СПОСОБ ВЫПРАВЛЕНИЯ КРЕНА ЗДАНИЯ, ВОЗВЕДЕННОГО НА СВАЙНОМ ФУНДАМЕНТЕ
METHOD FOR STRAIGHTENING OF SLANT IN BUILDING ERECTED ON PILE FOUNDATION

Изобретение относится к области строительства, а именно к усилению свайных фундаментов зданий, получивших крен.
Известен способ выправления крена здания, возведенного на лессовом грунте [1], заключающийся в том, что у фундаментов, расположенных с противоположной стороны направлению крена здания, отрывают траншеи, в которые непрерывно подают воду. В результате замачивания лессовой грунт дает местную просадку, что вызывает выправление крена здания.
Недостаток известного способа состоит в том, что он имеет ограниченную область применения (только для лессовых грунтов).
Известен способ выправления крена здания [2], заключающийся в том, что снаружи здания у фундаментов, расположенных с противоположной стороны направлению крена здания, отрывают траншеи. Из траншеи ниже подошвы фундаментов бурят горизонтальные скважины, которые вызывают ослабление грунтового основания и приводят к местной осадке здания и выправлению крена.
Недостатком указанного способа является то, что он мало эффективен для зданий, возводимых на свайных фундаментах.
Известен способ усиления фундамента при деформации основания [3], включающий создание дополнительных опор и соединение их с существующим фундаментом. При неравномерных деформациях основания с образованием крена фундамента дополнительные опоры, размещенные со стороны крена, и остальные дополнительные опоры соединяют с существующим фундаментом соответственно до и после ликвидации крена.
Ликвидацию крена осуществляют путем удаления грунта из-под существующего фундамента со стороны, противоположной крену.
Недостаток описанного способа заключается в том, что он мало эффективен для зданий, возводимых на свайных фундаментах и не позволяет регулировать крен здания в процессе его эксплуатации.
Известен способ управления креном и осадкой массивного сооружения [4], включающий выполнение в массивной плите фундамента сооружения сквозных сопел, установку гидродомкратов двойного действия, которые за один цикл вдавливают сыпучий материал в основание под фундаментом на ход поршня домкрата, а затем возвращаются в исходное положение, причем циклы процесса продолжаются до тех пор, пока несущая способность основания не превысит вертикальное сжимающее усилие, создаваемое массой всего сооружения, и фундамент сооружения не начнет выдавливаться вверх из грунта.
В массивной плите фундамента сооружения выполняют сквозные расширяющиеся книзу сопла, центральные и боковые, размещенные симметрично от центрального, вкладывают в каждое сопло стальное анкерное кольцо, состоящее из двух полуколец, соединяют их в единое анкерное кольцо, устанавливают над соплом домкратную балку и соединяют ее с анкерным кольцом анкерными болтами. Гидродомкраты двойного действия размещают между фундаментной балкой и каждым соплом и соединяют их поршни с домкратной балкой, обратным ходом подтягивают гидродомкрат к домкратной балке, заполняют сопло сыпучим материалом до опорной плиты гидродомкрата, группой гидродомкратов двойного действия, находящихся в зоне максимальной осадки плиты массивного сооружения, упрочняют грунтовое основание, постепенно уменьшают крен массивного сооружения, действуя синхронно группой гидродомкратов, по мере уменьшения крена сооружения подключают следующие дополнительные группы гидродомкратов двойного действия, увеличивая зону упрочнения грунтового основания под подошвой плиты по площади и циклы продолжаются до полной ликвидации крена массивного сооружения и до включения в работу всех гидродомкратов по всей площади подошвы плиты.
Недостаток описанного способа заключается в том, что он мало эффективен для массивных сооружений, возводимых на сваях большой несущей способности, и очень трудоемок при регулировании крена сооружения в процессе эксплуатации при длительно развивающихся осадках глинистых оснований.
Известен способ выравнивания крена сооружений [5], включающий бурение скважин, удаление и замачивание грунта под подошвой фундамента.
Бурение скважин осуществляют вертикально в фундаментной плите выравниваемого сооружения, погружают в них коаксиальные инъекторы, по внутренней полости которых подают воду под напором, а грунт в виде пульпы удаляют по внешней полости инъекторов, при этом задают последовательность разработки грунта под подошвой плиты с учетом условий работы сооружения, обеспечивая тенденцию прогиба в обоих направлениях - в продольном и поперечном, а именно на начальном этапе грунт удаляют в объеме 0,3-0,8 необходимого для выравнивания сооружения.
Затем последовательно объем грунта в зависимости от данных непрерывного контроля осадки сооружения, а после ликвидации крена положение сооружения фиксируют путем подачи через скважины под подошву фундамента твердеющего раствора под давлением.
Перед началом работ определяют характеристики грунта, проводят оценку его напряженно-деформированного состояния и на основании полученных данных составляют схему расположения скважин.
В процессе проведения работ и после их окончания осуществляют непрерывный контроль осадки здания с помощью геодезических приборов.
Недостаток указанного способа заключается в том, что он не применим при устройстве сооружений на свайном фундаменте.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является способ [6], заключающийся в том, что под ростверком наружной стены здания, расположенной в направлении, противоположной крену, срубается верхняя часть у определенного количества свай. У наружной стены, расположенной в направлении крена, снаружи здания специальной установкой вдавливают новые сваи. По головам новых свай устраивают железобетонную раму, которую подводят под подошву существующего ростверка. В результате этих работ создается момент удерживающих сил, приводящий к выправлению крена здания. После выправления крена здания срубленные головы свай обетонируются и соединяются с ростверком.
Указанное техническое решение имеет следующие недостатки:
- для вдавливания свай необходимо использовать тяжелую дорогостоющую установку;
- железобетонная рама, устраиваемая по головам свай, имеет консольную часть, которая воспринимает значительную нагрузку от здания и поэтому должна обладать развитым сечением;
- от рамы на сваи передается значительный момент, часть свай работает на сжатие, часть на выдергивание, что неэффективно;
- при дальнейшей эксплуатации здания невозможно регулирование крена.
Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение трудоемкости и повышение надежности при выправлении крена здания путем использования существующих плитных ростверков и изменения несущей способности новых свай, а также обеспечение регулирования крена при дальнейшей эксплуатации здания.
Поставленная задача решается с помощью предлагаемого способа выправления крена здания, возведенного на свайном фундаменте, который, как и прототип, заключается в том, что в ростверке продольной наружной стены здания, расположенной в направлении крена, устраивают новые сваи, а в ростверке продольной наружной стены здания, расположенной со стороны, обратной крену, «выключают» из работы сваи.
d
В отличие от прототипа в предлагаемом способе в процессе выправления крена изнутри подвала здания в отверстия, прорезанные в плите ростверка, вдавливающим устройством погружают новые сваи, образованные по их длине отдельными секциями, при этом голову сваи закрепляют в плите ростверка с помощью металлической траверсы и анкеров, заделанных на высокопрочном клее в отверстиях ростверка, затем у ряда свай, расположенных со стороны здания, противоположной крену, отрывают котлован, обеспечивающий доступ к оголовкам свай, которые срезают на величину Δ=ib, где i - крен здания, b - ширина здания в направлении крена, при этом оголовки срезаемых свай предварительно усиливают металлическими бандажами с уплотнителями, образованными высокопрочными полимерными составами, а регулирование несущей способности F новых свай в процессе выправления крена и эксплуатации здания осуществляют с помощью вдавливающего устройства, используя траверсу, которую устанавливают на голову сваи, и с помощью траверсы домкратом вдавливают сваю до необходимого усилия, после чего траверсу фиксируют гайками на анкерах до выправления и стабилизации крена здания, вдавливающее устройство демонтируют, а после выправления крена здания срубленные сваи «включают» в работу с помощью обетонирования.
Сущность предлагаемого способа заключается в том, что выправление крена здания, возведенного на свайном фундаменте, осуществляют, используя плитный ростверк, что сокращает затраты на возведение дополнительного фундамента.
Погружение новых свай осуществляется на существующем фундаменте с большим усилием легким вдавливающим устройством.
При длительно развивающихся осадках глинистых оснований сооружений в процессе их эксплуатации несущую способность новых свай регулируют с помощью вдавливающего устройства, используя траверсу, которая позволяет ослаблять или увеличивать несущую способность сваи.
Предлагаемый способ выправления крена здания, возведенного на свайном фундаменте поясняется чертежом, где на фиг.1 показан вид на торец здания, на фиг.2 - разрез по А-А, на фиг.3 изображено вдавливающее устройство.
Способ выправления крена здания, возведенного на свайном фундаменте, осуществляют следующим образом.
Центр тяжести «С» здания 1, установленного на плитном ростверке 2, в результате крена здания переместился на величину эксцентриситета «е» в сторону ряда свай 3 с меньшей общей несущей способностью, чем ряд свай 4.
опр
I
I
На основании расчетов по современным программам выясняют причину крена здания и определяют опрокидывающий момент, связанный с креном здания, М=eN, где е - отклонение от вертикали центра тяжести здания, N - общая вертикальная нагрузка на сваи от здания I-ой группы предельных состояний.
Для выправления крена здания проводятся следующие операции.
В ростверке 2 у продольной наружной стены здания, расположенной в направлении крена, первоначально устраивают новые сваи 5, а затем в ростверке 2 продольной наружной стены здания 1, расположенной со стороны, обратной крену, «выключают» из работы часть существующих свай 4, количество которых и их местоположение определяют расчетами.
Причем количество вновь устраиваемых свай 5 должно превышать количество «выключаемых» из работы свай 4.
Изнутри подвала в отверстия, прорезанные в плите ростверка 2, вдавливающим устройством погружают новые сваи 5, образованные по их длине отдельными секциями.
Погружение новых свай 5 производят с помощью вдавливающего устройства, состоящего из гидравлического домкрата 6, рамы 7, включающей шесть стоек 8, соединяемых на резьбе муфтами 9 с анкерами 10, закрепленными на высокопрочном клее в отверстиях ростверка 2. На голову новой сваи 5 монтируют траверсу 11, на которую устанавливают гидравлический домкрат 6, соединенный с маслонасосной станцией 12, снабженной измерителем гидравлического давления (образцовым манометром) 13. По манометру 13 определяют усилие вдавливания новой сваи 5 домкратом 6.
У ряда свай 4, расположенных в плите ростверка 2 с наружной стороны здания 1, противоположной крену, отрывают котлован 14, обеспечивающий доступ к оголовкам свай 4, после чего, в строгом соответствии с выполненным расчетом и определенным порядком, срезают оголовки свай 4 на величину Δ=ib, где i - крен здания, b - ширина здания в направлении крена, при этом оголовки срезаемых свай 4 предварительно усиливают металлическими бандажами 15 с уплотнителями, образованными высокопрочными полимерными составами.
уд
опр
уд
Количество новых свай 5 и «выключаемых» из работы свай на основании расчетов принимают таким, чтобы обеспечить смещение центра тяжести свайного поля на величину у=ηе, где η=М/М - коэффициент запаса, обеспечивающий выправление крена здания при создании удерживающего момента М за счет смещения центра тяжести свайного поля. Количество новых свай 5 должно превышать количество срубаемых существующих свай 4 настолько, чтобы после восстановления срубленных свай 4 (соединения их с ростверком 2), центр тяжести свайного поля совпадал с равнодействующей всех нагрузок от здания 1 в уровне голов свай.
уд
За счет изменения центра тяжести свайного поля «у» создается момент удерживающих сил М, который приводит к выправлению крена i здания 1 и повороту ростверка 2 в месте срезанных свай 4 на величину Δ=ib.
уд
d
По результатам геодезических наблюдений за креном здания в процессе его эксплуатации корректируются коэффициент запаса η, удерживающий М, и несущая способность F новых свай 5, устроенных в ростверках 2.
d
Регулирование (увеличение, снижение) несущей способности F новых свай 5 в процессе эксплуатации здания осуществляют с помощью вдавливающего устройства, которым производят вдавливание свай 5. При этом используют траверсу 11, которую устанавливают на голову новой сваи 5. С помощью траверсы 11 домкратом 6 вдавливают новую сваю 5 до необходимого усилия, контролируемого манометром 13. Затем затягивают гайки, фиксируют траверсу 11 на анкерах 10 до выправления и стабилизации крена здания, а вдавливающее устройство демонтируют.
После выправления крена срубленные сваи 4 «включают» в работу с помощью обетонирования.
В процессе эксплуатации здания по результатам геодезического мониторинга изменяют усилие в новых сваях 5 и регулируют крен.
Предлагаемый способ выправления крена здания, возведенного на свайном фундаменте, в отличие от ранее известных способов обладает малой трудоемкостью и небольшими энергозатратами при обеспечении высокой надежности.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. В.Н.Голубков, Ю.Ф.Тугаенко, статья «Выправление крена девятиэтажного жилого дома», журнал «Основания фундаментов и механика грунтов», №4, 1981 г., с.8-9.
2. B.C.Шокарев, И.В.Степура, А.В.Павлов, Р.В.Самченко, статья «Опыт устранения кренов комплекса», 14-этажных зданий в условиях городской застройки Запорожья», Труды международной конференции по геотехнике, посвященной 300-летию Санкт-Петербурга «Реконструкция исторических городов и геотехническое строительство», Издательство АСВ, СПб. - М., 2003, с.259-263.
3. Российская Федерация, патент на изобретение №2044833, МПК: 6 E02D 27/08, 35/00, 1995 г.
4. Российская Федерация, патент на изобретение №2211288, МПК: 7 Е02D 35/00, 37/00, 2003 г.
5. Российская Федерация, патент на изобретение №2275474, МПК: 6 Е02D 35/00, 2006 г.
6. В.П.Вершинин, П.Ф.Панфилов, С.Н.Сотников, статья «Стабилизация осадки основания и выправление крена 16-этажного жилого дома на свайном фундаменте», журнал «Основания фундаментов и механика грунтов», №4, 1981 г., с.9-11 - прототип.