Анализ исследований по усилению фундаментов и оснований в России за последнее десятилетие

Вестник ПНИПУ. Строительство и архитектура. № 2. 2013

УДК 624.154:624.131.252

С.И. Фролова, С.И. Вахрушев

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО УСИЛЕНИЮ ФУНДАМЕНТОВ И ОСНОВАНИЙ В РОССИИ ЗА ПОСЛЕДНЕЕ ДЕСЯТИЛЕТИЕ

Выполнен анализ исследований, проведенных в области усиления и реконструкции фундаментов. Рассмотрены основные направления и подходы к изучению вопроса реконструирования фундаментов. Приведена сравнительная таблица различных способов усиления фундаментов.

Ключевые слова: усиление фундаментов, реконструкция, буроинъекционные сваи, строительное производство, инженерно-геологические условия.

Проектирование и устройство фундаментов в условиях существующей плотной застройки городов с каждым годом приобретает все большую значимость и становится все более сложной задачей для проектировщика. Это связано с тем, что современные условия строительства городов, а особенно выполнение работ по разработке оснований (фундаментов), требуют от инженера не только профессиональных навыков, но умения оперативно принимать решения в случае внедрения изменений в проект или чрезвычайных ситуаций.

Частным случаем внесенных изменений в проект или чрезвычайных ситуаций является превышение фактических нагрузок, испытываемых конструкцией, над расчетными нагрузками.

Современный облик городов представляет собой симбиоз модернизированных зданий в стиле «хайтек» и зданий, насчитывающих многолетнюю историю, сохранение которых является одной из главных целей поддержания культуры городов.

Усиление оснований и фундаментов в строительной науке и геотехнике играет большую роль, так как методы переустройства фундаментов позволяют реконструировать здание в соответствии с вновь предъявленными к нему требованиями, связанными с превышением фактических нагрузок, и сохранить эстетику здания, снижая моральный износ конструктивных элементов [1].

С.И. Фролова, С.И. Вахрушев

Следовательно, совершенствование методов проектирования и способов устройства оснований и фундаментов реконструируемых и восстанавливаемых зданий представляется исключительно актуальной задачей, имеющей важное научное и практическое значение.

Анализ исследований периодической литературы позволяет говорить о том, что существует два подхода к вопросу изучения и исследования технологии усиления и реконструкции фундаментов (рисунок) [2]. Первый подход связан с совершенствованием технологического процесса и позволяет ответить на вопрос «Как проводить усиление фундаментов?».

Второй подход связан с модернизацией материально-технической базы, т.е. с внедрением новых материалов, составов нагнетаемых растворов и позволяет ответить на вопрос «Чем выполнять усиление фундаментов?».

Вопросами исследования технологии усиления и реконструкции фундаментов занимались ученые А.Л. Готман, Н.З. Готман, М.Н. Хур-матуллин, Л. А. Алимов, В.В. Воронин, М.И. Баженов, А.В. Черняков, А.З. Хасанов, П.А. Коновалов, С.Г. Богов, Х.А. Джантимиров.

Рис. Подходы к изучению вопросов усиления фундаментов зданий и сооружений с точки зрения науки строительного производства

Проблемам усовершенствования составов, используемых при усилении фундаментов, посвящены работы С.В. Клюева, Р.В. Лесовика, Э.С. Аргал, В.М. Королева, О.Е. Смирнова, В.А. Ашихмен, М.Н. Ибрагимова, А.И. Сапожникова, Н.Е. Шмелевой. Труды перечисленных ученых размещены в современных строительных периодических изданиях, таких как «Основание, фундаменты и механика грунтов», «Строительные материалы, технологии, оборудование XXI века» [3, 4].

Анализ периодических изданий показал, что вопросами усиления конструкций фундаментов занимались многие ученые, преподаватели и студенты строительных вузов России. Область исследований очень широка вследствие того, что на территории России встречаются различные виды грунтов с индивидуальными инженерно-геологическими и минералогическими составами. Таким образом, опыт, накопленный инженерами-строителями при усилении конструкций фундаментов, достаточно велик.

Можно выделить основные направления исследований в развитии вопросов усиления фундаментов и оснований.

Таким образом, особое внимание уделялось технологии производства работ при изучении усиления конструкций фундаментов, а также исследованиям деформаций от фундаментов. Анализируя опыт, накопленный исследователями, можно выделить способы усиления фундаментов с помощью буроинъекционных свай, грунтобетонных свай, свай, изготовленных методами струйной цементации jetgrouting и «геомассив-геокомпозит».

Сваи, полученные путем нагнетания цементного раствора под давлением в конструкцию фундамента, носят название буроинъекционных свай. Сваи, полученные методом струйной цементации jetgrout-ing, носят название грунтобетонных свай. Ниже рассмотрены исследования в области усиления конструкций фундаментов.

Место и тема выполнения исследований Краткое содержание научных исследований

А.Л. Гетман, д.т.н., заместитель директора по науке БашНИИстроя. вице-президент РОМГГиФ. М.Н. Хур-матуллин, инженер, старший научный работник БашНИИстроя «Исследование работы свай, изготовленных методом струйной цементации в глинистых грунтах» Рассмотрены вопросы исследования технологии струйной цементации /е^гош'т^'. работы грунтобетонных свай, изготовленных методом струйной цементации

Л.А. Алимов, профессор, д.т.н., В.В. Воронин, профессор, д.т.н., AI.II. Баженов, магистр. Московский государственный строительный университет «Повышение несущей способности грунтов, бетонных и каменных фундаментов методом пропитки суспензиями на основе тонкодисперсного вяжущего» Приведены методы пропитки основания суспензиями на основе тонкодисперсных вяжущих, используемых при восстановлении и реконструкции памятников архитектуры. Тонкодисперсные вяжущие получаются путем воздушной сепарации портландцемента

А.В. Черняков, к.т.н., президент ООО «НПО КОСМОС», г. Москва «Применение технологии струйной цементации грунта при усилении фундамента и реконструкции исторических зданий на территории государственного музея-заповедника «Царицыно» Рассмотрен опыт усиления фундаментов музея-заповедника «Царицыно». Описан выбор наиболее лучшего способа из четырех представленных: - буроинъекционные сваи; - сваи РИТ; - химическое закрепления грунта; - инъекционное закрепление грунта. Способ усиления - струйная технология jetgroutmg - грунтоцементные сваи с уширением внутри

А.Л. Готман, д.т.н., заместитель директора по науке БашНИИстроя, Н.З. Готман, д.т.н., профессор, заведующая отделом оснований и фундаментов института БашНИИстроя «Опыт усиления фундаментов строящегося здания торгового комплекса в Уфе» Описан опыт усиления фундаментов здания торгового комплекса в Уфе буроинъекционными сваями в связи с изменением проекта здания в процессе строительства. Обоснованы принятые конструктивные решения на основе результатов мониторинга за деформациями основания

С.И. Фролова, С.И. Вахрушев

Место и тема выполнения исследований Краткое содержание научных исследований

Б.Н. Исаев, С.Ю. Бадеев, А.Г. Лунев, Н.Н. Цапкова, В.В. Лагутин, М.В. Кузнецов, B.C. Бадеев, г. Ростов-на-Дону «Опыт закрепления грунтов цементногрунтовыми элементами» Рассмотрен способ закрепления сильно сжимаемых грунтов методом цементации через направленные разрывы. Приведены результаты испытания армированного основания опытного фундамента статическими нагрузками. Применения результатов исследования при строительстве 9-этажных домой в Ростове-на-Дону

В.II. Крутов, В.К. Когай, Д.Б. Миронов, В.А. Когай, г. Москва «Усиление фундаментно-подвальной части жилых домов» Описано усиление фундаментов подвальных частей жилых домов в связи с возможным проявлением карстово-суффозионных процессов путем устройства вертикальных железобетонных стенок, обойм-стенок и уширения подошв фундаментов несущих стен

А.В. Черняков, г. Москва «Оценка динамических нагрузок на подземные сооружения при горизонтальной струйной цементации водонасыщенного грунта» Приведена количественная оценка динамических нагрузок на элементы строительных конструкций в процессе горизонтальной струйной цементации водонасыщенного грунта

Г.II. Макаров, Р.Г. Григорян, г. Москва «Опыт усиления оснований и фундаментов надвратной звонницы храма на улице Полянка в Москве» Описан опыт усиления основания и фундаментов надвратной звонницы Храма Иверской иконы Божией Матери в Москве путем инъекции суспензии «Микродур»

МН. Ибрагимов, г. Москва «Опыт применения методов инъекционного укрепления грунтов основания» Проведен анализ применения способа «геомассив-геокомпозит» для повышения плотности и несущей способности грунтов основания. Отмечаются недостатки технологии, исключающие создание в массиве грунта армированной структуры с улучшенными физико-механическими свойствами. Рассматриваются возможности и преимущества использования технологии манжетной инъекции

В.Я. Шишкин, В.Н. Зачесов, г. Казань «Укрепление грунтов основания щебеночными сваями» Описан метод расчета усиления основания фундаментов с помощью щебеночных свай

С.Г. Богов, г. Екатеринбург «Опыт усиления фундаментов старых зданий с использованием струйной технологии» Описан метод усиления ленточных фундаментов, характеризующийся использованием струйной технологии и созданием под их подошвой сплошных наклонных друг к другу стенок

Анализ исследований по усилению фундаментов и оснований

Место и тема выполнения исследований Краткое содержание научных исследований

ХА. Джантимиров, А.А. Долее, г. Москва «Опыт усиления оснований сооружения с помощью струйной технологии» Рассмотрены проблемы, возникающие при усилении оснований существующих сооружений в грунтовых условиях г. Москвы. Приведены результаты экспериментальных и производственных грунтов с помощью струйной технологии под существующим плитным фундаментом

В.М Конаш, В.А. Белое, г. Ижевск «Усиление фундаментов методов статического вдавливания свай» Рассматриваются особенности применения технологии усиления фундаментов методом статического вдавливания свай в условиях плотной и исторической застройки

В.II. Крутов, А. С. Ковалев, В.А. Ковалев «Усиление фундаментов административного здания в Москве» Рассмотрены особенности строительства, конструкции здания, участка его расположения, основные деформации. Описана технология усиления верхней части фундамента путем устройства напряженных тяжей, состоящих из вертикальных уголков, продольных швеллеров, стяжных муфт, анкеров, также железобетонных поясов-стенок с продольной рабочей арматурой и анкерами

Я.Я. Мотузов, МН. Ибрагимов, г. Казань «Опыт закрепления слабых илистых грунтов» Описывается научный поиск и производственный опыт закрепления слабых илистых грунтов илоцементными сваями, изготавливаемыми буросмесительным способом с применением сухого цемента и цементной суспензии

А.Б. Фадеев, В.К. Иноземцев, В.А. Лукин, г. Нижний Новгород «Эффективные микросваи для усиления фундаментов» Описываются технология устройства и результаты статических испытаний трамбованных коротких свай. Приводятся примеры использования микросвай при усилении фундаментов надстраиваемого здания и при устройстве новых фундаментов реконструируемого здания

НА. Платов, АД. Потапов, НА. Лаврова, А.А. Касаткина, г. Новосибирск «Особенности инженерно-геологических изысканий для реконструкции промышленных зданий и сооружений» Рассматриваются возникающие задачи проектирования инженерных изысканий, связанные с необходимостью учета особенностей разработки про-ектно-сметной документации и подготовки исходных данных для неё при реконструкции промышленных зданий

М.В. Предтеченский, г. Смоленск «Повреждения каменных зданий, методы их ремонта и усиления» Излагаются причины повреждения стен их ремонта и усиления на основе анализа польского опыта

В.В. Мороз, Н.Н. Никонов, В.II Осипов, С Д. Филимонов, Б.А. Снежкин, г. Омск «Метод укрепления слабых и неустойчивых грунтов» Рассматривается укрепление грунтов основания методом «геокомпозит»

С.И. Фролова, С.И. Вахрушев

В области модернизации материально-технической базы также определены основные направления исследований [5]:

Место и тема выполнения исследований Краткое содержание научных исследований

С.В. Клюев, к.т.н., доцент Р.В. Лесовик, д.т.н., профессор, Белгородский государственный технический ун-т им. В.Г. Шухова «Высокопрочные дисперсно-армированные композиты для восстановления и усиления зданий и сооружений» Рассмотрены вопросы восстановления и усиления зданий и сооружений высокопрочными дисперсно-армированными композитами Применение фибробетона в качестве материала для усиления фундаментов

Э.С. Аргал, В.М. Королев, О.Е. Смирнов, В.А. Ашихмен, г. Москва «Некоторые особенности закрепления грунтов «манжетной» инъекцией с использованием микроцемента» Рассмотрены особенности использования «манжетной инъекции» для закрепления водонасыщенных грунтов с помощью микроцемента ме^ду транспортным и сервисным Серебряноборскими тоннелями

Э.С. Аргал, В.М. Королев, О.Е. Смирнов, В.А. Ашихмен, г. Москва «Опыт закрепления грунтов с использованием микроцемента» Описаны работы по закреплению водонасыщенных грунтов перед проходкой верхнего уступа сбойки между транспортным и сервисным Серебряноборскими тоннелями

М.Н. Ибрагимов, г. Казань «Закрепление грунтов цементными растворами» Проводен анализ инъекционных методов повышения несущей способности грунтов методами: «геомассив», «геокомпозит». С применением высоконапорной инъекции цементных и цементнопесчаных растворов, а также закрепление песчаных грунтов цементом «Микродур». Отмечаются недостатки методов «геомассив-геокомпозит», не позволяющие предсказывать и оперативно контролировать результаты изменения физикО'-механических свойств грунтов в массиве

А.И. Сапожников, Н.Е. Шмелева, г. Омск «Вяжущие вещества для закрепления песков и грунтов при строительстве» Рассматриваются проблемы закрепления грунтов вокруг оснований опор линий электропередачи, трубопроводов, автомобильных, железных дорог, откосов каналов, очистных сооружений и т.д., расположенных на территориях с подвижными песками

С.И. Фролова, С.И. Вахрушев

Вопросы модернизации материально-технологической базы связаны с внедрением геокомпозитных материалов в технологию производства работ по усилению конструкций фундаментов.

Основные выводы

1. Исследование строительных работ по усилению фундаментов в России имеет большую практическую значимость. Это связано с тем, что высокие темпы роста строительства предполагают не только возведение новых зданий и сооружений, но также сохранение в пригодном для эксплуатации состоянии существующей застройки города.

2. Современные города-мегаполисы характеризуются недостатком пространства, в связи с чем новое строительство осуществляется преимущественно «вверх», а не «вширь», при этом различного рода надстройки предполагают разработку проекта по переустройству фундаментов, а именно - по их усилению.

3. Наиболее актуальными сегодня являются способы усиления фундаментов, связанные с нагнетанием цементного раствора либо в толщу грунта, либо вокруг конструкции тела фундамента.

4. Таким образом, с точки зрения технико-экономической целесообразности наибольший интерес представляют буроинъекционные сваи и сваи, полученные методом струйной цементации jetgrountig.

Библиографический список

1. Порывай Г.А. Техническая эксплуатация зданий: учебник. - М.: Стройиздат, 1990. - 369 с.

2. Гинзбург Л.К., Швец В.Б., Феклин В.И. Усиление и реконструкция фундаментов.- М.: Надежное издательство, 1985. - 204 с.

3. Готман А.Л., Хурматуллин М.Н. Исследование работы свай, изготовленных методом струйной цементации в глинистых грунтах // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 2012. - № 4. - С. 16-19.

4. Богов С.Г. Опыт усиления фундаментов старых зданий с использованием струйной технологии // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 2007. - № 3. - С. 28-29.

5. Полищук А.И. Основы проектирования и устройства фундаментов реконструируемых зданий. - Томск: Изд-во БТТ, 2004. - 472 с.

S.I. Frolova, S.I. Vahrushev ANALYSIS OF STUDIES CONDUCTED IN STRENGTHENING THE FOUNDATIONS AND BASES IN RUSSIA

The analysis of the research conducted in the field of reconstruction and strengthening of foundations. The main trends and approaches to the study of the question of reconstructing the foundations. The comparative table of various ways to strengthen the foundations.

Keywords: strengthening the foundations, reconstruction, CFA piles (continuous flight auger piles), building production, geotechnical conditions.

Сведения об авторах

Фролова Светлана Игоревна (Пермь, Россия) - магистрант кафедры «Строительное производство и геотехника» ФГБОУ ВПО ПНИПУ (e-mail: spstf@pstu.ac.ru).

Вахрушев Сергей Иванович (Пермь, Россия) - кандидат технических наук, доцент кафедры «Строительное производство и геотехника» ФГБОУ ВПО ПНИПУ (e-mail: spstf@pstu.ac.ru).

About the authors

Frolova Svetlana Igorevna (Perm, Russia) - graduate student, Department of Building production and geotechnics, Perm National Research Polytechnic University (e-mail: spstf@pstu.ac.ru).

Vahrushev Sergey Ivanovich (Perm, Russia) - Candidate of Technics, Associate Professor, Department of Building production and geotechnics, Perm National Research Polytechnic University (e-mail: spstf@pstu.ac.ru).

Получено 19.03.2013