Актуальное

Как выбрать технологию усиления фундамента и грунта при реконструкции зданий

При реконструкции зданий важно провести тщательное обследование объекта – несущую способность грунта, состояние фундамента – и только после взвешенного обоснования выбрать технологию. При этом универсального и оптимального метода усиления фундамента или грунта не существует.

Санкт-Петербург, расположенный на островах, нуждается в укреплении фундаментов
Санкт-Петербург, расположенный на островах, нуждается в укреплении фундаментов
(Чтобы увеличить, кликните на фото)

Если фундамент правильно спроектирован, то здание может благополучно служить столетия. Хотя рано или поздно необходимость его ремонта и усиления все же возникает.

Санкт-Петербург, расположенный на островах, на слабых грунтах, с высоким уровнем грунтовых вод и частыми наводнениями, в результате которых происходят процессы разуплотнения оснований, нуждается в укреплении фундаментов как никакой другой мегаполис мира.

«В основном в центральной части города грунтовое напластование представляет собой почвенный слой 4–6 метров, состоящий ближе к поверхности из среднезернистых, мелкозернистых и пылеватых обводненных песков. Далее 10–14 метров – текучепластичные суглинки с очень плохими физико-механическими характеристиками. Затем 18–20 метров – плотные суглинки и глины», – поясняет директор по научной работе ООО «НПСФ «Спецстройсервис» Владимир МИШАКОВ.

По его словам, такое напластование грунтов чаще всего является причиной ослабления оснований. В частности, суффозионные процессы (вынос мелких песчаных частиц грунта) происходят в результате наводнений, техногенных аварий и неправильного ведения работ при строительстве новых котлованов рядом с историческими зданиями. Или, например, проблемы разуплотнения текучепластичных грунтов, происходящие вследствие ведения работ с повышенным уровнем вибрационного воздействия (при погружении шпунта и свай у существующих зданий), а также нарушение технологии устройства буронабивных свай (перебор грунта из полости сваи).

Схема усиления грунтов
Усиление грунтов основания фундамента методом инъектирования цементного раствора
(Чтобы увеличить, кликните на фото)

«Прежде чем выбирать технологию, следует определиться с терминами, – говорит генеральный директор института ПИ «Геореконструкция» Алексей ШАШКИН. – Что такое эффективная технология усиления фундаментов? Я бы дал такое определение: эффективной является такая технология усиления фундаментов, которая, во-первых, оправдывает свое назначение – надежно передавать нагрузку от здания на малосжимаемые грунты основания – и, во-вторых, не приводит к технологическим осадкам в процессе производства работ».

Наиболее пригодна, на его взгляд, технология, в которой выемка грунта отсутствует, проходка ведется теряемой металлической трубой с крестообразным острием, под защитой бентонитового раствора. По достижении проектной отметки внутрь трубы подают цементный раствор, который выносит шлам грунта и образует защитный слой снаружи металлической трубы. Такая свая обладает высокой несущей способностью, в том числе изгибной жесткостью, и не провоцирует технологических осадок. Именно данная технология применялась для усиления фундаментов подпорных сооружений Константиновского дворца и Новой Голландии. Опыт свидетельствует, что максимальные смещения при этом не превысили 2 мм (причем это были деформации подъема).

К эффективным способам укрепления грунтов Алексей Шашкин относит только один – это струйная технология, или Jet Grouting. Острая струя цементного раствора под давлением 300 атмосфер режет грунт, превращает его в пульпу и позволяет заместить грунт конструкционным материалом, который по своим механическим свойствам в 100 раз лучше грунта, но во столько же раз хуже бетона.

«Все прочие инъекционные технологии, работающие в режиме «пропитки» под давлением от двух до пяти атмосфер, эффективны только в грунтах с высокой проницаемостью – в крупных песках и гравии, то есть там, где обычно закрепления не требуется, – поясняет он. – Популярная технология нагнетания («манжетная» технология), использующая эффект гидроразрыва пласта и давление порядка 60 атмосфер, на мой взгляд, является трудноуправляемой и весьма сомнительной по полезному результату. Кстати, это старая советская технология, применяя которую США стали нефтяной державой».

Универсальных технологий нет

В отличие от предыдущего спикера исполнительный директор НПП «Спецгид­роизоляция «Монолит» Андрей САВИЧ считает, что универсальной и оптимальной технологии не существует. В каждом случае необходим индивидуальный подход. «Где-то достаточно заполнить пустоты в основании фундамента нагнетанием цементного или известкового раствора, – говорит он, – где-то требуется химическое закрепление грунтов полимерными составами с высокой проникающей способностью, а в некоторых случаях не обойтись без свайного усиления. Главное – выбирать технологию в соответствии с решаемой задачей, ведь необдуманно внося изменения в систему «фундамент – грунт», можно и нанести вред, спровоцировав неравномерные осадки сооружения».

Набережная
Последние десятилетия в Петербурге в силу большого количества воды применяются как минимум три методики укрепления грунтов
(Чтобы увеличить, кликните на фото)

В свою очередь, Владимир Мишаков рассматривает проблему широко и подробно. «Последние 20–25 лет в Санкт-Петербурге для усиления оснований применяется несколько методик, – поясняет он. – Прежде всего, это усиление подстилающих грунтов (в основном песчаных) методом нагнетания под подошву фундаментов чистого цементного раствора. При этом заполняются все суффозионные полости, уплотняется контактный слой грунта с восстановлением его строительных свойств. Еще один способ – «манжетная» технология с нагнетанием цементного раствора в более глубинные слои грунта (как песчаного, так и суглинистого). Наконец, используется высоконапорное струйное инъектирование под давлением 400–600 атмосфер с вращением».

По его мнению, к выбору метода усиления необходимо подходить очень ответственно, с обязательным проведением опытных работ и сравнительного динамического или статического зондирования грунтов до и после закрепления. Наиболее апробированным, экономически целесообразным и вполне достаточным для прекращения осадок исторических зданий является первый метод, но только в том случае, если реконструкция здания ведется без дополнительной надстройки. Два других, безусловно, имеют право на жизнь, но второй более затратный, а третий – инъектирование через форсунки с большим давлением – может быть и вовсе опасным, если есть хотя бы малейшая возможность размыва грунта: здание может получить дополнительную осадку.

Сваи при надстройке

По мнению Владимира Мишакова, если здание предполагается надстраивать, то целесообразно использовать дополнительно буронабивные и буроинъекционные сваи (например, типа «Титан»), опирающиеся на глубокие плотные слои грунта.

Нижеперечисленные технологии ученый предлагает применять, если в теле фундамента отсутствуют связующие между фрагментами фундамента, а также если в наличии вывалы фрагментов фундаментов, каверны.

Главное – выбирать технологию в соответствии с решаемой задачей, ведь необдуманно внося изменения в систему «фундамент – грунт», можно нанести вред

По его мнению, в этом случае желательно устройство бетонной рубашки с одной или двух сторон фундаментов, нагнетание укреп­ляющего раствора в тело фундамента (через трубки, установленные в тело при устройстве обоймы, или через инъекторы, установленные с бурением в тело фундамента). При такой ситуации также возможно применить метод бурения наклонных шпуров (в шахматном порядке) вдоль фундамента с заливкой или нагнетанием под малым давлением гидроизолирующих специальных растворов при отсутствии отсечной гидроизоляции несущих стен.

Владимир Мишаков также рекомендует при необходимости надстройки исторических зданий проводить испытания грунтов на объекте методом статического зондирования. Это позволит правильно запроектировать усиление грунтов основания и фундаментов, а иногда и вовсе от него отказаться, что крайне важно для исторических зданий.

В свою очередь, Андрей Савич обращает внимание на современные способы химического закрепления грунтов основания. По его мнению, этот способ является более щадящим и позволяет достичь требуемых характеристик фундаментов дешевле, чем при свайном усилении, сводя к минимуму технологические осадки, присущие работам по устройству свай.

Усиление валунного фундамента
Усиление валунного фундамента в г. Выборг с помощью бетонной рубашки с последующей инъекцией цементного раствора в кладку
(Чтобы увеличить, кликните на фото)

«А главное, – уточнил он, – оборудование, используемое при химическом закреплении грунтов, более компактно и позволяет вести работы в условиях высокой стесненности, тогда как размеры буровых установок зачастую вызывают необходимость частичного демонтажа перекрытий и других конструктивных элементов здания. Хотя нельзя отрицать, что при определенных геологических условиях без свайного усиления обойтись не удастся. Каждый объект индивидуален, как и выбор оптимальных для него технологий работ». В качестве позитивных примеров усиления фундаментов при реконструкции зданий он отметил дом компании «Зингер» («Дом книги»), кинотеатр «Паризиана», гостиницу «Октябрьская».

Обследования обязательны

Как считает главный специалист отдела инженерной геологии ОАО «Трест ГРИИ» Евгений БОГДАНОВ, принятию решения об усилении фундаментов должно предшествовать взвешенное обоснование необходимости проведения этой операции. По его словам, сначала важно обследовать состояние конструкций и фундамента здания, произвести сбор нагрузок, определить давление на грунт основания. Далее изучить физико-механические свойства грунтов по образцам, взятым при обследовании фундамента, архивным материалам и вновь проведенным изысканиям. Сопоставив данные давления от веса сооружения с несущей способностью грунта, можно делать выводы о причине неблаго­получного состояния здания. И только после этого следует принимать решение, требуется ли усиление фундамента, и выбирать метод, соизмеримый по технологии и затратам с выявленным состоянием конструкций и основания здания.

«Поэтому говорить о возможных методах воздействия на фундаменты и грунты безотносительно вероятного сочетания фундамент – грунт недопустимо, – убежден Евгений Богданов. – Без рассмотрения грунтов и оценки их несущей способности дискуссия из практической плоскости опускается до теоретического уровня и становится отвлеченной».

Говорить о возможных методах воздействия на фундаменты и грунты безотносительно вероятного сочетания фундамент – грунт недопустимо

По мнению Евгения Богданова, достоверности решений по усилению фундаментов сегодня препятствует ненадежное, если не утверждать, сомнительное определение механических свойств грунтов, как глинистых, так и песчаных. Механические свойства грунтов должны определяться для грунтов естественного сложения, что исключается современными нормами, но без чего расчеты фундаментов реконструируемых и проектируемых зданий не могут быть верными.

Андрей Савич также считает, что, прежде чем приступать к работам, необходимо провести обязательное инженерное обследование объекта, расчет фундаментов, характеристик грунтов основания и сделать экономический анализ выбранных способов решения задачи.

«Важна квалификация инженеров, которые занимаются разработкой технического решения, – говорит он. – Никогда экономическая составляющая не должна иметь приоритет над технической надежностью выбранной технологии, поскольку от этого зависит безопасность будущей эксплуатации объекта и человеческие жизни». И в этой части, по его мнению, проведение моделирования (цифрового или физического) позволит избежать нежелательных последствий.

Никогда экономическая составляющая не должна иметь приоритет над технической надежностью выбранной технологии, поскольку от этого зависит безопасность будущей эксплуатации объекта

«Любая геотехнология, в том числе усиления фундаментов и укрепления основания, имеет свои границы применения, – добавляет Алексей Шашкин. – Например, критикуя «щебеночные сваи» как бесполезные для решения вопросов устойчивости дорожных насыпей на слабых грунтах, нельзя не признать их эффективность для повышения жесткости основания сооружений значительной площади – например, аэродромов».

Технологии компенсационного нагнетания и «манжетная» будут эффективными в том случае, если зона инъектирования искусственно ограничивается неподвижными стенками и нагнетание раствора приводит к управляемому процессу подъема осевшей части здания. Сваи с центральным армированием будут работать, если они выполняются вертикально.

Новая Голландия
Физическое или цифровое моделирование при укреплении грунтов позволяет избежать нежелательных последствий
(Чтобы увеличить, кликните на фото)

Иными словами, любое лекарство имеет свои показания и противопоказания. Назначать его должен независимый специалист-геотехник, не обремененный заботой пристроить свое буровое оборудование, считает Алексей Шашкин.

Цель любого нормального подрядчика – продать то, что у него есть, и при этом потратить максимум средств инвестора. Поэтому консультироваться по геотехническим вопросам с подрядчиком – все равно что лечиться в аптеке: можно не сомневаться, вам продадут самые дорогие лекарства. Правильнее сначала поставить диагноз, выявить проблему и только потом назначить
лечение.

Призывает застройщиков и генподрядчиков пользоваться услугами проверенных специализированных организаций и Владимир Мишаков. По его мнению, появление на строительном рынке негосударственной экспертизы многочисленных контор проектирования, отсутствие грамотного геотехнического контроля за ведением работ ведут к значительному снижению качества строительства и созданию аварийных ситуаций.

«Поэтому для исключения дополнительных вредных воздействий на основание в первую очередь необходимо соблюдать существующие нормативные документы в части проектирования новых фундаментов и технологии ведения работ при их возведении», – заключает он.

Лилиана Глазова

В печатной версии название материала – “Показания к усилению” (журнал “Строительство и городское хозяйство”, № 160, сентябрь, 2015 г.)

Исследование микрорайона

Новости партнеров

Загрузка...

Смотрите также

X