Усиление фундаментов железобетонными обоймами – Рекомендации «Рекомендации по проектированию усиления железобетонных конструкций зданий и сооружений реконструируемых предприятий. Надземные конструкции и сооружения»

Усиление фундаментов

Усиление выполняется в основном для фундаментов, выложенных из бутового камня, бутобетонной кладки и кирпича. Причем, основной материал (бутовый камень, кирпич) обладает достаточной прочностью, но сам фундамент ослаблен в результате разрушения раствора, появления трещин и пустот.
Усиление фундаментов выполняют путем цементации или силикатизации кладки, укрепления отдельных камней (кирпичей) кладки и устройством железобетонных обойм.

Цементация кладки производится путем нагнетания в пустоты фундамента через инъекционные трубки цементно-песчаного раствора состава 1:1…1:2 под давлением 0,2… 1 МПа. В большинстве случаев цементация кладки производится одновременно с цементацией основания.
При подготовке фундамента к инъецированию выполняют его вскрытие (при необходимости), бурение шпуров, установку инъекторов, их соединение с инъекционной установкой и проверку работы смонтированной системы. Шпуры для инъекторов бурят или пробивают перфораторами в шахматном порядке на расстоянии 0.8… 1,2 м друг от друга. Затем устанавливают инъекционные трубки (стальные перфорированные трубы диаметром 50 мм), закрепляя их в теле шпуров с помощью цементно-песчаного раствора. Радиус действия инъекторов составляет 0,6… 1,2 м. Расход цементно-песчаного раствора для инъецирования зависит от степени физического износа фундаментов и плотности материала кладки и ориентировочно составляет 0,2…0.4 от объема усиливаемой кладки фундамента.

При силикатизации нагнетание рабочего раствора по одним и тем же инъекторам выполняют в два этапа: вначале жидкое стекло, а затем хлористый кальций. Технологический перерыв при их нагнетании не должен превышать 6 часов. Жидкое стекло нагнетают до полного насыщения тела фундаментов путем ступенчатого повышения давления от 0,05 до 0,4 МПа. Нагнетание хлористого кальция осуществляется при начальном давлении 0,4 МПа с постепенным его повышением до 0,5 МПа.

Укрепление отдельных камней кладки выполняют при незначительной степени физического износа фундаментов. Камни, которые слабо держатся в кладке фундамента, вынимают; гнездо очищают стальной щеткой от грязи и старого раствора, смачивают водой и заполняют цементно-песчаным раствором. Камни устанавливают обратно в гнезда, втапливая их в раствор с помощью последовательных ударов молотком.

Устройство железобетонных обойм

выполняют в тех случаях, когда на отдельных участках фундамента прочность кладки нижележащих слоев меньше прочности вышележащих. Работы выполняют по захваткам длиной 2…2,5 м. Железобетонные обоймы могут устраиваться с одной или с двух сторон. Способы устройства обойм могут быть различны. Рассмотрим некоторые из них.

Рис.4 Усиление бутовых фундаментов путем устройства железобетонной обоймы: а) — двухсторонней; б) — односторонней; 1 — бутовый фундамент; 2 — анкер; 3 — арматурная сетка; 4 — опалубка; 5 — бетонная смесь

При устройстве двухсторонней железобетонной обоймы (рис. 4, а) в теле фундамента в шахматном порядке через 1…1,5 м просверливают сквозные поперечные отверстия. Затем с обеих сторон устанавливают арматурные сетки с размерами ячеек от 100×100 до 150×150 мм из арматурной стали диаметром 12…20 мм. Арматурные сетки соединяют между собой арматурными стержнями диаметром 12…20 мм, которые устанавливают в просверленные отверстия. Затем устанавливают опалубку и выполняют бетонирование литой бетонной смесью (осадка конуса более 15 см) класса бетона В10 и более. Бетонирование может выполняться методом послойного торкретирования. Минимальная толщина обоймы — 150 мм

При устройстве односторонней железобетонной обоймы (рис. 4, б) поперечные арматурные стержни заделывают в ранее просверленные гнезда в теле фундамента на цементно-песчаном растворе. А затем к ним крепят арматурные сетки.
В отдельных случаях армирование железобетонных обойм выполняют одиночными арматурными стержнями. Для этого по всей длине фундамента отрывают траншею глубиной на 1 м выше отметки заложения фундамента. На проектной отметке в теле фундамента с шагом 1,5 м пробивают сквозные отверстия, устанавливают в них на цементно-песчаном растворе поперечные балки из двутавра №18…20. К поперечным балкам в продольном направлении приваривают уголки №75 длиной 500…700 мм или двутавр №18. Затем после углубления траншеи в теле фундамента в шахматном порядке с шагом 80… 120 см сверлят отверстия Ø18…20 мм глубиной 150… 180 мм, в которые забивают отдельные стержни Ø18…20 мм. Устанавливают опалубку и укладывают бетонную смесь с тщательным уплотнением. После набора бетоном требуемой прочности разбирают опалубку и выполняют обратную засыпку пазух с постойным уплотнением.

Увеличить одновременно несущую способность фундамента и основания можем путем устройства буроинъекционных свай. Их применение позволяет производить работы по усилению фундамента без разработки траншей и нарушения структуры грунта в основании. Сущность способа заключается в устройстве под зданием буроинъекционных (корневидных) свай, которые передают значительную часть нагрузки на более плотные слои грунта (рис. 5). Сваи выполняют вертикальными или наклонными с помощью установок вращательного бурения, которые позволяют пробуривать скважины диаметром от 80 до 250 мм не только в грунтах основания, но и в теле фундамента. Устройство буроиньекционных свай выполняется в следующей последовательности: бурение «лидерной» скважины; заполнение ее пластичным цементно-песчаным раствором; установка трубы-кондуктора до начала схватывания раствора; технологический перерыв для набора раствором требуемой прочности; бурение рабочей скважины до проектной отметки под защитой глинистого раствора или обсадной трубы;

Рис. 5. Усиление фундаментов буроинъекционными сваями: 1 — фундамент; 2 — буроинъекционные сваи; 3 — стена

Усиление фундамента инъектированием: технология

Появление таких трещин говорит о просадке фундамента

Появление трещин по стенам и фундаменту при эксплуатации здания — веский повод для беспокойства владельцу, принятию решения по укреплению фундамента на начальных этапах проблемы. Одним из современных и действенных способов укрепить основание дома — усиление фундамента инъектированием специальных материалов в поры бетона, грунта.

Прежде чем приступать к решительным действиям по устранению возникшей проблемы, необходимо разобраться в причинах, знать какие существуют способы усиления фундамента, какая технология подходит для конкретного строения, провести экономические расчёты стоимости работ по различным вариантам.

Почему разрушаются фундаменты

Причины разрушения основания бывают различными. Важно понять, почему возникла проблема чтобы принимать меры к её устранению. Вот некоторые причины, приводящие к разрушению конструкции:

1. Изначально неверный расчёт фундамента без достаточно полных гидрогеологических и геологических исследований грунтов на этапе проектирования.
2. Нарушение технологии при приготовлении смеси для формирования ленты приводит к получению бетона с пониженной прочностью, морозостойкостью, водонепроницаемостью. Это сказывается на несущей способности бетона, сроках эксплуатации.
3. Перепланировка дома с критическими отступлениями от проекта, надстройкой этажа, мансарды.
4. Изменение состояния грунтов и уровня грунтовых вод в течении времени эксплуатации. Это бывает по естественным причинам, подвижкой пластов при сейсмических колебаниях, изменению состояния и влажности грунтов при подъёме уровня грунтовых вод при строительстве нагруженного объекта в непосредственной близости.
5. Нарушение гидроизоляции.

Выбираем метод восстановления фундамента

Выбор метода восстановления несущей способности основания определяется по результатам повторных геологических и гидрогеологических исследованиях грунтов, определению прочностных характеристик бетона на момент возникновения проблемы.

Лучший вариант — обратиться к организации, специализирующейся на подобных исследованиях, выполняющих проекты по восстановлению фундаментов, укреплению грунтов. Своими руками такую сложную проблему решить невозможно. Специалисты определят степень разрушения, предложат конкретные методы восстановления несущей способности фундамента.

Иногда вопрос ремонта решается быстро, без особых затрат старыми способами восстановления фундамента:

• укрепление тела фундамента устройством обойм;
• увеличение площади подошвы;
• устройство свай усиления;
• увеличение глубины заложения с устройством дополнительного фундамента или монолитной плиты.

В современном представлении усиление основания под здание представляется как:

1. Усиление самого тела конструкции.
2. Укрепление грунтов основания с целью увеличения несущей способности с изменением физических свойств.

Усиление прочности тела фундамента

При определении тех или иных работ по усилению фундамента бывает достаточно повысить прочность тела конструкции, потерявшую проектные характеристики. Для восстановления качества, прочности, водонепроницаемости бетона применяется технология микроцементирования.

Микроцемент — минеральное вяжущее особо тонкого помола, производится методом воздушной сегрегации, имеет плавную градацию гранулометрического состава.

Инъекция микроцемента в тело бетона до выхода из трещин

Технология заключается в инъектировании в тело укрепляемой конструкции водной суспензии микроцемента под давлением 10—30 бар. Вот некоторые этапы процесса проведения инъектирования:

1. В теле бетона под углом бурятся отверстия глубиной 2/3 конструкции, не доходя 40—50 сантиметров до подошвы основания. Отверстия делают через 50—60 сантиметров по периметру фундамента.
2. Устанавливаются манжетные колонны или пакеры.
3. Приготавливается водная суспензия микроцемента на специальном высокоскоростном смесителе (>2000 оборотов в минуту). Водоцементное отношение принимается в пределах 0.7—1.2.
4. Производится закачка суспензии через манжеты, пакеры шнековым или плунжерным насосом до выхода раствора с обратной стороны или получение «стоп» при возрастании давления >30 бар.
5. Суспензия проникает в поры бетона, раковины, волосяные и усадочные трещины. Давление в системе сбрасывается, пакер остаётся, поддерживает остаточное давление в теле конструкции.

Кроме эмульсии микроцементов при инъекции применяются: жидкое стекло, композиции на основе полимеров.

Усиление фундамента и грунтов

Когда при обследовании основания выявляется необходимость усиления его несущей способности, используются технологии силикатизации, цементации грунтов, устройство разделения грунтов «стена в стене», монтаж через тело конструкции буроинъекционных свай.

Технологический процесс монтажа буроинъекционных свай делится на следующие этапы:

1. В теле фундамента под углом бурится отверстие, превышающее диаметр шнека установки, до подушки основания. Монтируется гильза, которая будет служить направляющим кондуктором.
2. Полым шнеком бурится скважина в грунте до проектной отметки, остатки грунта из скважины удаляются воздухом.
3. Приготавливается бетонная смесь, закачивается в скважину под давлением 1.5—5 бар до выхода на поверхность чистого. При этом, объём закачки должен превысить 2 объёма скважины, зайти в грунт через поры.
4. В заполненную цементной смесью скважину монтируется металлический каркас так, чтобы вокруг него оставался защитный слой бетона.
5. В случае проблемных грунтов или прохождении грунтовых вод монтируется по ходу бурения обсадная колонна из металлической трубы.

Применение буроинъекционных свай обеспечивает сохранность природного состояния грунта на соседних участках, не влияет на состояние ремонтируемого здания, окружающих строений.

Порядок монтажа буроинъекционных свай

Методы усиления под фундаментом грунта, улучшение его физических характеристик, увеличение несущей способности осуществляется методом инъекции:

1. Смолы — Sika Injection 201, 451; Sikadur 52, 53; MC Inject 2300 Plus; Манопур 143. Акрелатных эластичных гелей — Sika Injection 304/305, MC Inject G-L 95 DX.
2. Инъекционной микроцементной суспензии SikaRock Fill 10.
3. Цементного раствора с расширяющим вяжущим
4. Двухкомпонентной полиуретановой смолы Bast Meyco 355 A 3 Tix. Укрепление грунта методами инъекции

Эти способы позволяют создавать в грунте под фундаментом зоны с улучшенными физическими характеристиками по несущей способности.

Видео: Усиление фундаментов

4.2. Ремонт фундаментов, усиление их обоймами и подведением конструктивных элементов (ч. 3)

Известен способ усиления фундамента с обжатием основания*. Он заключается в установке по периметру фундамента блоков обоймы, которые путем горизонтальных усилий обжатия тяжами вдавливаются в грунт (рис. 4.5). Погружение блоков обоймы в грунт облегчается вследствие покрытия поверхностей блоков и фундамента антифрикционным материалом и скошенной наружной грани блоков. В качестве антифрикционного материала может использоваться битумная мастика или даже корка намороженного льда в зимних условиях. Путем стягивания тяжей, пропущенных сквозь прижимные щиты, упирающиеся в поперечные балки, проходящие через стену здания, сдавливают блоки, которые начинают сползать вдоль фундамента, опускаясь вниз и обжимая грунт. После окончания опускания блоков между их верхом и поперечными балками устанавливают фиксаторы, например клинья, а балки между собой стягивают фиксирующей затяжкой. Применение предлагаемого способа усиления фундамента обеспечивает простоту производства работ при одновременном обжатии основания и исключении мокрых процессов.

*А.с. № 718552 (СССР). Способ усиления фундаментов/Н.С. Мещеряков. — Заявл. 04.04.1978, № 2600897/29–33, опубл. в Б.И., 1980, № 8.

Рис.4.5. Схема усиления фундамента обоймой с обжатием основания

1 — фундамент; 2 — фиксированная затяжка; 3 — блоки обоймы; 4 — антифрикционное покрытие; 5 — тяжи; 6 — прижимной щит; 7 — клинья; 8 — стена здания; 9 — поперечная балка; 10 — обжатое основание

Усиление фундаментов мелкого заложения может выполняться путем их уширения и углубления подведением дополнительных конструктивных элементов под существующие фундаменты. Такими элементами могут быть плиты, столбы или сплошные стены (рис. 4.6).

Уширение фундамента без значительного увеличения его глубины производится путем подводки железобетонных плит под подошву существующего фундамента. На участках длиной 1—2 м грунт под фундаментом откапывают и на месте изготовляют железобетонную монолитную плиту или монтируют заранее заготовленные сборные железобетонные элементы (см. рис. 4.6, г). После обжатия грунта в основании гидравлическими домкратами и подклинки плиты, промежуток между плитой и подошвой старого фундамента заполняют бетоном с тщательным уплотнением вибраторами.

Иногда целесообразно подвести под существующий фундамент снизу отдельные столбы, расположенные по линии или в шахматном порядке на определенном расстоянии один от другого (см. рис. 4.6, б, в). Отдельные столбы применяют в тех случаях, когда на небольшой глубине (1,5—4 м) залегает слой прочного грунта. Столбы перекрываются старым фундаментом, способным воспринимать нагрузки от сооружения в пролете между подведенными опорами. С этой целью старый фундамент может быть усилен боковыми рандбалками.

В отдельных случаях возникает необходимость в подводке сплошной стены. К таким случаям относятся недостаточная несущая способность основания, необходимость устройства подвалов, а также строительство вблизи новых сооружений. Подводка сплошной стены может осуществляться с одновременным увеличением площади подошвы фундамента и глубины его заложения (см. рис. 4.6, а) или только с изменением глубины.

Рис. 4.6. Конструктивные решения подводки фундаментов

а — отдельные столбы; б — сплошные стены; в — столбы с шахматным расположением в плане; г — железобетонные плиты; 1 — фундамент; 2 — столб; 3 — шурф; 4 — сплошная стена; 5 — плита; 6 — арматурный каркас

Углубление фундаментов и подводку столбов, как правило, выполняют только в сухих и маловлажных грунтах. Основные приемы подводки новых фундаментов сводятся к следующему. Весь ленточный фундамент разбивают на отдельные захватки длиной от 1 до 3 м. Очередность бетонирования по захваткам должна быть не последовательной — один участок за другим, а с интервалом в несколько участков при постоянном продвижении в одном направлении. Направление подводки выбирают, начиная с наиболее слабых участков и мест, наименее ослабленных проемами. На период подводки фундаменты в отдельных случаях следует частично разгружать от нагрузок перекрытий и стен путем устройства временных опор или закладки разгрузочных металлических рандбалок.

Отдельные столбы и сплошную стену при подводке фундаментов устраивают в следующем порядке. Вначале разрабатывают шурф с наружной стороны фундамента. Ширина шурфа должна быть такой, чтобы удобно было выполнять работы по проходке шахты под фундаментом. После надежного крепления стенок шурфа устанавливают опорную раму. Крепление стенок производят одновременно с разработкой грунта. Затем разрабатывают шахту под фундаментом с таким расчетом, чтобы в каждой очереди общее уменьшение площади передачи нагрузки на грунт от всего сооружения было бы не более 20 %. Далее разбирают нижнюю часть фундамента и удаляют грунт, служивший основанием старого фундамента. После разборки всего старого фундамента и разработки грунта до проектной отметки приступают к кладке нового фундамента, снимая крепление снизу вверх. Промежуток между старой и новой кладкой тщательно заделывают.

При бетонировании верх нового фундамента не доводят до уровня стены на 10—12 см. Когда уложенный бетон приобретает прочность около 10 МПа, производят зачеканку зазора раствором. Эта самая ответственная часть работы не всегда выполняется с необходимой тщательностью, требуемой для создания плотного контакта между старой кладкой и новым фундаментом. Хорошее сопряжение обеспечивается при зачеканке раствора ручным ударным или механизированным способом, а также при забивке стержней, которые расклинивают и дополнительно уплотняют свежеуложенный раствор. После выполнения операций по зачеканке производится инъецирование зазоров цементным раствором. Работа считается законченной только при условии полного и тщательного заполнения зазора бетоном или раствором.

Усиление ленточного фундамента

Часто увеличить жилое пространство дома не получается, так как прочность фундамента является недостаточной для определенного строения. Если этот параметр не будет учтен, из-за увеличенного веса строения фундамент может треснуть или усесть. Также трещины могут появиться и на стенах дома. Часто на фундаменте появляются микротрещины, которые могут быть незаметными. Чтобы предотвратить их появление, необходимо грамотно произвести усиление.

Причины разрушения фундамента

К причинам, по которым происходит разрушение фундамента, можно отнести:

• применение строительных материалов низкого качества;
• использование дома с несоблюдением правил эксплуатации;
• несоблюдение технологии строительства основания;
• наличие наклона на участке;
• проведение земляных работ рядом с домом;
• изменение некоторых показателей грунта;
• увеличение веса строения;
• внутренние и внешние вибрации;
• наводнение.

Часто к разрушению фундамента приводит изменение уровня грунтовых вод и пучение грунта. В таком случае можно создать дренажную систему и произвести гидроизоляцию фундамента. Стоит помнить, что усиление ленточного фундамента должно производиться только после устранения причины его разрушения. Если этого не сделать, конструкция будет постепенно разваливаться.

Способы обследования основания

Для определения степени разрушения фундамента и способов его укрепления может производиться наружный или подземный осмотр. В первом случае происходит обнаружение трещин и сколов фундамента. При подземном осмотре оценивается глубина залегания фундамента, определяется материал, который использовался при закладке основания, а также оценивается прочность конструкции.

Укрепление фундамента может происходить и при отсутствии деформаций. Это необходимо в следующих случаях:

• увеличение нагрузки на основание;
• при проведении строительных работ рядом с домом;
• осаживание строения.

Перед тем как приступать к усилению фундамента, стоит убедиться в том, что его усадка завершена. Если на бетонном основании появились трещины, за ними необходимо наблюдать в течение месяца. Для этого на них устанавливаются гипсовые маячки. Если в течение нескольких недель они не разорвутся, это будет говорить о том, что фундамент не разрушается. В таком случае достаточно заделать трещины, не усиливая основание.

Методы усиления основания

Степень сложности проводимых работ зависит от состояния постройки. В некоторых случаях достаточно восстановить гидро- и теплоизоляционный слой. В других ситуациях необходимо производить расширение основания.

Распространенным способом укрепления является замена грунта под фундаментом. Это необходимо в случае, если под домом произошло изменение структуры грунта или его ослабление.

Кроме этого способа используются и другие:

1. Укрепление сваями. Для проведения работ могут использоваться различные типы свай.
   
2. Создание железобетонной рубашки. Это помогает предотвратить дальнейшее разрушение при появлении трещин. При выборе такого способа усиления можно не беспокоиться о состоянии основания достаточно длительное время.
3. Ремонт отдельной части фундамента, которая начала разрушаться.

Часто во время укрепления основания приходится создавать дренажную систему, чтобы отвести грунтовые воды. Стоит помнить, что приниматься за работу по усилению нельзя без предварительного расчета нагрузки на конструкцию. Если этого не сделать, основание может быть недостаточно прочным, что приведет к его постепенному разрушению.

Усиление мелкозаглубленного основания

Многие частные дома создаются на мелкозаглубленном основании. Если такой фундамент начал разрушаться, для его укрепления производятся работы по установке дополнительных элементов, расширяющих и углубляющих конструкцию.

Укрепление армированной бетонной рубашкой производится в несколько этапов:

1. Сначала отдельные участки мелкозаглубленного фундамента полностью открываются. Во время таких работ необходимо удалять грунт на участке, длина которого не должна превышать 1,5 м.
2. После этого на место удаленного грунта устанавливаются готовые железобетонные блоки. При желании можно осуществить заливку бетона с армированием.
3. На следующем этапе осуществляется уплотнение грунта при помощи гидравлических домкратов. Стыки старого фундамента и нового элемента заливаются бетоном.

Часто для усиления фундамента применяются буронабивные сваи. Также используются винтовые и буроинъекционные сваи. Изделия последнего типа не могут быть установлены самостоятельно. Это связано с тем, что без составления подробных чертежей такой метод не будет эффективен. Кроме этого, для проведения работ по установке буроинъекционных свай необходимо использовать тяжелую технику. При этом стоимость применения указанных элементов достаточно высока.

Создание железобетонной обоймы

Наиболее распространенным способом усиления основания является создание бетонной обоймы. Такой метод не требует углубления фундамента, поэтому его часто используют владельцы загородных домов, не желающие привлекать профессиональных строителей.

Чтобы старое основание было надежно скреплено с новой бетонной лентой, необходимо нанести на его поверхность насечки и забить арматурные стержни.К ним крепится арматурный каркас железобетонной ленты, которая создается для того, чтобы укрепить конструкцию. Благодаря этому новый и старый фундамент образуют единое целое. Указанным способом может производиться усиление ленточного фундамента жилого дома или таких построек, как бани и другие хозяйственные сооружения.

Стоит помнить, что не следует укреплять таким способом тяжелые дома. В таких случаях лучше устанавливать сваи.

Усиление сваями

Для усиления основания м ожжет использоваться несколько видов свай:

1. Микросваи, которые имеют диаметр 150-300 мм. Они удобны в применении, так как бурение можно совместить с инъекцированием раствора.
2. Буронабивные сваи. Такие изделия устанавливаются в скважины, бурение которых происходит как снаружи, так и изнутри постройки. Глубина скважин должна составлять примерно 2 метра. Расстояние между ними составляет примерно полтора метра. После создания скважин происходит установка арматурного каркаса и заливка бетонного раствора.
3. Вдавливаемые сваи используются в случаях, если твердый грунт находится на большой глубине. Для проведения таких работ используется специализированное оборудование.
4. Выносные сваи применяются в случае, если уровень грунтовых вод на участке является повышенным. Для укрепления основания через старую конструкцию пропускается железобетонная балка, которая устанавливается на сваи.
5. Металлические сваи. Такие элементы устанавливается с обеих сторон основания и связываются железобетонной балкой.

После проведения работ свайные опоры могут поддерживать основание в течение нескольких десятков лет. Чтобы предотвратить повторное разрушение, стоит выполнять все работы согласно заранее составленному чертежу. Также необходимо точно рассчитать нагрузку, которая действует на фундамент. Если этого не сделать, через некоторое время конструкция начнет усаживаться или разрушаться.

Как усилить фундамент железобетонной рубашкой

Указанный метод достаточно популярен, так как для проведения работ не нужно нанимать рабочих. Перед тем как усилить фундамент,необходимо приобрести достаточное количество арматуры диаметром 16-18 мм и бетона марки М400. Создание железобетонной рубашки происходит следующим образом:

1. Сначала происходит выкапывание траншеи. Стоит помнить, что каждый каждая закладка новой части фундамента не должна быть больше 3 метров. Сначала откапываются углы, а затем остальные части основания. Глубина подкопа должна быть больше глубины старого основания примерно на 50 см.
2. После этого происходит создание арматурного каркаса. Он должен обтягивать фундамент со всех сторон. Чтобы каркас брал на себя основную часть нагрузки, он присоединяется к старому основанию при помощи анкеров. Все арматурные прутья должны соединяться вязальной проволокой.
3. На последнем этапе происходит создание деревянной опалубки вокруг каркаса и заливка бетонного раствора. После окончания процесса затвердевания бетона необходимо произвести обратную засыпку и создать откосы. Это нужно для защиты конструкции от влаги.

Чтобы правильно усилить ленточный фундамент, стоит выполнять работу согласно рекомендациям опытных строителей. Во время заливки бетона, например, необходимо его уплотнять строительным вибратором. Вместо данного инструмента можно использовать штырь. Фундамент с железобетонной обоймой может прослужить достаточно длительное время, если работы по усилению будут произведены с соблюдением технологии.

Усиление железобетонных конструкций — основные способы и методы

Усиление железобетонных конструкций – эффективный способ продлить срок эксплуатации определенных элементов и всего здания в общем. Методов усиления разных конструкций, в зависимости от их назначения, особенностей эксплуатации, типа и состояния, задач работ и других условий, существует множество. И очень важно до начала реализации работ верно определить способ усиления, а потом все рассчитать и выполнить.

Увеличение несущей способности конструкций может быть выполнено без изменения напряженного их состояния либо конструктивной схемы (металлическая или железобетонная обойма, наращивание, железобетонная рубашка) либо с изменением напряженного состояния, самой конструктивной схемы (опираемые на сваи металлические балки, преднапряженные распорки, стойки, консоли, подкосы, горизонтальные шпрегельные/комбинированные затяжки).

Как правило, усиление железобетонной конструкции предполагает гораздо меньшие затраты в сравнении с полной заменой элементов новыми. Зачастую невозможность или сложность замены связана с необходимостью реализовывать дорогостоящие и масштабные строительные процессы (усилить фундамент или построить здание заново, к примеру). Немаловажно и то, что конструкции усиливают без остановки производства, эксплуатации помещений и здания либо же с кратковременными остановками.

Усиление чаще всего применяется для железобетонных колонн, фундаментов, плит перекрытий, ригелей. А вот подкрановые балки ЖБ обычно заменяют новыми вместо усиления. То же касается и ЖБ ферм, пришедших в аварийное состояние – их демонтируют и заменяют новыми (из металла часто) либо ремонтируют.

Самыми сложными считаются работы по упрочнению балок, фундаментов, ригелей. Меньше сложностей предполагает усиление железобетонных колонн, плит перекрытия. Независимо от того, какой элемент планируется усилить, любые работы обосновываются проектом.

Для чего требуется усиление конструкций

Любые операции, призванные усилить железобетонные конструкции, выполняются с целью улучшения несущих характеристик, продления срока эксплуатации. Реставрируются разные изделия после длительного износа или при условии потери определенных свойств под воздействиям внешних негативных и иных факторов.

Причины, вызывающие необходимость усиления ЖБ конструкций и элементов:

• Повышение нагрузки на элемент из-за усиления или замены конструкций, расположенных выше (надстройка сооружений, перестройка помещений).
• Модернизация технологического оборудования и изменение технологических процессов в здании, что реконструируется.
• Появившиеся приобретенные конструктивные дефекты, которые стали следствием неверной эксплуатации конструкций, разлива или разбрызгивания агрессивных жидкостей.
• Эксплуатационный износ (когда несущая способность потеряна из-за воздействия вибрационных/динамических нагрузок, влияние агрессивной воздушной среды и иных факторов).
• Случайные повреждения – когда выходят из строя отдельные элементы конструкции в процессе демонтажа, установки или транспортировки технологического оборудования.

Работы по усилению железобетонных конструкций

Усиление бетонных конструкций может осуществляться с использованием разнообразных методов, предполагать проведение тех или иных мероприятий.

Функции и мероприятия по усилению ЖБ конструкций:

1. Увеличение поперечного сечения тех или иных компонентов конструкций – реализуется бетонированием слоями с армировочным каркасом, методом торкретирования, инъектирования раствора в опалубки.
2. Упрочнение несущих деталей за счет установки новых элементов – выполняется благодаря верному распределению давления, уменьшению воздействия на деталь за счет установки дополнительных элементов.
3. Увеличение технических характеристик ЖБ изделий за счет монтажа внешних каркасов армировочных – устанавливаются различные анкеры, швеллеры, армирование, бетонные пласты, преднапряженные детали, стальные листы и т.д.
4. Освобождение и точное распределение влияния за счет переноса его на другие детали конструкции – для этого добавляют новые консоли, модифицируют имеющиеся детали, подменяют детали с большой массой элементами с меньшим весом.
5. Монтаж специальных подошв, свай из бетона, упоров под землей – обычно применяют метод бурения отверстий алмазными сверлами в нужных местах с последующим заполнением их бетонным раствором. Так удается повысить стойкость подземных элементов.

Общие сведения

Любые методы усиления железобетонных конструкций предполагают проведение ответственных и важных строительных операций, для реализации которых нужны определенные навыки проектирования, знания для совершения расчетов и т.д. С целью укрепления и реконструкции элементов могут применяться самые разные способы и действия.

Операции, связанные с усилением ЖБ конструкций, относятся к числу процессов повышенной сложности в сравнении с обычными монтажными работами. Ведь при восстановлении плит или перекрытий, фундаментов или ферм у мастера нет возможности понимать и видеть исходное положение конструкции, отсутствуют точные технические характеристики и т.д. Особенно это важно учитывать, когда речь идет о старых строениях, отсутствии информации касательно положения внутренних элементов, арматуры, реального распределения давления и т.д.

В связи с высоким уровнем рисков такие операции проводятся четко по инструкциям, с соблюдением техники безопасности, большим числом страховочных мероприятий. Учитываются специфические условия монтажа, со стесненным доступом инструментов, ограниченным пространством, невозможностью остановить работы.

Чтобы понизить уровень опасности и увеличить скорость проведения работ, все делают по предварительно составленному графику, с четким определением методик и планированием технологии.

Проведение работ контролируют специальные государственные службы, квалифицированные специалисты. Проекты требуют согласования в различных инстанциях, правильного оформления.

Основные способы усиления железобетонных конструкций:

1. Создание разгружающих конструкций с последовательным изменением статической схемы работы.
2. Наращивание сечений в формате обойм, набетонок, рубашек. Набетонку делают с 1 стороны, рубашку – с 3, обойму – с 4.

Создание разгружающих конструкций предполагает включение их в совместную работу с упрочняемой конструкцией прямо в ходе установки, производство останавливать не приходится, что во многих случаях является самым важным фактором.

Второй способ предполагает остановку процесса, частичную разгрузку конструкций для последующего загружения, а также включения в работу разного типа наращенных элементов. Метод достаточно трудоемкий, связан с мокрыми процессами бетонирования, предполагает дополнительное время (когда бетон набирает прочность), но зато универсальный.

Усиление железобетонных конструкций посредством ремонта защитного слоя бетона включает такие методы: замена/восстановление защитного слоя (частичная/сплошная), заделка отдельных раковин и выколов. Когда выполняют сплошную замену, увеличивают толщину защитного слоя (минимальное значение составляет 3 сантиметра для рабочей арматуры и 2 сантиметра для нерабочей арматуры и хомутов).

Замену защитного слоя реализуют в случаях, когда свойства монолита снижены, арматура покрыта коррозией, наблюдается отслаивание защитного слоя. Тогда старый слой удаляют полностью, арматуру зачищают от ржавчины, кладут новый защитный слой бетона.

ЖБ рубашки делают при серьезных разрушениях поверхностного бетонного слоя для защиты сооружения от дальнейшей деформации. Чтобы заделать значительные повреждения, применяют ручную штукатурку мастерком: укладывают, потом через час увлажняют водой, аккуратно присыпают сухим цементом, заглаживают кельмой, гладилками из металла/дерева.

Глубина выколотых зон не должна уменьшаться к краю углубления, должна составлять везде минимум 1 сантиметр, а переход выкола к целому защитному слою делают ступенью под углом 90 градусов.

Если объемы работ существенные, актуально использование торкретирования, когда бетон наносят под сильным давлением и создают прочный и плотный защитный слой. Когда монолит готовят к бетонированию, единичные трещины шириной больше 1 миллиметра разделывают прямоугольником, зачеканивают бетоном. Где отколы большие и видно арматуру, используют армирующую сетку с квадратами 2.5-10 сантиметров и сечением проволоки 0.5-6 миллиметров, крепя их к основной арматуре.

Чтобы повысить адгезию между новым/старым бетоном, делают прослойку клея К-153 (эпоксидно-тиоколовый). Бетон укладывают до момента, когда клей перестает быть липким.

Способы устранения трещин:

1. Создание защитных пленок/покрытий – если раскрытие трещин не больше 0.2 миллиметров. Покрытия такого типа создаются посредством окраски бетона синтетическими лаками, полимерцементными красками.
2. Герметизация трещин – их заполняют эластичными водонепроницаемыми материалами, метод подходит для трещин больше 0.3 миллиметра. Закрывается доступ влаги к трещине и арматуре, используются мастика и шприцы.
3. Поверхностная заделка – создают герметизирующую накладку, которая перекрывает дефект и усиливает сечение с трещиной, подходит для трещин от 0.2 миллиметров. Конструкция становится монолитной, способ реализуется инъектированием эпоксидным составом либо раствором цемента. Процесс выполнения работы: создание отверстий, установка ниппелей для подачи клея, герметизация трещины наклейкой стеклоткани, инъектирование нижнего и последующих ниппелей.
4. Прочностная заделка – полость трещины делают монолитной с использованием клея, подходит для трещин от 0.3 миллиметров, защищает от химической и атмосферной коррозии.

Самый распространенный метод упрочнения конструкций – это увеличение сечения посредством одностороннего наращивания либо создания всесторонних обойм. Такие способы усиления дают возможность существенно увеличить несущую способность поврежденных/целых элементов.

Если реализуется одностороннее увеличение сечения ЖБ конструкций, дополнительную арматуру приваривают (электросваркой, фланговыми двойными швами) к старой вертикальными и наклонными хомутами, коротышами, отгибами.

Если есть местные повреждения в формате одиночных/сконцентрированных на минимальной длине трещин, конструкцию упрочняют так: делают местные четырехсторонние обоймы из железобетона (армированные хомутами, отогнутой/продольной арматурой), металлические обоймы из напрягаемых вертикальных хомутов.

Когда наблюдаются косые/вертикальные трещины, под хомутами монтируют продольные распределительные уголки, которые должны охватывать всю поврежденную часть балки. Все хомуты бетонируются либо покрываются торкретбетоном.

В случае, когда необходимо усилить колонны, обоймы армируют продольными прутьями и хомутами либо спиральной арматурой. Обойму можно бетонировать в опалубке либо покрывать торкретбетоном. Толщина стенок составляет минимум 10 сантиметров при обычном бетонировании и 5 сантиметров при торкретировании. Углы колонны, которая упрочняется, лучше скалывать.

Внизу/вверху колонны на длине, соответствующей самому большому размеру поперечного диаметра колонны, шаг хомутов в 2 раза уменьшают. Если есть местные дефекты, усиливающую обойму делают в границах деформированной зоны с перепуском на длину 50 сантиметров в обе стороны, но не меньше величины поперечного сечения.

Упрочнение ЖБ конструкций наращиванием элементов:

• Со стороны усиления сколоть защитный слой в местах приварки, очистить продольные прутья арматуры до половины диаметра.
• Поверхность бетона промыть пущенной под напором струей воды, если такой возможности нет – сделать насечки зубилом, обработать щеткой, продуть воздухом для удаления пыли, а потом промыть водой.
• На влажную поверхность нанести пластичный бетон (раствор в пропорции 1:2, слоем толщиной 1-2 миллиметра).
• Забетонировать новым бетоном.

Все открытые прутья арматуры тщательно очищаются металлическими щетками, пескоструйным или иным методом от ржавчины, грязи, окалины. Если повреждения прутьев серьезные, пленку поражения убирают молотком либо зубилом, очищают стальной щеткой, подваривают новую арматуру. До бетонирования прутья красят цементной смесью 1:2 слоем в 2 миллиметра.

Опалубку монтируют таким образом, чтобы была возможность постепенно ее наращивать в соответствии с высотой усиливаемых колонн и балок. Когда создается опалубка, предусматривают нужные отверстия и зазоры в ней, специальные лотки для заливки бетона, уплотнения. Далее за напыленным торкретбетоном или залитым обычным бетоном обеспечивают оптимальный уход.

Показания к применению работ по усилению перекрытий

Мероприятия по улучшению характеристик железобетонных перекрытий осуществляют в случае острой необходимости. Для профилактики или просто так комплекс мер выполнять нельзя.

Когда актуально усиление перекрытий:

• Изделие износилось и понизились показатели прочности из-за коррозии, ухудшения свойств материалов, по причине внешних химических воздействий.
• Изменение планировки здания – когда меняется конструкция несущих элементов, вследствие чего давление на элементы перераспределяется.
• Увеличение числа этажей в здании, что повышает давление на фундамент, цоколь, перекрытия, другие элементы, вследствие чего могут появляться деформации.
• Движения грунта, которые вызывают деформации фундамента, повышают нагрузку на опоры и стены, несущие элементы конструкции.

• Деформация/износ отдельных элементов здания из-за военного, техногенного, стихийного воздействия, аварии и т.д.
• Перестройка здания или изменение функций, из-за чего появляются новые способы разрушения (высокие температуры, вибрация и другие воздействия).
• Ликвидация просчетов, которые были совершены при составлении проекта или реализации монтажных операций.

Это основные проблемы, решение которых может предполагать усиление перекрытия. Решение про усиление железобетонной конструкции принимается после тщательного обследования, выяснения характеристик компонентов и предельной возможности прочности, действующих нагрузок на каждый элемент.

После исследований в соответствии с их результатами создают проект, в нем прописывают усиливаемые элементы, указывают все технические данные, расходы на мероприятия. Обычно расчеты укрепления перекрытий поручают профессионалам из проектных компаний, так как без опыта и знаний выполнить все правильно очень сложно.

Как усилить

Для упрочнения отдельных элементов или всей конструкции используют самые разные методы и способы. Одни из них применяются чаще, другие – реже, но все они способны повысить характеристики железобетонных элементов и устранить определенные проблемы.

Как усилить железобетонную конструкцию:

• Штукатурка для реставрации элемента, изоляции арматуры и защиты от коррозии, ликвидации повреждений на поверхности.
• Инъектирование в поврежденные зоны для реставрации.
• Нанесение раствора бетона под давлением с применением специального оборудования – метод торкретирования. Благодаря высокой скорости подачи и давлению слой бетона становится плотным и прочным.

• Укрепление перекрытий, иных элементов за счет создания особых обойм над самой конструкцией: изнаночный каркас, бетонирование заливкой раствора в опалубки, нанесение смеси слоями с вибрацией.
• Упрочнение плиты цоколя с применением специальных анкеров, обойм, поясов.
• Упрочнение ЖБ элементов карбоновым волокном, кевларом, другими аналогичными веществами.
• Установка разгружающих компонентов – это могут быть консоль, распорка.

Усиление железобетонных конструкций позволяет существенно продлевать срок эксплуатации зданий и элементов, ликвидировать небезопасные зоны, устранять последствия аварий, качественно подготовить сооружение к изменению планировки или перестройке и т.д.

4.2. Ремонт фундаментов, усиление их обоймами и подведением конструктивных элементов (ч. 1)

Фундаменты промышленных, жилых и гражданских зданий, построенных в первой половине XX века, как правило, выложены из бутового камня, бутобетонной кладки и сравнительно редко из пережженного красного кирпича — железняка. Под влиянием грунтовых вод, агрессивных сред, температурных и других воздействий материал фундаментов с течением времени теряет свою прочность и становится легко разрушаемым. Длительное увлажнение бутового камня, в особенности из слабых известняковых пород, приводит к образованию глубоких каверн, снижению несущей способности и интенсивному разрушению кладки. В бутовой кладке чаще всего разрушается материал швов. Под влиянием коррозии разрушаются также бетонные и железобетонные фундаменты.

Для восстановления прочности кладки используют цементацию. Цементация производится путем нагнетания в пустоты фундамента через инъекционные трубки цементного раствора консистенции от 1 : 1 до 1 : 2 и более под давлением 0,2—1 МПа. Иногда боковую поверхность фундамента перед цементацией покрывают цементной штукатуркой. Цементацию производят после засыпки и уплотнения грунта в предварительно разработанных (по условиям технологии установки инъекционных трубок) траншеях с противоположных сторон фундамента. Порядок и технология работ по цементации кладки фундаментов детально отражены в работе [1] и др.

При незначительных повреждениях фундамента на отдельных захватках в шахматном порядке через 0,5 м в кладку заделываются анкерные штыри, к которым прикрепляется арматурная сетка, и устраивается рубашка. Рубашка может быть выполнена из раствора на крупном песке методом штукатурки или торкретирования, а также пневмонабрызгом бетона или укладкой его в опалубку. Вместо анкерных штырей иногда лучше пробивать в кладке отверстия через 1,5—2 м и пропускать балки.

Если цементацию провести затруднительно, то кладку можно усилить бетонными или железобетонными обоймами на всю высоту фундамента или его часть. В ленточных фундаментах противоположные стенки обоймы в отдельных случаях крепят одна к другой анкерами из арматурной стали и поперечными балками. Иногда обоймы устраивают с предварительной установкой в них инъекционных труб для последующей цементации. В этом случае в процессе цементации обоймы препятствуют вытеканию раствора из фундамента и поступлению его в грунт, что позволяет создать в теле фундамента большое давление, которое способствует лучшему прониканию раствора внутрь кладки. Применение этого способа особенно целесообразно при цементации бутовых стен подвалов, так как обойма препятствует поступлению раствора внутрь помещения.

При появлении трещин в нижних ступенях фундаментов или плитах ленточных фундаментов их усиливают путем устройства под ступенями продольных железобетонных балок (рис. 4.1, а). Балки опираются на контрфорсы, ширина которых определяется по расчету на смятие кладки в местах пересечения ригеля контрфорса с кладкой стены. Расстояние между контрфорсами находится из расчета фундаментных балок на изгиб. Далее весь фундамент заключается в железобетонную рубашку, монолитно связанную с фундаментными балками [1].

Зурнаджи В.А., Филатова М.П. Усиление оснований и фундаментов при реконструкции зданий

В зависимости от того, насколько интенсивно возрастает нагрузка, усиление фундамента может быть сплошным или прерывистым. При усилении увеличивается площадь подошвы фундамента, а отметка его заложения сохраняется. Конструкция усиления может быть двух- и трех-контрфорсной и состоит из плиты, на которой установлены стойки, прикрепленные к стальному ригелю. Стены усиливаются балками коротышами. Все сборные элементы обмоноличиваются бетоном в единый контрфорс; (рис. 4.1, б). После усиления часть нагрузки на грунт под существующим фундаментом снимается и передается на плиты уширения. Обжатие плит уширения и включение их в работу предварительно осуществляется домкратами.

Рис. 4.1. Схема усиления кладки ленточных фундаментов

1 — фундамент; 2 — трещины в ступенях; 3 — продольная балка на ступени; 4 — контрфорс; 5 — рубашка; 6 — рандбалки; 7 — стена здания; 8 — стальной ригель; 9 — клин; 10 — стойка; 11 — монолитный бетон; 12 — плита

В отдельных случаях усиление целесообразно выполнять столбами-пилястрами, не разбирая нарушенную кладку. На плиты уширения укладывают сборные стаканы, которые заполняют бетоном. Нагрузка от стены на столбы передается через ригели, которые в дальнейшем замоноличиваются бетоном. Фундамент на участках между столбами заключается в рубашку. Если кладка ленточного фундамента сильно разрушилась и не может больше служить, то она выключается из работы. Ленточный фундамент заменяется столбчатым. Столбы возводятся по способу, описанному выше, с той лишь разницей, что дополнительно подводятся рандбалки, опирающиеся на ригели. В этом случае размеры плит, сечения столбов и расстояние между столбами определяются расчетом.

Усиление фундаментов обоймами, устраиваемыми без его углубления, производят как без увеличения площади подошвы, так и с увеличением ее в случае недостаточной несущей способности основания, частичного разрушения фундамента или существенного возрастания нагрузки при реконструкции.

Усиление столбчатых фундаментов увеличением опорной площади

Усиление столбчатого железобетонного фундамента увеличением опорной площади

Усиление столбчатого бетонного фундамента увеличением опорной площади

Усиление столбчатого бутового фундамента увеличением опорной площади

Усиление столбчатого фундамента увеличением опорной площади с предварительным обжатием грунта

Усиление столбчатого фундамента увеличением опорной площади устройством железобетонной рамы

Устройство железобетонной рубашки с уширением подошвы

Устройство металлической обоймы с уширением опорной площади фундамента

Общие указания по производству работ при усилении столбчатых фундаментов

Перед началом работ по усилению фундаментов должна быть проведена разгрузка фундамента: очистка кровли от снега в четырех прилегающих к колонне секциях; исключение действия нагрузок от оборудования.

Последовательность работ по усилению фундамента в сухих грунтах.

1. Удаляется грунт со всех сторон фундамента до отметки подошвы, крутизна откосов принимается предельно допустимая. При необходимости устанавливается вертикальное крепление стенок котлована.
2. Производится очистка и насечка боковых граней фундамента.
3. При необходимости устраиваются обжимные балки.
4. Производится уплотнение грунта щебнем, монтаж арматуры, опалубка и бетонирование.

Последовательность работ по усилению фундамента при уровне грунтовых вод выше подошвы фундамента

1. Удаляется грунт с одной стороны фундамента на полную глубину с устройством вертикальной стенки крепления грунта.
2. Производится очистка, насечка боковых граней фундамента и зачистка грунта на уровне подошвы фундамента с уплотнением грунта щебнем
3. На дно котлована вплотную к фундаменту устанавливаются пригрузочные элементы с необходимой (по расчету) обшей массой.
4. Последовательно выполняются перечисленные операции на второй и третьей сторонах фундамента.
5. На четвертой стороне выполняется весь цикл работ по усилению: отрывка котлована, насечка поверхности бетона, армирование (с оставлением выпусков арматуры), бетонирование, выдерживание бетона (до 50% проектной прочности), установка ограждающих щитов от попадания грунта в пространства у соседних сторон при засыпке пазухи, засыпается пазуха с трамбованием грунта.
6. На первой, второй и третьей сторонах поочередно и последовательно повторяется весь цикл работ после предварительного снятия пригрузочных элементов на той стороне фундамента, на которой производятся работа. В ходе перечисленных операций осуществляется стыковка арматуры с выпусками, оставленными на соседних сторонах.
7. Пригрузочные элементы должны быть заранее изготовлены из бетона размером 0,5×0,5 м с высотой 1 и 1,5 м, и размером 0,75×0,75 с высотой 2 м, что будет соответствовать их массе от 0,5 т до 2,5 т. Элементы должны иметь в верхней их части утопленные в бетон петли для строповки.