СПОСОБ УСИЛЕНИЯ ФУНДАМЕНТА
METHOD FOR FOUNDATION ENHANCING

Изобретение относится к усилению ленточных железобетонных фундаментов, подошва которых получила крен, и может быть использовано в пылевато-глинистых грунтах, находящихся в любой консистенции
Крен возникает при неравномерной загрузке основания или при наличии в основании несимметричного напластования грунтов, в результате происходит поворот сооружения относительно горизонтальной оси.
Предельная величина крена ограничена требованиями (СП 22.13330.2011).
Все традиционные технологии усиления фундаментов сводятся, в основном, к увеличению площади опирания и, соответственно, уменьшению интенсивности давления на грунты основания. Недостатком таких технологических приемов является большой объем земляных работ. Весьма опасным является вскрытие траншеей перегруженного фундамента при наличии слабых грунтов.
Устранение кренов зданий и сооружений производится путем воздействия на подсистему «фундамент - верхнее строение», например, изменением планово-высотного положения зданий путем использования поршневых, плоских металлических или резиновых домкратов. Домкраты устанавливаются в специальные ниши в фундаменто-подвальной части здания и объединяются в одномагистральные или модульные системы. Возможно также опускание верхнего строения за счет активных конструктивных систем, размещенных при строительстве в цокольных несущих элементах. Конструктивные системы включают в себя термопластические элементы (асфальтобетон, полимеры, горизонтальные скважины и т.д.) или регулирующие устройства, в которых в качестве удаляемой рабочей среды наиболее часто используется песок или вода (авт. св. 1670046 A1, Е02D 35/00).
Воздействие на подсистему «фундамент-верхнее строение» осуществляется также путем изменения физико-механических параметров грунтов оснований или их подработкой. Для изменения физико-механических характеристик грунтов с целью корректировки величины осадок фундаментов здания используются различные технологические способы: регулируемое замачивание (пропаривание) грунта; пригрузка основания дополнительной статической нагрузкой; пригрузка (разгрузка) основания натяжными устройствами. Киевский НИИСК разработал технологию выравнивания крена зданий методом выбуривания грунта горизонтальными скважинами (Коновалов П.А. Основание и фундаменты реконструируемых зданий. - М.: Издательство «Бумажная Галерея». 2000. с. 228) с. 185-191, рис. 59, 60, 61, 62).
С целью обеспечения плавных осадок здания и предупреждения зависания отдельных его частей производят постепенное и равномерное понижением модуля деформации грунта под фундаментами путем увлажнения грунта вокруг скважин по всей их длине за счет заполнения горизонтальных скважин водой. Вода вызывает разрушение связей между частицами и тем самым увеличивает пластичность, что приводит к закрытию скважин и затуханию осадок здания.
Диаметр скважин (авт. св. 1670046 A1, Е02D 35/00) определяется по формуле:
где S - требуемая осадка здания;
U - шаг скважины;
1
2
3
k, k, k, - безразмерные опытные коэффициенты, учитывающие работу шнеков.
В формуле не учитываются диаметр скважины, физико-механические характеристики грунтов основания, а сам способ весьма трудоемок, требующий отрывки вдоль всего здания котлована и требует много техники и высокой квалификации специалистов.
Известен способ выправления крена зданий, основанный на применении плоских домкратов (Коновалов П.А. Основание и фундаменты реконструируемых зданий. - М.: Издательство "Бумажная Галерея". 2000. с. 228 с. 187). Он позволяет поднимать наиболее опустившуюся часть здания и вводить в конструкцию фундаментов новые элементы, нивелирующие наклон здания. Эта процедура требует сложного специального оборудования и высокой квалификации исполнителей.
Недостатком этого способа является то, что он не устраняет неоднородность по сжимаемости толщи грунта в основании сооружения, являющуюся причиной неравномерной осадки здания, что может привести к возобновлению неравномерных осадок при изменении условий эксплуатации здания, его реконструкции, надстройке или под влиянием различных внешних воздействий.
Способ выравнивания сооружений, включающий бурение скважин, удаление и замачивание водой фундамента (патент №22755474, Е02D/35/00), отличается тем, что скважины бурят 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. Этот способ требует дополнительных затрат на бурения фундаментной плиты и трудно контролируемый.
Известен способ снижения величины осадки созданием дополнительных опор при крене существующего фундамента (RU 2044833, E02D 35/00). Размещенные со стороны крена и остальные дополнительные опоры соединяют с существующим фундаментом соответственно до и после ликвидации крена.
Известен способ усиления фундамента при деформации основания, включающий создание дополнительных опор и соединение (РФ 32520751, E02D 35/00) их с существующим фундаментом.
Недостатком такого способа является то, что при его использовании консервируют фундамент в том положении, которое он имеет в момент омоноличивания с опорами. При этом если фундамент имел крен, возникший в результате неоднородного напластования грунтов под ним или в результате эксцентриситета приложенных к нему нагрузок, то известным способом такой крен сложно устраняется.
Применяется способ укрепление грунтов основания по технологии «Уплотнение грунтового основания методом высоконапорной инъекции» (патент РФ №2119009). Метод позволяет создать контур вокруг зоны уплотнения и усилить инженерно-геологические элементы (ИГЭ) основания под подошвой фундамента до расчетных параметров. Этот метод снижает величину осадки, но не устраняет крен здания.
Наиболее близким к предлагаемому является способ усиления фундаментов (патент RU 2252987, МПК7 Е02D 27/08) включающий отрывку котлована торцевой стены, подведение под подошву фундамента элементов усиления на всю длину подошвы фундаментов, в качестве элементов усиления используют микротоннели, заполненные твердеющим материалом, и располагают так, чтобы стенки от каждого микротоннеля соприкасались между собой и подошвой фундамента, причем микротоннели сооружают путем завинчивания в грунт под подошвой фундамента на всю его длину бурового шнека, имеющего по его оси сквозной канал, по которому нагнетается твердеющий раствор в микротоннель, образующийся за концом шнека при его извлечении.
Основным недостатком данного способа является невозможность влиять на устранение крена фундамента, т.к. все горизонтальные заполненные скважины соприкасаются между собой и образуют сплошной слой прочного грунта.
При бурении возникают трудности проходки скважин рядом со скважиной, заполненной раствором.
Задачей данного изобретения является повышение несущей способности ленточного фундамента путем устранения крена его подошвы.
Поставленная задача достигается тем, что в способе усиления фундаментов, включающем отрывку котлована, подведение под подошву фундамента элементов усиления на всю длину подошвы фундаментов, в качестве элементов усиления используют два проходимых микротоннеля, которые сооружают путем завинчивания в грунт под подошвой фундамента на всю его длину бурового шнека, имеющего по его оси сквозной канал, по которому нагнетают твердеющий раствор в один из тоннелей, образующийся за концом шнека при его извлечении, второй тоннель является пустым, причем заполненный тоннель располагают под подошвой фундамента в наиболее заглубленной его части, пустой тоннель располагают под подошвой фундамента в наименее заглубленной его части.
Объем пустого тоннеля должен принимать излишний объем грунта со стороны наименьшей его осадки, препятствующей устранению крена, а также использовать его для увлажнения с целью повышения пластичности грунтов для ускорения их деформации.
Сущность способа усиления фундаментов поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан поперечный разрез фундамента и основания с размещением под его подошвой тоннеля с твердеющим материалом и пустого тоннеля.
В грунте 1 под подошвой 2 фундамента 3 расположен микротоннель 4, заполненный твердеющим материалом 5, и пустотелый тоннель 6, тоннели расположены так, чтобы их стенки 7 соприкасались с подошвой 2 фундамента 3.
Предложенный способ осуществляют следующим образом. Около усиливаемого фундамента производят отрывку котлована для установки бурового оборудования с целью сооружения тоннелей 4 и 6 под подошвой 2 фундамента 3 путем завинчивания в грунт бурового шнека, имеющего по оси сквозной канал, после окончания бурения его извлекают обратным ходом с удалением грунта и образованием тоннеля 4, в который через канал нагнетают твердеющий раствор. Тоннель 6 раствором не заполняют.
Тоннели располагают так, чтобы их стенки 7 соприкасались между подошвой 2 фундамента 3. Эффективность способа усиления достигается за счет устранения крена фундамента при повороте его подошвы вокруг упрочненного тоннеля 4 и оседания грунта и снижения его прочности вокруг пустотелого тоннеля 6 и затухания его осадки.
Увеличение несущей способности грунта основания позволяет увеличить нагрузку на фундамент и повысить устойчивость зданий и сооружений.