Методы усиления фундаментов

Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины

Национальный авиационный университет

Институт аэропортов

Кафедра компьютерных технологий строительства

РЕФЕРАТ

на тему:

«Мотоды усиления фундаментов»

с дисциплины:

«Техническая эксплуатация зданий и сооружений аэропортов»

                                                                                      Выполнила: студентка 

                       409 – ІАП

                       Шмуйло М.В.

        Принял: Бакулин Е.А.

Киев 2012

План

Введение

1. Виды фундаментов

      Ленточный

      Столбчатый

      Сплошной (Фундаментная плита)

      Стаканный

2. Классификация фундаментов

3. Дефекты и деформации

      Деформации фундаментов

      Дефекты  и повреждения фундаментов

4. Методы усиления фундаментов

Вывод

Список литературы

Введение

Фундамент — конструктивный элемент сооружения, передаю­щий нагрузки от вышележащих элементов грунту — основанию.

Надземная часть сооружения будет устойчива и прочна только в том случае, если фундаменты надежно воспринимают нагрузку от сооружения и правильно передают ее на основание.

Фундамент должен удовлетворять следующим требованиям:

а) быть прочным, долговечным и не разрушаться от действия
грунтовых вод (обычных и агрессивных);

б) быть устойчивым по отношению к опрокидывающим силам,
сдвигу и скольжению;

в) не превышать величин осадок, указанных в СНиПе;

г) иметь наиболее экономичные конструктивные формы для дан-
ного сооружения и основания.

Выполнение указанных требований возможно при правильном вариантном проектировании с учетом всех местных геологических и гидрогеологических условий.

Фундамент – основание дома и чем оно прочнее, тем долговечнее строение. Стоимость фундамента составляет около 15-20 % от стоимости дома (без внутренних работ). Исправление неправильно выполненного фундамента трудно выполнимо и затраты на эти работы могут достичь уже до 30% от стоимости дома. Поэтому к выбору фундамента дома нужно подойти очень ответственно.

  Главная задача фундамента – выдержать вес постройки и не допустить проседания, деформации и разрушения на данном грунте и в данной климатической зоне. Именно от конкретного места строительства, грунта и параметров здания будут зависеть тип и характеристики фундамента. 
Сначала производят инженерно-геологическое и гидрологическое изучение прочности и сопротивляемости грунта, глубины залегания грунтовых вод, глубины промерзания грунта и степени его пучинистости.

1. Виды  фундаментов.

Ленточные фундаменты обычно возводят при строительстве зданий с тяжелыми стенами и перекрытиями, а также в случаях, когда под домом устраивают подвал или теплое подполье, целесообразно также устройство ленточных фундаментов при мелком заложении (до 0,5-0,7 м).   в сухих грунтах, даже если здание строят без подвала и подполья. Поскольку у них одинаковая толщина по всему периметру дома, то это позволяет сравнительно легко образовать теплое подполье. Оправдано применение ленточных фундаментов и в зданиях с тяжелыми стенами и перекрытиями, а также при устройстве подвала.

Ленточные фундаменты используют чаще всего. Такие фундаменты объединяет в себе надежность и экономичность, а также подходят для любой технологии строительства самой коробки будущего дома. Выполняя строительство ленточного фундамента, ленту закладывают под все наружные и внутренние капитальные стены, при этом ширина поперечного сечения может отличаться, в зависимости от нагрузки и конструктивных особенностей стены. 

Целесообразно строительство ленточных фундаментов при опасности возникновения неравномерных деформаций основания, при небольшой глубине их заложения, в этом случае в них устраивают непрерывные армированные пояса. Производя строительство ленточного фундамента, подошву фундамента обычно располагают на 20см ниже глубины промерзания грунта. Осуществляя строительство фундамента на сильно вспучивающихся и глубоко промерзающих грунтах. Толщина песчаной подушки обычно составляет 30-60см, но не должна быть более половины всей высоты фундамента.

Технология строительства фундамента ленточного типа проста. Они могут быть как сборными из фундаментных блоков, так и монолитными. Минимальная толщина ленточного основания зависит от используемого материала, конструктивных особенностей стены. Для ускорения строительства фундамента очень часто используют фундаментные блоки с монолитными железобетонными поясами.

Различают два вида ленточных фундаментов по работе фундаментной подушки:

1. Жесткие – в этом случае рабочая арматура располагается только вдоль стен фундамента. 

2. Гибкие – рабочая арматура располагается вдоль и поперек стен фундамента. Диаметр и шаг рабочей арматуры определяется инженерным расчетом ленточного основания.

Столбчатые фундаменты подводят под деревянные дома с легкими стенами и без подвалов – рубленые, каркасные, щитовые. Столбы ставятся по углам дома, в местах пересечения стен, под несущими стенами и тяжелыми перегородками. Такие фундаменты не подходят для глинистой почвы, болотистых мест и почвы, где рядом проходят грунтовые воды. Вместе с тем у столбчатых фундаментов есть и особенности, мешающие в ряде случаев их применению.

Так, в горизонтально-подвижных грунтах недостаточна их устойчивость к опрокидыванию, а потому необходима жесткая верхняя обвязка, которая препятствует боковому сдвигу. Ограничено их применение на слабонесущих грунтах при строительстве домов со стенами из тяжелых конструкций. Кроме того, возникают сложности и при устройстве цоколя. Если в ленточных фундаментах образовать цоколь, являющийся их продолжением, довольно просто, то при столбчатых опорах заполнение пространства между ними, стеной и землей (забирка) довольно трудоемко.

Плитные фундаменты сооружают на тяжелых пучинистых и просадочных грунтах. Они имеют жесткую конструкцию - одну плиту, выполненную под всей плоскостью здания. Такие фундаменты хорошо выравнивают все вертикальные и горизонтальные перемещения грунта. Возведение плитных фундаментов практикуется в основном в малоэтажном строительстве при небольшой и простой форме плана здания. Плитные фундаменты достаточно дороги из-за большого объема бетона и расхода металла на арматуру.

Область применения:

                    когда на строительной площадке слабый грунт или когда здание создает значительные нагрузки;

                    при разрушенных или насыпных грунтах основания;

                    при неравномерной сжимаемости грунтов;

                    когда существует необходимость защиты от высокого уровня грунтовых вод;

Плитные фундаменты являются разновидностью мелкозаглубленных ленточных фундаментов, но в отличие от них имеют жесткое пространственное армирование по всей несущей плоскости, позволяющее без внутренней деформации воспринимать знакопеременные нагрузки, возникающие при неравномерном перемещении грунта.

Свайные фундаменты выполняют из отдельных свай или группы свай, объединенных сверху бетонной или железобетонной плитой или балкой, называемой ростверком. Свайные фундаменты устраивают в случаях, когда необходимо передать на слабый грунт значительные нагрузки или же пронзить слабый грунт и опереть на более прочный. Свайные фундаменты целесообразны, если на значительную глубину залегают слабые грунты: песчаные рыхлые, водонасыщенные пески, просадочные грунты; грунты, которые под действием внешних нагрузок или собственного веса дают значительную осадку. Сваи применяются для больших и мощных зданий с нагрузкой на обрезе фундамента от 15-25т/кв.м. Но также имеют место и в частном строительстве, в виде деревянных или железобетонных коротких свай, в случае если нет возможности устройства других видов фундаментов.

По типу изготовления сваи бывают:

- забивные, забиваются специальными машинами – копер. Применимы, только когда строительство ведется на неосвоенной территории, когда рядом нет существующих здания (ударные нагрузки от забивания сваи могут разрушить конструкции соседних зданий);

- набивные, в пробуренную скважину подается бетон;

- вдавливаемые, при помощи гидравлических насосов свая под высоким давлением вдавливается в грунт.

По способу передачи нагрузки от сооружения на грунт и по характеру их работы в грунте различают два вида свай: сваи-стойки и висячие сваи. Сваи-стойки опираются на прочные грунты, при этом основная нагрузка (более 70-80%) передается через острие сваи и воспринимается грунтом. Висячие сваи не доводят до прочных грунтов, и основная нагрузка (70-80%) передается посредством сил трения между грунтом и наружными поверхностями сваи.

3. Классификация фундаментов:

по конструктивному решению: подразделяются на ленточные (в виде непрерывных подземных стен)  или железобетонных перекрестных балок; столбчатые, устраиваемые под стены и колонны; сплошные – безбалочные   и ребристые; свайные, столбчатые.

по характеру статической  работы: под действием нагрузки фундаменты различают: жесткие, работающие  только на сжатие, и гибкие, работающие  преимущественно на изгиб. К первому виду относят все фундаменты, кроме железобетонных. Гибкие железобетонные фундаменты способны воспринимать растягивающие усилия.

по материалу: фундаменты выполняют из естественных материалов ( дерево - во временных постройках, бутовый камень), и из искусственных материалов (бутобетон, бетон сборный или монолитный, железобетон).

В настоящее время предпочтение отдают бетонным и железобетонным фундаментам

по заглублению в грунт: различают фундаменты мелкого заложения (менее 5 м) и глубокого (более 5 м).Минимальную глубину заложения фундаментов для отапливаемых зданий принимают под наружные стены не менее глубины промерзания плюс 100-200 мм и не менее 0,7 м; под внутренние стены не менее 0, 5 м.

по форме: оптимальной  формой поперечного сечения жестких фундаментов является трапеция, где обычно угол распределения давления принимают: для бута и бутобетона – 27-33, бетона – 45. Практически эти фундаменты с учетом потребностей расчетной ширины подошвы могут быть прямоугольными и ступенчатыми. Блоки-подушки выполняют прямоугольной и трапецивидной формы.

по способу возведения: фундаменты бывают сборными и монолитными.

3. Дефекты и деформации фундаментов.

      Деформации фундаментов:

1. Просадка фундамента.

2. Выпучивание фундамента при заложении его выше уровня промерзания.

3. Отрыв и выпучивание фундамента при заложении его ниже уровня промерзания.

4. Боковой сдвиг фундамента.

Прогноз величины деформаций оснований на стадии проектирования сооружения позволяет выбрать наиболее правильные конструктивные решения фундаментов и надземных частей зданий и сооружений. Осадки оснований оказывают решающее влияние на прочность и устойчивость подземных конструкций.

Осадкой называется медленная и сравнительно небольшая деформация, происходящая в результате уплотнения грунта под действием нагрузок и сопротивляющаяся коренным изменениям его структуры.

При равномерных осадках основания подошва фундамента в любой моент времени опускается на одинаковую величину. Такие осадки не вызывают перераспределения усилий в конструкциях, но затрудняют нормальную эксплуатацию.

При неравномерных осадках основания подошва фундамента опускается на разную величину, вызывая перераспределение усилий и деформаций в надземных частях зданий и сооружений. Такие осадки ухудшают эксплуатацию оборудования, изменяют условия устойчивости сооружений, вызывают перенапряжения в отдельных конструкциях и элементах.

В зависимости от характера развития неравномерных осадок и от жесткости здания или сооружения возникают следующие виды деформаций.

Прогиб и выгиб возникают в протяженных зданиях и сооружениях, не обладающих большей жесткостью.

В случае развития прогиба (рис.3.1,а) наиболее опасная зона растяжения находится в нижней части здания или сооружения, выгибе (рис. 3.1,6), — наоборот, в верхней части сооружения.

Рис. 3.1. Схема прогиба (а) и выгиба (б) сооружения

Относительный прогиб или выгиб (ƒ/L) здания или сооружения оценивается отношением стрелы прогиба или выгиба к длине прогнувшейся части здания и кривизной изгибаемого участка (рис. 3.2) и определяется по формуле (по пособию к СНиП, 1986; СНиП 2.02.01—83):

где S1 и S3 — осадки в краях фундамента; S2 — наибольшая или наименьшая осадка фундамента; L — длина фундамента.

Рис. 3.2. Относительный прогиб или выгиб сооружения

Крен (наклон) — поворот фундамента относительно горизонтальной оси, проявляющийся при несимметричной загрузке основания. Наибольшую опасность данный вид деформации представляет для высоких сооружений — дымовых труб, узких зданий повышенной этажности и др., т.е. характерен для жестких сооружений.

Крен рассматривается как разность абсолютных осадок двух точек фундаментов, отнесенных к расстоянию между ними (рис. 3.3), и определяется по формуле:

где S1 и S2 — осадки крайних точек сплошного фундамента или двух фундаментов.

Рис. 3.3. Крен сооружения

Перекос зданий и сооружений характерен при резком проявлении неравномерности осадок на участке небольшой протяженности при сохранении относительной вертикальности несущих конструкций (рис. 7.4).

Кручение возникает при неодинаковом крене здания или сооружения по длине, при этом происходит развитие крена в двух сечениях сооружения в разные стороны (рис. 3.5).

Горизонтальные перемещения фундаментов зданий или сооружений возникают при действии на основания горизонтальных нагрузок (рис. 3.6). Например, устои мостов (рис. 3.6,а), гидротехнические сооружения (рис.3.6,б), они возможны при развитии оползней и при выполнении подземных выработок.

Рис. 3.4. Перекос сооружения

Рис. 3.5. Кручение сооружения

Рис. 3.6. Схема горизонтального перемещения устоя моста (а) и гидротехнического сооружения (б)

      Дефекты и повреждения фундаментов:

1. Увлажнение от грунтовых и атмосферных вод и промерзание стен под окнами первого этажа (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Увлажнение стен с последующим промерзанием: а - от разрушения защитного покрытия цоколя; б - от разрушения гидроизоляции.

Причины повреждений фундаментов:

а) повреждение гидроизоляции при деформации фундаментов и стен;
б) старение гидроизоляции;

в) некачественное устройство или отсутствие гидроизоляции;

г) повреждение облицовки цоколя или применение в качестве облицовки неморозостойкого материала;

д) поднятие уровня грунтовых вод (естественное или искусственное в результате подтопления) выше расчетного;

е) разрушение отмостки или подсыпка грунта вокруг здания выше расположения горизонтальной гидроизоляции либо низкое расположение гидроизоляции (ниже на 10-14 см от отмостки) и отсутствие второй гидроизоляции по цоколю. 

Устранение:  введение гидроизоляции в цоколь взамен разрушенной или отсутствующей (рис. 3.8). Пробивают отверстие в цоколе высотой в 2-3 кирпича кладки, выравнивают цементным раствором и укладывают гидроизоляцию из двух слоев на битумной мастике, каждый слой должен иметь свободный конец не менее 20 см. Пробитое отверстие закладывают кирпичом.

Рис. 3.8. Восстановление разрушенной гидроизоляции.

2.Выщелачивание бетонных конструкций фундамента либо кристаллизационное разрушение бетона (рис. 3.9).

Рис 3.9. Разрушение материала фундамента под воздействием мягкой (щелочной) или соленой воды.

Причины повреждений фундаментов:

а) воздействие на бетон мягкой (щелочной) воды;

б) воздействие на бетон соленой воды. 

Способы устранения повреждений фундаментов:

а) отвести от фундаментов агрессивные воды или понизить их уровень устройством дренажной системы;

б) восстановить и защитить конструкцию от агрессивной воды (рис. 3.10). Для этого нужно сделать выемку грунта захватками по 0,8 м до основания фундамента, очистить пораженные места и закидать их цементно-песчаным раствором (1:3), а также устроить защитную рубашку из пропитанного битумом кирпича с прослойкой рубероида на асфальтовой мастике. После окончания всех работ выемку нужно заполнить жирной глиной.

Рис. 3.10. Восстановление фундамента: 1 - жирная глина; 2 - кирпич, пропитанный битумом; 3 - три слоя рубероида на мастике; 4 - цементный раствор.

3. Расслоение кладки фундамента (рис. 3.11).

Рис. 3.11. Расслоение кладки фундамента.

Причины повреждений фундаментов:

а) отсутствие перевязки в каменной кладке;

б) недостаточная прочность кладки;

в) перегрузка фундамента (в связи с надстройкой и т. п.). 

Устранение: обычно делают уширение фундамента или перенос части нагрузки на выносные балки свосстановлением фундамента.

4. Разрыв фундамента по высоте (рис. 3.12).

Рис. 3.12. Разрыв фундамента по высоте силами морозного пучения грунтов

Причины повреждений фундаментов: морозное пучение вследствие неправильного конструирования и возведения фундамента (засыпка пазух смерзающимися грунтами, склонными к пучению, подтопление фундамента при поврежденной отмостке или поднятие уровня грунтовых вод).

Способы устранения повреждений: удаление пучинистого грунта вдоль фундамента и цементирование места разрыва. Вместо пучинистого грунта пазухи нужно заполнить непучинистым грунтом. После этого следует восстановить отмостку. При необходимости конструкция оборудуется дренажной системой и устраивается утепленная отмостка, пазухи засыпаются дренажным материалом. 

5. Трещины в плите фундамента или неравномерная его осадка.

Причины повреждений фундаментов:

а) неправильное соотношение размеров ступеней подошвы фундамента;

б) недостаточная ширина фундамента;

в) увеличение нагрузки на фундамент в связи с надстройкой;

г) снижение несущей способности основания в связи с его увлажнением. 

Устранение: усиление фундамента путем его уширения одним из способов, указанных выше.

И еще одно замечание: заделку трещин на зданиях, особенно кирпичными замками, нужно проводить после стабилизации процесса осадки. Для определения времени окончания осадки на трещины здания устанавливают маяки (рис. 3.13). Как правило, их ставят на очищенную поверхность конструкции перпендикулярно трещине. На маяки наносят дату установки и наблюдают за ними в течение 20 дней. В журнале со схемой установки маяков отмечают дату появления на маяках разрывов и их ширину. После разрыва маяка на его месте устанавливается новый. Журнал впоследствии может пригодиться при привлечении специалистов.

Рис. 3.13. Наблюдение за развитием трещин: 1 - трещина; 2 - маяк (цементный на наружных или алебастровый на внутренних стенах).

Все перечисленные способы восстановления фундаментов касаются непосредственно самих фундаментов. Существуют и другие способы, в которых усиливается не фундамент, а грунт основания под ним. Эти способы предполагают закачивание в грунт под фундаменты цементных, силикатных или смоляных растворов либо электрохимическое или термическое закрепление грунтов. Хотя эти способы и менее трудоемки, они требуют специального оборудования и в нашей статье не приводятся.

6. Оголение арматуры, коррозионные явления в теле бетонных фундаментов;

7. Гниение элементов деревянных фундаментов;

8. Расслоение кладки и выпадение отдельных камней в бутовых фундаментах.

4. Методы усиления фундаментов.

Основными методами усиления фундаментов являются:

        укрепление кладки фундаментов;

        уширение подошвы фундамента;

        устройство промежуточных опор;

        устройство под зданием фундаментной плиты;

        заглубление фундаментов;

        применение свай.

Выбор метода зависит от типа существующего фундамента, степени физического износа, особенностей инженерно-геологического напластования, уровня подземных вод, конструктивной схемы здания, величины и характера действующих нагрузок.

Закрепление грунтов основания.

Закрепление грунтов основания применяется для увеличения несущей способности оснований реконструируемых зданий. Способы закрепления грунтов основаны на нагнетании раствора, состоящего из одного или нескольких компонентов, способных при смешивании образовать гель в порах грунта, придавая ему прочность и водонепроницаемость.

Физико-механические и технологические особенности этих способов были подробно рассмотрены в разделе 9.2. Однако при их использовании для укрепления оснований существующих зданий имеют место некоторые технологические особенности и возникают дополнительные трудности, связанные с ограничением давления цементации, безопасным для состояния фундаментов и конструкций здания.

Наиболее распространенными способами закрепления грунтов оснований являются инъекционные, не сопровождаемые динамическими воздействиями. Выбор конкретного способа закрепления зависит от конструктивных особенностей реконструируемого здания и предъявляемых к закрепленному грунту требований по прочности, деформируемости и долговечности, а также производится на основе технико-экономического анализа.

При реконструкции зданий цементацию применяют как для закрепления оснований и усиления контакта «подошва фундамента -грунт», так и для усиления частично разрушенной кладки. Кроме того, в крупнообломочных и песчаных грунтах цементацию применяют и для создания противофильтрационных завес, препятствующих выносу мелких частиц из основания фундаментов существующих зданий при откачках воды из котлована, расположенного рядом.

Наряду с закреплением грунтов основания цементацию часто применяют для заполнения пустот и каверн в закарстованных основаниях.
Силикатизация основания существующих фундаментов предназначена для повышения несущей способности мелких и пылеватых песков, плывунов, лессовидных и насыпных грунтов. В необходимых случаях силикатизация также может быть использована для создания противофильтрационных завес (рис. 13.4.6).

Рис. 4.1. Схема силикатизации основания под ленточным фундаментом: 1 - инъектор; 2 - фундамент; 3 - укрепленная зона

Уширение подошвы фундамента производится при недостаточной несущей способности грунтов основания. Это достигается путем устройства односторонних (при внецентренном приложении нагрузки) и двусторонних (при центральной нагрузке) банкет (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Уширение ленточных фундаментов монолитными банкетами: а - одностороннее уширение; б, в - двустороннее уширение; 1 - упорный уголок; 2 - подкос; 3 - рабочая балка; 4 - щебеночная подготовка; 5 - анкер; 6 - распределительная балка; 7 - зачеканка литым бетоном

Банкеты и существующие фундаменты должны быть соединены жестко. Для этого их примыкание производится с помощью штраб либо специальных металлических или железобетонных разгружающих балок.

Недостающая площадь подошвы фундамента «Ад», которая должна быть добавлена в связи с повышением нагрузок при реконструкции, равна

Ад= (Nо-АфР)/Р = No/Р-Аф,   (4.1)

где No - вертикальная увеличенная нагрузка на фундамент, кН; 

Аф - площадь подошвы усиливаемого фундамента, м2; 

Р - среднее давление по подошве усиливаемого фундамента, кН/м2.

Устройство под зданием фундаментной плиты

Устройство под зданием фундаментной плиты  является целесообразным при реконструкции зданий, возводимых на неравномерно сжимаемом основании, сложенном слабыми грунтами, а также при необходимости передачи больших дополнительных нагрузок, которые могут вызвать значительные неравномерные деформации. Подводка под здание фундаментной плиты позволяет снизить давление на грунты и является одним из самых эффективных способов увеличения площади фундамента.

Заглубление фундаментов рекомендуется выполнять при необходимости увеличения глубины подвала, переноса подошвы фундаментов на более прочные слои грунта основания и т.п. На рис. 13.4.3 показана последовательность заглубления ленточных фундаментов.

Рис. 4.3. Заглубление ленточных фундаментов: а - монтаж разгружающих балок; б - разборка старого фундамента; в - устройство нового фундамента; 1 - несущая стена; 2 - разгружающие балки; 3 - опоры; 4 - старый фундамент; 5 - новый фундамент

Новый фундамент после устройства его подошвы на более глубокой отметке должен быть включен в совместную работу с несущей стеной путем подклинивания или инъекцирования песчано-цементного раствора под давлением.

При необходимости передачи на фундаменты повышенных дополнительных нагрузок высокой деформируемости грунтов основания и наличии подземных вод, осложняющих процесс уширения или заглубления фундаментов, нагрузки на более прочные слои грунта передают путем пересадки существующих фундаментов на сваи. В зависимости от толщины слабого грунта и глубины залегания кровли прочного слоя сваи будут работать как висячие или как стойки. Несущую способность свай и их количество определяют расчетом.