Усиление оснований фундаментов

В практике реконструкции необходимость в усилении оснований сопряжена, как правило, либо со снижением несущей способности оснований в процессе эксплуатации зданий, либо со значительным увеличением нагрузок на основания после реконструкции.

Повышение несущей способности оснований в процессе реконструкции зданий осуществляют одним из трех методов: химическим, термическим, физико-механическим. Практика показывает, что наиболее эффективным из вышеперечисленных является химический метод, который, в свою очередь, включает в себя следующие технологические приемы выполнения работ: силикатизацию, электросиликатизацию, смолизацию и т.п..

Электрохимическое упрочнениеосновано на физико-химических процессах, происходящих при пропускании через переувлажненный глинистый грунт электрического тока. Под его действием происходит необратимая коагуляция глинистых частиц и их закрепление. Кроме того, грунт осушается и, следовательно, уплотняется. При электрохимическом закреплении на 1 м³ грунта расходуют от 50 до 200 кВт-ч электроэнергии при силе тока 5-15 А и напряжении 110-500 В.

Обжиг грунта превращает его в камневидную массу обожженной породы. Обжиг применяют для закрепления лёссовидных и пористых глинистых грунтов. Тепловую обработку производят путем нагнетания в грунт воздуха под давлением, нагретого до температуры 600-800°С, или путем сжигания в скважинах газового или жидкого топлива. Форсунки для сжигания устанавливают в устье скважины. За счет избыточного давления раскаленные газы или воздух распространяются по всей высоте скважины. Обжиг продолжают в течение 5-10 дней. При этом грунт обжигают в радиусе 1000-1500 мм. Расход топлива составляет 100 кг/м длины скважины.

Смолизация грунта заключается в обработке его синтетическими смолами, образующими прочные и стойкие кристаллизационные связи. Этот способ применяют для закрепления мелкозернистых грунтов при высоком уровне грунтовых вод. Закрепление производят путем инъекции в грунт смолы и отвердителя. Закрепляющие компоненты нагнетают в скважины под давлением до 10 атм (1 МПа).

Цементацию грунтов применяют в крупнозернистых породах. Сущность метода заключается в инъектированни цементной суспензии под подошву фундамента. Суспензия заполняет поры, скрепляет частицы грунта и этим увеличивает прочность основания. Радиус закрепления вокруг инъектора зависит от гранулометрического состава грунта и колеблется в пределах от 300 до 1500 мм. В средиезернистых и мелкозернистых песках основание закрепляется в радиусе 300-500 мм, в крупнозернистых – 500-700 мм, в галечных породах - 520-1000 мм, в трещиноватых скальных - 1200—1500 мм. Прочность цементированного грунта вблизи инъекторов равна 20-35 кгс/см² (2-3,5 МПа). По мере удаления от скважины прочность убывает и в периферийных слоях составляет 8-10 кгс/см² (0,8-1 МПа).

Силикатизацией упрочняют песчаные и пылевидные грунты, что заключается в нагнетания химических растворов, которые вступают в реакцию между собой или с солями, содержащимися в грунте. В результате образуется гель кремниевой кислоты, закрепляющий частицы грунта и обеспечивающий упрочнение основания.

В водопроницаемые грунты поочередно нагнетают под давлением 15—20 атм (1,5-2 МПа) два раствора: силиката натрия и хлористого кальция. В пылевидные и лёссовые грунты, содержащие соли кальция, нет надобности вводить два раствора. В них под давлением 5 атм (0,5 МПа) нагнетают раствор силиката натрия.

Электросиликатизация отличается от силикатизации тем, что в процессе выполнения работ через грунт пропускают постоянный электроток, стимулирующий перемещение химического раствора в массе породы. Ток подключают по принципу, изложенному для электроосмоса.

Выбор способа укрепленияоснования под фундаментами реконструируемого здания основывают на анализе гидрогеологических характеристик грунтов и сравнительных технико-экономических показателей выполнения работ.

Эффективность применения способа упрочнения зависит от структуры грунта, скорости и агрессивности грунтовых вод. В условиях старой городской застройки последний фактор приобретает особое значение, поскольку за время длительной эксплуатации имеет место засорение грунта.

Таблица 4.2

Основные способы упрочнения грунтов оснований

реконструируемых зданий

Способы усиления	Грунты	Эффект применения
Наименование	k_ф, м/сут
Силикатизация	Пески, лессы	0,2 – 80,0	Прочность 10-35 кгс/см² (1-3,5 МПа) Водонепроницаемость
Смолизация	Мелкозернистые пески	0,5 – 5,0	Прочность 6-35 кгс/см² (0,6-3,5 МПа) Водонепроницаемость
Цементация	Крупнозернистые пески	80,0	Прочность 15-25 кгс/см² (1,5-2,5 МПа) Уменьшение водонепроницаемости
Обжиг	Лессы, лессовые пески, черноземы	0,1^х	Прочность 10-40 кгс/см² (1-4 МПа) Водоустойчивость

^х Воздухопроницаемость (см/с)

- Упрочнение пылевато-глинистых грунтов высоконапорной инъекцией (цементным, илоцементным, цементно-песчаным раствором)

Повреждения, дефекты:Нарушение условий устойчивости оснований, трещины в стенах здания.

Причины появления: Перегрузка оснований и фундаментов зданий; щслабление грунтов оснований (избыточное замачивание, проморажвание-оттаивание и др.); техногенные воздействия на грунты оснований.

Область применения способа: Пылевато-глинистые грунты.

1- существующий фундамент;

2- вертикальная шахта;

3- скважины (наклоненные, горизонтальные);

4- инъекторы для нагнетания растворов под высоким давлением (до 10 МПа);

5- манжеты для поддержания давления;

6- направление распространения нагнетаемых растворов;

7- контуры упрочненного грунта.

- Электрохимическое закрепление водонасыщенных глинистых, пылеватых и илистых грунтов (электросиликатизация, электолитическая обработка, электоосмотическое уплотнение)

Повреждения, дефекты:Нарушение условий устойчивости оснований, трещины в стенах здания.

Причины появления: перегрузка оснований и
фундаментов здания; ослабление фунтов оснований (избыточное замачивание, промораживание-оттаивание и др.); техногенные воздействия на грунты оснований.

Область применения способа: Водонасыщенные глинистые, пылеватые и илистые грунты.

1-существующий фундамент;

2-иньекторы-электроды (или стержни-электроды), погружаемые с поверхности;

3-закрепленный массив грунта;

4-очередное положение иньекторов-электродов (или стержней электродов);

5-кирпичная стена;

6-вскрытый пазух фундамента.

- Термическое закрепление грунтов

Повреждения, дефекты: Нарушение условий устойчивости оснований, трещины в стенах здания.

Причины появления: перегрузка оснований и фундаментов здания; ослабление грунтов оснований (избыточное замачивание, промораживание-оттаивание и др.); техногенные воздействия на фунты оснований.

Область применения способа: Макропористые просадочные грунты.

1- существующий фундамент;

2- скважины

3- форсунка с наконечником;
4- пламя;

5- закрепленный грунт;

6- направляющая трубка для подачи топлива.