Усиление фундаментов

Весьма распространенной областью применения струйной геотехнологии является усиление фундаментов существующих зданий рядом пересекающихся друг с другом грунтобетонных колонн, выполняемых через скважины, пробуренные под небольшим углом через тело фундамента, как показано на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Расчетная схема грунтобетонной подпорной стенки, пригруженной весом здания и усиленной анкерами

Часто такие конструкции выполняются в виде трехрядной стенки, причем последующие ряды имеют угол наклона больший, чем предыдущие. Таким образом сооружается гравитационная подпорная стенка, пригружаемая массой здания. Такая стенка может служить ограждением котлована, который отрывается вплотную к стене здания, например, для подземного гаража. 11ри необходимости, стенка усиливается рядом грунтовых анкеров, как показано на рис. 2.3, или распорками, располагаемыми на расчетной глубине.

В качестве примера можно привести усиление фундаментов дворца Сан Витиле постройки XVII века, в Италии, выполненное в 1984 г. итальянской компанией «Паккиози». Глубина грунтобетонных колонн под фундаментами стен и колонн здания составляла 9 м. Глубина котлована, отрытого во внутреннем дворе, была 8 м. Грунтобетонные колонны армировались по центру стальными трубами. Вскоре после завершения работ произошло землетрясение силой 7 баллов, однако признаков нарушения устойчивости здания не наблюдалось.

Таким же образом было выполнено усиление фундаментов здания старой казармы постройки 1880 г. в г. Вена, Австрия. Работы производились компанией «ГКН Келлер». Собственный фундамент здания из каменной кладки опирался на сгнившие деревянные сваи. Выполненные уширенные грунтобетонные фундаменты, включающие в себя кладку и сваи, пересекали слой пластичной глины толщиной 2,7 м и врезались в слой гравия рис. 2.4.

Рис. 2.4. Усиление фундаментов старого здания в г. Вене с выполнением работ из подвальных помещений
1 - песчаная засыпка; 2 - пластичная глина; 3 - грунтобетонный фундамент; 4 — гравий

Работы выполнялись малогабаритным станком на гусеничном ходу, проходящим через стандартные дверные проемы и по лестницам из подвального помещения высотой 3 м. Всего было выполнено 1000 м бурения в кладке, объем грунтобетонных фундаментов составил 3000 м3.

Той же компанией было выполнено в г. Йеле, США, усиление железобетонных фундаментов в виде грунтобетонной подпорной стенки - для сооружения сухого подвала в здании Исследовательского центра медицинской школы. Подошвы колонн были на 1 м ниже дна подвала. Общая длина подпорной стенки, выполненной в рыхлом песке, составляла 150 м. Осадки здания не превысили 4 мм. Работы были выполнены на 7 недель раньше сроки, необходимого для их выполнения альтернативными способами.

В 1983 г. компания «Родио», Италия, выполнила масштабные работы но усилению фундаментов многочисленных зданий при проходке метро в г. Милане. При этом стенки из тройного ряда пересекающихся грунтобетонных колонн, выполненных со слабым наклоном между рядами, по отношению друг к другу, сооружались между фундаментом и проходящим вблизи него тоннелем (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Защитная стенка из пересекающихся грунтобетонных колонн между тоннелем метро и фундаментами здания

В 1983 г. компания «ГКН Келлер» выполнила в г. Карлсруэ, Германия, усиление фундаментов центра ядерных исследований грунтобетонными колоннами диаметром 0,8 м, с образованием подпорной стенки и с последующей отрывкой котлована в грунтах, представленных илами и песками. Стенка имела трапецеидальную форму шириной понизу 1,2 м. Производилось анкерование стенки грунтовыми анкерами.

Эта же компания выполнила в г. Дюссельдорфе для заглубленного помещения в здании страховой компании «Виктория» вертикальные подпорные грунтобетонные стенки из трех рядов колонн разной глубины под фундаментами здания и сопряженную с ними горизонтальную грунтобетонную плиту толщиной 0,9 м, на глубине 15 м - на 5 м ниже дна котлована. На рис. 2.6 показан общий вид всех грунтобетонных конструкций на этом объекте.

Рис. 2.6. Сооружение ограждения котлована из грунтобетонных колонн под фундаментами примыкающих зданий и горизонтального подземного экрана из пересекающихся грунтобетонных колонн в Германии

Масса плиты и грунта над ней, представленного гравийными отложениями с глинистым заполнителем, препятствовали всплыванию сооружения под действием гидростатического напора подземных вод, достигавшего 10 м, На двух уровнях по глубине стенки были устроены анкерные крепления. Плита была выполнена в течение 2 месяцев тремя станками из пересекающихся колонн диаметром 1,5 м с шагом 1 м по прямоугольной сетке. Использовалась трехкомпонентная технология при давлении размывающей водяной струи 41 МПа и скорости подъема монитора 15 см/мин.

Компания «Треви», Италия, выполнила в г. Червиа усиление фундаментов здания соляного склада грунтобетонными колоннами диаметром 0,6 м ( последующей отрывкой котлована под внутренний бассейн. Колонны, выполненные   в   мелких ках, армировались по центру трубами - для связи со стенами здания.
Усиление фундаментов грунтобетонными колоннами производится не только в зданиях, но и в цехах предприятий, а также для различных сооружений - при их реконструкции (рис. 2.7).

Такие работы были выполнены  компанией «ГКМ Келлер» в Рурском центре регенерации сырья. Фундаменты колонн цеха усиливались четырьмя пересекающимися котиками диаметром 1 м и высотой 6,25 м. Дополнительная нагрузка на фундамент составляла 1190 кН. Работы выполнялись в мелких и средних песках. При этом были удовлетворены жесткие технические требования: полное исключение повреждений и загрязнений пола цеха и исключение подъема или опускания существующих фундаментов.

Эта же компания выполнила в Англии грунтобетонные опоры диаметром 2,1 м и высотой 4,9 м в илистом основании под несущей железобетонной плитой толщиной 1,1 м с рельсовыми путями в подземном тоннеле городской железной дороги. Диаметр отверстий в плите составлял 250 мм, диаметры технологических скважин - 150 мм. Подача рабочих компонентов и удаление пульпы осуществлялись через скважину диаметром 250 мм, пробуренную с поверхности через свод тоннеля (рис. 2.8).

Рис. 2.8. Закрепление грунтов илистого основания под несущей железобетонной плитой в железнодорожном тоннеле, в Лондоне
а - продольный разрез по трассе участка закрепления грунтов; б - плановое расположение грунтобетонных колонн

Работы проводились в конце каждой недели без нарушения графика движения. Применялись быстротвердеющие смеси. Движение возобновлялось через 10 часов после выполнения очередной колонны.

Компания «ГКН Келлер» выполнила также в г. Форерльберг, Австрия, усиление фундаментов существующей лавинозащитной подпорной стены - в связи с сооружением лавинозащитной галереи. При этом удовлетворялись следующие технические требования: минимальные затруднения движению транспорта, минимальное повреждение дорожной одежды. Производилось закрепление илистых и галечниковых грунтов, обладающих высокой проницаемостью, в осыпи, на склоне горы. Глубина верха искусственного основания была 1,1м, глубина подошвы - 3,7 м, ширина подошвы - 3 м.

В 1988 г. в Китае, в провинции Шанси, было выполнено усиление фундаментов рудничных зданий, построенных на слабых грунтах. Вследствие неравномерных осадок здания начали крениться, на стенах и крышах появились трещины. По контуру зданий, вблизи стен были пробурены наклонно, под углом 6°, 12 скважин глубиной 8 м, из которых были выполнены по трехкомпонентной технологии грунтобетонные колонны диаметром от 1,6 до 2,0 м. Колонны армировались тремя стальными стержнями. Грунтобетонные колонны работали с внецентренной нагрузкой от фундаментов. Осадки зданий после усиления фундаментов стабилизировались.