Традиционные конструкции фундаментов зданий и сооружений старой постройки.

В течение многих столетий и до начала ХХ века конструкции фундаментов зданий и сооружений различного назначения почти не претерпели существенных изменений. Как правило, это были бутовые, валунные и кирпичные ленточные и столбчатые фундаменты, кладка которых осуществлялась в траншеях или котлованах с использованием для скрепления отдельных элементов конструкции известковых растворов различного состава. В ряде случаев применялись глиносодержащие растворы, играющие одновременно роль горизонтальной гидроизоляции, а иногда кладка фундаментов, в основном в подошвенной их части, выполнялась из валунов или блоков рваного естественного камня насухо, без скрепляющего раствора.

До ХХ столетия здания возводились без сколько-нибудь серьезного изучения свойств грунтов основания ниже глубины заложения фундаментов. Неполными были также сведения о грунтовых водах, их свойствах и колебаниях уровней. Лишь в конце ХIХ, начале ХХ в.в. произошло становление как науки механики грунтов и грунтоведения.

Как правило, основанием зданий старой постройки служили естественные грунты, без какой-либо их обработки. Во многих случаях основанием фундаментов зданий, особенно в городской застройке, служили насыпные грунты культурного слоя или насыпные грунты, использованные для выравнивания площадки застройки, засыпки колодцев, ям, оврагов и других неровностей рельефа.

При высоком уровне подземных вод или заведомо слабых грунтах основания применялись свайные фундаменты. Чаще всего это были короткие, клиновидной формы сваи из хвойных и лиственных пород древесины диам. 100-150 мм, грубо обработанные и даже неошкуренные, забивавшиеся по всей по всей площади подошвы фундамента и за ее пределами с целью уплотнения грунтов основания. Примером такого типа фундаментов могут служить фундаменты звонницы московского Кремля, Успенского собора в г. Дмитрове и многих других памятников архитектуры ХVI-XVIII в.в.

Вместе с тем применялись и свайные фундаменты, которые по характеру работы в грунте соответствуют современному пониманию свайных фундаментов. Это сваи длиной до нескольких метров, изготавливавшиеся из цельных стволов деревьев твердых пород, например дуба, диаметром до 250-300 мм, забивавшиеся в пределах площади опирания фундаментов как в виде лент, так и кустов под ленточные и отдельно стоящие фундаменты. По сваям обычно устраивался деревянный ростверк из лежней бревенчатых или досчатых, располагаемых как вдоль, так и поперек направления фундаментной ленты, на которых затем выполнялась кладка фундаментов. Примерами таких конструкций могут служить фундаменты мостов, крепостных и монастырских стен, массивных каменных сооружений - колоколен, соборов и т.п. Эффективность таких фундаментов определялась положением уровня подземных вод, так как известно, что находящаяся ниже уровня воды древесина может сохраняться веками, тогда как в зоне переменного уровня воды разрушение ее идет весьма интенсивно. Этим обстоятельством объясняется наличие значительных деформаций и неравномерных осадок зданий старой постройки.

Кладка фундаментов выполнялась, главным образом, из бута, валунного камня или крупных блоков и плит естественного камня. Устраивались они в виде столбов или лент с различной площадью поперечного сечения, симметричной и несимметричной, сплошными или, с целью экономии материала, с разгрузочными арками по длине ленты.

С начала ХХ века с развитием техники и изобретением новых строительных материалов в качестве материала фундаментов стали применять хорошо обожженный кирпич и естественный камень на цементосодержащих растворах, бутобетон из бетонной массы с заполнением ее камнем средних размеров и монолитный бетон (3, 4).

На рис.1 представлены наиболее характерные типы фундаментов традиционных конструкций зданий старой постройки: бутовые фундаменты, в том числе с использованием лежней и деревянных свай (рис.1а-е), ступенчатой формы с расширением к нижней части при угле не менее 60. Бутобетонные и бетонные фундаменты имеют примерно такую же форму и габариты. При наличии в зданиях подвальных помещений их лицевые поверхности выполнялись из обработанных блоков естественного камня, уложенного в перевязку или заанкеренных в кладку фундаментов.

Рис. 1

При проведении обследования состояния зданий старой постройки во многих случаях наблюдаются различные дефекты и разрушения в кладке фундаментов, связанные с деформациями основания и, прежде всего, с неравномерными осадками, влияние которых сказывается на состоянии здания в целом (11, 12).

Причины таких деформаций многообразны, и в частности: погрешность в оценке несущей способности грунтов основания вследствие ошибочной интерпретации данных при определении свойств грунтов, особенно таких как просадочные, пучинистые, набухающие и др.; просчеты в выборе конструкции фундаментов, их размеров и глубины заложения; отсутствие деформационных швов на стыках разнонагруженных частей зданий; изменение прочностных характеристик грунтов вследствие изменения их влажности, например, при отсутствии или нарушениях вертикальной планировки, нарушении поверхностного водоотвода и дренажных систем; разру3ения кладки фундаментов под воздействием агрессивных грунтовых вод; гниение деревянных конструкций фундаментов при изменении положения или колебаниях уровня подземных вод; увеличение нагрузок на фундаменты в здании в целом или в отдельных его частях за счет надстроек и перестроек; систематическая откачка вод из подвальных помещений, вызывающая ослабление грунтов основания при их суффозии; устройство различных раскопов рядом с существующим зданием; понижение пола подвального помещения; использование некачественного материала при устройстве фундаментов; воздействие природных и климатических факторов, например многократного замораживания и размораживания переувлажненной кладки фундаментов в пределах глубины промерзания и многих других причин и их сочетаний (10, 12).

По данным МосжилНИИпроекта износ фундаментов зданий идет интенсивно в первые 20-30 лет эксплуатации и затем после 90-100 лет службы здания. Вместе с тем, в последнее время отмечается увеличение интенсивности разрушения конструкций фундаментов старых зданий, которое связывается с увеличением динамического воздействия за счет интенсификации движения транспорта, вибрации механизмов и ударных нагрузок промышленного оборудования, строительства рядом с существующими зданиями новых с использованием забивки свай или шпунта, строительства подземных сооружений метрополитена и прокладки городских коммуникаций, резкого возрастания степени агрессивности подземных вод (1, 3).

Таким образом, при выборе способа усиления фундаментов существующего здания должно быть учтено все многообразие факторов, влияющих на их состояние и выбран такой способ усиления, который смог бы нейтрализовать или свести к минимуму воздействие неблагоприятных факторов и способствовать надежной и длительной эксплуатации реконструируемого или реставрируемого здания или сооружения.