Что такое усиление фундаментов

Наличие внешних повреждений на фасаде здания, появление трещин на стенах и перекрытиях перекосы оконных рам и заклинивание дверей говорит о том, что конструкции здания испытывают деформацию — это требует всесторонней оценки состояния фундамента и необходимости его усиления, чтобы восстановить несущую способность. Наращивание же мощности может быть связано с техническим перевооружением здания, капремонтом или надстройкой дополнительного этажа. Рассмотрим, что такое усиление фундамента, и какими методами выполняется.

Когда фундамент нуждается в усилении

Чаще всего причиной проблем фундамента является грунтовое основание, на которое он опирается, что нередко связано с увлажнением либо просадочными явлениями. В этом случае усиление может понадобиться не только, и не столько самого фундамента, сколько прослойки грунта вокруг него.

• Источниками увлажнения могут оказаться не только атмосферные воды, но и оросительные каналы, подземные резервуары, различные коммуникации, трубопроводы которых дали утечку. Наиболее коварными в этом плане являются старые трассы водопроводов, повреждения в которых порой так трудно обнаружить.
• Именно поэтому обследование зданий, в которых обнаружены деформационные процессы, начинают с оценки работоспособности водонесущих коммуникационных линий, вводов и выпусков трубопроводов и ближайших автономных водозаборов. Замачивание грунта способствует его уплотнению или даже вымыванию – этим же объясняется и возможная просадка основания.
• Ослабление грунтового основания – не единственная причина, вынуждающая усиливать фундамент и/или грунт под ним. В старых зданиях за время длительной эксплуатации может попросту снизиться прочность материала фундамента. Ведь 50-70 лет тому назад их активно возводили из бутового камня и кирпича, а в кладке могут вымываться швы. Монолитный бетон тоже может разрушаться — к примеру, вследствие карбонизации.

Примечание: Остальные причины, побуждающие к усилению базы здания, имеют чисто технический характер. Наращивание мощности фундамента — необходимый шаг при реконструкции, в результате которой здание существенно увеличивает свою массу. Дополнительную нагрузку на основание создают всевозможные пристройки и надстройки, а так же отдельные сооружения, возводимые в непосредственной близости от уже существующих, особенно старых зданий.

Оценка фундамента проблемного здания

Чтобы понимать, чем и как усилить старый фундамент, необходимо выявить причины проблем и по возможности их устранить, поэтому конкретные решения принимаются по итогам обследования. Состоит оно из трёх этапов:

1. Сбора сведений о строительстве и эксплуатации здания, изучения имеющейся технической документации и обобщения полученной информации.
2. Изучения окружающей среды, особенностей местности и оценки состояния конструкций коробки здания.
3. Детального обследования самого фундамента и грунта под ним.

Как берут пробы

Обследование фундамента осуществляется посредством рытья шурфа на полметра ниже днища котлована или траншеи. Площадь сечения шурфа зависит от глубины заложения подошвы фундамента, и составляет не менее 1,25 м2 (при глубине до 1,5 м). Если предстоит лишь капитальный ремонт старого здания, делают просто контрольные шурфы.

• Чтобы произвести надстройку или заменить перекрытия, окружающий грунт исследуется бурением, со взятием лабораторных анализов грунта, находящейся в нём воды (оценивается степень её агрессивности) и материала самого фундамента. Производятся проверочные расчёты. Если в подвале здания есть сырость, проверяется наличие и целостность гидроизоляции, осуществляется наблюдение за уровнем грунтовых вод.
• Пробы материала обычно берут только для определения возможностей восприятия фундаментом дополнительной нагрузки, и только в том случае, когда конструкция ленточная. Если это кладочный вариант, с разных участков стены в грунте берут десяток кирпичей, и проводят для них лабораторные испытания на изгиб и сжатие.
• Если фундамент из бутового камня, аналогично отбирают пять образцов размеров не менее 20*10*5 см. Прочность кладочного раствора тоже проверяют, для чего берут столько проб, чтобы получилось из них склеить несколько кубиков 7*7*7 мм. На монолитных лентах просто выбуривают пять цилиндров (кернов) диаметром 10 см и длиной от 12 см.

Примечание: Количество шурфов зависит от цели обследования. Если предстоит капремонт или реконструкция, образцы берут в двух-трёх местах в здании. При проблемах с проникновением воды в подвал или отсыревании стен, образцы берут в каждом отсеке фундамента. Когда требуется углубить подвал, пробы должны быть взяты около каждой стены.

Как проводят обследование

При видимой деформации коробки здания, шурфы закладывают с той стороны, где проблемные стены опираются на фундаментную ленту, и в наиболее нагруженных частях. Так же шурфы закладывают в секциях фундамента, образующихся между двумя поддерживающими промежуточными опорами, которые устанавливают при временной разгрузке.

• Шурф роют в непосредственной близости к конструкции с внешней стороны, но если у здания есть подвал с земляным полом, закладка шурфов выполняется внутри. Так же проверка несущей способности основания производится в местах перепадов высоты здания и изменения отметок глубины заложения фундамента.
• Кернение грунта помогает определить тип фундамента, его точные размеры в плане и отметки подошвы, выявляет выполненные ранее меры по усилению, которые, возможно, не дали нужного эффекта.
• Глубину заложения и реальную ширину в подошве определяют натурными замерами. Для этого делают подкоп, очищают поверхности от земли и промеряют размеры рулеткой, в заключение, закрепляя отметки нивелиром. В самых нагруженных зонах шурфы делают двухсторонними.

• У фундаментов мелкого заложения (лент, столбов, стаканов под колонны) уровень заглубления можно определить с помощью арматурины с Г-образно загнутым концом. В случае со сваями определяется не только размер их поперечного сечения (если прямоугольное), или диаметр (если круглое), но и количество опор на 1 м длины стен, равномерность их распределения по площади свайного поля.
• Цель такого обследования состоит в том, чтобы получить план фундамента, ведь у старых зданий, а тем более частных, никакой проектной документации обычно нет. Если в здании требуется надстроить этаж, наличие плана с точными размерами базовой конструкции даёт возможность определить площадь фундамента и установить её соотношение к площади застройки.
• Прочность бетона или кладки фундамента может определяться как механическим способом, так и неразрушающим. К механическим методам относят использование шарикового молотка Физделя и эталонного молотка Кашкарова, при котором прочность бетона определяется по оставленным ударом отпечаткам. Неразрушающий метод основан на использовании специальной акустической аппаратуры.

• В тех же шурфах, что роют для обследования фундамента, берут и пробы грунта для анализа. Кроме этого может возникать необходимость в инженерно-геологической оценке подлежащего грунта. В таком случае близ здания могут буриться разведочные скважины: на неустойчивых грунтах – по две на каждую секцию здания.

Только когда обследование будет завершено, а его результаты сопоставлены, специалисты дают заключение и рекомендации о том, как усилить фундамент. На данном этапе может быть рассмотрено несколько вариантов усиления для конкретных инженерно-геологических условий, а предпочтение отдаётся тому, что окажется наиболее целесообразным и технически, и экономически.

Производство работ при усилении фундамента

Реконструкция подземной части здания выполняется на основании проекта производства работ (ППР), в котором представлены не только рабочие чертежи и материалы обследования, но и согласованы сроки и очерёдность выполнения работ.

Весь их комплекс разбивается на два этапа:

1. Подготовительный. Включает все операции по обеспечению устойчивости здания, позволяющие производить работы безопасно. Сюда входит разгрузка фундамента – процесс передачи нагрузок на временные опоры или конструкции.
2. Строительно-монтажные работы, которые и обеспечивают усиление фундамента. К их числу относят разборку полов, удаление обратной засыпки, демонтаж повреждённых участков и возведение новых путём установки опалубки, вязки арматурного каркаса и бетонирования.

Дефекты фундаментных лент

Вот что может выясниться в результате обследования ленточных фундаментов:

• У бутовых фундаментов: расслоение кладки в результате потери раствором прочности.
• У бетонных лент: вымывание боковых поверхностей, потеря равномерности поперечного сечения стены в грунте. Причиной может быть разрушение вертикальных гидроизоляционных слоёв, увеличение уровня подземных вод, или агрессивность окружающей среды, к примеру, из-за утечки производственных жидкостей.
• Отрыв частей фундамента друг от друга из-за некачественно выполненной обратной засыпки пучинистым грунтом, повышения уровня грунтовой воды и промораживания.
• Изгибающие деформации стены в грунте (чаще у кирпичных лент). Происходит из-за потери кладкой прочности, дополнительных нагрузок на грунт в непосредственной близости от фундамента здания, воздействие морозного пучения.
• Смещение отметки подошвы фундамента ниже проектной. Причиной тому может быть недостаточная площадь расширения подошвенной части, чрезмерное сжатие грунтов в результате замачивания или перегрузки.
• Трещины в наиболее широкой опорной части ленты (в Т-образных конструкциях). Возникают из-за перегрузки фундамента, недостаточной площади сечения арматуры, помогающей бетону работать на изгиб.

Все эти дефекты можно устранить, если иметь ППР на усиление фундамента и в точности следовать строительным технологиям. Обеспечить качество производимых работ архиважно, ведь усиление может не дать ожидаемого результата, если:

1. применять материалы более низкого, чем требуется, класса;
2. неправильно размещать при бетонировании швы;
3. допускать простой, промерзание или обводнение вырытого котлована;
4. не обеспечить качественной стыковки новой конструкции со старой;
5. допустить динамическое воздействие на грунт в процессе выполнения реставрационных работ фундамента.

Примечание: Во избежание вибрационных и динамических воздействий, при переустройстве фундамента нельзя использовать тяжёлую землеройную и подъёмную технику. Здесь нужны наиболее простые механизмы типа кран-балок, тельферов, автопогрузчиков или домкратов.

Методы усиления (реконструкции) фундаментов

Существует четыре основных способа усиления фундаментов:

1. путём восстановления несущей способности;
2. путём увеличения несущей способности;
3. за счёт частичного снятия нагрузки;
4. индивидуальные случаи.

Оптимальные методики восстановления

В зависимости от конкретных проблем фундамента, подбирается и способ для его восстановления. Что это за способы, и в чём заключается их суть, вы узнаете из таблицы:

Увеличение несущей способности фундамента — заключение

Если фундамент деформируется в результате изменившихся грунтовых условий, либо изначально допущенной в расчётах ошибки – это одно; если предполагается повысить нагрузки за счёт реконструкции коробки здания – совсем другое.

При реконструкции необходимо не восстанавливать утраченную прочность фундамента, а просто увеличить его несущую способность, для чего могут быть использованы методы как не меняющие расчётную схему, так и с её изменением.

Если схему не менять, усилить фундамент можно:

• расширением подошвенной части;
• устройством металлических либо железобетонных обойм;
• увеличением глубины заложения;
• устройством каменных и бетонных рубашек или банкетов;
• усилением отдельных, наиболее нагруженных участков;
• упрочнением подлежащего грунта.

Изменение расчётной схемы может предусматривать полное переустройство фундамента — например, из столбчатого фундамента делают ленточный, или из ленточного плитный. Как вариант, снимают нагрузки с одной части фундамента и передают её другой, усиливаемой тяжами или стойками, либо опирающейся на упрочнённый грунт.

При изменении расчётной схемы может так же осуществляться изменение напряжённого состояния, для чего устанавливаемые обоймы предварительно напрягают, либо устраивают вокруг фундамента опускной колодец или шпунтовое ограждение.

В любом случае, усиление фундамента — нелёгкая работа, требующая от исполнителя необходимого уровня компетенции. Выполнять её должны только проектировщики, и только на основе результатов скрупулёзного обследования.