Асаул а Н І ін Реконструкція та реставрація об`єктів нерухомості посилення фундаментів і основ за допомогою обойм, паль і ростверків

Розділ 4. Реконструкція підземної частини будівель

Глава 9. Ремонт і посилення підземної частини будівлі

9.2. Підсилення фундаментів і основ за допомогою обойм, паль і ростверків

Підводка фундаментів - один з найбільш відомих і досить часто застосовуваних способів зміцнення будівель, що полягає в збільшенні площі підошви і заглибленні фундаменту методом часткової або повної заміни старої фундаментної кладки. Підводка стрічкових фундаментів виконується ділянками ( «захватками»), довжина яких залежить від міцності вищерозміщеної кладки (стін, цоколя, фундаментів), наявності в ній отворів, тріщин, а також від глибини закладання фундаментів. Порівняно короткі захватки 1,5-2 м під глухими стінами, допускають перенесення тиску, виконуються зазвичай без кріплення. При підведенні фундаментів в складних умовах (велика глибина, обсипається кладка, зосереджене навантаження) застосовується тимчасове кріплення захватки у вигляді стійок, поперечних або поздовжніх рам, розподільних балок і т.д.

Конструкція тимчасового кріплення повинна враховувати можливість розміщення армокаркасів і опалубки, а також перестановки або демонтажу (ріс.9.2).

Підводиться частина фундаменту виконується зазвичай з монолітного бетону або залізобетону, іноді застосовується Бутова кладка. Порядок розкриття і бетонування захваток призначається з умови, що кожна розкривається і бетонована захватка знаходиться під захистом суміжного ділянки.

Значну складність представляє підводка фундаментів під окремо стоять стовпи, пілони, навантажені простінки і т.п. Порядок розкриття захваток в цьому випадку повинен виключити тривале позацентровий обтиснення кладки і підстави. Посилюються стовпи і простінки повинні бути максимально розвантажені.

Підведенням фундаментів укріплені Успенський собор в Рязані, собор Різдва Богородиці та фортечні стіни Пафнутьев-Боровського монастиря, багато пам`ятників Кирило-Білозерського монастиря та ін.

Умовами для оптимального застосування даного способу вважають:

- значну протяжність зміцнюються конструкцій;

- стрічковий характер фундаменту і відсутність зосередженої навантаження на нього;

- монолітність зміцнюються стін і фундаментів, регулярну кладку (з цегли або білого каменю), відсутність або невелика кількість низькорозташованих прорізів і тріщин;

- невелике заглиблення підводяться фундаментів (до 2-2,5 м);

- низьке стояння грунтових вод;

- достатню несучу здатність ґрунтів основи - не менше 0,15 МПа.

Підсилення фундаментів за допомогою обойм. У тих випадках, коли підводка фундаментів утруднена або існує небезпека нових грунтах деформацій (при малокваліфікованих неконтрольованому виробництві), існуючі фундаменти можуть бути посилені і розширені за допомогою бічних прікладок у вигляді окремих бетонних блоків, стрічок або обойм. Додаткові прикладки або обойми розраховуються або на надлишкову частину навантаження (по несучої здатності основи), або на сприйняття повного навантаження, що має на увазі відповідний контакт між фундаментної кладкою і бетонної конструкцією.

Спосіб з`єднання старої і нової частин фундаменту залежить від величини переданої навантаження, площі контакту, характеру старої кладки та ін. Якщо, наприклад, функції обойм плануються помірними (до 30% загального тиску), а древній фундамент складний з валунів і буту, то для надійної передачі навантаження може бути досить простого зчеплення бетону з нерівностями кладки. При щільних білокам`яних або цегляних фундаментах використовуються шпонкові з`єднання з обоймою у вигляді бетонного «зуба», поперечних металевих балок або арматурних стержнів. Розмір «зуба» розраховується на відсіч грунту по сколювання менш міцного з матеріалів, що з`єднуються, а довжина і число металевих шпонок - за зім`яту матеріалу фундаменту. Крім зсувного зусилля шпонкові з`єднання відчувають і розтягують зусилля, які тим вище, чим більше площа обпирання обойм і чим менше їх висота. Складність наскрізного поперечного армування фундаментів, анкерування арматури і захисту її від корозії не дозволяє вважати широкі обойми раціональними і тривало надійними конструкціями (Рис. 9.3).

Найкращі результати дають вузькі двогілковий обойми або одинарні обойми, замкнуті по обмеженому контуру і не відчувають крутного моменту.

При необхідності значно збільшити площу спирання фундаменту можуть бути рекомендовані перехресні обойми, в яких відсіч грунту навантажує і «вільні», не пов`язані з фундаментами елементи.

Системи перехресних обойм розроблені для зміцнення ряду пам`яток Новгорода (Знам`янського собору, 1682 р Спаської башти Кремля, 1485 г.). У Москві даний спосіб успішно застосований для посилення надбрамної церкви Данилівського монастиря (реставрація 1983-1985 рр.).

У деяких випадках конструкція обойм дозволяє використовувати їх в якості ростверків пальових фундаментів. Палі можуть бути встановлені або заздалегідь, до бетонування ростверку, або в другу чергу, коли обойма вже існує і виникає необхідність її посилення.

При всій відмінності конструкцій і призначення обойм вони володіють однією загальною властивістю - не порушують сформованого контакту між підошвою фундаменту і підставою.

Малюнок 9. 3 - Підсилення фундаментів за допомогою обойм

Пальові і комбіновані спо соби посилення фундаментів.

Цікавим видом зміцнення кладки стін і фундаментів, а також ґрунту підстави можна вважати їх армування так званими «коренеподібними», або буро ін`єкційними палями (Рис. 9. 4).

Буроін`єкційні палі, розроблені більш 30 років тому італійською фірмою «Фондеділле», успішно застосовуються для зміцнення обсягів архітектурних пам`яток і сучасних будівель при їх деформаціях, просадках, збільшенні навантажень. Коренеподібними палями зміцнюють також підпірні стіни, набережні, зсуви, укоси і стінки глибоких виробок.

Буроін`єкційні паля являє собою шпур діаметром 75-150 мм, армований 1-3 стрижнями і заповнений під тиском 2-4 атм. цементно-піщаним розчином. Буріння проводиться електричними верстатами обертального буріння на глибину 10-30 м і більше під будь-яким кутом до вертикалі. Буріння кам`яних стін і фундаментів проводиться шарошечним долотом, запобіжні заходи при бурінні пухких, нестійких кладок приблизно ті ж, що і при свердлінні шпурів анкерного кріплення.

Мал. 9.4. - буроін`єкційні палі

Надмірний тиск, що створюється при опрессовке палі, дозволяє заповнити розчином не тільки стовбур палі, а й пересічні їм порожнечі, раковини, тріщини і порожні шви. Таким чином, заповнення палі, пробуреної через кладку цоколя або фундаменту, сприяє замонолічуванню і зміцненню цієї кладки.

Залежно від габаритів зміцнює споруди, виду навантаження і деформації буроін`єкційні палі можуть бути застосовані як жорсткі стислі, стисло-згинальні і розтягнуті стрижні.

Несуча здатність буроін`єкційних палі залежить від її робочої схеми (паля-стійка або висяча паля), геології ділянки, якості заповнення і опресовування.

Застосування паль нераціонально в наступних випадках:

- при зміцненні валунні фундаментів, так як буріння утруднено, а «закладення» палі в тілі фундаменту (як і його ін`єкція) здійснюється, неякісно але через невідповідність фізико-механічних властивостей, що нагнітається розчину і непористої матеріалу валунів;

- при зміцненні археологічних руїн або інших конструкцій із слабкого, обсипається матеріалу, що не витримує динаміку буріння;

- при несприятливій геології ділянки і необхідність надзвичайно глибокого буріння.

Ростверки із застосуванням буронабивних паль. Буронабивні палі можуть застосовуватися для створення фундаментних конструкцій, частково дублюючих старі фундаменти або повністю їх розвантажують. Конструкція палі утворюється при заповненні бетоном спеціально пробуреної в грунті (і армованої звареним каркасом) свердловини діаметром понад 200 мм. На відміну від коренеподібних паль буронабивні проходять тільки через грунт і тільки зовні будівлі на відстані не менше 1-1,5 м від лінії зміцнюються стін. Передача навантаження на винесений фундамент палі здійснюється за допомогою поперечних балкових конструкцій, які тим складніше і протяжність, ніж ширше розставлені осі паль.

Спосіб застосуємо, таким чином, до споруд щодо невеликої ширини (до 6 м), фортечних стін, пілонів, стовпів, контрфорсам, малим башт і дзвіницям, вузьким будівлям. Обмежуючим фактором служить і певна складність при проходці ригеля (під фундаментом і крізь фундамент) і розміщенні бурових машин. Передумовою до застосування методу може стати дуже велика лінійна (або зосереджена) навантаження на фундамент в поєднанні з поганою геологією ділянки.

Вдавлювані палі, як і буронабивні, використовуються при необхідності сприйняття дуже великих навантажень зміцнює споруди при несприятливій геології ділянки.

Метод задавливания паль полягає в зануренні паль під фундаменти або стіни будівлі за допомогою домкрата, що впирається через розподільну траверсу в кладку фундаменту. Вдавлюють палю навантаженням служить, таким чином, маса будівлі. Максимальне зусилля, що розвивається домкратом, має відповідати стану рівноваги між несучою здатністю палі (за матеріалом палі і грунту) і припадає на неї навантаженням (Рис. 9.4).

Вдавлювані палі є металеві або залізобетонні секційні конструкції, нарощувані в міру занурення секцій. Домкрат кріпиться (підвішується) до траверсі (наддомкратной балці), яка закладається кінцями в кладку суміжних ділянок. Розміри траверси, конструкція і крок паль залежать від потужності використовуваного домкрата і стану навантажувальної конструкції. Палі використовувалися при зміцненні Потішного і Великого Кремлівського палаців в Москві.

На відміну від описаних вище способів зміцнення фундаментів, які є повільними або профілактичними щодо передачі навантажень, задавливания паль представляє активний процес передачі навантаження, що впливає на статику будівлі і стан його конструкцій вже під час виконання робіт. Саме внаслідок своєї активності метод задавливания паль вимагає особливо суворого відповідності між розрахунковими твердостями і навантаженнями, а також постійного контролю при виробництві.

Відомими недоліків способу є також велика витрата металу і необхідність пристрою глибокій траншеї уздовж фундаменту (не менше 2,5 м від поддомкратной балки при висоті секції палі 1 м).