Усиление и реконструкция фундаментов - Швец В.Б., Феклин В.И., Гинзбург Л.К.

Автор: Швец В.Б. Феклин В.И. Гинзбург Л.К.
Теги: строительство строительные материалы строительно-монтажные работы технология строительного производства строительные конструкции
Год: 1985
Похожие
Усиление и реконструкция фундаментов
Усиление строительных конструкций при реставрации зданий и сооружений
Мастер золотые руки: самое полное руководство
Справочник теплоизолировщика
Текст
                    Киево-Святош ДРУ£ W- KO'087 5‘
Цша > т. прим. 0-80 коп.
Повержть книгу не ni3Hiuie зазначеного термшу
за
'ез?
■За/. 5ге *у 10Оо ООО

НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО
В.Б. Швец
В.И. Феклин
Л.К. Гинзбург
Усиление
и реконструкция
фундаментов
Москва
Стройиздат
1985

/<^
.ББК 38.654.1
«МИ 35
^ДК 69.059.32
Печатается по решению секции литературы по инженерному
оборудованию редакционного совета Стройиздата.
Рецензент - лауреат Государственной премии СССР, д-р техн.
наук, проф. М.И. Смородинов (НИИ оснований и подземных
сооружений).
шезг
Швец В.Б. и др.
35 Усиление и реконструкция фундаментов / В.Б. Швец,
В.И. Феклин, JT.K, Гинзбург. — М.: Стройиздат, 1985. —
з204 с.,(Ил. — (Надежность и качество).
Описаны способы усиления фундаментов при нарушении их
долговечности, а также при реконструкции действующих пред¬
приятий. Рассмотрены причины, вызывающие необходимость уси¬
ления как фундаментов на естественном основании, так н свай¬
ных. Приведены примеры усиления фундаментов мелкого заложе¬
ния и свайных, включая фундаменты под машины и оборудова¬
ние, а также отдельно стоящие сооружения н здания, построенные
на склонах.
Для инженерно-технических работников проектных, строи¬
тельных организаций и служб эксплуатации.
Ш 32_02000000_-Л51 Свод. пл. подписи, изд. 1985
047 (01) - 85	ББК	38.654.1
_	6С6.8
(С) Стройиздат, 1985

ПРЕДИСЛОВИЕ
В решениях ХХУ1 съезда КПСС, а также последующих пленумов ЦК КПСС под¬
черкнута решающая роль реконструкции и технического переоснащения в увеличе¬
нии объема и качества выпускаемой продукции без существенного расширения про¬
изводственных площадей и численности работающих. В соответствии с этим большая
доля капитальных вложений направляется на техническое перевооружение и реконст¬
рукцию действующих предприятий, оснащение их новой высокоэффективной техни¬
кой и внедрение прогрессивной технологии.
При осуществлении в процессе реконструкции и технического перевооружения
производства, замены устаревшего оборудования и отдельных конструкций, повы¬
шения грузоподъемности мостовых кранов, расширения пролетов, устройства под¬
земных технологических помещений и т.п. повышаются нагрузки на фундаменты
и основания. Усиление фундаментов в отдельных случаях обусловлено возникно¬
вением недопустимых отказов в системе основание — фундамент — сооружение.
Характерной особенностью процесса реконструкции и усиления фундаментов
и оснований является необходимость его ведения в крайне стесненной обстановке
(чаще всего в условиях действующих предприятий или эксплуатируемых зданий)
Это требует применения специальной технологии и организации строительных работ,
а также соответствующего материального оснащения. Выполнение работ в стеснен¬
ных условиях затрудняет применение средств механизации и усложняет доставку
необходимых строительных материалов, что в конечном счете обусловливает высо¬
кую трудоемкость и стоимость работ по усилению и реконструкции фундаментов.
Значительную трудность представляет организация работ по разработке и переме¬
щению грунта, водоотливу, а также переустройству (частичному или полному) су¬
ществующих фундаментов.
Вопросы реконструкции и усиления фундаментов в действующих в настоящее,
время нормативных документах и соответствующей справочной литературе практи-'
чески не отражены. В научно-технической литературе имеются немногочисленные
работы, освещающие опыт реконструкции и усиления фундаментов жилых зданий,
главным образом в связи с их надстройкой Ji—4]. Для промышленных зданий
и сооружений вопросы усиления фундаментов рассматриваются в основном в связи
с проявлением деформаций аварийного характера [5—7]. Имеющиеся журнальные
публикации освещают разовые случаи усиления или реконструкции фундаментов
и их оснований и не носят обобщающего характера. В зарубежной научно-технической
литературе [8—11], а также учебной литературе по основаниями фундаментам [12,
13] рассмотрены лишь возможные способы усиления и реконструкции фундаментов
без их детализации.
В настоящей монографии сделана попытка системного освещения накопленно¬
го многолетнего опыта по усилению и реконструкции фундаментов, работающих
■ различных условиях. При этом в основном использован отечественный опыт.
Основная часть монографии написана совместно д-ром техн. наук, проф. В.Б. Шве¬
цом, канд. техн. наук, доц. В.И. Феклиным и канд. техн. наук JI.K. Гинзбургом. В
написании отдельных глав и пунктов приняли участие канд. техн. наук, доц. Н.С. Швец
(глава 8) и канд. техн. наук В.К. Капустин (пп. 2.2 и 6.1).
Авторы выражают признательность д-ру техн. наук, проф. М.И. Смородинову
за ценные замечания, сделанные им при рецензировании рукописи.

глава 1. ОЦЕНКА НЕОБХОДИМОСТИ ПЕРЕУСТРОЙСТВА
ФУНДАМЕНТОВ
1.1.	Причины, вызывающие необходимость переустройства фундементов
Переустройство фундаментов заключается в любом изменении конст¬
рукции или размеров существующих фундаментов в целях приспособ¬
ления их для использования в изменившихся условиях эксплуатации.
Переустройство как более общее понятие разделяется на усиление и ре¬
конструкцию. Усиление фундаментов связано с восстановлением или
заменой морально или физически изношенных (разрушенных) их конст¬
руктивных элементов, а также с увеличением нагрузок на фундаменты.
Под реконструкцией фундаментов понимается изменение их конструк¬
ции в связи с переменой функционального назначения, с заменой типа
или вида устанавливаемого оборудования или надземных конструкций.
Реконструкция фундаментов, как правило, не связана с их разрушением
(износом).
В принципе переустройство обязательно для любого промышленного
предприятия и должно осуществляться по мере морального и физическо¬
го износа основных фондов. Периодичность его определяется необходи¬
мостью внедрения научно-технических достижений, улучшения условий
труда и рядом других причин. Переустройству подлежат не только про¬
изводственные здания, но и здания и сооружения гражданского назначения.
Цели переустройства состоят в улучшении планировочных решений,
повышении степени благоустройства, а также увеличении жилой и про¬
изводственной площади с сохранением имеющейся застройки. Характер¬
ными и самыми массовыми объектами переустройства являются старые
здания, многие из которых представляют капитальные строения, пригод¬
ные по техническому состоянию к дальнейшему использованию. Значи¬
тельная часть производственных зданий и сооружений в стране возведена
более 30 лет назад. За время их службы конструктивные элементы пре¬
терпели моральный и физический износ.
Моральный износ фундаментов зданий и технологического оборудо¬
вания наблюдается при несоответствии их параметров (несущей способ¬
ности, глубины заложения, формы, плошади подошвы и др.) требова¬
ниям, возникающим при реконструкции производства и техническом
переоснащении технологического оборудования. Количественной харак¬
теристикой морального износа является суммарный объем затрат на пере¬
устройство фундамента с целью его доведения до требуемого уровня.
Моральный износ фундамента, как и здания в целом, вследствие увели¬
чивающегося во времени несоответствия между его параметрами и тре¬
бованиями, возникающими при реконструкции или переоснащении про¬
изводства, возрастает. Поэтому на определенном этапе переустройство
фундаментов будет уже нецелесообразно.
Фундаменты с течением времени подвержены физическому износу.
Нередки случаи, когда фундаменты разрушаются намного раньше рас¬
четного срока их эксплуатации. Например, при действии агрессивных
грунтовых вод (утечки из канализационных коммуникаций, стоки хи¬
мических производств и др.), насыщенных щелочными, сульфатными
и прочими химическими веществами, разрушается защитный слой бето¬
на фундаментов, а затем коррозии подвергается и арматура. В таких ус¬
4

ловиях фундаменты могут потерять несущую способность настолько,
что неизбежно потребуется их усиление.
В эксплуатационных условиях система основание — фундамент ис¬
пытывает одновременное воздействие многих факторов, из которых на¬
иболее значительными являются изменения свойств основания, различ¬
ного рода эксплуатационные факторы, природные явления и воздейст¬
вия, связанные с хозяйственной деятельностью человека. В большинст¬
ве случаев наблюдается одновременное воздействие многих факторов.
Поэтому сложность явлений, протекающих в системе основание — фун¬
дамент при естественных условиях эксплуатации, крайне затрудняет не
только количественную оценку этих явлений, но и их физическую харак¬
теристику.
Случаи нарушения работы оснований и фундаментов встречаются
часто [7]. В большинстве из них обычно не происходит полного разру¬
шения зданий или сооружений, но наблюдаются перекосы, трещины и
другие деформации, затрудняющие или сокращающие сроки их службы.
Поэтому контролю качества изысканий, проектирования и устройства
оснований и фундаментов, независимо от их конструктивных особен¬
ностей, должно уделяться исключительное внимание.
Нередко проектирование зданий и сооружений ведется в расчете на
то, что грунты основания под их фундаментами будут оставаться такими
же, какими были при выполнении изыскательских работ. Влияние каких-
либо внешних условий на свойства этих грунтов часто невозможно пре¬
дусмотреть при проектировании. Однако в процессе эксплуатации зданий
и сооружений неизбежны непредвиденные воздействия на грунты, вызы¬
вающие изменения их свойств. Одним иэ таких факторов, влияющих на
свойства грунтов основания, является их водонасыщение. Обводнение
грунтов может значительно снизить физико-механические и прочностные
характеристики грунтов основания, а иногда привести к суффозии или
вымыванию грунта из-под фундаментов. Особенно опасно обводнение
площадок, сложенных просадочными грунтами.
Ошибки непосредственно при расчетах и проектировании фундамен¬
тов в наше время встречаются довольно редко. Однако недостатки при
разработке рабочих чертежей фундаментов все же имеются, что нередко
происходит из-за нечетко выполненных инженерно-геологических изыс¬
каний, недостаточного учета влияния расположенных вблизи зданий и
подземных коммуникаций, несоблюдения правил проектирования в осо¬
бых условиях строительства, неполного учета влияния эксплуатационных
факторов. Иногда инженерно-геологические изыскания для проектиро¬
вания фундаментов проводятся значительно раньше начала строительст¬
ва, а к началу производства работ условия на площадке по каким-либо
причинам изменяются. В некоторых случаях при инженерно-геологичес¬
ких изысканиях на площадке строительства выполняется недостаточное
число геологических выработок, а зто при наличии разнородных грунтов
на территории строительства приводит к несоответствию действитель¬
ности положенных в основу расчетов исходных предпосылок. Изредка
случаются неточности и при лабораторных определениях физико-меха¬
нических и прочностных характеристик грунтов, а также при принятии
расчетных схем фундаментов сооружений, определении их несущей спо¬
собности без натурных испытаний и тщ. Такие недостатки при выпол¬
нении проектно-изыскательских работ отрицательно сказываются уже
в процессе эксплуатации сооружения и нередко вызывают потребность
в усилении фундаментов или укреплении оснований.
5

Причины переустройства
Фундаментов
Усиление поврежденных
фундаментов и их оснований
1
Реконструкция зданий
и модернизация оборудования
Рис.1.1. Классификация причиц, вызывающих переустройство фундаментов
При строительстве новых сооружений рядом с существующими фун¬
даментами повышаются нагрузки на их основания. Если фундаменты
были рассчитаны лишь на нагрузку от опирающегося на них сооружения,
то дополнительная нагрузка может вызвать осадки фундаментов, превы¬
шающие нормативные. В таких случаях необходимо осуществлять меро¬
приятия по повышению несущей способности фундаментов или укреп¬
лению грунтов, на которые они опираются.
Разработка котлованов рядом с существующими фундаментами при¬
водит к разрыхлению грунтов основания и снижению их прочностных
характеристик. Для уменьшения воздействия на фундаменты требуется
тщательное ограждение котлована от существующих фундаментов. Ха¬
рактерными причинами нарушения технологии возведения фундаментов
могут быть: длительные простои открытых котлованов, влекущие за
собой ухудшение свойств грунтов основания, неточности в разбивке фун¬
даментов и несоответствие их проектным размерам, применение бетона
пониженной марки по сравнению с заданной в проекте, неоправданная
замена конструкций и материалов, некачественное выполнение стыков
и сопряжений. Необнаружение и несвоевременное исправление этих ошибок
вызывают необходимость дальнейшего усиления фундаментов.
Необходимость усиления оснований и фундаментов может возникать
также вследствие передачи дополнительной нагрузки при реконструкции
здания или оборудования, механического воздействия на фундаменты,
нарушения правил эксплуатации оборудования и коммуникаций. При
расположении здания или сооружения на склоне в случае проявления
оползневых подвижек фундаменты могут испытывать воздействия спол¬
зающего грунта. В таком случае требуется применять меры по укреп¬
лению самого склона.
6

Таблица 1.1. Виды, способы и цели переустройства фундаментов
Вид ]
переустройства 1
Способы осуществления 1
переустройства 1
Цели переустройства
[. Упрочение и
укрепление оснований
Осушение.
Уплотнение: поверхностное,
глубинное.
Закрепление: силикатизация,
смолиэация, термическое,
цементация.
Армирование толщи грунта
Повышение прочности
оснований и уменьшение
деформаций зданий и со¬
оружений
II. Усиление
фундаментов
Устройство обойм.
Уширение подошв.
Подводка блоков.
Подведение свай
Устройство дополнительных
опор.
Замена и восстановление раз¬
рушенных элементов.
Углубление
Увеличение несущей
способности фундаментов
и повышение надежности
работы зданий и сооружена
И. Реконструкция
фундаментов
Замена.
Углубление.
Изменение конструкции.
Изменение размеров
Модернизация производст¬
ва, изменение назначения
здания и улучшение экс¬
плуатационных качеств
зданий и сооружений
ГУ. Защита фундаментов
и оснований от агрес¬
сивных воздействий
Устройство глиняных замков.
Обмазочная изоляция.
Оклеенная изоляция.
Устройство прижимных сте¬
нок и обойм.
Гидроизоляция и защита
полов.
Устройство лотков и дренаж¬
ных систем
Повышение долговечности
и надежности оснований
и фундаментов
У. Укрепление соору¬
жений на склонах
и у откосов
Закрепление.
Дренаж и отвод вод.
Устройство подпорных сге-
иок.
Уполаживание склонов
Устройство свайных стенок.
Устройство опор методом
"стена в-грунте”.
Устройство шпонок.
Устройство банкетов
Повышение устойчивости
откосов и оснований и
предотвращение ополз¬
невых явлений *
УГ. Выправление
кренов и перекосов
фундаментов
Одностороннее закрепление
или упрочение основания.
Стабилизация положения
сооружения.
Выборка грунта из-под
подошвы.
Осушение или обводнение.
Поворот механическими-
способами.
Прогрев основания
Восстановление и сохра¬
нение эксплуатационных
качеств сооружений
7

Таким образом, необходимость переустройства фундаментов вызы¬
вают физический и моральный износ фундаментов, ошибки, допущенные
при изысканиях, проектировании и устройстве фундаментов, изменения
в режиме эксплуатации зданий и сооружений, условия реконструкции
и другие многочисленные факторы.
Анализ условий работы оснований и фундаментов позволил разрабо¬
тать классификацию причин переустройства фундаментов (рис.1.1).
Эти причины можно разделить на два класса: 1) усиление поврежденных
фундаментов и их оснований; 2) реконструкция зданий и модернизация
оборудования. Причины первого класса обусловлены разрушением фун¬
даментов и деформацией основания; второго — увеличением нагрузок
на фундамент и изменением его конструкции и размеров.
В зависимости от характера выполняемых работ в табл.1.1 рассмот¬
рены основные виды, способы и цели переустройства фундаментов. Каж¬
дый вид переустройства осуществляется различными способами, выбор
которых диктуется конкретными условиями: состоянием основания,
характером повреждения фундамента и его элементов, целями переуст¬
ройства, имеющимися материально-техническими ресурсами и др.
1.2.	Виды разрушения фундаментов в процессе эксплуатации
Основными причинами разрушения фундаментов в процессе эксплу-
I	атации являются: коррозия материала фундамента под воздействием
агрессивной среды; нарушение режима эксплуатации технологического
оборудования; динамические воздействия технологического и подъем¬
но-транспортного оборудования; перегрузка фундаментов и некачест¬
венное исполнение их.
Под разрушением материала фундамента следует понимать различ¬
ные коррозионные явления, трещины, сколы, изломы, оголение арма¬
туры. При рассмотрении причин разрушения фундаментов замечено, что
разрушение материала чаще всего происходит в результате попадания
на конструкцию фундамента агрессивных технологических растворов.
Наибольшему влиянию агрессивных воздействий подвержены фундамен¬
ты производственных зданий химической, алюминиевой и нефтехими¬
ческой промышленности. Интенсивность разрушения материала фунда¬
мента зависит от степени агрессивности технологических растворов, ко¬
торая, в свою очередь, зависит от вида раствора, концентрации, темпе¬
ратуры и частоты проливов. Проливы агрессивных жидкостей происхо¬
дят при выполнении технологических процессов в результате наруше¬
ния плотности и герметизации технологических аппаратов, насосов, тру¬
бопроводов, лотков и зумпфов.
В 1973—1976 гг. были проведены натурные обследования железобе¬
тонных фундаментов производственных зданий глиноземных цехов ряда
алюминиевых заводов [14]. Они показали, что железобетонные фунда¬
менты, подвергающиеся постоянному воздействию алюминатно-щелоч-
ных растворов, интенсивно корродируют. Наибольшее разрушение на¬
блюдается в отделениях мокрого размола, выщелачивания, сгущения,
фильтрации и выпаривания глинозема. На поверхности конструкций
наблюдается разрушение защитного слоя бетона и образование трещин
с шириной раскрытия до 3 мм.
Совместный анализ характера деформаций фундаментов производст¬
венных зданий глиноземных цехов и полученных дифрактограмм бетонов
8

[15] показывает, что разрушение фундаментов происходит в результате
химического взаимодействия гидросиликатов кальция цемента с алюми-
натно-щелочными растворами с образованием метасиликата натрия и
гидроокиси кальция. В присутствии содового раствора образуются раз¬
личные комплексные карбонатные соединения, которые, кристаллизуясь
в бетоне, создают кристаллизационное давление и разрушают бетон. Ана¬
логичным образом разрушение бетона происходит при кристаллизации
в его порах, капиллярах и микротрещинах метасиликата натрия и гнб-
бсита, содержащегося в алюминатно-щелочном растворе.
Значительные разрушения фундаментов наблюдаются в криолито-
вых цехах, а также в отделении регенерации фтористых солей алюми¬
ниевых заводов, занимающихся производством плавиковой кислоты,
криолита и других фтористых.соединений [15]. В фундаментах отмечают¬
ся разрушения защитного слоя бетона, образование в нем раковин и пус¬
тот, коррозия арматурной стали. Особенно характерно разрушение бетона
в местах расположения анкерных болтов. Жидкая среда, содержащая
плавиковую, кремнефтористоводородную и серную кислоты, стекая по
анкерным болтам, вызывает их коррозию. Продукты коррозии, увели¬
чиваясь в объеме в 2—2,5 раза, вызывают в бетоне значительные усилия,
в результате которых образуются трещины, идущие к наружной поверх¬
ности в радиальном направлении по наиболее тонкому сечению.
Процесс получения плавиковой кислоты и фтористых солей сопро¬
вождается выделением агрессивных веществ, ряд из которых находится
в газообразном состоянии. Попадание такой среды на фундаменты, а также
периодические гидросмывы вызывают их интенсивную коррозию. В местах
разрушения бетон свободно разбирается руками или отслаивается при
постукивании по нему молотком. Прочность бетона, подверженного кор¬
розии, составляет от 0,9 до 5 МПа. В местах интенсивной коррозии бетона
происходит оголение арматуры, при этом глубина коррозии арматуры
достигает 0,2—0,3 мм и более.
Опыт эксплуатации фундаментов и подземных сооружений электро¬
лизных цехов показывает, что чаще всего причиной их разрушения явля¬
ется электрохимическая коррозия арматуры в бетоне под действием блуж¬
дающих токов утечки. В этих цехах постоянный электрический ток, по¬
требляемый в технологическом процессе, достигает тысяч и десятков
тысяч ампер [16]. Утечка тока происходит из-за смачивания и загрязне¬
ния изоляционных устройств. Скорость разрушения конструкций опре¬
деляется плотностью тока стекания и зависит от конструктивных осо¬
бенностей фундаментов.
В одном из электролизных цехов [16] предприятия цветной металлур¬
гии через 5—6 лет после его реконструкции оказались в аварийном сос¬
тоянии фундаменты, стены подвалов и подземные конструкции. Защитный
слой бетона полностью разрушился, оголив прокорродированную арма¬
туру. Железобетонные подземные колонны почти полностью потеряли
несущую способность и их пришлось заменить кирпичными столбами.
Весьма опасными являются случаи, когда насыщенный солями грунт
становится электролитом и в него проникают блуждающие токи электро¬
лизных цехов. Так, на одном алюминиевом заводе грунтовая вода под
электролизера^, имевшими недостаточно надежную изоляцию, нагре¬
лась до 100°С, в результате чего были разрушены все фундаменты. На
другом заводе нагрев основания под ваннами достиг 60°С.
На одном из комбинатов искусственного волокна здание с камерами
для кристаллизации серы, поставленными на грунт, разрушилось через
9

Рис. 1.2. Схема элеватора — а, узел опирания колонны на фундаментную плиту - б
и положение колонны после разрушения плиты - в
1 - корпуса элеватора; 2 — обрушившийся корпус: 3 — направление обрушения;
4 — башня; 5 — галерея; 6 — фундаментная плита; / - колонна; 8 — стакан для опи¬
рания колонны; 9 - место продавливания плиты; 10 - бетонная подготовка толщи¬
ной 100 мм
3 года. При этом ускоренному разрушению способствовали проливы рас¬
твора серной кислоты.
В электролизных цехах наибольшие разрушения отмечаются в фун¬
даментах свайного типа, имеющих большую длину и малое поперечное
сечение. Объясняется зто неравномерным стеканием тока по глубине.
Разрушение ступенчатых фундаментов опор контактной сети и элект¬
ролизных цехов в первую очередь происходит в зоне, которая располо¬
жена выше обреза верхней ступени, а затем распространяется вниз. При
этом трещины в фундаментах могут соединять анкерные болты, распо¬
ложенные в противоположных углах фундамента.
Воздействие смазочных материалов на фундамент также может явиться
причиной его разрушения. Так, железобетонные фундаменты под наружные
10

\
масляные трансформаторы и разъединители на подстанциях системати¬
чески обливают маслом, что вызывает их интенсивную коррозию [14].
Разрушению подвергаются фундаменты компрессоров, на которые систе¬
матически воздействуют проливы смазочных материалов.
Нарушение режима работы технологического оборудования часто
приводит к перераспределению нагрузок на фундаменты и, как следствие,
к их разрушению. Разрушение фундаментов от нарушения режима работы
технологического оборудования (динамического, подъемно-транспортного
и др.) проявляется настолько разнообразно, что установить определенные
закономерности причин, вызывающих эти нарушения, не всегда удается
полностью. Характерные случаи разрушений фундаментов машин с дина¬
мическими нагрузками рассмотрены в работе [7].
Причиной разрушения фундаментов могут явиться неучтенные -при
проектировании нагрузки. В этом отношении поучительным является
разрушение железобетонного фундамента неподвижной анкерной опоры
транспортной галереи [17], которое произошло в результате воздейст¬
вия неучтенной горизонтальной нагрузки, вызванной температурным
изменением длины транспортной галереи в зимнее время при жесткой
заделке конца галереи на фундаменте.
Наиболее распространенными являются разрушения фундаментов
из-за некачественного выполнения строительных работ [5—7, 9—11 и др.].
В отдельных случаях зто влечет за собой аварию сооружения. В качестве
примера можно привести аварию элеватора (рис.1.2, а), состоящего из
четырех рабочих корпусов (24x36 м) и главной рабочей башни высотой
62 м. Железобетонные колонны подсилосного зтажа сечением 500x500 мм
и шагом 3 м были установлены в стаканы, выполненные на монолитной
железобетонной плите толщиной 450 мм (рис.1.2, б). Спустя 2 года после
начала эксплуатации при полной загрузке элеватора под одним из кор¬
пусов крайние колонны продавили плиту и на разную глубину (до 3 м)
вдавились в грунт — маловлажный практически непросадочный лессо¬
видный суглинок. Колонны имели отклонение от вертикали в сторону
обрушения (рис.1.2, в), часть из них была разрушена. Как показало об¬
следование, фактическая марка бетона фундаментной плиты была ниже
проектной. Причина того, что бетон был низкой марки, состояла в том,
что бетонная смесь готовилась на месте в кустарных условиях, без соблю¬
дения точной дозировки составляющих компонентов. Бетонирование пли¬
ты выполнялось в зимнее время без прогрева бетона.
В практике строительства имеются случаи разрушения свайных фун¬
даментов и их ростверков вследствие низкого качества свай и их полом¬
ки при забивке, недостаточной прочности бетона ростверков, перегрузки
свай из-за допущенных смещений при забивке и др.
1.3.	Деформации фундаментов при изменении свойств основания
Деформации фундаментов при изменении свойств основания и его
недостаточной несущей способности освещены в ряде работ [5—12 и др.].
Основными причинами отказа оснований являются: длительные простои
разработанных котлованов, изменение влажностного режима грунтов
(в том числе насыщение их химическими растворами), динамические воз¬
действия и др.
Наибольшее количество воды в грунты основания попадает из под¬
земных коммуникаций. Так, поступление воды в грунт из нового водо¬
провода может составлять 15—18%, а с увеличением срока его эксплуа¬
11

тации этот процент увеличивается [18]. Большую опасность для оснований
фундаментов представляют поверхностные воды, отводу которых часто
не уделяется должного внимания. Между тем замачивание оснований из
поверхностных источников, как правило, приводит к неравномерным
деформациям зданий. Особенно опасно замачивание оснований, сложен¬
ных структурно неустойчивыми грунтами — просадочными, набухающи¬
ми, засоленными, пылеватыми и песчаными.
Как показывают наблюдения, в ряде крупных промышленных го¬
родов страны отмечается интенсивный подъем уровня грунтовых вод.
Например, за период 1965—1977 гг. в Днепропетровске, Запорожье, Хер¬
соне, Ростове-на-Дону и других городах уровень грунтовых вод поднял¬
ся на 10—15 м. Причинами этого являются интенсивная застройка тер¬
ритории, нарушающая условия поверхностного стока, утечки из комму¬
никаций, отстойников, резервуаров, а также подтопление водами вслед¬
ствие строительства плотин, водохранилищ. В результате названных яв¬
лений во многих случаях изменяется несущая способность основания,
обусловливая возникновение значительных осадок оснований и дефор¬
маций существующих зданий и сооружений. При этом возникает пробле¬
ма обеспечения нормальных условий эксплуатации зданий и сооружений
на обводненных основаниях.
Рассмотрим несколько характерных примеров деформации фунда¬
ментов при изменении свойств грунтов основания. При изысканиях под
промышленное здание в г. Днепропетровске грунтовые воды не были
обнаружены до глубины 30 м. Здание было запроектировано и возведе¬
но на коротких (10—12 м) виброштампованных сваях. К моменту сдачи
здания в эксплуатацию были зафиксированы значительные осадки с тен¬
денцией нарастания их во времени. Обследованием было установлено,
что причиной осадок является подъем уровня грунтовых вод до глубины
14 м. Из-за значительных деформаций здание не было принято в эксплу¬
атацию и потребовалось выполнение дорогостоящих работ по усилению
фундаментов колонн залавливаемыми сваями длиной до 30 м.
Представляют интерес данные о неравномерных деформациях осно¬
ваний фундаментов 10 дымовых труб на Баглейском коксохимическом
заводе (рис.1.3). Трубы высотой 80—100 м возводились в 1951—1958 гг.
на фундаментной плите диаметром 18 м и глубиной заложения 7,3 м.
Основанием фундаментов являлись лессовые просадочные грунты с тол¬
щиной слоя 10—16 м, подстилаемые непросадочными плотными суглин¬
ками. В период строительства грунтовые воды не были обнаружены на
глубине 20 м.
При эксплуатации дымовых труб были отмечены неравномерные
осадки фундаментов, обусловившие значительные крены. Наблюдения
за грунтовыми водами установили повышение их уровня в виде куполов,
приуроченных к отдельным источникам увлажнения. Скорость повыше¬
ния уровня составляла 1—1,5 м/год. Источниками замачивания явились
тушильная башня со шламоотстойником, канализация, градирни, ком¬
муникации ТЭЦ завода и др. С увеличением зон увлажнения неравномер¬
ность осадок фундаментов с течением времени увеличивалась. Наблюде¬
ния за развитием кренов велись в течение 20 лет; результаты их пред¬
ставлены в табл. 1.2. Направление кренов совпадает с направлением подъе¬
ма уровня грунтовых вод.
Фундамент трубы № 5 был выполнен на основании на всю толщу
просадочных грунтов, уплотненном грунтовыми сваями диаметром 400 мм
с шагом 1200 мм, устроенными в шахматном порядке. Основание под
12

I
Рис.1.3. Схема осадки дымовых труб на Баглейском
коксохимическом заводе
а — осадки марок №9 и 11 трубы № 2; б - план располо¬
жения нивелировочных марок на трубе; в - фундамент
трубы; г - развитие отклонения верха трубы N° 3 во
времени; 1 - дымовая труба; 2 - здание ТЭЦ; 3 -
грунтовые сваи
трубами № 6—8 по кольцевым сечениям вокруг фундамента было упроч¬
нено термическим способом. Как следует из табл. 1.2, все трубы за ис¬
ключением трубы №5 получили крены более предельного значения, равного
0,005 [19].
Глубинное уплотнение основания грунтовыми сваями на всю просадоч-
ную толщу существенно сказалось на уменьшении крена. В связи со стаби¬
лизацией подъема грунтовых вод (уровень воды находится выше отметки
подошвы фундаментов) интенсивность нарастания кренов уменьшилась.
Таблица 1.2. Крены дымовых труб
№
труб
I Абсолютный
I крен, мм
1 Относительный
I крен
1
611
0,006
2
521
0,005
3
1369
0,014
4
878
0,009
5
284
0,003
6
946
0,009
7
555
0,006
8
606
0,006
9
372
0,005
10
1212
0,015
13

Однако для сохранения некоторых труб (№ 3,4, 6 и 10) в надежном зкс*
плуатационном состоянии необходимо принятие специальных мер.
Анализ аварийных объектов, возведенных на просадочных грунтах,!
показывает, что в большинстве случаев проектировщики ограничиваются
расчетом деформаций оснований для маловлажного состояния грунтов,
не учитывая возможности полного их замачивания. Этим объясняется
неоправ давшееся в практике строительства на грунтах 11 типа по про-
садочности применение грунтовых подушек, сплошных фундаментных
плит, свай всех видов (включая грунтовые) с неполной прорезкой ими
просадочной толщи. Во многих случаях причиной деформаций зданий
явилась недооценка просадочности грунтов Г типа. Грунтовые подушки,
устраиваемые для исключения или существенного уменьшения дефор-j
мации от просадки, сами иногда являются причиной аварийного состояния1
зданий вследствие некачественного устройства, особенно при их значитель¬
ной толщине и площади.	.
Примеры деформаций зданий и сооружений на просадочных грунтах I
достаточно широко освещены в литературе [18,20,21 и др.]. К ним, кроме ]
того, следует добавить деформации аварийного характера (недопустимые 1
крены, трещины и др.) ряда элеваторов в Ставропольском крае, которые
возведены на сплошных фундаментных плитах в грунтовых условиях 11
типа по просадочности; деформации жилых домов в г. Таирово Одесской
обл., которые построены на пирамидальных сваях, не прорезающих про-
садочную толщу I типа; при зтом деформации были настолько значитель¬
ными, что потребовалось отселение людей; деформации жилого дома в
Казацком пер. в Херсоне, которые из-за просадок основания в грунтовых
условиях 1 типа пришлось разобрать.
Предотвращение значительных осадок фундаментов на просадочных
грунтах должно осуществляться по двум направлениям: устранение причин,
вызывающих просадки (приостановка подъема грунтовых вод, отвод
поверхностных вод, ремонты коммуникаций) и усиление существующих
фундаментов (уменьшение действующих давлений на основание путем
уширения фундаментов, подведение свай, упрочнение грунтов) и надзем¬
ных конструкций.
Технологические процессы на многих предприятиях химической,
металлургической и других отраслей промышленности связаны с произ¬
водством или потреблением различных химических растворов, которые,
попадая в грунт, вызывают коренные изменения свойств основания. Так,
взаимодействие с грунтом химических растворов соляной, плавиковой
и кремнефтористоводородной кислот приводит к образованию легко¬
растворимых и легковымываемых солей, что вызывает просадочные яв¬
ления. Проливы же растворов щелочей и серной кислоты вызывают хи¬
мическое набухание грунтов, при этом силы кристаллизации солей раз¬
вивают давление, значительно превышающее нагрузку от зданий. Внешне
деформации оснований, взаимодействующих с агрессивными химичес¬
кими растворами, проявляются в образовании характерных трещин в
стенах, перекосе фундаментов оборудования, колонн и металлических
конструкций [7,14].
При вскрытии грунтов котлованами происходит определенное сни¬
жение их деформативных и прочностных свойств в верхнем слое основа¬
ния, что обусловлено разуплотнением грунтов вследствие снятия быто¬
вого давления, взвешивающим действием грунтовых вод, а также воз¬
действием атмосферного выветривания [7]. Явления разуплотнения грун¬
тов обычно проявляются при значительной глубине разработанных кот¬
14

лованов (7—10 м и более). В грунтах осадочного происхождения измене*
ние природных свойств основания проявляется лишь при длительных
простоях котлованов, сопровождаемых процессами увлажнения — высы¬
хания, промораживания — оттаивания и тл. В элювиальных грунтах, сфор¬
мировавшихся при выветривании горных пород и оставшихся на месте
своего образования, в результате атмосферного выветривания даже при
сравнительно небольших по времени сроках простоя котлованов, в том
числе и в летний период, происходит существенное снижение механических
свойств основания.
Зачастую причиной ненадежных проектных решений устройства ос¬
нований является недостаточно корректное проведение технико-эконо¬
мических обоснований. На этой стадии не всегда производится расчет по
деформациям, в результате чего сравниваются варианты различной на¬
дежности: например, фундаменты на грунтовой распределительной по¬
душке и свайные фундаменты. Кроме того, при сравнении вариантов учи¬
тываются только затраты на устройство самих фундаментов без учета
стоимости дополнительных конструктивных элементов.
Причиной деформаций служит иногда недостаточность указаний в
чертежах по технологии производства работ на объекте. Так, при приме¬
нении свайных фундаментов не предусматривают специальных мер для
погружения свай до проектной отметки (например, устройство лидирую¬
щих скважин). В результате сваи получают ложный отказ, не достигнув
проектной отметки. К дефектам определения несущей способности свай
по результатам пробного их нагружения относится и кратковременность
проведения испытаний.
За последние годы в нашей стране накоплен большой опыт по реконст-
Й/кции промышленных предприятий и зданий гражданского назначения,
о степени реконструкции или объему выполняемых строительно-монтаж¬
ных работ здания и сооружения принято подразделять на полностью или
частично реконструируемые. В первое понятие входит коренная пере¬
планировка существующих площадей на основе изменения или усовер¬
шенствования технологического процесса, при которой предусматривается
производство строительных работ по всему зданию или сооружению с
усилением или заменой не менее 50% его основных несущих конструк¬
ций. Частичная реконструкция предусматривает такое производство стро¬
ительно-монтажных работ, которое направлено на изменение архитектур¬
но-конструктивных и объемно-планировочных решений не всего, а какой-
то отдельной части здания (например, одного зтажа, одного пролета и др.).
Сюда же следует отнести надстройку и пристройку зданий. Замена техно¬
логического оборудования в действующем цехе, осуществляемая в плане
его технического переоснащения и обновления активной части основных
фондов и не сопровождаемая производством строительно-монтажных
работ, не может считаться реконструкцией [22, с.18].
Производственные здания морально и физически изнашиваются мед¬
леннее установленного в них технологического оборудования. Поэтому
модернизация (полная или частичная) или замена активной части ос¬
новных фондов происходит значительно чаще, чем реконструкция про¬
мышленных зданий. К моменту коренной реконструкции здания его
технологическое оборудование оказывается частично или полностью за¬
мененным несколько раз.
Применительно к фундаментам несущих конструкций и технологи¬
ческого оборудования любая проводимая реконструкция, как и осущест¬
вляемая модернизация оборудования, влечет за собой увеличение нагру¬
15

зок на фундаменте. Все это вызывает необходимость усиления фунда¬
ментов, а в отдельных случаях повышения несущий способности осно¬
вания.
1.4. Нарушение устойчивости зданий и сооружений на склонах
При эксплуатации зданий и сооружений, возведенных на склонах
или вблизи них, появляется опасность нарушения устойчивости и проч¬
ности конструкций из-за возможных оползневых подвижек грунта. При
этом деформации сооружений могут произойти как из-за воздействия дав¬
ления неустойчивых масс грунта непосредственно на конструкции, так
и вследствие разрыхления грунта в основании сооружения в результате
смещения оползневых масс вниз по склону. Такое движение грунта по
наклонной поверхности (проявление оползневого смещения) может на¬
чаться по самым различным причинам: превышение сдвигающих сил над
удерживающими; обводнение склона и как результат — снижение проч¬
ностных характеристик слагающих его грунтов; абразия склона в нижней
его части морскими или речными водами и как следствие — нарушение
баланса грунтовых масс; ветровая эрозия поверхностных слоев; под¬
резка склона в какой-либо его части искусственными разработками грун-.
та; сейсмическое воздействие и тд.
Практически опасность для зданий и сооружений возникает в резуль¬
тате разнообразного воздействия на них грунтовых масс в случаях появ¬
ления оползневых подвижек на склоне. При расположении сооружения
в верхней части склона (в голове образовывающегося оползня) проис¬
ходит "выползание” грунта из-под здания и разрыхление основания (рис.
1.4,	а). Вследствие этого основание под фундаментом сооружения стано¬
вится разнородным и в результате появления неравномерных осадок
в здании начинают появляться вертикальные трещины. При размещении
здания непосредственно на склоне при активизации оползня происходит
смещение грунта под зданием — частично вместе с сооружением, частично
путем обтекания его фундамента (рис.1.4, б). В таком случае недопусти¬
мые деформации здания могут быть вызваны как давлением грунта на
него, так и неодинаковыми перемещениями в плане отдельных его час¬
тей. В случае, когда здание находится в нижней части склона, т.е. в языке
образовывающегося оползня, оно, как правило, испытывает лишь дав¬
ление грунта от смещающихся масс (рис.1.4, в).
При появлении деформаций зданий и сооружений, построенных в
зоне влияния оползневого склона, выполнение проектно-изыскательских
работ по их усилению должно начинаться с тщательного анализа причин
деформаций и установления вида воздействия грунтового смещения на
сооружение.
Характерным примером воздействия оползневого смещения на соору¬
жение, расположенное в верхней части склона, является появление де¬
формаций в здании котельной в г. Днепропетровске. Здание расположено
над глубоким оврагом (рис.1.5), борта которого сложены деградиро¬
ванными лессовидными суглинками. Имевшаяся небольшая просадоч-
ность этих грунтов была ликвидирована вследствие естественного зама¬
чивания толщи еще до строительства здания котельной. Однако в процес¬
се эксплуатации сооружения продолжалось обводнение грунтов склона,
что привело его в неустойчивое состояние. Появлению оползня способ¬
ствовала и абразия нижней части склона, вызванная протекавшим по ов¬
рагу ручьем. В результате по образовавшейся в борту оврага поверхности
16

1'ис.1.4. Виды нарушения устойчивости зда¬
ния на склоне
а - разрыхление основания под фундамен¬
том сооружения; б — смещение грунта под
зданием; в - давление сползающего грун¬
та на сооружение; 1 — существующее зда¬
ние; 2 — поверхность склона; 3 — поверх¬
ность скольжения оползня
1.5. Схема деформации здания котельной на склоне
1 — здание котельной; 2 — трещины в стенах здания; 3 — борта оврага; 4 — возникшие
поверхности скольжения в склоне; 5 - переменный уровень грунтовых вод (вер¬
ховодка); 6 - установившийся уровень грунтовых вод; 7 - ручей в тальвеге; 8 -
растительный и насыпной грунт; 9 - слабовлажный лессовидный грунт; 10; 11 -
влажные и водонасыщенные лессовидные суглинки; 12 - погребенный слой; 13 -
плотный красноватобурый суглинок
скольжения грунты начали смещаться вниз, затронув основание под зда¬
нием котельной. В стенах здания появились недопустимые трещины, что
потребовало выполнения срочных мероприятий по укреплению склона
и усилению фундаментов и стен.
В санатории ”Меллас” в Крыму оползень произошел из-за активной
хозяйственной деятельности человека, осуществляемой без учета сущест¬
вующих природных условий: при устройстве дрроги на склоне не учиты¬
вали действие сдвигающих сил и их соотношение с удерживающими сила¬
ми. Оползневые массы грунта надавили на построенный в нижней части
склона спальный корпус (рис.1.6), вызвав его значительные деформации.
17

1
Рис.1.6. Схема укрепления склона на территории санатория ”Меллас” в Крыму
1 — контуры оползня и поверхность склона; 2 - буронабивные сваи противоополз¬
невых удерживающих конструкций; 3 - административное здание; 4 - спальный
корпус; S — сместившиеся грунтовые массы в языке оползня; 6 - суглинки с
включениями щебня; 7 - аргиллиты трещиноватые; 8 — аргиллиты плотные
Оползень также угрожал существовавшему на бровке склона админи¬
стративному зданию. Инженерно-геологические изыскания на склоне по¬
казали, что оползневое тело, состоявшее из влажных суглинков с вклю¬
чением щебня, сползает по кровле выветрелых аргиллитов. Поскольку
в условиях застроенной территории невозможно было осуществить слож¬
ный комплекс противооползневых мероприятий, было принято решение
остановить оползень механическим способом. На объекте были запроек¬
тированы и изготовлены противооползневые удерживающие конструкции
18

из буронабивных свай. Три яруса таких противооползневых конструк¬
ций надежно стабилизировали оползневый склон.
При строительстве сооружений непосредственно на склоне наруше¬
ние их устойчивости нередко происходит в виде появления недопустимых
(порой катастрофических) осадок. Особенно отрицательно оползневые
подвижки склона сказываются на возведенные в его пределах протяжен¬
ные инженерные сооружения - линии электропередач, нефте- и газопрово¬
ды, подпорные стены, автомобильные и железные дороги. Примером такой
деформации может служить оседание земляного полотна одного из двух
путей на участке железнодорожной пинии Краснодар — Туапсе, для восста¬
новления которого потребовалось проведение комплекса противооползне¬
вых мероприятий.
В качестве иллюстрации неправильного конструктивного решения
может служить авария строящегося административного здания в Альтене
(ФРГ) [8]. Восьмиэтажное здание шириной 13,4 и длиной S3 м строили
на склоне холма (рис. 1.7). Подстилающим слоем служил слабый грунт,
под которым начинались пласты, состоящие из достаточно прочных грун¬
тов. Здание начало смещаться вниз по склону холма, когда возвели первые
пять этажей. Слабый верхний слой грунта начал скользить по кварциту.
О том, что здание пришло в движение, установили по характеру трещин
в подвале. Для сохранения здания пробурили 150 скважин диаметром 50 см
и глубиной 6,1 м через все верхние слои вплоть до прочных пород. В эти
скважины вставили стальные стержни диаметром 46 мм, залив их на всю
глубину жидким цементным раствором. На оголовках стержней забето¬
нировали поперечные стены с целью приостановить сползание грунта под
действием давления от веса здания. Стальные стержни работали как шпон¬
ки на срезывающее усилие, возникающее от наклонной составляющей веса
здания. В результате проведенных работ опасность аварии была ликви¬
дирована.
1.5.	Общая классификация отказов фундаментов
Система основание — фундамент должна сохранять надежность в про¬
цессе всего периода эксплуатации здания или сооружения и способность
воспринимать все внешние воздействия, предусмотренные при проекти¬
ровании.
19

Рис.1.8. Классификация признаков отказов оснований и фундаментов
Под безотказностью работы системы основание — фундамент следует
понимать способность ее сохранять работоспособность в определенных
условиях эксплуатации в течение времени функционирования. Безотказ¬
ность включает в себя требования прочности, надежности, устойчивости
и долговечности как всей системы, так и ее элементов.
Полная или частичная утрата надежности системы называется отка¬
зом. В отдельных случаях понятие отказа является четко определенным
(например, обрушение всего сооружения), однако в общем случае поня¬
тие отказа является весьма относительным, так как в значительной сте¬
пени зависит от конкретных условий функционирования системы. Отка¬
зом системы основание — фундамент является как полный выход систе¬
мы и всего сооружения из строя, так и недопустимые отклонения пара¬
метров системы от расчетных или от требуемых новых условий ее рабо¬
ты. Наряду со случайным колебанием параметров системы может наблю¬
даться и монотонное необратимое их изменение (износ), обусловленное
старением, .коррозией и т.п. Такие отказы называются постепенными.
Внезапные (катастрофические) отказы фундаментов и их оснований
обычно приводят сооружение к предельному состоянию. Причинами воз¬
никновения внезапных отказов оснований являются: дефектность ин¬
женерно-геологических изысканий; несоответствие принятых расчетных
схем и несовершенство методов расчета несущей способности и дефор¬
маций; грубые нарушения режима эксплуатации оснований, аварии и
стихийные бедствия.
Постепенный (некатастрофический) отказ основания обычно обус¬
ловлен дефектами и погрешностями испытаний грунтов, недостаточной
информацией об инженерно-геологических, природно-климатических и
эксплуатационных условиях и т.д. Проявление постепенно отказа связа¬
но с накоплением пластических деформаций и приспособлением системы
основание - фундамент и ее отдельных элементов к изменившимся ус¬
ловиям функционирования. Постепенный отказ характеризует достиже¬
ние системой или ее элементами предельного состояния по деформации.
20

Кроме названных, целесообразно рассматривать и другие отказы,
например, такие, как зависимые и независимые, полные и частичные, не¬
прогнозируемые и прогнозируемые и тд. Полная классификация отка¬
зов оснований и фундаментов приведена в работе [7]. Признаки отказов
оснований и фундаментов многообразны, их можно условно разделить
на явные и неявные (рис.1.8).
Явные признаки указывают на то, что отказ уже наступил и система
или ее элемент потеряли работоспособность. К явным отказам относятся:
полное н частичное обрушение; потеря устойчивости; обвалы, провалы
полов и других элементов конструкций.
Неявные (скрытые) признаки отказов выявляются путем обследова¬
ний и измерений. Неявные признаки в большинстве своем предшествуют
явным и указывают на развитие явлений, связанных с нарушением надеж¬
ности системы основание — фундамент. Они являются сигналом для при¬
нятия необходимых мер по сохранению заданного уровня надежности
системы основание — фундамент и предотвращению потери ее работо¬
способности. К неявным признакам отказов относятся: осадки, просадки,
набухание и усадки грунтов оснований; подъемы, крены, изгибы и вы¬
гибы зданий и сооружений или их отдельных конструкций; трещины
в грунте, фундаментах и стенах; уменьшение сечений элементов вследст¬
вие коррозии, отколов и др.
Одной из основных характеристик надежности оснований и фундамен¬
тов является ее ремонтопригодность, т.е. способность системы к пре¬
дупреждению, обнаружению и устранению различных отказов и отклоне¬
ний путем проведения ремонтов. Степень ремонтопригодности фундамен¬
та зависит в первую очередь от его конструктивных особенностей. Как
правило, ремонт фундамента возможен только при постепенном отказе,
внезапные же отказы обычно приводят сооружение в предельное состоя¬
ние по прочности и устойчивости.
Свойство системы сохранять работоспособность и надежность при
установленной системе ремонтов вплоть до состояния, при котором даль¬
нейшая эксплуатация становится невозможной или опасной, а ремонт
и восстановление экономически нецелесообразным, называется долго¬
вечностью.
Долговечность материала фундамента в основном зависит от интен¬
сивности протекания процессов разрушения бетона под влиянием агрес¬
сивных сред при контакте с грунтом или технологическими растворами.
Мерой долговечности является период времени до наступления предель¬
ного состояния сооружения (физический отказ) либо время полезного
функционирования последнего (моральный отказ).
При физическом отказе, зависящем от степени естественного износа,
возникает необходимость усиления системы основание — фундамент или
ее дополнительной защиты от агрессивных или динамических воздействий.
При наступлении морального отказа система основание — фундамент
не пригодна для дальнейшей эксплуатации вследствие невозможности
ее использования в первоначальном виде в условиях технического пере¬
вооружения и переоснащения производства. В этом случае требуется пере¬
устройство или реконструкция .системы для получения новых ее качеств.
Для обеспечения большей эффективности следует как можно полнее ис¬
пользовать элементы старой системы.
21

глава 2. НАТУРНЫЕ ОБСЛЕДОВАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ
И ИХ ОСНОВАНИЙ
2.1.	Особенности обследования
Целью обследования оснований и фундаментов является выявление;
их фактического состояния. В состав работ по обследованию входят: oc-i
видетельствование существующих оснований и фундаментов с фикси¬
рованием их состояния, основных размеров, имеющихся нарушений и де¬
фектов; изучение инженерно-геологических и гидрогеологических условий
с учетом проводимой реконструкции или усиления; организация и про¬
ведение наблюдений за деформациями конструкций и осадками фунда-i
ментов. Характер и объем натурных обследований, включающих прове-j
дение комплекса инженерно-геологических и инструментальных работу
определяются конкретными задачами.
В зависимости от цели обследования необходимо установить: факти¬
ческие размеры фундаментов (глубину заложения, размеры подошвы,
толщину стен и сечений, наличие отверстий и проемов); свойства мате¬
риалов и состояние конструкций (материал и его проектная марка, наличие
коррозии, повреждений и др.); конструктивные схемы фундаментов и
сопряжения фундаментов со стенами, ростверками и другими конструк¬
циями; состояние основания под фундаментами, а также коммуника¬
ций и дренажных систем.
При капитальном ремонте зданий и сооружений без увеличения на¬
грузок инженерно-геологические работы обычно не проводятся или про¬
ходятся только контрольные шурфы (обычно два-три), которые распо¬
лагают в наиболее характерных участках. Во всех остальных случаях необ¬
ходимы детальные обследования оснований и фундаментов, лаборатор¬
ные и полевые исследования, которые осуществляются при проходке
контрольных и разведочных выработок (шурфов, шурфов-скважин и бу¬
ровых скважин), а также зондировании грунтов.
Для определения качества фундамента мелкого заложения (мате¬
риала, конструкции, степени сохранности), состояния ограждающих под¬
земных конструкций, вида и состояния грунтов основания проходятся
контрольные шурфы на глубину до 0,5 м ниже отметки подошвы фун¬
дамента. Обследования свайных фундаментов или фундаментов с повы¬
шенной глубиной заложения, а также их оснований осуществляют путем
проходки шурфов-скважин (дудок).
Разведочные выработки, помимо указанных выше целей, проходят
доя детального изучения физико-механических свойств основания и гид¬
рогеологических условий ниже подошвы фундаментов. Глубина разведоч¬
ных выработок (шурфов-скважин, скважин) устанавливается в пределах
глубины сжимаемой толщи и ниже ее на 2—3 м.
Освидетельствование грунтов и фундаментов по глубине следует
вести с интервалом 0,25—0,5 м. Расположение контрольных и разведочных
выработок, а также точек зондирования определяется детальным обсле¬
дованием каждого фундамента и его основания на наиболее нагруженных
и ненагруженных участках. При этом учитываются выявившиеся дефор¬
мации здания или сооружения (прогиб, выгиб, крен, перекос, скручива¬
ние) и устанавливается необходимость детализации грунтовых условий
в местах деформаций. Общее число разведочных выработок и точек зон¬
дирования зависит от сложности геологического строения и степени изу¬
ченности площадки, а также размеров здания и сооружения [2, с.З—6; 4,
с.81-82; 23, с. 112].
Размеры шурфов и шурфов-скважин в плане определяются условиями
производства работ, способом отбора монолитов грунта, возможностью
проведения осмотра и обмера фундаментов. Диаметр буровых скважин
устанавливают в зависимости от применяемого метода полевого исследо¬
вания прочностных и деформационных характеристик и способа отбора
проб грунта для лабораторных исследований. Выбор способа зондиро¬
вания (статическое, динамическое) зависит от вида исследуемых грунтов
и их влажности, возможностей размещения зондировочных (также и бу¬
ровых) установок внутри или вне обследуемого здания или сооружения.
С целью большей детализации геологических и гидрогеологических
условий разведочные скважины бурят и за пределами обследуемого объек¬
та. Скважины в этом случае размещают так же, как и при изысканиях
под объекты нового строительства.
Инженерно-геологическому обследованию оснований и фундаментов
предшествует детальное изучение имеющихся проектных и архивных мате¬
риалов по геологическим и гидрогеологическим исследованиям, произ¬
водившимся на данной площадке или на соседних участках, планировке
и благоустройству площадки, геологическому строению и физико-геоло¬
гическим явлениям, состоянию существующих зданий и сооружений,
наличию грунтовых вод и их агрессивности, условиям заложения фунда¬
ментов и других подземных коммуникаций.
При обследовании фундаментов машин с динамическими нагрузками
и их оснований дополнительно устанавливают как параметры колебаний
фундамента, так и уровень вибраций пола и грунтового основания. Послед¬
нее необходимо для решения вопросов, которые связаны с обеспечением
требований санитарных норм, а также нормальных условий эксплуатации
соседних фундаментов под технологическое оборудование, чувствитель¬
ное к вибрациям, и примыкающих фундаментов несущих конструкций.
Дополнительные требования к обследованию фундаментов машин с ди¬
намическими нагрузками приведены в гл.8.
До начала работ по обследованию оснований и фундаментов должно
быть получено в установленном порядке от соответствующих организаций
разрешение на проходку контрольных шурфов, разведочных выработок
и зондирование. При выполнении земляных работ, особенно в стесненных
условиях, необходимо соблюдать правила техники безопасности. После
завершения этих работ выработки должны быть тщательно засыпаны грун
том с уплотнением.
Если в период производства обследования обнаружатся недопустимые
деформации надземных конструкций, вызванные неравномерными и про¬
грессирующими осадками фундаментов, то работы должны быть прекраще¬
ны, немедленно приняты меры по усилению деформируемых конструкций
и вызваны представители проектной организации.
Программа, объем и методы обследования намечаются в зависимости
от целей обследования, характера здания (сооружения) и его состояния.
Но материалам обследования необходимо принять наиболее целесооб¬
разный в каждом конкретном случае вариант. В одном случае достаточным
может явиться усиление фундамента, в другом — упрочнение основания,
в третьем — их сочетание. Возможны случаи, когда ограничиваются уси¬
лением только надземной части. Выбор наиболее правильного решения
зависит от полноты материалов и качества обследования.
22
23

В результате проведенного обследования составляется техническое
заключение, которое должно содержать [23, с.116}: техническое зада¬
ние; перечень технических документов, использованных при составлении
заключения; перечень выполненных при обследовании работ; описание
подлежащего реконструкции (усилению, надстройке) здания или соору¬
жения; геоморфологическую, геолого-литологическую и гидрогеологи¬
ческую характеристику участка; описание оснований, фундаментов, несу¬
щих стен и колонн; результаты (анализы) лабораторных и полевых испы¬
таний фундаментов, грунтов основания и грунтовых вод; данные по об¬
следованию перекрытий; статические расчеты отдельных несущих конст¬
рукций и оснований. В техническом заключении приводятся выводы по
проведенному инженерно-геологическому обследованию и даются соот¬
ветствующие рекомендации по усилению оснований и фундаментов с уче¬
том применения передовых методов производства работ.
На основе изложенного рекомендуется следующий порядок выпол¬
нения проектно-изыскательских работ при усилении фундаментов или
упрочнении оснований.
1. Обследование сооружения и предварительное заключение о при¬
чинах деформаций или об источнике, вызывающем необходимость усиле¬
ния фундаментов. Такое обследование позволяет сделать первоначаль¬
ные выводы о причинах, вызывающих необходимость усиления фунда¬
ментов, и составить подробную программу выполнения инженерно-гео¬
логических изысканий.
2. Геодезические наблюдения за осадками сооружения и окружаю¬
щей его поверхностью земли. Наблюдения должны производиться до пред¬
варительного обследования и после него.
3. Инженерно-геологические изыскания на стадии технического про¬
екта. В них должны быть сведения о форме и размерах существующих фун:
даментов, о литологическом строении грунтов основания до плотных
несущих слоев (но не менее, чем на глубину сжимаемой толщи), об ос¬
новных физико-механических характеристиках грунтов и о динамике
грунтовых вод.
4. Анализ деформаций сооружения и комплекса вызвавших их при¬
чин. На основе полученных данных обследования, наблюдения за осад¬
ками и инженерно-геологических изысканий устанавливается весь комп¬
лекс причин, вызывающих деформации фундаментов, и решается вопрос
о возможных путях усиления фундаментов.
5. Разработка и технико-экономическое сравнение вариантов усиле¬
ния (технический проект реконструкции фундаментов). Схематически
разрабатываются варианты усиления фундаментов или укрепления ос¬
нований, осуществимые в технологическом отношении на данном объек¬
те. На основании технико-экономического сравнения выбирается наибо¬
лее оптимальный вариант (после обсуждения со строительными орга¬
низациями-исполнителями). Затем разрабатывается подробная програм¬
ма инженерно-геологических изысканий для проектирования по выбран¬
ному варианту.
6. Инженерно-геологические изыскания на стадии рабочих чертежей.
Выполняется полный комплекс инженерно-геологических изысканий в
соответствии с действующими нормами для проектирования фундаментов
конкретного вида (свайных или на естественном основании) или укреп¬
ления оснований.
7. Испытания конструкций. Производятся в случае применения для
усиления специальных конструкций — свай (забивных, буронабивных,
24

fiyроинъекционных, залавливаемых и т.д.), подпорных сооружений, ан¬
керов и пр.
8.	Разработка рабочих чертежей усиления фундаментов или укреп¬
ления оснований.
Указанный порядок выполнения проектно-изыскательских работ,
естественно, может меняться или сокращаться в зависимости от вида
сооружения, фундаменты которого требуют усиления. При разработке
проекта в одну стадию (технорабочий проект или рабочие чертежи) от¬
дельные пункты выполнения проектно-изыскательских работ могут
объединяться.
Строительные работы по усилению и реконструкции фундаментов
В соответствии с выданным проектом ДЪлжны вестись при постоянном
ввторском надзоре и с выполнением геодезических наблюдений за пове¬
дением конструкций в процессе производства работ. В случае каких-то
отклонений от намеченного хода стабилизации деформаций своевремен¬
но должны вноситься коррективы в проект и в порядок выполнения
строительных работ. Геодезические наблюдения за поведением соору¬
жения должны продолжаться и в процессе его эксплуатации после вы¬
полнения усиления фундаментов.
2.2.	Наблюдения за осадками оснований и деформациями
зданий и сооружений
Наблюдения за осадками и деформациями являются специальным
видом геодезических работ, входящих в состав инженерно-геодезических
изысканий. При организации этих наблюдений решаются следующие за¬
дачи: сбор материала, необходимого для разработки проекта реконст¬
рукции или усиления зданий и сооружений (в частном случае для уси¬
ления и реконструкции фундаментов и их оснований); оценка надеж¬
ности реализованных проектов с целью совершенствования опыта про¬
ектирования по усилению и реконструкции. Наблюдения выполняются
но специально согласованной с проектной или научйо-исследовательской
организацией программе, в которой отражены состав, объем и сроки про¬
ведения работ. После завершения работ составляется отчет по установлен¬
ной форме.
Наблюдения с целью сбора материалов для разработки проекта ре¬
конструкции или усиления имеют следующие особенности.
1. Наблюдения выполняются в условиях площадки со сформировав¬
шимся рельефом и застройкой. Это позволяет на протяжении многих
циклов наблюдений сохранять первоначальные структуры нивелирных и
теодолитных ходов, достигая максимальной точности измерений. Кроме
того, в таких условиях отмечается наибольшая сохранность деформа¬
ционных знаков.
2. На период наблюдений, как правило, основная часть деформаций
завершается, поэтому для оценки скорости их протекания необходима
максимальная точность наблюдений; при этом сроки проведения работ
ограничены.
3. Организация наблюдений часто начинается не с момента начала
низведения сооружения, поэтому суммарные значения деформаций мо¬
гут быть установлены лишь путем сравнения фактического положения
здания или сооружения с проектным.
4. Сроки проведения работ не зависят от состояния сооружения и опре¬
деляются в основном сроками проведения изысканий. Продолжитель-
25

ность наблюдений составляет 3—6 мес, а число циклов должно быть не
менее трех.
В проекте реконструкции или усиления следует предусматривать
устройство ие менее двух грунтовых реперов и закладку осадочных ма¬
рок как на самом объекте проектирования, так и на прилегающих зда¬
ниях и сооружениях. Первый цикл наблюдений проводится до начала ;
работ по усилению и реконструкции, затем наблюдения продолжаются i
по мере возрастания нагрузок и в послестроительный период до услов¬
ной стабилизации осадок. Геодезические работы должны выполняться
в соответствии с [24,с.15—16].	i
При организации наблюдений необходимо иметь в виду, что во вре¬
мя проведения строительных работ возможно повреждение части высот¬
ной наблюдательной сети. Кроме того, при изменении поверхности пла¬
нировки часть осадочных марок окажется труднодоступной, в рез^ль-.
тате чего понизится точность определения их положения. Поэтому не-1
обходимо предусматривать в характерных местах дублирование марок,
располагая их на разных уровнях. Следует также иметь в виду, что при
увеличении нагрузок на фундаменты может возникнуть опасность поте¬
ри устойчивости основания с образованием валов выпирания. Задача на¬
блюдений — своевременно установить начало этого процесса, для чего
на поверхности грунтового основания в пятне застройки и за его преде¬
лами закрепляются поверхностные марки.
Наиболее распространенным способом наблюдений за осадками фун-|
даментов и их грунтовых оснований в настоящее время является способ!
геометрического нивелирования [25]. Для осуществления наблюдений'!
по этому способу строится локальная геодезическая сеть, которая отли-:
чается от государственной охватом меньшей территории и обычно с ней
не связывается. Помимо существующих методик измерений, определен¬
ных классами нивелирования [26, сЗ—7], могут разрабатываться спе¬
циальные методики, обеспечивающие заданную точность результатов при
минимуме затрат труда и средств [27, с.5—15]. При разработке или наз¬
начении методики измерений обычно решается чисто геодезическая зада¬
ча — определение отметок (положения) специальных осадочных марок
относительно некоторого неподвижного репера и как следствие — опрвп
деление разности этих отметок для различных циклов наблюдений. Между
тем конечная цель измерений — установление значений деформаций со¬
оружения и основания. Наиболее оптимальной в условиях реконструк¬
ции и усиления фундаментов может явиться методика безрепериого ни¬
велирования.
Предлагаемая к широкому применению система безрепериого ниве¬
лирования не вносит принципиальных изменений в сам процесс произ¬
водства геодезических работ и не требует каких-то специальных инстру¬
ментов и приспособлений. Эффективность ее использования состоит в ра¬
циональной организации измерений применительно к поставленной зада¬
че — определении конкретных деформаций оснований и сооружений. Основ¬
ной принцип методики безрепериого нивелирования заключается в от¬
казе от единой высотной шкалы, закрепленной неподвижным репером,
и рассмотрении упорядоченной системы превышений отдельных осадоч¬
ных знаков, в число которых может входить и неподвижны!?репер.
При анализе деформированного состояния фундаментов и их осно¬
ваний в ряде случаев необходимы лишь значения относительных верти¬
кальных перемещений осадочных знаков. Относительные вертикальные
26

(ПН
_
я
I л п U п !
i—
6)
Рис.2.1. Схема определения относительных перемещений на примере рамного
фундамента турбоагрегата
а - общий вид; б — план; 1, 2, 3, ..., /V - осадочные марки; -f —линия отно¬
сительных прогибов фундамента по оси А; А£у - превышение i-й марки над
J-ii; — перемещение i-й марки над j-й за период A t
перемещение могут быть определены путем сравнения соответствующих
превышений, измеренных в различные моменты времени t.
Последовательность превышений отдельных осадочных марок (ре¬
перов) , расположенных вдоль заданного контура, будем записывать в виде
столбца чисел и называть вектором превышений. При этом контур дол¬
жен определенным образом охватывать исследуемую область основания
или сооружения. Оптимальное направление вектора превышений (плано¬
вое положение контура нивелирования) следует предусматривать програм¬
мой наблюдений из расчета получения максимальной точности величины
деформаций. Вектор превышений запишем в виде
«‘-hV
MN
Л21
Ni
(2.1)
Понятие вектор в данном случае использовано по следующим сообра¬
жениям: во-первых, последовательность превышений задает конкретное
направление измерений в системе марок; во-вторых, вектор перемеще¬
ний для заданного промежутка времени определяется как разность век¬
торов превышений соответствующих моментов времени и вычисляется
по правилам векторной алгебры (рис.2.1), т.е.
vat=vA-t =ht1
ч
и
(2.2)
Положительному направлению элементов вектора перемещений соот¬
ветствует направление вниз, если t2 >tj.
Для вектора превышений может быть получена более определенная
оценка точности, чем для высотной координаты (отметки), поскольку
ошибка последней зависит от положения репера и пути нивелирования.
Кроме того, на значениях вектора превышений в меньшей степени ска¬
зываются систематические ошибки, чем на значениях отметок.
Математическое ожидание вектора превышений характеризуется сред¬
ним арифметическим из значений измеренных превышений. Доверитель¬
ный интервал отклонения от среднего арифметического выражается через
среднюю квадратическую ошибку Мц в виде
5hij = ±tp tn
1]М~,
(2.3)
27

здесь -tp ~ 1 J . - значение коэффициента Стьюдента для вероятности рпри
где D • - — отклонение от среднего арифметического отдельного измерения.
Доверительный интервал возможных отклонений для перемещений
за время t2 - tj можно найти по формуле
и таким образом установить однозначную оценку измеряемых деформа¬
ций при условии, что плановое положение осадочных марок является
точным.
Методика безрепериого нивелирования, помимо однозначной оценки
точности, характеризуется простотой обработки результатов измерений,
поскольку отпадает необходимость вычисления отметок. Анализ харак¬
тера деформаций может выполняться непосредственно в процессе наблю¬
дений и служить в качестве дополнительного критерия ошибок.
Название ’’методика безрепериого нивелирования” не означает от¬
сутствия глубинного репера, высотное положение которого неизменно.
Термин следует понимать как отсутствие конкретного репера, от кото¬
рого производится отсчет высотного положения. Вектор превышений
может включать один или несколько глубинных реперов, окончательное
решение об устойчивости положения которых может быть сделано в ре¬
зультате соответствующего анализа. В ряде случаев можно вообще от¬
казаться от устройства глубинных реперов, заменяя их достаточным чис¬
лом поверхностных марок и марок, закрепленных на сооружениях с ма¬
лыми нагрузками на основание, и учитывая, что будет выполнен анализ
устойчивости всей системы.
Преимущество методики безрепериого наблюдения за деформациями
реконструированного сооружения можно показать на следующем примере.
Рамные фундаменты турбоагрегатов мощностью 300 ООО кВт на Триполь¬
ской ГРЭС в результате чрезмерных деформаций песчаного основания
потребовали реконструкции. Нижние элементы всех фундаментов были
объединены 'сплошной железобетонной плитой толщиной 2,5 м. Частич¬
ному усилению подверглось также верхнее строение фундамента, распо¬
ложенное на высоте 10 м от подошвы. После реконструкции проводились
систематические геодезические наблюдения за вертикальными смеще¬
ниями фундамента.
Глубинные реперы располагались на значительном удалении от оса¬
дочных марок как в плане, так и по высоте. Нормативная средняя квад¬
ратическая ошибка определения осадки для наблюдений I класса сос¬
тавляет ±1,0 мм. В связи со значительным удалением реперов факти¬
ческая ошибка определения осадок марок по отношению к глубинным
реперам превышала нормативную. Поскольку при наблюдениях за де¬
формациями рамного фундамента турбоагрегата наибольший интерес
представляет взаимное смещение жестких рам, было принято решение
использовать методику безрепериого нивелирования, которая обеспе¬
чивала требуемую точность.
Измерения проводились по программе нивелирований Г класса, т.е.
каждое превышение измерялось 4-кратно. Статистическая обработка ре¬
числе измерений П • М.. — ппкачятепь. оппепепяемый по формуле:
(2.4)
(2.5)
28

Зенковать ФР6-30
б)
\ /
-<21
Рис.2.2. Приспособления для наблюдений заосалками
а — универсальная марка; б — узел опирания подвесной рейки
зультахов измерений показала, что доверительные интервалы деформа¬
ции крена оказались в пределах 0,05—0,18 мм/м. С учетом норматив¬
ной ошибки измерения осадок ( ± 1,0 мм) рассчитанный доверительный
интервал деформации крена составлял ±0,76 мм/м. Среднее значение,
измеряемой деформации крена, как показали наблюдения, изменялось*
в пределах 0,1—0,9 мм/м. Результаты анализа точности наблюдений по
методике безрепериого нивелирования позволили заключить, что кри¬
вые развития крена описывают реологические процессы в основании и не
являются ошибками измерений.
При проведении наблюдений особое внимание следует уделять ка¬
честву геодезических инструментов. Необходимо тщательно выверять
нивелир, угол i должен иметь минимальное (до 5') значение [26, с.З—7],
поскольку в реальных условиях наблюдений обеспечить равенство плеч
нивелирования, не увеличивая существенно объема работ, удается в ред¬
ких случаях. Максимальная составляющая погрешности (до 5—10 мм)
определения превышения возникает обычно в результате наклона рейки.
Поэтому рейки обязательно должны быть снабжены уровнями. Если по
условиям производства наблюдений воспользоваться уровнем не уда¬
ется, то положение рейки следует корректировать по сетке нитей ниве¬
лира или визуально, а также использовать подпятник, центр оградитель¬
ного кольца которого совпадает с осью делений инварной полосы.
Существенно влияют на качество наблюдений конструкция и рас¬
положение осадочных марок. В литературе [25, с.81-88] описаны раз¬
личные конструкции осадочных марок, которые имеют свои особенности
в зависимости от назначения. Не останавливаясь на их описании, приве¬
дем конструкцию осадочной марки (рис.2.2, а), рекомендуемой к при¬
менению при геодезических наблюдениях за осадками как строящихся,
так и эксплуатируемых сооружений. Рекомендуемая конструкция марки
отличается высокой степенью универсальности и сравнительной просто¬
той изготовления и установки. Эта,марка может быть также использо¬
вана совместно с подвесной рейкой специальной конструкции, которая
29

изготовляется из стандартны;- штриховых или шашечных реек длиной
1—1,5 м путем добавления в верхней части специального узла (рис.2.2, б).
Марка легко забивается в асфальт и деревянные строения, что позволя¬
ет использовать ее как точку в нивелирном ходе.
В задачу специальных геодезических работ могут входить также на¬
блюдения за кренами высоких сооружений. При организации наблюде¬
ний необходимо различать крен фундамента и крен самого сооружения
(надфундаментного строения). В известных пределах отмеченные виды
деформаций являются независимыми, поэтому при проведении наблюде¬
ний целесообразно предусматривать выполнение независимых измерений.
Систематическое приращение крена сооружения обусловлено при¬
ращением крена фундамента. Поэтому для прогноза устойчивости реконст¬
руируемого или усиливаемого фундамента в первую очередь необходимо
знать скорость крена фундамента, которая может быть установлена путем
высокоточного нивелирования. Крен надфундаментного строения может
быть измерен следующими способами [25, с.81—88].
1. Способы проецирования с использованием теодолитов. Для этого
на цоколе сооружения (прямоугольного в плане) располагают линейку,
на которую проецируют при двух положениях круга теодолита контур¬
ные точки верха и низа сооружения. Разность отсчетов проекции верха
и низа, отнесенная к высоте сооружения, дает величину крена. Измере¬
ния выполняют по двум взаимно перпендикулярным направлениям и за¬
тем вычисляют результирующую крена.
2. Способом координирования, который заключается в том, что на
местности закрепляется базис из двух опорных точек и по отношению
к нему определяется плановое положение верха и низа сооружения. Вели¬
чина горизонтальной проекции отрезка вертикальной оси между верхней
и нижней точкой сооружения, отнесенная к разности высот этих точек,
дает величину крена. Этим способом удобно пользоваться в стесненных
условиях, когда часть сооружения находится за пределами прямой види¬
мости. Для определения положения скрытой части сооружения необходи¬
мо прокладывать полигонометрический ход от пунктов базиса.
3. Различными механическими способами, например с помощью кли-
нонометров или отвесов.
В том случае, когда необходимо определить искривление сооруже¬
ния, то его по высоте условно разбивают на несколько частей и опреде¬
ляют крен каждой части одним из перечисленных способов. Искривле¬
ние сооружения обычно характеризует его деформации в момент строи¬
тельства и позволяет оценить приращение крена в послестроительный
период.
Для практического использования можно рекомендовать новый ва¬
риант способа проецирования, который отличается сравнительной про¬
стотой и высокой точностью (рис.2.3). Предлагаемая методика была
использована при определении положения дымовых труб высотой от 45
до 120 м. Существо методики заключается в том, что проецирование вы¬
полняется не на натуральную шкалу, расположенную в плоскости соору¬
жения, -а на условную, масштаб которой изменяется в зависимости от
расстояния, до сооружения и требуемой точности. В качестве такой шка¬
лы может использоваться рулетка или шашечная рейка, располагаемые
между инструментом и сооружением (см. рис.2.3, а). Отклонение гори¬
зонтальной проекции центра верха сооружения от соответствующей
проекции центра его низа вычисляется в долях проекции D', натуральное
30

Рис.2.3. Схема определения крена высо¬
ких сооружений по заданному направле¬
нию (а) и результирующего креиа (б)
1 - вертикальная ось; 2 - фактическое
положение оси сооружения
выражение которой Т) определяется затем непосредственным измере¬
нием. Из пропорции определяется значение Д.
Вычисленное отклонение А, отнесенное к разности высот проецируе¬
мых центров верха и низа сооружения, дает величину крена сооружения
i| (см. рис.2.3, б) по направлению, перпендикулярному оси визирова¬
ния при установке инструмента на точке 7. Затем выбирается несколько
новых мест установки инструмента (77 и 7/7) и определяются значения
кренов по соответствующим направлениям ф и ij, см. рис.2.3, б).
Результирующий крен определяется как градиент наклонов. Для
этого из концов отрезков, изображающих крены по заданным направле¬
ниям (см. рис.2.3, б), восстанавливаются перпендикуляры до взаимно¬
го пересечения. Поскольку значения кренов по направлениям не явля¬
ются точными и содержат случайные ошибки, то восстановленные пер¬
пендикуляры пересекутся не в одной, а в нескольких точках, образуя
некоторую фигуру. Центр этой фигуры покажет среднее значение и на¬
правление результирующего крена i. Отклонение вершин фигуры от
центра определит ошибку измерения.
Требуемая точность определения крена зависит от типа сооружения
и устанавливается в следующих пределах [25, с.81— 88]: гражданские
здания и сооружения — 0.0001L, дымовые трубы, мачты вооружений
связи, ЛЭП — 0,0005L, фундаменты под машины и агрегаты — 0,00001L,
где L — высота здания или сооружения.
Составным элементом специальных геодезических работ является
организация наблюдений за трещинами. Эти наблюдения имеют две ос¬
новные цели: выяснить распространение зон деформаций, в результате
чего установить их эпицентр; изучить характер развития повреждений
во времени.
Значительное смещение одной части здания или сооружения отно¬
сительно другой его части сопровождается разрывными деформациями* —
31

Рис.2.4. Конструкция маяков
а — в форме восьмерки; б — со стек¬
лянной пластинкой; в — с перехлес¬
тывающими пластинами
трещинами. Появление трещин и их состояние фиксируют с тем, чтобы,
во-первых, установить факт их дальнейшего раскрытия, во-вторых, из¬
мерить скорость их раскрытия. Для этих целей используют соответствен¬
но маяки и щелемеры. Обнаруженные трещины отмечают на плане и фа¬
садах сооружения с указанием величины их раскрытия на момент наблю¬
дения.
Маяк (рис.2.4, а) представляет собой алебастровую плитку, чаще
всего в форме восьмерки, толщиной не более 10 мм в средней части. Плит¬
ка крепится к обоим краям трещины на поверхности, очищенной от шту¬
катурки. Маяки располагают в местах наибольшего раскрытия трещин
с обязательным указанием даты их установки. В средней части - шейке
маяка часто устанавливают стеклянную пластинку (рис.2.4, б). Разрыв
шейки маяка свидетельствует о нарастающем развитии трещины. Опи¬
санная конструкция маяка может дополняться различными элемента¬
ми, с помощью которых измеряется ширина раскрытия трещины. Напри¬
мер, в шейке могут закрепляться две перехлестывающиеся пластины
(металлические, стеклянные, пластмассовые, деревянные) с нанесенны¬
ми рисками для фиксации перемещений (рис.2.4, в). Маяк конструкции
Белякова содержит с каждой стороны от трещины по пять металлических
шпилек с острым концом, выступающим из плоскости маяка на 1—2 мм.
На такой маяк во время осмотра накладывают лист плотной бумаги и
получают проколы в местах расположения шпилек. Дальнейшие изме¬
рения производят по фиксированным проколам с помощью масштабной
линейки и циркуля.
Для определения ширины раскрытия трещины применяют отсчет-
ный микроскоп МПБ-2. Микроскоп имеет шкалу, которая позволяет
измерять щели размером до 6,5 мм с точностью до 0,05 мм. Наблюде¬
ния проводят в фиксированных местах, где перпендикулярно трещине
находится тонкая риска, вдоль которой производятся замеры в различ¬
ные периоды времени.
Практическое значение наблюдений за развитием трещин можно
иллюстрировать следующим примером. Здание кинотеатра было запроек¬
тировано на ленточных фундаментах по грунтовой подушке, перекры¬
вающей просадочные лессы. После устройства фундаментов геотехни¬
ческий контроль установил, что грунтовая подушка не отвечает требо¬
ваниям проекта. Было решено усилить фундаменты под колонны демон¬
страционного зала путем подводки буронабивных свай длиной 13 м. После
постройки здания вследствие утечек из водонесущих коммуникаций в
основании возникли просадки, в результате чего в стенах образовались
трещины. Это потребовало произвести внеочередной ремонт, после кото¬
рого здание эксплуатировалось еще 2 года. Затем просадки вновь акти¬
визировались; раскрылись старте и появились новые трещины шириной
раскрытия в нижней части здания 2—3 мм и в верхней — 2—8 мм. Основ-
32

ные трещины были сконцентрированы вблизи элементов усиления
(рис.2.5).
Анализируя характер развития трещин по высоте здания, а также
их положение, можно заключить, что здание в целом получило дефор¬
мацию выгиба, обусловленную осадками ленточных фундаментов на про-
садочном основании. Устройство свайного фундамента при усилении части
здания усугубило неравномерный характер осадок по всему зданию и спо¬
собствовало (в сочетании с грунтовой подушкой низкого качества) раз¬
витию деформаций.
2.3.	Дополнительные инженерно-геологические изыскания
Задачей дополнительных инженерно-геологических изысканий, прово¬
димых в основании усиливаемых и реконструируемых фундаментов,
является выявление фактических геологических и гидрогеологических
условий и их соответствие ранее принятым, а также определение физиче¬
ских и механических свойств грунтов природного сложения на отметке
подошвы фундаментов и по глубине сжимаемой толщи. На основе изыс¬
каний устанавливается возможность использования обследуемого основа¬
ния или выявляется необходимость его упрочнения. При решении указан¬
ных выше задач наиболее эффективны методы зондирования и испыта¬
ний грунтов в скважинах.
Зондирование применяют как в качестве самостоятельного метода
исследований, так и в комплексе с другими методами для оценки проч¬
ностных и деформатиьных характеристик грунтов. При зондировании
имеется возможность выявить однородность сложения грунтов в резуль¬
тате различного их сопротивления внедрению зонда по глубине и в плане,
оценить плотность песчаных и консистенцию глинистых грунтов, уточнить
литологический разрез, произвести корреляционную оценку механических
свойств и относительной просадочности, определить несущую способность
свай. Порядок проведения испытаний, применяемое оборудование и спо¬
собы обработки результатов зондирования регламентированы соответст¬
вующими нормативными документами [28].
33
2-291

Статическое зондирование, которое получило наибольшее примене¬
ние, осуществляется путем непрерывного вдавливания в грунт со ско¬
ростью около 0,5 м/мин стандартного зонда диаметром 36 мм, имеющего
наконечник такого же диаметра (Г = 10 см2) в виде конуса с углом при
вершине 60°. По результатам испытания определяется удельное сопро¬
тивление грунта конуса зонда	и	сопротивление грунта по боковой
поверхности зонда рв или на участке длиной 310 мм, непосредственно
примыкающем к конусу Pf. По значению р q (Ю^Па), согласно работе
[28], определяются ориентировочные значения нормативного угла внут¬
реннего трения песков и нормативного модуля деформации £(105 Па),
который вычисляется соответственно для песчаных и глинистых грунтов
по формулам
£ = 3q и £ = 7q-	(2.6)
Статическое зондирование позволяет также определять прочностные
характеристики глинистых грунтов на основе установленных корреля¬
ционных связей с параметрами си 9 [29, с.110—111].
Для статического зондирования - применяются серийно выпускаемые
в нашей стране станции пенетрационного каротажа (СПК) конструкции
института ВСЕГИНГЕО, установки института Фундаментпроект С-979,
СП-59 и СП-72, смонтированные соответственно на полуприцепе, на базе
колесного трактора Т-16М и на базе автомобиля ЗИЛ-157, а также уста¬
новка НИИпромстроя С-832М на базе шасси автомобиля ЗИЛ-131. Осо¬
бенностью установки С-832М является возможность раздельной автома¬
тической записи на диаграммных лентах показаний лобового Pq и боко¬
вого Pf сопротивлений грунта. Эта установка также снабжена специаль¬
ным стабилизирующим устройством, позволяющим, кроме показаний
в процессе непрерывного погружения зонда, получать дополнительную
информацию о сопротивлении грунта при равновесном состоянии зонда,
коща усилия, вдавливающие зоцд, уравновешиваются сопротивлением
грунта и скорость погружения зонда стремится к нулю. В этом случае
скорость погружения зоцда может быть приближена к скорости осадок
реальных зданий и сооружений, а снимаемые при таком методе зонди¬
рования показания носят название стабилизированных.
Статическое зондирование для оценки просадочных свойств основа¬
ний базируется на установлении степени снижения прочностных свойств
грунта от замачивания К3. Методика НИИ оснований и подземных соо¬
ружений [30; 31, с.27] предусматривает использование зоцда специаль¬
ной конструкции, который при раздельном фиксировании лобового и бо¬
кового сопротивлений обеспечивает возможность пропуска воды для
замачивания. При зтом значение К3 устанавливается по отношению за¬
меренных в одной и той же точке зондирования значений сопротивления
конуса зонда при природной влажности грунта и грунта в водонасыщен¬
ном состоянии. Относительная просадочность определяется по корре¬
ляционной зависимости	£Лпр=р (К3), которая аппроксимируется линей¬
ными уравнениями, достаточно близкими для различных районов страны.
При статическом зондировании по методике НИИпромстроя [32,
с.24—27; 31—33] без проведения предварительного замачивания можно
установить как склонность грунта к просадке, так и величину относи¬
тельной просадочности. При отношении ОС стабилизированных пока¬
заний сопротивления зонда по боковой поверхности fCT к соответствую¬
щим показаниям при непрерывном погружении ty, большим 0,7, грунты
обладают просадочными свойствами. Между величинами X и сРпр выяв¬
34

лена достаточно тесная корреляционная связь линейного характера. Ис¬
следованиями НИИпромстроя также установлена линейная корреляцион¬
ная связь К з = f (<f-np )■ В этом случае К3 характеризует отношение
лобовых сопротивлений грунта естественной влажности и предваритель¬
но замоченного через дренажную скважину, т.е. по результатам зондиро¬
вания в двух точках.
Статическое зондирование в стесненных условиях может осущест¬
вляться переносной портативной залавливающей установкой, входящей
в комплекс приборов полевой лаборатории ПЛГ конструкции ПНИИИСа
Госстроя СССР и Калининского политехнического института.
Оценка грунтов на отметке подошвы фундаментов и на некоторой
глубине может производиться также с помощью пенетрационных испы¬
таний [31]. Для пенетрации используется наконечник — конус с углом
при вершине 30° весом ЗЯ. За критерий оценки принимается удельное
сопротивление пенетрации Рп, вычисляемое путем деления вертикального
усилия вдавливания Р на квадрат глубины погружения конуса h2. Пене-
трационные испытания рекомендуется проводить [31, с.25] для сравни¬
тельной оценки прочности глинистых грунтов. По данным В.Ф. Разорено¬
ва [33, с.67—74], пенетрационные испытания, совмещенные с испытаниями
в приборах одноосного сжатия позволяют определять угол внутреннего
трения V песчаных грунтов, а также удельное сцепление с и угол Ч3 гли¬
нистых грунтов.
Оценка просадочных свойств с помощью пенетрации производится
путем зондирования как грунта естественной влажности, так и грунта,
замоченного на глубину 15—20 см. Пенетрации в обоих случаях произ¬
водится на глубину 10 см в 10 точках с определением среднего значения
удельного сопротивления пенетрации. Последнее имеет корреляционную
связь со значением относительной просадочности (Рпр [30].
Сжимаемость грунтов при полевых испытаниях определяют, как пра¬
вило, в скважинах (штампом площадью 600 см2 и прессиометром), а
при лабораторных — в компрессионных приборах, приборах трехосного
сжатия и старбилометрах”.
Установка для испытаний в скважинах на глубине до 20 м (рис. 2,6,а)
включает штамп 7, стойку из труб 2 диаметром 169—219 мм, помещенных
внутри обсадной трубы 3 диаметром 325 мм, домкрат 4, упирающийся
в балку 5, и две сваи 6. В процессе испытания необходимо поддерживать
заданное значение давления на грунт, что достигается систематической
подкачкой масла в домкрат либо применением электрических или пнев¬
матических компенсационных устройств. Показанная на рис.2.6, б ка¬
натно-рычажная установка КРУ-600 конструкции треста УралТИСИЗ обес¬
печивает поддержание заданной нагрузки в течение всего периода испыта¬
ния. Установка имеет раму 7, которая опирается на балки 5, закрепленные
на анкерных сваях 6. На раме располагается уравновешенный загрузоч¬
ный рычаг 8 с соотношением плеч 1:30. Одно плечо рычага передает усилие
на стойку 2 через канат, а второе, снабженное сегментом 9, предназначено
для укладки тарированного груза массой до 150 кг. Осадки штампа обыч¬
но измеряют в двух диаметрально противоположных точках прогибоме-
рами, которые устанавливают на брусьях реперной установки и приводят
в движение стальной проволокой диаметром 0,3—0,5 мм.
При испытаниях глинистых грунтов твердой и полутвердой консистен¬
ции, а также песчаных грунтов, залегающих выше уровня грунтовых вод,
применяют жесткий штамп со сплошной подошвой. Фильтрующий (пер¬
форированный) штамп используют при испытании более мягких глинистых
35
I

Рис. 2.6. Схема установки для испытаний сжимаемости грунтов в скважинах-дудках
а - штамп с анкерными сваями; б — канатно-рычажная установка КРУ-600
грунтов, залегающих выше уровня грунтовых вод. При испытании слабых
грунтов, у которых возможно вспучивание дна при проходке скважины
(глинистых текучей консистенции, песчаных, расположенных ниже уровня
грунтовых вод), применяется специальный штамп, совмещенный с зачисти-
телем. Штамп (см. рис.2.6, а) имеет раскрывающиеся лопасти для зачист¬
ки забоя путем вращения и емкость для складирования извлекаемого при
зачистке забоя грунта. При установке штампа ниже уровня грунтовых вод
в скважине постоянно поддерживается столб воды, превышающий на
1—2 м отметку уровня грунтовой воды.
Проходка скважины в устойчивых грунтах при отсутствии грунтовых
вод допускается без крепления стенок обсадными трубами. В этом случае
диаметр скважины принимается 298 или 325 мм. В неустойчивых грунтах
диаметр скважины принимается 348 мм для обеспечения возможности
установки в процессе бурения обсадных труб с наружным диаметром
325 мм. Участок скважины с глубины на 1—2 м выше отметки испытания
проходят только вращательным бурением; последний участок углубляют
на 2 см зачистителем.
Ступени давления при нагружении штампа принимаются с таким расче¬
том, чтобы общее число их в пределах линейного участка зависимости
S = f (р) было не менее четырех-пяти, включая начальную р0 и конечные
Рк ступени. Ступени давления pj назначают равными 0,5-И • 10^ Па в за¬
висимости от вида, плотности и состояния по влажности испытываемого
36

Таблица 2.1. Экспериментальные значения
Генетические типы
грунтов
Значения т при коэффициенте пористости
0,4 * в ^ о,7 j 0,7 < е ^ 1 J е >1
Аллювиальные
Делювиальные
Элювиальные, в том числе
1,25	1,5	1,75
1,9	2,0	2,1
1,2	1,4	1,6
для пород:
интрузивных
эффузивных
метаморфизованных
1,25	1,55	1,9
1,0	1,15	1,3
1,3	1,45,	1,6
грунта; для слабых водонасыщенных грунтов эти ступени составляют
0,5+0,25 • 105 Па.
По полученной экспериментальной зависимости между удельным
давлением на грунт р и осадками S штампа диаметром d вычисляют модуль
деформации грунта, используя формулу Ф. Шлейхера
где р. - коэффициент Пуассона (0,3 — для песков и супесей, 0,35 — для суглинков
и 0,42 — для глин); Ар и AS — соответственно приращение давления и осадка в пре¬
делах прямолинейного участка зависимости -S = р (р ) , который ограничен с од¬
ной стороны начальным давлением рд, с другой — конечным рк,
Начальное давление р0 соответствует полному обмятию неровностей,
возникающих при зачистке поверхности грунта и притирке штампа, и при¬
нимается не менее 0,5 • 10$ Па или бытового давления на отметке испы¬
тания. Конечная ступень давления рк соответствует давлению, последую¬
щее увеличение которого на одну ступень вызывает не менее чем двойное
увеличение осадки по сравнению с ее увеличением на предыдущей ступени.
Методика подготовки, проведения и обработки результатов штампо-
вых испытаний приведена в ГОСТ 12374—77, а также в работах [29, 34]
и др.
Как известно, в качестве эталона при оценке сжимаемости грунта
признаны результаты испытаний штампами площадью 5000 см2, которые
одновременно являются базовыми при оценке существующих методов
определения осадок. Поэтому переход от значений модулей деформации,
полученных при испытании штампом площадью 600 см2, к эталонному
модулю, полученному при испытании штампом площадью 5000 см2, может
осуществляться путем введения повышающих коэффициентов ш, уста¬
новленных В.М. Чижевским на основе статистической обработки резуль¬
татов сопоставимых штампами указанных размеров. В первом прибли¬
жении для устранения систематической ошибки глубинных штамповых
испытаний значения 1?б00> рассчитанные по формуле (2.7), следует ум¬
ножать на корректирующий коэффициент m (табл. 2.1).
Снижение модуля деформации при глубинных испытаниях можно
объяснить влиянием не столько заглубления штампа, сколько его разме¬
ров, погрешностей испытаний в скважинах (сложность зачистки забоя,
возможное нарушение структуры грунтов грунтовыми водами, влияние
горизонтального давления грунта и др.), а также сопутствующим влия¬
нием собственного веса массива.
Следует отметить принципиальную возможность определения по штам-
повому испытанию параметров сдвига си V-В этом случае должны быть
Е = 0,79 (1 -д2) (Др/AS),
(2.7)
37

Рис.2.8. Результаты обработки прессиометрическо-
го опыта
1 - зависимость Ad. — f(р) при нагруже¬
нии; 2 - то же, при разгрузке; 3 — круги Мора;
4 - зависимость Т — ftp)
Рис. 2.7. Схема прессиометра ПЭВ-89
а — общий вид; б — разрезная обсадная труба
установлены значения критического давления рк, соответствующего рез¬
кому переходу линейной части графика S = f (р) в криволинейную, и
значения предельного давления ри, характеризующего исчерпание несущей
способности основания. Такой метод, детально рассмотренный в работе
[34, с.16—19], основан на использовании формулы Н.П. Пузыревского
для критического (начального краевого) давления и формулы (28) СНиП
11-15-74 для предельного давления.
Испытания сжимаемости грунтов с помощью прессиометра заключают¬
ся в обжатии участка скважины горизонтальным равномерным радиаль¬
ным давлением и измерении образующихся при зтом перемещений грунта.
Для испытаний используют прессиометры гидравлического, механическо¬
го или воздушно-электрического типа.
Прессиометр ПЭВ-89 конструкции Уральского политехнического ин¬
ститута включает в себя (рис. 2.7, а) рабочую камеру 1 в эластичной
оболочке 2, соединительные шланги 4, устройства для создания давления
(насос, баллон) и измерения перемещений грунта. Радиальные перемеще¬
ния фиксируются бесконтактными датчиками линейных перемещений
индукционного типа 3, объединенных в единый блок, который подклю¬
чен к блоку регистрации 6 как одно индукционное сопротивление. Прес¬
сиометр опускается с помощью троса 5 на заданную глубину.
Начальная ступень давления рн внутри камеры прессиометра назна¬
чается с учетом жесткости эластичной оболочки, которая заранее тари¬
руется, и положения уровня грунтовых вод. Значения последующих сту¬
пеней нагрузки и их число назначают по аналогии с их назначением при
штамповых испытаниях в скважине. Порядок проведения испытаний
и обработки результатов приведен в ГОСТ 20276—74 и подробно освещен
в работе [34, с.41—46].
38

При испытании слабых оплывающих грунтов рабочую камеру поме¬
щают в специальную обсадную трубу с гибким участком, которая закреп¬
ляет опытный участок скважины и имеет 8—12 сквозных прорезей вдоль
образующей на участке длиной 800 мм. Жесткость трубы учитывается
при назначении внутреннего давления р в прессиометре на основе пред¬
варительной тарировки. С применением обсадной разрезной трубы осу¬
ществляют также испытания просадочных грунтов с замачиванием. Мето¬
дика испытаний слабых грунтов, в том числе просадочных с замачиванием,
подробно освещена в работе [34, с.60—62].
При обработке результатов прессиометрического опыта строят график
’’давление на грунт р — изменение диаметра скважины Ad” (рис. 2.8),
используя значения р и Ad, соответствующие состоянию условной стаби¬
лизации деформаций. Значение Ad (см) определяют как разность диамет¬
ра скважины при данной ступени давления р (вычисленного с учетом
потерь давления на расширение оболочки и гибкого участка) и началь¬
ного диаметра do при давлении Ро ~ § &Н,	где	£	—коэффи¬
циент бокового давления, равный д/(1 —д);	—	плотность	грунта	и	Я	—
глубина испытания.
Модуль деформации вычисляют по формуле:
где К — корректирующий коэффициент, изменяющийся по ГОСТ 20276—74 от 3 до
1,2	в зависимости от глубины испытания и вида грунта; d ,	25р , Ad — пара¬
метры прессиометрического опыта (см. рис.2.,8).
Прочностные характеристики си V7 определяются по линейно оги¬
бающей нескольких кругов Мора (см. рис.2.8). Радиус каждого круга
Мора Rj вычисляется для двух смежных точек (i, i + 1) нелинейной части
(при р > рк) графика Ad = f (р) по формуле:
где т — коэффициент, учитывающий влияние физической анизотропии; р ■ . , Р^л
*AcLi+i, A d.-L — обозначения на рис.2.8.
Для вычисления Rj берутся смежные ступени нагрузки на пресоиомет-
рических кривых, характеризующихся плавным и прогрессирующим на¬
растанием деформаций. За максимальное напряжение df принимается
полусумма давлений pi и Рг+ч , за минимальное d£ =	—	2 Rj.
Описанный способ определения параметров си <р по результатам прес¬
сиометрического испытания детально рассмотрен в работе [34, с.43—46].
При необходимости испытаний сжимаемости слабых водонасыщеи-
ных грунтов, в которых проходка скважин путем бурения затруднена,
могут применяться специальные залавливаемые прессиометры: зонд-
прессиометр конструкции Уральского политехнического института [34,
с.59—60] и лопастной механический прессиометр конструкции ПНИИИСа
Госстроя СССР (ГОСТ 21719-80).
Сопротивление сдвигу грунта при испытаниях в скважине опреде¬
ляют с помощью установок, сочетающих преимущества метода прямо¬
го среза при заданном давлении и метода прессиометрии. Сущность этого
способа заключается в срезе при заданном нормальном давлении грун¬
тового цилиндра, образующегося вокруг рабочего органа прессиометра.
E = K6q (Ар/Ad),
(2.8)
Rj = m
In
 ,
(2.9)
39

Названный способ реализован в установках поступательного (ПС-89) и
вращательного (ВС-108) i среза в конструкции Уральского политехни¬
ческого института [34, с.49—53] и в прессиометре-сдвигомере конструк¬
ции ПНИИИС Госстроя СССР, созданного на базе лопастного прессиомет¬
ра (ГОСТ 21719-80).
Принцип работы прессиометров, предназначенных для раздельного
определения параметров сдвига си V7, рассмотрим на примере установки
ПС-89 (рис.2.9). Рабочий орган срезыватель, включающий в себя рабо¬
чую камеру с эластичной оболочкой 1 и жесткие выдвижные продольные
элементы 2 с лопастями, связан с упорно-вытяжным домкратом 6 тро¬
сом 7, а с устройством для создания давления — шлангом 4. Потенциомет¬
рические датчики 3 проводами, размещенными внутри шланга 4, соеди¬
нены с измерителем перемещений 5. Элементы 2 возвращаются в исход¬
ное положение усилием эластичных обойм 8, закрепляющих набор продоль¬
ных элементов вокруг эластичней оболочки 1 таким образом, чтобы обес¬
печить условия образования цилиндрического среза без ’’зубцов” даже при
максимальном расширении рабочего органа. Проходка верхнего участка
скважины (на 0,5 м выше отметки испытания) производится любым
способом с креплением стен в неустойчивых грунтах обсадными труба¬
ми, а опытного участка скважины — вращательным бурением.
Испытание заключается в проведении трех опытов на срез при сущест¬
венно различных значениях нормального давления на грунт	(л1< 6Z < б3
по кольцевой поверхности среза, наружный диаметр которой определяет¬
ся положением внедренных в грунт под давлением лопастей. Каждый опыт
на срез проводится на различных горизонтах с перестановкой прибора
в пределах слоя однородного грунта, либо на одном горизонте методом
повторных сдвигов. Методика проведения и обработки результатов испы¬
тания детально рассмотрена в работе [34, с. 49—53].
Удельное сопротивление сдвигу при заданном на поверхности среза
давлении для каждого опыта рассчитывается по формуле
= 0,95 Q^ir АН,	(2.10)
где 0,95 — коэффициент, учитывающий сопротивление грунта перед лидирующей
лопастью; Qi — максимальное сдвигающее усилие; О- — диаметр рабочего органа;
Н — высота срезывателя.
Параметры сдвига си У7 определяются непосредственно по графику
т = { (d), рассчитываются методом наименьших квадратов.
Сопротивление сдвигу глинистых грунтов может определяться также
с использованием установки косого среза конструкции Уральского поли¬
технического института. Установка (рис. 2.10) включает ручной винтовой
пресс 1 с динамометром 2 и комплект из трех-четырех клиновых обойм 3
площадью 50—100 см2, каждая из которых располагается в момент испы¬
тания на тележке 4. Обоймы имеют различные углы наклона щелевой
прорези к плоскости поперечного сечения. Величина щелевого зазора
S = 5-г-Ю мм при испытании регулируется с двух сторон штоками 5, про¬
пущенными через направляющие втулки и закрепляемыми винтами. При
отборе проб грунта на низ обойм надевается режущее кольцо 6. Высота
h испытываемых проб ненарушенного сложения, отобранных грунтоносом
из скважины или непосредственно из шурфа и соответствующих высоте
обойм, выбирается в зависимости от угла щелевой прорези а.
При а, равном 60; 50; 40 и 30° высота h назначается равной соответ¬
ственно 2,6; 2,1; 1,7 и 1,5 d, где d —диаметр обоймы.
40

a)
Ж
/Mb-,
6)
f
ш
Рис. 2.10. Схема установки косого среза в клино¬
вой обойме
а - общий вид; б - клиновая обойма
Рис. 2.9. Схема установки поступательного среза
ПС-89	‘
Методика подготовки и проведения испытаний на установке косого
среза подробно рассмотрена в работах [33, с.52—56; 34, с.32—33]. Обра¬
ботка результатов заключается в определении значений нормального d; и
касательного ^7 напряжений по каждой наклонной площадке в момент
среза, т.е.
di = picos2ai; Tj = Pj/2 sin 2аА,	(2.11)
где — предельное вертикальное давление.
Лабораторные испытания сжимаемости в компрессионных и прочности
в сдвиговых приборах проводятся по общепринятым методикам. Следует
иметь в виду, что компрессионные испытания содержат систематическую
ошибку в определении модуля деформации Ек по отношению к эталонно¬
му штамповому модулю £ш. Причинами расхождений значений Еш и Ек
являются как несовершенство лабораторного испытания, так и различия
в условиях работы грунта при штамповом и компрессионном испытаниях.
Поэтому для сооружений 11—1У классов надежности значения Ек, опреде¬
ленные при компрессионных испытаниях песчаных и глинистых грунтов,
должны корректироваться до эталонных значений Еш путем умножения
на коэффициент тк >1 [31, с.46-47]. Исследования также показывают,
что и стабилометрические испытания дают заниженные значения модуля
деформации Ес, которые должны умножаться на коэффициент me > 1. Для
41

приближенной оценки эначсппм шк и П1с могут определяться [33, C.132-134J
по формулам:
Ш - 2,72/е; гп =4,9е2 -11,7е + 8,4,	(2.12)
К	I-
до § - коэффициент пористости грунта природных сложений и влажности.
2.4.	Методы оценки состояния фундаментов
Натурные обследования состояния фундаментов производятся путем
визуального и инструментального наблюдения, а также лабораторных испы¬
таний материалов, взятых из конструкций, которые находились в эксплу¬
атации.
Шурф, предназначенный для обследования фундамента и основания, раз¬
рабатывается в плане в виде прямоугольника, большая сторона (1,5—3 м)
которого должна примыкать к фундаменту.
Размеры шурфа должны обеспечить свободную работу в нем людей.
При проходке шурфа геологическое описание производится по его стенке,
противолежащей фундаменту, где грунт обычно не нагружен. Со стороны,
прилежащей к фундаменту, пробы грунта отбираются с разных горизонтов
для определения загрязненности его агрессивными продуктами. Одновре¬
менно производится отбор проб грунтовой воды, если она окажется в шур¬
фе. Отобранные пробы грунта (массой не менее 0,5 кг) до лабораторного
химического анализа хранятся в стеклянных запарафинированных банках,
а пробы воды — в стеклянных сосудах с притертыми пробками.
Прочность материала фундаментов [2, с.14—20; 4; с.89—91] опреде¬
ляется неразрушающими методами (акустическим, радиометрическим,
магнитометрическим и др.)" или приборами механического действия (ша¬
риковым молотком Физделя, эталонным молотком Кашкарова, писто¬
летом ЦНИИСКа и др.). При сплошном обследовании фундаментов, стен
подвалов и подземных сооружений применяют ультразвуковой метод [2,
с.106—108; 3]. Ширина раскрытия трещин на поверхности фиксируется
отсчетным микроскопом МИР-2.
Неразрушающие методы проверки позволяют произвести более точные
измерения прочности материала фундаментов, а также обнаружить скрытые
в них дефекты без снижения прочности конструкций. При акустическом
методе, основанном на возбуждении упругих механических колебаний и
регистрации условий их распространения в исследуемом материале, при¬
меняют ультразвуковые приборы УКБ-1, ДУК-20, УК-10П, УФ-90ПЦ и др.
Радиометрические измерения интенсивности прохождения гамма-лучей в
исследуемом материале и сравнения ее с интенсивностью в эталонных об¬
разцах осуществляют портативным переносным гамма-плотномером СГП.
При магнитометрическом методе, основанном на возникновении магнит¬
ной анизотропии под действием приложенных напряжений, с помощью
приборов ИТП-1 и ИПА определяют толщину защитного слоя в железобе¬
тонных фундаментах и расположение в них арматуры.
Механические методы контроля прочности позволяют произвести оцен¬
ку только поверхностного слоя бетонных и железобетонных фундаментов.
Эти методы менее точны, по сравнению с неразрушающими, поскольку
прочность поверхности фундамента лишь приближенно может характери¬
зовать прочность его в массиве.
Пробы материалов подземных конструкций в агрессивных средах
подвергаются полному химическому анализу для определения процент¬
42

ного содержания окислов, ионов SO4” С1" влажности, водородного пока¬
зателя pH и др. Качественный и количественный состав продуктов кор¬
розии устанавливается методами петрографического и электронно-струк¬
турного анализа в лабораторных условиях.
При обследовании свайных фундаментов определяют состояние свай,
шаг и сечение свай, надежность заделки их в ростверк.
Наблюдения за уровнем грунтовых вод и их химическим составом
следует проводить через сеть смотровых скважин для своевременного
выявления утечки технологических растворов. Контрольные скважины
должны быть оборудованы обсадными перфорированными трубами. При
появлении воды в подвальных помещениях необходимо проверить сос¬
тояние коммуникаций и качество гидроизоляции.
При обследовании конструкций фундаментов также выявляется кор¬
розионное разрушение арматуры и закладных деталей. Характерным раз¬
рушением является уменьшение рабочего сечения арматуры или заклад¬
ных деталей в результате перехода наружных слоев металла в продук¬
ты коррозии. Состояние арматуры устанавливается при удалении защит¬
ного слоя бетона. Обнажение арматуры происходит преимущественно
в местах наибольшей подверженности ее коррозии, что выявляется по
отслоению защитного слоя бетона, образованию в нем трещин и ржавых
пятен. Сечение арматуры замеряется в месте ее наибольшего ослабления
коррозией. При равномерной коррозии глубину поражений определяют
измерением толщины слоя ржавчины, при язвенной — измерением глуби¬
ны отдельных язв.
Фундаменты, выполненные из ненапряженного железобетона, площадь
поперечного сечения арматуры в которых уменьшилась в результате кор¬
розии на 10% и более, должны быть усилены. Фундаменты с анкерными
болтами заменяются или усиливаются в тех случаях, когда уменьшение
поперечного сечения болта, работающего на растяжение на участке без
резьбы, превышает 20%, а болта, работающего на сжатие — 30%.
Для определения степени коррозионного разрушения бетона (степе¬
ни карбонизации, состава новообразований, структурных нарушений бето¬
на) используют современные физико-химические методы. Исследование
новообразований, возникших в бетоне под воздействием агрессивной
среды, производится на отобранных из фундамента образцах с помощью
дифференциально-термического, рентгено-структурного, электронно-ми¬
кроскопического и химического методов. Глубину карбонизации бетона
устанавливают по изменению величины рП.
Структурные изменения в бетоне определяют с помощью микроско¬
пического метода, который позволяет: детально изучить поверхность,
выявить наличие крупных пор, размер и направление трещин и взаимное
расположение и характер сцепления цементного камня и зерен заполнителя,
состояние контакта между бетоном и арматурой.
Оценка состояния железобетонных фундаментов производится по
десятибалльной системе. При этой оценке обращается внимание на наличие
высолов, мокрых и масляных пятен, трещин, отколов защитного слоя
бетона, следов ржавчины на поверхности бетона, а также на характер
сцепления арматуры с бетоном, выпучивание стержней арматуры, глубину
коррозии, структуру бетона, степень разрушения закладных деталей и за¬
щитных покрытий.
43

г
2.5.	Оценка основания в условиях действия длительной нагрузки
Грунты основания существующих фундаментов под влиянием дли¬
тельных нагрузок от сооружения уплотняются и их несущая способность
возрастает. Этот факт, имеющий большое значение при принятии решения
об усилении фундаментов, впервые был установлен и подтвержден прак¬
тикой реконструкции и надстройки жилых зданий в Москве и Ленинграде
еще в 30—40-х годах [4; 12; 13].
Нормы проектирования 40—50-х годов НиТУ 6-48 и НиТУ 127-55
разрешали увеличивать давление на основание под фундаментами зданий
и сооружений при их реконструкции на 40% в зависимости от влажности
грунта и состояния конструкций по результатам обследования. Ранее
действовавший СНиП 11-Б.1-62 также допускал возможность повыше¬
ния давления под существующими фундаментами на 20% в случае доста¬
точной их прочности и отсутствия в здании значительных деформаций,
связанных с неравномерной осадкой.
В действующем СНиП 11-15-74 возможность увеличения давления на
основания под существующими фундаментами устанавливается путем
определения физико-механических свойств грунта непосредственно на от¬
метке заложения подошвы и ниже ее в пределах сжимаемой толщи.
Фактическое среднее давление на основание, испытавшее воздействие
длительной уплотняющей нагрузки от сооружения, не должно превосхо¬
дить нового расчетного давления R', которое вычисляется по формуле
. ttli Шл	.	-
R * —L—* (АЪд'1 + ВЬ.дг л + Dcu -0nho), (2.13)
н
Где и iTTj— коэффициенты условий работы соответственно грунтового основания
и здания или сооружения во взаимодействии с основанием; кк — 1 - коэффициент
надежности; А, В и JJ — безразмерные коэффициенты, зависящие от расчетного угла
внутреннего трения Уд- грунта, залегающего непосредственно под подошвой фун¬
дамента; у а и УII ~ расчетные значения плотности грунта, залегающего соответст¬
венно выше и ниже подошвы фундамента; сп~ расчетное значение удельного сцеп¬
ления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента; bah — ши¬
рина подошвы и глубина заложения усиливаемого фундамента; h0— глубина до пола
подвала (при его отсутствии Ь^0).
Таким образом, новое расчетное давление на основание R' учитывает
как фактическое состояние уплотненного длительной нагрузки грунта, так
и новые геометрические параметры усиливаемого фундамента.
Рассмотрим количественную оценку уплотнения грунта длительной
нагрузкой в основании фундаментов эксплуатируемых зданий. По имею¬
щимся немногочисленным исследованиям [4, с.58—61; 35], изменение
пористости грунта, связанное с его уплотнением, происходит неравномерно
по глубине в пределах сжимаемой толщи. Наибольшее уплотнение отмечено
в зоне глубиной (0,5—1) 5; за пределами подошвы уплотнение распрост¬
раняется также в стороны от обреза фундамента на расстояние (0,7—1,2) х
*6 [4, с.59—600]. В целом коэффициент пористости в зависимости от дейст¬
вующего давления и размеров подошвы фундамента уменьшается от 3—5
до 10—15% по сравнению с первоначальными значениями. При этом в пес¬
чаных грунтах коэффициент пористости, а следовательно, и уплотнение
уменьшаются более интенсивно.
Уплотнение грунтового основания приводит к существенному возра¬
станию модуля деформации, при этом повышение модуля деформации
44

Таблица 2.2. Значения модуля деформации
Грунт
Толщина
слоя, м
Модуль деформации Е, 105 Па, определенный
У.1978 г.
XI. 1978 rjyi. 1979 г.
]У1.1980 г.
Песок
0,5-1
_
150-170
200
Суглинок в твердом-
1-1,5
-
65-90
75-120
состоянии
Супесь и суглинок в
1-4
55
60
70
твердом состоянии
То же. в пластичном
1-4
15
18 45
состоянии
Супесь водонасы¬
щенная:
в верхней части слоя
До 10
50
60-65 70-75
80
в нижней части слоя
Тоже
40
45 50-60
—
Суглинок в твердом
До 12
140
140-150 140-170
-
состоянии
происходит более интенсивно, чем уменьшение пористости. Осадки штам¬
пов на песчаном грунте, находившемся под длительным загружением, в
зависимости от передаваемого на штамп давления в 2—4 раза меньше, чем
на грунте природного сложения. В указанных пределах происходит увели¬
чение модуля деформации, при этом интенсивность возрастания модуля
и его абсолютные значения в мелких песках больше, чем в крупных. Это
увеличение связано с физико-химическими процессами, протекающими
на контактах твердой фазы грунта [4, с.67—68; 35].
Представляют интерес данные непосредственных определений моду¬
ля деформации (табл. 2.2) песчаных и глинистых грунтов в условиях дли¬
тельного действия нагрузки от веса грунтовой насыпи (распределитель¬
ная подушка высотой 6—12 м). Модуль деформации определялся на глу¬
бине 15—25 м прессиометром ПЭВ-89 и зондом-прессиометром ПВ-60 для
всех характерных литологических разновидностей грунтов, подстилающих
насыпь. Испытания проводились Днепропетровским инженерно-строитель¬
ным институтом совместно с Уральским политехническим институтом;
проведение испытаний и обработка данных осуществлялись в соответст¬
вии с ГОСТ 20276-74.
Как следует из табл. 2.2, изменение модуля деформации отмечено на
глубину до 20 м во всех подстилающих насыпь горизонтах грунтов. В верх¬
ней части (3—6 м) возрастание модуля деформации происходит более
интенсивно, в особенности для песков и супесей. С увеличением глубины
залегания подстилающих грунтов возрастание модуля деформации менее
ощутимо, что связано с затуханием напряжений от дополнительной нагруз¬
ки и тормозящим влиянием собственного веса грунта (бытового давле¬
ния). Различие в интенсивности уплотнения супесей и суглинков как в
верхних, так и в нижних горизонтах, по-видимому, связано с влиянием
удельного сцепления, оказывающего сопротивление уплотнению.
45

глава з. УКРЕПЛЕНИЕ И УСИЛЕНИЕ ОСНОВАНИЙ
3.1.	Осушение и дренаж оснований
При эксплуатации зданий и сооружений часто возникает необходи¬
мость в осушении оснований или предотвращении их обводнения. Ука¬
занное во многом связано с прогрессирующим подъемом грунтовых вод
на застроенных территориях. Осушение идренаж	оснований применяются ;
самостоятельно или в комплексе с активными способами защиты от де¬
формаций (усиление фундаментов, замена или укрепление надземных \
конструкций и др.).
При решении вопросов защиты оснований от воздействия грунтовых
вод обычно осуществляют мероприятия, которые условно можно разбить
на три группы, каждая из которых проводится с определенной целью.
Первая группа имеет цель полностью прекратить доступ воды на за¬
строенную территорию. В этом случае устраивают нагорные канавы и кю¬
веты, водоперехватывающие и отводящие лотки, дренажные траншеи или
засыпки с отводящими дренажными трубами, противофильтрационные
завесы и др. Сюда же относятся мероприятия по отводу поверхностных
вод, осуществляемому путем вертикальной планировки и устройства
ливневой канализации.
Вторая группа водозащитных мероприятий предназначается для от¬
вода поступающей на территорию воды от построенных на ней сооруже¬
ний. В этом случае устраивают окольцовывающие (кольцевые) дренажи
в виде траншей с уложенными в них дренами, заполненных дренажным
материалом, дренажные завесы с самотечным отводом воды или с прину¬
дительной откачкой, сеть откачных скважин, локальные противофильт¬
рационные завесы и т.п.
Третья группа рассматриваемых мероприятий осуществляется для
понижения уровня грунтовых вод под сооружением. В этом случае уст¬
раивают пластовый дренаж с активной откачкой, водопонизительные
(поглощающие или откачные) скважины, лучевой дренаж и пр.
Сеть водоотводящих канав и лотков должна обеспечить перехват
воды со своего водосборного бассейна, размеры которого, а также при¬
ток воды с каждой единицы площади определяются в процессе инженерно¬
геологических изысканий. Лотки и водоотводящие канавы проектиру¬
ются в виде сетки, оконтуривающей здание или группу зданий и соору¬
жений, под которыми при усилении или реконструкции их фундаментов
и заглубленных помещений требуется осушение грунтов. Расчет сечения
канав и лотков производится по максимальному притоку воды [36, с.9—
14], их конструкцию принимают из действующих типовых проектов.
Грунтовые воды отводятся в ливневую канализацию, а при ее отсутствии —
поверхностным способом (по лоткам) в ближайший водоем или пони¬
женную часть по рельефу незастроенной территории.
При близком расположении водоносного слоя к проектному уров¬
ню понижения грунтовых вод устраивается горизонтальный дренаж в виде
открытых канав, лотков, беструбных траншейных дрен, трубчатых дрен,
дренажных штреков, штолен и горизонтальных	скважин.
Горизонтальный дренаж выполняют однолинейным, двухлинейным и коль¬
цевым, а также комбинированным, если он сочетается с устройством
вертикальных дрен. При необходимости равномерного осушения грунтов
применяют систематический дренаж, который состоит из дрен-осушителей
46

и дрен-коллекторов, отводящих воду в водоприемник. Для осушения
небольших площадок по их контуру устраивают кольцевой дренаж.
Пластовый дренаж представляет собой сплошной слой дренажного
материала с углублениями — колодцами для откачки воды. Его устраивают
обычно для защиты оснований вновь строящихся зданий (сооружений)
до начала возведения их фундаментов или параллельно с ним. Устройство
пластового дренажа под существующими зданиями сопряжено со значи¬
тельными трудностями. Если этот способ является единственно возмож¬
ным, то пластовый дренаж следует устраивать путем нарезки узких тран¬
шей под сооружением с постепенной заменой водонасыщенного слоя
грунта, прилегающего к защищаемым от воды конструкциям, дренажным
материалом. При реконструкции эксплуатируемых зданий и сооружений
не рекомендуется применять пластовый дренаж ввиду сложности его уст¬
ройства.
При устройстве трубчатых горизонтальных дренажей используют
керамические или асбестоцементные трубы, а при глубине заложения
дрен свыше 4,5 м — бетонные и железобетонные. Их укладывают в тран¬
шеи на слой щебеночной подготовки и обсыпают сначала гравием, а затем
песком (по принципу обратного фильтра) и закрывают сверху хорошо
уплотненным грунтом. Грунтовые воды поступают в трубы через стыко¬
вые зазоры в 10—20 мм, открытые в верхней части на две трети внутрен¬
него диаметра по высоте (нижняя треть заделывается просмоленной пак¬
лей), или специально устраиваемые круглые или щелевые водоприемные
отверстия.
Горизонтальные скважины устраивают путем забуривания их в осу¬
шаемый пласт или проходки из специальных колодцев (шахт) расходя¬
щихся скважин-лучей, в которых устанавливают фильтровальные трубы-
дрены. Горизонтальные лучи могут выполняться значительной длины
(до 50—100 м) поэтому водозахватная способность лучевых дренажей
очень высока [37, с.146—153]. Их применение особенно эффективно
для защиты от подтопления оснований существующих зданий и соору¬
жений.
Для отвода воды от отдельных зданий и сооружений рекомендуется
применение кольцевого дренажа и дренажных завес, расчет и устройство
которых практически аналогичны расчету и устройству горизонтальных
дренажей. Отличие заключается лишь в том, что кольцевые дренажи пред¬
ставляют собой всегда замкнутые, оконтуривающие конкретное здание
траншеи с уложенными в них дренами и дренажной засыпкой. Дренаж¬
ные же завесы представляют собой более глубокие горизонтальные дре¬
нажи, устраиваемые в траншеях аналогично противофильтрационным
завесам, только вместо противофильтрационного материала в траншею
укладывается дренажный материал. Через определенные участки дренаж¬
ной завесы в траншее устраиваются откачные скважины, создающие поток
грунтовых вод вдоль дренажной завесы и этим препятствующие поступ¬
лению их под здание.
Вертикальный дренаж применяют при относительно глубоком залега¬
нии уровня грунтовых вод, при необходимости резкого понижения его
и при значительной мощности водоносного слоя. Понижение уровня грун¬
товых вод должно быть таким, чтобы кривая депрессии проходила на
0,5 м ниже требуемого уровня осушения грунтов основания. Вертикаль¬
ный дренаж представляет собой ряд водопоглощающих колодцев или
скважин, которые устраивают с принудительной откачкой или поглощаю¬
щими (при наличии в нижней части скважины водовмещающих грунтов —
47

известняков, сухих песков и т.п.). Конструкции и методы расчета раз¬
личных схем вертикального дренажа подробно описаны в работе [36,
с.61—69].
Обычно в состав вертикального дренажа входят водопонижающие
скважины, располагаемые по периметру осушаемой территории, общий
водовод (коллектор), объединяющий скважины, центробежные насосы
и отводящие лотки. Для осмотра скважин и контроля за их работой над
каждой из них устраивают смотровые колодцы. При неглубоком залегании
грунтовых вод и понижении их уровня не более чем на 5-6 м применяют
одноярусное водопонижение. При больших глубинах грунтовых вод при¬
меняют многоярусное водопонижение или одноярусное с глубокими фильт¬
рами и специальными глубинными насосами. Понижать уровень грунто¬
вой воды можно также, спуская ее в нижерасположенный водоносный
слой через поглощающие колодцы.
В случае поступления грунтовых вод на защищаемую территорию це¬
лесообразно устройство противофильтрационных завес, сооружаемых пу¬
тем инъекции через скважины в грунт твердеющих растворов или запол¬
нения узкой щели-траншеи противофильтрационным материалом: глиной,
суглинком, грунтобетоном, тощим бетоном и др. [38].
Открытый водоотлив можно применять в условиях, исключающих
нарушение природных свойств грунтов и обеспечивающих сохранность
расположенных на осушаемом участке зданий и подземных сооружений,
включая откосы земляных сооружений. Поступающая в специальные
приямки (колодцы) или котлован вода отводится самотеком или с по¬
мощью насосов. В состав открытого водоотлива входят водосборники
(зумпфы), насосные станции, сбросные скважины, водосборные и во¬
доотводные канавы.
Электроосмотическое осушение, основанное на действии постоян¬
ного электрического тока на влажные глинистые грунты, успешно при¬
меняется для защиты от подтопления котлованов и подвальных помеще¬
ний, а также для повышения устойчивости склонов. Эффективность элект¬
роосушения повышается при одновременном воздействии постоянного
электрического тока и вакуумирования.
Способы осушения и устройства дренажа оснований описаны в нор¬
мативно-справочной [39, с.44—74; 40, с.15—28] и научно-технической
литературе {36, 37]. Ниже рассмотрены способы осушения и устройства
дренажа оснований для повышения несущей способности грунтов и обес¬
печения нормальных условий эксплуатации зданий и сооружений, нахо¬
дившихся в аварийном состоянии.
Примером эффективного применения систематического горизонталь¬
ного дренажа для защиты от подтопления является его устройство в по¬
селке Партизанский в Донбассе. Интенсивный подъем грунтовых вод,
связанный с устройством водохранилища вблизи поселка, повышением
уровня воды в протекающей рядом реке, а также усиленным поливом
окружающих полей и другими факторами, привел к затоплению подва¬
лов, деформациям зданий и гибели приусадебных участков. Обводненные
грунты состояли из почвенно-растительного слоя, иловатых супесей и су¬
глинков. Для понижения уровня воды на 2—2,5 м необходимо было устро¬
ить траншеи с дренами на глубине 3—5 м. Кроме горизонтального дрена¬
жа, была запроектирована разветвленная система поверхностного водо¬
отвода.
Дренажные траншеи с дренами из керамических труб прокладывали
по улицам поселка с таким расчетом, чтобы установившаяся меэвду со-
48

Рис.3.1. Фрагмент плана горизонтального дренажа в пос. Партизанский
1 - смотровые К-ЗЗ-К-70 и псрепадные колодцы на трассах дрен; 2 - дрены; 3 -
улицы поселка; 4 - направления уклонов дрен и коллектора; 5 - насосная станция;
6 - магистральная железная дорога; 7 - река; 8 - колодцы на трассе коллектора;
9 - собирательный коллектор
седними дренами депрессионная кривая обеспечивала понижение уровня
грунтовых вод на требуемую величину. Дрены сводились в магистраль¬
ный коллектор (рис.3.1), вода из которого с помощью насосных станций
перекачивалась в реку. В отдельных местах, где это позволяли условия,
вода из коллектора с помощью очередного смотрового колодца и отво¬
дящей трубы самотеком спускалась в реку. На трассах дрен и коллекто¬
ров устраивали обычные смотровые канализационные колодцы. Там,
где требовалось резко изменить отметку дрены или коллектора, закла¬
дывали перепадные колодцы, которые изготовлялись из сборных (реже
монолитных) железобетонных конструкций, как правило, по типовым
проектам.
49

Рис. 3.2. Схема защиты от грунтовых йод карьера Ингулецкого ГОКа
1 — противофильтрационная диафрагма; '2 - отвалы кварцита; 3 - борт карьера;
4 — существовавшая ранее депрессионная кривая; 5 — депрессионная кривая после
устройства противофильтрационной диафрагмы
Примером длинной противофильтрационной диафрагмы может слу¬
жить завеса, выполненная трестом Укргидроспецфундаментстрой по чер¬
тежам Укрспецстройпроекта для защиты от подтопления карьера Ингу¬
лецкого горнообогатительного комбината (рис3.2). Грунтовые воды
высачивались по бортам карьера, вызывая оплывины, создавая гидро¬
динамическое давление на борт и снижая прочностные характеристики
грунтов. Снижение устойчивости усугублялось пригрузкой бортов в верх¬
ней части отвалами кварцита.
Протяженность противофильтрационной завесы, которая прорезала
все водопроницаемые слои (супесь, песок с включениями валунов, сугли¬
нок) и заглублялась в водоупор (глина), составляла 3500 м, глубина —
до 26 м. Траншея для завесы шириной 600 мм устраивалась с помощью
широкозахватного грейфера конструкции НИИСП и Укргидроспецфунда-
ментстроя и барражной машины конструкции ВИОГЕМ. Траншея по мере
разработки заполнялась глинистым раствором, предохранявшим ее стен¬
ки от обрушения. Затем в траншею с помощью специального шнекового
питателя подавался суглинок из близко расположенного карьера, кото¬
рый после укладки образовывал противофильтрационный материал ди¬
афрагмы. Противофильтрационные свойства материала диафрагмы и пара¬
метры глинистого раствора определялись лабораторным путем. Факти¬
ческие коэффициенты фильтрации сквозь изготовленную противофильт-
рационную диафрагму устанавливались с помощью откачек из опытных
замкнутых участков завесы. После изготовления противофильтрационной
диафрагмы доступ воды в карьер практически прекратился.
Для успешной защиты от грунтовых вод могут служить дренажные
засыпки за подпорными стенами. Такой способ был применен в Ереване
при выполнении защиты от подтопления территории складской площади
магазина и завода химических реактивов. Площадка представляла собой
застроенную территорию с двумя складскими зданиями, конторой и га¬
ражом. Территория складской площадки была незаасфальтирована и мес-
50

Рис. 3.3. Деталь подпорной стены с застенным горизонтальным дренажом.
1 — подготовка из щебня, пролитого битумом, толщиной 100 мм; 2 — обратная за¬
сыпка из послойно уплотненной мятой глины общей толщиной не менее 1000 мм;
3 — асбестоцементная труба диаметром 250 мм; 4, 5 — гравий крупностью соответ¬
ственно 8-40 и 20-30 мм; 6 - песчаная засыпка; 7 - обратная засыпка; 8 - под¬
порная стенка
тами заболочена, на территории имелись мелкие овраги и крутой склон,
с которого дренировала вода, что создавало постоянную угрозу затопления
площадки. Водовмещающими слоями являлись сулесчано- и галечно-гра¬
вийные грунты, перекрытые сверху насыпными и суглинистыми грунта¬
ми и подстилаемые снизу мергелистыми глинами. Источником питания
потока грунтовых вод, ориентированного в соответствии с уклоном пло¬
щадки, являлся оросительный канал с выпускными канавами. Затоп¬
ление площадки привело к снижению несущей способности основания,
к появлению трещин в складских и административных зданиях и к нару¬
шению устойчивости естественного склона, ограничивающего рассматри¬
ваемую территорию с южной стороны.
При проектировании способа осушения территории рассматривались
варианты устройства противофильтрационной завесы, преграждающей путь
движения грунтовых вод, и изготовления подпорных стен с застенным
дренажом. Последний вариант был принят потому, что,во-первых, не было
строительной организации, имевшей опыт устройства противофильтра¬
ционной завесы, а, во-вторых, прилегающий к площадке с юга естествен¬
ный склон требовал укрепления.
Для крепления откосов в районе естественного склона были выпол¬
нены монолитные железобетонные подпорные стены (рис.3.3) из бетона
марки М300 на сульфатостойком портландцементе. Подпорные стены,
прорезая слои фильтрующих грунтов, заглублялись в мергелистые глины
не менее чем на 1 м.
51

Конструкция пристенного дренажа состояла из асбестоцементных
труб диаметром 250 мм со щелевидной насечкой на сульфатостойком
портландцементе с послойной отсыпкой гравия средней крупности (8—
40 мм) и крупнозернистого песка (0,25—0,5 мм). Для отвода воды пре¬
дусмотрен коллектор из чугунных труб диаметром 250 мм. Контроль за
работой дренажной системы осуществлялся через смотровые колодцы
диаметром 1 м из сборного железобетона. Обратная засыпка котлована со
стороны дренажа осуществлена из местного гравелистого грунта, а с дру¬
гой стороны подпорной стены — из местных грунтов разного вида. У зда¬
ний конторы и гаража, а также в местах близкого расположения сущест¬
вующих фундаментов к проектируемой стене и дренажу разработку тран¬
шеи для фундамента подпорной стены выполняли с креплением стенок.
Осуществленная система водопонижения и устройство подпорных стен
оказались весьма эффективными — заболоченность территории исчезла
полностью, деформации зданий прекратились, склон стабилизировался.
Примером успешного применения вертикального дренажа может слу¬
жить его устройство для предотвращения дальнейшего подъема уровня
грунтовых вод в основании административного здания в Херсоне. Здание
было построено на ленточных фундаментах на лессовидных грунтах с про-
садочностью II типа. В проекте были предусмотрены водозащитные меро¬
приятия. Однако начавшийся подъем уровня грунтовых вод на всей при¬
легающей к зданию территории вызвал проявление просадки лессовид¬
ных грунтов и недопустимые деформации фундаментов и надземных
конструкций. Все временные мероприятия (дополнительная водозащи-
та, частичное отключение водопровода и канализации, ремонт разрушаю¬
щихся конструкций и т.д.) не давали желаемого эффекта - деформации
прогрессировали.
У крепе цстройпроекто м было запроектировано усиление фундаментов
путем подведения сплошной железобетонной плиты. Но учитывая, что
расчетные деформации при водонасыщении грунтов превышали допусти¬
мые, а также в целях предотвращения затопления подвалов параллельно
с усилением фундаментов была запроектирована система водопониже¬
ния для предотвращения дальнейшего подъема уровня грунтовых вод.
При выборе способа водопонижения было рассмотрено шесть вариантов:
горизонталыплй кольцевой дренаж, систематический горизонтальный
дренаж; пластовый дренаж, вертикальный дренаж с помощью вакуумных
водопонизительных скважин, лучевой дренаж и вертикальный дренаж
с помощью обычных откачных водопонизительных скважин. На основе
технико-экономического сравнения вариантов и анализа возможностей
местных строительных организаций предпочтение было отдано способу
стабилизации уровня грунтовых вод с помощью вакуумных водопони¬
зительных скважин. Скважины располагали по периметру администра¬
тивного здания (рис.3.4) и устраивали глубиной 11,5 м, исходя из расчет¬
ной величины понижения уровня грунтовых вод.
Дренажные скважины — колодцы диаметром 320 мм были обору¬
дованы фильтровыми колоннами с фильтрующей обсыпкой из песчаной
смеси. Оголовок скважин решен как колодец из сборных железобетон¬
ных колец. Вода из скважин поступала по трубопроводу в приемный ре¬
зервуар насосной станции, представляющий собой колодец диаметром
1200 мм из металлических колец. Насосная станция была оборудована
вакуум-насосами ВВН-3 для создания вакуума в системе и центробеж¬
ными насосами 1ЭЦВ6-10—80 с погружными электродвигателями для
откачки воды из приемного резервуара (управление насосами автомати-
52

Рис.3.4. Схема вертикального дренажа
у административного здания
1 - административное здание; 2 - дре¬
нажные колодцы-скважины; 3 — кана¬
лизационная сеть; 4 - насосная стан¬
ция и водосборный резервуар (диамет-
метр 3, глубина 8 м); 5 - резервные
и наблюдательные скважины; б вса¬
сывающий трубопровод; ДК - дре¬
нажные колодцы
—К
ческое). Дренажные воды отводились в существующую канализацию.
На площадке было предусмотрено шесть наблюдательных скважин, уро¬
вень воды в которых определялся замерами от поверхности земли. Как
показал опыт работы описанного вертикального дренажа, уровень воды
в наблюдательных скважинах не поднимался выше расчетного, что под¬
твердило надежность выбранного способа водопонижения.
Водопонижение с помощью лучевого дренажа было успешно осущест¬
влено на Днепропетровском шинном заводе. На стенах отдельных зданий,
начиная с 1970 г., стали появляться трещины просадочного характера
с шириной раскрытия от 50 до 200 мм. Как показали наблюдения и ана¬
лиз местных условий, осадки фундаментов, достигавшие 40—100 мм, вы¬
зывались замачиванием лессовидных просадочных грунтов, на которых
были построены промышленные корпуса завода.
В период изысканий под строительство завода (1956 г.) грунтовые
воды до глубины 30—35 м не были обнаружены. К 1978 г. уровень грун¬
товых вод находился на глубине 5—7 м, т.е. за время экспуатации завода
грунтовые воды поднялись на 25—30 м и этот подъем неуклонно продол¬
жался. При замачивании грунтов сжимаемой толщи деформации фунда¬
ментов могли значительно возрасти, поэтому потребовалось срочно проек¬
тировать и выполнять мероприятия по снижению уровня грунтовых вод.
Применение вертикального или горизонтального дренажа в условиях
действующих цехов оказалось невозможным из-за высокой плотности
застройки, насыщенности оборудованием и наличия на промышленных
площадках густой сети подземных коммуникаций. Поэтому для водопо¬
нижения был принят способ лучевого дренажа.
Для каждого здания была разработана своя система водопониже¬
ния. Например, для главного корпуса был запроектирован лучевой дре¬
наж, включающий восемь шахтных железобетонных колодцев с горизон¬
тальными лучевыми дренами длиной 40—90 м (из расчета перекрытия
всей площадки под корпусом). Из каждого колодца расходилось четыре-
пять лучей, перекрывающих влияние друг друга. Колодцы глубиной 14 м
располагались снаружи по периметру здания.
Расчет системы лучевых дренажей производился путем последователь¬
ного вычисления общего дебита каждого колодца, дебита всей системы
взаимодействующих дренажей, дебита каждого колодца с учетом их взаи¬
модействия, притока, приходящегося на 1 м горизонтальной дрены для
каждого дренажа, и понижения уровня грунтовых вод в произвольной
точке пласта при работе лучевых дренажей. Вычисления выполнялись
для нескольких контрольных и наиболее ответственных точек осушае-
53

Рис. 3.5. Схема лучевого дренажа для
склада мазута
1 - помещения склада; 2 — вертикальный
шахтный колодец; 3 — горизонтальные
лучи-дрены
мой территории. Необходимый дренажный эффект достигался путем
увеличения числа лучевых скважин, при достижении требуемого снижения
уровней воды в заданных точках промышленной площадки расчеты за¬
вершались. При расчете использовалась программа для ЭЦВМ ”Наири-2”
в соответствии с методикой, разработанной Белгородским институтом
ВИОГЕМ.
Под отдельные небольшие сооружения возможно осуществление во-
допонижения системой лучей-дрен из одного колодца. Такая схема была
принята, например, для водопонижения под складом мазута теплофи¬
кационной котельной (рис.3.5). Лучи-дрены проходили под заглублен¬
ными помещениями склада для снижения уровня грунтовых вод ниже
фундаментов и осушения подвалов.
Лучевые дрены представляли собой каркасно-проволочные фильтры
диаметром 135 мм из нержавеющей витой проволоки диаметром 2 мм
с зазором между витками 3,5 мм. По витой проволоке сделано фильт¬
рующее покрытие из четырех-пяти слоев нетканого стеклохолста мар¬
ки ВВ1.
Стены шахтных колодцев выполнялись методом ’’стена в грунте”
следующим образом. В разработанную широкозахватным грейфером
под защитой глинистого раствора траншею опускались сборные железо¬
бетонные панели стен колодца, омоноличиваемые между собой. Затем
внутри колодца грейфером разрабатывался грунт и устраивалось моно¬
литное железобетонное днище колодца по дренажной засыпке и гидро¬
изоляции. Горизонтальные лучевые скважины из колодца бурились с по¬
мощью станка УЛБ-130. Бурение выполнялось в обсадных трубах диамет¬
ром 150 мм, которые извлекались после установки в них фильтров.
При работе лучевого дренажа грунтовые воды, поступающие в лу¬
чевые дрены, систематически отродятся в водосборный приямок шахт¬
ного колодца, откуда периодически откачиваются насосами в ливневую
канализацию.
3.2.	Закрепление грунтов оснований
Для повышения прочности оснований эксплуатируемых зданий и со¬
оружений и предотвращения развития в их конструкциях деформаций
аварийного характера, а также для выполнения работ по реконструкции
54

существующих фундаментов и их оснований широко применяют различ¬
ные методы закрепления. В зависимости от технологии закрепления и про¬
цессов, происходящих в грунте, методы закрепления оснований можно
разделить на три основных вида: химическое, термическое и физико¬
химическое. Закрепление оснований не требует перерыва в эксплуатации
зданий и сооружений, является достаточно быстрым, надежным, а в ряде
случаев единственно возможным мероприятием по упрочнению грунтов
с недостаточной несущей способностью.
Способами закрепления являются: силикатизация, электросилика¬
тизация, газовая силикатизация, аммонизация, смолизация [39, с.234—
273; 40, с.29-38 ; 41, с.99-228; 42, с.29-254; 43, 47, 48, с.390^04]
и др. Химическое закрепление используют также для усиления сущест¬
вующих фундаментов и подпорных стен, увеличения несущей способ¬
ности свай, защиты фундаментов от агрессивных воздействий, а также
для закрепления откосов котлованов и земляных сооружений.
Основным материалом для силикатизации является жидкое стекло —
коллоидный раствор силиката натрия (Na20* nSi02 + П1Н2О). В зависи¬
мости от вида, состава и состояния закрепляемых грунтов применяется
одно- и двухрастворная силикатизация
Однорастворная силикатизация основана на введении (инъецирова¬
нии) в грунт гелеобразующего раствора, состоящего из двух или трех
компонентов. Получили распространение силикатно-фосфорнокислые,
силикатно-алюмо-сернокислые, силикатно-фтористосернокислые, сили¬
катно-фтористоводородные и другие составы. Оцнорасгворный способ
используется для закрепления лессовых про садочных и песчаных грун¬
тов с коэффициентом фильтрации 0,5—5 м/сут.
Двухрастворный способ силикатизации применяется для закрепле¬
ния песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации до 0,5 м/сут и за¬
ключается в поочередном нагнетании (инъецировании) в грунт двух рас¬
творов: силиката натрия и хлористого кальция. В результате химической
реакции образуется гель кремниевой кислоты, придающей грунту в ко¬
роткие сроки высокую прочность (до 2-6 МПа) и водонепроницаемость.
Электросиликатизация основана на сочетании двух методов воздейст¬
вия на грунт — силикатизации и постоянного электрического тока и пред¬
назначена для закрепления переувлажненных мелкозернистых песков и су¬
песей с коэффициентом фильтрации до 0,2 м/сут.
При газовой силикатизации в качестве отвердителя силиката натрия
используют углекислый газ. Способ позволяет закреплять песчаные грунты
(в том числе карбонатные) с коэффициентом фильтрации 0,1—0,2 м/сут
и лессовые грунты, а также грунты с высоким (до 0,2) содержанием ор¬
ганических веществ. Прочность закрепленного грунта составляет 0,5—
2 МПа и достигается в кратчайшие сроки.
Аммонизация заключается в нагнетании в грунт под небольшим дав¬
лением газообразного аммиака. Способ применяют для придания лессо¬
вым грунтам свойства непросадочносги.
Смолизация представляет собой закрепление песчаных грунтоБ с ко¬
эффициентом фильтрации 0,5—5 м/сут и лессовых грунтов путем инъе¬
цирования в них водных растворов синтетических смол (карбамидных,
фенольных, фурановых, эпоксидных и др.). Эффект смолизация возраста¬
ет при добавлении в закрепляющий раствор соляной кислоты (для пес¬
чаных грунтов или при предварительной обработке его углекислым газом
(для лессовых грунтов). Время гелеобразования легко регулируется
55

количеством вводимого отвердителя. Закрепленному смолизацией грун¬
ту сообщается водонепроницаемость и прочность на сжатие до 1—5 МПа.
По характеру расположения инъекторов химическое закрепление
может быть вертикальным, наклонным, горизонтальным и комбиниро¬
ванным (рис. 3.6, а, б, в иг соответственно). Схемы зон закрепления
в плане устраивают ленточными, сплошными, прерывистыми, кольце¬
выми и фигурными (рис.3.7). Выбор способа и схем закрепления зави¬
сит в основном от характеристик основания, формы и размеров фунда¬
мента, действующих нагрузок.
В нашей стране и за рубежом уже накоплен большой опыт химическо¬
го закрепления фундаментов существующих зданий. Так, способом одно¬
растворной силикатизации были закреплены основания, в том числе из
насыпных и просадочных грунтов, под фундаментами отдельных зданий
Московского Кремля, театральных зданий в Москве. Ленинграде, Одессе,
Куйбышеве, Запорожье, жилых и административных зданий в Москве,
Ташкенте и Ростове-на-Дону, а также при строительстве метрополитена
в Москве, Ленинграде, Харькове [46; 41, с.99—228]. С помощью двух¬
растворной силикатизации в Москве закреплены грунты под фундамен¬
тами концертного зала, кинотеатра и ряда жилых зданий. Одно-и двух¬
растворная электросиликатизация применена при закреплении обвод¬
ненных лессовидных грунтов под фундаментами промышленного здания
в Таганроге и ряда зданий в Ростове-на-Дону, плывунных грунтов при
надстройке тремя этажами существующего трехэтажного здания в Ленин¬
граде [45]. В ФРГ силикатизация используется при усилении фундамен¬
тов, связанных с прокладкой метро, реконструкцией промышленных
и жилых зданий, сохранением памятников архитектуры [47]. В анало¬
гичных целях закрепление силикатизацией широко применяется в Англии
и Японии [48, С.390—404, 511—518], здесь же этот способ используется
для закрепления откосов, оползневых склонов и создании противофиль-
трационных завес.
Способом газовой силикатизации, разработанным и впервые приме¬
ненным в нашей стране для закрепления грунтов, осуществлено усиление
оснований под фундаментами жилых и промышленных зданий в Ногинске,
Запорожье, Москве, Пярну и других городах, а также церкви Св. Лазаря
в Московском Кремле.
В последние годы для усиления фундаментов существующих зданий
и сооружений получил применение способ смолизации, основанный на
использовании карбамидных смол и отвердителей — соляной и щавеле¬
вой кислот. С его помощью усилены фундаменты: в Москве — завода
’’Борец” и фабрики ’’Большевичка”, в Ленинграде — Театра оперы и бале¬
та им. Кирова, здания молококомбината, Малого зала филармонии и Мос¬
ковского вокзала, вУЪшче —Воскресенского собора, в Орехово-Зуеве —
завода ’’Карболит” и др. )41, c.'105J. Способом смолизации устроена под¬
порная стенка при сооружении опускных колодцев в непосредственной
близости от фундаментов колонн в одном из пролетов цеха холодного
проката на Ново-Липецком металлургическом комбинате [49, с.153;
44, с.122—132]. Смолизацией, осуществленной в горизонтальном направ¬
лении, выполнено закрепление основания фундаментов церкви, распо¬
ложенной в Московском Кремле [42, с.196—200]. Инъекторы, которые
размещались ниже фундаментов в четыре яруса с расстоянием между
собой 0,7—1 м, задавливали в основание из двух технологических шахт¬
ных колодцев, расположенных по обе стороны здания. Способ смоли¬
зации может быть также использован для закрепления грунта в межсвай-
56

Рис. 3.6. Схема возможного расположения инъекторов при закреплении оснований
фундаментов
1 - фундамент; 2 - инъектор; 3 - зона закрепления; 4 - сооружение; 5 - шахта
Рис. 3.7. Схема закрепления оснований существующих зданий
а - ленточная; б - сплошная; в - прерывистая (столбчатая); г - кольцевая
57

Рис. 3.8. Схема закрепления лессовых
грунтов под ленточным фундаментом
здания клуба
1 — закрепленные столбы грунта; 2 -
фундамент; 3 — стены подвала; 4 — лес¬
совидный суглинок
ном пространстве при необходимости усиления свайных фундаментов
[32, с. 180; 45, с.10]. Закрепление грунтов смолизацией при усилении
оснований и фундаментов, а также ликвидации течи в подземных поме¬
щениях широко используют и за рубежом [47,48].
В качестве примера закрепления грунтов силикатизацией рассмот¬
рим проектирование усиления основания здания клуба на 800 мест в
г. Георгиевске Ставропольского края. Здание II-образной формы в плане
построено на ленточных фундаментах шириной до 2 м и давлением по по¬
дошве 0,25—0,3 МПа. Основанием фундаментов являлись лессовидные
суглинки, которые в условиях эксплуатации неоднократно замачивались,
в результате чего в здании стали развиваться недопустимые деформа¬
ции. При разработке проекта усиления Укрспецстройпроектом было рас¬
смотрено несколько вариантов: уширение фундаментов с устранением
просадочных свойств основания методом организованного замачивания,
усиления фундаментов сваями и силикатизацией. При технико-зкономи-
ческом сравнении за основной был принят вариант усиления основания
силикатизацией.
Закрепление было выполнено способом однорастворной силикати¬
зации на основе силиката натрия (плотность 1,3 г/см-*) и кремнефтористо¬
водородной кислоты повышенной концентрации (плотность 1,1 г/смЗ).
Гелеобразующая смесь для указанных компонентов соединялась в соот¬
ношении 10:2,7, в результате чего получался силикатный раствор с плот¬
ностью 1,13—1,17 г/смЗ. Время гелеобразования составляло 18—20 мин.
Инъекторы для закачки силикатного раствора погружались с обеих
сторон ленточных фундаментов (рис.3.8). Расстояние между инъекторами
вдоль фундаментов определялось из условия взаимного перекрытия пло¬
щади закрепления грунта от каждого инъектора. Радиус закрепления
для лессовидных грунтов первоначально был принят 0,4 м. Затем он про¬
58

верялся с помощью изготовления опытного куста путем инъекции по че¬
тырем инъекторам и бурения скважин.
Силикатный раствор нагнетался снизу вверх с отметки 9 м в несколь¬
ко приемов при глубине заходки, равной 1,5 м. Работы по силикатизации
выполнялись захватками по. шесть скважин одновременно. На каждой
захватке мотобуром Д-10 бурилась скважина диаметром 90 мм. Инъекто-
ры в пробуренные скважины погружались с помощью отбойных молотков
типа КЦМ-4, а извлекались гидравлическими домкратами грузоподъем¬
ностью 5—10 т. Закрепляющий раствор силиката натрия нагнетался насо¬
сом НС-3 под давлением 0,2—0,3 МПа, заходками снизу вверх одновре¬
менно в шесть скважин.
Как показали штамповые испытания, прочность закрепленного грунта
составляла 1—1,4 МПа. Деформации здания были прекращены.
Термозакрепление (обжиг) применяется в основном при закреплении
просадочных грунтов. В практике строительства используется предложен¬
ный И.М. Литвиновым термохимический способ, который основан на об¬
работке грунтов продуктами горения жидкого или газообразного топлива,
обогащенного при необходимости специальными химическими добавками.
Топливо сжигают в герметически закрытых затворами скважинах, пробу¬
ренных (вертикально, наклонно или горизонтально) в толще закрепляе¬
мого грунта.
Термическое закрепление лессовых оснований при их усилении при¬
менено на ряде промышленных и жилищных объектов, которые вследст¬
вие неравномерных осадок фундаментов получили недопустимые дефор¬
мации, в их числе фундаменты газовой турбины Запорожского масло-
жиркомбината [41, с.30], дымовой трубы высотой 85 м ТЭЦ Баглейского
коксохимического завода, производственного корпуса завода металло¬
изделий и ряда жилых домов в г. Запорожье. Интересен опыт термическо¬
го закрепления грунтов под 26 одиночными фундаментами склада клин¬
кера и 4 фундаментами опор вращающихся печей цементного завода.
Закрепление проводили из вертикальных, наклонных и горизонтальных
скважин, при этом вертикальные скважины проходили через бетон фун¬
дамента, наклонные — преимущественно со стороны его наружной части,
горизонтальные — из специально разрабатываемых шурфов [41, с.372—
376]. Термическое закрепление суглинистых грунтов в откосах котло¬
ванов осуществлено на строительстве блока цехов Ворошиловградского
трубопрокатного завода в связи с необходимостью устройства глубоких
котлованов под оборудование в непосредственной близости от фундамен¬
тов колонн построенного ранее цеха [41, с.31 ].
Новым в термическом закреплении является применение так называе¬
мого электротермического способа обжига грунта, основанного на исполь¬
зовании нихромных электронагревателей. Благодаря изменению мощности
теплоисточника по высоте скважины в результате применения погружных
элементов можно регулировать форму и размеры образующихся при
обжиге термогрунтовых тел с учетом неоднородности напластования грун¬
тов [50].
К физико-химическим способам закрепления грунтов можно отнести
цементацию, а также использование грунтоцементных материалов. Цемен¬
тация грунта заключается в нагнетании в грунт через инъекторы цемент¬
ного или цементно-песчаного раствора, который обеспечивает в закрепляе¬
мом основании создание отдельных столбов или массивов из цементиро¬
ванного грунта. Цементацию обычно применяют для закрепления песча¬
ных и крупнообломочных грунтов, а также трещиноватых скальных пород.
59

Расположение инъекторов аналогично их расположению при химическом
закреплении (см. рис.3.6 и 3.7).
В последнее время для укрепления оснований под существующими
зданиями применяют специальные грунтоцементные сваи, которые устра¬
ивают без извлечения грунта на земную поверхность путем перемешивания
его с вяжущим материалом в пробуриваемой скважине. В целях реали¬
зации указанного направления в НИИ оснований и подземных сооружений
разработана (В.Е. Соколович) и успешно опробована технология устрой¬
ства илоцементных свай [42, с.21;70]. Такие сваи могут применяться
для закрепления слабых грунтов при возведении сооружений вблизи эк¬
сплуатируемых, создания противофильтрационных завес и ограждений
котлованов, а также подземных конструкций в слабых грунтах. Ведет¬
ся также разработка новой технологии (НИИ оснований и подземных
сооружений, НИИСП, Госстроя УССР) устройства грунтоцементных свай
в глинистых и песчаных грунтах пониженной прочности [42, с.11]. Су¬
щество технологии устройства илоцементных и грунтоцементных свай
заключается в том, что рабочий орган буровой штанги, снабженный как
основными (режуще-уплотняющими), так и дополнительными (пере¬
мешивающими) лопастями, вращаясь, погружается в грунт, который
рыхлит и одновременно перемешивает с подаваемым через полый кор¬
пус штанги закрепляемым материалом (обычно суспензией). При.извле-
чении рабочего органа, осуществляемом обратным вращением, смесь
грунта с цементом дополнительно перемешивается и уплотняется зад¬
ними гранями основных лопастей.
Представляет интерес применяемый в Японии способ укрепления
оснований путем устройства грунтоцементных свай [48, с.493—495]. Спо¬
соб основан на разрушении грунта с помощью гидравлических струй вы¬
сокого давления при применении гидромонитора специальной конструк¬
ции, который обеспечивает раздельную подачу воды, воздуха и цемент¬
ного раствора. Кроме водяных струй, могут использоваться струи из це¬
ментной суспензии. В этом случае необходимость в подаче воздуха от¬
падает и конструкция гидромонитора упрощается [51 ].
3.3.	Повышение прочности основания
Усиление основания может быть обеспечено глубинным уплотнением
грунта механическими способами — устройством грунтовых свай (пес¬
чаных и грунтоизвестковых) и включением в основание жестких элемен¬
тов (например, свай). Особенность применения извести для глубинного
уплотнения слабых водонасыщенных грунтов, в том числе обводненных
лессовых, заключается в. трехкратном увеличении объема извести при
ее гашении в скважине. Развивающееся при этом давление существенно
уплотняет стенки скважины.
Глубинное уплотнение оснований фундаментов существующих зданий
в основном выполняется путем устройства наклонных скважин. До послед¬
него времени такие скважины устраивались применением различных буро¬
вых снарядов, когда разбуренный грунт извлекается из скважины или
путем пробивки специальными сердечниками. Однако указанные способы
несовершенны, особенно при проходке наклонных скважин. При при¬
менении буровых снарядов снижается степень уплотнения грунта вокруг
скважин, которые, кроме того, обладают недостаточной устойчивостью
в слабых грунтах. В случае устройства скважин пробивкой возникают
значительные динамические воздействия, а также определенные трудности
60

Рис. 3.9. Схема упрочнения основания
песчаными сваями
I — здание трансформаторного отде¬
ления; 2 — фундамент; 3 — песчаные
сваи; 4 - зона упрочнения; 5 - на¬
сыпной грунт; б - торф
при извлечении снарядов из наклонных скважин. Более совершенными
методами устройства грунтовых свай являются способ винтового продав-
ливания грунта или разбуривание их по специальной технологии без выем¬
ки грунта с одновременным перемешиванием его с подаваемым закреп¬
ляющим материалом [48, с.517—518; 52].
Эффективность использования глубинного уплотнения основания
песчаными сваями рассмотрим на примере устранения аварийного сос¬
тояния трансформаторного отделения насосной станции в Казани [53].
В первый год эксплуатации одноэтажное здание трансформаторного от¬
деления на ленточном фундаменте из монолитного бетона получило не¬
равномерную осадку до 20 см, а в кирпичных стенах образовались значи¬
тельные трещины. В основании фундаментов (рис.3.9) залегали насыпные
пески средней крупности и плотности с включением щебня, подстилае¬
мые мелкими песками, местами слабозаторфованными, торфом и мяг¬
копластичными глинами. Причиной деформаций, развивающихся во вре¬
мени, явилось уплотнение торфа под действием веса расположенных выше
слоев грунтов и давления от сооружения. Глубинное уплотнение осущест¬
влялось путем наклонной забивки сердечника диаметром 40 см, обеспе¬
чивающего создание уплотненной зоны в торфе диаметром 75 см. При
двухрядной забивке свай с шагом 75 см общее их число составило 80.
Для предохранения здания от разрушения при забивке сердечников стены
временно были укреплены швеллерами и тяжами. Принятый способ упроч¬
нения основания повысил модуль деформации с 0,3 до 2—5 МПа, при этом
определенное уплотнение получили также мелкие и насыпные пески. Трех¬
летний срок эксплуатации насосной станции не выявил каких-либо сущест¬
венных деформаций здания и его основания.
Основания могут быть усилены путем устройства по периметру фунда¬
мента (ленточного, столбчатого) ограждающей стенки, выполняемой
из шпунта, труб или свай (забивных, буронабивных, буроинъекциоиных
и др.). Грунт основания, расположенный между ограждающими стенками,
уплотняется, и вследствие трения, возникающего в процессе его оседания,
часть нагрузки передается на стенки. Стенки глубиной, равной 2,5—3 ши¬
ринам фундамента, должны быть максимально удалены от фундамента,
насколько это позволяет технология производства работ.
61

ГЛАВА 4. УСИЛЕНИЕ И РЕКОНСТРУКЦИЯ ФУНДАМЕНТОВ
МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
4.1.	Классификация методов усиления
Выбор метода усиления и реконструкции фундаментов мелкого зало¬
жения (как столбчатых, так и ленточных) зависит от причин, вызываю¬
щих необходимость такого усиления, конструктивных особенностей су¬
ществующих фундаментов и инженерно-геологических условий строи¬
тельной площадки [1—5; 7,10—13; 54].
Известно, что проектирование усиления фундаментов почти всегда
сложнее проектирования новых конструкций. Это объясняется тем, что
в каждом случае усиления приходится считаться с условиями эксплуата¬
ции объекта, со стесненными условиями работы, с разнообразием прояв¬
ления деформаций зданий и сооружений и др.
Применяемые в настоящее время методы усиления и реконструкции
фундаментов мелкого заложения можно классифицировать в зависимости
от конструктивно-технологических способов их выполнения (табл. 4.1).
Таблица 4.1. Классификация методов усиления и реконструкции
фундаментов мелкого заложения
Метод усиления или
реконструкции
Условия применения
Усиление кладки фундаментов
цементацией пустот
При образовании пустот в швах кладки и не¬
большом разрушении материала фундамента; на¬
грузка на фундамент не увеличивается или увеличи¬
вается незначительно
Частичная замена кладки
фундамента
При средней степени разрушения материала
фундамента; нагрузка на фундамент не увеличи¬
вается или увеличивается незначительно; при доста¬
точной несущей способности основания
Устройство обойм:
без уширения подошвы
фундамента
При значительном разрушении материала фунда¬
мента; нагрузка на фундамент не увеличивается или
увеличивается незначительно; при достаточной несу¬
щей способности основания
с уширением подошвы
фундамента
При увеличении нагрузки на фундамент и недо¬
статочной несущей способности основания
Подведение конструктив¬
ных элементов под существую¬
щие фундаменты:
плит
столбов
стены
При большой толще слабых грунтов в основании
При неглубоком залегании несущего слоя грунта
То же, а также в случае увеличения глубины зало¬
жения фундамента при устройстве подвалов, при не¬
обходимости передачи нагрузки на более прочные
грунты
Подведение новых
фундаментов
При коррозионном или ином разрушении фунда¬
мента; при необходимости значительного увеличения
нагрузок, глубины заложения и изменении конструк¬
ций подземной части зданий и сооружений
62

	   Продолжение	табл.	4.1
Метод усиления или	Т	Условия	применения
реконструкции	I
Усиление вдавливаемыми При значительном увеличении нагрузок; при на-
сваями	личии подстилающих прочных	грунтов; при невоз¬
можности проведения работ	непосредственно под
		подошвой фундамента
Подведение свай под	В маловлажных грунтах; при небольшой глубине
подошву фундамента	существующего фундамента и	невозможности уши-
рения его подошвы
Пересадка на выносные	В	водонасыщенных грунтах; при относительно
сваи	большой	глубине залегания прочного слоя грунта
Усиление буроиабивными	При значительном увеличении нагрузок и большой
сваями	толще	слабых грунтов в основании: в сложных усло¬
виях реконструкции и строительства
Усиление корневидными	То же, а также при невозможности частичной раэ-
буроинъекционными сваями	борки существующих фундаментов и в стесненных
условиях строительства
Усиление конструкциями,
возводимыми способом ’’стена
в грунте”	При	значительном увеличении	нагрузок; в слож-
	 ных	условиях реконструкции	подземных частей
Усиление фундаментов	зданий и сооружений
опускными колодцами
Передача части на1рузок	При	сложных сочетаниях нагрузок и в особых
на дополнительные фундаменты условиях выполнения работ по реконструкции
Переустройство столбча-	При	значительных неравномерных деформациях
тых фундаментов в ленточные	основания; изменении величины	нагрузок и стати-
и ленточных в плитные	ческой	схемы работы фундаментов; установке до¬
полнительного оборудования; изменении конструк¬
тивной схемы здания или сооружения; необходи¬
мости значительного повышения жесткости здания
Возвращение просевшего	При	просадке и значительном	перекосе (крене)
фундамента в первоначальное фундаментов для исправления положения эксплуа-
или горизонтальное положение тируемых зданий или сооружений в случае сохране¬
ния их устойчивости
Повышение жесткости фун¬
даментов (устройство допол¬
нительных железобетонных
поясов в ленточных фундамен¬
тах; устройство связей-распо¬
рок с одновременным усиле¬
нием ленточных или столбча¬
тых фундаментов)
Уменьшение силовых
воздействий на фундаменты
со стороны смещающегося
грунтового массива (устройст¬
во компенсационных траншей
вокруг фундаментов; разде¬
ление фундаментов деформа¬
ционными швами; локализа¬
ция деформации смещающе¬
гося грунтового массива с по¬
мощью скважин глубокого
бурения)
63
При больших неравномерных осадках основания,
например на подрабатываемых территориях, проса-
дочных и других сложных грунтовых условиях

На эти способы большое влияние оказывают условия, в которых нахо¬
дятся фундаменты: степень их разрушения, величины нагрузок, переда¬
ваемых на них, особенности конструктивной схемы здания или соору¬
жения, инженерно-геологические и гидрогеологические условия.
Работы по предотвращению развития аварийных деформаций зданий
включают усиление надземных и подземных конструкций зданий, фунда¬
ментов, а иногда и укрепление оснований. Возможны различные сочетания
конструктивных мероприятий по восстановлению и реконструкции зданий
и сооружений.
4.2.	Ремонт фундаментов, усиление их обоймами и подведением
конструктивных элементов
Фундаменты промышленных, жилых и гражданских зданий, построен¬
ных в первой половине XX века, как правило, выложены из бутового кам¬
ня, 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. Дли¬
тельное увлажнение бутового камня, в особенности из слабых извест¬
няковых 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. Це¬
ментация 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 фунда¬
мента перед цементацией покрывают цементной штукатуркой. Цемента¬
цию производят после засыпки и уплотнения грунта в предварительно
разработанных (по условиям технологии установки инъекционных тру¬
бок) траншеях с противоположных сторон фундамента. Порядок и тех¬
нология работ по цементации кладки фундаментов детально отражены
в работе•[1} и др.
При незначительных повреждениях фундамента на отдельных захват¬
ках в шахматном порядке через 0,5 м в кладку заделываются анкерные
штыри, к которым прикрепляется арматурная сетка, и устраивается ру¬
башка. 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 про¬
никанию раствора внутрь кладки. Применение этого способа особенно
целесообразно при цементации бутовых стен подвалов, так как обойма
препятствует поступлению раствора внутрь помещения.
64

Рис.4.1. Схема усиления кладки ленточных фундаментов
I - фундамент; 2 — трещины в ступенях; 3 — продольная балка на ступени; 4 -
контрфорс; 5 — рубашка; 6 — рандбалки; 7 — стена здания; 8 — стальной ри¬
гель; 9 - клин; 10-стойка; 11 - монолитный бетон; 12 - плита
При появлении трещин в нижних ступенях фундаментов или плитах
ленточных фундаментов их усиливают путем устройства под ступенями
продольных железобетонных балок (рис.4.1, с). Балки опираются на
контрфорсы, ширина которых определяется по расчету на смятие клад¬
ки в местах пересечения ригеля контрфорса с кладкой стены. Расстоя¬
ние между контрфорсами находится из расчета фундаментных балок на
изгиб. Далее весь фундамент заключается в железобетонную рубашку,
монолитно связанную с фундаментными балками [1].
В зависимости от того, насколько интенсивно возрастает нагрузка,
усиление фундамента может быть сплошным или прерывистым. При уси¬
лении увеличивается площадь подошвы фундамента, а отметка его за¬
ложения сохраняется. Конструкция усиления может быть двух- и трех-
контрфорсной и состоит из плиты, на которой установлены стойки, при¬
крепленные к стальному ригелю. Стены усиливаются балками-короты-
шами. Все сборные элементы .обмонолйчиваются бетоном в единый контр¬
форс; (рис.4.1, б). После усиления часть нагрузки на грунт под сущест¬
вующим фундаментом снимается и передается на плиты уширения. Обжа¬
тие плит уширения и включение их в работу предварительно осуществляет¬
ся домкратами.
В отдельных случаях усиление целесообразно выполнять столбами-
пилястрами, не разбирая нарушенную кладку. На плиты уширения ук¬
ладывают сборные стаканы, которые заполняют бетоном. Нагрузка от
стены на столбы передается через ригели, которые в дальнейшем замо-
ноличиваются бетоном. Фундамент на участках между столбами заклю¬
чается в рубашку. Если кладка ленточного фундамента сильно разруши¬
лась и не может больше служить, то она выключается из работы. Ленточ¬
ный 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, сече¬
ния столбов и расстояние между столбами определяются расчетом.
65
3-291

Усиление фундаментов обоймами, устраиваемыми без его углубле¬
ния, производят как без увеличения площади подошвы, так и с увели¬
чением ее в случае недостаточной несущей способности основания, частич¬
ного разрушения фундамента или существенного возрастания нагрузки
при реконструкции.
Устройство обойм без увеличения площади подошвы фундамента чаще
всего вызывается некачественным выполнением строительных работ. Так,
например, при строительстве одного из жилых домов сборные фундамен¬
ты под столбами были выполнены недостаточно качественно, что явилось
одной из причин обрушения конструкций [55]. Усиление выполнено путем
заключения верхней части фундамента над подушками в железобетонные
обоймы (рис.4.2), что позволило обеспечить более равномерную пере¬
дачу нагрузки на подушки. В верхней части обоймы установлены анкеры
для крепления колонн.
Усиление железобетонными или бетонными обоймами с увеличением
площади подошвы фундамента возможно для фундаментов мелкого зало¬
жения (из кладки, бетона, железобетона) как подвальных, так и беспод-
вальных зданий на всю высоту фундамента или его часть (рис.4.3).
При устройстве обойм нельзя забывать о том, что прочность сцепления
усиливаемого фундамента и новой кладки зависит от многих факторов,
в том числе от вида и качества составляющих бетона. При усилении желе¬
зобетонных и бетонных конструкций, находящихся в эксплуатации дли¬
тельное время, необходимо учитывать возможные отрицательные изме¬
нения в наружном слое бетона [54]. Поэтому, устраивая обоймы, не всегда
можно быть уверенным в том, что при сцеплении нового бетона со старым
гарантируется полная монолитность обоймы и существующего фундамен¬
та. В ряде случаев необходимо снимать весь поверхностный слой старого
бетона, а для обеспечения восприятия сдвигающих сил на контактной
поверхности приваривать арматурные коротыши, применять штрабы,
железобетонные шпонки, поперечные металлические балки, анкеры и дру¬
гие элементы. Свежий бетон укладывается на чистую, шероховатую, влаж¬
ную поверхность старой кладки с обязательным тщательным уплотнением
бетонной смеси.
Железобетонные обоймы, которые охватывают усиливаемый фунда¬
мент со всех сторон, плотно обжимая его при усадке бетона, и работают
как единое целое, следует считать наиболее простым и надежным спосо¬
бом усиления. Толщины обоймы определяются расчетом с учетом повы¬
шения расчетной нагрузки в случае реконструкции. Армирование про¬
изводят пространственными каркасами, состоящими из замкнутых хому¬
тов. Обычно фундаментные обоймы соединяют с обоймами усиления стен
подвала или колонн (см. рис.4.3). Если стены подвала или колонн не под¬
лежат усилению, то под фундаментными обоймами, устраиваемыми навею
или часть высоты фундамента, устанавливаются дополнительные обоймы на
высоту 1—1,5 м [54]. Усиление ленточных и столбчатых фундаментов
обоймами повышает также жесткость здания в соответствующем направле¬
нии, что особенно важно в случае применения сборных конструкций.
Уширенная часть усиленного фундамента способна воспринимать
только часть увеличивающейся нагрузки, а значительная ее часть переда¬
ется через подошву старого фундамента. При небольшом увеличении на¬
грузки это допустимо, поскольку выпор грунта в стороны невозможен
из-за дополнительной пригрузки элементов уширениями. При большом
увеличении нагрузки элементы уширения фундаментов должны быть
введены в работу путем предварительной передачи искусственного дав-
66

Рис. 4.2. Схема усиления сборного фунда¬
мента железобетонной обоймой
I — анкерные болты; 2 — сварные сет¬
ки; 3 — обоймы
Рис. 4.3. Схема усиления ленточного (а)
и столбчатого (б) фундаментов
1 — фундамент; 2 — обойма; 3 - стена
подвала; 4 - анкерные тяжи; 5 - хому¬
ты; 6 - колонна; 1 — арматура
67

Рис. 4.4. Схема усиления фундамента с об¬
жатием грунта под подошвой
1 - фундамент; 2 - элемент усиления; 3 -
предварительно напряженная арматура; 4 и
5 - эпюра реактивных моментов до и после
усиления; 6 — устройство для отжатия
элементов усиления
ления (обжатия). Предварительное обжатие основания производится
клиньями (см. рис.4.3, б) или домкратами, которые устанавливают, на¬
пример, между равдбалкой и плитой уширения. Съему домкратов пред¬
шествует установка металлических стоек-распорок с расклиниванием
их, после чего производят бетонирование обоймы (столба). Способы
предварительного обжатия рассмотрены в работах [1—3,12—13, 54 и др. ].
Увеличение площади подошвы фундамента с одновременным обжатием
грунта под элементами усиления обеспечивает немедленное включение
в работу уширенной части фундаментов.
Обжатие основания может осуществляться путем поворота элемен¬
тов уширения в сторону основания [56]. С этой целью элементы уши¬
рения объединяются с существующим фундаментом с помощью натяже¬
ния арматурных элементов. При отжатии верхней части элементов уши¬
рения подошвы от существующего фундамента грунт под их подошвой
обжимается, в результате чего происходит некоторая разгрузка основания
под существующим фундаментом. При повороте элементов уширения
в соединительных стержнях возникают дополнительные напряжения. Рас¬
чет усиления фундамента детально рассмотрен в работе [56].
Показанный на рис. 4.4 способ обжатия основания был применен при
усилении столбчатых фундаментов одноэтажного лабораторного корпуса
в связи с надстройкой второго зтажа. Два сборных железобетонных эле¬
мента уширения укладывались параллельно длинной стороне существую¬
щего фундамента. Между собой элементы уширения соединялись двумя
стальными стержнями с нарезанными концами, которые проходили рядом
с короткой стороной существующего фундамента. После установки эле¬
ментов уширения производили небольшое начальное натяжение соедини¬
тельных стержней. Затем с помощью отжимных болтов верхнюю часть
элементов уширения оттягивали от существующего фундамента; в сое¬
динительных стержнях увеличивались растягивающие усилия, благодаря
чему элементы уширения получали наклон, который вызывал обжатие
основания. Усилия в стержнях и отжимных болтах контролировали с по-
68

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 - по¬
перечная балка; 10 — обжатое основа¬
ние
мощью динамометрического ключа. После отжатия элементов на необ¬
ходимую величину зазоры между фундаментом и элементами уширения
заклинивали. Такой же способ был также использован при усилении фун¬
даментов здания спортивного комплекса в г. Белорецке. Усиливаемые
фундаменты были выполнены из монолитного железобетона. Натяжение
арматуры создавалось электротермическим способом.
Известен способ усиления фундамента с обжатием основания;? Он
заключается в установке по периметру фундамента блоков обоймы, кото¬
рые путем горизонтальных усилий обжатия тяжами вдавливаются в грунт
(рис.4.5). Погружение блоков обоймы в грунт облегчается вследствие
покрытия поверхностей блоков и фундамента антифрикционным мате¬
риалом и скошенной наружной грани блоков. В качестве антифрикцион¬
ного материала может использоваться битумная мастика или даже корка
намороженного льда в зимних условиях. Путем стягивания тяжей, про¬
пущенных сквозь прижимные щиты, упирающиеся в поперечные балки,
проходящие через стену здания, сдавливают блоки, которые начинают
сползать вдоль фундамента, опускаясь вниз и обжимая грунт. После окон¬
чания опускания блоков между их верхом и поперечными балками уста¬
навливают фиксаторы, например клинья, а балки между собой стягивают
фиксирующей затяжкой. Применение предлагаемого способа усиления
фундамента обеспечивает простоту производства работ при одновремен¬
ном обжатии основания и исключении мокрых процессов.
Усиление фундаментов мелкого заложения может выполняться путем
их уширения и углубления подведением дополнительных конструктив¬
ных 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 су¬
ществующего фундамента. На участках длиной 1—2 м грунт под фундамен¬
том 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 гидравли-
^■А.с. № 718552 (СССР). Способ усиления фундаментов/Н.С. Мещеряков. — Заявл.
0.4 0,4.1978, № 2600897/29.-33. опубл. в Б.И., 1980, № 8.
69

Рис. 4.6. Конструктивные решения подводки фундаментов
а — отдельные столбы; б — сплошные стены; в - столбы с шахматным расположе¬
нием в плане; г — железобетонные плиты; 1 - фундамент; 2 — столб; 3 — шурф;
4 — сплошная стена; 5 — плита; 6 — арматурный каркас
ческими домкратами и подклинки плиты промежуток между плитой
и подошвой старого фундамента заполняют бетоном с тщательным уплот¬
нением 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). Отдель¬
ные столбы применяют в тех случаях, когда на небольшой глубине (1,5—
4 м) залегает слой прочного грунта. Столбы перекрываются старым фун¬
даментом, 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 осущест¬
вляться с одновременным увеличением площади подошвы фундамента
и глубины его заложения (см. рис.4.6, с) или только с изменением глу¬
бины.
70

Углубление фундаментов и подводку столбов, как правило, выпол¬
няют только в сухих и маловлажных грунтах. Основные приемы подвод¬
ки новых фундаментрв сводятся к следующему. Весь ленточный фунда¬
мент 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 постоян¬
ном продвижении в одном направлении. Направление подводки выби¬
рают, начиная с наиболее слабых участков и мест, наименее ослаблен¬
ных проемами. На период подводки фундаменты в отдельных случаях
следует частично разгружать от нагрузок перекрытий и стен путем уст¬
ройства временных опор или закладки разгрузочных металлических ранд-
балок.
Отдельные столбы и сплошную стену при подводке фундаментов уст¬
раивают 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. Креп¬
ление стенок производят одновременно с разработкой грунта. Затем раз¬
рабатывают 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 фун¬
дамента и удаляют грунт, служивший основанием старого фундамента.
После разборки всего старого фундамента и разработки грунта до проект¬
ной отметки приступают к кладке нового фундамента, снимая крепление
снизу вверх. Промежуток между старой и новой кладкой тщательно за¬
делывают.
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 ответствен¬
ная часть работы не всегда выполняется с необходимой тщательностью,
требуемой для создания плотного контакта между старой кладкой и но¬
вым фундаментом. Хорошее сопряжение обеспечивается при зачеканке
раствора ручным ударным или механизированным способом, а также
при забивке стержней, которые расклинивают и дополнительно уплот¬
няют свежеуложенный раствор. После выполнения операций по зачекан¬
ке производится инъецирование зазоров цементным раствором. Работа
считается законченной только при условии полного и тщательного за¬
полнения зазора бетоном или раствором.
В случае значительных разрушений материала фундамента приходит¬
ся производить полную разборку и замену фундамента, технология заме¬
ны фундаментов рассмотрена в п.4.7.
Величина снижения осадок реконструируемых и надстраиваемых
зданий зависит от формы фундамента в плане [19, 31], поэтому при раз¬
работке вариантов усиления фундаментов ее необходимо учитывать. При
увеличении нагрузок на фундаменты давление по их подошве становится
более расчетного. Однако грунт основания за время эксплуатации здания,
намеченного к реконструкции, уже сжат под действием его веса и достиг¬
нута полная стабилизация осадок здания. Новые нагрузки вызовут мень¬
шие дополнительные осадки, поскольку модуль деформации уплотнен¬
ного грунта будет больше.
При усилении столбчатых фундаментов возможны случаи переуст¬
ройства этих фундаментов в ленточные, а ленточных — в плитные. Такие
случаи возникают при значительных неравномерных деформациях осно-
71

вания, изменении величины нагрузок и статической схемы работы фун¬
даментов, установке нового оборудования, изменении конструктивной
схемы здания или сооружения, необходимости значительного повышения
жесткости здания и в ряде других случаев.
Для переустройства столбчатого фундамента в ленточный (рис.4.7,
с) между существующими фундаментами устраивается железобетонная
стенка в виде перемычки. Для лучшего сопряжения перемычки на сущест¬
вующих фундаментах делаются насечка и штрабы, а также оголяется арма¬
тура для приварки арматуры перемычки. Кроме того, нижняя часть пере¬
мычки подводится под подошву существующего столбчатого фундамента.
Перемычка охватывает подколонник железобетонной обоймой. Для по¬
вышения несущей способности нижняя часть перемычки может выпол¬
няться уширенной. При необходимости устройства подвала перемычка
делается на всю высоту столбчатых фундаментов. В других случаях она
может выполняться меньшей высоты. Арматуру устанавливали таким
образом, чтобы во вновь образованном ленточном фундаменте все пере¬
мычки работали совместно. Для этой цели арматурные стержни перепус¬
каются у подколонника из одной перемычки в другую, а понизу арматур¬
ные каркасы заводятся подподошву существующих фундаментов. Такое
переустройство выполняется последовательно без нарушения устойчи¬
вости здания.
Переустройство ленточных фундаментов в плитные производится пу¬
тем подведения концов плит под ленточный фундамент (см. рис.4.7, б).
Плиты между лентами объединяют обоймами, проходящими через от¬
верстия, пробитые в нижней части стены ленточного фундамента. Через
3—4 м плиты между лентами объединяют железобетонными перемычками,
проходящими под подошвами ленточных фундаментов.
В практике реконструкции возможно переустройство столбчатых
фундаментов в перекрестно-ленточные и плитные, а также перекрестно¬
ленточных в плитные. Рассмотрим характерные примеры усиления ленточ¬
ных и столбчатых фундаментов.
При проведении в 1968—1969 гг. реконструкции травильного отделе¬
ния трубного цеха с одновременным усилением фундаментов выполня¬
лась их защита от коррозии. Здание цеха размером 108,6x16 м возводи¬
лось в 30-е годы. СтолЕяатые фундаменты (из горнблендита на растворе
марки М50) под железобетонные колонны располагались с шагом 5,2 м
в средней части и 7,8 м — в крайних частях; глубина их заложения сос¬
тавляла 2 м; основание сложено маловлажными элювиальными суглин¬
ками и глинами в твердом состоянии; среднее давление по подошве 0,15—
.0,20 МПа. Травильные ванны размещались на бетонных опорах — столби¬
ках, опирающихся непосредственно на бетонный пол.
Детальным обследованием* фундаментов, выполненным с разработ¬
кой шурфов до кровли глинистых грунтов, выявлено следующее. Зна¬
чительная часть бутовых фундаментов подверглась коррозии с разру¬
шением бутового камня до состояния дресвы и щебня на глубину до 0,5 м,
при этом фактическая прочность раствора составляла менее половины
первоначальной. В фундаментных балках встречались места с разрушен¬
ным защитным слоем и оголенной коррозированной арматурой. Подуш¬
ка из щебня горнблендита, являющаяся основанием под бетонный пол,
оказалась разрушенной до состояния дресвы на всю высоту в 1,2 м. Грун-
х Проведены кафедрой оснований и фундаментов Уральского политехнического
института,
72

Рис. 4.7. Схема переустройства столбчатых фундаментов в ленточные и ленточные
в плитные
1 - столбчатый фундамент; 2 — железобетонная перемычка; 3 — арматурные кар¬
касы; 4 - уширенная часть железобетонной перемычки; 5 - ленточный фундамент;
6 - отверстия в ленточном фундаменте; 1 — подводимая плита; 8 — пропуски плиты
под ленточным фундаментом
73

Рис. 4.8. Варианты схем усиления фундаментов травильного отделения
1 - фундамент; 2 — битумная обмазка; 3 — глиняный замок; 4 — фундаментная
балка; 5 - колонна; 6 - обойма
Рис.4.9. Схема усиления столбчатого
фундамента в условиях недопустимого
4 внецентренного загружения
1 - существующий фундамент; 2 -
колонна; 3 — фундаментная балка;
4 — штраба; 5 — арматурный каркас;
6 — обойма
товые воды имели общекислотную агрессивность с содержанием ионов
S04", превышающим его содержание при нормативной сульфатной агрес¬
сивности более чем в 10 раз; значение pH не превышало 3. Грунтовые
воды находились в среднем на глубине 1 м от пола. Несмотря на некото¬
рое снижение механических свойств глинистого основания под воздейст
вием агрессивной среды, исследования выявили в целом достаточно вы
сокие физико-механические показатели грунтов:	= 1,96 т/мЗ, W=0,26
в = 0,8, с = 0,04 МПа, Ч>— 15°, Е = 10,2 МПа. Наружные кирпичные стены
уложенные на фундаментных балках, со стороны травильного отделения
оказались в значительной степени деформированными. Травильные ванны
вследствие неравномерного проседания бетонного пола получили перекос.
Работы по усилению столбчатых фундаментов производились в услови¬
ях работы травильных ванн. Уровень грунтовых вод понижали способом
74

Открытого водоотлива из разработанных по периметру шурфов. Для каж¬
дого обследуемого фундамента составлялась дефектная ведомость. В слу-
Це относительно удовлетворительного состояния фундамента (рис.4 Б, с)
Дыполняли только ремонтные работы с одновременной защитой их от
ЮЗДействия агрессивной среды путем битумной обмазки слоем толщиной
ДО 50 мм. Перед обмазкой боковую поверхность фундаментной кладки
Частично очищали с последующей двух-трехразовой промывкой извест¬
ковым молоком и нанесением выравнивающего слоя известково-цемент¬
ного раствора. Битум заливали между отремонтированным фундаментом
и опалубкой с последующим устройством глиняного замка толщиной
300—400 мм. При неудовлетворительном состоянии фундамента (рис.
4.8, б) его поверхность расчищали на глубину разрушения кладки с после¬
дующей промывкой известковым молоком. После этого фундамент вос¬
станавливали до прежних размеров путем устройства подбетонки из бето¬
на марки Ml00 и железобетонной обоймы толщиной 150—200 мм из бето¬
на марки М200 с конструктивным армированием сетками с размером
ячеек 100x100 мм из арматуры диаметром 8—10 мм класса А-11. После
устройства обоймы выполняли работы по защите от агрессивной среды.
Усиление фундаментных балок выполняли с очисткой арматуры от
коррозии и обетонирования этих мест бетоном марки М300 с последую¬
щей битумной обмазкой за 2 раза. В процессе усиления фундаментов и
фундаментных балок вели постоянные наблюдения за возможным раз¬
витием деформаций в несущих конструкциях (стенах, рамах и др.).
После усиления фундаментов выполняли разборку деформирован¬
ного бетонного пола в местах размещения травильных ванн с предва¬
рительным их демонтажем. Вместо выбранной щебеночной подушки из
разрушенного горнблендита устраивали засыпку гранитным щебнем на
полную высоту выемки с послойным трамбованием и обработкой горя¬
чим битумом. Под устанавливаемыми новыми ваннами фундамент вы¬
полнен в виде железобетонной подушки толщиной 200 мм с легким конст¬
руктивным армированием двумя арматурными сетками (вверху и внизу)
из проволоки диаметром 5 мм с ячейками размером 100x100 мм из ар¬
матуры класса А-I. Замена щебеночной подушки и устройство новых
фундаментов под травильные ванны были выполнены в минимальные
сроки.
Интересным является пример усиления столбчатых фундаментов под
каркас ангара железобетонной обоймой в связи с допущенной при проек¬
тировании ошибкой (рис.4.9). При условном расчетном давлении на гли¬
нистые грунты основания Rq = 0,25 МПа фундаменты запроектированы
при среднем давлении по подошве = 0,3 МПа. Проектом допущено
смещение центра тяжести подошвы фундамента по отношению к оси колон¬
ны внутрь здания на 0,4 м, т.е. в направлении, противоположном направ¬
лению действия максимального изгибающего момента. Это привело к зна¬
чительному превышению максимального краевого давления на основание
по сравнению с допустимым значением: рмакг = 0,64 МПа вместо 1,2 Rr, =
= 0,3 МПа.
Уральским политехническим институтом (Б.Л. Тарасов, О.А. Лисовой)
разработан проект усиления фундамента, при котором совместную работу
несимметричной железобетонной обоймы из бетона марки Ml50 с арми¬
рованием сеткой с размером ячеек 200x200 мм из арматуры диаметром
12 мм класса A-II обеспечивали горизонтальные шпонки по граням фун¬
дамента. После устройства шпонок перед бетонированием боковые поверх¬
ности усиливаемого фундамента тщательно очищали металлическими
75

щетками и промывали водой. Выполненное усиление оказалось доста¬
точным для обеспечения в дальнейшем нормальной эксплуатации здания
ангара.
В Краснодаре по чертежам Укрспецстройпроекта было произведено
усиление фундаментов трехэтажного административно-жилого здания
по ул. Комсомольской. Усиление фундаментов здания осуществлялось
в связи с появлением трещин в капитальных стенах и проектированием
надстройки четвертого этажа. Основанием здания являлся суглинок лес¬
совидный, просадочный при давлениях более 0,1 МПа. Расчетное давление
на этот грунт в соответствии со СНиП П-15-74 составляло 0,18 МПа. При¬
близительно такая нагрузка была передана фундаментами на основание,
в связи с чем при замачивании начались просадки грунта. В процессе ре¬
конструкции необходимо было снизить давление на основание до значе¬
ния менее 0,1 МПа. В проекте было разработано усиление фундаментов
путем устройства сплошной монолитной железобетонной плиты на уровне
пола подвала. Связь проектируемой плиты с существующими конструк¬
циями предусматривалась путем заведения металлических консолей из
двутавров № 24 в отверстия, устраиваемые в существующих стенах под¬
вала (рис.4.10). Расстояние между двутаврами в среднем принимали рав¬
ным 1 м из условия расчета на срез. Двутавры усиливали привариваемым
к верхней полке листом по расчету на смятие кладки стен. Арматура вер¬
тикальных каркасов плиты приваривалась к нижней и верхней полкам
выступающих за грань стены концов двутавров. Верхние и нижние арма¬
турные сетки плиты увязывались с вертикальными каркасами. Заделка
двутавра в фундаментную стену и прикрепление к нему арматуры желе¬
зобетонной плиты показаны на рис.4.10, б.
Фундаменты имевшихся в подвале здания отдельно стоящих колонн
усиливали путем заведения отдельных стержней арматуры диаметром
20 мм класса А-Ш в просверленные в колоннах отверстия и устройства
вокруг колонны арматурной обоймы, которая связывалась с каркасами
железобетонной плиты. В отверстия, в которые вставлялись отдельные
арматурные стержни, нагнетали цементный раствор марки М100. Поверх¬
ность существующего фундамента перед бетонированием тщательно на¬
секалась.
Подведение сплошной фундаментной плиты под административное
здание в Херсоне выполняли параллельно с мероприятиями по предотвра¬
щению дальнейшего подъема уровня грунтовых вод (см. п3.1). В этом
здании для осей с небольшими нагрузками, где позволяли расчеты метал¬
лических выпусков-консолей на срез и изгиб, в стены вместо прокатных
балок заделывали плоские арматурные каркасы. По остальным же осям
в стены заделывали двутавровые балки (см. рис.4.10). К балкам же при¬
креплялась арматура железобетонной плиты.
В двух описанных выше случаях работы по подведению плиты под
здания производили без прекращения их эксплуатации. Работы вели по
участкам в последовательности, предусмотренной проектом их произ¬
водства. Отверстия в стенах для заделки металлических консолей (про¬
ката или арматуры) пробивали с чередованием через одно. После заве¬
дения консолей в отверстия последние заделывали бетоном с тщатель¬
ным уплотнением. Пропущенные на определенном участке отверстия
пробивали после достижения бетоном уже пробитых на этом участке от¬
верстий 70% проектной прочности. Пробивка группы отверстий, уста¬
новка в них консолей и омоноличивание бетоном производились без пе¬
рерыва, в течение одной смены (оставлять пробитые, но не заполненные
76

Рис. 4.10. Схема сопряжения двутав¬
ра с арматурным каркасом при уси¬
ление фундаментов сплошной плитой
1 существующий фундамент; 2 -
бетон марки М300 на мелком щебне;
3—5 - сетки соответственно нижние,
вертикальные и верхние; 6 - двутавр;
7 - лист усиления двутавра; 8 — место
приварки каркаса к полкам двутавра;
9 — элементы усиления полок двутавра
бетоном отверстия не допускается). После омоноличивания всех консолей
на отдельном участке производились армирование и бетонирование плиты.
После устройства железобетонной плиты усиления во всех помещениях
подвала выполняли выравнивающую цементную стяжку толщиной 20 мм.
При усилении фундаментов зданий описанным методом полностью прек¬
ратились их деформации.
4.3.	Усиление фундаментов в особых условиях
В особых условиях деформации земной поверхности проявляются
в виде провалов (проседаний), уступов и трещин, а также плавных осе¬
даний земной поверхности. Необходимость усиления и реконструкции
фундаментов эксплуатируемых зданий в указанных условиях встречается
на подрабатываемых территориях, когда в результате процесса сдвижения
горных пород на земной поверхности образуется чашеобразная впадина,
называемая мульдой сдвижения. Здания и сооружения,' попадающие в
мульду сдвижения, испытывают особые воздействия (особые нагрузки),
вызываемые деформацией основания. К случаям деформаций фундамен¬
тов в особых условиях относятся также и деформации, наблюдающиеся
при просадках основания. Несмотря на различие в характере проявления
деформаций зданий и сооружений, находящихся на подрабатываемых
территориях и на просадочных грунтах, применяемые способы усиления
их фундаментов во многом одинаковы.
При анализе влияния на здания и сооружения деформаций земной
поверхности при подработке рассматривают перемещения и наклоны
земной поверхности, вызванные вертикальными и горизонтальными сдви¬
жениями [57]. Характер этих перемещений зависит от ряда горногеоло¬
гических и горнотехнических факторов: толщины вынимаемого пласта,
глубины его разработки, геометрических размеров выработки, угла паде¬
ния, физико-механических свойств пород и др.
Характер повреждения фундаментов при подработке территории
зависит от конструктивной схемы здания. В зависимости от этого факто¬
ра при одних и тех же параметрах деформаций земной поверхности в одних
случаях определяющими являются вертикальные деформации основа¬
ния, в других - горизонтальные деформации основания или его наклоны.
Усиления конструктивных элементов, в том числе и фундаментов, про¬
водятся в основном для зданий старой постройки, в которых комплекс
защитных мероприятий, предусмотренный нормативами [57, 58], не про¬
водился. Одним из важных моментов при назначении метода усиления
77

фундамента эксплуатируемого здания является определение конкрет¬
ных деформаций земной поверхности в любой точке площадки, на ко¬
торой оно расположено. Это позволяет установить наиболее неблагопри¬
ятные сочетания деформаций земной поверхности для различных частей
здания и его конструктивных элементов, а также оптимизировать объем
работ по их усилению.
Для уменьшения силовых воздействий на фундаменты со стороны
смещающегося в результате горных выработок основания применяют
следующие меры: разделение зданий на отсеки с устройством деформа¬
ционных швов, устройство компенсационных траншей вокруг фунда¬
ментов зданий, локализация деформаций смещающегося грунтового мас¬
сива с помощью скважин глубокого бурения.
Деформационные швы выполняют по всей высоте здания, включая
фундаменты и кровлю. Ширина зазора деформациошюго шва регламен¬
тируется [58]. Деформационные швы устраивают, высверливая отверстия
в кладке и удаляя ее между отверстиями, отбойным молотком. При вы¬
полнении этого мероприятия без постановки парных стен следует пре¬
дусматривать устройство связей-распорок по каждому этажу рядом с
деформационным швом.
Компенсационные траншеи применяют для уменьшения влияния го¬
ризонтальных деформаций сжатия на фундаменты здания. Траншеи раз¬
рабатывают на 15—20 см ниже подошвы фундамента на расстоянии не
более 3 м от здания под углом 20° к направлению действия горизонталь¬
ных деформаций и заполняют легкосжимаемым материалом. Метод обу-
ривания глубокими скважинами площадки, на которой находится зда¬
ние, в практике используется весьма редко.
К мерам, предохраняющим конструкции и фундаменты эксплуати¬
руемых зданий от повреждения, относятся: усиление фундаментов же¬
лезобетонными поясами и обоймами, усиление стен, опорных сечений
балок и колонн, увеличение площади опирания плит, балок, прогонов
и ферм, а также усиление узлов их сопряжения с опорными и пролетными
конструкциями.
Ленточные фундаменты усиливают с помощью рассмотренных в п.4.2
железобетонных обойм и железобетонных поясов, подводимых под фун¬
даменты (рис.4.11). Совместность работы обоймы и фундамента обеспе¬
чивается в этом случае монолитными железобетонными шпонками и по¬
перечными металлическими связями. Шпонки и связи располагают через
0,5—1 м по высоте и 1—2 м по длине ленточного фундамента. Усиленный
таким образом фундамент способен воспринимать горизонтальные дефор¬
мации земной поверхности, воздействие которых направлено вдоль фун¬
дамента.
В случае если воздействие горизонтальных деформаций направлено
из плоскости стены здания, устраивают гибкие связи-распорки между
фундаментами на уровне их подошвы (рис.4.12). Эти элементы рассчи¬
тываются на центральное растяжение или сжатие.
Для усиления фундаментов каркасных зданий с целью восприятия
горизонтальных деформаций и поворотов основания рекомендуется уст¬
ройство железобетонных обойм с постановкой связей-распорок на одном
или двух уровнях. Соединение связей-распорок с фундаментами выпол¬
няется шарнирным. Обоймы армируются горизонтальной арматурой и вер¬
тикальными стержнями, устанавливаемыми у вертикальных плоскостей
существующего фундамента. Обойма фундамента должна быть жестко
соединена с обоймой усиления колонны. Если колонны не усиливаются.
78

Рис. 4.11. Схема усиления фундаментов
обоймой с поясами
1 - существующий фундамент; 2 - по¬
перечная связь; 3 - шпонка; 4 - желе¬
зобетонная обойма; 5 - арматурный
каркас; 6 - стена
Рис.4.12. Схема усиления фундаментов
путем устройства между ними связей-
распорок
а - ленточный; б - отдельно стоящий;
1 - фундамент; 2 - железобетонная
обойма; 3 - поперечная связь; 4 —
связь-распорка; 5 - существующая под¬
готовка; 6 - подготовка под обойму;
7 — шарнирное соединение; 8 - гори¬
зонтальная арматура; 9 - хомуты; 10-
короткая железобетонная обойма на ко¬
лонне; II - подготовленная поверх¬
ность усиливаемого фундамента
то обойму фундамента следует продлить на колонну на высоту 1—1,2 м
от обреза фундамента.
Железобетонные пояса, подводимые под фундаменты, выполняют
монолитными и сборно-монолитными. В случае сборно-монолитного поя¬
са элементы пояса стыкуют один с другим сваркой арматуры с после¬
дующим замоноличиванием. При этом способе усиления следует ограни¬
чивать длину провисания фундамента при выемке грунта под ним, кото¬
рая не должна превышать 1 м.
На практике встречаются случаи, когда усиление фундаментов в осо¬
бых условиях возможно путем передачи части нагрузки на дополнитель¬
ные фундаменты. В качестве примера рассмотрим .усиление фундаментов
главного щита управления центральной электроподстанции Дзержинска,
получившего деформацию в результате сдвига горных пород [59]. Здание
трехэтажное с неполным каркасом, стены кирпичные, колонны и пере¬
крытия из монолитного железобетона, фундаменты бутобетонные и желе¬
зобетонные. В результате сдвига на земной поверхности образовался уступ
в угловой части пересечения осей Г yi 1 (рис.4.13).. Его развитие сопро¬
вождалось горизонтальными деформациями основания. Стена по оси Г
и примыкающие конструкции получили значительные повреждения. По-
79

Рис. 4.13. Схема усиления фундамента при сдвиге горных пород
1 — существующие конструкции
пытки предотвратить дальнейшие деформации конструкций с помощью
тяжей не привели к желаемому результату. Для защиты здания было пред¬
ложено передать нагрузку от перекрытий и покрытия на новую продоль¬
ную стену, установленную на специальный монолитный железобетонный
фундамент.
Дополнительный фундамент (см. рис.4.13) представляет собой ряд
поперечных Л-1, Л-6 и продольных Л-7, Л-11 лент, устраиваемых снаружи
и внутри здания вне оседающего участка основания, вследствие чего исклю¬
чалось влияние уступа. Вдоль стены по оси Г на консольных выступах
поперечных лент расположена балка Б-1 под новую стену. Кроме восприя¬
тия нагрузок от нее, дополнительный фундамент должен предотвратить
горизонтальные смещения конструкций. Для исключения крутящих уси¬
лий было принято раздельное устройство лент вдоль оси А: нижние ленты
Л-3 и Л-10 работали на горизонтальные нагрузки, верхние Л-7 и Л-9 явля¬
лись их противовесом и испытывали лишь изгибающие моменты.
80

Рис. 4.14. Схема замачивания грун¬
тов совместно с уширением подош¬
вы фундаментов в здании с подва¬
лом
1 - существующий фундамент; 2 -
уширение фундамента; 3 - засып¬
ка из щебня; 4 — железобетонная
обойма; 5 — дренажная скважина;
б - обратная засыпка местным
грунтом
Мероприятия по усилению включали также устройство сплошных
монолитных железобетонных обойм, в которые заключались существую¬
щие фундаменты и стены первого этажа по осям 1; 3 к 7. Обоймы сопря¬
гали с лентами Л-7, Л-9 и балкой Б-1. При устройстве монолитных желе¬
зобетонных фундаментов особое внимание обращали на аккуратность
пробивки отверстий в существующих конструкциях для пропуска попе¬
речных лент и балки Б-1, а также на выполнение рабочих швов при бето¬
нировании. Выполненные мероприятия оказались эффективным и надеж¬
ным способом предотвращения деформаций аварийного характера.
Усиление в особых условиях конструкций, расположенных выше
фундаментов, довольно подробно изложено в работе [60]. К мерам,
позволяющим исправлять положение эксплуатируемых зданий в целом,
следует отнести следующие методы: подъем зданий или его отдельных
частей с помощью гидравлических домкратов, опускание здания путем
вдавливания опорных элементов фундамента в грунт основания, опус¬
кание здания путем удаления грунта из-под фундамента на менее осевших
участках (метод выбуривания), направленное замачивание и др. Наиболее
перспективным является метод вдавливания, так как при его приме¬
нении не требуется принципиальное изменение конструктивных элемен¬
тов в фувдаментно-подвальной части здания. Вдавливание опорных эле¬
ментов фундамента (подушек) производится поэлементно распорными
устройствами, при этом используется вес самого здания. Метод выбури¬
вания заключается в разработке и удалении буровыми инструментами
грунта из-под фундамента. Грунт следует удалять послойно (не более
2—3 см) на всей опускаемой части фундамента. Метод направленного
замачивания применяется для опускания отдельных частей здания. Этот
метод основывается на изменении степени водонасыщения или консис¬
тенции грунта основания в зоне замачивания и опускании части здания
под действием собственного веса.
Способы усиления фундаментов в условиях развития просадочных
деформаций описаны в ряде работ [1, 5, 18, 20, 21, 41—46 и др.]. Рассмот¬
рим характерный пример усиления фундаментов, совмещенного с вы¬
прямлением крена здания (рис.4.14). Так, для прекращения деформаций
и выправления крена производственного здания арматурного завода в
г. Георгиевске Ставропольского края было Запроектировано организован¬
81

ное замачивание лессовидных просадочных грунтов. Основной целью
замачивания было устранение просадочных свойств основания. Ввиду
того, что существующие фундаменты здания и стены подвала не пред¬
ставляли жестких конструкций, устойчивых к неравномерным осадкам,
а были выполнены из сборных блоков (причем с наличием большого
перепада в отметках), предусматривалось в первую очередь выполнить
уширение фундаментов и усиление стен подвала железобетонной обой¬
мой (рис.4.14). Согласно выполненным расчетам и исследованиям грун¬
тов основания, уширение существующих фундаментов необходимо было
выполнить в среднем на 400-600 мм. При этом напряжения на грунты
основания не превышали бы 0,18 МПа.
Замачивание грунта предполагалось осуществлять через дренажные
скважины, которые располагали по всему периметру стен здания через
3 м. Прогнозируемые просадки от замачивания составляли от 5 до 15 см.
Замачивание здания предполагалось производить по блокам, разделен¬
ным осадочными швами, с постоянным геодезическим наблюдением за
проявлением просадки. Расход воды на такое замачивание составлял
приблизительно 10000 м3.
4.4.	Усиление фундаментов вдавливаемыми сваями
В особо сложных случаях усиления фундаментов мелкого заложения,
когда нагрузку от здания надо передать на глубоко залегающие прочные
грунты, особенно при наличии высокого уровня грунтовых вод, исполь¬
зуют вдавливаемые сваи. Усиление фундаментов сваями (сборными же¬
лезобетонными или из отдельных сплошных или трубчатых элементов)
производится двумя способами: пересадкой фундаментов на выносные
сваи или подведением свай под подошву фундамента.
Для усиления ленточных фундаментов выносные сваи могут устраи¬
ваться как с каждой стороны ленточного фундамента (рис.4.15, а), так
и с одной его стороны в один или два ряда (консольные и рычажные сис¬
темы) (рис.4.15, б). Для пересадки столбчатых фундаментов сваи могут
располагаться с двух противоположных сторон подошвы (рис.4.15, в)
или вокруг нее (рис.4.15, г). Сваи, подводимые под подошву фундамен¬
та, можно также располагать в один или несколько рядов в зависимости
от конструкции существующего фундамента.
Выносные сваи применяют при высоком уровне грунтовых вод, а сваи,
подводимые под подошву фундамента, — при низком. Сваи располагают
одну от другой на расстоянии не менее 3d-
Головы свай с усиливаемым фундаментом соединяются ростверками,
выполняемыми в виде железобетонных поясов (для ленточных фунда¬
ментов) или железобетонных обойм (для столбчатых фундаментов). Если
усиливаемые фундаменты не имеют достаточной прочности, то их укреп¬
ляют обвязочными балками. Для лучшей передачи нагрузки от усиливае¬
мого фундамента на сваи применяют проходящие через него поперечные
металлические и железобетонные балки. Длина свай устанавливается в за¬
висимости от характеристики грунтов, размеров поперечного сечения свай
и нагрузок на фундамент.
При проектировании усиления работа старого фундамента, как пра¬
вило, в расчетах не учитывается. Вся нагрузка от существующего здания,
а также и дополнительная должны быть восприняты свайным фундамен¬
том. Для предварительных соображений несущую способность свай опре¬
деляют по расчету, уточнение ее производится путем испытания пробных
82

А-А
V"cf^5]
J? □ _х) q
Рис. 4.15. Схемы размещения выносных свай при усилении ленточных и столбчатых
фундаментов
усиливаемый фундамент; 2 — свая; 3 ~ железобетонный пояс; 4 — рандбалки;
5 - поперечная балка; 6 - рычажный ростверк; 7 - железобетонная обойма
свай статической нагрузкой непосредственно на строительной площадке,
где производится усиление.
При усилении фундамента выносными сваями добиваются надежно¬
го сопряжения старого фундамента со сваями. В фундаменте или при
необходимости в стене устанавливают в продольных штрабах рандбалки.
Кроме того, в фундаменте или стене пробивают сквозные гнезда, в которые
заводятся поперечные металлические балки. В качестве поперечных могут
применяться железобетонные балки. Балки связываются монолитным
железобетонным ростверком, который соединяет головы свай (см. рис.
4.15). Сваи выводят до верха нижней ступени фундамента, а затем бето¬
нируют раздельные ростверки. Домкраты устанавливают непосредственно
над сваями, чтобы исключить работу ростверка на изгиб. На участке, рас¬
положенном между домкратами, фундамент разбирают и бетонируют
ступень фундамента, объединяющую оба ряда ростверков. Эта ступень
должна быть выполнена так, чтобы смогла работать как жесткий фун¬
дамент. Через сутки домкраты снимают. Инвентарные ригели удаляют,
старую кладку на этих участках разбирают и заменяют бетоном.
Для столбчатых фундаментов поперечные передаточные балки делают
парными и между ними зажимают колонну или фундамент. Для синхрон¬
ной работы домкраты присоединяют к общему насосу. Давление в дом¬
кратах увеличивают ступенями. После каждой ступени делают перерыв
для наблюдения за осадкой свай под нагрузкой. Перерыв продолжается
до тех пор, пока осадка свай не прекратится. Обжатие свай должно пре¬
кращаться, как только прибор, установленный на колонне, отметит ма¬
лейший ее подъем. При этом давлении сваи получают ту нагрузку, кото¬
рая будет передаваться от сооружения. После стабилизации осадки сваи
83

Рис. 4.16. Различные схемы усиления фундаментов составными сваями
1 — существующий фундамент~ 2 — сваи; 3 - железобетонные балки; 4 — тяги
производится подклинка между рандбалками и поперечными балками,
затем устраивают железобетонный пояс.
В практике строительства накоплен большой опыт усиления фунда¬
ментов мелкого заложения вдавливаемыми, в том числе составными,
сваями. Кратко рассмотрим характерные случаи из отечественного и
зарубежного опыта.
Способ усиления составными трубчатыми металлическими сваями
фундаментов аварийного пятиэтажного жилого дома в Сумгаите был
применен по предложению проф. Э.М. Генделя. Вертикальные деформа¬
ции фундаментов продольных несущих стен составили от 790 до 1315 мм;
величина крена в сторону наибольшей деформации достигала 450 мм.
Технология производства работ по вдавливанию отдельных звеньев труб
длиной 0,5 м освещена в работах [7, 61].
Большой опыт применения составных впрессованных свай для усиле¬
ния фундаментов существующих зданий накоплен в Венгрии. Эти сваи
изготовляют из сборных железобетонных элементов длиной 60—80 см с
размерами сечений 25x25 и 30x30 см. Для полов применяют элементы
больших размеров 120x60x25 см. Элементы располагаются один над дру¬
гим, соприкасаясь торцовыми поверхностями. Для сопряжения элемен¬
тов используют вертикальные металлические штыри диаметром 37,5—
50 мм, которые вставляются в гнезда в центральной части сборных эле¬
ментов и этим препятствуют их взаимному смещению. Последователь¬
ность подводки свай ”Мега” детально рассмотрена в работах [4,48].
В случае больших нагрузок иногда возникает необходимость погру¬
жения составных свай в два ряда. Сваи размещают под фундаментом,
если позволяет его ширина (рис.4.16, а), или размещают по обе стороны
от фундамента при недостаточной его ширине (рис.4.16, б), иногда делают
консольное уширение (рис.4.16, в). Для сопряжения свай со старым фун¬
84

даментом в нем устраивают отверстия и борозды. Консольные балки сое¬
диняют стальными тягами. Предпочтительнее устраивать непрерывные
продольные балки, так как они распределяют реакции от свай на большую
длину и способствуют увеличению продольной жесткости фундамента.
При проектировании вдавливаемых свай требуется тщательное обсле¬
дование конструкций здания, так как состояние стен влияет на значения
как расчетной нагрузки на сваю, так и максимального усилия погруже¬
ния; при этом расчетная нагрузка на сваю не должна превышать допусти¬
мой нагрузки на участок стены. Шаг свай чаще всего составляет 1,4—2,5 м.
Рассмотрим некоторые примеры усиления фундаментов вдавливае¬
мыми сваями. Ленточные фундаменты здания бывшей школы по ул. Лени¬
на в Киеве были усилены с помощью задавливаемых металлических свай.
Основание представляло собой свалку мелкозема с примесью строитель¬
ного мусора и органических веществ, подстилаемую песками различной
мощности — от 9 до 17 м, которые характеризовались различным состоя¬
нием - от влажного до водонасыщенного (единого водоносного горизон¬
та не было установлено).
Четырехэтажное здание школы было построено в 1938 г., стены вы¬
полнены из пустотелого кирпича, междуэтажные и чердачные перекрытия
деревянные, под подвалом и вестибюлем железобетонные. Фундаменты
ленточные бутобетонные на известковом растворе. Под фундаментами
выполнена подушка из кирпичного боя толщиной 0,3—0,4 м. Глубина за-,
ложения фундаментов 1,6 м, в подвальной части 3,5 и 4,5 м от уровня пола
первого этажа. Среднее давление на основание под подошвой существую¬
щих фундаментов равно 0,13—0,14 МПа. В конструкциях здания отсутст¬
вуют железобетонные пояса на уровне перекрытия и по фундаментам.
После ввода здания в эксплуатацию стали развиваться деформации несу¬
щих конструкций. Наиболее сильное развитие неравномерных деформа¬
ций началось в 1949 г. Осадки углов здания с 1957 по 1975 г. составляли
150—270 мм. Западный фасад по центру на уровне третьего этажа имел
отклонение от вертикали в 124 мм.
Выполненные в 1975 г. инженерно-геологические изыскания показа¬
ли, что основными причинами осадок фундаментов и деформаций стен
здания являются: неравномерное уплотнение обводненного мощного (и
неодинакового по площади здания) слоя насыпных грунтов; гниение
имеющихся в грунтах основания органических остатков; разрушение бу¬
товой кладки фундаментов.
При проектировании было рассмотрено три варианта усиления осно¬
ваний и фундаментов: способ химического закрепления грунтов; уст¬
ройство монолитных железобетонных фундаментных плит с включением
в работу существующих фундаментов; устройство свайных фундамен¬
тов методом задавливания. Предпочтение было отдано последнему ва¬
рианту.
Сваи из отрезков металлических труб длиной 1 м, диаметром 237 и
толщиной стенки 8 мм располагали попарно — с двух сторон стены (рис.
4.17). Сваи погружали домкратами ГДЗ-ЗОО, которые упирались в желе¬
зобетонные балки, изготовляемые совместно со сплошным железобетон¬
ным поясом, который омоноличивался со сваями. Железобетонный пояс
устраивался на уровне пола первого этажа до начала работ по задавлива-
нию свай. Задавливание свай осуществлялось стыкующимися с помощью
сварки секциями и одновременно с двух сторон стены (в местах простен¬
ков) по всему контуру здания. Для подвески домкрата и равномерного
распределения усилия задавпивания предусматривалась инвентарная ме-
85

mu
Рис. 4.17. Схема усиления фундамен¬
тов с помощью залавливаемых метал¬
лических свай
I — существующий фундамент; 2 —
металлические трубчатые сваи; 3 -
арматурный каркас оголовка сваи;
4 — оголовок сваи; 5 — монолитные
железобетонные балки; 6 - стены
здания; 7 - труба для подачи в сваю
бетона бетононасосом
таллическая упорная балка, которая крепилась параллельно стене здания
(с каждой ее стороны) к трем соседним железобетонным балкам. После
установки последней секции домкрат и инвентарную балку демонтиро¬
вали, устанавливали арматуру и опалубку оголовка сваи, всю полость
трубчатой сваи заполняли бетоном марки М200 литой консистенции и бе¬
тонировали оголовок сваи через отверстие в железобетонной балке.
Максимальная расчетная нагрузка на сваю была принята равной 230 кН.
Полная длина свай составляла от 10 до 15 м (из условия прорезки насып¬
ных грунтов), максимальное усилие задавливания в домкрате допуска¬
лось до 350 кН (с учетом веса здания). При невозможности погружения
сваи таким усилием до проектной отметки применялось бурение лиди¬
рующих скважин диаметром 160 мм (станками ручного бурения). Такой
способ усиления фундаментов позволил всю нагрузку от здания передать
на прочные глубокозалегающие грунты.
Вдавливание составных металлических свай успешно было применено
в Томске для предотвращения неравномерных деформаций пятиэтажно¬
го жилого дома, находящегося в аварийном состоянии. Здание характе¬
ризовалось развитием вертикальных разрывов по всей высоте [62]. По
рекомендации НИИпромстроя составные сваи для усиления фундаментов
успешно применяют на ряде объектов в Башкирии [32, с.181 ].
4.5.	Усиление фундаментов буронабивными сваями
Широкое распространение получило усиление фундаментов мелкого
заложения выносными буронабивными сваями, которые так же, как и
вдавливаемые сваи, передают нагрузку от здания на лежащие ниже проч¬
ные грунты. Буронабивные сваи могут использоваться при усилении лен¬
точных и столбчатых фундаментов, при этом располагают их относитель¬
но существующего фундамента так же, как и вдавливаемые сваи.
При усилении ленточных фундаментов буронабивными сваями выпол¬
няют следующие этапы работ (рис.4.18):
I — вдоль стен разрабатывают шурфы или траншеи и устанавливают
крепления; в стене над обрезом фундамента пробивают продольную бо-
86

Рис. 4.18. Этапы работ по усилению ленточных фундаментов набив¬
ными сваями
1 - фундамент; 2 - шурф; 3 - крепление шурфа; 4 - разгрузоч¬
ная балка; 5 — стена; 6 - слабый грунт; /-- прочный грунт;
8 - скважина для сваи; 9 - буронабивная свая; 10 - продольная
балка; 11 - поперечная балка; 12 - отверстия в усиливаемом фун¬
даменте; 13 - домкрат; 14 - железобетонный ростверк
розду (штрабу), которая промывается, и в нее на растворе укладывают
металлическую разгрузочную балку. Балку перед установкой обматы¬
вают проволокой. После установки балка может быть забетонирована;
II — производят бурение скважин, монтируют арматурные каркасы
и бетонируют сваи. Бурение выполняют ручным или механизированным
способом в зависимости от стесненности площадки и габаритов обору¬
дования;
III — пробивают сквозные отверстия в существующем фундаменте,
устанавливают металлические поперечные балки, необходимые для за-
давливания свай в грунт и включения их в работу. Поперечные балки
87

необходимы также для более надежного сопряжения ростверка с сущест¬
вующим фундаментом;
IV — производят задавливание свай в грунт домкратами и заклинива¬
ние балок;
V — устанавливают опалубку и бетонируют ростверк, который выпол¬
няется прерывистым или сплошным по всей длине фундамента; в по¬
следнем случае достигается более жесткое сопряжение. После схватыва¬
ния бетона крепление и опалубку снимают, а траншею засыпают грунтом
с тщательным трамбованием.
При усилении столбчатых фундаментов по периметру существующего
фундамента пробуривают скважины, устанавливают арматурные каркасы
и бетонируют сваи. Головы свай с арматурными выпусками связывают
железобетонной обоймой, выполняемой вокруг существующего фунда¬
мента. Конструкции железобетонных обойм аналогичные ранее описан¬
ным конструкциям. Концы свай заглубляют в прочный слой грунта.
Усиление столбчатого фундамента рассмотрим на примере усиления
фундаментов промышленного здания в г. Асбесте. В основании фунда¬
ментов залегали глинистые грунты твердой консистенции. В ходе произ¬
водства монтажных работ посредине здания была обнаружена линза ра¬
нее насыпного грунта с 20%-ным содержанием органических включений.
После монтажа основных несущих конструкций фундаменты над этим
участком получили значительные деформации (от 100 до 300 мм). Дефор¬
мации были неравномерными, в результате чего одна из колонн смести¬
лась на 100 мм от проектной оси. Деформации привели к образованию
трещин в железобетонной колонне, искривлению подкрановых балок
и связей между фермами. Было принято решение демонтировать все
конструкции здания на участке, где наблюдались аварийные деформа¬
ции основания, и выполнить новые фундаменты с устройством бурона¬
бивных свай, опирающихся на прочные грунты природного сложения
(рис.4.19). Объединение старого и нового фундамента достигалось уст¬
ройством железобетонной обоймы. По расчету каждый фундамент уси¬
ливали восемью буронабивными сваями диаметром 400—800 мм. В рас¬
чете работа старого фундамента не учитывалась, вся нагрузка передава¬
лась только через буронабивные сваи. Обоймы выполняли из бетона мар¬
ки М200. Последовательность выполнения работ описана в работе [63].
Эксплуатация здания показала надежность выполненного усиления.
Одним из оригинальных способов усиления фундаментов с помощью
буронабивных свай является использование их в качестве своего рода
рычажных опор. Так, при выяснении причин обрушения кирпичной сте¬
ны в производственном корпусе сортировочного цеха бумажной фабрики
в г. Сухом Логу было установлено, что под ленточными бетонными фун¬
даментами по оси Е в рядах 5-6 на глубине около 1 м проходила сквоз¬
ная штольня шириной 6 и глубиной 2 м (рис.4.20). При восстановлении
кирпичной стены по проекту Уральского политехнического института
(О.А. Лисовой) рекомендовалось выключить на указанном участке дли¬
ной 21 м из работы ленточный фундамент, а нагрузку передать на 15 ры¬
чажных металлических балок, размещаемых в неглубоких траншеях с
шагом 1,5 м.
Рычажные балки (см. рис.4.20) длиной 7,4 м из двутавра № 50 опира¬
лись на буронабивные сваи-стойки диаметром 500 мм и длиной 7 м (об¬
щее их число 15), которые располагались в непосредственной близости
к фундаменту и опирались на слой известняка с временным сопротивле¬
нием одноосному сжатию 15 МПа. В качестве противовеса использова-
88

Рис. 4.19. Схема усиления столбчатого фун¬
дамента промышленного здания набив¬
ными сваями
I - набивная свая; 2 - железобетонная
обойма; 3 - деформированная колонна;
4 - насыпной грунг 5 - прочный грунт
Рис.4.20. Схема исключения из работы
ленточного фундамента, расположенного
над горной выработкой, путем передачи
нагрузки на рычажную систему из буро¬
набивных свай
1 - существующий фундамент; 2 - про¬
гон из швеллера; 3 - стена здания; 4 —
балка БР-1; 5 - балласт; 6 - плита ПБ-1;
7 - штольня; 8 - буронабивная свая; 9 -
бетон; 10 - шпунт; 11 - воздушный
зазор
А-А
лась железобетонная плита высотой 0,2, шириной 1,2 и длиной 22,5 м (на
всем участке усиления). Соединение балки БР-1 с плитой осушествля
лось рабочим болтом (диаметром 50 мм и длиной 2,1 м) с помощью гай¬
ки. Для балластного слоя рекомендовался любой материал с плотностью
более 1,8 т/мЗ. Наличие воздушного зазора в 0,15 .м под балкой БР-1 обес¬
печивало надежную работу всей рычажной системы. Узлы сопряжения
балки БР-1 и прогонов из швеллеров № 10, закладываемых в кирпичную
стену, тщательно замоноличивали бетоном марки М200 на мелком щебне
до передачи нагрузки на рычажную систему. Балка БР-1 включалась в ра¬
боту только после уплотнения балластного слоя путем предварительного
обжатия опорного узла рычажной системы с обеспечением расчетного
(рабочего) прогиба балки в 50 мм. Это достигалось завинчиванием гаек
на рабочем болте с последующей постановкой контргайки. После этого
балку БР-1 бетонировали бетоном марки М200.
89

Рис. 4.21. Схема усиления сборного,,
ленточного фундамента дополнитель¬
ными опорами без ослабления сгень^
отверстиями
1 - фундаментная подушка; 2 - рабо-,
чая арматура балок; 3 — стеновые бло-^
ки; 4 — железобетонная балка; 5
дополнительные опоры
Аналогичный способ усиления ленточных фундаментов буронабив-
ными сваями, используемыми в качестве рычажных опор, выполнен в
1973 г. трестом Гипроспецфундаментстрой по чертежам Гипролесхима
в соответствии с рекомендацией НИИ оснований и подземных сооруже¬
ний [7, с.41—42]. Усилению подвергались фундаменты пятиэтажной башни
и примыкающей к ней трехэтажной части производственного корпуса
химкомбината в связи с развитием недопустимых осадок и возможного
их обрушения. Для этого на расстоянии 2,5 м от наружной стены здания
были выполнены два ряда цилиндрических буронабивных свай-стоек (рас¬
стояние между рядами 5 м, шаг в ряду 3 м) диаметром 1,2 и длиной 16 м.
Головы свай в каждом продольном ряду объединялись жесткими желе¬
зобетонными балками, расположенными одна относительно другой на
разных уровнях.
В качестве рычажных балок использовали металлические двутавро¬
вые консольные балки № 50 с шагом 2,5 м, рассчитанные на условия пере¬
дачи на свайный фундамент соответствующих усилий от стен здания. Балки
заделывали в кирпичные стены так, как показано на рис.4.20, на железо¬
бетонных балках их размещали таким образом, чтобы в первом ряду сваи
работали на вдавливание, во втором — на- выдергивание. Осуществленное
усиление исключило дальнейшее развитие осадок на аварийном участке
корпуса.
Обычно при усилении ленточных фундаментов нагрузки от старого
фундамента на сваи передают с помощью поперечных балок, проходя¬
щих через стену старого фундамента. Основными недостатками данно¬
го способа усиления являются сложность выполнения работ, связанных
с пробивкой отверстий для поперечных балок в фундаментной стене,
ослабление стены и трудоемкость создания плотного контакта между
поперечными балками и фундаментной стеной.
Под руководством Ю.И. Лозового [54] разработан способ усиления
ленточных фундаментов из бетонных блоков путем передачи части на¬
90

грузки от фундамента на вновь возводимые свайные или иные опоры
без нарушения структуры грунта под подошвой фундамента и ослабле¬
ния фундаментной стены отверстиями, пробиваемыми для введения в ра¬
боту поперечных балок усиления (рис.4.21). При этом способе отверстия
в стене для пропуска поперечных балок не пробивают, а сверху фунда¬
мента в горизонтальном шве со стеновым блоком пропускают только
арматурные стержни. Как показали результаты исследований, блоки фун¬
даментов надежно включаются в работу поперечных балок усиления,
бетонируемых на месте. Силы трения и сцепления обеспечивают восприя¬
тие поперечной силы в местах контакта нового бетона балок со старым
бетоном фундаментных блоков. Балки усиления бетонируют с расчет¬
ным шагом по длине фундамента, нижнюю арматуру подбирают, как
в обычных изгибаемых железобетонных элементах на заданные нагрузки.
4.6.	Применение корневидных свай, опускных колодцев
и фундаментов, возводимых способом "стена в грунте"
Применение для усиления фундаментов корневидных свай, называе¬
мых в нашей стране буроинъекционными, позволяет производить работы
без разработки котлованов, обнажения фундаментов и нарушения струк¬
туры грунта в основании [48,64].
Сущность способа усиления корневидными сваями заключается в уст¬
ройстве под зданием своего рода подпорок — жестких корней в грунте,
которые переносят большую часть нагрузки на более плотные слои грунта.
При усилении корневидными сваями может предусматриваться создание
единой конструкции в ростверковом и безростверковом вариантах. Корне¬
видные сваи выполняют вертикальными или наклонными с помощью
установок вращательного бурения, которые позволяют пробуривать сква¬
жины через расположенные выше стены и фундаменты. Диаметр буров
изменяется от 80 до 250 мм. При бурении для обеспечения устойчивости
стенок скважин могут использоваться обсадные трубы, вода, глинистая
суспензия или сжатый воздух.
Корневидные сваи обладают высоким сопротивлением трению вдоль
боковой поверхности, что обеспечивается путем частичной цементации
грунта, находящегося в контакте со сваей. Благодаря прохождению сквозь
существующие конструкции корневидные сваи оказываются связанными
с сооружением, поэтому не требуется дополнительное их сопряжение с
существующими фундаментами. Корневидные сваи имеют значительную
прочность на растяжение, вследствие чего их иногда используют в качест¬
ве анкеров в конструкциях, подверженных воздействию горизонтальных
усилий, и в конструкциях, воспринимающих внецентренные нагрузки.
После бурения в скважину устанавливают арматурные каркасы, сос¬
тоящие из отдельных секций, стыкуемых с помощью сварки. Длина сек¬
ций обычно не превышает 3 м и лимитируется высотой помещения, в ко¬
тором производят работы. Каркас оборудуют фиксаторами, которые
предупреждают отклонение от оси скважины. После установки арматур¬
ного каркаса или одновременно с этой операцией в скважину опускают
инъекционную трубу диаметром 25—50 мм, через которую нагнетают
цементно-песчаный раствор, обжимающий стенки скважины и образу¬
ющий небольшие местные выступы. После извлечения инъекционных
труб верхняя часть скважины опрессовывается сжатым воздухом.
Усиление оснований и фундаментов буроинъекционными сваями
успешно применено для сохранения ряда архитектурноисторических
91

Рис. 4.22. Схема усиления фундаментов административного здания буроинъекцион¬
ными сваями
1 — деревянные сваи; 2 — стены подвала; 3 — стены здания; 4 — буроинъекционные
сваи; 5 — торф и заторфованные суглинки; 6 - супесь пластичная; 7 — песок средней
плотности; 8 — известняки
памятников [64]. В качестве примера можно рассмотреть укрепление
кирпичного четырехэтажного административного здания, возведенного
в конце XIX в., на фундаменте из деревянных забивных свай. Под всем
зданием имеется подвал, стены которого выполнены из бутового камня
и красного кирпича. Вследствие гниения и разрушения голов деревянных
свай, а также неравномерного сжатия подстилающих их слабых грунтов
в кирпичной кладке стен и сводов подвала здания постепенно стали раз¬
виваться деформации осадочного характера, к 1973 г. ширина раскрытия
трещин достигла 5 см. Проектом усиления предусматривалось устройст¬
во наклонных буроинъекционных свай с обеих сторон несущих стен дли¬
ной до 25 м с заделкой нижних концов свай в известняки (рис. 4.22).
Общее число свай составляло 768. Буровые работы вели с пола первого
зтажа и с наружной части здания через кирпичную кладку стен. Сква¬
жины в стенах крепили обсадными трубами диаметром 146 и 168 мм,
а скважины ниже разбуриваемой кладки — бентонитовым раствором.
Бурение скважин выполнялось станком СБ А-500.
За рубежом [48] корневидные сваи применяют также при необхо¬
димости устройства глубоких выемок в непосредственной близости от
существующих зданий. Сооружаемая ’’решетчатая” подпорная стенка
удерживает от обрушения откос вместе с фундаментом. В отдельных
случаях корневидные сваи органически связаны с существующим фун¬
даментом как единое целое.
Зарубежный и отечественный опыт показал, что во многих случаях
способ усиления фундаментов и их оснований корневидными сваями
является более рациональным и экономичным, чем усиление фундаментов
92

Рис. 4.23. Схема усиления фундамен¬
та опускным колодцем
а — установка опускного колодца
перед началом погружения; б - погру¬
жение колодца на проектную глубину;
в — конструкция ножа; 1 - усиливае¬
мый фундамент; 2 — опускной коло¬
дец; 3 — котлован; 4 — обжимаемое
основание; 5 - стальной резец
вдавливаемыми и буронабивными сваями, цементация или химическое
закрепление грунта. Например, способ усиления корневидными сваями
в 2—2,5 раза дешевле химического закрепления грунтов основания и при¬
меним в любых грунтовых условиях. Применение системы корневидных
свай для усиления существующих фундаментов и их оснований особенно
эффективно при реконструкции производственных зданий с заменой
устаревшего оборудования. Такое усиление проводится, как правило,
с минимальной остановкой производства, а в некоторых случаях и без
нарушения эксплуатации.
В Харьковском ПромстройНИИпроекте [65] разработан метод уси¬
ления основания существующих фундаментов железобетонными опуск¬
ным колодцами. В этом случае фундамент может иметь любые габариты
в плане и, кроме того, исключается необходимость его разгрузки при
ведении работ по усилению. Внутренние размеры опускного колодца на
15—20 см должны превышать габариты подошвы фундамента. В плане
колодец может иметь форму окружности или прямоугольника с закруг¬
ленными углами. Опускной колодец из монолитного или сборного желе¬
зобетона сооружают на поверхности или на дне котлована, глубина кото¬
рого на 20—30 см выше отметки подошвы фундамента. Стенки делают
с заостренным ножом, при этом скос заострения устраивают снаружи
(рис.4.23). Для создания дополнительного пригруза можно снаружи ус¬
тупом уширить верхнюю часть колодца. Сборные колодцы небольших
размеров рационально изготовлять из двух половинок с жесткими сты¬
ками.
Колодец опускают по мере выемки грунта по наружному периметру
его стен. Основание фундамента сохраняется ненарушенным и в ходе
опускания колодца заключается в обойму. Для обеспечения достаточной
стабильности грунтового ядра внутри колодца грунт разрабатывается
только в сухом состоянии с предварительным осуществлением на обвод¬
ненных участках водопонижения. После погружения колодца траншея
засыпается грунтом с уплотнением. Размеры колодца в плане и его глу¬
бину определяют обычным расчетом на эксплуатационные нагрузки (грунт
93

Рис. 4.24. Схема фундаментов шахтно¬
го типа глубокого заложения при ре¬
конструкции металлургического цеха
1 — шахтный фундамент; 2 — сущест¬
вующее здание; 3 - проектируемое
здание; 4 — свайный фундамент; 5. —
скала
внутри колодца рассматривается как тело, заключенное в жесткую
обойму).
Опускным колодцем можно усиливать также и фундаменты под
оборудование. В этом случае верх оболочки колодца жестко сопрягается
с фундаментом железобетонной обоймой. По сравнению с подводкой
фундаментов участками трудоемкость при устройстве опускного колод-,
ца уменьшается в 2 раза, а стоимость — в 1,8 раза [65].	j
В отдельных случаях при необходимости увеличения шага колон»
каркаса здания целесообразно использовать фундаменты шахтного типа
глубокого заложения под колонны реконструируемого промышленного
здания. Применение большеразмерных конструктивных схем каркаса
с укрупненным шагом колонн (24—32 м) и большими пролетами позво¬
ляет осуществлять реконструкцию и замену устаревшего оборудования
без остановки производства в старом здании [66]. Такие случаи особенно
характерны для металлургического производства.
По проекту института Унипромедь при реконструкции металлурги¬
ческого цеха медеплавильного комбината были применены фундаменты
шахтного типа глубиной от 12 до 28 м, прорезающие толщу насыпных
и глинистых грунтов с опиранием на трещиноватую скалу с переменнымг
залеганием кровли (рис.4.24). Цель заложения подошвы фундамента'
на скальном основании состояла в проходке шахтного ствола минималь¬
ных габаритов в плане без остановки работы цеха. При зтом был принят
следующий порядок производства работ:
установка шаблона на месте заложения фундамента шахтного типа
по габаритам проходки ствола;
проходка круглого ствола вниз захватками по 1 м с установкой ар¬
матуры и бетонированием на всю глубину до отметки подошвы, рассеч¬
ка (уширение) ствола в основании на горизонтальные выработки;
установка стержневой арматуры отдельными блоками снизу вверх
в пространство пройденных выработок (ствола и рассечек) и бетони¬
рование захватками по мере установки арматурных блоков;
94

установка опорных плит для безвыверочного монтажа крановых
колонн нового здания в верхней части ствола после закрепления анкер¬
ных болтов.
Площадь основания шахтного фундамента определяли из условия
прочности скальных грунтов на отметке подошвы. Для определения не¬
сущей способности грунтов и опорной площади фундаментов в центре
каждой выработки производилось бурение скважин с отбором кернов.
Наряду с фундаментами шахтного типа (8 из 20) на участках, сво¬
бодных от застройки, по проекту института 'Фундаментпроект были вы¬
полнены свайные фундаменты (см. рис .4.24). Конструкция сваи-стойки
состояла из оболочки толщиной 8—10 мм диаметром 600 мм, арматур¬
ного каркаса, устанавливаемого во внутреннюю полость трубы после
бурения и бетонного заполнения. Поверху свай, принятых по расчету в
количестве 10, выполнен армированный ростверк с анкерами для без¬
выверочного крепления башмака крановой колонны. Следует, однако,
отметить, что проходка буровым станком скважин для свай с обсадны¬
ми трубами из-за наличия отвалов литого шлака в насыпном слое ока¬
залась весьма трудоемкой и потребовала применения специальных ме¬
тодов. В результате интенсивность работ по устройству свайных фунда¬
ментов оказалась менее эффективной, чем проходка шахтных стволов.
Возведение фундаментов шахтного типа глубокого заложения в ком¬
бинации с устройством свайных фундаментов оказалось в 3 раза дороже
выполнения столбчатых фундаментов. Однако при устройстве последних
из-за стесненности производственной площади пола действующего цеха
потребовалась бы остановка технологического процесса. Поэтому общая
эффективность этой проведенной в особых условиях реконструкции ока¬
залась выше более чем в 5 раз. Окупаемость капитальных вложений про¬
изведена за один год вместо пяти по сравнению с новым строительством.
При усилении и реконструкции фундаментов, проводимых в непо¬
средственной близости от фундаментов существующих зданий и соору¬
жений на стесненной площадке и в сложных грунтовых условиях, целе¬
сообразно применять способ ’’стена в грунте” [67]. Конструктивные ре¬
шения такого усиления (глубокими стенами или прямоугольными стол¬
бами) зависят от причин, вызывающих необходимость усиления фунда¬
мента мелкого заложения, грунтовых условий, величины и характера
действующих нагрузок и факторов.
Так, при устройстве глубоких выемок и подвалов в непосредствен¬
ной близости от фундамента усиление производится глубокими стенами
или прямоугольными столбами, возводимыми между выемкой и фунда¬
ментом (рис.4.25, а). Для обеспечения устойчивости фундамента в этом
случае производится расчет защемления стены в грунте с учетом нагрузок
от фундамента и грунта, находящегося за стеной. Если расчетное защем¬
ление выполнить затруднительно или экономически нецелесообразно,
то повышение устойчивости стен достигается устройством анкерных креп¬
лений, располагаемых между фундаментами (рис. 4.25, б и з). Глубина
заделки анкеров в грунт и их сечения определяются расчетом.
Увеличения несущей способности столбчатых фундаментов можно
достичь возведением у фундамента глубоких стен или столбов прямо¬
угольного сечения, опираемых на прочное основание (рис.4.25, в). Стены
или столбы могут иметь в плане двухсторонее (рис.4.25, г) и четырех¬
стороннее (рис.4.25, д) расположения. В некоторых случаях рациональ¬
но устройство стен в виде замкнутого короба (рис.4.25, е). Возведенные
95

t)
1
—1
п
h
L
J
1 "
д)
ft
e)
Й
J)
6
7
€
г—	R	ft ^
В
11
|!
в
1
1
1
-В-
/ :N
1
1
c_a
ctra
Рис. 4.25. Схемы усиления фундаментов мелкого заложения способом "стена в
грунте”
1 - усиливаемый фундамент; 2 - стена в грунте или прямоугольный столб; 3 -
выемка; 4 - анкер; 5 — железобетонная обойма; 6 — стена в виде глубокого
короба; 7 — глубокие ленты или стены; 8 — стены-перемычки
стены или столбы объединяются с усиливаемым фундаментом железо¬
бетонной обоймой (см. рис.4.25, в).
Для одновременного увеличения устойчивости основания и усиле¬
ния фундамента могут быть возведены параллельные стены в виде глубо¬
ких лент, располагаемых с обеих сторон фундаментов (рис.4.25, ж). С
целью повышения жесткости стены могут объединяться стенами-перемыч¬
ками, устраиваемыми на меньшую глубину, чем основные параллельные
стены. При такой конструкции усиления устойчивость основания увели¬
чивается, так как оно заключено в жесткую обойму.
96

В сложных условиях строительства и реконструкции при усилении
могут применяться комбинации способа ’’стена в грунте” с устройством
набивных и корневидных свай, а также с различными методами химическо¬
го закрепления грунта.
4.7.	Усиление гидроизоляции и защита фундаментов в агрессивных средах
В процессе длительной эксплуатации имеющаяся гидроизоляция фун¬
даментов претерпевает значительные изменения и теряет свои водоза¬
щитные функции полностью или частично. Часто гидроизоляция фунда¬
ментов нарушается в процессе их реконструкции или усиления. В этих
случаях возникает необходимость в проведении работ по усилению гид¬
роизоляции или устройству ее вновь, а также работ по изменению режима
поверхностных и грунтовых вод.
Основными видами повреждений горизонтальной гидроизоляции
являются: разрыв изоляционного слоя в местах образования трещин,
вызываемых неравномерными осадками основания (рис.4.26, а); повреж¬
дение изоляционного слоя на большом протяжении, как следствие появ¬
ления в нем больших неравномерных осадок и усадочных трещин, а также
динамических воздействий на фундамент и других причин (рис.4.26, б).
В зависимости от характера разрушения гидроизоляции работы по ее
восстановлению выполняются по-разному. Работы производят участками
длиной по 1 м. Над поврежденным участком в стене пробивают сквозные
отверстия высотой 0,3—0,4 м. Удаляют участки поврежденной гидроизо¬
ляции, расчищают основание и при необходимости выравнивают его це¬
ментным раствором. После схватывания цементного раствора и его под¬
сушки (через сутки) укладывают по выровненному основанию гидроизо¬
ляционный слой с перекрытием старого слоя на 0,2—0,25 м. Если заменя¬
емый участок проходил в кирпичной стене, то отверстие закладывают
кирпичом с плотным заклиниванием вверху между новой и старой кладкой
цементным раствором. При восстановлении гидроизоляции в бетонной
или бутобетонной стене заделку производят бетоном.
Если гидроизоляционный слой находится ниже уровня земли, а также
пола первого или подвального этажа, то в первую очередь необходимо
обнажить места устройства нового слоя для обеспечения удобства веде¬
ния работ. Работы могут выполняться с одной стороны, при этом целе¬
сообразно вести их снаружи. Отверстия пробивают через один или через
два участка на всю ширину стены. При наклейке рубероида оставляют
с каждой стороны завернутыми свободные концы дайной 0,3 м для на¬
дежного перекрытия со следующими участками. Устройство гидроизоля¬
ции на участках второй очереди выполняется через 2—3 сут.
Усиление или устройство новой наружной вертикальной гидроизоля¬
ции может быть выполнено следующим образом [68]. По периметру зда¬
ния вдоль стен подвала разрабатывают траншею, закрепляя ее откосы.
Для предотвращения затопления траншей ливневыми водами, а также
сохранения устойчивости здания траншею разрабатывают участками по
10—15 м. Перед устройством гидроизоляции стену тщательно очищают
от грунта и выравнивают цементной штукатуркой состава 1:2. После схва¬
тывания и просыхания цементного раствора поверхность покрывают сло¬
ем горячего битума, на который сразу же наклеивают слой рубероида
или другого материала. Затем еще раз промазывают горячим битумом
и наклеивают второй слой. При необходимости изоляцию усиливают при¬
жимной кирпичной стенкой и выполняют глиняный замок.
97
4-291

Рис.4.26. Характер повреждения гидроизоляции фундаментов стен подвала
а — схема фундамента; бив — схемы повреждения гидроизоляции соответственно
одной и несколькими трещинами; 1 — фундамент; 2 — пол; 3 - рулонная горизон¬
тальная гидроизоляция; 4 - стена подвала; 5 — стена здания; б — горизонтальная гид¬
роизоляция; 7 - вертикальная гидроизоляция; 8 — участок повреждения горизон¬
тальной гидроизоляции; 9 — трещина
При высоком уровне грунтовых вод работы по устройству гидроизо¬
ляции проводят после осуществления водопонижения. Технология под¬
готовки, покраски и наклейки слоев гидроизоляции остается такой же,
как и при выполнении новой гидроизоляции [68,69].
Методы защиты фундаментов и подвальных стен от коррозии, выз¬
ванной агрессивным воздействием грунтовых вод, в основном такие же,
как и при защите подземных конструкций от увлажнения. Различие сос¬
тоит лишь в том, что используемые для выполнения химически стойкой
изоляции материалы должны быть подобраны с учетом их устойчивости
в агрессивной среде [70]. Вид антикоррозионной защиты поверхности
фундаментов и подземных сооружений, подверженных воздействию аг¬
рессивных грунтовых и производственных вод, следует принимать по
табл. 4.2.
Выбор гидроизоляции пола, от водонепроницаемости и стойкости
которой во многом зависит сохранность фундаментов и их оснований,
определяется степенью и интенсивностью агрессивного воздействия жид¬
ких сред [69,70], а именно:
а) при малой интенсивности воздействия слабоагрессивных жидких
сред должна предусматриваться обмазочная гидроизоляция, выполненная
из мастик на основе битума или полимеров;
б) при средней и большой интенсивности воздействия слабоагрессив¬
ных жидких сред и при малой интенсивности воздействия средне- и силь¬
ноагрессивных сред должна предусматриваться оклеечная гидроизоляция,
выполненная из рулонных материалов на основе битумов' или рулонных
листовых пластмасс (два-три слоя);
в) при большой интенсивности воздействия сильноагрессивных жид¬
ких сред должна предусматриваться оклеечная гидроизоляция с числом
слоев, увеличенным на один-два слоя по сравнению с числом, указанным
по п. ”б”.
98

Таблица 4.2. Виды защитных покрытий для фундаментов
и подземных сооружений
Вариант ан¬
тикоррози¬
онной защи¬
ты поверх¬
ности
Виды защитных покрытий поверхности при воздействии среды
слабоагрессивной
среднеагрессивной
сильноагрессивной
1
Битумные
Холодные и горя¬
чие асфальтовые
Эпоксидные, каменно¬
угольно-эпоксидные,би-
тумно-эпоксидные
2
Битумио-латексные
Оклеечные битум¬
ными рулонными
материалами (гидро-
изол, изол) с защит¬
ной стенкой
Оклеечные, усиленные
рулонными материалами
с защитной стенкой
3
Битумно-латексные
Оклеечные химически
стойкими пленочными
материалами (полиизобу-
типен, полиэтилен, поли¬
винилхлорид) или арми¬
рованные стеклотканью
4
-
-
Полимеррастворы на осно-
ве термореактивных син¬
тетических смол
Защита фундаментов, подверженных воздействию технологических
проливов, а также находящихся в увлажненных и закисленных грунтах,
должна производиться с учетом трех возможных случаев воздействия на
них агрессивной среды [71].
1. Случайное попадание агрессивных сред в грунтовое основание; при
этом уровень грунтовых вод расположен ниже отметки заложения фунда¬
мента.
2. Постепенное загрязнение грунта агрессивными средами при отсутст¬
вии грунтовых вод.
3. Постепенное загрязнение грунта агрессивными средами при подъеме
уровня грунтовых вод выше подошвы фундамента.
В первом случае воздействия среды боковую поверхность фундамента
покрывают слоем холодной битумной грунтовки и двумя-тремя слоями
холодного или горячего битума (рис.4.27, а). При этом щебеночная под¬
готовка должна быть пропитана битумом. Во втором случае боковые по¬
верхности фундамента после нанесения двух-трех слоев битумной окраски
оклеивают двухслойной рулонной изоляцией (изолом, гидроизолом и др.)
на битумной мастике (рис.4.27, б). В третьем случае воздействия среды
боковую поверхность оклеивают двухслойной изоляцией е устройством
прижимной или защитной стенки (рис.4.27, б). Эта стенка выполняется
из кислотоупорного или клинкерного кирпича на битумной мастике (го¬
рячий битумный раствор с песком), а также из обычного или кислотостой¬
кого бетона.
Защитные покрытия бетонных фундаментов от агрессивного воздейст¬
вия грунтовых вод по их надежности предлагается разделять на три груп¬
пы [72].
Группа 1 — покрытия в виде битумно-бензиновой грунтовки (1:2 —
1:3) с последующей окраской за 2—3 раза битумно-бензиновым лаком
99

Рис.4.27. Схема защиты фундаментов от коррозии
1 — защитная подготовка; 2 — фундаментная подушка; 3 — фундаментные блоки;
4 - защитная окраска; 5 - стена; б - отмостка; 7 - обратная засыпка; 8 - столб¬
чатый фундамент; 9 — оклеечная гидроизоляция; 10 — глиняный замок; 11-колон¬
на; 12 - прижимная кирпичная стенка
с постоянным увеличением доли битума в смеси (от 1:1 до 2:1). Битумно¬
бензиновый лак можно заменить на один-два слоя битумного расплава
по той же грунтовке. Рекомендуется устраивать глиняный замок в виде
набивки жирной глиной слоем высотой 20—50 см между стенками фун¬
дамента и котлована. При этом глина должна быть хорошо размята и при
укладке тщательно уплотнена.
Группа 2 — покрытия в виде защитных штукатурок, наносимых по би¬
ту мно-бензинов ой грунтовке. Материал для штукатурного слоя готовится
путем разогрева битума с постепенным подмешиванием в него зеленого
масла, а также мелкого песка. Общая толщина штукатурки 6—10 мм.
Группа 3 — покрытия в виде оклеечной изоляции в два-три слоя ру¬
бероида на битумной мастике по битумно-бензиновой грунтовке. Кроме
рубероида можно использовать бризол, гидроизол или другие стойкие
рулонные материалы. В наиболее ответственных случаях возможна на¬
клейка слоя полиизобутилена или поливинилхлорида.
Для защиты фундаментов в условиях действия слабых минеральных
и органических кислот используется оклейка их поверхности полиэти¬
леновой пленкой, дублированной стеклотканью, бумагой или песком по
расплавленному битуму [73] Полиэтиленовая пленка в данном случае
является надежным изоляционным экранирующим материалом. Дубли¬
рующий слой предохраняет полиэтилен от сгорания и механического по¬
вреждения при укладке на горячий расплав битума и обеспечивает удов¬
летворительное сцепление пленки с поверхностью бетона.
Для устройства надежной изоляции от действия кислот предложено
[73] покрытие из гибкого стеклопластика — полиэтиленовой пленки,
дублированной с обеих сторон стеклотканью. Покрытие изготовляется
из листовых материалов с помощью вулканизатора непрерывного дейст¬
вия. Такое покрытие водо- и газонепроницаемо при передаче давления
0,3—0,5 МПа, устойчиво к действию соляной, серной и синтетических жир¬
ных кислот и может быть рекомендовано для защиты поверхностей фун¬
даментов.
100

Рис. 4.28. Схема защиты фундаментов под
оборудование от коррозии
1 — фундамент; 2 — пол; 3 — кислотоупор¬
ная облицовка; 4 — раствор; 5 — опорная за¬
щитная плита; 6 — химически стойкая изоля¬
ция; 7 — анкерный болт; 8 — фасонный эле¬
мент из химически стойкого материала
При наличии жидких агрессивных сред железобетонные и бетонные
фундаменты под металлические колонны должны выступать над уровнем
пола не менее чем на 300 мм. При невозможности соблюдения данного
требования необходимо предусматривать обетонирование нижних участ¬
ков колонн на высоту 500 мм выше уровня пола и защиту от попадания
агрессивных сред отгибом вверх рулонной изоляции пола на высоту 300 мм.
Фундаменты под оборудование должны быть защищены от воздейст¬
вия агрессивной среды и иметь гидроизоляцию пола, обеспечивающую
непроницаемость защитного покрытия. При систематическом попадании
на фундамент средне- и сильноагрессивных жидкостей необходимо допол¬
нительно предусматривать устройство поддонов под оборудованием из
химически стойких материалов. Подземные части фундаментов под обо¬
рудование защищают так же, как и фундаменты здания.
При выборе защиты фундаментов под технологические аппараты
необходимо учитывать возможность и число проливов раствора.
Фундаменты под оборудование работают в тяжелых условиях, осо¬
бенно когда подвергаются вибрациям и механическим повреждениям,
что может привести к отслоению защитных покрытий и попаданию на
бетон агрессивных сред. Наиболее уязвимыми являются места крепления
анкерных болтов к фундаментам при отсутствии непроницаемого изоля¬
ционного слоя [74].
Иногда опорная часть фундамента защищается кислотоупорным кир¬
пичом, а боковые поверхности — кислотоупорным кирпичом или более
легкими штучными материалами — керамическими или диабазовыми
плитками. Вместо облицовки бетонных фундаментов под оборудование
штучными материалами можно использовать стеклопластики. Все боль¬
шее применение при защите фундаментов находит полимербетон.
Защита фундаментов выше уровня пола осуществляется аналогич¬
но защите пола (рис.4.28, а). Если фундамент выполнен из химически
стойкого кирпича или другого материала, то облицовывают все поверх¬
ности фундамента (рис.4.28, б). Если оборудование вызывает вибрацию,
то его анкеровка в фундаменте представляет особую трудность. Часто
в фундаменте оставляют отверстия для анкерных болтов, которые после
101

установки оборудования необходимо залить раствором. Однако в случае
вибрации, даже при использовании высокоплотных мастик на основе
синтетических смол появляются трещины, через которые агрессивные
жидкости проникают в бетон. Поэтому для антикоррозионной защиты
применяют специальные фасонные изделия из плотных химически стой¬
ких материалов, забетонированные в фундамент. В эти фасонные изделия
и устанавливают анкерные болты, которые затем заливают химически
стойкой мастикой (рис.4.28, в).
Оценка опасности электрокоррозии железобетонных фундаментов
и подземных конструкций производится по значению измеренной раз¬
ности потенциалов арматура — бетон, арматура — грунт, а также по зна¬
чению градиента потенциала на поверхности бетона вдоль арматуры. Изме¬
рения следует производить в период наибольшей влажности грунта.
Опоры или фундаменты, выполненные из ненапряженного железо¬
бетона, площадь поперечного сечения арматуры которых уменьшилась
в результате коррозии на 10% и более, должны быть заменены новыми
или усилены. При уменьшении вследствие электрокоррозии площади
поперечного сечения арматуры фундамента менее чем на 10% арматуру
необходимо очистить от продуктов коррозии и заделать вскрытый участок
бетона, а затем восстановить изоляцию. Усиленные фундаменты и подзем¬
ные конструкции в процессе эксплуатации должны находиться под осо¬
бым наблюдением.
Фундаменты	с анкерными болтами заменяются или усиливаются в тех
случаях, когда уменьшение поперечного сечения болта, работающего на
растяжение на участке без резьбы, превышает 20%, а болта, работающего
на сжатие, - 30%.
Защита железобетонных фундаментов от электрокоррозии может
выполняться путем окрасочной изоляции битумными мастиками. Более
эффективную защиту от злектрокоррозии фундаментов создают поли¬
этиленовые покрытия, этиленовая змаль на основе эпоксидных смол. Для
предотвращения попадания блуждающих токов из грунта на арматуру
фундамента следует производить оклейку поверхностей 2—3 слоями изо¬
ляционных материалов. Такими материалами могут служить листовые
и рулонные гидроизол, изол, бризол, релин и др. Технология наклейки
материалов такая же, как и при обычной антикоррозионной защите [68,
69].
4.8.	Особенности технологии производства работ
Работы по усилению и реконструкции фундаментов мелкого заложе¬
ния должны осуществляться с особой тщательностью под авторским над¬
зором организации, запроектировавшей усилие, в сжатые сроки с макси¬
мальным применением механизмов (в особенности средств малой меха¬
низации) и сборных конструкций, с обеспечением высокой производи¬
тельности труда.
Работы выполняются небольшими захватками с таким расчетом, чтобы
бетонирование каждой следующей захватки начиналось после того, как
ранее уложенный бетон достигнет необходимой прочности. При сопряже¬
нии старого бетона с новым образуются швы примыкания, шерохова¬
тость поверхности которых достигается обработкой металлическими
щетками, пескоструйными аппаратами и отбойными молотками, имею¬
щими специальные приспособления для насечки. За час до укладки бетон¬
ной смеси подготовленную поверхность усиливаемого фундамента про¬
102

мывают водой в количестве, которое не должно существенным образом
сказываться на состоянии грунтов основания. При разбивке и изменении
конфигурации массивных железобетонных фундаментов рекомендуется
использовать методы, описанные в работе [28. с.54—57,109—110].
При усилении фундаментов следует применять бетон марки не ниже
М200 и арматурные стержни - классов А-1, A-1I или А-Ill. Фасонный про¬
кат для элементов усиления должен быть из углеродистой стали марок
ВСтЗпс и 13СтЗкп подгруппы В (ГОСТ 380—71). Сварку осуществляют
электродами типа Э-42 или Э-42А. Пробивка отверстий и приварка коро¬
тышей должны производиться без нарушения рабочей арматуры сущест¬
вующей конструкции.
Железобетонные элементы усиления, подвергающиеся воздействию
агрессивной среды, изготовляют из плотного водонепроницаемого бето¬
на с водоцементным отношением 0,55. Показатели плотности бетона берут
в зависимости от агрессивности среды. В качестве вяжущего принимают
высокопрочный портландцемент и сульфатостойкий портландцемент.
Повышенные требования предъявляют к чистоте фракционного состава,
плотности и прочности мелкого и крупного заполнителя. Толщина защит¬
ного слоя бетона должна быть не менее 30 мм.
До бетонирования фундаментов производится приемка установлен¬
ной стержневой или жесткой арматуры, анкерных болтов и закладных
деталей, устанавливаемых с помощью инвентарных кондукторных уст¬
ройств, и составляется акт на скрытые работы. При бетонировании в мак¬
симальной степени следует использовать типовые унифицированные опа¬
лубки конструкции ЦНИИОМТП и Приднепровского Промстройпроекта.
Опорный каркас опалубки состоит из стальных железобетонных стоек и
балок, раскрепленных связями из стержневой арматурной стали.
В условиях действующих предприятий при реконструкции в 1,5—2 раза
возрастает объем бетонных работ, так как традиционные методы подачи
бетонной смеси с помощью кранов и бетоноукладчиков во многих слу¬
чаях применить нельзя! Для этой цели в проектах производства работ
следует предусматривать использование автобетононасосов БА-80-20
и пневмобетононагнетателей ПРН-500, отличающихся высокой произво¬
дительностью и создающих минимальные помехи действующему про¬
изводству, а при малых объемах бетонных работ и большой стесненности —
злектроподъемников со специальными вибробункерами, которые позво¬
ляют комплексно механизировать бетонные работы при объемах бетони¬
рования до 20 м3. При этом бетонная смесь уплотняется вибраторами
с гибким валом.
После бетонирования фундаментов производят повторный осмотр
выполненных конструкций, а при необходимости выполняют геодези¬
ческую проверку правильности установки анкерных болтов, закладных
деталей и опорных частей конструкций.
При усилении фундаментов из бутовой или кирпичной кладки необ¬
ходима тщательная расчистка имеющихся трещин,-промывка их извест¬
ковым или известково-цементным молоком с последующей заделкой
их бетоном или новой кладкой на цементном растворе.
При реконструкции зданий и сооружений, связанной с повышением
нагрузок на усиливаемые фундаменты и осуществляемой вблизи сущест¬
вующих зданий, целесообразно устройство между усиливаемым и сущест¬
вующим фундаментом разделительной стенки, которую погружают ниже
сжимаемой толщи по возможности срезкой в плотные грунты. Раздели¬
тельную стенку выполняют из шпунта, буронабивных или буроинъекци¬
103

онных свай, столбов из химически закрепленного (или термообожжен¬
ного) грунта или из железобетона способом ’’стена в грунте”. В особо
стесненных условиях разделительную стенку можно выполнять из ме¬
таллических труб буровым способом (например, с помощью установки
БТС-2) в такой последовательности. Вначале бурят лидерную скважину,
затем в нее опускают звено трубы, а сверху устанавливают второе звено,
которое сваривают с первым. После этого трубы вдавливают в грунт и
при необходимости устанавливают следующее звено. По торцам разде¬
лительной стенки устраивают шпоры шириной Ьш = 0,25 Н, где Н — мощ¬
ность сжимаемой толщи. Разделительные стенки во многих случаях целе¬
сообразно сочетать с конструкцией усиления фундаментов.
Глубина заложения рядом стоящих фундаментов, расположенных
на разных отметках, например в местах примыкания реконструируемого
здания к существующему или в случае расположения фундамента вблизи
тоннелей, каналов и других подземных сооружений, должна принимать¬
ся в соответствии с [31, с.89 -90].
Для обеспечения безопасности работ по усилению и реконструкции
фундаментов (особенно в связи с возможностью проявления неожидан¬
ных осадок) часть здания или отдельные колонны укрепляют времен¬
ными опорами, т.е. производят их вывешивание. Вывешивание осущест¬
вляют с помощью рандбалок, врубаемых в кладку стены или фундамен¬
та, разгрузочных балок, подкосных и подкосно-ригельных конструкций,
а также производят вывешивание на сваях и шпренгельное вывешивание.
Число креплений и опор при вывешивании и их тип зависят от конст¬
рукции усиливаемого или реконструируемого сооружения, степени проч¬
ности его элементов, конструктивного решения усиления, а также метода
производства работ.
При подводке фундаментов под отдельно стоящие фундаменты не¬
большой площади устройство временных опор является, как правило,
обязательным. При подводке их под длинные ленточные фундаменты и
под прямоугольные с большой площадью подошвы при их достаточной
прочности можно обойтись без устройства каких-либо дополнительных
опор и крепления. Работы в этом случае производят на отдельных участ¬
ках в определенной последовательности так, чтобы площадь грунта, на¬
рушенного в период производства работ на данном участке, составляла
небольшой процент (не более 20) всей площади подошвы фундамента.
Вывешивание с помощью рандбалок, врубаемых в кладку стены или
фундамента, применяется при подводке ленточных фундаментов, воспри¬
нимающих небольшие нагрузки. В этом случае нагрузка передается на
соседние участки фундамента. Для установки рандбалок с обеих сторон
стены последовательно вырубаются горизонтальные штрабы, в которые
на растворе устанавливают металлические балки. Благодаря рандбалкам
фундамент работает на изгиб, что позволяет производить работы по раз¬
работке грунта и усилению фундаментов без дополнительных опор.
Другим способом вывешивания является применение разгрузочных
стальных балок из прокатных профилей или сварной конструкции. При
таком вывешивании в стенах пробивают сквозные отверстия, через кото¬
рые пропускают поперечные балки. Стену у отверстия усиливают метал¬
лической или бетонной подкладкой для предотвращения разрушения клад¬
ки при концентрации местных напряжений. Концы балок опираются на
временные опоры из шпальных клеток. Нагрузку на балки передают клинь¬
ями или домкратами. Для уменьшения пролета балки временные otto-
ры следует располагать возможно ближе к стене, но не в ущерб устойчи-
104

Рис. 4.29. Схемы вывешивания стен при замене фундаментов
1 - стена; 2 - подкос; 3 - клинья; 4 — подкладка из брусьев; 5 — шурф (траншея);
б - тяж со стяжной муфтой; 7 - балка; 8 - горизонтальный брус, 9 — стойка (опо¬
ра) крепления перекрытия; 10 — перекрытие
вости грунта в откосах котлована у фундамента. Для тяжелых сооруже¬
ний и слабых грунтов вместо шпальных клеток временные опоры уст¬
раивают из бетона или железобетона.
При усилении ленточных фундаментов вывешивание стен производят
с помощью подкосных креплений, которые могут быть двухсторонними
(рис. 4.29, а) и односторонними с разгрузочной горизонтальной балкой
(рис. 4.29, б). Верхние концы подкосов упирают в гнезда, выполненные
в стене и усиленные прокладкой обрезков балок Z-образного профиля,
нижние — в подушки, которые чаще всего выполняют в виде перекрещен¬
ных деревянных брусьев. Включение подкосов в работу осуществляют
путем подбивки клиньев или обжатия домкратами.
До усиления ленточных фундаментов многоэтажных зданий нагруз¬
ку от перекрытий целесообразно передавать на временные вертикаль¬
ные опоры (см. рис. 4.29, б), которые выполняют снизу вверх в следую¬
щем порядке. Вначале устраивают временные опоры в подвале или ниж¬
нем этаже, затем такие же опоры устраивают на следующем этаже и таким
образом до самого верхнего этажа. Во всех последующих этажах основа¬
ниями для стоек служат брусья, уложенные поперек направления балок
перекрытия. Опорные конструкции во всех этажах делают одну над дру¬
гой в одной вертикальной плоскости и на расстоянии 1,5-2 м от стены,
чтобы исключить влияние нагрузки от основания временных опор на
котлован и шурфы, устраиваемых при работах по усилению оснований
и фундаментов. В целях увеличения устойчивости конструкций между
стойками устанавливают через один-два пролета подкосы.
Сочетанием описанных способов укрепления стен подкосами и вре¬
менными вертикальными опорами являются подкосно-стоечные систе¬
мы, которые особенно эффективно применять при использовании прое¬
мов в стенах.
Усиление столбчатого фундамента с разгрузкой нижней части колон¬
ны (рис. 4.30) можно выполнить способом, предложенным В.С. Рокочем
105

Рис. 4.30. Раскосная система для разгрузки
фундамента и нижней части колонны
а — общий вид; б — устройство для пред¬
варительного сжатия подкоса; 1 — фунда¬
мент; 2 - элементы усиления; 3 — колон¬
на; 4 — металлическая обойма; 5 - пред¬
варительно сжатый раскос; б — поперечный
элемент; 7 — упоры; 8 — металлические
тяжи
Рис. 4.31. Схема вывешивания колонн
с помощью шпренгельной системы при
замене фундамента
1 — заменяемый фундамент; 2 — элемен¬
ты шпренгеля для вывешивания первой
очереди колонн; 3 — то же, второй оче¬
реди; 4 - вывешиваемая колонна
[54]. Рядом с существующим фундаментом устанавливают сборные же¬
лезобетонные балки усиления, на колонне закрепляют металлическую
обойму. К обойме и поперечному элементу приваривают предварительно
сжатый раскос. После снятия предварительного напряжения в металли¬
ческих тяжах предварительно сжатые подкосы включаются в работу, пере¬
давая расчетную часть нагрузки с колонн на железобетонные элементы
усиления.
В стесненных условиях реконструкции возможно вывешивание колонн
с помощью шпренгельной системы, предающей нагрузку на смежные
колонны (рис. 4.31). Последние применяются тогда, когда каркас здания
имеет достаточную несущую способность. При использовании шпренгель-
ных систем для вывешивания колонн должно обеспечиваться особо тща¬
тельное и качественное выполнение конструкций. Хомуты на колоннах
не должны вызывать местных концентраций напряжений и разрушения
конструкций.
При значительных и в особенности неравномерных осадках основа¬
ния (просадочные,слабые водонасыщенные грунты и др.) нередко возни¬
кает необходимость возвращения фундамента или надфундаментной конст¬
рукции в первоначальное положение, что является особенно важным для
столбчатых фундаментов. Подобные случаи подъема фундаментов деталь¬
но рассмотрены в работе [1, с.76—79]. В зависимости от вида колонн
(столбов) и передаваемых нагрузок подъем фундамента может быть осу¬
ществлен следующими способами.
Для фундаментов, воспринимающих сравнительно небольшие нагруз¬
ки, рекомендуется подъем самого фундамента с помощью домкратов и
закрепляемой на колонне подъемной траверсы с последующей подвод¬
кой под подошву фундамента сборных или монолитных железобетонных
плит. При значительных размерах фундамента целесообразно выполнить
подъем колонны, опереть ее на специальную стальную или железобетон-
106

Рис. 4.32. Схема вымешивания колонн на
сваях
1 - сваи; 2 — новый фундамент; 3 - заме¬
няемый элемент; 4 — домкраты; 5 - колон¬
на; 6 - ребра жесткости; 7 - балки; 8 -
распределительная балка
ную стойку и затем заделать колонну в новый стакан, который устраива¬
ют в виде железобетонной обоймы сверху существующего фундамента.
Для металлических колонн более эффективным может оказаться подъем
колонны с наращиванием анкерных болтов и дополнительным бетони¬
рованием верхней ступени фундамента.
В Новокузнецке [75] при усилении фундамента одной из колонн
одноэтажного промышленного здания без перерыва в эксплуатации были
применены мощные горизонтальные балки на временных опорах. Уси¬
ление производили в два приема: сначала временно передавали нагруз¬
ку от колонны (около 4000 кН) на пол цеха, а затем устраивали набив¬
ные сваи. Для передачи нагрузки на пол цеха была изготовлена специаль¬
ная стальная конструкция, состоящая из нижней опорной части и верх¬
ней рамы, Опорную часть конструкции устанавливали на сплошной настил
из стальных брусьев размером 100x100 мм, уложенных на песчаную подуш¬
ку толщиной 100 мм, при этом давление на пол составило 0,5 МПа. Верх¬
нюю раму подводили под консоли, приваренные к ветвям колонны. Между
рамой и нижнрй опорой конструкции помещали четыре домкрата грузо¬
подъемностью 1000 т, с помощью которых вывешивали колонну.
В качестве временных опор могут применяться сваи, использование
которых рационально при строительстве на слабых грунтах, при больших
нагрузках и в стесненных условиях работ. Так, вывешивание колонн
на сваях было применено при реконструкции прокатных цехов Киров¬
ского завода в Ленинграде [76]. В процессе реконструкции необходимо
было заменить старые фундаменты (глубина заложения 2,4—3,4 м) но¬
выми с глубиной заложения 5,4—8,4 м без демонтажа конструкций кар¬
каса здания.
Для вывешивания колонн вокруг каждого фундамента погружали
металлические трубчатые сваи (рис. 4.32) и по ним устраивали времен¬
ный металлический ростверк. Нагрузку от колонны на ростверк переда¬
вали с помощью жестких ребер, приваренных к колонне. Для этого после
срезки анкерных болтов колонну вывешивали двумя домкратами ДГ-100,
расположенными между балками, на величину ожидаемых осадок (2—3 см)
107

Рис. 4.33. Кондуктор подносной системы с затяжкой
1 -'обойма; 2 - подкос; 3 - нижний узел; 4 - направляющая рама; 5 - за¬
тяжка; 6 — тяга; 7 — опгпная плита под домкраты; 8 - домкрат
временного свайного ростверка и нового фундамента. В зазор между
ростверком и жесткими ребрами колонны устанавливали металлические
подкладки, которые затем обваривали.
В процессе разработки грунта металлические трубчатые сваи объеди¬
няли в пространственную систему с помощью раскосов, соединяемых
сваркой. Колонны, между которыми были установлены связи, вывеши¬
вали одновременно четырьмя домкратами. Для вывешивания одной колон¬
ны погружали восемь свай из труб диаметром 426 мм. Сваи длиной 13,5 м
сваривали по длине из отдельных труб. Старые фундаменты разрушали
взрывным способом с помощью мелких шпуров.
После возведения фундамента производили постепенное загруже-
ние его путем подрезания жестких ребер колонн и разборки временных
креплений для их вывешивания. Трубчатые сваи срезали на уровне по¬
дошвы фундамента и использовали вторично. Фундаменты заменяли од¬
новременно по всей длине одного ряда колонн. На замену одного фунда¬
108

мента затрачивали 10—15 сут. Вывешивание колонн производила бригада
из четырех человек.
Применение подкосов с затяжкой эффективно не только для вывеши¬
вания, но и для восстановления зданий, находящихся в аварийном состоя¬
нии. Примером этому может служить предотвращение разрушения пяти¬
этажного здания гидролизного завода [77] высотой 24,5 м с сеткой колонн
6x6 м. Поперечные рамы каркаса состоят из сборных железобетонных
колонн и сборно-монолитных ригелей; фундаменты — столбчатые, желе¬
зобетонные. Колонны опираются на подколонники сечением 0,35x0,55 и
высотой 1,55 м.
Аварийное состояние здания возникло при следующих обстоятельст¬
вах. Гидролизный аппарат массой 25 т перемещали по неспланирован-
ному грунту с помощью 5-тонной лебедки и полиспаста. Нейодвижный
блок полиспаста закрепили на колонне на отметке — 0,2 м. При полном
натяжении нитки полиспаста подколонник на отметке — 0,6 м разрушил¬
ся. Колонна под действием веса строительных конструкций дала осадку
на 290 мм и сместилась в сторону полиспаста на 250 мм, а по отношению
к оси — на 150 мм. Рабочее сечение между верхней и нижней частями раз¬
рушенного подколонника уменьшилось до 30 % полного поперечного
сечения подколонника.
Вместе с колонной осели прилегающие участки покрытия и перекры¬
тия. Рамные узлы деформировались: закладные детали оторвались от
анкеров, опорные стержни рамных узлов растянулись, бетон в узлах раз¬
рушился. Замоноличенные стыки плит перекрытий также разрушились.
Для предотвращения разрушения здания и его восстановления изго¬
товили и установили специальный кондуктор из двух подкосов и затяж¬
ки (рис. 4.33). Верхний узел кондуктора в виде металлической обоймы
охватывает колонну и ее консоли. Подкос соединен с обоймой в расчете
на то, что вертикальная составляющая усилия в нем будет сдвигать обой¬
му и консоли колонн. Нижние узлы кондуктора (сопряжение подкосов
с затяжкой) опираются через два ряда опорных балок на временные фун¬
даменты, устроенные на расстоянии 3 м от разрушенного фундамента.
После установки кондуктора, который обеспечивал передачу вертикаль¬
ной нагрузки от колонны на временные фундаменты, колонны поднимали
с помощью четырех гидравлических домкратов ДГ-100 (по два под каж¬
дый нижний узел кондуктора). Подъем колонны, контролируемый с по¬
мощью нивелира, осуществляли ступенями (20—50 мм) с остановками,
во время которых осматривали состояние конструкций. Порядок выпол¬
нения работ детально описан в работе [77].
ГЛАВА 5. УСИЛЕНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
5.1.	Методы усиления ростверков
При обследовании ростверков, выполняемом путем детального шур¬
фования вблизи всех его граней, выявляют следующие их недостатки,
уменьшающие несущую способность фундаментов:
наличие отдельных трещин, каверн, раковин, выколов или пустот;
коррозия наружного слоя бетона (вследствие действия агрессивных
грунтовых вод или электрокоррозии);
109
I

сквозные трещины из-за неравномерных осадок свай в кусте;
недостаточная прочность бетона (из-за ошибок при строительстве или
вследствие его старения);
недостаточное армирование (например, из-за увеличения нагрузки
на фундамент при реконструкции здания или сооружения);
некачественное сопряжение со сваями.
Способ усиления ростверков выбирают в зависимости от характе¬
ра повреждения и вызвавших его причин. Так, ремонт мелких поверхност¬
ных трещин, заделку выколов, устранение раковин, ликвидацию неболь¬
ших неразвивающихся трещин и других мелких дефектов в поверхност¬
ных слоях бетона производят путем затирки влажным цементом и ошту¬
катуриванием в несколько слоев дефектных мест. Перед нанесением шту¬
катурки поврежденную поверхность очищают от слабого бетона, а арма¬
туру — от ржавчины. Для лучшего сцепления штукатурки бетонную по¬
верхность насекают зубилом и перед штукатуркой смачивают водой. Пер¬
вый слой штукатурки толщиной 5—7 мм делают цементным раствором
состава 1:1, а последующие ее слои — цементным раствором состава 1:3,
нанося их после схватывания каждого предыдущего.
Небольшие неразвивающиеся трещины ликвидируют следующим об¬
разом. Трещины расчищают на такую глубину, где бетон находится в не¬
поврежденном состоянии. Расчистку трещин производят обычно вручную
зубилом и крейцмейселем, а при значительных объемах используют меха¬
низированный инструмент, например, пневматическое зубило. После рас¬
чистки трещину промывают струей воды под напором. Непосредственно
перед заполнением раствором поверхность трещины поливают цемент¬
ным молоком. После этого в трещину с помощью нагнетательного аппа¬
рата подают под давлением цементный раствор состава 1:2 и уплотняют
его специальной штыковкой.
При коррозии наружного слоя бетона ростверков, а также для исправ¬
ления и предохранения от дальнейшего разрушения выветрившейся и тре¬
щиноватой их поверхности следует применять торкретирование путем
нанесения на поверхность ростверков под давлением цементного рас¬
твора, состоящего из одной части цемента, трех—пяти частей песка и 10—18 %
воды по отношению к массе цемента. Перед торкретированием поверх¬
ность ростверка должна быть тщательно очищена стальными щетками
или пескоструйным аппаратом, продута сжатым воздухом и промкта
водой под давлением. Торкретирование рекомендуется производить це¬
мент-пушкой или установкой с пневматическим аппаратом КР по метал¬
лической сетке с ячейками размером 5—10 см при диаметре проволоки
около 5 мм. Сетку привязывают вязальной проволокой к анкерам диа¬
метром 8—10 мм, заделанным в ростверк на 15—25 см. Расстояние между
анкерами в обоих направлениях составляет 40—80 см. Торкрет наносят
под давлением 0,4—0,6 МПа толщиной 20—40 мм в два-три слоя полосами
шириной 1—1,5 м сверху вниз. Каждый последующий слой наносят после
схватывания предыдущего.
При серьезных повреждениях железобетонных ростверков любых
видов (плит, подколонников, монолитных лент, насадок и т.д.) произ¬
водят более крупные ремонтные работы. Глубокие трещины, пустоты
в бетоне и т.д. исправляются путем нагнетания цементного раствора под
давлением. Для этого в массиве ростверка перфораторами бурят верти¬
кальные или наклонные скважины диаметром 36—75 мм, располагая их
в шахматном порядке. Расстояние между скважинами принимают ориен¬
тировочно 0,9—1,3 м — при нагнетании раствора без добавок и 1,1—1,6 м —
110

при нагнетании раствора с пластифицирующими добавками. Длина на¬
клонных скважин не должна быть более 3/8 толщины массива при буре¬
нии с обеих сторон массива и более 3/4 — при бурении с одной стороны.
Общее число и расположение скважин устанавливают в зависимости от
степени разрушения материала ростверка, а также от расположения рабо¬
чей арматуры ростверка, поскольку скважины должны буриться между
стержнями арматуры (их положение устанавливают по имеющимся чер¬
тежам ростверка или пробным бурением).
После окончания бурения всех скважин бетон через инъекционные
трубки промывают водой под давлением 0,2—0,4 МПа [68]. При промыв¬
ке определяют способность поглощения воды материалом ростверка,
а следовательно, объем пустот, который необходимо заполнить цемент¬
ным раствором, а также выявляют все трещины и пустоты, через кото¬
рые раствор может вытекать при нагнетании. Эти трещины перед цемен¬
тацией заделывают паклей или мешковиной. После промывки производят
продувку сжатым воздухом через скважины в том же порядке, как дела¬
ли промывку.
Для цементации обычно применяют водоцементный раствор состава
от 1:10 до 1:1 (отношение цемента к воде по массе). В начале нагнетания
применяют более жидкую консистенцию от 1:10 до 1:4 при давлении около
0,1 МПа, а к концу — до 1:1 при давлении до 0,5—1,1 МПа. При малых
поглощениях раствора (мелкотрещиноватая структура) состав раствора
в процессе нагнетания не изменяют, но значительно увеличивают давле¬
ние (до 1,1 МПа).
Для повышения качества нагнетаемого раствора и улучшения его про¬
ходимости через трещины в бетоне рекомендуется применять пластифи¬
цирующие добавки. Добавки вводят путем перемешивания их с сухим
цементом или разбавленными в воде в следующей пропорции: сульфат¬
но-спиртовой барды 0,25 % или мылонафта 0,75—1 % массы цемента. В за¬
висимости от мощности нагнетательных аппаратов (механические или
поршневые или насосы, работающие на сжатом воздухе) нагнетание во¬
доцементного раствора может производиться в одну скважину или од¬
новременно в несколько скважин. При расположении скважин на боко¬
вых поверхностях ростверка нагнетание ведут последовательно снизу
вверх, начиная с самых нижних скважин. Вертикальные скважины запол¬
няют, начиная от расположенных на внутренних участках ростверка и
кончая расположенными у наружных.
При сквозных трещинах в ростверке, при недостаточной прочности
бетона при недостаточном армировании, а также для предотвращения даль¬
нейшего развития опасных вертикальных трещин в ростверке наряду
с цементацией можно устраивать железобетонные обоймы. При незна¬
чительных размерах ростверка обойма, как правило, выполняется сплош¬
ной по всей высоте ростверка (рис. 5.1, а). Такая обойма обычно изго¬
товляется замкнутой по периметру ростверка. Если имеется разрушение
бетона и в нижней грани ростверка, то необходимо выполнить цемента¬
цию грунта под ростверком. При большой высоте ростверков (опоры,
подколонники и пр.) такие обоймы могут выполняться в виде отдельных
железобетонных поясов (рис. 5.1, б) высотой 1—1,5 jvi и толщиной 25—
40 см. Арматура пояса прикрепляется к телу ростверка специальными
анкерами (штырями) или приваривается к оголяемой рабочей арматуре
ростверка. При устройстве поясов одновременно с цементацией тела
ростверка анкеры заделывают в скважинах, через которые нагнетают
цементный раствор.
111

Рис. 5.1. Различные схемы усиления ростверков
I - сваи; 2 - ростверк; 3 - железобетонная обойма (пояс, рубашка); 4 - зацемен¬
тированный щебень; 5 — замкнутое ограждение, выполненное способом "стена в
грунте"
Арматура поясов и сплошных обойм должна быть замкнутой по пери¬
метру ростверка. В железобетонной обойме и поясах рекомендуется при¬
менять предварительно напряженную арматуру. Иногда вместо обычной
арматуры применяют металлические хомуты, состоящие из рельсов, дву-
таров или швеллеров, стянутых круглыми металлическими тяжами, про¬
пущенными сквозь ростверк. На концах тяжей имеются гайки, с помощью
которых производят натяжение. Расчет поясов и обойм, как и любого
другого вида усиления ростверков, производится на ту долю полезной
нагрузки, которую не может воспринять усиливаемый ростверк. Эта
доля ориентировочно устанавливается в результате обследования реконст¬
руируемого фундамента. При этом важно обеспечить совместную работу
свай, старого ростверка и элементов усиления. Если по каким-либо при¬
чинам зто не удается (например, невозможно осуществить цементацию
под ростверком или любым другим способом усилить его нижнюю грань),
то необходимо добавлять сваи, опирать на них устраиваемую железобе¬
тонную обойму и максимальную часть нагрузки передавать на эту обойму.
При незначительных разрушениях ростверка, когда он продолжает вос¬
принимать основную долю нагрузки, размеры и армирование поясов,
обойм и других элементов усиления принимают конструктивно.
В случаях когда вскрытие ростверка для усиления представляет
значительные трудности из-за большого притока воды или наличия оплы¬
вающих грунтов, усиление производят с применением метода ’’стена в
грунте” (см. рис. 5.1, г). В этом случае вокруг ростверка (отступив от
него на расстояние, необходимое для размещения конструкций усиле¬
ния) разрабатывают траншею под защитой глинистого раствора одним
из имеющихся механизмов (широкозахватный грейфер, штанговый экс¬
каватор, барражная машина и т.д.). В траншею опускают арматурный
каркас будущей железобетонной стены в грунте и бетонируют стену мето¬
дом вертикально-перемещаемой трубы (ВПТ). Вокруг ростверка обра¬
зуется железобетонное кольцо, между внутренней гранью которого и
внешней гранью ростверка можно извлекать грунт. Огражденный рост¬
верк усиливается любым из* известных способов. Обычно внутри стены
в грунте вокруг ростверка устраивается железобетонная рубашка, кото-
112

в)
ш
о*,
А
6 7
IU-
-л-
10см
Рис. 5.2. Схема усиления сопряжений ростверка со сваями
а - при расположении головы сваи от подошвы ростверка до 50 см; б - то же,
до 30 см; 1 — свая; 2 — утолщение ростверка; 3 — дополнительная арматура утол¬
щения; 4 — хомуты; 5 — арматура, наваренная к продольной арматуре сваи; б -
к; 7 — продс
железобетонный ростверк;
продольная арматура ростверка
рая для повышения несущей способности может соединяться с конструк¬
цией стены в грунте. Глубина траншеи для стены в грунте обычно при¬
нимается из условия безопасной выемки грунта из замкнутого контура
траншеи и устойчивости ограждения без дополнительных креплений. По
этим же соображениям выполняется расчет ограждения стены в грунте.
При большой глубине заложения ростверка между ограждением и рост¬
верком целесообразно устанавливать распорки, которые затем остаются
в теле железобетонной рубашки. Ширина стены в грунте зависит от при¬
меняемого для разработки траншеи оборудования и обычно не превыша¬
ет 600 мм.
При усилении ростверков в агрессивных средах толщина защитного
слоя бетона для арматуры должна быть не менее 30 мм. При наличии суль¬
фатных вод бетон следует применять на сульфатостойком портландцементе.
Поверхность ростверка следует защищать антикоррозионной покраской,
как и при выполнении обычных фундаментов.
Особо следует рассмотреть споа>бы усиления ростверков при нару¬
шении их сопряжений со сваями в случае погружения голов свай на боль -
шую глубину, что предусмотрено проектом, а также при коррозионном
разрушении сопряжений (рис. 5.2 ),
5.2.	Усиление стволов свай
Для безростверковых фундаментов, свай-колонн и высоких свайных
ростверков наиболее доступным является усиление части ствола сваи, на¬
ходящейся над грунтом. В этом случае сваи с поперечными или продоль¬
ными трещинами, с выколами бетона, раковинами, коррозионным разру¬
шением и др. следует усиливать железобетонной обоймой, толщина стенок
которой должна быть не менее 100 мм, площадь вертикальной арматуры
не менее 1 % площади сечения обоймы. Обойма устраивается на всю высо¬
ту свободной части сваи и заглубляется в грунт не менее чем на 1 м.
Известен способ обуривания ствола сваи скважинами малого диамет¬
ра, по которым подается цементный раствор для создания вокруг всего
ствола сплошной цементной рубашки. При этом способе вплотную к по¬
верхности сваи пробуривают в грунте скважины диаметром 50—80 мм с
113

Hr-р
»•*
► о
> •».
• О-
’
•
;ь\;\
6 о.
Рис. 5.3. Схема усиления верхних концов
железобетонных свай
1 — сваи; 2 - бетон; 3 - арматурная сет¬
ка; 4 — выколы, раковины и трещины
в бетоне свай; 5 - ростверк; 6 - оголов¬
ки свай, загрязненные грунтом, в сопря¬
жениях с ростверком; 7 — поврежде¬
ния бетона в нижней части ростверка
с оголением арматуры
расчетом не менее одной скважины вдоль каждой грани сваи. По этим
скважинам нагнетается под давлением цементный раствор, который окру¬
жает сваю сплошным прочным чехлом, препятствующим дальнейшему
разрушению материала ствола сваи ч повышающим прочность околосвай-
ного пространства. Указанный способ осуществим и при наличии рост¬
верка. Кроме того, можно вплотную к стволу сваи (забивной или буро¬
набивной) бурить одну-две скважины большого диаметра. Эти скважины
затем следует армировать и бетонировать, получая как бы двойное (или
даже тройное) сечение ствола сваи. Практически к свае, ствол которой
требует усиления, добавляются одна-две буронабивные сваи, поэтому
таким способом следует усиливать не все сваи подряд, а каждую вторую
или даже третью — в зависимости от процента потери несущей способности
материала ствола.
В случаях когда ростверк усиливаемого свайного фундамента можно
разобрать (сборная насадка, безростверковый фундамент разобранного
здания, свободное свайное поле с еще не возведенным ростверком и т.д.),
стволы свай, материал которых разрушен по всей длине, могут быть уси¬
лены путем забивки конических пустотелых свай, которые будут служить
обоймой для усиливаемых свай. Усиление может осуществляться также
описанным выше способом устройства вокруг ствола одной, двух буро¬
набивных свай. Применение для усиления ствола конических пустотелых
и буронабивных свай осуществимо и при наличии монолитного ростверка,
однако при этом в нем потребуется пробуривать скважины большого
диаметра, что достаточно трудоемко.
Усиление верхних концов железобетонных свай и мест их сопря¬
жений с ростверком, необходимость которого наиболее часто встреча¬
ется в практике строительства (различные случаи повреждений и нару¬
шений в процессе производства работ, разрушение бетона и арматуры
при эксплуатации), может быть выполнено устройством железобетон¬
ной рубашки — обоймы (рис. 5.3). Работы выполняются крупными зах¬
ватками без применения каких-либо мер по разгрузке свай, с очисткой
поверхностей и обеспечением надежной связи бегона свай с бетоном ру¬
башки; размеры рубашки и армирование принимают конструктивно.
1J4

При изготовлении рубашки следует применять бетонную смесь подвиж¬
ной консистенции с укладкой ее под некоторым напором. Бетонирование
выполняют горизонтальными слоями с тщательным уплотнением для
обеспечения хорошего примыкания к поверхности существующего рост¬
верка. При невозможности разработки котлована для оголения свай и
ростверка следует применять шпунтовое ограждение или ограждение,
устраиваемое методом ’’стена в грунте” (см. п. 5.1).
Иногда элементы свайного фундамента оказываются дефектными
из-за некачественного изготовления различного вида набивных свай: несо¬
блюдения технологии их устройства, отсутствия контроля за диаметром
уширенной полости, применения жесткой бетонной смеси при бетониро¬
вании сваи в скважине и др. Способы усиления набивных свай описаны
в работе [10].
В практике строительства встречаются случаи разрушения трубча¬
тых свай и свай-оболочек под действием давления замерзающей воды,
находящейся во внутренней полости свай в зоне сезонного промерзания.
Способы предохранения таких свай в указанном случае рассмотрены в
работе [78].
5.3. Усиление кустов свай
Усиление свайных фундаментов осуществляют в случаях недоста¬
точной несущей способности грунтов, на которые опирается свайный фун¬
дамент, а также значительного возрастания нагрузки на фундамент при
реконструкции здания или сооружения, когда очевиден выход из строя
фундамента в целом (свай и ростверка). При усилении свайного фунда¬
мента в целом (куста свай) нередко приходится одновременно усили¬
вать ростверк и стволы свай, однако это усиление должно органически
входить в общий комплекс мероприятий, проектируемых для реконст¬
рукции данного свайного фундамента.
При исчерпании несущей способности основания, на которое опи¬
рается свайный фундамент, а также окружающей его грунтовой толщи
применяют методы закрепления и повышения прочности грунтов, описанные
в гл. 3. Грунт в межсвайном пространстве и под остриями свай может быть
упрочнен путем цементации, силикатизации, смолизации, обжига и дру¬
гими способами укрепления оснований. Для этой цели, как и при укреп¬
лении оснований под фундаментами мелкого заложения, скважины для
нагнетания раствора или обжига бурят с таким расчетом, чтобы можно
было укрепить всю толщу грунтов между сваями и под ними — до более
прочных грунтов. При малых размерах ростверков такие скважины ре¬
комендуется устраивать наклонными и бурить за пределами ростверка.
При больших размерах свайного фундамента скважины приходится бу¬
рить сквозь ростверк, что связано с известными трудностями. В связи
с этим методы укрепления оснований при усилении свайных фундамен¬
тов применяются сравнительно редко. Их чаще используют для усиле¬
ния не кустов свай, а односвайных фундаментов.
Так, по рекомендации НИИпромстроя усиление односвайных фун¬
даментов (свай-колонн) каркасного одноэтажного здания осуществлено
путем нагнетания карбамидной смолы в околосвайный грунт, представ¬
ленный суглинками мягко- и текучепластичной консистенции. Усиление
производилось для каждой сваи среднего пролета через наклонно погру¬
жаемые инъекторы с закреплением грунта поочередно с двух сторон за-
ходками снизу вверх. В НИИпромстрое [32, с.179—181] создана спе¬
циальная установка для закрепления околосвайного грунта смолизацией.
115

При устройстве сиийиого фундамента на слабых водонасыщенных
грунтах выдавливание грунта может происходить как из межсвайного
пространства, так н из-под свай. В этих случаях для свай длиной 7—9 м
можно устраивать сплошную обойму для всего свайно-грунтового массива.
Такую обойму выполняют из устраиваемых вплотную одна к другой бу¬
ронабивных свай или методом ’’стена в грунте”. Ограждение заглубляют
в более плотный грунт и рассчитывают на боковое давление выжимае¬
мого грунта. Расчет обычно производится на горизонтальное давление
грунта, расположенного под свайным фундаментом. При этом свайный
Фундамент рассматривают как условный массивный фундамент, устанав¬
ливают среднее давление р на уровне острия свай, а затем по известным
формулам [79] определяют вертикальные и горизонтальные напряжения
в основании под концами свай. При расчете необходимо учитывать пас¬
сивный отпор грунта за ограждением.
Одним из несложных методов усиления свайного ленточного фунда¬
мента в случае отсутствия у отдельных свай надежного сопряжения с ро¬
стверком является подводка дополнительной железобетонной плиты под
ростверк (см. рис.5.3). Такой метод усиления был с успехом применен
в г. Ростове-на-Дону для двух жилых 9-зтажных домов, получивших дефор¬
мации аварийного характера [18, с.77—7о]. Принятое решение позволило
часть нагрузки от надземной части здания (около 0,15 МПа) передать на
основание через железобетонную ленту и одновременно включить в рабо¬
ту все свои фундаменты. Подводка фундамента была осуществлена от¬
дельными захватками по 1,5—2 м.
При использовании указанного метода усиления особое внимание
следует обращать на сопряжение верхней плоскости подводимой плиты
с подошвой существующего ростверка. Плотность сопряжения достига¬
ется путем применения пластичных бетонных смесей. Наряду с монолит¬
ными плитами применяют плиты из сборных элементов.
Усиление свайных фундаментов в случае их недостаточной несущей
способности может осуществляться путем задавливания свай до опира-
ния их нижних концов в плотные грунты, или наращивания существую¬
щих свай дополнительными секциями.
Наиболее часто применяется усиление свайных фундаментов погруже¬
нием дополнительных свай вне контура фундамента (выносные сваи)
й передачи нагрузки (полносхъю или частично) от реконструированного
фундамента на зги сваи. Нагрузка на выносные сваи может передаваться
с помощью специальных упорных горизонтальных балок, пропускаемых
сквозь ростверк или стену здания. Эти балки должны рассчитываться
на срез и на изгиб (при наличии плеча изгибающего момента) от усилий,
равных реакциям выносных свай. Горизонтальные (поперечные и про¬
дольные) балки, передающие нагрузку на выносные сваи, могут быть
объединены в единый фундамент с усиливаемым ростверком (рис. 5.4,а).
Такое усиление особенно эффективно для ленточных свайных фундамен¬
тов. Возможна передача нагрузки на дополнительные сваи с помощью
нового ростверка усиливаемого фундамента (рис. 5.4, б). Для связи до¬
полнительного ростверка с усиливаемым в последний обычно заделы¬
ваются штыри из арматуры путем пробивки в бетоне отверстий пневмо¬
пробойником и установки в них штырей с замоноличиванием их цемент¬
ным раствором. Допускается вместо установки штырей оголять армату¬
ру усиливаемого ростверка и приваривать к ней арматуру дополнительного
ростверка.
116

Рис. 5.4. Схема усиления свайных фундаментов путем устройства выносных свай
1,2 - сваи и ростверк усиливаемого фундамента; 3 — отверстия для пропуска
горизонтальной балки; 4 — поперечная балка; 5 — продольная балка; б - новый
ростверк (железобетонная обойма); 7 — дополнительная (выносная) свая; 8 —
плотный грунт; 9 - штыри для связи дополнительного ростверка с усиливаемым
Расчет дополнительных свай и ростверков производится на ту часть
полной нагрузки на фундамент, которую не воспринимает усиливаемый
фундамент. Эта часть нагрузки должна определяться в результате обсле¬
дования реконструируемых фундаментов.
Во избежание значительных осадок после передачи нагрузки от со¬
оружения на выносные сваи, последние предварительно обжимают гидрав¬
лическими домкратами (зто особенно важно при висячих сваях). Домкра¬
ты устанавливают на головы свай или на обвязку по сваям и упирают
в поперечные балки. Работы ведут участками одновременно с обеих сто¬
рон фундамента. При опирании поперечных балок непосредственно на
сваи длина участка, на котором производятся работы по обжатию, может
быть принята минимальной (в этом случае участвуют лишь две симмет¬
ричные сваи), и обжатие при этом выполняется наиболее просто. При
наличии обвязки по сваям обжатие ведут участками большей протяжен¬
ности, при этом на границах участков в обвязке предусматривай! попе¬
речный шов.
При небольшом числе одновременно обжимаемых свай давление на
каждую сваю может превышать давление на нее от сооружения. Практи¬
кой установлено, что давление обжатия в этом случае должно примерно
117

на 50 % превышать эксплуатационную нагрузку. КогДа осадки обжатия
прекратятся, производят подклинку поперечных балок металлическими
клиньями и только после этого убирают домкрат.
Усиление свайных фундаментов производят и с помощью выносных
набивных свай, применение которых во многих случаях более эффектив¬
но, чем погружение дополнительных эадавливаемых и забивных (в лидер-
ных скважинах) свай. Кроме того, работы по устройству набивных свай
можно производить из подвальных помещений, имеющих небольшую
высоту.
Усиление свайных фундаментов может быть выполнено путем приме¬
нения дополнительных эадавливаемых или забивных свай-инъекторов.
Особенность сваи-инъектора заключается в том, что по продольной оси
ее ствола устанавливается стальная трубка. После погружения сваи до
требуемой отметки через эту трубку производят закрепление грунта вок¬
руг нижнего острия сваи. В результате образуется опорный массив из за¬
крепленного грунта, играющий ту же роль, что и уширенная пята.
Если на фундамент действуют значительные горизонтальные нагрузки,
не воспринимаемые полностью реконструируемым фундаментом, то при
определении числа дополнительных свай учитывают и горизонтальные
нагрузки. В этом случае в числе дополнительных свай могут быть забиты
(или изготовлены — при применении буронабивных свай) наклонные
сваи. Если устройство наклонных свай трудно осуществимо, то можно
погружать отдельно стоящие сваи только для восприятия горизонталь¬
ной нагрузки. Такие сваи должны быть соединены со свайным фундамен¬
том жесткими или гибкими связями*.
Если в процессе расчета становится ясно, что сваями, добавляемыми
по периметру реконструируемого фундамента, спасти положение не уда¬
ется (невозможно разместить необходимое число дополнительных свай
(или обеспечить несущую способность ростверка на изгиб и т.д.), то сле¬
дует добавлять сваи внутри реконструируемого свайного фундамента.
В таком случае сквозь усиливаемый ростверк следует пробуривать сква¬
жины1 с помощью колонкового или ударно-канатного бурения, а сквозь
них забивать сборные сваи или изготовлять буронабивные. Диаметр сква¬
жин, их число и расположение принимают с учетом схемы армирования
усиливаемого ростверка. При этом дополнительные сваи должны прохо¬
дить в просветах между арматурными стержнями ростверка. Чаще всего
для этой цели применяют набивные сваи малого диаметра (до 200 мм),
аналогичные описанным в гл. 4 корневидным сваям. Такие сваи могут
устраиваться вертикальными и наклонными так же, как при усилении
несвайных фундаментов.
Тип дополнительных свай — буронабивные, залавливаемые (забив¬
ные), корневидные и т.д. — должен выбираться с учетом конкретных
условий каждого объекта, возможности их устройства на действующем
предприятии и наличия соответствующего оборудования у строитель¬
ных организаций.
Способ задавливания существующих свай наращиванием дополни¬
тельных секций был применен в Москве под ленточными свайными фун¬
даментами для полностью смонтированного здания серии П-57 с конст¬
руктивной схемой в виде несущих поперечных стен с шагом 3,2 м [80;
х А-с. № 669018 (СССР). Фундамент для зданий и сооружений В.И. Волосяный. -
Заявл. 22.02. 1978, № 2583852/29-33, опубл. в Б.И., 1979, № 23.
118

7, с.101]. Сваи сечением 30x30 см, подлежащие усилению, подрубались
отбойным молотком на высоту, обеспечивающую последовательную по¬
становку: металлического оголовника на сваю, прикрепляемого к нему
на сварке первого эвена стальной трубы диаметром 325 мм и длиной 0,5 м,
распределительной стальной плиты, домкрата типа ДГ-200 и стальной
поддомкратной балки. Ход поршня домкрата в 12—15 см соответство¬
вал одному циклу погружения. После четырех таких циклов свая нара¬
щивалась установкой на сварке очередного эвена трубы, длиной 0,5 м.
Отдельные сваи погружались в грунт до 2 м. Перекрепление задавлен¬
ных свай на ростверк достигалось путем установки парных стоек из швел¬
леров № 24 с креплением их на сварке к поддону поддомкратной балки
и последнему звену трубы. Одновременно работы велись на трех-четы-
рех сваях, при этом залавливалась только одна свая в поперечном ряду
или расстоянии между рядами 6,4— 9,6 м. Отрезки металлических труб
через боковые отверстия заполнялись пластичной бетонной смесью.
Усиление с помощью выносных набивных свай оказалось эффектив¬
ным при усилении деформированного свайного фундамента колонны
одноэтажного промышленного здания в Новокузнецке [75]. Вследствие
значительных осадок (227 мм), протекавших с интенсивностью 2—3
мм/сут, были деформированы элементы покрытия. Осадки фундамента вы¬
зывались тем. что чаЬть сваи была расположена в насыпном грунте обратной
засыпки рядомрасположенного технологического тоннеля.
Усиление фундамента производили в два приема: вначале временно
передали нагрузку от колонны (около 4000 кН) на специальную сталь¬
ную рамную конструкцию, опирающуюся на пол цеха, а затем устроили
набивные сваи в стальной оболочке (рис. 5.5, а). Такая последователь¬
ность работ позволила обеспечить нормальную эксплуатацию цеха и вос¬
становление деформированных конструкций покрытия без остановки
производства.
С каждой длинной стороны существующего фундамента было устрое¬
но по четыре набивных сваи на глубину 26—28 м. Оболочка свай выполнена
в виде составной трубы диаметром 529 мм. Трубу, состоящую из звеньев
длиной 2-Зм„ погружали с помощью двух станков ударно-канатного
бурения УКС-22. По мере погружения наваривали звенья трубы. На по¬
гружение одной трубы затрачивали 6— 10 сут. Не все оболочки удалось
погрузить на заданную отметку, поэтому произвели цементацию галеч¬
ника, залегающего под пятой сваи. Под каждую сваю с помощью инъектора
диаметром 37 мм в течение одной смены нагнетали от 3 до 5 м3 цемент¬
ного раствора марки М500 с водоцементным отношением, равным 0,5.
Всего в каждую оболочку было уложено до 6 м3 бетонной смеси, при этом
нижняя часть оболочки заполнялась, методом подводного бетонирова¬
ния. В верхней части свай на длине 6 м устанавливали арматурный каркас.
Для полной уверенности в достаточности несущей способности на¬
бивных свай и включении их в работу каждую'из них обжимали расчет¬
ной нагрузкой в 1000 кН. Для обжатия использовали рычаг (см. рис.
5.5, б), короткое плечо которого крепили к выключенному из работы
фундаменту колонны (масса 80 т); к длинному плечу рычага приклады¬
вали нагрузку из чугунных болванок общей массой 40 т. При обжатии
свай упругие деформации не превышали 2,1 мм, а остальные (после сня¬
тия нагрузки) — 0,5 мм. Поверху свай после их обжатия был устроен
металлический ростверк, на который затем устанавливали колонну.
Поучительным является пример стабилизации осадки свайного фун¬
дамента с одновременным выправлением крена 16-этажного жилого кир-
119

Рис. 5.5. Схема усиления деформированного свайного фундамента под ко¬
лонну
1 — стальная колонна; 2 — металлический ростверк; 3 - железобетонный
фундамент; 4 - набивная свая; 5 — существующие сваи; б - кровля галеч¬
ника; 7 - закрепленный цементацией под пятой сваи грунт; 8 - составная
балка-рычаг для обжатия; 9 - подвеска для рамы (к короткому плечу ры¬
чага); 10 — рама, соединяющая обнаженную арматуру фундамента со сталь¬
ным листом; 11 — стальной лист; 12 - обнаженная арматура; 13-домкрат
грузоподъемностью 1000 кН; 14 — нагрузка массой 40 т
личного дома в Ленинграде [81]. В возведенном на полную высоту доме,
имеющем в плане форму ’’трилистника”, обнаружился крен, заметно
прогрессирующий во времени. Отклонение наружной стены здания на
уровне карниза кровли составило 29,5 см. Осадка фундаментов с одной
стороны здания, нарастая со скоростью 0,5 мм/сут, достигла 35—40 см.
Свайные, однорядные, ленточные фундаменты здания под несущие
стены состояли из 165 свай сечением 30x30 см и длиной 12 м. Принятая
в проекте расчетная нагрузка на сваю в 1500 кН подтверждена проведен¬
ными испытаниями двух свай. Острия свай по проекту должны были рас¬
полагаться в слое плотного моренного суглинка, перекрытого слабыми
послеледниковыми отложениями и подстилаемого коренными плотными
глинами. Однако на рассматриваемой площадке кровля глин оказалась
неровной, и между ней и наносами имеется переходный слой выветрелой
ослабленной породы переменной толщины, в который и были, очевидно,
заглублены острия свай на стороне здания, испытывающей наибольшую
осадку. Статическое зондирование, проведенное на участке наибольшей
осадки, показало, что сопротивление внедрению зонда на глубине острия
свай примерно на 30 % меньше, чем под остальной частью здания. Несущая
способность этих свай оценивалась примерно в 800 кН. Поскольку на участ¬
ке наибольшего крена было забито 27 свай, недостаток несущей способ¬
ности этой группы свай оценивался примерно в 6000 кН. Учитывая изло-
120

Рис. 5.6. Схема усиления свайного фун¬
дамента жилого дома
1 - основные сваи; 2 - сваи усиления;
3 — дополнительный ростверк; 4 - су¬
ществующий ростверк; 5 — несущая
кирпичная стена; 6 - сторона здания,
по которой вырубались сваи
женное, работы по стабилизации осадка фундамента было решено провести
в два этапа: стабилизация осадки путем усиления фундамента и выправ¬
ление крена.
С учетом конструктивных и архитектурных особенностей деформи¬
рованного здания решение по усилению фундаментов состояло в погруже¬
нии путем вдавливания 12 дополнительных свай длиной 12 м, которые
располагались двумя группами (по шесть) у края проездов-выступов
дома, вплотную к краю имеющихся балок ростверка и наружных стен.
Дополнительные сваи каждой группы объединяли железобетонной ра¬
мой, которая подводилась под балку ростверка и омоноличивалась с ней,
образуя цельную конструкцию (рис. 5.6). Сваи погружали сваевдавли¬
вающим агрегатом за 14 сут. Максимальное усиление вдавливания сос¬
тавило 1000—1200 кН. Скорость нарастания осадки здания за это время
осталась прежней. Ростверки обеих групп свай были выполнены в кратчай¬
ший срок — 11 сут благодаря четкой организации работ, применению быст-
ротвердеющего бетона и электропрогрева. Во время проведения этих
работ скорость нарастания осадки резко возросла, а осадка наружной
стороны здания увеличилась на 18—20 см. Отклонение карниза от верти¬
кали при этом увеличилось до 53 см, направление крена осталось прежним.
Скорость развития осадки заметно уменьшилась на третьи-четвертые
сутки после укладки бетона ростверков и засыпки пазух плит, а через
15—20 сут осадка практически стабилизировалась, что позволило присту¬
пить к выполнению работ второго этапа. Разность осадок основания до¬
стигла 50 см. Для выправления крена было решено опустить здание. Снача¬
ла на сторонах выступов здания — ’’трилистника”, противоположных
участку наибольшей осадки, были откопаны балки ростверков, что на
скорости развития осадки не отразилось. Это свидетельствовало о том, что
суммарная несущая способность имеющихся свай этой части фундамен¬
тов достаточна. Тогда было принято решение о вдавливании этих свай под
действием веса здания путем исключения части свай данной группы из
работы вырубкой их в последовательности, определенной проектом.
Для предосторожности были вдавлены еще две группы дополнитель¬
ных свай, аналогичных описанным. Затем была осуществлена вырубка ча¬
сти свай. В течение одного рабочего дня вырубали по 10—15 см стволов
у двух—четырех свай. После вырубки каждой сваи между ее торцом и ни¬
зом балки ростверка размещали пакет металлических пластин, которые
затем постепенно выбивали одновременно у всех вырубленных в этот день
свай. В общей сложности было вырублено и выключено из работы 11 свай.
При этом осадка здания на стороне вырубаемых свай стала резко нара¬
стать и за 9 сут увеличилась на 40—50 см. Здание практически вернулось
в вертикальное положение. Для корректировки выправления крена потре¬
бовалось вырубить еще две сваи, после чего здание имело отклонение от
121

вертикали на уровне карниза кровли не более 10 см (в сторону, противо¬
положную стороне первоначального крена), что допускается нормами.
Работы по выправлению крена здания прошли успешно, без осложне¬
ний и продолжались 15 сут. Головы обрубленных свай были вновь омоно-
личены с имеющимися ростверками и группами дополнительных свай.
Наблюдения показали, что по завершении всех описанных работ нара¬
стание осадки основания резко замедлилось и стало равномерным. За по¬
следующие полгода осадка увеличилась в среднем на 0,5 см, а за следую¬
щий год, когда здание было уже сдано в эксплуатацию, еще на 1,5 см.
В период окончания строительства здания потребовалось провести незна¬
чительные работы по усилению кирпичных простенков и столбов, в кото¬
рых образовались трещины, не получившие опасного развития.
Уникальным является осуществленное в 1979—1981 гг. в Днепропет¬
ровске Укргидроспецфундаментстроем усиление свайных фундаментов
в возведенном трехпролетном каркасном промышленном здании, кото¬
рое было запроектировано в 1964—1965 гг. Здание с размерами в плане
108x240 м имело пролеты по 36 м с высотами 25 и 38,4 м. Каркас цеха
и фермы покрытия металлические, покрытие состоит из сборных железо¬
бетонных плит размером 3x12 м. Шаг колонн 12 м. Наружные стены сос¬
тоят из сборных навесных железобетонных панелей размером 12x1,2 м.
Цех оборудован мостовыми кранами грузоподъемностью 100; 150 и 250 т.
Площадка, на которой было возведено промышленное здание, сложена
следующими напластованиями грунтов (сверху вниз): насыпным и поч¬
венно-растительным слоем толщиной 2—3 м; просадочным ( ^пр = 0,02-г-
-3-0,06) лессом и лессовидным суглинком толщиной 6—8 м; малопросадоч-
ным лессовидным суглинком толщиной 3—5 м, который подстилается
лессовой пластичной супесью толщиной 10—12 м. Ниже с глубины 30 м
залегают плотные красно-бурые суглинки в твердом состоянии. Здание
располагалось вдоль имеющегося уклона площадки в сторону находя¬
щегося невдалеке оврага. Примерно такой же уклон имели указанные
напластования грунтов.
При изысканиях в 1972 г., грунтовые воды были встречены на глуби¬
нах 22—26 м от планировочной отметки. Вследствие интенсивного питания
водоносного горизонта естественными и искусственными источниками на
площадке произошел интенсивный подъем грунтовых вод. Так, в 1977 г.
их уровень был обнаружен на глубинах 10— 16 м, а в 1978 г. — 9—12 мот от¬
метки планировки. Скорость подъема грунтовых вод в год у оси 1 здания
составляла 2,6 м, посредине у оси 11 — 1,6 м, а у крайней оси 21 — 3,17 м.
Таким образом, за 16 лет уровень грунтовых вод поднялся на 15 м и более,
при этом по длине здания подъем был неодинаковым. Прогноз изменения
уровня грунтовых вод показал, что стабилизация его на площадке не ожи¬
дается.
Фундаменты под колонны каркаса цеха были выполнены на вибро-
штампованных сваях диаметром 500 мм длиной 8—10 м (рис. 5.7). Осно¬
ванием свай принят слой лессовидных суглинков. Число свай в кусте
составляет 10-19. Максимальная нагрузка на сваю 1100 кН, минималь¬
ная — 410 кН. Монолитные железобетонные ростверки из бетона марки
М200 армированы каркасами на высоту 110 см; шаг каркасов 200 мм;
отметки низа ростверка — 3,5 м. Заглубленные помещения в корпусе и
фундаменты под оборудование выполнены в основном на естественном
основании без учета подъема уровня грунтовых вод. Нагрузка на бетон¬
ные полы составляла 50—100 кН/м^.
122

Рис. 5.7. Схема усиления фундамента
1 — существующие виброштампованные сваи; 2 — ростверк; 3 — задавливаемые
сваи усиления/ 4 — ростверк усиления - железобетонная обойма; 5 — арматура
обоймы; 6 — балки усиления опирания колонны; 7 — металлическая колонна кар¬
каса; 8 — насыпной и почвенно-растительный слой; 9 — лесс; 10 — лессовидные проса-
дочные суглинки; 11 — лессовидный малопросадочный суглинок; 12 — лессовая су¬
песь
Следует отметить, что в 60-х годах в практике проектирования про¬
мышленных сооружений без осуществления в них мокрого технологи¬
ческого процесса, по существу, не встречалось примеров значительного
подъема уровня грунтовых вод. Поэтому возможность такого подъе¬
ма при проектировании, как правило, не учитывалась. Существовало
также мнение, что подъем уровня грунтовых вод на одной территории
происходит с одинаковой скоростью, а поэтому вызываемые им просад¬
ки будут сравнительно равномерными. Поэтому при проектировании
рассматриваемого здания учитывалась возможность замачивания про-
садочных грунтов лишь сверху — от инфильтрации атмосферных осадков,
от утечек из подземных коммуникаций и тл. При этом на случай таких
просадок в проекте предусматривалась возможность рихтовки металли¬
ческих колонн в процессе эксплуатации до 40 см.
Здание возводилось с 1968 по 1974 г. До 1976 г. осадки фундаментов
колонн не измеряли. В 1976 г. были зафиксированы значительные осад¬
ки фундаментов по оси 21. За период с 30.01.76 г. по 18.06.78 г. суммар¬
ные осадки колонн по оси 21 составили 250 мм, по осям 1—2 — 63—70 мм;
в центральной части корпуса — 54 мм. Максимальные осадки наблюдались
123

по осям 14-21, где за период с 1977 по 1978 г. отмечен самый значитель¬
ный подъем уровня грунтовых вод — 3,17 м в год; прирост осадок за neJ
риод с 23.12.77 г. по 21.06.78 г. составил 52 мм, осадки продолжали<я|
со скоростью 5—10 мм в месяц.	ь
Анализ характера осадок фундаментов корпуса, динамика подъем!
уровня грунтовых вод, нормативных сопротивлений грунтов под пятой
виброштампованных свай (по результатам повторных инженерно-геоло|
гических изысканий), несущей способности свай, испытанных в замочен!
ных грунтах, и результатов расчета по деформациям фундаментов, огаи
рающихся на замоченные лессовые грунты, позволил сделать следующий
выводы.	1
1. Интенсивный подъем уровня грунтовых вод с начала строительств
ва привел к замачиванию лессовых просадочных грунтов, в результате;
чего в них проявились просадочные деформации, грунты потеряли струк-
турную прочность и резко снизили прочностные и деформативные свойст¬
ва; просадка этих грунтов совместно со снижением несущей способности,
грунтов в активной зоне фундаментов вызвали осадки колонн и дефор¬
мации конструкций.
2. Механические свойства грунтов в основании свайных фундаментов
здания оказались неодинаковыми. Так, нормативное сопротивление грунта
под пятой свай изменялось от 6 МПа у оси 21 до 18 МПа посередине цеха;
расчетная несущая способность виброштампованных свай в частично замо¬
ченных лессовых грунтах (по состоянию на 1978 г.) по результатам их ис¬
пытаний и статического зондирования грунтов составляла 878 кН посере¬
дине цеха и 388—650 кН у оси 21. При дальнейшем подъеме уровня грунто¬
вых вод и полном замачивании лессовидного суглинка способность вибро¬
штампованных свай будет находиться в пределах 220—440 кН.
3. Осадки фундаментов корпуса будут продолжаться, пока не достиг¬
нут предельных значений, которые в соответствии с расчетом (осадка плюс
просадка) составят ориентировочно 40—60 см.
В связи с полученными результатами анализа было принято решение
о проектировании усиления фундаментов корпуса. Одновременно необ¬
ходимо было запроектировать мероприятия для предотвращения затоп¬
ления заглубленных помещений, исключение деформации фундаментов
под оборудование и полов, а также снижения несущей способности вибро¬
штампованных свай менее 400 кН. Водопонижение было осуществлено
методом лучевого дренажа.
При проектировании усиления свайных фундаментов Укрспецстрой-
проектом было рассмотрено шесть вариантов стабилизации осадок.
1. Задавливание по периметру дополнительных (выносных) свай из
металлических труб диаметром 325 мм (отдельными секциями) общей
длиной 20—22 м с опиранием острия в лессовую супесь. Несущая способ¬
ность таких свай по данным испытания их статической нагрузкой с зама¬
чиванием просадочных грунтов составляла 600—800 кН.
2. Задавливание аналогичным методом свай из металлических труб
диаметром 350 мм длиной 26—30 м с заглублением их острия в красно-
бурые суглинки. Несущая способность таких свай по данным испытаний
составила 1000 кН.
3. Устройство выносных буронабивных и задавливаемых металли¬
ческих свай. При этом буронабивные сваи выполняются диаметром 500 мм
с уширением диаметром 1600 мм и длиной 8 м (несущая способность свай
по данным испытаний 800 кН) только для тех фундаментов, для которых
124

это возможно по условиям действующего технологического процесса
в здании.
4. Устройство выносных забивных железобетонных (сечением 35х
х35 см) и залавливаемых металлических свай. При этом забивные сваи
(длина 18—20 м, несущая способность 500 кН) предусматривались лишь
для тех фундаментов, к которым можно подъехать с копром.
5. Устройство наклонных корневидных свай диаметром 200 мм и дли¬
ной 28—30 м. Сваи выполняют буровым станком СБА-500 за пределами
фундаментов с пересечением их под существующим ростверком; несущая
способность корневидной сваи принята 200—300 кН.
6. Укрепление грунтов основания способом электросиликатиэации
на глубину 9 м ниже подошвы свай. При этом слой лессовидного суглинка,
расположенный выше уровня грунтовых вод, предполагалось закрепить
способом однорастворной силикатизации.
Технико-экономическое сравнение всех шести вариантов с учетом
трудоемкости намечаемых работ и имеющегося опыта осуществления
усиления выявило преимущества первых двух, которые обеспечивали:
возможность выполнения работ по усилению фундаментов в стесненных
условиях действующего технологического процесса в здании, прорезку
просадочных грунтов дополнительными сваями с опиранием их на несу¬
щие слои из супеси и суглинка, полное прекращение дальнейших осадок
фундаментов, отсутствие динамических воздействий при производстве
работ и осуществление четкого контроля за погружением свай.
Для исполнения был принят первый вариант, хотя и более металлоем¬
кий, но позволяющий осуществлять погружение с меньшими усилиями
задавливания. Несущая способность существующих виброштампован-
ных свай, равная 400 кН, учтена в работе усиливаемого фундамента. Число
дополнительных свай среднего ряда для усиления фундамента составляло
в среднем 24, а крайнего ряда — 12. Для включения дополнительных свай
в работу предусматривалось устройство монолитного железобетонного
ростверка-обоймы, жестко соединенного с колонной и расположенного
над существующим ростверком (см. рис. 5.7, а, б).
Задавливание свай первоначально предполагалось осуществить с по¬
мощью обычных гидравлических домкратов. Однако проектируемый
срок задавливания свай таким способом получался значительным. Поэтому
Укрспецстройпроектом, Укргидроспецфундаментстроем и Днепропетров¬
ским заводом прессов была разработана и изготовлена специальная гидрав¬
лическая залавливающая установка.
Порядок задавливания металлических трубчатых свай секциями по
6,5 м, заполнения секций бетоном и изготовления ростверков был запла¬
нирован таким, чтобы стабилизация фундаментов каждой рамы металли¬
ческого каркаса здания наступала одновременно. В результате выполнен¬
ного усиления практически стабилизовались осадки фундаментов несу¬
щих колонн.
За прошедшие 2 года после окончания указанных работ осадки уси¬
ленных фундаментов для наиболее неблагополучного крайнего ряда колонн
по оси 21 составили 20 мм, а для фундаментов в средней части здания
10 мм. Здание нормально эксплуатируется без каких-либо деформаций
несущего каркаса и подкрановых путей.
125

глава 6. УСИЛЕНИЕ ФУНДАМЕНТОВ БАШЕННЫХ
СООРУЖЕНИЙ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ОБОРУДОВАНИЯ И ПОДПОРНЫХ СТЕН
6.1.	Оценка устойчивости против опрокидывания башенных сооружений
Отклонение от вертикали башенных сооружений происходит обычно
в результате развития неравномерных осадок грунтового основания в тече¬
ние некоторого времени (сутки, месяцы, годы). Поэтому оценка устой¬
чивости башенных сооружений на грунтовом основании, проявляющем
реологические свойства, складывается из двух задач: 1) оценки мгновен¬
ной устойчивости и 2) оценки устойчивости в течение времени. Мгновен¬
ная устойчивость еще не является достаточным условием нормальной экс¬
плуатации сооружения, достаточным будет лишь условие его устойчивости
в течение всего срока эксплуатации.
Фактор времени играет существенную роль в явлении потери устойчи¬
вости жесткого башенного сооружения на водонасыщенном глинистом
основании. В результате развития осадок основания каждое отклоненное
положение равновесия (некоторое значение крена) сооружения при по¬
стоянных нагрузках можно считать устойчивым для соответствующего
момента времени. Однако, если рассматривать в целом весь период сущест¬
вования сооружения, то может оказаться, что сооружение теряет устой¬
чивость. Такую потерю устойчивости будем называть ’’длительной потерей
устойчивых форм равновесия” (ДПУФР). Длительная потеря устойчи¬
вости системы основание — сооружение сопровождается неравномерными
осадками основания вследствие высокого приложения нагрузки. Потеря
устойчивости грунтового основания при этом, как правило, не наблюдается.
С целью экспериментального обоснования условия длительной устой¬
чивости были проведены специальные натурные и лабораторные исследо¬
вания [82], которые показали, что в качестве критерия устойчивости
против опрокидывания башенного сооружения на водонасыщенном гли¬
нистом грунте следует принимать коэффициент устойчивости Ку в виде
отношения жесткости грунтового основания к вириалу сил тяжести со¬
оружения в заданный момент времени t.
Действующий по подошве фундамента вириал определяется как про¬
изведение веса сооружения Q на высоту т его приложения от по¬
дошвы фундамента. Жесткость основания принимается как произведе¬
ние коэффициента постели при неравномерном сжатии С ^ на момент
инерции подошвы фундамента I. Тогда
Ky = (Cvl)tIV.	(6.1)
Для произвольной модели основания и различных нагрузок, дейст¬
вующих на сооружение, коэффициент устойчивости может быть определен
через деформированное состояние системы в виде:
где £н - эксцентриситет нагрузки относительно центра подошвы фундамента до
проявления осадок основания (рис. 6.1);	- эксцентриситет нагрузки в момент
времени t, определяемый относительно центра Ц всей подошвы фундамента (рис.
6.1,6).
В течение всего периода эксплуатации башенное сооружение подвер¬
гается действию случайных нагрузок. Как правило, это кратковременные
126

Рис. 6.1. Приложения нагрузок относительно
центра подошвы фундамента башенного сооруже¬
ния
а - начальное условно-недеформированное состоя¬
ние основания; б — начальное мгновенно-дефор¬
мированное состояние основания
а)
Ц«
.Ь
горизонтальные воздействия. Для сохранения устойчивости, сооружения
при таких воздействиях необходимо обеспечить устойчивость всех форм
равновесия в заданном положении. Исследованию вопроса потери всех
форм равновесия башенного сооружения на грунтовом основании посвя¬
щены работы Я.Б. Львина, А.Р. Ржаницина, Г .К. Клейна, И.В. Гавриленко¬
вой, Б.П. Гармуса и др. В работе [83] можно найти достаточно простую
и надежную методику расчета. Авторы справедливо отмечают, что при по¬
тере устойчивости всех форм равновесия (ПУВФР) влияние вириалов незна¬
чительно и им можно пренебречь по сравнению с влиянием осевых сжимаю¬
щих сил и опрокидывающих моментов. Наши инструментальные наблю¬
дения также показывают, что при ветровом воздействии положение фун¬
дамента сооружения не изменяется. Это говорит о том, что мгновенная
жесткость грунтового основания достаточно велика и не влияет на устой¬
чивость сооружения, поэтому в первом приближении при оценке ПУВФР
осадки сооружения можно не учитывать, а коэффициент устойчивости
всех форм равновесия принять в виде
* епр Iе’	(6-3>
где е„р - предельный эксцентриситет нагрузки; 8 - фактический эксцентриситет.
В результате длительной потери устойчивых форм равновесия проис¬
ходит изменение положения сооружения и это сказывается на величине
критической нагрузки, соответствующей ПУВФР, коэффициент мгновен¬
ной устойчивости Ку по мере увеличения наклона сооружения уменьша¬
ется (рис. 6.2) вследствие увеличения начального эксцентриситета
приложения мгновенной нагрузки..
Кратковременное горизонтальное воздействие в течение периода экс¬
плуатации сооружения является величиной случайной, поэтому оно харак¬
теризуется вероятностью . Вероятность условия Ку = 1 в этом случае
также будет р. По истечении критического времени вероятность р дости¬
гает единичного значения даже при отсутствии горизонтальных сил, т.е.
127

Рис. 6.2. Схема изменения коэффициенте® устой¬
чивости во времени
Рис. 6.3. К расчету потери устойчивости дымовой
трубы высотой 45 м на водонасыщенном лессовом
основании
сооружение опрокидывается только от действия вириала. Значение ко¬
эффициента Ку в момент времени, когда Ку = 1, следует считать коэф¬
фициентом запаса ш. В практических расчетах коэффициент запаса сле¬
дует задавать, исходя из требуемой надежности сооружения.
При кратковременном действии горизонтальной нагрузки возможен
отрыв части подошвы фундамента от основания. Предельным будем считать
такое состояние фундамента, когда давление по плошади контакта с осно¬
ванием имеет равномерную эпюру и достигает предельного значения (рис.
6.3).
R = Q/FK,	(6.4)
где FK- площадь контакта фундамента с основанием.
В качестве предельного значения R можно принять расчетное давление
на основание [19J-
Для обеспечения расчетов устойчивости фундаментов с круглой подош¬
вой в случае ее неполного контакта с основанием может использоваться
табл. 6.1, в которой приведены зависимости геометрических характеристик
сечения от относительной ширины контакта ак /а с основанием (см. рис.
6.3).
128

Таблица 6.1. К расчету устойчивости фундамента с круглой подошвой
«к /а
[ гк /а2
г-: }/п
ос, град
2,0
3,14
0
0,250
180
1,8
2,98
0,048
0,306
143
1,6
2,68
0,126
0,370
127
1,4
2,35
0,218
0,440
114
1,2
1,97
0,319
0,513
102
1,0
1,57
0,424
0,579
90
0,8
1,17
0,534
0,668
79
0,6
0,79
0,648
0,749
66
0,4
0,45
0,763
0,831
53
0,2
0,16
0,881
0,914
37
Использование предлагаемой методики расчета устойчивости проил¬
люстрируем примером из практики. Так, в результате водонасыщения грун¬
тов основания дымовая труба высотой 45 м получила крен 20 мм/м и сред¬
нюю осадку 180 мм. Предельная величина крена, допускаемая СНиП для
данного сооружения, составляет 5 мм/м, а предельная средняя осадка —
400 мм. Скорость средней осадки фундамента S по истечении 13 мес после
аварийного замачивания составила 0,909 мм/мес.
Собственный вес дымовой трубы с учетом веса грунта на обрезах
фундамента составил Q = 9,26 МН. По подошве фундамента действуют
моменты от ветровой нагрузки: статический Мс = 1,73 МНм и динамичес¬
кий Л/д = 2,58 МНм. Среднее давление на грунт под подошвой фундамента
б = 0,163 МПа. Центр тяжести сооружения (с учетом веса грунта на обре¬
зах фундамента) расположен на высоте 1Ц т = 13,3 м от подошвы фунда¬
мента. Подошва фундамента имеет круглое очертание и площадь F =
= 56,72 м2
Грунтовое основание дымовой трубы представлено слоями лессовид¬
ных суглинков различной сжимаемости. Уровень грунтовых вод в период
изысканий находился на глубине 7,9 м.
Коэффициент длительной устойчивости дымовой трубы на грунтовом
основании в момент времени t может быть определен в виде
Ку = I/St Иц т,	(6.5)
где St- средняя осадка фундамента в заданный момент времени.
„Учитывая значение осадки в момент времени t = 13 мес вычислим
Ку= 1,89.
Коэффициент мгновенной устойчивости в заданный момент времени
определим как
(<)*— • <«>
el+(Mc+MA)l Q
или через коэффициент Ку в виде
К) =*np/(Vi/K/+ Q )=^к у)-	(	)
Значение предельного эксцентриситета епр можно рассчитать с помо¬
щью табл. 6.1. Учитывая, что
FJfl2 = Q/R*2 =2,05,	(6-8)
1/45-291
129

находим
Ус1а = enp/c =0,3.	<6-9)
Значение ен находим через величину Ку и крен сооружения в тот же
момент времени (i13«2l,5 мм/м)
13 ,
К	Д3 f
е = __у-	1 Vt« 0,135.	(6.10)
кп
Прогноз устойчивости дымовой трубы выполняется на основе линей¬
ной экстраполяции коэффициента устойчивости Ку. Для этого определим
скорость изменения коэффициента длительной устойчивости в момент
времени t = 13 мес с момента аварийного замачивания. На этот момент
времени известна скорость средней осадки фундамента. Путем диффен-
циродания выражения (6.5) найдем
+	I	t
ir =_®	(	)	=_#■	*_.	(6.П)
КУ	& StFI^T	> Лу	^
. 13
Подставляя значения входящих величин, определим, что Ку = 0,0095
1/мес. Решая алгебраическое уравнение
1Э . 13
ЦКу +ку AtKp) = l	(6-12)
относительно AtKp, определим оставшийся интервал времени, в течение
которого можно эксплуатировать дымовую трубу, т.е.
13 е О— М - М„	1
At = (-К	+—^— 	£	0	)	—•	(6.13)
У
Подставляя в равенство (6.13) численные значения .входящих в фор¬
мулу величин, получим Atnp = 72,6 мес.
Таким образом, с момента аварийного замачивания грунтов основания
дымовая труба может эксплуатироваться не более критического времени
Гкр = t + Atnp = 13 + 72,6 = 85,6 мес 7 лет.
Дальнейшая эксплуатация дымовой трубы возможна при условии
повышения прочности основания (например, осуществление водопони¬
жения) или снижения давления на основания путем увеличения размеров
подошвы фундамента.
6.2.	Усиление фундаментов сооружений башенного типа
При эксплуатации башенных сооружений в результате неравномерной
деформации основания возникает необходимость восстановления их перво¬
начального положения. Указанное восстановление или выправление крена
сооружения может сопровождаться одновременным усилением его фунда¬
мента или основания. Способы выправления сооружений и усиления их
130

фундаментов и оснований различны и зависят как от конструктивных
особенностей сооружения и его фундамента, так и от грунтовых условий.
Наиболее распространенными являются случаи выпрямления дымовых
труб, усиления их оснований и фундаментов. Известны следующие способы
восстановления вертикального положения дымовых труб.
1. Организованное (регулируемое) замачивание основания, обладаю¬
щего просадочными свойствами, со стороны, противоположной крену
[20]. Такое замачивание может осуществляться с односторонней пригруз-
кой, в том числе путем приложения горизонтальной нагрузки при натя¬
жении тросов лебедками.
2. Частичная выемка грунта путем его выбуривания горизонтальными
скважинами из-под подошвы фундамента со стороны, противоположной
крену, и одновременное приложение горизонтальной нагрузки (оттяжки)
посредством натяжения тросов лебедками [20]. Проходка горизонталь¬
ных скважин производится из разработанной полукруглой траншеи спе¬
циальными грунтоносами или обычными буровыми ложками, распола¬
гаемыми через заданные расстояния в установленной последовательности
на определенной глубине. В результате выбуривания увеличивается дав¬
ление на грунт основания между горизонтальными скважинами, что при¬
водит к его деформации со стороны, обратной крену. Приложение гори¬
зонтальной нагрузки способствует деформированию грунта и выравни¬
ванию подошвы фундамента.
3. Организованная усадка способом направленного изменения влаж¬
ности набухающих глинистых грунтов основания путем создания условий
для равномерного их нагревания под всей подошвой фундамента дымовой
трубы [84]. Последнее достигается устройством дополнительного полу-
кольцевого газохода вдоль периметра фундаментной плиты на отметке,
совпадающей с подошвой фундамента трубы.
Усиление оснований фундаментов дымовых труб чаще всего выпол¬
няется методами химического закрепления или термического упрочнения
[20, 46—48, 52]. Усиление фундаментов дымовых труб производят опи¬
санными в главах 4 и 5 способами уширения подошвы, устройством вы¬
носных буронабивных или залавливаемых свай, головы которых обвя¬
зывают с существующим фундаментом с помощью железобетонной обой¬
мы. Для лучшего сцепления на существующем фундаменте делаются бо¬
розды и насечки.
Фундаменты отдельно стоящих сооружений можно усилить путем их
уширения, непосредственно объединяя дополнительные фундаменты с су¬
ществующими (рис. 6.4). В качестве уширения устраивают мощные кон¬
соли [68, с. 170-171]. Для обеспечения надежного сцепления их с сущест¬
вующим фундаментом на его поверхности делают горизонтальные греб¬
ни или заделывают анкеры. Подошву уширенной части фундамента рас¬
полагают выше существующей для того, чтобы при разработке котлова¬
на не повредить существующую подошву. Для более интенсивного вклю¬
чения в работу уширенной части фундамента рекомендуется производить
обжатие грунта под ней. Для этой цели на дно котлована под консолью
укладывают бетонную плиту. В просвет между плитой и консолью уста¬
навливают гидравлические домкраты. После достижения необходимого
давления на грунт между плитой и консолью устанавливают распорки.
Домкраты удаляют и производят бетонирование просвета.
Для каждого конкретного случая выбор способа усиления фундамен¬
та сооружений башенного типа должен производиться на основании тща¬
тельного технико-экономического сравнения возможных вариантов. Ниже
131
5-291

Рис. 6.4. Схема усиления фундамента
сооружения путем его уширения
1 — фундамент; 2 - консоли; 3 -
забетонированный просвет; 4 - об¬
вязочная балка; 5 - гидравлический
домкрат
на примерах иэ практики рассмотрим способы усиления фундаментов
башенных сооружений в условиях проявления недопустимого крена.
В селе Александровна Ставропольского края в результате замачива¬
ния верхних слоев лессовидных суглинков и супесей, находящихся в пре¬
делах сжимаемой толщи фундаментов здания элеватора, начались просад¬
ки основания, которые привели к крену зданий в верхней точке для раз¬
личных корпусов от 20 до 80 см. Поскольку засыпка зерном отдельных
отсеков элеватора производилась не одновременно, крен продолжал про¬
грессировать в течение пяти лет. Проявлению значительных осадок и кре¬
нов также способствовало повышение уровня грунтовых вод.
Здание элеватора состояло из семи корпусов, которые располагались
на площадке последовательно с разрывом в 5 м. Корпуса элеватора по¬
строены по типовому проекту серии 4-15-73, емкость каждого корпуса
10 300 т. Силосный корпус имеет размеры в плане 15x33 м и высоту от
пола подсилосного этажа до пола надсилосного -- 35,84 м. Сетка располо¬
жения колонн силосов 3x3, высота подсилосного этажа 5,4 м, силосной
части - 30 м. Фундаменты корпуса выполнены в виде сплошной монолит¬
ной железобетонной плиты, рассчитанной по схеме перевернутого беэба-
лочного перекрытия. Сборные колонны установлены в стаканы башмаков,
выступающих из фундаментной плиты. По колоннам уложены сборные
.железобетонные воронки.
При проектировании усиления оснований и фундаментов Укрспец-
стройпроектом были рассмотрены следующие варианты.
Первый вариант предусматривал усиление фундаментов буроинъек¬
ционными сваями, которые предполагалось устраивать из внутреннего по¬
мещения здания путем бурения станком СБА-500 скважин диаметром
190 мм и длиной 17 м. В каждую скважину опускается арматурный каркас,
после чего скважина заполняется цементно-песчаным раствором под давле¬
нием. Стоимость этого варианта усиления 76 тыс. руб.
Во втором варианте предусматривалось термическое закрепление грун¬
тов основания через пробуренные в фундаментной плите и грунте скважи¬
ны диаметром 150 мм и длиной 11м. Стоимость этого варианта усиления
58 тыс. руб.
По третьему варианту рассматривался метод упрочнения грунтов с по¬
мощью газовой силикатизации [43]. Погружение инъекторов типа ИТП-58
предусматривалось сквозь фундаментную плиту с помощью пневмомо¬
лотков На глубину 10 м, а извлечение — гидравлическими домкратами.
132

Рис. 6.5. Варианты усиления фундамента элеватора путем его уширения
1 - корпус элеватора; 2 - монолитная железобетонная рама; 3 - существующий
фундамент; 4 — уширение фундаментов; 5 - монолитная железобетонная арка
Стоимость этого варианта усиления — 65 тыс. руб.
Четвертый вариант усиления (рис. 6.5, а) предусматривал увеличе¬
ние площади опирания фундаментов. Однако, поскольку добавлявшиеся
плитные фундаменты не обладали достаточной жесткостью для восприятия
поперечной силы от реактивного давления грунта, было решено передать
реакцию грунта на всю конструкцию элеватора путем устройства железо¬
бетонных рам. При бетонировании рам предусматривалась установка ме¬
таллических манжетов в местах охвата колонн монолитом рамы (колонны
не должны были защемляться бетоном рам до ликвидации крена корпуса).
Над рамами существовавшие колонны усиливались железобетонными
корсетами для восприятия повышенных реактивных усилий. Стоимость
этого варианта усиления 58 тыс. руб.
Пятый вариант (рис. 6.5, б) аналогичен четвертому - усиление фунда¬
ментов осуществляется путем уширения площади их опирания. Однако
реактивное усиление передается конструкциям элеватора с помощью желе¬
зобетонных арок. При бетонировании арок также предусматривалась
установка защитных металлических манжетов в местах охвата колонн.
Сечения колонн усиливались с помощью железобетонных корсетов, охва¬
тывающих колонны на участках над арками, при этом усиление выполня¬
ется с устройством временного зазора величиной около 50 мм между
верхом бетона арки и низом корсета. КреН здания ликвидируется после
набора прочности бетоном арок и дополнительных фундаментов. Крен
устраняется путем частичной загрузки зерном бункеров элеватора, а при
необходимости — и с помощью искусственного одностороннего замачива¬
ния грунтов через инъекционные трубки или постепенного выбуривания
грунта с нужной стороны. После ликвидации крека корпуса оставленные
ранее зазоры между бетоном колонн и арок зачеканиваются бетоном.
Стоимость строительно-монтажных работ по этому варианту 45 тыс.руб.
На основании технико-экономического сравнения вариантов работ
был принят пятый вариант — усиление элеватора с помощью железобетон¬
ных арок и дополнительных фундаментов. Общее решение по принятому
варианту заключалось в том, чтобы с помощью увеличения размеров фун¬
дамента (совместная работа пристраиваемой части с существующей до¬
стигалась, по предложению С.Г. Стратудата, с помощью арок) обеспечить

уменьшение напряжений по подошве фундаментов до давления в 0,2 МПа,
при котором удовлетворяется требование СНйП по допускаемым осадкам
и крену. С этой целью с обеих сторон силосного склада (корпуса элева¬
тора) устраивают дополнительные плитные фундаменты шириной по 2,5 м
и протяженностью на всю длину склада. Посредством арочных железобе¬
тонных конструкций, пересекающих здание в плоскости колонн в деся¬
ти его поперечных сечениях, нагрузка с колонн склада частично снимает¬
ся и передается на пристраиваемые плитные фундаменты. Распор арочных
конструкций погашается путем устройства железобетонных затяжек,
заанкериваемых в существующую фундаментную плиту. Элементы затя¬
жек располагаются ниже пола склада, поверх существующей железобетон¬
ной фундаментной плиты и в нишах, образованных подколенниками.
Связь затяжек с существующей фундаментной плитой осуществляется
с помощью заполнения бетоном ниш, расположенных между первым и
вторым, а также пятым и шестым рядами колонн.
Расчеты всех элементов усиления производили для случаев полной
загрузки зерном силосного склада и односторонней загрузки (на 2/3 его
ширины). Кроме того, в расчет принимали ветровую нагрузку. По этим
нагрузкам определяли нормативные давления на грунт основания и выпол¬
няли расчет по деформациям. При расчете по деформациям удовлетворя¬
лось следующее условие: суммарное значение деформаций грунта (осад¬
ка + посадка) не превышало нормативное значение деформации для такого
вида сооружений (30 см) и крен корпуса также был менее нормативного
0 доп = 0,004).
Расчет арочных конструкций для передачи части нагрузки на пристра¬
иваемые фундаменты выполнялся по схеме свободно опертой арки с затяж¬
кой. На такую арку сверху (по узлам сопряжения с колоннами) дейст¬
вуют усилия от веса силоса (вертикальная сила и момент), а снизу (по
узлам опирания) — реакции дополнительных фундаментов. По данным
нагрузкам определялись усилия в колоннах и во всех элементах арки с
затяжкой, по которым и рассчитывались сечения всех элементов (напри¬
мер, пояс арки был принят размером 1100x600 мм). Вследствие умень¬
шения пролета затяжки и длины арки узлами сопряжения с колоннами
армирование элементов арки с затяжкой соответственно уменьшалось.
В качестве примера полного переустройства фундаментов интере¬
сен случай усиления потерявшего устойчивость железобетонного элева¬
тора в г. Виннипеге в Канаде [85]. Здание элеватора состояло из рабочей
башни размером в плане 21x19,8 м и высотой 54 м, а также силосного
корпуса высотой 30 м и размером в плане 23,1x58,5 м. Элеватор опи¬
рался на сплошную железобетонную плиту с балками, расположенными
сверху (рис. 6.6). Давление под фундаментом составляло 0,32 МПа.
При загрузке корпус получил значительную осадку, особенно с запад¬
ной стороны, при этом крен элеватора составил 27® к вертикали. Сместив¬
шийся в сторону центр тяжести элеватора повлек за собой увеличение дав¬
ления на грунт под западной частью корпуса, что вызвало выпирание сла¬
бого грунта из-под подошвы фундамента. Осадка приостановилась, когда
появилось обратное давление от образовавшегося высокого бугра выжа¬
того грунта. В результате происшедшего крена элеватора фундаментная
плита с западной стороны опустилась на 8,7 м, с восточной стороны под¬
нялась на 1,5 м относительно первоначальной отметки. Кроме того, отмет¬
ка северной стороны корпуса изменилась на 1,2 м по сравнению с южной.
Поскольку сооружение было достаточно жестким и при аварии не полу¬
чило значительных повреждений, было принято решение о его выправле-
134

Рис. 6.6. Схема восстановления проектного положения элеватора с подведением стол¬
бов под фундаментную плиту/
а — перед началом выправления крена; б — после завершения работ по восстанов¬
лению и усилению; 1-5- столбы соответствующего ряда; б - скала; 7 - шпальные
клетки; 8 — временные подкосы; 9 — фундаментная плита; 10 - железобетонный
корпус элеватора; 11 — домкраты; 12 — слабый глинистый грунт
нии и подведении под него новых фундаментов в виде 70 бетонных столбов
диаметром 2,1 м с опиранием их на скалу (см. рис. 6.6). Эти фундаменты
бетонировались шахтным способом. Поворот сооружения осуществлялся
388 винтовыми домкратами грузоподъемностью 5000 т, которые были
установлены вдоль четвертого и пятого рядов столбов (на столбах и на
грунте). При повороте шпальные клетки на столбах первого и второго
рядов постепенно разбирались, а на четвертом и пятом рядах постепенно
наращивались. После того, как угол наклона здания был уменьшен до
8°30 , система шарнирных опор была перенесена на второй ряд, а над
третьим рядом были установлены дополнительные домкраты. В даль¬
нейшем подъем сооружения производили 420 домкратами.
В практике реконструкции известны случаи подводки и полной заме¬
ны фундаментов оригинальных сооружений и архитектурных памятни¬
ков. В этом отношении представляет интерес подведение фундаментов
каменной колокольни Боровско-Успенской церкви в Архангельске [85].
Прежде всего подводили новые фундаменты в виде каменных столбов
под местом наибольшего крена колокольни, а затем подводили фундамен¬
ты с противоположной стороны, после чего устраивали фундаменты в про¬
межутках между ними. Каменные столбы вновь подводимого фундамен¬
та не доводили до цоколя здания, а в оставшиеся зазоры между верхом
столбов и низом цоколя набивали мешки с сухим песком. Разрыв по
высоте со стороны крена делали минимальным, а с противоположной
стороны — максимальным. Крен выпрямляли путем постепенного извле¬
чения песка из мешков, набитых в разрыв между подведенными фунда¬
ментами и цоколем колокольни. Для удаления песка мешки протыкали
металлическими прутьями и песок высыпался. При использовании вместо
13S

мешков с песком гидравлических домкратов работы начинаются с раз¬
грузки основания со стороны наибольшего крена. Для разгрузки основа¬
ния применяют поперечные балки с установкой под их концы шпальных
клеток с гидравлическими домкратами.
6.3.	Усиление фундаментов технологического оборудования
При усилении фундаментов технологического оборудования, а также
устройстве дополнительных заглубленных и подвальных помещений в дей¬
ствующих цехах промышленных предприятий возникают трудности из-за
стесненности места работ и нередко необходимости их выполнения без
остановки производства. В таких случаях следует проектировать методы
усиления в увязке с конкретными условиями. В проекте должны пре¬
дусматриваться дополнительные меры по безопасному ведению работ,
а также закладываться порядок демонтажа конструкций, которые мешают
производству работ по усилению, и последующего их монтажа. При этом
схему монтажа строительных конструкций следует проектировать с учетом
условий работы при реконструкции зданий [86]. Все рассмотренные ранее
способы укрепления оснований и усиления фундаментов должны приме¬
няться в увязке с особенностями работы в закрытом помещении, рядом
с действующими механизмами и оборудованием.
Например, при усилении сваями железобетонной фундаментной плиты
в подвальном помещении сваи можно погружать через отверстия, проби¬
тые в плите, а при недостаточной для размещения сваепогружающего обо¬
рудования высоте подвала все работы можно производить под фундамент¬
ной плитой, погружая сваи из располагаемых под плитой раскрепленных
штолен [48]. При таком усилении сваи необходимо размещать по возмож¬
ности по оси несущих стен и колонн.
Передача нагрузки от зданий, сооружений и конструкций на нижеле¬
жащие прочные грунты возможна также с помощью опускных колодцев,
применяемых при усилении крупных сооружений в особых условиях.
Такие колодцы устраивают непосредственно под фундаментами или за
их пределами, как зто делается при устройстве выносных свай. С поверх¬
ности земли или из специальных шурфов, под участками фундамента
сооружают железобетонные опускные колодцы по известной технологии
(рис. 6.7). Форма колодцев в зависимости от конкретных условий может
быть круглой, квадратной или прямоугольной. Размеры колодца опреде¬
ляются расчетом, а также требованиями технологии опускания. Грунт
внутри колодца разрабатывают вручную или механизированным спосо¬
бом. По окончании опускания, когда низ колодца достигнет проектной
отметки, полость колодца заполняют бетоном или балластом (щебень,
бутовый камень, песок), а по верху устраивают железобетонный обвя¬
зочный пояс. При усилении сооружений выносными колодцами нагрузка
на них передается поперечными балками. Число колодцев, возводимых
под зданием, определяется расчетом. Колодцы в плане располагают под
несущими стенами, под углами здания и в местах сосредоточения нагрузок.
В практике известны случаи усиления фундамента прокатного стана
корневидными сваями [48]. Например, монтаж нового прокатного стана
на старых фундаментах на металлургическом заводе г. Баньоли (Италия)
был произведен путем постепенного демонтажа старого прокатного стана
с одновременным усилением фундаментов корневидными сваями, кото¬
рые "прошивали” старые фундаменты в различных направлениях. Такой
метод усиления позволяет использовать существующие фундаменты для
устройства усиленной конструкции фундамента под новое оборудование.
136

Рис. 6.7. Схема усиления сооружения подведением опускного колодца
1 — фундамент сооружения; 2 — бетонная плита; 3 — опускные колодцы; 4 — втрам¬
бованный бетон; 5 — балласт; б — прочный грунт
В некоторых случаях для усиления фундаментов под оборудование
и сооружения можно применять крестовые связи, воспринимающие как
растягивающие, так и сжимающие усилия. Например, на Новоздолбу-
новском цементно-шиферном комбинате [54] крестовыми предваритель¬
но сжатыми связями были усилены пространственные фундаменты-опоры
под вращающиеся печи (рис. 6.8). Крестовые связи предварительно сжи¬
мали с помощью тросов и домкратов. Величина предварительного сжа¬
тия крестовых связей устанавливалась из условия, что при любых нагруз¬
ках они останутся сжатыми. Однако при этом не исключалось, что в про¬
цессе эксплуатации в связях возможно возникновение растягивающих
усилий, которые могут привести к разрушению узлов примыкания свя¬
зей к рамам. Поэтому связи были сконструированы так, что сжимающие
усилия передаются лобовым упором на пластины, приваренные к арма-
iype рамы, а растягивающие — через коротыши вдоль стержней армату¬
ры. При этом стержни арматуры не вырываются из бетона и целость узлов
рамы не нарушается.
Подобным образом могут усиливаться и рамные фундаменты — опоры
технологических трубопроводов. В таком случае следует лишь тщательно
учитывать действующие на опору горизонтальные нагрузки, которые сла¬
гаются из ветровой нагрузки и усилий, возникающих вследствие темпе¬
ратурного удлинения трубопровода.
При реконструкции действующих промышленных корпусов нередко
возникает необходимость в устройстве дополнительных заглубленных
помещений внутри цеха или глубоких фундаментов для дополнитель¬
ного оборудования. В таком случае раскопка котлована под заглублен¬
ное помещение производится вблизи существующих фундаментов нагру¬
женных опор каркаса здания. В этой ситуации, во-первых, может возник¬
нуть опасность для указанных фундаментов при удалении грунта из кот¬
лована, во-вторых, нагрузки от существующих фундаментов увёличи-
137

7000
Use* А
Рис. 6.8. Схема усиления фундамента-опоры под вращающиеся печи
1 - фундаментная плита; 2 - металлические крестовые связи; 3 - рама; 4 - трос;
5 - домкрат; б - пластины; 7 - рабочая арматура рамы; 8 - коротыши, привари¬
ваемые после напряжения связей
Рис. 6.9. Варианты устройства вертикальных ограждений
1 — стена здания; 2 - колонна; 3 - фундамент; 4 — стена строящегося заглублен¬
ного помещения; 5 - стены обоймы усиления основания; 6 - слабый грунт
вают давление на борт котлована. В связи с этим следует устраивать ограж¬
дение, которое исключает взаимовлияние котлована и существующих
фундаментов.
В случае, показанном на рис. 6.9, а, ограждение котлована полностью
воспринимает давление от грунта и существующих фундаментов и одно¬
138

временно может служить несущей конструкцией подземного помещения.
Расчет такого ограждения на давление грунта выполняется по теории Куло¬
на с учетом пригрузки от существующих фундаментов. Устраивать такое
ограждение следует, как правило, методом ’’стена в грунте”, выбирая
грунт из котлована уже под его прикрытием. Иногда требуется одновре¬
менно выполнить усиление существующих фундаментов из-за разжижения
грунтов основания. В таком случае основание может быть взято в обойму
из двух самостоятельных ’’стен в грунте”, а ограждение котлована выпол¬
няется обособленным (рис. 6.9, б). В этом случае ограждение котлована
для заглубленного помещения рассчитывается лишь на давление грунта,
заключенного между двумя ограждениями (массив аЪте на рис. 6.9, б).
Аналогичная картина будет в том случае, когда новое заглубленное по¬
мещение строится вблизи стены существующего подвала, более глубо¬
кого, чем новое подземное помещение. Такие случаи встречались, напри¬
мер, при реконструкции административного здания по ул. Станиславского
в Москве, цеха на заводе в Днепропетровске и на других объектах.
Потеря устойчивости подпорной стенки сопровождается опусканием
части засыпки в виде призмы аЬс (см. рис. 6.9, в), которая и является
призмой обрушения [87, с. 93]. Нарушение равновесия происходит по не¬
которой поверхности скольжения (при смещении подпорной стенки).
В результате нарушения равновесия и появляется оползающая призма,
равновесие которой в целом и надо рассматривать [79, с. 141]. Дейст¬
вующей на ограждение силой будет горизонтальная составляющая Еа веса
Р призмы. Если же на ограждение (или подпорную стену) действует какой-
то объем грунта (например, аЪтп. на рис. 6.9, в), отличный от объема
призмы обрушения айс, то давление на ограждение Еа от такого объема
грунта будет отличаться от активного давления грунта по Кулону.
Для определения активного давления на вертикальное ограждение
от грунтовой засыпки, размер сечения которой меньше размера сечения
призмы обрушения, определенного по теории предельного равновесия,
воспользуемся выводом формулы для нахождения давления грунта по
Кулону. С целью упрощения выкладок все рассуждения в основном будем
вести для случая несвязного грунта и горизонтальной поверхности засып¬
ки. Окончательное решение будет верно и для всех других случаев давле¬
ния грунта на вертикальное ограждение.
Величину Еа можно получить приближенно как величину горизонталь¬
но составляющей равнодействующей веса призмы обрушения при разло¬
жении сил по линии поверхности скольжения. Действительно, вес приз¬
мы обрушения
Р = ( ГЯ2/2) tg (45° - V7 / 2),	(6.14)
а горизонтальная составляющая или активное давление
Е&=Р tg (45° — У/2),	(6.15)
где & - плотность грунта; Н — глубина котлована; <f— угол внутреннего трения грун¬
та.
При уменьшении веса призмы обрушения грунта активное давление
уменьшится прямо пропорционально уменьшению ее веса.
Если часть призмы обрушения обрезать, например, какой-то дополни¬
тельной подпорной стенкой или ограждением тпк (см. рис. 6.9, в),
то активное давление грунта на рассчитываемую ограждающую конструк¬
цию	а & уменьшится во столько раз, во сколько площадь	аЪтп	меньше
площади	аЪс.	На практике можно уменьшать площадь эпюры давления
139

пропорционально уменьшению площади сечения призмы обрушения. Форма
эпюры давления грунта также изменяется, что видно из рис. 6.9, в. Пло¬
щадь эпюры аЪдо дает величину полного активного давления Fa грун¬
та. Центр тяжести эпюры а. Ъдо определяет место приложения равно¬
действующей активного давления от ограниченного объема грунта. Опус¬
кая несложные преобразования, получим следующие выражения для опре¬
деления необходимых величин (см. рис. 6.9, в):
6'2М = ?fhtgz (45°- Ч>/2);
h = Ът tg (45° + v/2);	(6.16)
Е'а ~ 6 гм (Н-Л/2К
,/_ (H-h)z + h(H-2hf3)
2H~h
Строго говоря, при определении активного давления от ограниченного
объема грунта требуется также учитывать, во-первых, изменение длины
поверхности скольжения — разницу между прямой ас и ломаной апт
(см. рис. 6.9, в), во-вторых, дополнительное трение между грунтом и по¬
верхностью ограничивающего элемента тпк .Однако,как установлено
нами с помощью пробных вычислений, эти факторы взаимно компенси¬
руются. Остающаяся неточность вычислений идет в запас прочности. Поэто¬
му при практическом проектировании этими факторами можно пренеб¬
регать.
Если с помощью графических решений величина Еа определяется
сразу без построения зпюры давления, то при ограничении объема грунта
засыпки величину Е& можно уменьшать пропорционально уменьшению
площади призмы обрушения и сразу определять величину Е%. Для этого
первоначально определяют давление Е& от полной призмы обрушения,
а затем переходят к определению давления Еа ограниченного объема грунта.
При расчетах бокового давления грунта на вертикальные ограждения
необходимо четко представлять условие его работы [9, с. 269—274]. В свя¬
зи с этим следует иметь в виду, что предельные значения коэффициентов
активного (	1) и пассивного ( Д n > 1) давлений отвечают условиям
возникновения нарушения устойчивости грунта в некоторой точке. Эти
значения представляют собой минимальное значение /а, которое дости¬
гается в результате полного возможного бокового расширения грунта
перед потерей им устойчивости, и максимальное значение Л п , которое
достигается в результате полного возможного бокового сжатия грунта при
этом же условии. Отсюда следует, что для грунта в естественных условиях
его залегания, т.е. для грунта, который после своего образования не под¬
вергался никаким воздействиям, способным привести его к расширению
или сжатию в боковых направлениях, боковое давление в пределах нена¬
рушенной и недеформированной его толщи должно иметь промежуточное
значение между значениями пассивного и активного давлений того же
грунта. Следовательно, при усилении массивной подземной конструкции,
когда деформации ее практически равны нулю и никаких смещений приле¬
гающего грунта не происходит, необходимо пользоваться коэффициентом
бокового давления в состоянии покоя, который определяется по формуле
Л-/*1(1-/*),	(6.17)
где М - коэффициент Пуассона, значения которого приводятся в ряде работ Г9.79,
87 и др. ] .
140

При расчете ограждений или подпорных стен, претерпевающих любые
минимальные деформации, следует пользоваться теорией активного и пас¬
сивного давления с ограничением при необходимости объема призмы об¬
рушения путем соответствующего уменьшения площади эпюры бокового
давления грунта.
Снижение активного давления при ограничении объема грунта в призме
обрушения рассмотрим на примере расчета давления для вертикального
ограждения (см. рис. 6.9, в) высотой Я = 10 м от песчаного грунта плот¬
ностью & = 2 т/мЗ и углом внутреннего трения Ч>—26°. Для указанных
численных значений максимальная ордината O.L эпюры бокового давления
от полной призмы обрушения составит 6zm= 78,2 кН/м2, а активное
давление на 1 м (эпюра аЪ1 на рис. 6.9, в) Е = 391 кН/м. Максималь¬
ная ордината эпюры бокового давления грунта от призмы обрушения,
ограниченной дополнительным ограждением тпк, составит, &2М=
= 57 кН/м2, активное давление = 285 кН/м (эпюра аЪо на рис.
6.9,	в).
При проектировании усиления фундаментов технологического обору¬
дования и подземных помещений следует иметь в виду, что горизонтальные
силы на подземные конструкции часто создаются не только давлением
грунта, но и системой нагрузок, действующих на лежащие выше элементы
технологического оборудования. Такие горизонтальные силы возникают,
например, от тормозного усилия мостовых кранов, от действия ветровой
нагрузки и др. Следовательно, расчет усиления фундаментов должен вы¬
полняться на весь комплекс действующих нагрузок, как и при проекти¬
ровании новых фундаментов [88]. При этом необходимо детально решать
все вопросы, касающиеся усиления фундаментов, укрепление основа¬
ния, изменение конструкций, способы крепления оборудования к фунда¬
ментам, методы производства работ по усилению фундаментов под обо¬
рудование [22].
При реконструкции фундаментов и заглубленных конструкций не¬
редко возникает необходимость решения некоторых попутных вопро¬
сов, например, таких, как ликвидация сырости в помещении. Сырость
фундаментов и надфундаментных конструкций влечет за собой постепен¬
ное разрушение кладки и вызывает повышенную влажность воздуха в
рабочих помещениях. Поэтому при реконструкции технологических по¬
мещений необходимо проектировать мероприятия, направленные против
увлажнения стен и фундаментов.
6.4.	Усиление подпорных стен
Необходимость усиления подпорных стен возникает в связи с потерей
их устойчивости при увеличении нагрузок на засыпку или изменении фи¬
зико-механических свойств грунтов, а также при разрушении материала
стен под действием коррозии и других факторов. Подпорные стены можно
усиливать корневидными и анкерными сваями, грунтовыми анкерами,
контрфорсами, обоймами, а также устройством дополнительных огражде¬
ний и другими способами.
Усиление подпорных стен корневидными сваями производится без
разработки траншей и котлованов, при этом корневидные сваи проходят
через существующую кладку под любым углом наклона, связывая стенку
с грунтом. Корневидные сваи целесообразно применять при устройстве
глубоких выемок в непосредственной близости от существующих зданий.
141
6-291

Рис. 6.10. Схема усиления подпорных стен
1 - подпорная стенка; 2 - грунтовый анкер; 3 — контрфорс
Подобные случаи часто возникают при реконструкции городов и промыш¬
ленных комплексов, а также транспортных сооружений. Более глубокие
фундаменты стремятся разместить как можно ближе к существующим
фундаментам, подвалам или подпорным стенам. В зтий условиях оправ¬
дывается применение подпорных стен, усиленных корневидными сваями.
В стесненных условиях для усиления подпорных стен рационально
применять грунтовые анкеры (рис. 6.10, а), предназначенные для восприя¬
тия и передачи горизонтальных усилий на глубокие слои грунта. Заделка
анкера расположена за пределами призмы обрушения. Грунтовый анкер
устраивают в наклонной скважине, которую выполняют различными спо¬
собами (бурением, продавливанием). В нижней части скважины сооружают
уширение, воспринимающее выдергивающую нагрузку. Бетонную смесь
нагнетают в скважину с помощью бетононасоса или растворонасоса. Перед
бетонированием в скважину закладывают анкерные стержни, имеющие на
нижнем конце шайбу, а на верхнем — резьбу для гайки. Натяжение анкера
производится домкратом и фиксируется гайкой. Диаметр скважины сос¬
тавляет 100—200 мм. Более подробно технология устройства грунтовых
анкеров и схемы их расчета описаны в гл. 7 настоящей работы. В некото¬
рых случаях задача усиления решается устройством контрфорсов (см.
рис. 6.10, б), размещаемых через определенные расчетом расстояния.
При значительном ухудшении физико-механических й прочностных
характеристик грунт за подпорной стенкой может быть частично заменен
прочным дренажным материалом — песком, щебнем или камнем. Такой
материал повышает прочностные характеристики грунтовой засыпки за
подпорной стенкой, частично воспринимает нагрузку от оставшегося слабо¬
го грунта и одновременно играет роль застенного дренажа. Засыпка из дре¬
нажного материала в зависимости от условий производства работ и высо¬
ты подпорной стенки выполняется на полную глубину или частично. Попе¬
речное сечение каменной засыпки рекомендуется принимать треугольного
очертания[10, с.87].
В Сочи потерявшая устойчивость подпорная стена на Курортном про¬
спекте была усилена обоймой и частичной отрезкой призмы обрушения
(рис. 6.11). Из-за увлажнения суглинков, составлявших грунты за под¬
порной стеной, активное давление грунта на стенку увеличилось. В резуль-
142

Рис. 6.11. Схема усиления подпорной
стенки в г. Сочи
1 — подпорная стенка; 2 - железо¬
бетонная обойма; 3 — ростверк;
4 - ряд буронабивных свай (с ша¬
гом 1,7 м); S — линия скольжения
призмы обрушения
тате стена наклонилась над тротуаром на величину до 40 см, а ее верхняя
часть разрушилась. После детального анализа условий работы подпорной
стенки были разработаны и выполнены мероприятия, которые заключа¬
лись в следующем.
Существующая подпорная стена сверху была разобрана на величину
нарушенной кладки и до отметки заметного отклонения (с учетом воз¬
можности раскопки засыпки за стенкой из условия безопасности близко
расположенных зданий). Разобранная кладка была заменена новой. Ввид>
того, что при деформации подпорной стены трещины развились практи¬
чески до самого фундамента, вся подпорная стена была взята в железобе¬
тонную обойму. Для уменьшения активного давления грунта на подпорную
стену часть призмы обрушения была отрезана рядом буронабивных свай
диаметром 1020 мм и длиной 14 м, сваи располагались на расстоянии
1,7 м одна от другой и были объединены поверху железобетонным рост¬
верком. В свету расстояние между сваями составило 680 мм, что обес¬
печило непродавливание грунта между ними благодаря проявлению ароч¬
ного эффекта. Существующая подпорная стена совместно с железобетон¬
ной обоймой была рассчитана на давление от ограниченного объема грун¬
та в соответствии с изложенной в п. 6.3 методикой. Длина буронабив¬
ных свай рассчитывалась из условия необходимой заделки их ниже линии
скольжения (см. гл. 7).
Для облегчения работы подпорной стены могут применяться и так
называемые анкерные сваи. Такие сваи устраивают (или забивают при
применении сборных свай) за пределами призмы обрушения. Поверху
свай изготовляется железобетонный ростверк, в который заделывают
концы металлических тяжей. Другие концы тяжей заделывают в шапоч¬
ной брус, изготовляемый поверху усиливаемой подпорной стенки. Ша¬
почный брус должен жестко соединяться с существующей подпорной
стенкой, для чего арматура последней оголяется и к ней приваривается
арматура шапочного бруса. Тяжи могут быть изготовлены из круглого
металла диаметром 40-60 мм или из прокатных профилей. Тяжи должны
обетонироваться или покрываться качественным антикоррозионным по¬
крытием. Как правило, тяжи стремятся располагать ниже поверхности
грунта. Следует помнить, что при применении анкерных свай и тяжей
143

усиливаемая подпорная стена начинает работать по схеме однопролет¬
ной балки,, следовательно, такой способ целесообразнее применять при
усилении железобетонных подпорных стен. При усилении бутовых стен
этот способ можно использовать только после тщательного анализа, вы¬
полнения расчетов и проектирования усиления самой конструкции стены.
глава 7. ПОВЫШЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ СООРУЖЕНИЙ,
РАСПОЛОЖЕННЫХ НА СКЛОНАХ
7.1.	Проектирование и устройство контрбанкетов
Наиболее эффективными мероприятиями по закреплению неустой¬
чивого (оползневого) склона с расположенными на нем сооружениями
является устройство контрбанкетов, контрфорсов и удерживающих конст¬
рукций. Применение других противооползневых мероприятий освеще¬
но в литературе [89,90,92 и др.].
Следует иметь в виду, что сооружения, построенные на склонах, могут
деформироваться и независимо от степени устойчивости склона. Если склон
или откос, на котором (или вблизи которого) возведено сооружение, ус¬
тойчив, а деформации фундаментов происходят, то причины этих дефор¬
маций нужно искать в недостаточной несущей способности основания или
прочности фундамента. В этом случае усиление фундаментов и самих со¬
оружений производится рассмотренными в главах 3—6 методами.
Деформации сооружений, построенных на оползневых склонах, могут
происходить как из-за воздействия давления неустойчивых маср грунта на
конструкции сооружения, так и вследствие разрыхления грунта в основа¬
нии фундамента при смещении оползневых масс вниз по склону. В этих
случаях усиление и реконструкция фундаментов, как правило, должны
сопровождаться укреплением всего склона, на котором расположены
здания и сооружения. Иногда допускается выполнять усиление лишь фун¬
даментов сооружения на склоне с тем, чтобы оползень, продолжая дви¬
гаться, "обтекал” конструкции фундаментов. Однако такой случай до¬
пустим лишь тогда, когда не предполагается использование окружающей
сооружение территории (усиление фундаментов опор газо- и нефтепрово¬
дов, линий электропередач и т.п.).
При обследовании усиливаемого или реконструируемого здания или
сооружения и выполнении инженерно-геологических изысканий склона
необходимо устанавливать причины нарушения устойчивости грунтов и
появления оползневых подвижек, а также определять вид воздействия
смещающегося грунта на фундамент здания или сооружения (см. п. 1.5).
С этой целью все изыскания на склоне (геодезические и геологические)
следует выполнять в полном соответствии с нормативными документами
[89,90].
В зависимости от инженерно-геологической обстановки на склоне,
характера деформаций расположенных на нем сооружений и результатов
технико-экономического сравнения вариантов при проектировании укреп¬
ления неустойчивого склона могут осуществляться следующие противо¬
оползневые мероприятия (по отдельности и в сочетании друг с другом):
террасирование или уполаживание склонов, водопонижение и поверх¬
144

ностный водоотвод, дренирование подземных вод, сооружение подпор¬
ных стен, устройство контрфорсов и контрбанкетов, применение проти¬
вооползневых удерживающих свайных конструкций, одерновка и озеле¬
нение склонов, закрепление грунтов химическим или иным способами,
устройство берегоукрепительных сооружений.
Перед началом проектирования противооползневых мероприятий
необходимо на основании полученных материалов инженерно-геологи¬
ческих изысканий расчетным путем установить степень устойчивости
укрепляемого склона. Методов оценки устойчивости склонов и откосов
существует очень много. Однако для практических расчетов [92, с.11—
14] могут быть рекомендованы следующие: 1) метод круглоцилиндри¬
ческой поверхности скольжения (для склонов с относительно однородны¬
ми грунтами, когда поверхность скольжения не предопределена геоло¬
гическим строением склона и не установлена материалами изысканий);
2) метод горизонтальных сил Маслова-Берера; 3) аналитический метод
Шахунянца (для склонов, у которых положение и конфигурацию поверх¬
ности скольжения можно установить по материалам инженерно-геоло¬
гических изысканий). При выполнении расчетов без применения ЭВМ
может использоваться и ускоренный способ расчета методом Шахунянца
[92, с. 14—17]. Следует отметить, что метод круглоцилиндрической по¬
верхности скольжения применим лишь для определения коэффициента
устойчивости склона, а методы Маслова-Берера и Шахунянца—также и для
определения оползневого давления, на которое следует рассчитывать
противооползневую удерживающую конструкцию. Учитывая многопла¬
новость условий работы грунтового склона или откоса, вычисления тре¬
буется производить несколькими методами для возможности всесторон¬
него анализа получаемых результатов.
Введем следующие обозначения: Ку — фактический коэффициент ус¬
тойчивости дклона; Е0™ — суммарное оползневое давление на удерживаю¬
щую конструкцию; К* — задаваемый коэффициент устойчивости для
укрепляемого склона;	—	плотность	воды; ci, <Р- — удельное сцеп¬
ление и угол внутреннего трения грунта на уровне подошвы отсека (по
поверхности скольжения в данном отсеке); cbi , У e.i —сдвиговые
характеристики водонасыщенного грунта; 6 ni — нормальное напряже¬
ние в рассматриваемой точке отсека; р _ to v	-
rpi Ti Ч/иш
коэффициент сопротивления сдвигу; 9^ = arctg Fpi - угол сдвига;
hi — средняя высота водонасыщенной	части	отсека; — полный
вес одного из отсеков, на которые разбивается оползневый склон (с учетом
внешней временной или постоянной нагрузки от сооружений, находящихся
в_пределах отсека); РВ1 — вес отсека с учетом взвешивания водой;
У4- — фильтрационная сила (гидродинамическое давление) в i-м отсеке;
Oct— сейсмическая сила в отсеке.
Для расчета контрбанкетов основными являются формулы для опре¬
деления коэффициента устойчивости склона, а для расчета удерживающих
конструкций — формулы для вычисления оползневого давления.
Контрбанкет (рис. 7.1), представляющий собой отсыпку из грунта,
предназначен для увеличения удерживающих сил в склоне под действием
своего собственного веса. Следовательно, наибольший эффект будет полу¬
чен от контрбанкета в том случае, когда он расположен над восходящей
ветвью поверхности скольжения. В этом случае к удерживающим силам,
действующим по поверхности скольжения в самом склоне, добавляются
145

Рис. 7.1. Схема склона с контрбанкетом
1 — поверхность склона; 2 - контрбанкет; 3. — поверхность скольжения; 4 - номе¬
ра расчетных отсеков, на которые условно разбивается оползневый массив
касательная составляющая веса контрбанкета	(С*	= P*sin,'oc-)
и сила сопротивления перемещению, состоящая из силы трения по поверх¬
ности скольжения (Ti=P\ cosajtgVj). Поэтому коэффициент устой¬
чивости склона с учетом работы контрбанкета, например по “методу круг¬
лоцилиндрической поверхности скольжения (при отсутствии грунтовых
вод), выразится формулой
Z:"(РссозссЛдЧ>.+сс1.) +	(P^sincc^P/'coscc-tg V-) °Л
у	Ж (Р‘sin **+ °ci
где д — номер расчетного^отсека, над которым начинается контрбанкет.
Очевидно, что при вычислении по формуле (7.1) необходимо строго
учитывать знак угла наклона поверхности скольжения . Все веса отсе¬
ков грунта, которые расположены над нисходящей ветвью поверхности
скольжения, будут увеличивать сдвигающие силы, а все веса отсеков, рас¬
положенных над восходящей ветвью поверхности скольжения, — удержи¬
вающие силы. Это не касается лишь сил трения и сцепления, которые всег¬
да относятся к удерживающим силам. В связи с этим контрбанкет может
быть расположен над ниспадающей ветвью поверхности скольжения. В этом
случае силы трения должны превышать сдвигающие силы от веса контр¬
банкета, т.е. должно выполняться неравенство
P*sin aj < Р* cos Qj tg Vj-	(7.2)
В этом случае силы Р* sin ос L , относящиеся к части контрбан¬
кета, расположенной над ниспадающей ветвью поверхности скольжения,
будут сдвигающими и должны перейти в знаменатель формулы (7.1).
Именно такими тщательными расчетами (которые рекомендуется
выполнять на ЭВМ по специальной программе) устанавливаются размеры
и форма контрбанкета, обеспечивающие повышение коэффициента общей
устойчивости склона до нормативного значения [89, с. 10]. При назначении
размеров контрбанкета следует учитывать, чтобы он распространялся за
146

пределы языка оползня, во избежание выжимания грунтов по новой по¬
верхности скольжения.
Форма контрбанкета должна уточняться и из условий производства
работ. На стадии проектирования контрбанкета уточняются схемы завоз¬
ки грунта, определяется необходимая плотность укладки, устанавлива¬
ются схемы отвода поверхностных вод в процессе отсыпки и тщ. Для
решения этих вопросов необходимо параллельно с проектированием контр¬
банкета разрабатывать проект производства работ по его отсыпке.
При укреплении склона оврага контрбанкет может одновременно
служить засыпкой лога. В этом случае контрбанкет работает не только
в виде пригруза, но и создает отпор оползневому давлению благодаря
распору между двумя бортами оврага. Таким образом был укреплен
борт оврага, над которым располагалось здание котельной по ул. Поли¬
гонной в Днепропетровске (см. п. 1.5). По тальвегу оврага укладывали
дренажный коллектор для сбора вод ручья и грунтовых вод, который
был обсыпан дренажным материалом (щебнем и песком), а затем поверху
отсыпали контрбанкет. В результате оползневое явление было прекращено.
Иногда из-за стесненности территории требуемый по расчету контр¬
банкет не вмещается между существующими зданиями. В таком случае
применяют отрезку низового откоса контрбанкета подпорной стеной
или свайной конструкцией. Подобным образом вышли из положения
в описанном ниже примере. В июле 1976 г. потерял устойчивость застроен¬
ный склон Аптекарской балки в Днепропетровске. Сверху склона на
расстоянии 20 м от бровки располагалось 9-зтажное промышленное зда¬
ние. Ниже на пологой части склона размещались одноэтажные жилые дома.
Внизу, под склоном, находились двухэтажный бытовой корпус автотранс¬
портного предприятия, здание гаража и 2-этажное административное зда¬
ние. За сутки до появления оползня, после прошедших ливневых дождей,
была обнаружена в верхней части склона закольная трещина с шириной
раскрытия до 15 см. Это послужило сигналом к выселению жителей из
одноэтажных домов, благодаря чему жертв не было.
Обрушение склона произошло в течение 2—3 мин. Общая длина ополз¬
ня составила около 160 м, ширина — 100 м, глубина — 10—15 м. У 9-этаж¬
ного здания образовалась вертикальная стенка срыва высотой 6—7 м. Зда¬
ние не потеряло устойчивость, так как фундаментом его являлась сплош¬
ная железобетонная плита, но крен здания достиг 160 мм. Одноэтажные
дома на склоне и бытовой корпус автопредприятия внизу были полностью
разрушены. Гараж привалило грунтом, вал выпирания образовался у адми¬
нистративного здания.
До обрушения склон в верхней части имел крутизну 60-70°, ниже
был" несколько положе. Борта балки сложены четвертичными лессовидны¬
ми суглинками, подстилаемыми на большой глубине красно-бурыми су¬
глинками и глинами. На самом оползневым склоне балки в течение мно¬
гих лет производилась отсыпка мусора, что привело к образованию в вер¬
шине оврага толщи насыпных грунтов (с органическими остатками) мощ¬
ностью более 10 м. В результате отсыпки грунтов значительно изменились
конфигурация оврага, условия дренирования грунтовых вод и стока по¬
верхностных вод. Уровень грунтовых вод до 1973 г. находился на глубине
12—14 м, а к июню 1976 г. он поднялся на 5—6 м (в основном из-за отсут¬
ствия организованного сброса поверхностных вод).
При проектировании восстановления склона и ликвидации последст¬
вий оползня было решено нейтрализовать причины неустойчивого положе¬
ния склона, а именно, тщательно спланировать обрушившиеся массы грун-
147

Рис. 7.2. Схема укрепления склона
Аптекарской балки
1 - стена административного здания;
2 - сборные навесные панели; 3 -
заполнение доменным ишаком; 4 —
железобетонный ростверк; 5 — по¬
слойная засыпка суглинком; б —
контрбанкет; 7 - дренажный слой;
8 — отводная дренажная труба; 9 —
поверхность скольжения оползня;
10 — железобетонные сваи
та; отсыпкой контрбанкета увеличить удерживающие силы, ликвидировав
перегрузку склона; создать под контрбанкетом дренажный слой для от¬
вода грунтовых вод; организовать упорядоченный водоотвод поверхност¬
ных вод.
Последовательность отсыпки контрбанкета была принята такой, чтобы
в первую очередь ликвидировать опасность для верхнего 9-зтажного корпу¬
са и для расположенных внизу зданий. Поэтому отсыпка контрбанкета ве¬
лась параллельно в нижней и верхней частях склона (с опережением отсып¬
ки в языке оползня). Мощность слоя отсыпаемого контрбанкета в отдель¬
ных местах составляла 4—5 м. Нижний откос контрбанкета не вмещался
перед гаражом и административным зданием автопредприятия, поэтому
его решено было обрезать, подперев подпорной стеной из забивных свай
(рис. 7.2). Сваи забивали в четыре ряда с выступом над уровнем грунта,
так что этот частокол непосредственно подпирал грунт контрбанкета. Что¬
бы грунт не просыпался, на последнем (наружном от контрбанкета) ряду
свай навешивались сборные железобетонные панели. После выполнения
всех запроектированных противооползневых мероприятий склон нормаль¬
но эксплуатируется в течение нескольких лет.
7.2.	Укрепление склонов с помощью контрфорсов
При сравнительно невысоких склонах устраивать сплошной контрбан¬
кет иногда становится нецелесообразным. В таких случаях контрбанкет
делают прерывистым по ширине склона, т.е. он фактически превращается ■
в контрфорсы.
Контрфорс представляет собой поперечный вертикальный выступ,
ребро или стенку, усиливающий основную несущую конструкцию (в дан*
ном случае склон) и принимающий на себя давление грунта. Для укреп-
ления склона чаще всего Применяют грунтовые контрфорсы, укрепленные
камнем, или контрфорсы полностью из камня. При невысоком склоне
с расположенным на нем зданием^ которое требует усиления, могут при¬
меняться бетонные контрфорсы, укрепляющие одновременно склон и сте¬
ну здания (рис. 7.3, а).
При укреплении высоких оползневых склонов применяют контр*
форсы из камня и щебня. Такие контрфорсы, создавая отпор, могут
однбвременно служить для отвода из толщи склона грунтовых вод, в та¬
ком случае они называются контрфорсными дренажами (рис. 7.3, б).
148

Рис. 7.3. Схема устройства контрфорсов и коитрфорсных дренажей
1 - поверхность склона; 2 - усиливаемое здание; 3 - бетонные контрфорсы;
4 — первоначальная поверхность оползня; 5 - контрфорсные дренажи; 6 - воз¬
можная поверхность оползня; 7 - линия срыва (закольная трещина)
Заглубление контрфорсного дренажа определяется положением воз¬
можной наиболее глубокой поверхности оползания неустойчивых грун¬
тов; расположение же и заглубление откосных дренажей, работающих
только для сбора и отвода вод, определяется самой пониженной точкой
скопления или выхода подземных вод. Контрфорсные дренажи выпол¬
няют таким образом, что их нижняя ступенчатая грань пересекает наиболее
опасную поверхность скольжения.
Контрфорсные дренажи обычно устраивают: из каменной наброски,
тщательной сухой, каменной кладки с засыпкой пустот чистым круп¬
нозернистым песком; смешанного типа — наружные грани выпол¬
няют из сухой каменной кладки, а внутреннюю полость запол¬
няют гравелисто-песчаными грунтами; из щебенистых или граве¬
листых грунтов. Наилучшим осушительным действием обладают
контрфорсные дренажи из фильтрующего (дренажного) материала —
гравия, щебня, каменной наброски. Однако для повышения устойчивости
коитрфорсных дренажей из щебня или гравия в верхней части
каждого дренажа следует устраивать подпорную стенку из каменной сухой
кладки.
Схема расчета коитрфорсных дренажей еще в 1952 г. была предложе¬
на инж. Б.В. Пащенко. Приведем эту схему расчета, несколько преобразо¬
вав ее [89,92, с.24].
На рис. 7.3, б, кривая nlF— установленная инженерно-геологическими
изысканиями первоначальная поверхность скольжения до устройства дре¬
нажей; CiF — возможная наиболее опасная поверхность скольжения после
прекращения осушающего действия дренажей (верхняя граница этой по¬
верхности доходит до уплотненной зоны ВСД, образующейся в соответст¬
вии с теорией арочного эффекта [92, с.29-34]). Введем обозначения:
149

Cf1 — полный вес земляного массива ABCDEFA после устройства контр¬
форсных дренажей (сползание грунта возможно по поверхности CiF );
вес клина niC, заключенного между первоначальной поверхностью
скольжения niF и поверхностью CL F ; ос^ и сс2— углы наклона к гори¬
зонту касательных к поверхности CiF и niF в местах пересечения их си¬
лами Чч и qz\ % и сл - соответственно угол внутреннего трения и
удельное сцепление для случая полного увлажнения оползающих грунтов
при плотности их, соответствующей плотности грунтов в естественном
залегании до устройства контрфорсных дренажей; и с2 — то же, при
наибольшем возможном уплотнении оползающих грунтов.
Смещения оползневого массива после устройства контрфорсных дре¬
нажей не произойдет, если
qj sin Oj ^ cos tg <f j + поверхн. (ABCDEFA)сj,	(7-3)
где поверхность (ABCDEFA) представлена в виде клина.
С другой стороны, при правильно назначенном расстоянии между
дренажами L грунты, залегающие выше пояса BCD (см. рис. 7.3, б)
вследствие уплотнения смещаться не будут, даже если произойдет неко¬
торое смещение грунтов склона, залегающих ниже этого пояса; поэтому
условие устойчивости клина С in представится выражением:
q2 sin aj < q2 cos a2 tgV2 + поверхн. (ni) c2,	(7.4)
где поверхность ni в плане имеет контур DC В nr (данный расчет можно
вести и на единицу длины между дренажами).
Вес д1 зависит от расстояния L между дренажами и расстояния 6^ от
подошвы склона до пояса уплотненного грунта; вес дг — от разницы рас¬
стояний ( S1 — S2),т.е. при известном расстоянии от подошвы склона
до места срыва первоначальной поверхности скольжения (например, край¬
няя вверх по склону закольная трещина) вес дг зависит лишь от расстоя¬
ния Sz. Зная на основе инженерно-геологических изысканий расстояние
Si, принятую длину контрфорсных дренажей 10, а затем построив поверх¬
ность возможного сползания Cl F, найдем величины 52и дг.
Неизвестная поверхность скольжения CiF принимается в верхней
части Cl цилиндрической, а в нижней части LF— совпадающей с основной
поверхностью скольжения niF . Точка I является общей для поверх¬
ностей CiF и niF. Задаваясь различными кривыми Ci , можно опреде¬
лить крайнее положение точки С, в котором клин С с п. будет находиться
в устойчивом состоянии. Положение точки С должно быть таким, чтобы со¬
блюдались зависимости:	S2 > 1а и уравнение (7.4) .'Из уравнения (7.3)
можно определить искомое расстояние между дренажами L , которое вхо¬
дит в выражение для определения веса д. .
Геометрические размеры контрфорсных дренажей следует назначать
исходя из того, что основание дренажа должно быть ниже известной поверх¬
ности скольжения, а длина дренажа 10 должна быть такой, чтобы его зад¬
няя стенка ВВу располагалась за точкой с . Задаваясь длиной дренажа
10, его расчетную ширину Ър определим с учетом того, что после выступ¬
ления контрфорсных дренажей в действие и образования уплотненной
зоны BCD на дренаж АВВ\А^ будут действовать следующие силы: Е— от
давления оползневого массива ( Вп тВ‘) , C1j2 — от давления половины
оползневого массива (В'met) и С2/2 — от давления половины оползневого
массива (BrirD). Если принять б,-GZ~G, то сила, смещающая контрфорс-
ный дренаж, будет равна E + G.
150

Обозначая принятую площадь продольного сечения дренажа £2 , сред¬
нюю плотность его заполнения 2f и коэффициент трения дренажного за¬
полнения по грунту основания f , а также пренебрегая (в запас) трением
дренажа о грунт по граням АВ и А1 В1, при заданном коэффициенте устой¬
чивости Ку получим следующее условие устойчивости дренажа:
5p£lzrf/(E + G)>K*.	(7.5)
Если это условие не выполняется, то необходимо увеличить ширину
или длину дренажа, или же увеличить вес дренажного заполнения. При
заданном Ajf из формулы (7.5) находят ширину Ър.
Описанные конструкции коитрфорсных дренажей были применены
на отдельных перегонах Южной железной дороги, на косогорных участках
нефтепровода ’’Дружба” и на других объектах. Как правило, они надеж¬
но стабилизировали оползневые участки горных склонов и искусственных
откосов насыпей.
7.3.	Применение удерживающих конструкций
Деформации зданий и сооружений на склонах нередко происходят от
таких оползневых подвижек, которые невозможно остановить с помощью
обычных противооползневых мероприятий. В подобных случаях требу¬
ется устройство противооползневых удерживающих конструкций глубо¬
кого заложения (из свай или столбов). Удерживающие конструкции из
забивных и буронабивных свай представляют собой устраиваемые по¬
перек движения оползня свайные ряды, объединенные железобетонны¬
ми ростверками. Методика расчета и проектирования таких сооружений
относительно четко разработана и проверена экспериментальными иссле¬
дованиями и многолетней практикой эксплуатации построенных проти¬
вооползневых сооружений [92].
В настоящее время разработан удобный и точный способ расчета рамы
из удерживающих свай [93]. Многопролетную рамную конструкцию рас¬
членяют на отдельные Г-образные рамы. Исходят из допущения, что узлы
соединения ригеля со стойками многопролетной рамы противооползне¬
вой конструкции могут перемещаться только по горизонтали (рис. 7.4, а).
Отсюда расчет многопролетной конструкции сводится к расчету Г-образ¬
ной рамы с заделанным в грунт нижним концом и с защемленно-подвиж-
ной верхней опорой (рис. 7.4, б). Эта верхняя опора, не мешая свободно¬
му горизонтальному перемещению конца ригеля, препятствует его пово¬
роту и вертикальному перемещению:
*4=0; Д4=0,	(7.6)
где , Ад — соответственно угол поворота и вертикальное перемещение точки
4рамы.
Заменив действие верхней защемленно-подвижной опоры реактив¬
ным моментом Мд и вертикальной реакцией I/д и пользуясь принципом
независимости действия сил, раскладывают полученную расчетную схему
на три составные (рис. 7.5). В соответствии с получешшми схемами вво¬
дят обозначения: Eqп - доля оползневого давления, приходящаяся на
одну стойку рамы, от общего оползневого давления Еоп; Ер!Р — жест¬
кость сечения ригеля рамы; Ес I с — жесткость сечения стойки рамы
(сваи или столба); с, V — прочностные характеристики грунта ниже
поверхности скольжения; у0 ,	— соответственно горизонтальное
перемещение и угол поворота точки 0.
151

Рис.7.4. Противооползневая удержи¬
вающая конструкция
а - схема сооружения; б - расчетная
схема; I — поверхность скольжения;
2 - устойчивые грунты; 0-4 - рас¬
четные сечения
а)
Ч
/р' v/ IU *
/г	г
! i$*V ♦	\
■on
s'-а
О
77X77.
г! 7,
О
7777.
k -51
«
О
777777^7777.
О
■fe-
Рис. 7.5. Составляющие расчетные схемы от действия оползневого давления Ерп (в) »
вертикальной реакции (б) и реактивного момента (в)
Полные значения угла поворота и вертикального перемещения точки
4 Г-образной рамы составят:
гг к W	.В	.	V	ш	.	м	..
w =	v	+ч> ; А =Д.	+Д,	■	<7-7>
ч	ч ч	ч ’ ч ч	ч	ч
Верхние индексы Е,У,М при буквах V и А обозначают усилие,
определяющее данное перемещение.
Опуская промежуточные решения, после математических преобра¬
зований получим систему уравнений:
Кп (^мв+ 10*ш+ lol2BcIc)+((PMM7hl Ес1с){М„-^аУ
+ (2М^а - Vlfa2)!2Eplp = О ;	(7-8)
Кп (<?„Е+10сГмм+ l?/2EcIc) * (<fMM + h/EcIc)(M,~y,аУ
+ (ЗМ^а ~2^аг)/б£р1р= О.	(™)
152

■ (,Л0)
v4=3М41а,	(7.11)
гДе ^vf£ и d1углы поворота ^ соответственно от силы £0=1 и момента
Мв — 1, определяемые по методике, приведенной в работах [94,90].
Для построения эпюр изгибающих моментов	и перерезывающих сил
(рис. 7.6, а) в верхней части конструкции (выше поверхности скольже¬
ния) усилия рассчитывают по формулам:
М0=КЛ~У4а+М4=Е^10-2М4;
Ml=V4a-M4=2M4.
(7.12)
Усилие Мц находят по формуле (7.10), а величины Щд и Q 2,4 — по
формулам:
*0.1 =Еоп> ^2,4 =V4‘	(713)
Расчет нижней части конструкции, расположенной под поверхностью
скольжения, производится по методике расчета опор глубокого заложе¬
ния в соответствии с расчетной схемой, представленной на рис. 7.6, б
[94, 90]. Перед началом расчета нижней части конструкции ориентировоч¬
ную глубину заделки стоек рамы (удерживающих элементов) ниже по¬
верхности скольжения рекомендуется определять согласно работе [92,
с. 40—42]. Аналогичным образом из работы [92, с. 29—37] находят кри¬
тическое расстояние между удерживающими элементами. Это расстоя¬
ние принимают перпендикулярным направлению действия оползневого
давления из условия непродавливания грунта для случаев пластического
и непластического его состояния. На усилия, определенные по расчету
рамной конструкции, рассчитываются сечения удерживающих элементов
[92, с. 43-53].
С помощью приведенной методики расчета запроектированы и постро¬
ены десятки противооползневых удерживающих конструкций из забивных
и буронабивных свай в Крыму, на Кавказе, в Закарпатье, на Волге и в дру¬
гих местах нашей страны. Все склоны, укрепленные таким способом,
успешно эксплуатируются. Приведем один из многих примеров.
В Сочи, у поворота автомобильной дороги на Мацесту (301-й км ав¬
тотрассы Новороссийск—Батуми) склоны подхода к мацестинскому ви¬
адуку долгое время были неустойчивыми. Особенно опасным являлся
подход на ответвлении дороги к г. Мацеста — правобережный склон р. Ма-
цеста.
Полотно автомобильной дороги в этом месте проваливалось по 3—4
раза в год. Закономерности провалов установить не удавалось — они слу¬
чались в любое время года; после обильного выпадения дождей, после
снегопадов и даже в сухие периоды. После засыпки провала щебнем и вос¬
становления асфальтового полотна дороги наступал короткий период ста¬
билизации оползня, а затем все повторялось. В результате в склоне созда-
дался мощный слой щебня с асфальтом, однако оползневые подвижки
ежегодно продолжались. Внизу у берега р. Мацеста образовался большой
вал выпирания. Оползень начал давить на устой виадука, в результате
чего появились трещины в теле устоя и начали разрушаться пролетные
строения. Оползень угрожал и зданиям расположенного выше автодоро¬
ги Института курортологии.
153

шшпщ»
V
Рис. 7.6. Расчетные схемы и эпюры
действующих усилий в верхней (а)
и нижней (б) частях рамы относи¬
тельно поверхности скольжения I
1—4 — расчетные сечения
В 1976 г. Укрспецстройпроект выполнил проектно-изыскательские
работы по проектированию на данном объекте противооползневых удер¬
живающих конструкций из буронабивных свай. Инженерно-геологические
изыскания показали, что на данном склоне четвертичные делювиальные
образования (тяжелые суглинки и глины с щебнем и обломками песчани¬
ков) сползают по коренным породам - аргиллитам с прослоями песча¬
ников. Мощность оползневой толщи в среднем составляла 6—9 м. Постоян¬
но действующий водоносный горизонт грунтовых вод, залегающий на
глубинах более 1,5—9 м, располагался на контакте делювия и коренных
пород.
Во время проведения изысканий оползень имел длину 270 м, ширину
100—150 м. Поверхность оползня в его средней части была наклонена
под углом 10—12° к горизонту и представляла собой типично оползне¬
вый мелкобугристый рельеф с хорошо выраженными уступами заколами
и буграми выпирания. В связи с тем, что оползень был в основном вызван
самим геологическим строением склона, различные поверхностные про¬
тивооползневые мероприятия не могли привести к его стабилизации. В
процессе проектирования рассматривались варианты укрепления склона
с помощью контрбанкета и контфорсов, однако, из-за расположения в ниж¬
ней части склона опор виадука и берега реки, а также в связи с глубо¬
ким расположением поверхности скольжения эти варианты оказались
неприемлемыми.
На объекте были запроектированы противооползневые удерживаю¬
щие конструкции глубокого заложения в два яруса — верховая и низо¬
вая (рис. 7.7). Конструкции были рассчитаны на оползневое давление
300—500 кН (в зависимости от расположения конструкции и местопо¬
ложения расчетного поперечника по протяженности склона). Оползне¬
вое давление определялось по полученным из материалов инженерно¬
геологических изысканий прочностным характеристикам грунтов на уров¬
не поверхности скольжения: угол внутреннего трения V = 9-5-15°, удель¬
ное сцепление с = 0,15-НЭ,4 МПа.
Противооползневые удерживающие конструкции представляли собой
свайные поля из буронабивных свай диаметром 820 мм и длиной 9,5—
14 м (из условия углубления в коренные породы на расчетную величину
4—5 м). Сваи армировали арматурными каркасами из стеожней диамет-
154

Рис. 7.7. Противооползневые удерживающие конструкции глубокого заложения
1 - существующие подпорные стены; 2,3- верховая и низовая удерживающие конст¬
рукции; 4 — насыпной грунт; 5 - аргиллиты и алевролиты; 6 - буронабивные сваи
ром 28 мм класса А-Ill. Число стержней принималось от 10 до 18 — в за¬
висимости от результатов расчета сплошного круглого сечения на изгиб
(на усилия, появляющиеся в стойках рамы). В некоторых местах арми¬
рование сечения буронабивных свай пришлось принять неравномерным:
со стороны действия оползневого давления (в растянутой зоне) было
поставлено большее число стержней, чем в остальной части сечения.'По¬
верху головы буронабивных свай были объединены железобетонными
плитами ростверков (при необходимости с невысокими подпорными
стенками). Плиты ростверков армировали на усилия, появлявшиеся в
ригеле по результатам расчета рамы.
Буронабивные сваи изготовлял трест Укргидроспецфундаментстрой.
Ростверки армировали и бетонировали посекционно — по мере изготов¬
ления буронабивных свай в отдельной секции свайного поля. При этом
вначале выполнялась удерживающая конструкция верхнего яруса, а за¬
тем — нижнего. Такой порядок работ всегда должен сохраняться при
противооползневом строительстве, чтобы последовательно отсекать со¬
ответствующую часть оползневого давления. В течение четырех лет, про¬
шедших с окончания устройства свайных сооружений, никаких оползне¬
вых подвижек на рассмотренном объекте не наблюдалось.
В последнее время противооползневые удерживающие свайные конст¬
рукции стали использоваться с применением анкера, который закрепляет
ростверк к коренным породам (рис. 7.8). Такие свайные конструкции
с заанкеренным ростверком оказываются несколько экономичнее обыч¬
ных противооползневых свайных сооружений, поскольку анкеровка голо¬
вы конструкции существенно облегчает ее работу и позволяет уменьшить
число рядов свай, их диаметры и длину.
155

Рис.7.8. Схема заанкеренной противооползневой свайной конструкции
1 — анкер; 2 — ростверк; 3 — сваи; 4 - оползневая толща; 5 — поверхность сколь¬
жения; о — устойчивые грунты
При расчете заанкеренной конструкции принимается основная тео¬
ретическая предпосылка о работе свайной противооползневой конструк¬
ции как свайно-грунтовой стены.
В заанкеренной свайной конструкции в качестве анкерных устройств
чаще всего применяют грунтовые анкеры, выполняемые в виде наклон¬
ных буроинъекционных свай диаметром 200—300 мм. Отличительная
особенность таких анкерных устройств состоит в том, что они обладают
некоторой податливостью, обусловленной возможностью растяжения
материала анкера и ползучестью грунта, в который он заделан.
Результаты выполненных расчетов, заанкеренной удерживающей конст¬
рукции, изображенной на рис. 7.8 для серии рам с различными параметра¬
ми методом перемещений на ЭВМ ”Минск-32М”, показали, что усилия
в анкере и в стойке рамы практически не зависят от податливости анкера
при шарнирном соединении стойки с ригелем. Как показали вычисления
и анализ работы построенных конструкций, шарниры в расчетной схеме
могут применяться в двух случаях:
1) при устройстве действительных шарниров в реальной конструкции
(путем соответствующей заделки свай в ростверк с прокладками, обмаз¬
кой и пр., или соединения свай с ростверком с помощью шарниров и тд.);
2) при снижении жесткости ростверка (ригеля рамы) в несколько
раз по сравнению с жесткостью свай (стоек) и ограничении расчетной
податливости анкера до 1—1,5 см.
Только в этих случаях анкерное устройство дает эффект, снижая
усилия в сваях по сравнению с усилиями в них в незаанкеренной конст¬
рукции. Нетрудно заметить, что в шарнирной расчетной схеме ростверк
(ригель рамы) не препятствует свободному повороту голов свай (стоек
рамы) и служит лишь для передачи на анкер реактивных усилий, возни¬
кающих в голове каждой сваи. С учетом этого, а также того, что к сваям
приложены одинаковые по значению и направлению силы Е', становится
ясно, что схемы работы каждой стойки идентичны. Поэтому достаточно
рассмотреть работу одной стойки по схеме, представленной на рис. 7.9, а.
Следует иметь в виду, что итоговое усилие в анкере, удерживающем всю
156

Рис. 7.9. Расчетная схема стойки-
рамы с эпюрами усилий
а — расчетная схема; б — эпюра из¬
гибающих моментов; в - эпюра пе¬
ререзывающих сил; 1 - устойчивые
грунты; 2 - поверхность скольже¬
ния; 3 — свая; 0; 1; 2; 3 — номера
сечений стойки рамы
свайную конструкцию, будет равно сумме реактивных усилий, возникаю¬
щих в голове каждой сваи. Выполненные по такой схеме расчеты показа¬
ли их полную идентичность с расчетами шарнирной рамы целиком.
Таким образом, расчет заанкеренной свайной конструкции сводится
к расчету сваи с упруго-защемленным в грунт нижним концом (см. рис.
7.9, а). Действие ростверка на голову сваи заменяется реактивным усили¬
ем А, которое позволяет голове сваи совершать ограниченное горизон¬
тальное перемещение yj, равное расчетной податливости анкера Д. В этой
схеме точка 2 соответствует местоположению ростверка (через него пере¬
дается усилие на анкер), а точка 0 расположена на уровне поверхности
скольжения оползня.
Усилие А, не мешая свободному повороту головы сваи в точке 2, ог¬
раничивает ее результирующее горизонтальное перемещение у2, т.е. :
Е' А
у2-У*-Уг-	(7Л4)
в'
ще у 2	-	горизонтальное перемещение головы свободно стоящей сваи в точке 2
от действия на нее оползневого давления Е'\ у* — то же, от действия реактивного
усилия в анкере А, ш
Для вычисления деформаций сваи в точке 0 воспользуемся методом
расчета свай	на действие горизонтальных нагрузок	и	моментов, принятым
в	настоящее	время в нормах [91, 95]. В точке 0	действуют усилия (см.
рис. 7.6,6)
Н=Е-А и Мп =Е 1 - АН.	(7.15)
Обозначим, как и ранее, горизонтальное перемещение и угол поворо¬
та оси сваи в точке 0 от действия единичной горизонтальной силы Н0 = 1
соответственно через cfHH и (fMn, а горизонтальное перемещение и угол
поворота оси сваи в точке 0 от действия единичного момента М0 = 1 —
через <$м и 0^,м. Подставив в уравнение (7.14) значения у£ (вы¬
ражения для них опущены), которые были предварительно преобразованы
с учетом указанных выше обозначений, и решив его относительно Л, после
некоторых преобразований получим:
A — tn
l0(3h-l„)
SEcIe
Уг
h{#HMlh + 2cEHM + h2l3EcIc)
(7.16)
157

где т— 1 -г 1,1 — коэффициент условий работы, учитывающий некоторую условность
расчетной схемы и зависящий от числа рядов свай (при одном ряде т— 1, при числе
рядов более ">=1,1, в остальных случаях находится интерполяцией); <РНИ, (Рнм , сРщн ,
сГлщ— единичные перемещения, выражения для которых приведены в работе [90].
Из выражения (7.16) очевидно,-что чем меньше заданное значение у2,
тем больше усилие, воспринимаемое анкером, а значит, тем рациональнее
заанкеренная удерживающая конструкция. Для получения эффективных
заанкеренных удерживающих конструкций рекомендуется применять
предварительное натяжение анкера с целью снижения его податливости
при эксплуатации. В реальных конструкциях следует добиваться, чтобы
натяжение анкера при эксплуатации противооползневого сооружения
составляло не более 3—4 см. При этом условии и'при обеспечении шарнир¬
ного соединения свай с ростверком расчеты без большой погрешности
можно производить, принимая у.2 = 0.
Расчет заанкеренных противооползневых свайных конструкций по
предложенной схеме рекомендуется выполнять в следующем порядке.
Задаваясь рабочими параметрами грунтового анкера, опытным путем
определяют его несущую способность на выдергивание и его деформа-
тивность (податливость) Д. Разрабатывают план свай в удерживающей
конструкции — задаются числом рядов свай п и шагом их в ряду Ъ . За¬
тем, принимая заглубление сваи в устойчивые нескальные грунты =
= 2-г2,5 м (в скальные — 0,5—1 м) и принимая = Д, по формуле (7.16)
находят реактивное усилие в голове одной сваи А. Далее, определив по
формулам (7.15) усилия Н0 и М0, в соответствии с методикой, изложен¬
ной в работе [90], выполняют проверку достаточности принятой величи¬
ны заглубления сваи Л,. Если при принятом заглублении h1 не обеспечи¬
вается устойчивость сваи, то значение h1 несколько увеличивают и расчет
повторяют. Рекомендуется окончательно принимать значение заглубления
сваи в нескальные грунты не менее 2 м, а в скальные — 0,5 м.
Определив необходимое значение заглубления И1, в соответствии
с рис. 7,9, б к в строят эпюры изгибающих моментов и перерезывающих
сил в верхней части сваи (выше поверхности скольжения) и в соответст¬
вии с расчетной схемой, представленной на рис. 7.7, б — в нижней части
сваи.
Значения изгибающих моментов и перерезывающих сил выше поверх¬
ности скольжения (см. рис. 7.9, б, в) определяют по формулам:
Расчет усилий в нижней части сваи, расположенной ниже поверхности
скольжения, производят по методике расчета пор глубокого заложения
Шаг анкерных устройств i , измеренный вдоль оси конструкции,
определяют в соответствии с приведенной ниже формулой:
где ос - угол наклона анкера к вертикальной оси (см. рис. 7.8).
С помощью описанной методики расчета противооползневые анкерные
свайные конструкции запроектированы на нескольких объектах автодоро¬
ги Симферополь — Ялта — Севастополь.
1S8
(7.17)
(7.18)
[94,90].
f = N sin а Ъ /Ап,
(7.19)

Рис. 7.10. Анкерная подпорная стенка
из буронабивных свай с ограждающи¬
ми панелями-оболочками
1 - основная свая; 2 - трубчатая
стойка; 3 - бортовая балка; 4
цилиндры ческие	панели-оболочки;
5 — железобетонный ростверк; б
анкерные сваи
В последнее время стали применяться подпорные стены из буронабив¬
ных свай для ограждения котлованов, для устройства террас при перепаде
отметок территории, для защиты фундаментов существующих зданий при
выполнении реконструкции и для укрепления неустойчивых откосов.
Для удержания стенок разбуриваемых под сваи скважин от обрушения
грунта применяют глинистый раствор или обсадные трубы. Сваи арми¬
руют цилиндрическими каркасами; продольные стержни имеют разную
длину (в соответствии с эпюрой изгибающих моментов).
На Пышминском песчаном карьере для укрепления откоса была внед¬
рена анкерная подпорная стенка из буронабивных свай диаметром 800 мм
с шагом 6 м. При бетонировании в сваи устанавливали металлические стой¬
ки, к которым приваривали панели-оболочки, воспринимающие давле¬
ние грунта. Для разгрузки основной конструкции подпорной стенки уст¬
раивали анкерные буронабивные сваи диаметром 800 мм, которые соеди¬
няли с основной конструкцией стенки железобетонными тяжами (рис.
7.10). Анкерные сваи были сделаны на различную глубину.
Применение буронабивных свай в сочетании с ограждающими кри¬
волинейными тонкостенными оболочками при реконструкции и строи¬
тельстве Пышминского песчаного карьера, фабрик № 4—5, щебеночного
завода и других объектов в г. Асбесте позволили сократить расход бетона
в 4—8 раз, арматурной стали в 4—6 раз также снизить трудоемкость работ
в 5 раз и более.
7.4. Применение метода "стена в грунте"
Благодаря применению метода ’’стена в грунте” становится возмож¬
ным использование противооползневых удерживающих конструкций,
даже там, где они казалось бы неприемлемы. Например, в грунтах, теку¬
чих или подвергающихся сильному разжижению удерживающие свайные
конструкции, как правило, не применяют. Однако при невозможности
осуществления иных противооползневых мероприятий на таких грунтах
может быть запроектирована свайная конструкция в сочетании со сплош¬
ным ограждением. Такое ограждение устраивают чаще всего методом
159

О)
Рис. 7.12. Конструкция лидерно-направ-
ляющих труб (о) и схема их примыка¬
ния одна к другой (б)
Рис. 7.11. Поперечные сечения удерживаю¬
щих элементов из секущихся буронабив¬
ных свай
а - в плотных грунтах; б - в неустой¬
чивых грунтах
Рис. 7.13. Схемы удерживающе¬
го элемента (а) , и его работы в
условиях обтекания ополз¬
нем (б)
1 - замкнутое ограждение, уст¬
раиваемое методом ”стена в
грунте”; 2 — армирование ог¬
раждения; 3 — оставленный
целик грунта, укрепленный це¬
ментацией; 4 - столбы-обой-
мы или опоры, обтекаемые
оползнем (в плане);	5 —
часть оползневого склона, с
которой на опору действует
оползневое давление Еоп
’’стена в грунте” в створе с нижним рядом удерживающих элементов
(свай или столбов). Ограждение имеет отверстия для пропуска веды.
Подобное сооружение было запроектировано для укрепления оползне¬
вого склона в районе строительства Ингури ГЭС.
В тех случаях, когда для восприятия значительных усилий требуется
увеличить сечение удерживающего элемента (в направлении действия
оползневого давления), устраивают сдвоенные или строенные буронабив¬
ные сваи (рис. 7.11), т.е. сечения удерживающих элементов увеличивают
методом ’’стена в грунте”.
Такие стенки, располагаемые параллельно длине оползневого склона,
изготовляют с помощью так называемых лидерно-направляющих труб
(JIHT), которые по сечению имеют вогнутый участок с радиусом кривиз¬
ны, совпадающим с радиусом самой трубы (рис. 7.12). Таким образом,
160

когда одна труба примыкает к другой, то в плане они образуют очерта¬
ние восьмерки и расстояние между осями соседних скважин оказывается
меньше, чем их диаметр.
Подобный прием позволяет получить ряд примыкающих вплотную
друг к другу скважин (любое число их). В процессе изготовления таких
свай в каждую предыдущую скважину устанавливается лидерно-напрая-
ляющая труба, вдоль которой ведется бурение следующей скважины.
При изготовлении удерживающих элементов в относительно устойчивых
грунтах все ЛНТ извлекаются после окончания бурения, и свая арми¬
руется общим каркасом. При наличии неустойчивых грунтов каждая сква¬
жина по отдельности армируется и бетонируется, после чего извлекаются
лидерно-направляющие трубы. Метод изготовления удерживающих эле¬
ментов из секущихся буронабивных свай освоен трестом Укргвдроспец-
фундаментстрой [95].
При необходимости восприятия больших оползневых давлений в ка¬
честве удерживающих элементов могут применяться прямоугольные желе¬
зобетонные столбы,которые обычно устраивают шахтным способом. Одна¬
ко более рационально изготовлять удерживающие элементы [опоры с по¬
мощью метода ’’стена в грунте” (рис.7.13)]. С этой целью в грунте устра¬
ивают сплошной вертикальный ограждающий замкнутый контур необходи¬
мой глубины. Контур устраивают путем разработки замкнутой траншеи
(широкозахватным грейфером или каким-либо другим механизмом),
армирования ее и бетонирования методом ВПТ. Затем внутри контура
в оставшемся грунте пробуривают вертикальные скважины, в них уста¬
навливают инъекторы и нагнетают в грунт находящийся внутри контура
цементный раствор. В результате получается удерживающий элемент в ви¬
де столба, сечение которого состоит из железобетонной коробки с заце¬
ментированным целиком грунта внутри.
В случае когда здание или сооружение находится на оползневом скло¬
не, который не требуется укреплять в целом, фундамент здания или соору¬
жения можно оградить обоймой, устраиваемой методом ’’стена в грунте”.
Такие обоймы уже описывались в п. 4.2, однако в данном случае обойма
должна выдержать горизонтальное давление от обтекающего ее оползня.
Следовательно, обойма, устроенная методом ’’стена в грунте”, должна
быть заглублена в несмещаемые породы и работать как противооползне¬
вый столб. Отличие такого столба от удерживающего элемента в том, что по¬
следний, работая вместе с конструкцией, удерживает оползневые массы грун¬
та от сползания, а столб-обойма позволяет оползню двигаться, обтекая его, но
при этом сам остается устойчивым. Расчет такого столба-обоймы произво¬
дится на оползневое давление, испытываемое оползневым склоном, опре¬
деленной ширины .Ширина оползневого склона Ър, с которой действует ополз¬
невое давление на опору глубокого заложения в условиях обтекания ее ополз¬
нем, в результате действия сил трения и сцепления будет больше ширины
опоры (см. рис. 7.13, б). Ориентировочно эту ширину можно принимать
по формуле
где Ъ - расстояние, определяемое согласно работе С 92, с. 373 из условия непро-
давливания грунта; Ъ < S' (здесь Ъ ' — расстояние между опорами, обтекаемыми
оползнем; см. рис. 7.12 ).
Аналогичные случаи встречаются, когда требуется посадить на опору
магистральный трубопровод, проходящий по оползневому склону. На¬
пример, на одном из участков нефтепровода ’’Дружба” в Закарпатье ополз-
161

участке
нем порвало трубы, проложенные в грунте. В результате выполнения
проектно-изыскательских работ было решено поднять трубы из грунта
и уложить их на опоры, обтекаемые оползнем.
Пример одного из фундаментов, возводимых на оползневом участке,
показан на рис. 7.14. Фундамент* состоит из двух блоков, все элементы
которых устраивают методом ’*стена в грунте”. Верхний блок 1 выпол¬
нен в виде стенки, ориентированной вдоль направления движения оползня,
h размещен выше поверхности скольжения. Нижний блок 5 выполнен
в виде двутавра 6, ребро которого является продолжением верхнего блока,
и размещен ниже поверхности скольжения оползня 4. В верхний блок 1
вмонтированы трубки 2, выходящие одним концом на его боковые поверх¬
ности на разной высоте, а вторым — на его верхнюю торцовую поверх¬
ность. Боковые поверхности верхнего блока 1 покрыты глинистой кор¬
кой. Благодаря тому, что верхний блок 1 имеет 2 трубки 2, выходящие
на его боковые поверхности на разных уровнях, по ним можно подавать
тиксотропный раствор. Последний создает на боковых поверхностях
верхнего блока 1 глинистую корку, вследствие чего снижается трение
между грунтом и боковыми поверхностями этого блока.
Устройство фундамента методом ’’стенав грунте” начинают с изготов¬
ления продольной стенки (блок 1 и стенка 5 в двутавре б) на полную
высоту. Затем устраивают траншеи для полок двутавра 6. Эти траншеи
заполняют железобетоном только до уровня поверхности скольжения.
Выше поверхности скольжения траншеи заполняют грунтом с уплотне¬
нием. Предлагаемый фундамент, возводимый на оползневом участке,
позволяет уменьшить передаваемые на фундамент усилия.
х А.с. 823499 СССР. Фундамент, возводимый на оползневом участке/г.У. Бабуш¬
кин, Л.К. Гинзбург, В.И. Ищенко и др. - Заявл. 18.04.1979, № 2755453 /29-33. опубл.
в Б.И., 1981. № 15.

глава 8. УСИЛЕНИЕ ФУНДАМЕНТОВ ПОДМАШИНЫ
С ДИНАМИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ
8.1.	Особенности обследования фундаментов и оснований
при динамических нагрузках
Обследование фундаментов машин с динамическими нагрузками
и их оснований выполняется по специальной программе в случае реконст¬
рукции таких фундаментов или необходимости их усиления. В отдельных
случаях усиление фундаментов под машины осуществляется с целью
снижения общего уровня колебаний для обеспечения нормального тех¬
нологического процесса и требований санитарных норм. При обследова¬
нии фундаментов машин с динамическими нагрузками и их оснований
выполняется как весь комплекс работ, предусмотренный для фунда¬
ментов несущих конструкций (см. гл. 2), так и дополнительные иссле¬
дования. Последние обычно включают: измерение амплитуды колеба¬
ний фундамента и отдельных его частей, а также выявление основных
частот собственных и форм вынужденных колебаний фундамента; изу¬
чение распространения колебаний от обследуемого фундамента, а также
установление общего динамического фона производственного участка;
определение в отдельных случаях фактической динамической нагрузки,
передаваемой на фундамент от работающей машины; установление фак¬
тического состояния фундамента, условий размещения машины на фунда¬
менте и ее крепления к нему; определение фактических упругих и демп¬
фирующих характеристик грунтового основания; выявление возмож¬
ности проявления дополнительной динамической осадки, вызванной дейст¬
вием вибраций от фундаментов машин.
Параметры колебаний обследуемого фундамента, пола и строитель¬
ных конструкций цеха, а также распространение колебаний в грунте от
источника вибраций измеряют комплектом стандартной виброизмери-
тельной аппаратуры [96]. Наибольшее применение получил комплект
приборов для измерения вибраций К001, в который входят три вибро-
датчйка И001, шесть гальванометров М02 и регулятор увеличения РООЗ.
Комплект приборов К001 позволяет измерять параметры колебаний в
пределах: по частоте — от 3 до 200 Гц, по амплитуде — до ± 1 мм при ниж¬
ней границе измеряемых перемещений 2 мкм. При предварительном обс¬
ледовании колебаний фундамента, проводимом с целью определения уров¬
ня вибраций и участков повышенных вибраций, могут использоваться
приборы со стрелочным показателем типа ВПУ-1 и ВИП-5 с вибродатчи¬
ком ВД-4.
Точки измерения выбирают, исходя из конструкции и размеров фун¬
дамента, степени его деформированное™ (целостности), типа машины
и характера ее крепления к фундаменту, а также наличия* рабочих мест
обслуживающего персонала. Число точек измерения вибраций должно быть
достаточным для построения форм вынужденных колебаний фундамента.
В каждой точке измерения запись колебаний следует обеспечить по трем
взаимно перпендикулярным направлениям. При этом ориентация вибро¬
датчиков по осям координат х, у, z зависит от кинематической схемы
машины, направления динамического воздействия, конструктивных осо¬
бенностей машины и фундамента. Примерная блок-схема, используемая
при измерении колебаний фундамента под машину, приведена на рис. 8.1.
163

Рис. 8.1. Схема измерений вибраций фундаментов под машин у
1 — фундамент; 2 - вибродатчики типа И001 (комплект К-001); 3 - соединитель¬
ные провода; 4 - регулятор увеличения типа РООЗ; S - интегрирующий гальвано¬
метр М202; 6 -шлейфовый осциллограф типа Н700; 7 - блок питания ПО 1
Рис. 8.2. Схема измерения колебаний фундамента с использованием вибровозбудителя
1 — фундамент; 2. - датчики; 3 — блок управления; 4 — вибровозбудитель; 5. - ре¬
гулятор; 6 - осциллограф; 7 - блок питания
Рис.8.3. Принципиальная схема
определения частоты собственных
колебаний фундамента методом
оттяжки
164

В отдельных случаях для оценки вибрационного состояния фундамен¬
та недостаточно разового измерения его колебаний и требуется построение
амплитудно-частотной характеристики, т.е. установление зависимости из¬
менения амплитуды от частоты возмущающей силы для характерных
точек фундамента. Такие зависимости позволяют установить номер ре¬
зонансной гармоники, степень приближения рабочей частоты машины
к значениям собственных частот фундамента или отдельных элементов
его и наметить в случае необходимости способы изменения динамических
характеристик системы фундамент — машина [97]. Для фундаментов
под машины с вращающимися частями амплитудно-частотная характе¬
ристика может быть получена в процессе плавного пуска установки. В
других случаях, а также при отсутствии машины на фу1}даменте в период
реконструкции для получения амплитудно-частотной характеристики
фундамента используют специальные вибровозбудители, жестко закреп¬
ляемые на фундаменте. Примерная схема измерений вибраций фунда¬
мента с использованием вибровозбудителя приведена на рис. 8.2. В ка¬
честве вибровозбудителя наиболее часто применяют двух- или четырех-
вальные вибраторы инерционного периодического действия, у которых
возмущающая сила изменяется пропорционально квадрату частоты коле¬
баний.
Частоты собственных колебаний обследуемого фундамента опреде¬
ляют, как правило, по записям его свободных колебаний, возбуждаемых
ударом груза по фундаменту в соответствующем направлении (горизон¬
тальном или вертикальном). С этой целью могут также использоваться
записи колебаний фундамента при наборе мощности и остановке маши¬
ны. В отдельных случаях, когда позволяют условия производства, а фун¬
даменты имеют сложную конструкцию и большую высоту, для выявле¬
ния частот собственных колебаний фундамента под машину может быть
применен метод оттяжки [98]. Принципиальная схема определения частот
собственных колебаний фундамента таким способом показана на рис. 8.3.
Метод оттяжки был использован, например, для определения частот собст¬
венных горизонтальных и вертикальных колебаний фундаментов стерж¬
невых мельниц МСЦ-32-45 на Соколовско-Сарбайском горнообогатитель¬
ном комбинате. Оттяжку фундамента в вертикальном направлении (см.
рис. 8.3, а) производили с помощью каната, который крепился поперек
барабана мельницы и оттягивался через вставку, имевшую специально ос¬
лабленное сечение грузоподъемностью 200 т. Для оттяжки фундамента
в горизонтальном направлении (см. рис. 8.3, б) канат предварительно
пропускали через специальный ролик, прикрепленный к соседней мель¬
нице.
При усилении и реконструкции фундаментов под машины динами¬
ческие нагрузки, передаваемые на фундамент, принимают согласно тех¬
ническим данным машины. В случае отсутствия таких данных динами¬
ческие нагрузки определяют расчетом по СНиП 11-19-79 [99] для соот¬
ветствующего типа машины. Однако расчет реконструируемого или уси¬
ливаемого фундамента под машину желательно производить с учетом
фактических динамических нагрузок, воспринимаемых фундаментом.
Определение их производится, как правило, путем специальных измерений
с привлечением специализированных организаций. Для машин с номи¬
нально уравновешенными вращающимися частями, когда фактическая
динамическая нагрузка на фундамент неизвестна, для ее определения
могут использоваться данные регулярно проводимых балансировок. При
этом динамическая сила, передаваемая машиной фундаменту, может быть
16S

определена как отношение амплитуд колебаний опор машины к значе¬
нию динамической податливости фундамента на этом участке, т.е.
Р=А/сГ- АЛ/АР; LA=AX-А2;
ДР = тг со2,
где Ал и — амплитуды колебаний до и после балансировки; т - масса баланси¬
рованного груза; г - радиус установки груза; со - угловая скорость ротора ма¬
шины.
При возможности частичного демонтажа таких машин фактические
динамические нагрузки могут быть уточнены путем экспериментального
определения динамической податливое!и опор машины либо ее фунда¬
мента в месте восприятия динамических воздействий при возбуждении
колебаний фундамента специальным вибровозбудителем [100]. Под ди¬
намической податливостью здесь подразумевается отношение амплитуды
колебаний в данной точке к амплитуде силы, которую развивает вибро¬
возбудитель.
При установлении фактического состояния фундаментов под машины
с динамическими нагрузками дополнительно к изложенным в гл. 2 спосо¬
бам обследования фундаментов осуществляют тщательное обследование
участков крепления машины к фундаменту с целью установления жест¬
кости заделки анкерных болтов в теле фундамента; выявление возмож¬
ности смещения машины при ее работе по отношению к фундаменту на
основе специальных измерений колебаний фундамента и станины маши¬
ны вибродатчиками, располагаемыми на одной вертикали; установление
по данным измерений колебаний фундамента целостности его как жест¬
кой конструкции.
Упругие и демпфирующие характеристики грунтового основания,
необходимые для расчета усиливаемого или реконструируемого фунда¬
мента на колебания, в соответствии с действующими нормативными до¬
кументами следует определять по результатам испытаний [99, 101]. Упру¬
гие свойства естественных оснований фундаментов машин учитывают,
вводя коэффициенты упругого равномерного сжатия Cz, упругого нерав¬
номерного сжатия Ctp, упругого равномерного сдвига С х и упругого не¬
равномерного сдвига Сц, - Демпфирующие свойства учитывают, вводя
коэффициенты относительного демпфирования §z х<рч> соответствен¬
но для колебаний вертикальных, горизонтальных и* вращательных отно¬
сительно горизонтальной и вертикальной осей.
Опытное определение динамических характеристик грунтового осно¬
вания реконструируемых или усиливаемых фундаментов действующих
машин производят по результатам испытаний этих фундаментов на сво¬
бодные (для машин с импульсными нагрузками) или вынужденные (для
машин с периодическими нагрузками) колебания. При этом численные
значения упругих и демпфирующих характеристик грунта вычисляют по
известным формулам [102—104].
При изменении технологии производства, когда в реконструируе¬
мом цехе будут устраиваться новые фундаменты под машины с динами¬
ческими нагрузками, динамические свойства грунтового основания сле¬
дует определять непосредственно на отметке подошвы фундамента с по¬
мощью специальных опытных фундаментов (штампов) различной конст¬
рукции. Наиболее приемлемыми для динамических исследований грунта
в основании фундаментов машин с периодическими нагрузками можно
считать инвентарные виброштампы конструкции Ленинградского Промст-
166

ройпроекта, Донецкого ПромстройНИИпроекта или НИИ оснований и под¬
земных сооружений [34, 105], а также штамп, предложенный О.А. Сави¬
новым [106,34].
Жесткостные и демпфирующие характеристики грунтового основа¬
ния определяют по результатам испытаний опытного фундамента (вибро¬
штампа) при возбуждении специальным вибратором вынужденных ко¬
лебаний его с различной частотой и регистрацией соответствующих зна¬
чений амплитуды. Динамические свойства оснований фундаментов под
машины с импульсными нагрузками определяют по записям свободных
колебаний опытного фундамента возбуждаемых ударов. Параметры ко¬
лебаний опытных фундаментов при динамических испытаниях грунтов
измеряют виброизмерительной аппаратурой, описанной ранее. Методика
проведения испытаний и обработки полученных опытных данных при
определении упругих и демпфирующих характеристик естественного
основания по результатам экспериментов изложена в Руководстве по
проектированию фундаментов машин с динамическими нагрузками [101].
Если основание представлено сравнительно однородными грунтами, то
динамические испытания их с помощью опытных штампов допускается
производить за пределами реконструируемого цеха.
В случае невозможности проведения динамических испытаний грунтов
их упругие и демпфирующие характеристики определяют расчетом в со¬
ответствии с рекомендациями СНиП Н-19-79. При этом для вычисления
основной упругой характеристики основания	Ст	в качестве исходной
величины используют значение модуля деформации грунта Е, установ¬
ленное экспериментальным путем (см. гл. 2).
Недопустимые осадки фундаментов под влиянием динамического
нагружения от машин наблюдаются довольно редко. Однако выявление
возможности возникновения таких осадок при реконструкции или уси¬
лении фундаментов под машины является в отдельных случаях необхо¬
димым. Иногда динамические осадки могут вызвать недопустимые де¬
формации и даже разрушение несущих и особенно ограждающих конст¬
рукций цехов, в которых расположены фундаменты машин [7, 102, 103,
107], а также привести к ухудшению работу технологического обору¬
дования, поскольку для них характерна неравномерность.
Возможность проявления дополнительных динамических осадок в
рыхлых и средней плотности песчаных грунтах определяется их влаж¬
ностью и составом. Так, в неводонасыщенных песках дополнительная
динамическая осадка возможна, когда природная степень плотности пес¬
ка 27 меньше максимальной степени плотности его D0 для данного сложе¬
ния. В водонасыщенных песках такие осадки могут проявляться, если
ускорение колебаний основания IV превосходит критическое значение
И^р. В глинистых грунтах дополнительные динамические осадки в боль¬
шинстве случаев не проявляются. Это связано с тем, что фундаменты под
машины имеют значительные размеры подошвы при среднем статическом
давлении рСр на основание, составляющем 0,2-0,5 и реже 0,6—0,8 величи¬
ны расчетного давления R. Однако в случае когда рСр близко к R, в плас¬
тичных глинистых грунтах даже небольшая динамическая нагрузка может
вызвать значительные незатухающие осадки. Возможность проявления
такой осадки выявляется по рекомендациям О.А. Савинова [103, с. 59—
76]. Практически возникновения дополнительных динамических осадок
следует опасаться лишь для фундаментов ударных машин и фундаментов
под наиболее неуравновешенные высокочастотные машины.
При реконструкции фундамента под машину, особенно при увели¬
чении динамической нагрузки, следует учитывать влияние распростра-
167

няющихся от этого фундамента вибраций на фундаменты зданий. Оценка
возможности возникновения динамических осадок и их характера может
быть произведена по рекомендациям О.А. Савинова [ 103, с. 77—79].
8.2.	Увеличение массы и жесткости фундаментов при их усилении
Основной причиной переустройства фундаментов под машины с ди¬
намическими нагрузками является их повышенная вибрация. Поэтому
применяемые способы усилений фундаментов машин и их оснований во
многом аналогичны способам, используемым для снижения уровня ко¬
лебаний [102, 103, 108 и др.]. Эти способы являются в основном конст¬
руктивными и включают в себя: увеличение массы фундамента или от¬
дельных частей его; повышение жесткости фундамента, отдельных эле¬
ментов его, а также грунтового основания; увеличение общей жесткости
системы машина — фундамент вследствие более надежного крепления
машины к фундаменту. Повышенные вибрации фундаментов приводят
не только к нарушению нормальной работы машин, но и к разрушению
самих фундаментов в результате образования в них трещин и даже рас¬
членения их на отдельные конгломераты.
Следует отметить, что увеличение массы фундамента существенно
влияет на уменьшение амплитуды его колебаний лишь тогда, когда до¬
полнительная масса составляет 50—80 % основной. Особенно малоэффек¬
тивно увеличение только массы фундамента (без увеличения площади
подошвы его) для низкочастотных машин, поскольку при увеличении
массы фундамента частота его собственных колебаний снижается и при¬
ближается к частоте вынужденных колебаний, что вызывает опасность
возникновения резонанса. Более эффективным для-фундаментов низко¬
частотных машин является повышение жесткости основания путем уве¬
личения площади подошвы фундамента с одновременным увеличением
его массы, так как при этом повышается частота собственных колебаний
фундамента, удаляясь от рабочей частоты колебаний машины. Для фун¬
даментов высокочастотных машин увеличение массы фундамента без
изменения площади подошвы его может оказаться целесообразным для
снижения уровня вибраций фундамента и прекращения деформаций, выз¬
ванных повышенными колебаниями.
Наиболее действенным способом восстановления целостности разру¬
шенных фундаментов машин, а также увеличения жесткости основания
фундамента путем уширения его подошвы с одновременным увеличением
его массы является устройство жестких обойм (бандажей, поясов, руба¬
шек), охватывающих либо весь фундамент, либо отдельные его части.
При этом обеспечивается не только увеличение сечения фундамента и
передача нагрузок на новую часть его, но и соединение деформированного
фундамента в единое целое.
В случае применения железобетонных обойм, наиболее широко ис¬
пользуемых при усилении, по периметру обоймы вследствие усадки бе¬
тона при твердении происходит обжатие поврежденных частей фундамен¬
та, что способствует надежному соединению бетона фундамента и бетона
усиления в единую конструкцию [109]. Следует, однако, иметь в виду,
что обжатие достигается только тогда, когда твердение всего бетона обой¬
мы происходит одновременно. Поэтому вертикальные рабочие швы бе¬
тонирования по периметру обоймы должны быть исключены. Допуска¬
ется устройство только горизонтальных швов бетонирования по высоте
обоймы. Для ускорения твердения бетона обоймы необходимо применять
168

быстротвердеющие цементы и пуццолановый портландцемент, а также
вводить в состав бетона пластифицирующие добавки и ускорители твер¬
дения. Наряду с этим при устройстве железобетонной обоймы следует
предусматривать мероприятия, направленные против образования усадоч¬
ных трещин. Армирование обойм рекомендуется выполнять [109] рабо¬
чими стержнями диаметром 12—20 мм из стали класса A-1I, расположен¬
ными через 150—200 мм, а также хомутами по общим правилам [99],
но из арматуры периодического профиля. Порядок и технология работ
по устройству железобетонных устройств для фундаментов под машины
аналогичны описанным ранее для фундаментов под статические нагрузки.
В тех случаях, когда фундамент имеет трещины в направлении, пер¬
пендикулярном линии действия динамической силы (например, верти¬
кальные трещины при горизонтальной динамической нагрузке), возможно
применение металлической обоймы, состоящей из упорных рам и стяги¬
вающих их стержней. При этом фундаменты должны иметь простую кон¬
фигурацию в плане. Натяжением стержней создают усилия, превышающие
те, которые вызывают раскрытие трещин [109].
Иногда целостность фундамента может быть восстановлена надеж¬
ной заделкой трещин путем инъецирования цементного раствора или син¬
тетических смол. Это мероприятие может осуществляться самостоятель¬
но или в комплексе с устройством обойм. Применение обойм целесооб¬
разно не только при восстановлении целостности фундамента и повышении
общей жесткости его, но и при необходимости увеличить массу недеформи-
рованного фундамента для снижения уровня его вибраций.
При усилении и реконструкции фундаментов под машины с динами¬
ческими нагрузками эффективным средством снижения вибраций, а сле¬
довательно, и прекращения деформаций, вызванных повышенными коле¬
баниями таких фундаментов, является увеличение жесткости грунтового
основания путем осушения (дренажа) или закрепления грунтов. Особен¬
но целесообразно применение таких способов повышения жесткости ос¬
нования для фундаментов низкочастотных машин, когда частота собст¬
венных колебаний фундамента на упрочненном грунте выше рабочей час¬
тоты машины (зто характерно, например, для поршневых компрессоров,
лесопильных рам, дымососов и пр.). В этом случае укрепление грунта
основания, приводящее, как правило, к увеличению собственной часто¬
ты колебаний фундамента, способствует уменьшению амплитуды его
колебаний.
Положение зон закрепленного грунта под фундаментом и их разме¬
ры зависят от характера и форм колебаний фундамента. При вертикальных
колебаниях закрепление грунтов основания рекомендуется выполнять
под всей подошвой фундамента с превышением границ ее в плане на 0,5—
1 м по всем направлениям. При вращательных колебаниях можно огра¬
ничиваться укреплением грунта основания по периметру подошвы фунда¬
мента полосами шириной не менее 2 м. В обоих случаях закрепление грун¬
та следует производить на глубину не менее 1,5—2 м от подошвы фунда¬
мента [108].
В некоторых случаях при длительной эксплуатации фундаментов под
машины с динамическими нагрузками под их подошвой, чаще по ее пе¬
риметру, образуются слой разрыхленного грунта и пустоты. В таких слу¬
чаях усиление основания фундаментов целесообразно осуществлять пу¬
тем инъецирования цемента, жидкого стекла или карбамидной смолы,
соблюдая технологию производства работ, принятую при укреплении
169

оснований под фундаментами, воспринимающими только статические
нагрузки (см. п.3.2).
Эффективным способом увеличения жесткости основания фунда¬
ментов под машины, способствующим уменьшению как вертикальных,
так и горизонтально-вращательных колебаний системы машина — фун¬
дамент, является пересадка фундамента на выносные забивные или на¬
бивные сваи (см. пп. 5.4, 4.5 и 5.3). При этом для фундаментов, воспри¬
нимающих динамические нагрузки, кроме призматических или обычных
свай целесообразно применять сваи с одним или несколькими уширениями
ствола [7]. Для фундаментов, находящихся под воздействием горизон¬
тальных динамических нагрузок, рекомендуется применять сваи с уши-
рением в верхней части ствола; для фундаментов, загруженных преиму¬
щественно вертикальной динамической силой, — сваи с уширением по
острию. При реконструкции фундаментов под машины могут также ис¬
пользоваться трапецеидальные, тавровые и пирамидальные сваи, Приме¬
нение которых способствует снижению вертикальных колебаний фунда¬
ментов в широком диапазоне частот, соответствующем рабочим часто¬
там машин с динамическими нагрузками. Эти же сваи эффективны для
гашения горизонтальных колебаний при частоте динамических нагрузок
30—50 Гц. Трапецеидальные сваи, кроме того, целесообразно использо¬
вать для усиления фундаментов под машины при частоте их горизонталь¬
ных колебаний 10—30 Гц [7].
При горизонтальных динамических воздействиях, когда обычных
вертикальных свай недостаточно для получения допускаемой амплиту¬
ды колебаний реконструируемого фундамента, в качестве дополнитель¬
ной меры для снижения уровня вибраций фундамента применять можно
наклонные сваи, располагаемые по периметру свайного фундамента в
направлении действия горизонтальной динамической силы по^ углом
12—180 к вертикали в зависимости от имеющегося сваебойного обору¬
дования.
Усиление фундаментов под машины с динамическими нагрузками
выполняется по проекту, в основу которого положен динамический рас¬
чет фундамента. Этот расчет в соответствии с работой [99] для данного
типа машины производят с учетом фактических динамических нагрузок,
действующих на фундамент, и экспериментально определенных значе¬
ний упругих и демпфирующих характеристик грунтового основания.
Высказанные общие соображения по усилению фундаментов машин
путем увеличения их массы или жесткости, а также жесткости грунтово-.
го основания, проиллюстрируем конкретными примерами из практики.
Основными причинами деформаций фундаментов под стержневые и ша¬
ровые мельницы на горнообогатительных комбинатах (ГОК), вызывав¬
шими необходимость их усиления, в большинстве случаев являлись недо-1
статочная масса фундаментов или отдельных их частей, недостаточная
жесткость элементов фундамента в горизонтальном направлении, а также
некачественное выполнение строительных работ при возведении фунда
мента.
При пробном пуске стержневой мельницы МСЦ 32x45, установленной
в главном корпусе обогатительной фабрики ГОКа на Урале выявилис(|
значительные колебания ее фундамента. Массивный сгенчатый фунда
мент мельницы (рис. 8.4) выполнен монолитным железобетонным й
состоит из нижней плиты и трех пилонов под подшипники мельницы и
электродвигатель. Подошва нижней плиты фундамента находится на ото
метке минус 8,6 м, отметка верха пилонов на отметке 5,9 м. Основанием
170

ж
щ

А-А
SL
©
ф
1
/
©
®
®
L
®
/
Рис. 8.4. Схема фундамента стержне¬
вой мельницы
1 - опора электродвигателя; 2—3 —
опоры подшипников мельницы соот¬
ветственно у разгрузочного и загру¬
зочного устройства; цифры в круж¬
ках - номера точек измерений
Рис. 8.5. Схема усиления фунда¬
мента под стержневую мельницу
массивной обоймой
1 - фундамент до усиления; 2 -
обойма усиления
'L
А-А
1А
фундамента являлись лессовидные непросадочные суглинки твердой кон¬
систенции с модулем деформации 13 МПа. Расчетное давление под подош¬
вой фундамента принято при проектировании равным 0,18 МПа.
Для того чтобы установить, представляют ли колебания фундамента
мельницы, наблюдавшиеся при ее опробовании, опасность для работы
машины и фундамента, были проведены измерения колебаний в точках,
указанных на рис. 8.4. Результаты измерений (табл. 8.1) выявили наличие
повышенных вибраций опорных пилонов под коренные подшипники мель¬
ницы и электродвигатель. Амплитуды колебаний опор в горизонтальном
направлении, перпендикулярном оси барабана мельницы, превосходили
допускаемые по СНиП [99] значения в 3,5—8 раз. Это нарушало нормаль¬
ную работу мельницы, оказывало вредное воздействие на обслуживающий
персонал и могло привести к разрушению фундамента.
Экспериментально определенная частота свободных колебаний фунда¬
мента составляет 6,6 Гц, а частота возмущающей силы - 6,2 Гц. Такое
близкое совпадение свободных и вынужденных частот привело к возник¬
новению биений и значительному росту амплитуд колебаний фундамента,
что и явилось причиной повышенных вибраций.
Усиление фундамента, выполненное по проекту Уральского Промстрой-
НИИпроекта, заключалось в увеличении площади его подошвы и усилении
пилонов железобетонной обоймой (рис. 8.5). При этом расход железобе¬
тона на фундамент потребовалось увеличить в 2,5 раза. Колебания усилен-
171

Т аблица8.1. Амплитуды колебаний фундамента стержневой мельницы
Течки
Направление колебаний
Амплитуда колеба¬
измерений
ний фундамента, мм
до усиле-1 после уси-
ння I ления
1	Горизонтальные, перпендикулярно осн барабана	1,352	0,232
мельницы
Горизонтальные, параллельно осн барабана мельницы 0,154	0,084
2	Горизонтальные, перпендикулярно оси барабана	2,421	0,253
мельницы
Горизонтальные, параллельно оси барабана мельницы 0,163	0,096
Вертикальные	0,112	0,051
3	Горизонтальные, перпендикулярно, оси барабана	1,051	0,103
мельницы
Горизонтальные, параллельно оси барабана мельницы 0,136	0,030
ного фундамента, как следует из табл. 8.1, существенно уменьшились и не
превышали допускаемого значения. Следует отметить, что значительное
уширение площади подошвы фундамента вследствие устройства обоймы
способствовало повышению жесткости основания, что также положитель¬
но сказалось на уменьшении колебаний.
Интересным является случай усиления фундамента шаровой мельницы
МШЦ 32x45. Конструкция массивного стенчатого железобетонного фунда¬
мента аналогична приведенной на рис. 8.4. Опоры коренных подшипников
и электродвигателя выполнены в виде пилонов, заделанных в нижнюю
плиту. Отметка подошвы фундамента — минус 6 м, верха пилонов — плюс
3,3 м. Основанием являлись суглинки с расчетным давлением 0,25 МПа.
Фундамент испытывал значительную вибрацию, амплитуды колебаний
верхнего обреза опор в горизонтальном и вертикальном направлениях
составляли 0,5—0,6 мм, превышая допустимые. Опоры под коренные
подшипники мельницы имели трещины с шириной раскрытия до 3 мм,
при этом существенно была нарушена целостность верхней части опоры
и загрузочного устройства.
Динамический расчет фундамента показал недостаточную массу его
для гашения колебаний при действующих динамических нагрузках. Изме¬
рение колебаний выявило криволинейный характер зпюр динамических
перемещений опор по высоте, что указывало на их недостаточную жест¬
кость в горизонтальном направлении. Для увеличения массы фундамента
и повышения жесткости опорных пилонов были выполнены железобетон¬
ные обоймы по их периметру на всю высоту толщиной 300 мм; верхние
части опор вместе с обоймами были дополнительно связаны горизонталь¬
ной железобетонной плитой толщиной 500 мм. После усиления фундамен¬
та, ставшего коробчатой конструкцией, амплитуда колебаний верхнего
обреза его уменьшилась в 2 раза, при этом образования трешин не от¬
мечалось.
Рассмотрим еще случай усиления массивного монолитного фундамен¬
та бесподвального типа под шаровую мельницу МШР 32x31 на одной из
дробильно-обогатительных фабрик на Урале. Основанием фундамента
по проекту должны были служить элювиальные суглинки твердой консис¬
тенции. Однако при производстве работ под частью фундамента был до¬
пущен значительный перебор грунта (на 1,5—2 м ниже отметки подошвы
172

фундамента). Этот дефект производства работ был устранен насыпкой
мелкозернистого песка с послойным уплотнением.
Спустя несколько лет после начала эксплуатации мельницы появи¬
лись большие колебания ее фундамента с амплитудами, значительно пре¬
вышающими допустимые. Эти колебания, мешая нормальной эксплуа¬
тации мельницы, вызвали, кроме того, недопустимые вибрации несущих
и ограждающих конструкций здания фабрики, а также повышение об¬
щего вибрационного фона промышленного участка, оказывая вредное
воздействие на обслуживающий персонал. Обследование фундамента
мельницы показало, что произошло оседание грунта под одним из его
торцов, захватившее более четверти площади подошвы фундамента. Од¬
новременно было установлено, что за время эксплуатации произошел
подъем уровня грунтовых вод, которые в момент обследования фун¬
дамента находились на уровне его подошвы. Сопоставление плотности
песчаного грунта подсыпки 27 его максимальной структурной плотностью
Т>0 позволило считать, что оседание песчаного грунта под фундамен¬
том мельницы вызвано дополнительным уплотнением водонасыщенного
песка под воздействием вибраций фундамента.
Усиление фундамента было выполнено путем устройства по его пери¬
метру железобетонной обоймы, опирающейся на буронабивные сваи диа¬
метром 500 мм и длиной 3 м, которые передавали нагрузку от фундамен¬
та на элювиальный грунт ненарушенной структуры. Амплитуды колеба¬
ний усиленного фундамента и вибрации строительных конструкций зда¬
ния уменьшились до допускаемых нормативными документами пределов.
При значительных деформациях фундаментов большого размера и
сложной конфигурации, таких, например, как фундаменты дробильного
оборудования при каскадной технологической схеме или фундаменты
подвального типа под мощные машины с вращающимися частями, при¬
менять для восстановления их целостности только обойму недостаточно.
Здесь требуется осуществлять комплекс восстановительных мероприятий.
Рассмотрим случай усиления железобетонного монолитного фунда¬
мента подвального типа под центрифугу, когда потребовалось обеспечить
увеличение общей массы фундамента, жесткости его основания и вос¬
становление целостности отдельных его частей. В основном технологи¬
ческом цехе медеэлектролитного завода на Урале были установлены три
центрифуги типа АГ-1800. Монолитные железобетонные фундаменты
под центрифуги имели следующую конструкцию: в сплошную нижнюю
плиту заделаны три колонны и П-образная в плане стенка, на которые
опиралась верхняя плита, служившая основанием для центрифуги (рис.
8.6). Все три фундамента при работе центрифуг испытывали значитель¬
ные вибрации. Амплитуды горизонтальных колебаний верхнего обреза
каждого фундамента находились в пределах 0,55-0,67 мм, значительно
превышая допустимое значение, равное 0,15 мм. Работу одной из центри¬
фуг пришлось прекратить вследствие разрушения железобетонной опоры
под коренной подшипник. У фундамента под другую центрифугу имелись
трещины на стыке колонны с верхней плитой.
Динамический расчет фундамента под центрифугу показал, что вследст¬
вие неверно принятой при проектировании динамической нагрузки, пере¬
даваемой машиной на фундамент, масса последнего недостаточна для
гашения колебаний, возникающих при работе центрифуги и вызываю¬
щих деформации ее фундамента. Для предотвращения развития дальней¬
ших деформаций было выполнено усиление фундаментов в соответст¬
вии со схемой, представленной на рис. 8.6. По периметру нижней плиты
173
7-291

4-4
Рис. 8.6. Схема усиления фундамента под центрифугу
1, 3 - конструкция фундамент до усиления; 2, 4 - то же, после усиления
устроена железобетонная обойма, что позволило несколько повысить
жесткость основания фундамента вследствие уширения его подошвы.
Увеличение массы фундамента и восстановление целостности разрушен¬
ных элементов было осуществлено путем бетонирования вертикальных
конструкций фундамента (стен и колонн), а также устройства железо¬
бетонной рубашки по периметру железобетонной опоры под коренной
подшипник на всю высоту ее. Максимальная амплитуда верхнего обреза
усиленных фундаментов составила 0,114 мм; деформаций фундаментов
за период наблюдений обнаружено не было.
Иначе осуществлено усиление [109] массивного фундамента высо¬
той 17,6 м под две конусные дробилки каскадного расположения. Вследст¬
вие некачественного выполнения работ по устройству фундамента и не¬
соблюдения проектной прочности бетона в процессе эксплуатации в теле
фундамента образовалось шесть рядов горизонтальных трещин по швам
бетонирования. Повышение прочности бетона тела фундамента произве¬
дено путем нагнетания под давлением до 2,5 МПа цементного раствора
из глиноземистого цемента марки М 600 на глубину до 500 мм через инъек¬
ционные трубки, расположенные по периметру усиливаемых стен в спе¬
циально пробуренных скважинах. Для обеспечения целостности фунда¬
мента по периметру деформированного участка на всю его высоту выпол¬
нена железобетонная обойма с армированием двумя рядами сеток из арма¬
туры класса А-И диаметром 20 мм с шагом 200 мм. Крепление обоймы к
фундаменту осуществлялось приваркой ее арматуры к инъекционным
трубкам. Выполненное через год после реконструкции инструментальное
обследование показало, что фундамент работает как монолитная конст¬
рукция без деформаций.
Наиболее часто недопустимые деформации, включая повышенные
колебания, частичное и даже полное разрушение встречаются у фундамен¬
тов под низкочастотные машины с кривошипно-шатунными механизма¬
ми. В первую очередь это относится к фундаментам под поршневые комп¬
рессоры и лесопильные рамы. Нередко усиление и реконструкцию таких
174

Рис. 8.7. Схема усиления металли¬
ческим бандажом фундамента
компрессора
а — план; б - узел затяжки; 1 —
фундамент; 2 - трещина; 3 -
натяжные стержни; 4 — упорная
рама; 5 — фиксирующая гайка;
6 - контрольная гайка; 7 - сое¬
динение натяжных стержней с на¬
резной частью
фундаментов требуется производить даже в тех случаях, когда сами фун¬
даменты не имеют значительных разрушений, но повышенные вибрации
их вызывают деформации несущих и особенно ограждающих конструк¬
ций зданий, где размешены зти машины.
Для усиления фундаментов компрессоров, кроме широко приме¬
няемых железобетонных, а иногда и металлических обойм, большое
распространение получили способы, связанные с применением синтети¬
ческих материалов для так называемого ’’склеивания” фундаментов, по¬
лучивших значительные деформации. Иногда для уменьшения колебаний
фундаментов под компрессоры несколько фундаментов одного ряда
объединяют общей обоймой, расположенной на уровне их подошвы.
В процессе эксплуатации железобетонного фундамента под горизон¬
тальный компрессор марки 2 ШЛК-1420 произошел откол по вертикали
частей фундамента под поршневыми рядами от основного массива (рис.
8.7). Для усиления фундамента восстановления его целостности и обес¬
печения работы всего фундамента как жесткой конструкции - был уст¬
роен металлический бандаж [109]. Упорные рамы бандажа, выполненные
из двух швеллеров № 30, усиленных накладками и ребрами жесткости,
стягивали восемью предварительно напряженными стержнями диаметром
44 мм из стали класса A-II, к концам которых приваривали нарезные
части из высокопрочной стали. На случай разрыва стержней между на¬
кладками устанавливали контрольные гайки. Затяжку производили дом¬
кратами.
На одном из предприятий Восточной Сибири в цехе компрессии на
отдельных фундаментах установлено семь горизонтальных компрессоров
типа 1Г-266/320 [110]. Фундаменты компрессоров железобетонные моно¬
литные стенчатые подвального типа. Объем железобетона в одном фунда¬
менте составляет 800 м3. При таком объеме укладку бетона в тело фун¬
дамента невозможно обеспечить без швов бетонирования, которые, как
видно из конструктивной схемы фундамента (рис. 8.8), неизбежны прежде
всего в местах сопряжения нижней и верхней плит фундамента со стенами.
175

а)
, г
1V00
л и
т
MMfNfWWWWMM/pM кУЛр^Л WHIP
rJ I	1	I	1 I	1	L
I
moo
n—
i l__
 II	II
 I I	1 L.
и ГП W
c3 1—I—i	1 L-J
■ . ■^Ч-,СП1 VrTTTrM
LJ-Ц ,-И.Ц jJJ-J-l-LL,
l_l_
I I
I I
J_L
*
/
ТТЛ 1 р
1 I* ГП |'
•-0,0
rJ-Ll	111
I
L.
tWOO
6)
Ф30
J:
3,8
Рис. 8.8. Схема усиления фундамента под горизонтальный компрессор путем
"склеивания”
а — план и разрезы фундаментов с указанием расположения трещин и отверстий
для шпонок; б - схема усиливающей шпонки; 1 — верхняя плита (стол); 2 —
стена; 3 - нижняя плита; 4 - трещина; 5, 6 - горизонтальные и наклонные от¬
верстия для шпонок
Наличие швов бетонирования послужило основной причиной появления
трещин в стенах фундамента, особенно в сечениях, ослабленных отверсти¬
ями. Первые трещины в верхней плите (столе) и поперечных торцовых
стенах, имевшие вертикальное направление, появились через 10 лет после
начала эксплуатации фундамента. После 18—20 лет эксплуатации по пери¬
метру стен раскрылись трещины и в горизонтальных швах продольной
и поперечной стен под верхней плитой. В результате верхняя плита прак¬
тически отделилась от остальной фундаментной конструкции. Амплитуда
колебаний стола достигала 1,5 мм.
Усиление фундамента заключалось в склеивании развалившихся частей
фундамента эпоксидным клеем, состав которого приведен в работе [110].
По оси трещин с обеих сторон стен в шахматном порядке с шагом 300—
600 мм высверливали отверстия диаметром 40 мм на глубину 500 мм.
В эти отверстия подавали эпоксидный клей густой консистенции и заби¬
вали металлические шпонки переменного сечения по длине с выступами
(см. рис. 8.8, б), что обеспечивало лучшее сцепление их с клеем. В тех
местах, где трещина проходила в пределах стола, шпонки устанавливали
наклонно, пересекая трещину под углом до 30°. Вся работа по усилению
фундамента была выполнена в течение 2 сут бригадой из шести рабочих.
Стоимость работ и материалов не превысила 1000 руб. После усиления
фундамента относительные перемещения его снизились до 0,10-0,12 мм.
176

Рис. 8.9. Схема усиления железобе¬
тонной обоймой фундамента верти¬
кального компрессора
а - нижней плиты; б - стены над¬
земной части; 1 — нижняя плита;
2 - обойма; 3 - стена; 4 - рубаш¬
ка; 5 — трещины
Для восстановления монолитности железобетонного стенчатого фун¬
дамента под горизонтальный газовый компрессор марки 1 Г-266/320 НИИ
оснований и подземных сооружений совместно с институтом Гидроспец-
строй [44] было предложено использование синтетических смол. Фунда¬
мент высотой 4,7 м имел две продольные и три поперечные стены, заде¬
ланные понизу в фундаментную плиту, а поверху объединенные мощной
горизонтальной рамой. Под влиянием динамического воздействия от
работы компрессора в фундаментных стенах на расстоянии 2,2 м от ос¬
нования образовалась сквозная горизонтальная трещина по всему сече¬
нию, разделив фундамент на два блока.
Технология заделки трещины включала подготовительную инъек¬
ционную операции. Подготовительная операция заключалась в раздел¬
ке трещины на глубину 60-70 мм с уширением к основанию и просвер¬
ливанием отверстий с шагом 500—600 мм с внешней и внутренней сторон
стен фундамента, в которые вставляли металлические патрубки диаметром
20 мм. Затем производили тампонирование трещины и входного отверстия
патрубка цементной смесью, после чего через патрубки продували горя¬
чий воздух и выполняли инъецирование этилового спирта или ацетона
для удаления влаги и обезжиривания. Основная операция состояла в инъе¬
цировании через патрубки растбора из смеси синтетических смол под
давлением 0,8—1,2 МПа порции по 25—30 л. О радиусе распространения
раствора можно было судить по выходу его в соседние скважины. После
усиления фундамента при эксплуатации его в течение года наблюдений
возникновения новых трещин не происходило.
Рассмотрим способы усиления массивных железобетонных фунда¬
ментов под вертикальные компрессоры. На одном из химических заводов
в железобетонном фундаменте вертикального компрессора появились
сквозные вертикальные трещины в нижней плите и в одной из стен над¬
земной части, в результате чего целостность фундаментной конструкции
была нарушена. Для усиления фундамента [109] были выполнены желе¬
зобетонная обойма шириной 0,6 м по периметру нижней плиты фунда¬
мента на всю ее толщину, равную 1,2 м, и железобетонная рубашка шири¬
ной 0,4 м и высотой 4,6 м, охватившая стену надземной части по всей
высоте (рис. 8.9). Все армирование осуществлялось стержнями из стали
класса A-II с шагом 250 мм. Обойму плиты армировали стержнями диамет¬
ром 20 мм, расположенными по контуру ее поперечного сечения, и попе¬
речными хомутами диаметром 10 мм; рубашку — вертикальными стерж-
177

1
Рис. 8.10. Схема объединения обой¬
мой фундаментов двух вертикаль¬
ных компрессоров
1 - компрессор; 2 — фундамент; 3 —
железобетонная обойма
Щ 3200	|.	2600	\	то	\	too	■
нями и замкнутыми двойными хомутами диаметром 16 мм, расположен¬
ными по внутренней и наружной сторонам рубашки. Для бетонирования
конструкций усиления использовали бетон марки М 300.
Для уменьшения недопустимых колебаний двух расположенных в ряд
массивных монолитных железобетонных фундаментов под вертикальные
компрессоры была увеличена жесткость их основания путем уширения
подошвы фундаментов. С этой целью был выполнен общий железобетон¬
ный бандаж, охвативший оба фундамента на уровне их подошвы (рис.
8.10). Это привело к снижению вибраций фундаментов в горизонтальном
направлении в 4,5 раза. Размеры бандажа были определены по расчету
на основе предварительно замеренных фактических значений параметров
колебаний фундаментов. Армирование осуществлено аналогично опи¬
санному выше.
Для усиления фундаментов лесопильных рам наиболее часто исполь¬
зуются железобетонные пояса-обоймы высотой 0,7—0,8 м и шириной 1 —
1,25 м, которые жестко присоединяются к фундаменту на уровне подошвы
и охватывают его со всех сторон. Это позволяет повысить жесткость осно¬
вания вследствие увеличения размеров подошвы усиливаемого фундамен¬
та без существенного увеличения его массы. Такое усиление приводит
к значительному уменьшению вибраций фундаментов во всех плоскостях
и особенно эффективно для гашения горизонтальных и вращательных ко¬
лебаний [108].
Когда площадь уширенной подошвы реконструируемого фундамента
достигает размеров, при которых подошвы фундаментов соседних лесорам
в плане взаимно перекрываются, целесообразно фундаменты одного ряда
машин или даже цеха объединять общей железобетонной плитой.
Если толщина плиты объединенного фундамента не превышает 0,2
расстояния между осями лесопильных рам, то при расчете фундамента на
колебания рекомендуется общую плиту условно разбить на участки, при¬
ходящиеся на отдельные лесорамы, и определять параметры колебаний
по формулам СНиП 11-19-79, считая, что каждый фундамент является от¬
дельно стоящим. Если толщина плиты объединенного фундамента состав¬
ляет 0,2 и более расстояния между осями лесорам, то фундамент при рас¬
чете на колебания следует рассматривать как абсолютно жесткий массив
и рассчитывать последовательно от воздействия каждой лесопильной рамы
в отдельности, полагая, что центры тяжести установки (фундамент и маши¬
ны) и площади подошвы фундамента лежат на одной вертикали. При этом
в расчет принимаются только вертикальные силы инерции лесорам, так
как в этом случае основным источником колебаний массива является
момент от вертикальных сил инерции, поскольку оси лесопильных рам
не совпадают с осью, проходящей через центр тяжести массива и его по¬
дошвы. При объединении фундаментов только одного ряда лесопильных
178

рам при расчете колебаний объе¬
диненного массива следует учиты¬
вать также горизонтальные силы
инерции и моменты сил инерции
лесорам. Амплитуда колебаний
объединенного фундамента опреде¬
ляется в соответствии со СНиП
11-19-79 для случаев групповой
установки машин на общем фунда¬
менте.
При проектировании усиления
фундаментов лесопильных рам пу¬
тем их объединения толщину плиты
объединенного фундамента реко¬
мендуется принимать равной 0,15—
0,35 расстояния между осями лесо¬
пильных рам; размер плиты от оси
крайней лесорамы до внешнего
края фундамента должен быть не
менее половины расстояния между
осями лесорам; для увеличения
жесткости объединяемые фунда¬
менты целесообразно связывать не
только железобетонной обоймой на
уровне подошвы, но и балками в
верхней части (рис.8.11).	Рис. 8.11. Схемы объединения	фундамен-
Подобным образом по реко-	тов лесопильных рам
мендации Уральского лесотехни-	1 ~ Фундаменты до объединения; 2 -
ческого института (А.А. Санников)	’^^яба^афундамента; 3	~ желез0'
были усилены фундаменты двух
расположенных в ряд лесопильных
рам в лесопильном цехе Онежского
лесодеревообрабатывающего комбината (ЛДК). Грунты основания облада¬
ли малой жесткостью с расчетным сопротивлением 0,1 —0,15 МПа. Оба фунда¬
мента испытывали колебания, превышавшие допустимые, и вызывали вибра¬
ции конструкций здания. В результате объединения обоих фундаментов об¬
щей железобетонной плитой площадь подошвы их увеличилась в 1,9 раза, мас¬
са в 1,5, что привело к снижению амплитуд колебаний в 1,6 раза.
На другом деревообрабатывающем комбинате по рекомендации НИИ
оснований и подземных сооружений железобетонной плитой на уровне
подошвы были объединены три фундамента пилорам, не расположенных
в ряд. Основание фундаментов сложено мелкозернистыми песками сред¬
ней плотности с линзами супеси в пластичном состоянии-Расчетное сопро¬
тивление грунтов в среднем составляло 0,2 МПа. На фундаментах были
установлены три лесопильные рамы РД75-6, при работе которых вследст¬
вие распространения упругих волн от их фундаментов строительные конст¬
рукции здания цеха и расположенных вблизи домов испытывали вибра¬
ции. Измерение вибраций всех трех фундаментов выявило, что их коле¬
бания, происходящие с частотой 5,5 Гц, соответствующей рабочей частоте
машин, имеют характер биений. Наибольшие амплитуды колебаний наблю¬
дались в вертикальном направлении: составляли 0,3 мм. — при работе
каждой пилорамы отдельно и 0,38 мм — при работе всех трех машин од¬
новременно, превышая допускаемые значения почти в 2 раза. Кроме того,
Г'
1
й
1
3*	Ur
- —i
1
1
i
i
8000
111:
L.
dTi |F
' 1
rJ L-
-J|
*
.J
moo
179

а)
пп
'-Се
3LJ
г
Рис. 8.12. Схема усиления фундамента дымососа
а — расположение трещин на верхнем строении фундамента; б - форма колебаний
верхнего обреза фундамента (амплитуда, мкм) ; в. — схема фундамента, усиленного
поясом-обоймой; 1 - анкерные болты; 2 - трещины; 3 - контур фундамента (пунк¬
тир) до усиления; 4 - обойма (заштрихованная часть); 5 - арматурный каркас
усиления; б — арматура фундамента; 7 - арматурные связи
было установлено, что собственная частота колебаний фундамента лесо¬
пильной рамы в вертикальном направлении составляла 12 Гц, т.е. коле¬
бания фундаментов являлись дорезонансными. Объединение всех трех
фундаментов общей железобетонной плитой привело к снижению уровня
вибраций их в 2,5 раза. Частота собственных колебаний объединенного
массива также повысилась из-за увеличения в 2,8 раза площади подошвы,
что способствовало значительному улучшению общего вибрационного
фона цеха.
Однако простое объединение фундаментов лесопильных рам общей
плитой без значительного увеличения площади подошвы может не обес¬
печить требуемого снижения вибраций. Известны случаи [108], когда
устройство общей железобетонной плиты у нескольких фундаментов
не уменьшило их колебаний. Целесообразность объединения нескольких
фундаментов под лесопильные рамы общей плитой в каждом случае долж¬
на обосновываться динамическим расчетом.
Иногда необходимо усиливать фундаменты машин с номинально урав¬
новешенными вращающимися частями. Повышенные вибрации и разру¬
шения таких фундаментов, как правило, вызваны либо недостаточной
жесткостью крепления машины к фундаменту либо малой жесткостью
отдельных конструктивных элементов фундамента.
В процессе эксплуатации центробежных дымососов в рециркуляции
газов марки ГД-26х2 к турбоагрегатам мощностью 800 тыс. кВт возник¬
ли повышенные вибрации подшипников дымососов и подшипников их
двигателей. В результате произошли поломки подшипников. Кроме того,
в теле фундаментов дымососов появились вертикальные трещины с ши¬
риной раскрытия 0,3—2 мм, которые проходили от верхнего обреза фун¬
дамента до дневной поверхности и располагались в местах крепления
машины к фундаменту (рис. 8.12, а). Железобетонные массивные фун¬
даменты дымососов выполнены в виде единого монолитного блока с необ¬
ходимыми уступами и выемками. Верхняя часть фундаментов значитель¬
но ослаблена колодцами анкерных болтов, при этом расстояние от грани
колодцев до края фундаментов в местах крепления подшипников и ды¬
мососов было менее требуемого [99].
Результаты измерений и полученные формы колебаний (рис. 8.12, б)
обследованных фундаментов дымососов показали, что верхняя часть
фундаментов не является единым массивом, а разделена на отдельные
180

Рис. 8.13. Схема усиления подшабот-
ной части бойного копра
1 - шабот; 2 - набетонка; 3 - тре¬
щины; 4 — анкерные стержни
конгломераты сквозными трещинами. Амплитуды горизонтальных коле¬
баний верхнего обреза фундамента достигали 0,07 мм, а рамы и подшип¬
ника дымососа — 0,25 мм, что указывало на отсутствие жесткой связи
между машиной и фундаментом. Причинами этого являлись уменьшение
жесткости крепления анкерных болтов в теле фундамента из-за наличия
трещин и нарушения целостности верхнего строения его, а также ослаб¬
ление затяжки анкерных болтов вследствие накопления пластических
деформаций в болтах при совместном действии динамических нагрузок
и высоких температур, возникавших из-за недостаточной теплоизоля¬
ции машины. Последнее способствовало также возникновению допол¬
нительных температурных деформаций в верхней части фундамента [100].
Состояние фундаментов требовало незамедлительного усиления, кото¬
рое было выполнено следующим образом. Верхнее строение, ослабленное
выемками и трещинами, на всю высоту было усилено железобетонным
поясом-обоймой толщиной 0,5 м (рис. 8,12, в, г), что обеспечивало необ¬
ходимую по расчету жесткость фундамента, а также надежную связь меж¬
ду машиной и фундаментом вследствие увеличения жесткости верхней
части фундамента в местах крепления анкерных болтов. Имеющиеся тре¬
щины были	зацементированы	раствором	из	расширяюще¬
гося цемента, а в местах установки анкерного болта заполнены эпоксид¬
ной смолой. Для обеспечения надежной Затяжки гаек крепления в узел
затяжки анкерных болтов был введен упругий элемент. Одновременно
было рекомендовано усилить теплоизоляцию, обеспечить зазор между
ее поверхностью и эле'ментами фундамента не менее, чем в 100 мм. Кар¬
кас обоймы (сталь класса А-Н, диаметром 12 и 8 мм, с шагом 200 мм
соединялся с арматурой фундамента на сварке с помощью отдельных
стержней на уровне сеток фундамента. Бетонирование обоймы осущест¬
влено бетоном марки М 300.
В работе [7] рассмотрены случаи усиления отдельных конструктив¬
ных элементов рамных сборно-монолитных фундаментов турбоагрегатов
путем повышения жесткости этих элементов, работающих в области час¬
тот, близкой к резонансной. Повышение достигалось увеличением толщи¬
ны бетонных сечений элементов (с добавлением арматуры по расчету),
а также введением дополнительных металлических связей.
Усиление фундаментов машин ударного действия большей частью
осуществляется при реконструкции в связи с установкой на фундамен¬
тах более мощного оборудования или при значительных колебаниях зда¬
ний. Случаи усиления таких фундаментов, вызванные ошибками при их
проектировании или возведении, описаны в работах [102, 7, 111 и др.].
181

Усиление фундаментов машин ударного действия (типа кузнечных
и штамповых молотов, бойных копров), в основном ограничивается пере¬
устройство шаботной части. В качестве примера (данные М.И. Забылина)
рассмотрим усиление фундамента бойного копра, подшаботная часть кото¬
рого (рис. 8.13) в верхней части была разрушена при эксплуатации на
отдельные конгломераторы, а арматурные сетки оказались порванными.
Перед усилением конгломераторы частично удалили. В пробуренные вер¬
тикальные скважины диаметром 40 мм на эпоксидном клее установлены
арматурные стержни диаметром 36 мм класса A-II на глубину около 1 м.
К этим стержням была приведена арматурная сетка набетонки, выпол¬
ненной из бетона марки М 300 на высоту удаленной части разрушенного
бетона.
8.3.	Регулирование параметров колебаний при реконструкции
фундаментов под машины
В отдельных случаях для уменьшения колебаний фундаментов машин
или снижения уровня вибраций строительных конструкций зданий пере¬
устройство фундамента целесообразно выполнять с применением специаль¬
ных мероприятий, направленных на изменение параметров его колеба¬
ний. Наряду с необходимостью уменьшения амплитуды колебаний часто
возникает потребность отстройки частоты собственных колебаний фун¬
дамента от рабочей частоты колебаний машины или от частоты колебаний
строительных конструкций.
Наибольшее применение для указанных целей получил способ, пред¬
ложенный Н.П. Павлюком и АД. Кондиным, заключающийся в том, что
к фундаменту присоединяется бетонная или железобетонная плита, рас¬
положенная на верхнем слое грунта [103]. При этом присоединенная
плита может быть очень жесткой и конечной жесткости, а сочленение ее
с фундаментом жестким, шарнирно неподвижным, шарнирно подвиж¬
ным и упругим.
Выполненные исследования [112, с. 35—41; 113; 114, с. 346—347]
показали, что присоединение плит массой 5—10 % массы фундамента позво¬
ляет существенно снизить его колебания, в то время как увеличение мас¬
сы самого фундамента на указанную величину практически не сказы¬
вается на изменении амплитуды колебаний. Эффективность применения
плит для подавления вертикальных колебаний на порядок ниже эффек¬
тивности их применения для снижения уровня горизонтальных и враща¬
тельных колебаний. Наибольшее гашение вибраций способом присоеди¬
нения плит к фундаменту достигается при жесткой заделке и наимень¬
шее — при шарнирно неподвижной и шарнирно подвижной. Чем выше
по отношению к центру фундамента расположены плиты, тем сущест¬
веннее их влияние на снижение амплитуд колебаний в зоне низких час¬
тот. Влияние гибкости в резонансных зонах существенно для вертикаль¬
ных колебаний и несущественно для горизонтальных.
Увеличение площади плит или жесткости их основания (уплотнение,
замена грунта, применение свай и т.п.) способствует одновременному
повышению всех резонансных частот системы фундамент—присоединен¬
ные плиты. Наибольшая отстройка резонансных частот достигается при
жестком сочленении плиты с фундаментом. Изменение массы плиты для
отстройки резонансов сказывается незначительно. Присоединение плит,
как правило, приводит к повышению собственных частот колебаний фун¬
дамента. Вследствие увеличения высоты расположения плит относитель-
182

Рис. 8.14. Конструктивные схемы узлов сочленения присоединенных плит с фунда¬
ментами	i
1 - фундамент; 2 — присоединенная плита; 3 — выпуски арматуры; 4 - замоно-
личенный участок; 5 - стержень; б — закладные детали; 7 — промежуточное зве¬
но; 8 — бетонное заполнение
но подошвы фундамента можно повысить собственную частоту горизон¬
тальных колебаний системы. Присоединение плит приводит также к по¬
явлению новых резонансов системы, однако они лежат существенно выше
резонансов одиночного фундамента. При динамическом расчете системы
фундамент — плиты последние можно считать жесткими и не учитывать
демпфирование.	,
Наиболее рационально присоединенные плиты использовать для умень¬
шения вибраций фундаментов : под машины, создающие горизонтальные
низкочастотные динамические нагрузки [100]. Несмотря на высокую
эффективность жесткого сочленения, практическое осуществление его
затруднительно. Кроме того, жесткое сочленение можно использовать
только в плотных грунтах, где разность осадок фундамента и присоеди¬
ненных плит несущественна. Поэтому к применению рекомендуются шар¬
нирные соединения. Упругую связь целесообразно использовать только
в тех случаях, когда устройство шарнирного сочленения по тем или иным
причинам невозможно. В обоих случаях присоединенные плиты следует
располагать выше центра тяжести установки (фундамент и машина).
Конструктивные схемы узлов сочленения присоединенной плиты
и фундамента показаны на рис. 8.14. Жесткое соединение (рис. 8.14 <*)
может быть выполнено путем сварки выпусков арматуры плиты и фун¬
дамента с последующим омоноличиванием стыкового участка. Для луч¬
шего сцепления с бетоном внутреннюю поверхность плит следует изго¬
183

товлять шероховатой, для чего длинной рейкой нарезают неглубокие
(3—5 мм) борозды. Шарнирные (рис. 8.14, б) и шарнирно-подвижные
(рис. 8.14, в) соединения осуществляются с помощью закладных дета¬
лей, к которым приваривают металлические листы, соединенные между
собой стальным стержнем из высокопрочной стали. Для предохранения
от коррозии эти соединения после выполнения рекомендуется заасфаль¬
тировать.
При проектировании усиления ширину присоединенной плиты б из
конструктивных соображений следует назначать равной размеру стороны
фундамента б%, к которой плита примыкает. Толщину hi плиты назнача¬
ют равной 0,4—0,8 м в зависимости от мощности машины и размеров
фундамента. Для снижения амплитуды вынужденных колебаний верх¬
ней грани фундамента в п раз (« > 1) длина присоединенной плиты I при
шарнирно-подвижном сочленении ее с фундаментом определяется из урав¬
нения
п -1 к
ТГГв—^	=	°’	(8Л)
1 +А-В	с^	(!_f)
где Сх — коэффициент упругого равномерного сдвига грунта основания плиты;
величины/1 и В и ■£ находятся по следующим формулам:
hv lh ' 1) *J ’	*	Kie	+	Kx{h	+	h1Yh + h3)	'
* f 1	+	(TZ-1	]
3 \<Р[1+(сГ-1)21 (сГ2+1)'Гз& J'
r-’f	•	,	С/	I	„	0,5	(t+Ui+l-,
Г- у у	^	+	Т'У27лСг~~	I	пРи	6=	—--
y/pj v
где Кх и К if - коэффициенты жесткости основания по СНиП С 99]; If = 1,2 - при
расположении плиты выше и ниже центра масс установки;
F - lj Ъ1 - площадь подошвы фундамента; — (0,3—0,5) - расстояние от плиты
до фундамента; h, Л* , h2, h3 - расстояние от центра тяжести соответственно уста¬
новки до подошвы фундамента, линии действия горизонтальной силы, оси узла соч¬
ленения фундамента с плитой и верхней грани фундамента.
Длина присоединенной плиты при упругой связи определяется из урав¬
нения
(п-1 )К.	Кг
(1-п )Кх+{\+А-В)Кх	nn_f>	°*	(8-2)
(П-1)КВ	ху }
где К, > ' ) + /) -~д— — коэффициент жесткости связи между фундаментом и присое¬
диненной плитой.
При > 20КХ можно пользоваться формулой (8.1) для определения
длины плиты при шарнирно-подвижной связи.
При осуществлении жесткого или шарнирно-неподвижного сочленения
плит с фундаментом длина присоединенной плиты вычисляется как положи¬
тельный корень уравнения четвертой степени по отношению к г по форму¬
лам, приведенным в работе [112, с.35—41]. Решение уравнения рекоменду¬
ется производить с использованием ЭВМ по стандартным программам реше¬
ния алгебраических уравнений.
184

При проектировании усиления фундамента необходимо учитывать, что
присоединение плит оказывает тем больший эффект, чем жестче основание
под ними, больше жесткость их связи с фундаментом и выше расположение
их по отношению к центру масс установки. Поэтому в проект усиления
нужно включать требования по обеспечению необходимых значений коэф¬
фициента упругого равномерного сдвига грунта основания плиты или моду¬
ля деформации грунта обратной засыпки, являющейся основанием плиты.
При необходимости подавления вертикальных колебаний фундамента
присоединенные плиты целесообразнее размещать с двух сторон от него,
так как при этом влияние плит одинаковой площади более интенсивно,
чем при одностороннем расположении.
Экспериментальные исследования подтвердили достоверность предло¬
женных расчетных зависимостей, а промышленное внедрение присоеди¬
ненных плит для гашения горизонтальных колебаний массивных фунда¬
ментов под машины на ряде ГРЭС Украины и Урала показало достаточную
надежность их конструкции.
Рассмотрим один из характерных случаев применения дополнительных
плит. В здании главного корпуса одной из ГРЭС на Урале в результате
повышенных вибраций строительных конструкций появились трещины
в наружных стенах и углах здания, а также во внутренних перегородках.
При измерении колебаний было установлено наличие повышенного вибра¬
ционного фона во всем многопролетном здании, резонансных явлений
отдельных строительных конструкций или их элементов, а также значи¬
тельных колебаний массивных фундаментов под молотковые дробилки
и повышенных в 7—8 раз по сравнению с допускаемыми виброскоростей
перекрытий в бытовых и служебных помещениях. Амплитуда горизон¬
тальных колебаний верхнего обреза фундаментов молотковых дробилок
достигала в направлении, перпендикулярном вращению барабана, 0,75 мм,
превышая допустимое значение более чем в 6 раз, даже с учетом групповой
установки.
Анализ записей колебаний показал, что вибрации несущих и ограждаю¬
щих конструкций здания главного корпуса происходят с частотой, равной
частоте вынужденных колебаний фундаментов дробилок (12,5 Гц), частота
собственных колебаний этих фундаментов составляла 12,3 Гц. Таким
образом, фундаменты молотковых дробилок работали в зоне, близкой
к резонансной, и для уменьшения колебаний необходимо было вывести
их из этой зоны.
Для отстройки частоты собственных колебаний фундаментов было
рекомендовано выполнить шарнирное присоединение к ним дополнитель¬
ных плит, расположенных на поверхности грунта. Схема выполненного
усиления показана на рис. 8.15. Площадь плит-гасителей была определена
по расчету и составила 12 м2 при их толщине 0,5 м. Плиты присоединяли
к фундаменту с двух сторон, параллельных оси барабана мельницы. В ре¬
зультате собственная частота колебаний системы повысилась до 16 Гц,
а амплитуда колебаний фундаментов уменьшилась в 10 раз. Это привело
к снижению вибраций всех строительных конструкций зданий и умень¬
шению виброскорости на рабочих местах до допустимых пределов.
Шарнирное присоединение железобетонной плиты было применено
также при реконструкции массивного фундамента под дымосос рецирку¬
ляции газов к турбоагрегату мощностью 800 тыс. кВт [100] для отстрой¬
ки собственной частоты колебаний фундамента от рабочей частоты машины
(рис. 8.16). Присоединению плиты предшествовало устройство по пери-
185

G
Р :
гп
Узел А
Рис. 8.15. Схема реконструкции фундамента
молотковой дробилки
1 - дробилка; 2 - фундамент; 3- шарнирнъи
соединения; 4 — плита-гаситель
Рис. 8.16. Схема переустройства фундамента
дымососа
1 — дымосос с электродвигателем; 2 — фунда¬
мент, усиленный обоймой; 3 - шарнирное сое¬
динение; 4 - присоединенная плита; 5 - бетон¬
ный пол
метру фундамента на всю его высоту железобетонной обоймы толщиной
0,5 м, предназначенной для повышения жесткости деформированного
фундамента. Определенная по расчету площадь плиты составила 24,6 м2
при высоте 0,5 м. Плита была устроена с одной стороны фундамента и свя¬
зывалась с обоймой по схеме, показанной на рис. 14, б. Армирование
плиты осуществлено двумя сварными сетками из арматуры класса A-1I
диаметром 14 мм с шагом 200 мм. После бетонирования бетоном марки
М300 и набора им прочности закладные детали обоймы и плиты были
объединены стержнем диаметром 30 мм из высокопрочной стали. Шар¬
нирное соединение после выполнения сварки было залито раствором биту¬
ма заподлицо с поверхностью плиты.
Другим эффективным способом регулирования колебаний фунда¬
ментов низкочастотных машин, работающих в дорезонансном режиме,
является объединениех массивных заглубленных фундаментов тонкой
х А.с. 881208 (СССР). Фундамент под машины /Ю.А. Киричек.Г.Г. Аграновский,
Н.С. Швец. - Заяви. 05.03.1980, № 2890283/29-33, опубл. в Б.П., 1981, № 42.
186

Рис. 8.17. Схема группового фундамента под машины с преобладающими горизон¬
тальными колебаниями
1 - фундамент; 2, 3 - основная и дополнительная плиты; 4 - шарнирная связь;
5 — элементы переменной жесткости, состоящие из пружин 8 и фиксаторов 9,
6 — пол; 7 — засыпка из сыпучего материала
лежащей на упругом основании плитой [114]. Вследствие конструктив¬
ного ’’ужесточения” системы в среднем на 30—40 % повышаются значе¬
ния собственных частот и в результате увеличения степени отстройки
от резонанса значительно уменьшается интенсивность колебаний фунда¬
ментов. В области высоких частот введение дополнительной связи между
фундаментами может приводить как к улучшению, так и к ухудшению
вибрационного состояния в зависимости от того, способствует ли связь
отстройке от резонанса или наоборот.
При объединении фундаментов тонкой плитой появляется возмож¬
ность путем подбора параметров связи использовать так называемое явле¬
ние антирезонанса, когда в промежутке между двумя собственными час¬
тотами фундамент остается практически неподвижным. Однако этот эф¬
фект динамического гашения колебаний можно использовать, лишь при¬
меняя специальные конструктивные решения, позволяющие регулировать
динамические характеристики фундаментов путем изменения жесткости
связи. При этом требуется строгая настройка системы.
Динамический расчет группы связанных плитой фундаментов (рис.
8.17) сводится к решению системы алгебраических уравнений с помощью
ЭВМ. Для случая одинаковых фундаментов под однотипные машины
получены формулы, позволяющие определять значения собственных час¬
тот и амплитуд вынужденных колебаний [114, с.323—325]. Объединение
группы фундаментов тонкой плитой не требует значительных материаль¬
187

ных затрат и в то же время является довольно эффективным средством
для подавления колебаний. В качестве связи наиболее целесообразно ис¬
пользовать бетонный пол промышленной площадки, если на нем не пре¬
дусмотрено расположение виброчувствительного оборудования, или посто¬
янное пребывание обслуживающего персонала. Единственное требование
при этом заключается в обеспечении надежного контакта плиты с фунда¬
ментом. Без таких специальных конструктивных мероприятий, как увяз¬
ка арматуры плиты и фундамента, применение бетона на расширяющихся
цементах в узле примыкания плиты к фундаменту не обойтись, посколь¬
ку возникающие в сочленении трещины сводят к минимуму ожидаемый
эффект. Для фундаментов подвального типа в качестве связи могут ис¬
пользоваться плиты перекрытий, опирающиеся на фундаменты, либо стерж¬
невые конструкции, опирающиеся на верхнюю грань фундаментов [103].
При реконструкции действующих предприятий объединение группы
фундаментов под машины можно осуществлять как мероприятие, позво¬
ляющее вскрыть дополнительные резервы по уменьшению вибраций. При
этом фундаменты машин, совершающих дорезонансные колебания, в от¬
дельных случаях можно объединять без динамического расчета, посколь¬
ку снижение интенсивности колебаний заведомо обеспечено.
В качестве примера рассмотрим объединение двух массивных заглуб¬
ленных в грунт фундаментов дымососов рециркуляции газов энергобло¬
ка мощностью 800 тыс. кВт бетонной плитой пола, расположенной непо¬
средственно на поверхности грунта и имеющей толщину 200 мм. Расстоя¬
ние между фундаментами равно трехкратной ширине фундамента, а плита
пола значительно развита в ширину, т.е. параллельно оси дымососа. Послед¬
нее обстоятельство способствовало усилению эффекта подавления ви¬
браций.
Общий уровень колебаний объединенной системы снизился примерно
в 2 раза. Амплитуда колебаний фундамента с неработающей (резервной)
машиной уменьшилась в 1,3 раза и составила всего 15 % амплитуды колеба¬
ний фундамента с работающей машиной, вибрации которого после пере¬
устройства снизились более чем в 4 раза. Частота колебаний фундамента
с работающей машиной, объединенного с плитой пола, увеличилась с 22
до 32 Гц, а резонансная амплитуда колебаний уменьшилась со 170 до
88 мкм. Следует отметить, что после устройства связи между фундамен¬
том и плитой вибрации последней в непосредственной близости от фунда¬
мента увеличились в 5—6 раз, но быстро затухали с удалением от него. Од¬
нако это исключает постоянное пребывание обслуживающего персонала,
а также размещение виброчувствительного оборудования у источника
колебаний.
Другим наглядным примером использования гибкой плиты для регу¬
лирования колебаний фундаментов под машины с низкочастотной дина¬
мической нагрузкой является (по данным А.А. Санникова) объединение
бетонным полом толщиной 150 мм восьми отдельно стоящих фундамен¬
тов лесопильных рам. Измерение колебаний фундаментов до и после их
объединения показало, что амплитуда горизонтальных колебаний на уров¬
не верхнего обреза фундаментов уменьшилась после объединения их в 1,4 —
2 раза, а вертикальных колебаний — в 1,2—1,3 раза. Увеличения передачи
колебаний бетонным полом фундаментам здания при наличии бетонной
подготовки, плотно примыкающей к фундаментам лесопильных рам и зда¬
ния, не было обнаружено.
Источником повышенных вибраций зданий на предприятиях нередко
являются упругие волны от фундаментов машин с ударными нагрузками.
188

Известны случаи [102, 103, 7], когда после возведения новых фундамен¬
тов под машины с ударными нагрузками (штамповочные и ковочные
молоты, формовочные машины литейного производства и т.п.) в сущест¬
вующих цехах из-за повышенных вибраций возникали недопустимые
деформации несущих и ограждающих конструкций.
Регулирование колебаний массивных фундаментов под ударные ма¬
шины при их реконструкции, вызванной наличием значительных вибраций,
может быть осуществлено без коренного переустройства фундаментов
в результате изменения упругих и диссипативных характеристик подша-
ботных (у фундаментов молотов) или надфундаментных (у фундамен¬
тов формовочных машин) прокладок [115]. При этом прокладки реко¬
мендуется выполнять составными в виде пакетов из деревянных щиток
и рифленой или перфорированной резины. Применение со'ставных прокла¬
док из древесины с перфорированной резиной при той же общей жест¬
кости ведет к значительному уменьшению амплитуд колебаний фунда¬
мента [112, с.49—52]. Как правило, при этом достигается снижение ампли¬
туды на 25—30 % и уменьшение частоты собственных колебаний фунда¬
мента на 20 %. Последнее способствует уменьшению числа циклов нагру¬
жения фундамента и увеличению времени для повышения производитель¬
ности ударной машины.
Амплитуду колебаний переустраиваемого фундамента можно опре¬
делить из следующей зависимости [114, с. 36—38]:
Г ~n„i PCd-ba)	,	-n-t Ра*	1
Zf = ^Lfi	b,wi<rSiril<at + e	~7^S,nt<bt<8'3>
ще км - начальная скорость движения машины;
(чавсь а ^2~2пгПд)(па-Ка)-4п2паКа \
(	1	(Л%-2пгпаг)2 + 'цг£п* )’
* CL^	з
Ъ	2пгпь)2пь + (п2ъ ~ *<1)2пг
(*2г-2п2пь)г+*,п2гпгь
(здесь А2 - Нш 1тг ; 2пг =	A2)	J
т	(Л2 ~2пгпа)г'+
189

Ka=Kz>h- ((PzK2lz)z<
где ест пгг/т1’, Л* - ^г1(т1*т2\1 пъ~ ^пг* nz^^* °0-/гл
(здесь Zn2 - ФгЬ%)\
2
{Ь\-гп2п^{пгъ- кгъ)-НпгпъК^
а =
(Л2- 2nzttaf+ Ьгьг пъ
+1:
У
2 г :
«0V*
Ф2 - модуль затухания вертикальных колебаний; *r>i, тг , т - масса фундамента,
машины, падающих частей.
Коэффициенты Кш и V жесткости и неупругого сопротивления над-
фундаментной прокладки находят по формулам:
к . tm5JL .у .MA’iA?.,	(84)
6,V8P£»	C»VV.
где Рш - площадь надфуидаментной прокладки; Ьд, Ъ р - толщина Деревянных
и резиновых элементов; Ед, Ер - модули упругости деревянных и резиновых эле¬
ментов; Гд > &р - коэффициенты неупругого сопротивления древесины и резины.
Начальная скорость движения машины определяется из формулы
(1 + 6) m0 v
(1 + 1^7 £ш) (mj +ш2)
vm =	(8-5)
где v - скорость падающих частей с массой т0 в момент удара; £ — коэффици¬
ент восстановления скорости при ударе.
При переустройстве фундаментов под ударные машины с целью сниже¬
ния их колебаний рекомендуется принимать надфундаментную прокладку
такой жесткости, чтобы получить отношение предельной круговой частоты
свободных вертикальных колебаний машины на упругой надфундамент-
ной прокладке А 2 к предельной круговой частоте свободных вертикаль¬
ных колебаний всей установки на грунте A z в пределах 0,4 < Л2/ Az< 1
190

или Л2/ Л г > 3. Для этого следует выбирать резиновую прокладку
с более низким модулем деформации (£’ = 2-^3 МПа), возможно более
высоким коэффициентом неупругого сопротивления	^	0,25) и тол¬
щиной не более 50 мм. При оптимальном варианте толщина составной про¬
кладки принимается равной толщине заменяемой. В противном случае
с помощью муфт увеличивают длину анкерных болтов, крепящих машину
к фундаменту. Параметры колебаний фундаментов ударных машин регу¬
лировать предлагаемым способом можно для оборудования с массой
падающих частей до 5 т. Для более мощных машин рекомендуется при¬
менять подшаботную рессорную виброизоляцию [ЮЗ].
Изменение параметров прокладки, позволяющее снизить амплитуду и
частоту колебаний фундамента, приводит к уменьшению ускорения коле¬
баний грунта основания, что способствует приостановлению осадок колонн
и стен зданий, вызванных распространением упругих волн от фундамен¬
тов ударных машин.
Рассмотренный способ регулирования параметров колебаний: фунда¬
ментов под ударные машины был применен на- одном нз машиностроитель¬
ных заводов в Донбассе для снижения вибраций фундамента под формо¬
вочную машину типа 29514 с массой падающих частей 1700 кг. В резуль¬
тате изменения жесткостных и демпфирующих характеристик надфунда-
ментной прокладки амплитуда колебаний фундамента снизилась на 33 %,
а частота его свободных колебаний — на 50 %.
При работе машин с динамическими нагрузками между засыпкой
грунта и фундаментом с течением времени образуются (особенно под воз¬
действием длительных горизонтальных вибраций) пустоты. В резуль¬
тате этого засыпка участвует в колебаниях не по всей высоте боковой
поверхности фундамента, вследствие чего изменяются первоначальные
динамические характеристики колеблющейся системы основание — фун¬
дамент — машина и ухудшаются условия эксплуатации установленного
оборудования. Устранение отмеченного может быть достигнуто при при¬
менении несложного устройства (рис. 8.18), позволяющего регулиро¬
вать динамические характеристики фундаментах.
Вдоль стен существующего заглубленного массивного фундамента
3 в направлении, перпендикулярном действию горизонтальной динами¬
ческой нагрузки в засыпке устраивают щели 4. В эти щели с зазором по
отношению к фундаменту устанавливают вертикальные упорные плиты
2 с начальным наклоном в его сторону. Понизу плиты присоединяются
шарниром 1 к фундаменту. Между плитами и фундаментом сверху в не¬
скольких местах помещают клинья 6, после чего производят засыпку
и уплотнение грунта боковой засыпки 5 за плитой. По мере образова¬
ния и увеличения пустот между фундаментом и грунтом засыпки клинья
6 под действием упругих элементов 8, фиксируемых упором 7, опускаются
вниз, осуществляя распор с постоянным удельным давлением плит 2 на
засыпку 5 и обеспечивая контакт поверхностей фундамента с грунтом.
При этом первоначальный угол наклона плит уменьшается и в предель¬
ном положении они устанавливаются вертикально. Винтом 9 осущест¬
вляется вертикальное перемещение клиньев 6, что позволяет изменить
усилие прижима плиты 2 к грунту котлована, обеспечить стабильность
и регулировать величину горизонтальной динамической характеристики
переустраиваемого фундамента.
х А.с. 850816 (СССР). Фундамент под оборудование./Г.Г. Аграновский, Н.С. Швец,
Ю.А. Киричек и др. - Заявл. 31.10.1979, № 2834971/29-33, опубл. в Б.И., 1981, № 28.
191

Рис.8.18. Схема устройства для регулирования величины горизонтальной динамической
характеристики усиливаемого фундамента
Параметры колебаний массивиого фундамента в процессе эксплуата¬
ции или при замене установленной на нем машинной установки можно
также регулировать путем изменения высоты и плотности грунта обрат¬
ной засыпки. Для этих целей по периметру боковой поверхности фунда¬
мента на всю высоту его заглубленной части устанавливают с зазором
ограждающие конструкции любого вида. Зазор сверху перекрывают пли¬
тами. При необходимости изменения амплитуд колебаний фундамента
или соотношения частот его собственных и вынужденных колебаний зазор
между ограждающими конструкциями и боковой поверхностью фунда¬
мента заполняют плотно утрамбованным грунтом.
Первоначально зазор заполняют грунтом на высоту, равную 0,4 раз¬
мера стороны подошвы фундамента, которая параллельна направлению
горизонтальных колебаний [116]. В дальнейшем зазор заполняют слоями
толщиной 0,1—0,2 м до достижения требуемых амплитуд колебаний и
максимальной отстройки частот вынужденных колебаний от собственных.
Полученные параметры колебаний устанавливают по данным непосредст¬
венных замеров уровня вибраций фундамента. По окончании работ по
регулированию колебаний фундамента, зазор вокруг фундамента перекры¬
вают плитами. В общем случае высота боковой засыпки в зазоре может
достигать размера заглубленной части фундамента.
В качестве грунта боковой засыпки может использоваться как не¬
связный, так и связный грунт. В последнем случае необходимо преду¬
сматривать конструктивные мероприятия, исключающие замачивание
грунта боковой засыпки для предотвращения образования щелей между
фундаментом и основанием. Использование боковой засыпки грунта для
регулирования параметров колебаний массивных фундаментов под маши¬
ны с динамическими нагрузками позволяет добиваться оптимального
режима их эксплуатации.
192

глава 9. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СПОСОБ ОБ
УСИЛЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ И ТЕХНИКА
БЕЗОПАСНОСТИ ВЫПОЛНЯЕМЫХ РАБОТ
9.1.	Выбор способов усиления
После принятая решения о необходимости усиления фундаментов
или укрепления оснований приступают к проработке	возмож¬
ных вариантов. Вначале делают эскизные наброски вариантов с учетом
инженерно-геологических условий площадки, величин нагрузок, дейст¬
вующих после реконструкции здания или сооружения на усиливаемые
фундаменты, габаритов существующих фундаментов и опирающихся
на них конструкций, условий производства работ на действующем пред¬
приятии, возможностей строительной организации, которая намечается
к производству работ по усилению фундаментов или укреплению осно¬
ваний.
Оценка метода усиления фундаментов и укрепления оснований с точ¬
ки зрения инженерно-геологических условий нередко имеет основное зна¬
чение. Поэтому при проектировании рассматриваются лишь те способы
усиления, которые возможны в конкретных инженерно-геологических
условиях. Например, укрепление оснований в водонасыщенных грунтах
с помощью обжига неосуществимо; забивные сваи сложно погружать
в маловлажных лессовидных грунтах (требуется использование лиди¬
рующего бурения), в связи с чем целесообразнее в таких условиях бу¬
ронабивные сваи и т.п.
Далее следует оценивать нагрузки, действующие на усиливаемые
фундаменты. Например, при особенно больших нагрузках на одну колон¬
ну промышленного цеха (более 30—40 тыс. кН и значительных изгибаю¬
щих моментах), как правило, трудно применять выносные сваи усиле¬
ния, которые устраивают за пределами ростверка. В таких случаях неред¬
ко более эффективным оказывается какой-либо из методов усиления
оснований.
Габаритные размеры существующих фундаментов также имеют зна¬
чение при выборе способа усиления. При очень больших размерах фунда¬
мента в плане оказывается невозможным ’’подвесить” его на дополни¬
тельные фундаменты. При большой высоте существующего фундамента
или плиты свайного ростверка и большой насыщенности их арматурой
трудно выполнить усиление с помощью корневидных свай, так как при¬
дется пробуривать значительную толщу железобетона.
Возможности производства работ необходимо оценивать в условиях
действующего предприятия. Предпочтение, как правило, следует отда¬
вать тем способам усиления, которые можно осуществить без остановки
основного производственного процесса. При этом требуется анализи¬
ровать степень удобства выполнения работ по реконструкции фундаментов.
Важным фактором при выборе способов усиления фундаментов явля¬
ется оценка технической оснащенности строительной организации, кото¬
рая выполняет усиление фундаментов или укрепление оснований. Нет
смысла проектировать способ усиления, который невозможно осущест¬
вить из-за отсутствия необходимых механизмов, материалов или доста¬
точного опыта выполнения таких работ. При освоении нового способа
усиления перед началом строительно-монтажных работ следует отраба¬
тывать его с помощью специальных экспериментальных исследований.
193

В процессе сравнения способов усиления фундаментов необходимо
анализировать возможность одновременного усиления конструкций, кото¬
рые опираются на эти фундаменты. Такое комплексное усиление несущих
элементов может значительно сократить стоимость работ по усилению
фундаментов в целом.
9.2.	Критерии оценки выбранных способов
Принятые для сравнения технически осуществимые способы усиле¬
ния фундаментов или укрепления оснований должны сравниваться между
собой по общей методике вариантного проектирования.
Путем расчетов на прочность и по деформациям определяют несущую
способность усиленного фундамента по каждому из вариантов. К даль¬
нейшему анализу оставляют лишь те способы усиления, которые обеспе¬
чивают достаточно надежную работу реконструируемых сооружений.
При оценке выбранных способов усиления производится их экономи¬
ческое сравнение: стоимость основных, вспомогательных и сопутствую¬
щих работ; трудовые затраты на их выполнение; расход материалов.
Прежде всего следует анализировать прямые затраты — непосредствен¬
но на выполнение строительно-монтажных работ. Пример сравнения ва¬
риантов понижения уровня грунтовых вод для административного зда¬
ния в Херсоне, описанного в п.3.1, приведен в табл. 9.1.
В том случае, когда сравнивают методы усиления фундаментов со
способами укрепления оснований, основные затраты можно сводить в от¬
дельные таблицы, а затем производить анализ по различным строкам этих
сводок затрат. Для примера в табл. 9.2 показано сравнение вариантов, вы¬
полненное при проектировании усиления фундаментов Александровского
элеватора, описанного в п.6.1.
После оценки прямых затрат следует также учитывать сопутствующие
потери — убытки предприятия в процессе выполнения реконструкции,
транспортные расходы по доставке материалов, убытки строительно-мон¬
тажных организаций, трудно учитываемые капитальные вложения и т.д.
С этой целью экономическое сравнение вариантов можно производить
по приведенным затратам, методика определения которых описана в рабо¬
тах [22,117].
Таблица 9.1. Сравнение вариантов понижения уровня грунтовых вод
Вариант
Земляныерабо-
ты
мл
общий
осущест¬
объем
вляемые
вручную
Расход
стали,
т
бетона,
м’
Разраборка су¬
ществующих
бетонных
конструкций,
вручную,
Стоимость,
тыс. руб.
Горизонтальный дре- 25000
наж
1300
600
15
800
170
Систематический го- 29000
ризонтальный дренаж
4000
1050
15
60
230
Пластовый дренаж -
3250
900
15
60
130
Вертикальные ваку- 2360
умные водопонизи¬
тельные скважины
35
30
160
95
Лучевой дренаж -
—
65
300
15
102
Вертикальные водо- 250
понизительные сква¬
жины
42
55
160
125
194

Таблица 9.2. Сравнение вариантов усиления фундаментов
Наименование работ и показатели
Значение по¬
казателей и
объем
Вариант 1. Буроинъекционные сван
Бурение скважин диаметром 200 мм, глубиной ! 7 м, пм/шт.
Заполнение скважин раствором марки М200, м3
Разборка пола с бетонной подготовкой, м2
Пробивка отверстий в железобетонной плите'на глубину до 500 мм, шт.
Бетонная подготовка под полы, м3
Асфальтовые полы толщиной 25 мм, м2
Ориентировочная стоимость, тыс. руб.
Вариант 2. Термическое закрепление грунтов
Объем обожженного грунта, м3
Число грунтостолбов
Число захваток (по 32 скважины в одной захватке)
Общий расход дизельного топлива, т
То же, воздуха, м3
Ориентировочная продолжительность обжига при работе в три
смены, сут
Бурение скважин диаметром 200 мм на глубину в среднем 9 м, м
Ориентировочная стоимость работ, тыс. руб.
Вариант 3. Закрепление грунтов газосиликатизацией
Число мест инъекции
Объем закрепленного грунта газосиликатизацией, м3
Силикат натрия плотностью 1,15 г/смЗ, т
Двуокись углерода, т
Цемент марки М200, т
Погружение инъекторов на глубину до 10 м, м
Разборка пола с бетонной подготовкой, м2
Пробивка отверстий в железобетонной плите на глубину до 500 мм
Бетонная подготовка под полы, м3
Асфальтовые полы толщиной 25 мм, м2
Ориентировочная стоимость работ, тыс.руб.
Вариант 4. Уширение фундамента с устройством железобетонных рам
Монолитные железобетонные фундаменты из бетона марки М200, м’
Сталь класса А-Щ, т
Монолитные железобетонные рамы из бетона марки М300, м3
Сталь класса А-1И, т
Омоноличивание стоек с рамой бетоном марки М400, т
Сталь класса А-1Й, т
Железобетонные элементы затяжек из бетона марки М300, м3
Сталь класса А-1Н, т
Щебеночная подготовка под ростверк, м3
Разборка асфальтобетонной отмостки, м2
Восстановление асфальтобетонной отмостки, м2
Разборка асфальтобетонного пола внутри здания с бетонной подго¬
товкой толщиной 100 мм, м2
Восстановление асфальтобетонного пола с бетонной подготовкой, м2
. Бетонирование ниш между подколенниками бетоном марки М200, м3
Арматура затяжек длиной по 5 м, т
Расчистка от грунта ниш между подколенниками, м3
Всего бетона и железобетона, м3
Всего арматуры, т
Ориентировочная стоимость работ, тыс.руб.
Вариант 5. Уширение фундамента с устройством железобетонных арок
Монолитные железобетонные фундаменты из бетона марки М200, м3
Сталь класса А-Ill, т
Монолитные железобетонные арки из бетона марки М300, м3
13413/789
1243
400
653
240
400
76,0
6330
288
9
303,3
10109
36
2592
58,0
210
5250
510
24
5.0
1480
375
147
38
375
65.0
120
11
355
59
21
2.5
44
6.5
16
180
180
160
160
80
1,2
65
620
50
58
120
11
146
195

Продолжение табл. 9.2
Наименование работ и показатели
Значение
показателей
и объем
Сталь класса А-Ш и сталь листовая, т	25,9
Омоноличивание стоек с арками бетоном марки М400, м3	27,0
Сталь класса А-Ill, т	4,00
Железобетонные элементы затяжки из бетона марки М300, м3	44,00
Сталь класса А-14, т	6,5
Щебеночная подготовка под фундаменты, м3	16
Разборка асфальтобетонной отмостки с подготовкой из шебня толщи-	180
ной 100 мм с последующим восстановлением, м2
Разборка асфальтобетонного пола с бетонной подготовкой толщиной	160
100 мм с последующим восстановлением, м2
Расчистка от грунта ниш между подколонниками внутри здания, м3	65
Бетонирование ниш между подколонниками бетоном марки М2М), м3	80
Демонтаж железобетонных навесных панелей типа ПСБ-5, шт/м3	20/8
Восстановление наружных стен здания из кирпичной кладки в 1/2	144/18
кирпича, м3/м3
Всего бетона и железобетона, м3	417
Всего арматуры, т	47,4
Ориентировочная стоимость работ, тыс.руб.	45,0
Учет всех факторов, указанных в пп. 9.1 и 9.2,позволяет осуществить
технико-экономическое сравнение вариантов.
9.3.	Общие правила охраны труда
Производство строительно-монтажных работ по усилению и реконст¬
рукции фундаментов значительно отличается от нового строительства
стесненными условиями и ограниченностью фронта работ, наличием спе¬
цифических процессов (разрушение, выправление, укрепление, подведе¬
ние и т.п.). Поэтому все этапы работ по усилению и реконструкции должны
быть отражены в проекте производства работ. Особое внимание уделяется
мероприятиям по охране труда, созданию дополнительных настилов, на¬
весов, экранов, ограждений, временного освещения, вентиляции и т.д.
В проекте производства работ [22] с большой тщательностью разраба¬
тываются вопросы создания оптимальных условий выполняемых работ,
четко определяются пути транспортирования материалов и конструкций,
строго регламентируется работа машин и механизмов. Особое внимание
уделяется разработке решений и мероприятий, обеспечивающих совмеще¬
ние строительно-монтажных работ с действующим производством. Должны
предусматриваться мероприятия по повышению технологичности проект¬
ных решений, дающих возможность сократить затраты труда и стоимость
реконструкции и усиления. Выполнение работ подлежит обязательному
согласованию с соответствующими службами.
Работы по переустройству фундаментов требуют оснащения строи¬
тельных организаций дополнительными специальными механизмами и при¬
способлениями, так как в действующих цехах ограничивается или исклю¬
чается возможность применения громоздких механизмов и землеройной
техники. Поэтому при усилении и реконструкции обычно используют на¬
иболее простые механизмы: лебедки, тельферы, тали, электрокары, мач¬
ты, кран-балки, автопогрузчики, транспортеры, тракторы типа "Беларусь”,
мостовые краны, домкраты, подъемники, автовышки и другие механизмы.
1%

При переустройстве фундаментов и подземных сооружений требуется
неукоснительное соблюдение правил техники безопасности производствен¬
ной санитарии и пожарной безопасности. Все рабочие должны знать поря¬
док выполнения работ по усилению и реконструкции и правила выполне¬
ния этих работ, а также пройти инструктаж по технике безопасности.
При проведении работ нужно обеспечить безопасность передвижения
и работы как строительных рабочих, так и рабочих действующего произ¬
водства. Необходимо оградить опасные зоны, выставить предупредитель¬
ные и запрещающие надписи и установить указатели переходов. Рабочие
места должны быть хорошо освещены. На месте усиления должно быть
минимальное количество материалов и конструкций. Нельзя загромож¬
дать траншеи, котлованы и площадки материалами и конструкциями,
которые в данный период мешают выполнению основных работ. Заранее
заготовленные конструкции усиления и материалы необходимо хранить
на специальном складе, расположенном недалеко от объекта реконст¬
рукции.
Правила техники безопасности разрабатываются совместно руководи¬
телем работ по усилению и реконструкции и администрацией действующего
предприятия; ответственность за их соблюдение несут обе стороны. Слож¬
ные и особо опасные работы выполняются после инструктажа рабочих
и выдачи письменного допуска, прилагаемого к наряду.
Все находящиеся в зоне производства работ электросети и комму¬
никации переносятся или ограждаются от возможных повреждений. Не
допускается перегрузка строительных конструкций материалами, конст¬
рукциями и оборудованием. Конструкции и откосы, находящиеся под
угрозой обрушения, необходимо укрепить до начала производства работ.
При устройстве креплений траншей и котлованов необходимо учитывать
нагрузки от конструкций, материалов и оборудования, находящихся
на их бровке или в зоне обрушения откосов.
Усиление фундаментов во многих случаях требует предварительной
разгрузки несущих конструкций. Заранее необходимо запроектировать
способ разгрузки усиливаемых фундаментов с указанием последователь¬
ности и величины разгрузки. При этом нельзя допускать перегрузки дру¬
гих конструкций здания или сооружения.
При производстве работ по усилению необходимо иметь в виду, что
условия передачи давлений на грунт изменяются при двухстороннем и од¬
ностороннем уширении подошвы фундаментов, увеличении глубины ее
заложения и пересадке фундаментов на сваи. Чаще всего происходит из¬
менение напряженного состояния грунтового основания в результате
углубления пола подвала или разработки котлована около фундамен¬
тов, что может привести к выпору грунта из основания в сторону умень¬
шения пригрузки.
Гидравлические натяжные устройства должны быть проверены до
начала работ на максимальное давление масла в системе. Маслонасос¬
ные станции нельзя располагать под напрягаемыми элементами и поэтому
длина шлангов должна бьггь достаточной и заранее проверенной. Работы
на высоте более 1 м следует выполнять с огражденных подмостей и лесов.
Наиболее вредны для здоровья человека работы по химическому
закреплению грунта. Поэтому следует применять малотоксичные инъек¬
ционные растворы. При производстве работ по закреплению и упрочне¬
нию грунтов должны соблюдаться общие правила по технике безопас¬
ности для работ на паровых, компрессорных, гидравлических и элект¬
рических установках, а также для строительных и горных работ.
197

При выполнении работ в закрытых и загазованных условиях обяза¬
тельно предусматривается принудительная вентиляция.
На месте производства работ необходимо оборудовать медицинский
пункт с набором медикаментов для оказания неотложной помощи при
отравлениях и других травмах.
Приведенные правила техники безопасности при усилении и реконст¬
рукции фундаментов не исчерпывают всех вопросов, которые могут воз¬
никнуть при выполнении этих работ. Поэтому все приемы безопасных
методов ведения работ должны детально прорабатываться в каждом конк¬
ретном случае при разработке проекта производства работ.
Список литературы
1. Зуриаджи В.А., Филатова М.П. Усиление оснований и фундаментов при реконст¬
рукции зданий. — М.: Стройиздат, 1970,92 с.
2. Методика обследования и проектирования оснований и фундаментов при капиталь¬
ном ремонте, реконструкции и надстройке зданий. — М.: Стройиздат, 1982. — 111 с.
3. Ройтман А.Г., Смоленская Н.Г. Ремонт и реконструкция жилых и общественных
зданий. - М.: Стройиздат, 1978.148 с.
4. Коновалов П.А. Основания и фундаменты реконструируемых зданий. - М.: Строй¬
издат, 1980.134 с.
5. Абелев М.Ю. Аварии фундаментов сооружений. Учеб. пособие. М.: 1975. 85 с.
6. Бойко М.Д. Диагностика повреждений и методы восстановления эксплуатацион¬
ных качеств зданий. - Л.: Стройиздат, 1975. 334 с.
7. Швец В.Б., Тарасов Б.Л., Швец Н.С. Надежность оснований и фундаментов. - М.:
Стройиздат, 1980.160 с.
8. Томас Х.,Мак Вейг. Строительные аварии./Пер. с англ. В.Д. Шапиро. - М.: Строй¬
издат, 1967. 148 с.
9. Чеботарев Т.П. Механика грунтов, основания и земляные сооружения: Пер. с англ./
Под ред. Н.Н. Маслова. - М.: Стройиздат, 1968. 616 с.
10. Кезди А.А. Руководство по механике грунтов. Применение механики грунтов
в практике строительеша/Пср. с нем. Н.Б. Экимян. — М.: Стройиздат, 1978. 239 с.
11. Грасник А., Хольцаифель В. Бездефектное строительство многоэтажных зданий.
Ч. 1. Обшестроительные работы./Пер. с нем. Ю.М. Веллера. - М.: Стройиздат, 1980.
256 с.
12. Основания и фувдаменты: (Краткий курс) /Н.А. Цытович, В.Г. Березанцев,
Б.Н. Далматов, М.Ю. Абелев. — М., Высш. шк., 1970.
13. Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фуидамейты. - М.: Стройиздат,
1981.320 с.
14. Феклии В.И., Шаламов В.К. О причинах снижения долговечности фундаментов
производственных зданий алюминиевой промышленности. - Пром. стр-во 1967, № 8,
с. 41-43.
15. Коррозия бетона в конструкциях криолитовых заводов /Л.Г. Шпынова, В.И. Фек¬
лин, В.Е. Тузяк и др. - Изв. высш., учеб. заведений. - Crp-во и архитектура, 1976,
№ 10, с. 83-88.
16. Корифельд И.А., Прнтула В.А. Защита железобетонных конструкций от коррозии,
вызываемой блуждающими токами. - М.: Стройиздат, 1964,75 с.
17. Ковалев Б.В. Дефекты проектирования транспортной галереи. - Пром. стр-во,
1971, №2, с. 32-33.
(8. Эксплуатация и ремонт зданий на лессовых просадочных грунтах/В.П. Ананьев,
Я.Д. Гильман, М.П. Филатова и др. - М.: Стройиздат, 1977.102 с.
19. СНиП Н-15-74. Основания зданий и сооружений. - М.: Стройиздат, 1975.64 с.
20. Абелев Ю.М., Абелев М.Ю. Основы проектирования и строительства на просадоч¬
ных макропористых грунтах. - 2-е изд. — М.: Стройиздат, 1968,431 с.
21. Крутов В.И. Основания и фундаменты на просадочных грунтах. — Киев: Буд1вель-
ник, 1982. 222 с.
22. Прохоркин С.Ф. Реконструкция промышленных предприятий. - М.: Стройиздат,
1981.128 с.
23. Инструкция по инженерным изысканиям для городского и поселкового строи¬
тельства. М.: Стройиздат, 1962.120 с.
24. СНиП 11-2-75. Геодезические работы в строительстве. М.: Стройиздат, 1976. 23 с.
25. Руководство по наблюдениям за деформациями оснований и фундаментов зданий
и сооружений/НИИОСП. - М.: Стройиздат. 1975.160 с.
198

26. Инструкция по нивелированию I, 11, III и 1У классов. - М.: Недра, 1974. 160 с.
27. Пискунов М.Е. Методика геодезических наблюдений за деформациями сооруже¬
ний. — М.: Недра, 1980. 248 с.
28. Указания по зондированию грунтов для строительства. СН 448-72. - М.: Стройиз-
дат, 1973. 31 с.
29. Трофименков Ю.Г., Воробков J1.H. Полевые методы исследования строитель¬
ных свойств грунтов. — М.: Стройиздат, 1981. 213 с.
30. Крутов В.И., Кулачкин Б.И. Полевой метод определения относительной просадоч-
ности лессовых грунтов статическим зондированием. - Основания, фундаменты и ме¬
ханика грунтов, 1984, № 3, с.29—32.
31. Руководство по проектированию оснований зданий и сооружений/НИИОСП 2-е
изд. - М.: Стройиздат, 1978. 375 с.
32. Совершенствование технологии работ нулевого цикла с использованием средств
механизации и автоматизации: Тезисы докп. и сообщ. Всесоюз. конф. НИИпромстрой,
Башк. прав. НТО стройиндустрии. — Уфа, 1981. 229 с.
33. Материалы Республиканского совещания по лабораторным исследованиям грун¬
тов при инженерно-строительных изысканиях (Госстрой РСФСР, РостглавН ИИстрой-
проект, ЦТИСИЗ, ЛенТИСИЗ). - М.: 1969.166 с.
34. Швец В.Б., Лушников В.В., Швец Н.С Определение строительных свойств грунтов:
Справ, пособие. - Киев: Буд1вельник, 1981.102 с.
35. Сорочан Ё.А., Дворкин Ю.И. О назначении давлений на основание при реконст¬
рукции сооружений. - Основания, фундаменты и механика грунтов. 1976, № 2, с.8-9.
36. Хамерик Ю.А. Защита зданий и сооружений от грунтовых вод. - Киев: Бувдвель-
ник, 1976,140 с.
37. Анпилов В.Е. Формирование и прогноз режима грунтовых вод на застраиваемых
территориях. - М.: Недра, 1976.183 с.
38. Руководство по проектированию стен сооружений и противофильтрационных
завес, устраиваемых способом ’’стена в грунте” /НИИОСП им. Н.М. Герсеванова. —
М.: Стройиздат, 1977.129 с.
39. Основания и фундаменты/Под общ. ред. М.И. Смородинова. 2-е изд. М.: Строй¬
издат, 1976. 290 с. (Справочник строителя).
40. СНиП 3.02.01-83. Основаниям фундаменты. - М.: Строийздат, 1983. 96 с.
41. Закрепление и уплотнение грунтов в строительстве: Материалы 8-го Всесоюз.
совещания/Центр. и Укр. правл. НТО Стройиндустрии, Госстрой СССР — Киев: Бу-
Д1вельник, 1974.416 с.
42. Закрепление и уплотнение грунтов в строительстве: Тез. докл. ка 9-ом Всесоюз.
науч.-тех. совещании/Госстрой СССР и др. - М.: Стройиздат, 1978. '
43. Соколович В.Е. Химическое закрепление грунтов. — М.: Стройиздат, 1980. 118 с.
44. Блескина Н.А., Федоров Б.С. Глубинное закрепление грунтов синтетическими
смолами. — М.: Стройиздат, 1980.147 с.
45. Жинкин Г.Н. Электрохимическое закрепление грунтов в строительстве. - Л.:
Стройиздат, 1966,194 с.
46. Ржаницын Б.А. Химия в борьбе с просадочностью грунтов. Основания, фунда¬
менты и механика грунтов, 1977, № 5, с. 17-18.
47. Мулнжов Э.И. Из опыта химического закрепления грунтов в ФРГ. - Основания,
фундаменты и механика грунтов. 1975, № 5, с.44-45.
48. Ганичев И.А. Устройство искусственных оснований и фундаментов. - М.: Строй¬
издат, 1981. 543 с.
49. Николаев В.М., ГорбаневВЛ. Уплотнение и закрепление грунтов в стесненных
условиях строительного производства. — М.: Стройиздат, 1968.153 с.
50. Юрданов А.П. Особенности глубинного обжига грунтов и перспективы его со¬
вершенствования. — Основания, фундаменты и механика грунтов. 1978, № 6. с.14—16.
51. Смородинов М.И., Ямандинов Р.Б. Из опыта устройства фундаментов и подзем¬
ных сооружений в Японии. - основания, фундаменты и механика грунтов. - 1980.
№ 3. с. 27-29.
52. Бобылев Л.М., Золотухина М.К., Светииский Е.В. Шведское оборудование для
глубинного уплотнения слабых глинистых грунтов. - Основания, фундаменты и ме¬
ханика грунтов, 1980. № 4. с. 27-29.
5 3. Воробьев М.С. Деформация здания насорной станции на заторфованных грунтах. —
В кн.: Основания и фундаменты в сложных инженерно-геологических условиях. Меж-
вуз. сб. научлр. /Каз. инж-стронг. ин-т. Казань, 1980, с. 56-59.
54. Хило Е.Р., Попович Б.С. Усиление железобетонных конструкций с изменением
расчетной схемы и напряженного состояния. - Львов. Вища школа. 1976.147 с.
55. Шкинев А.Н. Аварии на строительных объектах, их причйны и способы предупреж¬
дения. - М.: Стройиздат, 1976. 374 с.
199

56. Страбахин Н.И., Бортникова Н.И. Усиление фундаментов с обжатием основания. -
В кн.: Исследования по фундаментостроению, стройматериалам и организации строи¬
тельства /Урал, политехи, ин-т. Свердловск. 1973, сб. № 195, с.50—54.
57. СНиП 11-8-78. М.: Стройиздат, 1979. 24 с.
58. Руководство по расчету и проектированию зданий и сооружений на подрабатыва¬
емых территориях (Донец. ПромстройНИИпроекти др.)- М.: Стройиздат, 1977,143 с.
59. Дубяиский М., Винницкий Г. Защита здания при ступенчатых деформациях осно¬
вания. - Пром. стр-во и инж. сооружения, 1980, №4, с.25—27.
60. Милюков Д.А., Петраков А.А. Строительство и_ защита жилых и гражданских
зданий на подрабатываемых территориях. — Киев, Будавельник, 1981,104 с.
61. Гендель Э.М. Приостановка наклона и выпрямление здания в Сумгаите. - Осно¬
вания, фундаменты и механика грунтов, 1971, № 6, с. 26-28.
62. Волков Г. Вдавливание свай под существующие здания. - На стройках России,
1978, №5, с. 13-15.
63. Бураев М. Опыт усиления деформированных фундаментов и оснований промыш¬
ленных зданий. Реферативный сборник. Технология строительного производства.
Вып. № 2 (35). ЦБНТИ Минтяжстроя СССР: М., 1975, с. 8-9.
64. Джантимиров X., Егоров А., Кангели Н. С помощью буроинъекционных свай. -
Стр-во и архитектура Москвы, 1977, № 6, с. 28—29.
65. Банцур АЛ. Усиление основания фундамента опускным колодцем. - Пром. стр-во
и инж. сооружения, 1972, № 6, с. 16-17.
66. Ищук И.А., Романов М.К., Свиридов Ю.М. Разработка и возведение фундаментов
шахтного типа в условиях реконструкции металлургического цеха медеплавитель-
ного комбината. - В кн.: Науч.-техн. совещание ’’Внедрение рациональных конст¬
рукций фундаментов в строительстве”. Тез. докл./Свердл. обл. правл. НТО строй¬
индустрии и др. Свердловск, 1972, с. 86-90.
67. Смородинов М.И., Федоров Б.С. Устройство фундаментов и конструкций спосо¬
бом ’’стена в грунте”. - М.: Стройиздат, 1976.128 с.
68. Евграфов Г.К., Осипов В.О. Содержание и реконструкция мостов. - М.: Транс¬
порт, 1964. 217 с.
69. Попченко С.Н. Справочник по гидроизоляции сооружений. - Л.: Стройиздат,
1975. 232 с.
70. СНиП 11-28-73х. М.: Стройиздат, 1980. 46 с.
71. Городецкий В.К. Рекомендации по повышению долговечности строительных
конструкций травильных отделений. — В кн.: Износ и защита строительных конст¬
рукций промышленных зданий с агрессивной средой производства /ЦНИИПром-
зданий. М.: Стройиздат, 1969, вып. 3, с.12-34.
72. Балалаев Г.А., Медведев В.М., Мощанский Н.А. Зашита строительных конст¬
рукций от коррозии. - М.: Стройиздат, 1966.224 с.
73. Гельфман Г.Н. Защита строительных конструкций и сооружений химической
и нефтехимической промышленности. - Тр. НИИПромстрой, ч. 2, вып. 17, с.21— 26.
74. Седов М.Г., Дмитриев М.И. Совершенствовать стимулирование строителей при
реконструкции предприятий. — Пром. стр-во, 1979, № 3, с. 22—24.
75. Максимов Ю.А. Восстановление свайного фундамента колонны в действующем
цехе. - Пром. стр-во, 1966, № 11, с. 30-31.
76. Бер А.Е., Мильнер Х.Д., Окои ИЛ. Замена фундаментов колонн путем их выве¬
шивания. — Пром. стр-во, 1969, № 6. с.9—10.
77. Коваленко А.П. Предупреждение аварии здания. Пром. стр-во, 1967, № 1, с.42—43.
78. Канаш В.Е. Предохранение полых свай и свай-оболочек от разрушения при про¬
мораживании. - Основания, фундаменты и механика грунтов, 1978, № 5, с.14—16.
79. Цытович Н.А. Механика грунтов (Краткий курс) — 2-е изд. - М.: Высш. школа,
1973. 280 с.
80. Гордой А., Пильдес Л. Эффективный метод усиления свайных фундаментов. -
Стр-во и архитектура Москвы, 1976, № 9, с. 16-18.
81. Вершинин В Л., Панфилов П.Ф., Сотников С.Н. Стабилизация осадки основания
и выправление крена 16-этажного жилого дома на свайном фундаменте. - Осно¬
вания, фундаменты и механика грунтов, 1981, №4, с. 9-11.
82. Прогноз устойчивости Невьянской башни /Зарецкий Ю.К. Капустин В.К., Пуш¬
ников В.В. и др. — Основания и фундаменты и механика грунтов, 1981, № 6, с.19-22.
83. Клейн Г.К., Гавриченкова И.В. Устойчивость башенных сооружений с фунда¬
ментами мелкого заложения на нескальных основаниях. - Основания, фундаменты
и механика грунтов, 1968. № 6. с. 9—11.
84. Сорочан Е.А. Выправление крена дымовых труб путем организованной усадки
грунтов основания.- Основания, фундаменты и механика грунтов, 1979, №1,с.16-18.
85. Гендель Э.М. Восстановление и возведение сооружений способом подъема. — М.:
Госстройиздат, 1958. - 280 с.
200

86. Яворский В.Г. Монтаж строительных конструкций зданий. - 2-е изд., лерераб.
и доп. — Киев. БудШельник, 1981, 189 с.
87. Терцаги К. Теория механики грунтов. Пер. с нем./Под ред. Н.А. Цытовича. - М.:
Стройиздат, 1961. 507 с.
88. Байцур А.И., Молчанов Л.Г. Проектирование фундаментов под оборудование
промышленных предприятий. - Киев. БудШельник, 1977.169 с.
89. Инструкция по проектированию и строительству противооползневых и противо¬
обвальных защитных сооружений: СН 519-79. М.: Стройиздат, 1981. с.24.
90. Руководство по проектированию свайных фундаментов/НИИОСП им. Н.М. Гер-
севанова. - М.: Стройиздат, 1980. 151 с.
91. Маслов Н.Н. Механика грунтов в практике строительства: Оползни и борьба сни¬
ми: Учеб. пособие. - М.: Стройиздат, 1977. 320 с.
92. Гиизбург Л.К. Противооползневые удерживающие конструкции. - М.: Стройиздат,
1979. 80 с.
93. Гинзбург Л.К., Ищенко В.И. Расчет противооползневой рамной конструкции. —
Пром. стр-во и инж. сооружения, 1979. №1.с. 29—30.
94. Завриев К.С., Шпиро Г.С. Расчеты фундаментов мостовых опор глубокого зало¬
жения. - М.: Транспорт. 1970, 215 с.
95. Вильголенко А.М., Коваль В.Е., Гиизбург Л.К. Устройство в грунте сплошной
ограждающей стены. — Пром. стр-во и инж. сооружения, 1973, № 6. с.6—8.
96. Максимов Л.С., Шейнин И.С. Измерение вибраций сооружений: Справ, пособие. -
Л.: Стройиздат, 1974. 255 с.
97. Осоловский В.П., Венгеровский Д.П., Кранцфельд Я.Л. Эксплуатация фунда¬
ментов энергетического оборудования ТЭС. — М.: Энергия, 1980.167 с.
98. Швец Н.С., Сургучев В.Г., Рахлии Ю.Б. Колебания фундаментов мельничнсА обо¬
рудования на горнообогатительных комбинатах. — Тр. ии-та Науч.-исслед. и проект,
инд обогащения и механ. обработки полезных ископаемых Минчермета СССР. 1970.
вып. 17, с. 328-354.
99. СНиП 11-19-79. Фундаменты машин с динамическими нагрузками. Нормы проек¬
тирования. - М.: Стройиздат, 1980.41 с.
100. Киричек Ю.А., Захваткин М.П., Беркутов B.C. Изучение вибрационного состоя¬
ния фундаментов дымососов рециркуляции газов энергоблоков 800 МВт. - Энерге¬
тик, 1982, № 5, с.11—12.
101. Руководство по проектированию фундаментов машин с динамическими нагруз¬
ками. - М.: Стройиздат, 1982..
102. Баркан Д.Д. Динамика оснований и фундаментов. - М.: Стройвоенмориздат,
1948,411 с.
103. Савинов О.А. Современные конструкции фундаментов под машины и их ' рас¬
чет. — Л.: Стройиздат, 1979. 200 с.
104. Красников Н.Д. Динамические свойства грунтов и методы их определения. Л.:
Стройиздат, 1970. 239 с.
105. Экспериментальные исследования динамических свойств грунтового основания
с помощью инвентарного виброштампа (Пятецкий В.М., Александров Б.К., Сави¬
нов О.А., Захаров С.Т. - Основания, фундаменты и механика грунтов. 1980. № 3,
с. 20-22.
106. Современные конструкции фундаментов под машины и их расчет. — М.-Л.:
Стройиздат, 1964. 285 с.
107. Гольдштейн М.Н., Хаии В.Я., Боголюбчик В.С. Экспериментальные исследова¬
ния виброползучести песчаного основания. Основания, фундаменты и механика грун¬
тов, 1974, №1, с. 33-35.
108. Санииков А.А. Пути снижения колебаний лесопильного оборудования. - М.:
Лесн. пром-сть. 1980.159 с.
109. Часов Э.И. Усиление фундаментов под машины. — Основания, фундаменты и ме¬
ханика грунтов. 1978. № 2. с. 9-11.
110. Забылин М.И., Игольников В.В. Новый метод укрепления фундаментов под
крупные компрессоры. - Основания, фундаменты и механика грунтов. 1977, № 1.
с. 10—12.
111. Забылин М.И. Повреждение фундамента под 10-тонный штамповочный молот. —
Основания, фундаменты и механика грунтов, 1972, № 5, с. 31—33.
112. Устройство фундаментов под машины с динамическими нагрузками. - Л.:
ЛДНТП, 1980. 82 с.
113. Исследование влияния присоединенных плит на вертикальные колебания фунда¬
мента / Швец Н.С., Аграновский Г.Г., Седин В.Л., Андрианов И.В. - Изв. вузов. Стр-во
н архитектура, 1980. № 6. с. 14—17.
114. Динамика оснований, фундаментов и подземных сооружений: Материалы 5-й
201

Всесоюз. конф., Ташкент, 1981/Госстрой СССР, АН УзбССР, НИИОСП. - М.: 1981,
368 с.
115. Швец Н.С., Левченко Г.Н. О снижении вибраций фундаментов кузнечных моло¬
тов..— Изв. вузов. Стр-во и архитектура, 1981, № 8. с. 28—30.
116. Алексеев Б.Г., Швец Н.С., Аграновский Г.Г. и др. Исследование совместных
колебаний фундаментов, заглубляемых в грунт. - Изв. вузов. Стр-во и архитекту¬
ра, 1979. № 1, с. 31-34.
117. Седов М.Г., Дмитриев М.И. Совершенствовать стимулирование строителей при
реконструкции предприятий. — Пром. стр-во, 1979, № 3. с. 22-24.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие	 3
Глава 1. Оценка необходимости переустройства фундаментов	 4
1.1. Причины, вызывающие необходимость переустройства фундаментов ..	4
1.2. Виды разрушения фундаментов в процессе эксплуатации	 8
1.3. Деформации фундаментов при изменении свойств основания	 11
1.4. Нарушение устойчивости зданий и сооружений на склонах	 16
1.5. Отацая классификация отказов фундаментов	 19
Глава 2. Натурные обследования фундаментов и их оснований	 22
2.1. Особгнности обследования	 22
2.2. Наблюдения за осадками оснований и деформациями зданий и соо¬
ружений 	 25
2.3. Дополнительные инженерно-геологические изыскания	 33
. 2.4. Методы оценки состояния фундаментов	 42
2.5. Оценка основания в условиях действия длительной нагрузки	 44
Глава 3. Укрепление и усиление оснований	 46
3.1. Осушение и дренаж оснований	 46
3.2. Закрепление грунтов оснований	 54
3.3. Повышение прочности основания	 60
Глава 4. Усиление и реконструкция фундаментов мелкого заложения	 62
4.1. Классификация методов усиления	 62
4.2. Ремонт фундаментов, усиление их обоймами и подведением конст¬
руктивных элементов	 64
4.3. Усиление фундаментов в особых условиях	 77
4.4. Усиление фундаментов вдавливаемыми сваями	 82
4.5. Усиление фундаментов буронабивными сваями	 86
4.6. Применение корневидных свай, опускных колодцев и фундаментов,
возводимых способом ’’стена в грунте”	 91
4.7. Усиление гидроизоляции и защита фундаментов в агрессивных средах 97
4.8. Особенности технологии производства работ	 102
Глава 5. Усиление свайных фундаментов .'.	 109
5.1. Методы усиления ростверков	 J09
5.2. Усиления стволов свай	.'	 113
5.3. Усиление кустов свай	 115
Глава 6. Усиление фундаментов башенных сооружений, технологического обо¬
рудования и подпорных стен 	 126
6.1. Оценка устойчивости против опрокидывания башенных сооружений ..	126
6.2. Усиление фундаментов сооружений башенного типа	 130
6.3. Усиление фундаментов технологического оборудования	 136
6.4. Усиление подпорных стен	 1**1
202

Глава 7. Повышение устойчивости сооружений, расположенных mt гнщшех ...	144
7.1. Проектирование и устройство контрбанкстои 	144
7.2. Укрепление склонов с помощью контрфорсов  	 14И
7.3. Применение удерживающих конструкций	  151
7.4. Применение метода’’стенав грунте”	     154
Глава 8. Усиление фундаментов под машины с динамическими нагрузками . ...	163
8.1. Особенности обследования фундаментов и оснований прн динами¬
ческих нагрузках .  	163
8.2. Увеличение массы и жесткости фундаментов при их усилении	 168
8.3. Регулирование параметров колебаний при реконструкции фундамен¬
тов под машины	   182
Глава 9. Технико-экономическая оценка способов усиления фундаментов и тех¬
ника безопасности выполняемых работ 	 193
9.1. Выбор способов усиления	 193
9.2. Критерии оценки выбранных способов	 194
9.3. Общие правила охраны труда	’. .	196
Список литературы	 198

Виктор Борисович Швец
Валентин Иванович Феклин
Леонид Константинович Гинзбург
УСИЛЕНИЕ И РЕКОНСТРУКЦИЯ ФУНДАМЕНТОВ
Редакция литературы по инженерному оборудованию
Зав. редакцией И.В. Соболева
Редактор С.И. Погудина
Младший редактор П. И. Романова
Внешнее оформление художника АЛ. Олендского
Технический редактор ИМ. Аксенова
Корректор Е.Р. Герасимюк
Оператор Е.В. Кожухова
ИБ N" 3106
Подписано в печать 11.05.85.	Т—10925. Формат 60x90/16.
Бумага офсетная № 1. Печать офсетная. Набор машинописный. Печ.л.
12,75. Уел. кр.-отт. 13,0. Уч.-изд.л. 17,01. Тираж 6331. Изд. № АУ1—9653.
Зак. № 2 91	Цена	90	коп.
Стройиздат, 101442, Москва, Каляевская , 23а
Тульская типография Союзполиграфпрома при Государственном комите¬
те СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли,
г. Тула, пр. Ленина, 109