,0 - тоже, принимаемый как для тех же грунтов при отношении длины здания к его высоте L/H=6);

k - коэффициент, принимаемый равным 1, если прочностные характеристики грунта (С и ϕ) определены непосредственными испытаниями;

М_γ=0,32; M_g=2,3; М_с=4,84 - коэффициенты, принимаемые в зависимости от величины угла внутреннего трения ϕ_II=15^°;

k_z=1,0 - коэффициент, принимаемый при ширине фундамента b<1,0 м;

b=0,8 м - ширина фундамента наружных стен;

γ_I=10 кН/м³ - значение удельного веса грунта, залегающего ниже подошвы фундамента, с учетом взвешивающего действия воды при полном обводнении;

γ_II^'=17 кН/м³ - то же грунта, залегающего выше подошвы фундаменты;

d_{1 -} глубина заложения фундамента от пола подвала;

h_s - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

h_cf=0,1 м - толщина конструкции пола подвала, м;

γ_cf=2,3 кН/м³ - расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м (тс/м);

h_s=d-d_b-γ_cf = 3,0 м - 2,6 м - 0,1 м = 0,3 м.

C_II=6 кПа - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента.

Подставляя эти величины в расчетную формулу, получаем:

R=1,1*1,0:1,0*(0,32*1,0*0,8*10+2,3*17*0,435+(2,3-1,0)*2,0*17+4,86*6]=102,1 кПа.

Сравнивая полученную величину с расчетным значением грунта, принятым в проекте (2,5 кгс/см², т.е. 250 кПа), устанавливаем, что расчетное сопротивление грунта основания ленточного фундамента при замачивании становится почти в 2,5 раза ниже требуемого, что указывает на то, что проектирование здания велось без учета возможного замачивания грунтов основания, и для безопасной эксплуатации здания требуется его усиление предлагаемым способом.

Внедрение в обводненные грунты основания цементно-песчаной смеси значительно повышает величину модуля деформации в наиболее напряженной (верхней) части активной зоны основания под подошвой фундамента.

При проходке скважин пневмопробойником грунт из скважины не извлекается, а трамбуется в радиальном направлении от оси в стенки скважины 3. При этом происходит уплотнение грунта вокруг скважины 3, образуется уплотненная грунтовая оболочка 5. Наложение зон уплотнения при проходке каждой последующей скважины позволяет создать грунтобетонный экран, предотвращающий миграцию влаги к фронту промерзания. Это обстоятельство обеспечивает ликвидацию сил морозного пучения и повышает устойчивость фундаментов здания.

Использование предлагаемого способа усиления основания фундаментов позволяет восстановить физико-механические характеристики грунтов оснований, так как трамбовочная полусухая цементно-песчаная смесь впитывает при своем твердении влагу. При этом увеличивается несущая способность фундамента, так как передача нагрузки от существующего фундамента происходит на несущую грунтобетонную свайную стенку, заанкеренную поверху на уровне дневной поверхности в бетоне 9. Этим достигается развитие опорной площади фундаментов и, таким образом, снижение давления фундамента на грунт.

Технический результат предлагаемого способа усиления основания фундамента по сравнению с прототипом состоит в упрощении технологии, увеличении несущей способности фундамента в обводненных грунтовых условиях, предотвращении деформаций основания и фундамента, так как ликвидируются осадки и воздействие сил морозного пучения грунта при одновременном снижении трудоемкости и металлоемкости.