УСИЛЕНИЕ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЯ, ФУНДАМЕНТОВ И НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ АВАРИЙНЫХ ЗДАНИЙ ИНЪЕКЦИОННЫМИ МЕТОДАМИ

Опыт усиления жилых зданий в Оренбурге, находящихся в аварийном состоянии

"Основание, фундаменты и механика грунтов" №01 за 2001 год
© Е.А.Сорочан. В.И.Быков, А.И.Егоров, 2001

В Оренбурге и области ряд жилых домов разной этажности, типов и времени постройки, общественных и производственных зданий и сооружений деформированы вследствие развития неравномерных осадок, просадок или поднятия грунтов основания. Традиционные способы усиления оснований, фундаментов и несущих конструкций этих сооружений имеют, как правило, низкую эффективность и существенные недостатки [1,2]. Ниже описан опыт работ по усилению трех жилых домов, находившихся в аварийном состоянии, инъекционными методами.


Жилой дом в пос. Первомайский представляет собой трехэтажное кирпичное здание с подвалом, размерами в плане 61x12,6 м. Водо-несущие коммуникации проложены в подвальной части. На момент обследования и производства работ по усилению здание находилось в стадии строительства. Фундаменты здания ленточные на естественном основании из бетонных фундаментных блоков на железобетонной подушке. Грунты основания под фундаментами - суглинки от твердых до тугоплас-тичных, макропористые, с прослоями песка и отдельными включениями гипса.
В результате разрыва наружного водовода вблизи строящегося дома произошло замачивание грунтов основания и обводнение подвала. Наблюдавшиеся неравномерные осадки здания в зоне замачивания (примерно в средней части здания) повлекли за собой деформации конструкций фундаментов и разрушение кирпичной кладки наружных и внутренней продольной несущей стен. На кирпичных стенах появились сквозные трещины на всю высоту здания от карниза до подошвы фундамента. Раскрытие трещин составляло 20...30 мм, а на отдельных участках (под опорами оконных перемычек на третьем этаже) - до 40...50 мм.
ООО "Венчурная фирма "Новация" провела исследования грунтов основания с уточнением видов, расчетных характеристик и гидрогеологических условий. Было пробурено пять скважин глубиной 6-9 м с отбором монолитов грунта. Установлено, что в основании фундаментов ниже подошвы на глубину до 2 м залегают просадочные суглинки, интенсивное замачивание которых привело к неравномерным осадкам и деформациям конструкций здания.

Техническое решение по усилению грунтов основания, фундаментов и деформированных несущих конструкций было разработано научно-производственной фирмой "Реставратор ГЗР". Исходя из инженерно-геологических условий грунтов, характера развития деформаций и конструктивной схемы жилого дома, для усиления грунтов основания под фундаментами был принят метод цементации. В результате инъекций цементного раствора произошло заполнение суффозионных полостей, цементация техногенного слоя грунта и уплотнение слоев грунта основания. Работы по бурению выполнялись из подвала при шаге цементационных скважин 1 м.
Далее предусматривалось усиление кирпичной кладки несущих стен здания путем инъекции цементного раствора в буровые шпуры диаметром 40 мм, а также устройство "скрытого каркаса" путем бурения в кладке скважин диаметром 112 мм, армирования их жесткой арматурой и заполнения их цементным раствором под давлением.
Противоаварийные работы по зданию выполнены в течение 22 дней в июле 1999 г.
В процессе работ и по их окончании проводились геодезические наблюдения за осадками здания.

Жилой пятиэтажный кирпичный дом в Оренбурге сдан в эксплуатацию в 1967 г. Здание с продольными несущими стенами, бесподвальное, размерами в плане 67,2x12 м. Водоне-сущие коммуникации проложены под полом первого этажа.
Фундаменты ленточные на естественном основании из сборных блоков и монолитной железобетонной подушки. Глубина заложения -1.7 м от дневной поверхности грунта.
В процессе эксплуатации здания вследствие многократных аварийных утечек горячей воды из системы отопления в кирпичных стенах образовались трещины, в том числе сквозные. Ширина их раскрытия увеличивалась к верхним этажам. В квартирах пятого этажа разрыв кирпичной кладки между внутренней и торцевой несущими стенами дома составлял 80...40 мм.
Исследованиями установлено, что вскрытая часть фундаментов находится в удовлетворительном состоянии, подземные воды не обнаружены. В основании фундаментов залегают грунты четвертичного периода, представленные мелкими песками, суглинками и глинами. При этом под подошвой фундаментов в разных осях здания залегают разнородные грунты: пески мелкие, маловлажные, средней плотности, глины плотные от твердых до полутвердых (см. рисунок). При замачивании горячей водой песчаный грунт подвергался механической суффозии, что вызвало образование полостей непосредственно под подошвой фундаментов и. как следствие, развитие значительных неравномерных деформаций.
Был разработан проект усиления оснований и фундаментов в два этапа.

Первый этап - укрепительная цементация на контакте "фундамент-грунт", устройство буроинъекционных свай для передачи нагрузок от здания на нижележащие плотные грунты основания.
Используя цементационные скважины устраивались буройнъекционные сваи с предварительной установкой в скважины металлических труб-кондукторов диаметром 146 мм. Длина свай принята равной 0,5 м. рабочий диаметр ствола сваи - 132 мм. Конструктивная схема усиления включала в себя два ряда наклонных свай, устраиваемых снаружи здания и из помещений первого этажа через тело существующего ленточного фундамента. Сваи располагались в шахматном порядке. Всего на объекте выполнено 50 свай.
Второй этап - усиление несущих конструктивных элементов выполнялось путем инъекции цементного раствора в пробуренные в них шпуры, устройства "скрытого каркаса" и инъекционных анкеров.


Жилой двухэтажный восьмиквартирный дом из силикатного кирпича в пос. Тюльган построен в 1961 г. Здание бесподвальное. Фундаменты ленточные, монолитные железобетонные, шириной 0,8 м и глубиной заложения 1,2 м от дневной поверхности грунта. Дом находился в аварийном состоянии, наблюдались сквозные трещины по всем фасадам. Максимальное их раскрытие достигало в уровне карнизов 14...15 мм с уменьшением к цоколю. В 1980 г. были выполнены некоторые конструктивные мероприятия по усилению несущих стен здания. В двух уровнях по высоте здания и его периметру были установлены 1 металлические бандажи-стяжки из швеллера. Однако при дальнейшей эксплуатации здания деформационные процессы продолжались.
При обследовании основное внимание было уделено изучению грунтов основания и состоянию конструкций фундаментов, что позволило установить основную причину возникновения деформаций.
Выявлено, что под подошвой фундаментов залегают полутвердые суглинки, грунтовые воды отсутствуют. Однако грунты имеют большую естественную влажность, высокое содержание песчаных и пылеватых частиц и подвержены морозному пучению. С учетом недостаточной глубины заложения фундаментов для Оренбургского региона строительства, одной из основных причин аварийного состояния здания явилось морозное пучение грунтов основания.
Проектом усиления предусматривалось устройство вертикальных и наклонных (через существующий фундамент) буроинъекционных свай по наружному периметру здания. Существующий фундамент при этом использовался в качестве ростверка. Кроме того, для обеспечения совместной работы наклонных и вертикальных свай устраивался дополнительный железобетонный ростверк вдоль несущих стен по наружному периметру здания в уровне отмостки, объединяющий вертикальные сваи и жестко связанный посредством анкеров с существующим фундаментом. Сваи армировались стержневой арматурой диаметром 20 мм. Всего на объекте было выполнено 50 свай диаметром 132 мм и длиной 4,7 м.
Опыт выполнения работ по усилению грунтов основания, фундаментов и несущих конструкций в условиях Оренбурга свидетельствует о том, что использование инъекционных методов существенно сокращает сроки производства работ по усилению, требует меньших трудозатрат и расхода материалов, сводит к минимуму земляные работы. Эти методы более экономичны по сравнению с традиционными методами усиления, в частности, устройством обойм И подводкой новых фундаментов. Что касается инъекции кладки несущих стен и устройства "скрытого каркаса", то в практике строительных организаций Оренбурга отсутствуют аналоги этого метода усиления.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Коновалов П.А. Основания и фундаменты реконструируемых зданий. -М.: Стройиздат. 1988 - 287с.
2. Методические рекомендации по проектированию и производству работ при усилении оснований, фунда-ментов и несущих конструкций существующих зданий и сооружений инъекционными методами. - М.: А/О "Восстановление". 1997 -29 с.