Инженерно-геологические изыскания, обследование существующих фундаментов.

Аннотация

«Методические рекомендации» предназначены для инженеров проектировщиков и линейного инженерного персонала специализированных производственных организаций. Их основной целью является помощь инженеру-проектировщику и строителю в выборе наиболее рационального принципа проектирования и способа производства работ по усилению грунтов основания и фундаментов инъекционными методами, включая способы укрепительной цементации и буроинъекционных свай, в конкретных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях с учетом вида, типа и конструктивных особенностей реконструируемых зданий и сооружений. Кроме того, в «Рекомендациях» рассматриваются различные возможности усиления инъекционными способами несущих конструкций реконструируемых объектов включая стены, колонны и столбы, своды и другие конструкции, а также выполнение инъекционной горизонтальной гидроизоляции существующих зданий и сооружений.

«Методические рекомендации» разработаны на базе и в развитие действующих глав СНиП и «Руководств» к ним (положениями которых следует руководствоваться при проектировании, производстве и приемке работ по усилению грунтов основания и фундаментов инъекционными способами).

«Методические рекомендации» разработаны А.И. Егоровым при участии ведущих специалистов НПФ «Реставратор G3R» В.Я. Юдиной и Муштай И.А. Части 2.4-2.7 Главы 2 подготовлены д.т.н., проф. В.М. Улицким (С.Петербургский арх.-строительный университет).

Настоящее издание «Методических рекомендаций» является третьим, дополненным и частично переработанным изданием "Методических Рекомендаций", разработанных Егоровым А.И. в институте "Спецпроектреставрация" Министерства Культуры РСФСР в 1984 году и второго издания, подготовленного в фирме «Восстановление» в 1997 году.

Содержание

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 счете, выбор, в случае необходимости, способа их усиления.

В процессе эксплуатации зданий и сооружений, во многих случаях, происходят деформации несущих конструкций, вызываемые различными причинами. Одной из наиболее распространенных причин деформаций являются неравномерные осадки, которые, в свою очередь, вызывают деформации и разрушения несущих конструкций - стен, колонн, перекрытий, сводов, перемычек оконных и дверных проемов и др. 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 и уменьшения удельных давлений от сооружений на грунты основания, устройство вблизи существующих различных по конструкциям свайных фундаментов с передачей на них нагрузок от сооружений, применение различных методов химического закрепления грунтов основания и т.п. (1, 2), все в больших объемах применяются инъекционные методы усиления, в том числе укрепительная цементации грунтов основания и фундаментов и буроинъекционные сваи. Для усиления надземных несущих конструкций - стен, колонн, перекрытий и др. - применяется инъекция кладки, в том числе с армированием, устройство инъекционных анкеров, инъекция кладки сводов перекрытий в сочетании с устройством тонкостенных железобетонных оболочек и другие способы усиления.

Усиление инъекционными методами имеет по сравнению с другими известными методами, применяемыми при реставрации и реконструкции существующих зданий и сооружений ряд преимуществ, в том числе:

1. Возможность выполнения усиления без нарушения внешнего вида и конструктивных особенностей здания, что особенно актуально при реставрации памятников архитектуры и, в частности их фундаментов, могущих представлять собой особый интерес как памятник инженерного искусства.

2. Возможность выполнения усиления грунтов основания и фундаментов в сочетании с увеличением полезного объема здания за счет устройства под ним дополнительных подвальных помещений, что особенно важно при реконструкции районов старинной застройки, где по условиям охраны памятников архитектуры невозможна надстройка зданий, а увеличение их эксплуатируемой площади возможно лишь за счет освоения подземного пространства.

3. Возможность ведения работ по усилению оснований и подземных конструкций из подвалов зданий, а надземных- с перекрытий, лесов и верха стен зданий.

4. Возможность проведения усиления практически в любых грунтовых условиях.

5. Возможность проведения усиления грунтов основания и фундаментов без прекращения или остановки выполнения других работ по реставрации или реконструкции объекта.

6. Высокая надежность инъекционных методов в сочетании с возможностью применения современных эффективных методов контроля качества работ.

7. Высокая экономическая эффективность инъекционных методов усиления, низкий расход материалов на единицу воспринимаемой нагрузки, минимальные объемы земляных работ и затраты ручного труда (5, 6, 7, 8).

В настоящих "Рекомендациях" изложены основные положения по принципам проектирования и производству работ при усилении грунтов основания, фундаментов и других несущих конструкций реконструируемых или реставрируемых зданий и сооружений инъекционными методами, позволяющие решать поставленные задачи комплексно, используя стандартный набор оборудования и универсальные технологические схемы.

При составлении "Методических рекомендаций" использовалась нормативная литература и публикации работ, отражающих современное положение и тенденции в рассматриваемой области строительства.

ОБЩАЯ ЧАСТЬ

Инженерно-геологические изыскания, обследование существующих фундаментов.

Решению вопроса о необходимости выполнения усиления фундаментов и выборе способа усиления должны предшествовать инженерно-геологические изыскания и обследование конструкций существующих фундаментов.

При проведении инженерно-геологических изысканий исследуют свойства грунтов основания непосредственно в пределах глубины заложения фундаментов и под их подошвой, а также на глубину сжимаемой толщи. Количество геологических выработок, скважин и шурфов, назначают в зависимости от размеров сооружения в плане, его типа, этажности, материала, протяженности и количества несущих стен и отдельно стоящих опор, наличия подвалов и подземных коммуникаций, сложности рельефа площадки, характера окружающей застройки, наличия архивных сведений о данном сооружении и проводившихся на площадке в предшествующие годы инженерно-геологических изысканиях. В общем случае количество разведочных скважин должно быть не менее трех, количество шурфов - не менее пяти, закладываемых в местах, наиболее характерных для определения конструкций обследуемых фундаментов и приуроченных к наиболее выраженным деформациям конструкций.

Целью инженерно-геологических изысканий является определение физико-механических и деформативных характеристик грунтов основания, а также определение положения уровня подземных вод, в том числе, с учетом его сезонных колебаний и химического состава для уточнения характера и степени агрессивности по отношению к материалу фундаментов.

Обследование фундаментов включает выявление конструкции, определение геометрических размеров и формы, характера и материала кладки фундаментов, а также механической прочности материала кладки и связующего раствора, определение наличия, типа и материала гидроизоляции - горизонтальной и вертикальной. Подлежит расчету и величина фактического давления сооружения в отдельных его частях и в целом на грунты основания (5, 9).

В России, несмотря на довольно большой опыт, до настоящего времени не существует норм и правил по проектированию фундаментов при реконструкции и реставрации зданий и сооружений. Нет также документов, регламентирующих объем и характер изысканий, выполняемых в комплексе работ по обследованию эксплуатируемых зданий и сооружений.

Фактическое давление на грунты основания, уплотнившиеся под воздействием длительной нагрузки от здания рассчитывали по допускаемому давлению, принимаемому для нового строительства, с повышающими коэффициентами 1.1 - 1.5, в зависимости от вида грунта. Давление под подошвой фундаментов для всех случаев реконструкции разрешалось увеличивать до значений, превышающих допустимое по нормам нового строительства на 40%, но лишь в том случае, если в несущих конструкциях реконструируемого здания отсутствуют трещины от неравномерных осадок. СниП II-Б.1-62* разрешалось повышать допускаемое давление на грунты под существующими фундаментами, при их достаточной прочности, до 20%. Для предварительных расчетов, новое допускаемое давление на уплотненные грунты основания R" рекомендовалось определять по формуле

R" = k.R,

где R" - нормативное сопротивление грунта основания, определяемое для нового строительства

k - коэффициент увеличения сопротивления грунта, зависящий от соотношения p/R;

р - фактическое давление на грунты основания до реконструкции, МПа

Значения коэффициента "k"

Коэффициент "k" применим при следующих условиях:

- срок службы реконструируемого здания не менее 3 лет для песчаных грунтов, 5 лет для суглинков и супесей, 8 лет для глин;

- здание не должно иметь трещин, деформаций и прочих свидетельств неравномерных осадок;

Если фактическое давление р оказывается больше R, то необходимо увеличение площади подошвы фундаментов, дополнительное заглубление или другой вид усиления фундаментов или искусственное улучшение строительных свойств грунтов основания. Введение повышающего коэффициента к величине допускаемого давления исходя только из срока службы здания и фактического давления на грунты основания тем не менее не решают полностью проблему дальнейшей безопасности эксплуатации зданий, так как при этом не учитываются возможные деформации. Кроме того, не принимаются в расчет предельно допустимые для данного сооружения осадки и его способность противодействовать развитию неравномерных осадок (1, 2).

При этом следует иметь в виду, что наряду с решением многих задач, связанных с усилением фундаментов, правильному решению проблемы в значительной степени способствует выявление конструктивной схемы здания и определение действующих в уровне фундаментов нагрузок.

В конечном счете, решение вопроса о возможности передачи дополнительных нагрузок на существующие фундаменты и грунты основания, а также необходимость их усиления остается за проектировщиком и зависит от его опыта и интуиции.