Усиление основания эксплуатируемых зданий

Известно, что после периода приработки конструктивных элементов здания, составляющего 20—25 лет успешной эксплуатации, основания фундаментов функционируют, как правило, в «недонапряженном» состоянии. Большинство грунтов оснований под нагрузкой от массы здания уплотняются за счет уменьшения пористости грунтов, что приводит к увеличению их несущей способности. В общем случае в зданиях старой постройки (преимущественно до середины XX в.) имеется существенный запас прочности.

В то же время основания эксплуатируемых зданий и сооружений постоянно подвергаются широкому спектру воздействий, что может отрицательно сказаться на их несущей способности. Так, существенным фактором является воздействие влаги. Во-первых, возможно общее повышение уровня грунтовых вод (например, в результате сооружения водоема вблизи существующего здания и т.п.). Во-вторых, к основаниям могут поступать поверхностные воды из-за плохого качества отмосток (тротуаров и других замощений), некачественной засыпки пазух котлованов после ремонта и т.д. В-третьих, вода может поступать из неисправных инженерных сетей (водопровода, канализации, теплотрассы). В этом же ряду факторов находится и суффозия — вымывание мелких частиц грунта водным потоком.

Климатические условия России определяют возможность появления в основаниях сил морозного пучения при наличии следующих условий:

• пучинистого грунта;
• увлажнения оснований;
• значительных отрицательных температур в течение продолжительного периода времени (т.е. большой глубины промерзания).

При определенном сочетании гидрогеологических условий в пределах слоя сезонного промерзания грунты основания увеличиваются в объеме под действием сил кристаллизации льда в порах грунта. Опасен не только сам процесс замерзания и пучения грунтов оснований. Серьезные проблемы возникают и в процессе оттаивания. Во-первых, меняются физико-механические характеристики грунтов из-за накопления влаги под фундаментом в период замерзания. Во-вторых, очень опасно быстрое и неравномерное оттаивание весной (например, с южной стороны).

Таким образом, снижение несущей способности оснований чаще всего вызывается:

• изменением гидрогеологических условий участка, на котором расположен эксплуатируемый объект;
• изменением с течением времени физико-механических свойств насыпных грунтов;
• влиянием на грунты основания транспортных и технологических динамических нагрузок.

Повышение несущей способности оснований осуществляется одним из трех методов: химическим, термическим или физико-механическим. Практика показывает, что наиболее эффективным и распространенным является химический метод, история которого восходит к началу XIX в. В 1802 г. французский инженер А. Бериньи впервые успешно применил цементный раствор для закрепления крупнозернистых песков. С 1866 г. для той же цели начали широко использовать силикаты натрия. В СССР различные методы упрочнения оснований применялись начиная с 1930 г.

Цементацию грунтов основания применяют только при наличии крупнопористой структуры, обеспечивающей радиус проникновения суспензии в пределах 0,3—15 м. Прочность цементированного грунта основания вблизи скважины-инъектора достигает 2—2,5 МПа при расходе цемента 20—40% объема закрепленного грунта.

Силикатизация грунтов возможна для очень широкого диапазона значений коэффициента фильтрации. При К. меньше 0,1 м/сут приходится прибегать к электросиликатизации, т.е. стимуляции перемещения раствора с помощью электрического тока (электроосмос).

Смолизацию оснований применяют, как правило, для закрепления песчаных грунтов при высоком уровне грунтовых вод. Смолу и отвердитель нагнетают в скважину при рабочем давлении до 1 МПа.

Обжиг лессовидных и пористых глинистых грунтов превращает их в камневидную массу обожженной породы в радиусе 1—1,5 м от скважины (при расходе топлива до 100 кг на 1 м длины скважины).

Комбинированный метод водовоздушной струи (CCP-method): в массив основания под высоким давлением (до 60 МПа) подаются воздух, цементная суспензия или растворы синтетических смол. При этом происходит активное разрыхление породы, обеспечивающее глубокое проникновение закрепляющих компонентов в ее толщу.

<<<Содержание