Техническое обслуживание и ремонт фундаментов

2. Техническое обслуживание и ремонт фундаментов

Для эффективного содержания фундаментов специалистам нужно знать нормативные эксплуатационные требования к ним, указанные в СНиПе, и возможные конструктивные их ре­шения (по учебникам), а также характеристику фундаментов здания согласно его проекту. Все эти сведения можно свести в несколько групп:

о реальных воздействиях на фундаменты — о величине и характере нагрузок, о структуре, прочности и влажности ос­нований, об атмосферных осадках и грунтовых водах, их глу­бине залегания и агрессивности, об опасности пучения грунтов, а также о требованиях к глубине заложения фундаментов;

об особенностях конкретных вариантов решений фундамен­тов— ленточных, столбчатых, сплошных, свайных и др. приме­нительно к данным гидрогеологическим и климатическим ус­ловиям;

об эксплуатационных требованиях к фундаментам — их прочности, устойчивости, глубине заложения с учетом нагру­зок, несущей способности грунтов, уровне грунтовых вод и глу­бине промерзания, а также о мерах защиты фундаментов от атмосферных осадков и грунтовых вод, особенно если они аг­рессивны, от морозного пучения;

об элементах фундаментов, удовлетворяющих предъявляе­мым к ним эксплуатационным требованиям,— о несущем эле­менте, который должен быть заглублен с учетом прочности грунтов, величины нагрузок, наличия грунтовых вод и глубины промерзания, а также о наличии гидроизоляции, отмостки и др.

Необходимо уметь в итоге построить структурную схему фундамента в общем виде (см. рис. 1) с обозначением на ней всех воздействующих факторов и сочетанием конструктивных элементов.

Рис. 1. Структурная схема фунда­мента

Воздействия на фундаменты: 1— грунта и грунтовых вод; 2 — про­мерзания и пучения; 3 — атмосферных осадков; 4 — нагрузок

Конструктивные элементы фундаментов: / — горизонтальная гидроизоляция; // — несущие элементы; III — вертикальная гидроизоляция и ее защита; IV —- горизонтальная гидроизо­ляция в полу и фундаменте; V — дренаж; VI — основание (естественное или искус­ственное)

Нужно также изучить характеристику грунтов и конструк­тивное решение фундамента эксплуатируемого здания с уче­том гидрогеологических, климатических и других особенностей. Пользуясь перечисленными сведениями о фундаментах, от­ветственный за эксплуатацию здания производит квалифици­рованную экспертизу и дает техническую оценку «своему» фун­даменту. Он должен выявить, насколько последний отвечает своему назначению, в какой мере в проекте и при строитель­стве правильно и всесторонне учтены предъявленные к фунда­ментам эксплуатационные требования и как они реализованы: насколько рационально выбран тип фундамента, его материал, размеры, заглубление, а также сколь эффективно решена за­щита его от атмосферных осадков и грунтовых вод.

Если итоги такого анализа положительны — значит, фунда­мент спроектирован и построен с учетом всех предъявленных к нему требований и местных условий и находится в исправ­ном состоянии. Если же будут выявлены недостатки и ошибки, допущенные в проекте или при строительстве здания, то их надо тщательно изучить, чтобы своевременно устранить или

предотвратить их развитие.

В ходе эксплуатации нужно осуществлять постоянный уход за фундаментами: не допускать срезки или подсыпки грунта вокруг здания; сохранять в исправном состоянии отмостку; ис­ключать скопления воды у здания, а тем более подтопление фундамента; проводить другие меры, предусмотренные ин­струкцией по эксплуатации. Особенно опасен обильный полив зеленых насаждений вблизи зданий (без организованного от­вода воды), ибо нередко это приводит к повышению уровня грунтовых вод и изменению условий работы основания, а вслед

за ним и фундамента.

Должна быть обеспечена сохранность фундаментов, если рядом с ними ведутся земляные работы, при постройке рядом нового здания или устройстве котлованов для иных целей. Чтобы исключить одностороннее боковое давление грунта на фундамент и его разрушение, надо его оградить, например шпунтовой стенкой. По той же причине нельзя допускать складирования у стен здания тяжелого оборудования и мате­риалов.

При раскрытии сооружения в связи с ремонтными рабо­тами, если под фундаментами залегают пучинистые грунты, нужно предотвратить их промерзание и пучение, временно утеплив фундаменты. Опыт показывает, что нарушение усло­вий сохранности фундаментов приводит к разрушению зданий после многих лет нормальной их службы.

При необходимости надо произвести текущий ремонт для защиты фундаментов от разрушения или поставить здание на капитальный ремонт для их усиления.

Нередко причиной деформаций фундаментов и вышележа­щих частей здания являются силы морозного пучения, которые могут возникнуть при определенных условиях как в период строительства, так и через много лет после сдачи зданий в экс­плуатацию. Эти условия можно и нужно исключить: срезку грунта вокруг зданий, замену его легкопромерзающим, на­пример каменным материалом, бетоном, увлажнение грунтов вокруг зданий и под фундаментами.

Силы морозного пучения подразделяются на касательные, возникающие при смерзании пучинистого грунта со стенками фундамента, и нормальные, возникающие при замерзании пу­чинистого грунта под подошвой фундамента и действующие на него снизу вверх; они обусловлены силами кристаллизации льда при переходе воды в лед. Увеличиваются в объеме только влажные грунты, а влагу, как известно, удерживают и пыле-ватые грунты.

Следовательно, под морозным пучением грунтов понима­ется их свойство (при определенном сочетании гидрогеологи­ческих условий в пределах слоя сезонного промерзания) уве­личиваться в объеме под действием сил кристаллизации льда при фазовых превращениях содержащейся в грунте и дополни­тельно подсасываемой воды к кристаллам льда. Проявляется это свойство в неравномерном поднятии грунта и фундаментов из-за образования ледовых включений. Выпучивание фунда­ментов зданий в период их эксплуатации объясняется следую­щими факторами:

содержанием в грунте, в зоне сезонного промерзания, более 30 % (по массе) пылеватых частиц диаметром от 0,5 до 0,005 мм;

промерзанием грунтов в зоне основания фундаментов; наличием влаги в грунте;

превышением сил пучения над давлением вышележащих частей здания;

неправильной конструкцией фундамента — невыполнением в ходе строительства противопучинных мероприятий (безан­керная конструкция фундамента, отсутствие обмазки, исклю­чающей смерзание грунта со стенками фундамента, и др.).

При промерзании грунта можно выделить три слоя: сверху — замерзающий грунт, снизу — талый и между ними — переходный, динамический слой. Эта система в холодное время года находится в движении и изменяется в зависимости от притока холода сверху. Во втором — переходном — слое про­текают фазовые изменения воды и возникают силы морозного пучения, опасные для фундаментов. Еще более опасно опуска­ние зоны промерзания ниже подошвы фундамента, так как нагрузку на подошву фундамента с промерзшей зоны опреде­ляют по площади, ограниченной линиями под 45°.

Нормальная сила пучения N_H, действующая на подошву фундамента, определяется по формуле

N_a = nRfhu

где п — коэффициент перегрузки нормальных сил пучения, равный 1,1; R — эмпирический коэффициент, принимаемый для сильнопучинистых грунтов равным 0,006-10 Н/см³, это коли­чественный показатель выпучивания фундамента удельной нормальной силой на 1 см² подошвы при увеличении толщины слоя промерзания на 1 см; f — площадь подошвы фундамента, см²; hi — высота мерзлого слоя грунта, см.

Пример. Определить нормальную силу морозного пуче­ния N_a на фундамент площадью 240-240 = 57 600 см² при глу­бине промерзания 30 см, коэффициенте перегрузки «=1,1, эм­пирическом коэффициенте R = 0,006*10 Н/см³ и нагрузке на башмак (фундаментную плиту), равной 80- 10 кН.

N_H= 1,1 *0,006*57*600*30 =114*10 кН.

Несущая способность колонны (фундаментной стойки), вос­принимающей нормальные силы морозного пучения фунда­мента, при прочности бетона 10,8 МПа и сечении стойки 30х30 см составляет:

30*30*108 =97,2*10 кН,

что больше нагрузки на нее — 80*10 кН, следовательно, стойка окажется поднятой силами морозного пучения, превышающими несущую способность фундаментной стойки и нагрузку на нее:

80 < 97,2 < 114*10 кН.

Важным противопучинным мероприятием является защита оснований и окружающего фундамент грунта от избыточного увлажнения и промерзания: нельзя допускать повышения влажности грунта в зоне 5 м вокруг здания, а также созда­вать условия (например, срезать грунт вокруг здания), спо­собствующие промерзанию основания. Работникам эксплуата­ционной службы необходимо, особенно в осенний и зимний пе­риоды, следить за исправностью водоотводящих устройств, не допускать застоя воды вблизи фундаментов и течей ее из ин­женерных систем, особенно перед замерзанием грунтов и т. п. Ведущиеся вблизи зданий ремонтные работы не должны препятствовать стоку атмосферных и талых вод и оказывать влияние на глубину промерзания грунтов. Должны быть всегда исправны отмостки, теплоизоляционные шлаковые подушки, защищающие грунт вокруг здания от промерзания. Повреждение фундаментов может быть вызвано рядом при­чин:

деформацией основания и неравномерными осадками фун­дамента;

перегрузкой фундамента;

ошибками в конструировании фундамента и при выборе для него материалов;

воздействием агрессивной среды на материал фундамента.

Усиление фундаментов может быть осуществлено путем укрепления их кладки, увеличением размеров — ширины и глубины заложения, а также передачей нагрузки на нижележа­щие слои грунта (рис. 2). Примеры поврежде­ний и восстановления цоколей, отмосток и входных площадок приведены на рис. 3.

Упомянутые способы усиления фундаментов неравноценны и каждый из них может быть применен в определенных усло­виях. Следует иметь в виду, что ра­боты по усилению фундаментов не только сложны и трудо­емки, но и весьма ответственны. Их должны выполнять спе­циализированные бригады очень осторожно, захватками (обычно не более 2 м), чтобы не повредить смежные участки

Рис. 2. Способы усиления фундаментов

а — облицовкой при повреждении фундамента агрессивными водами; б — нагнетанием раствора в разрыв при морозном пучении; в — пу­тем подведения свай; г, д, е, ж, з, и - уширение подошвы с по­мощью железобетонных приливов и стальных тяжей; к, л, м — под-

1 торкрет-бетон; 2- изоляция; 3 и 4 .-защитная стенка; 5 - раз­рыв фундамента 6 - инъектор; 7 - уплотненный грунт; 8 и 9-балки; 10 - сваи; 11- железобетонные приливы; 12 -стальной тяж, 13 - поперечная балка; 14 и 15 - продольные балки; 16 - сваи; 17 -дополнительный фундамент; 18 - основание под балки

и вышележащие части здания. Для выполнения таких работ составляются проекты, разрабатываются технологические карты.

В некоторых случаях, в частности при наличии трещин в стенах, в итоге технического обследования и технико-эконо­мического обоснования может оказаться целесообразным более

Рис. 3. Примеры повреждения и восстановления цоколя (а, б, в), отмостки (г, д) и входной площадки (е, ж, з)

простое усиление не основания или фундамента, а стен путем установки на уровне перекрытий с наружной стороны здания металлических тяжей с предварительным напряже­нием, кольцевыми захватками по внутренним капитальным стенам. При этом благодаря предварительному напряжению тяжей, установленных по длине и высоте здания, всей его ко­робке придается высокая жесткость, исключающая местные деформации оснований или фундаментов. Опыт Мосжилнии-проекта по усилению таким способом зданий (подробнее см. следующий параграф) подтверждает его экономическую эф­фективность при определенных условиях.

Список литературы

1. Бойко М. Д.

 Техническое обслуживание и ремонт зданий и соору­жений. Учебное пособие для вузов. Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1986.—256 с.

Порывай Г. А.

Техническая эксплуатация зданий. М.: Стройиздат, 1982