Усиление фундаментов объектов культурного наследия

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат на тему:

 

    Усиление фундаментов объектов культурного наследия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент гр. 7ПЗ 501

Степанов Т.Н.

                                                                                      Проверила: Сайфуллина Л.Ш.

 

 

 

Казань 2012

СОДЕРЖАНИЕ

 

   ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………..3

   I.Инженерно-геологические изыскания, обследование существующих фундаментов.......4

   II. Традиционные конструкции фундаментов зданий и сооружений старой постройки....5

   III. Традиционные способы усиления фундаментов ……………………...................8

   IV. Современные методы усиления фундаментов……………………………...........10

   ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………………..14

  ЛИТЕРАТУРА……………………………………………………………………………15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В В Е Д Е  Н И Е 

 

 

 При проведении реконструкции, ремонтных  работ и реставрации зданий и  сооружений старой постройки, действующих  предприятий и производств, одной  из главных задач, стоящих перед  строителями, является определение  состояния существующих несущих  конструкций, способность их воспринимать действующие и дополнительные,

возникающие в ходе реконструкции  нагрузки и, в конечном счете, выбор, в случае необходимости, способа  их усиления. 

В процессе эксплуатации зданий и сооружений, во многих случаях, происходят деформации несущих конструкций, вызываемые различными причинами. Одной из наиболее распространенных причин деформаций являются неравномерные осадки, которые, в свою очередь, вызывают деформации и разрушения несущих конструкций - стен, колонн, перекрытий, сводов, перемычек оконных и дверных проемов и др. Неравномерные осадки зданий и сооружений могут быть вызваны многими факторами. В связи с этим одной из основных проблем, решаемых при реконструкции зданий является выбор рационального метода усиления оснований и фундаментов. 

Наряду с известными методами усиления несущих конструкций и, прежде всего, оснований и фундаментов  существующих зданий и сооружений такими, как перекладка существующих и подведение новых фундаментов, устройство обойм  для укрепления кладки фундаментов  и уменьшения удельных давлений от сооружений на грунты основания, устройство вблизи существующих различных по конструкциям свайных фундаментов с передачей  на них

нагрузок от сооружений, применение различных методов химического  закрепления грунтов основания  и т.п.(1,2),все в больших объемах  применяются инъекционные методы усиления, в том числе укрепительная  цементации грунтов основания и  фундаментов и буроинъекционные сваи. Для усиления надземных несущих  конструкций - стен, колонн, перекрытий и др. - применяется инъекция кладки, в том числе с армированием, устройство инъекционных анкеров, инъекция кладки сводов перекрытий в сочетании  с устройством тонкостенных железобетонных оболочек и другие способы усиления.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I.Инженерно-геологические изыскания, обследование существующих фундаментов. 

 

 

 Решению вопроса о необходимости  выполнения усиления фундаментов и  выборе способа усиления должны предшествовать инженерно-геологические изыскания  и обследование конструкций существующих фундаментов. 

При проведении инженерно-геологических  изысканий исследуют свойства грунтов  основания непосредственно в  пределах глубины заложения фундаментов  и под их подошвой, а также на глубину сжимаемой толщи. Количество геологических выработок, скважин  и шурфов, назначают в зависимости  от размеров сооружения в плане, его  типа, этажности, материала, протяженности  и количества несущих стен и отдельно стоящих опор, наличия подвалов и  подземных коммуникаций, сложности  рельефа площадки, характера окружающей застройки, наличия архивных сведений о данном сооружении и проводившихся  на площадке в предшествующие годы инженерно-геологических изысканиях. В общем случае количество разведочных  скважин должно быть не менее трех, количество шурфов - не менее пяти, закладываемых  в местах, наиболее характерных для  определения конструкций обследуемых  фундаментов и приуроченных к  наиболее выраженным деформациям конструкций.  

Целью инженерно-геологических  изысканий является определение  физико-механических и деформативных  характеристик грунтов основания, а также определение положения  уровня подземных вод, в том числе, с учетом его сезонных колебаний  и химического состава для  уточнения характера и степени  агрессивности по отношению к  материалу фундаментов. 

Обследование фундаментов  включает выявление конструкции, определение  геометрических размеров и формы, характера  и материала кладки фундаментов, а также механической прочности  материала кладки и связующего раствора, определение наличия, типа и материала  гидроизоляции - горизонтальной и вертикальной. Подлежит расчету и величина фактического давления сооружения в отдельных  его частях и в целом на грунты основания /5,9/. 

В России, несмотря на довольно большой опыт, до настоящего времени  не существует норм и правил по проектированию фундаментов при реконструкции  и реставрации зданий и сооружений. Нет также документов, регламентирующих объем и характер изысканий, выполняемых  в комплексе работ по обследованию эксплуатируемых зданий и сооружений.  

Фактическое давление на грунты основания, уплотнившиеся под воздействием длительной нагрузки от здания рассчитывали по допускаемому давлению, принимаемому для нового строительства, с повышающими  коэффициентами 1.1-1.5, в зависимости  от вида грунта. Давление под подошвой

фундаментов для всех случаев  реконструкции разрешалось увеличивать  до значений, превышающих допустимое по нормам нового строительства на 40%, но лишь в том случае, если в  несущих конструкциях реконструируемого  здания отсутствуют трещины от неравномерных  осадок. СниП II-Б.I-62* разрешалось повышать допускаемое давление на грунты под  существующими фундаментами, при  их достаточной прочности, до 20%. Для

предварительных расчетов, новое допускаемое давление на уплотненные  грунты основания R" рекомендовалось  определять по формуле 

н 

R" = k.R ,

где R" - нормативное сопротивление  грунта основания, определяемое для  нового строительства 

k - коэффициент увеличения  сопротивления грунта, зависящий  от соотношения p/R ; 

р - фактическое давление на грунты основания до реконструкции, МПа 

 

 

 Значения коэффициента "k" 

 

p/Rn	1	0.9	0.8	0.7	0.6	0.5	0.4	0.3	0.2	0.1
	1.5	1.45	1.4	1.35	1.3	1.25	1.2	1.15	1.1	1.05

 

  

Коэффициент "k" применим при следующих условиях: 

- срок службы реконструируемого  здания не менее 3 лет для  песчаных грунтов, 5 лет для суглинков  и супесей, 8 лет для глин; 

- здание не должно иметь  трещин, деформаций и прочих свидетельств  неравномерных осадок; 

Если фактическое давление р оказывается больше R , то необходимо увеличение площади подошвы фундаментов, дополнительное заглубление или  другой вид усиления фундаментов  или искусственное улучшение  строительных свойств грунтов основания. Введение повышающего коэффициента к величине допускаемого давления исходя только из срока службы здания и  фактического давления на грунты основания  тем не менее не решают полностью  проблему дальнейшей безопасности эксплуатации зданий, так как при этом не учитываются  возможные деформации. Кроме того, не принимаются в расчет предельно  допустимые для данного сооружения осадки и его способность противодействовать развитию неравномерных осадок /1,2/.  

При этом следует иметь  в виду, что наряду с решением многих задач, связанных с усилением  фундаментов, правильному решению  проблемы в значительной степени  способствует выявление конструктивной схемы здания и определение действующих  в уровне фундаментов нагрузок. 

В конечном счете, решение  вопроса о возможности передачи дополнительных нагрузок на существующие фундаменты и грунты основания, а  также необходимость их усиления остается за проектировщиком и зависит  от его опыта и интуиции. 

 

 

 II. Традиционные конструкции  фундаментов зданий 

и сооружений старой постройки. 

В течение многих столетий и до начала ХХ века конструкции  фундаментов зданий и сооружений различного назначения почти не претерпели существенных изменений. Как правило, это были бутовые, валунные и кирпичные  ленточные и столбчатые фундаменты, кладка которых осуществлялась в  траншеях или котлованах с использованием для скрепления отдельных элементов  конструкции известковых растворов  различного состава. В ряде случаев  применялись глиносодержащие растворы, играющие одновременно роль горизонтальной гидроизоляции, а иногда кладка фундаментов, в основном в подошвенной их части, выполнялась из валунов или блоков рваного естественного камня насухо, без скрепляющего раствора.  

До ХХ столетия здания возводились  без сколько-нибудь серьезного изучения свойств грунтов основания ниже глубины заложения фундаментов. Неполными были также сведения о  грунтовых водах, их свойствах и  колебаниях уровней. Лишь в конце  ХIХ, начале ХХ в.в. произошло становление  как науки механики грунтов и  грунтоведения. 

Как правило, основанием зданий старой постройки служили естественные грунты, без какой-либо их обработки. Во многих случаях основанием фундаментов  зданий, особенно в городской застройке, служили насыпные грунты культурного  слоя или насыпные грунты, использованные для выравнивания площадки застройки, засыпки колодцев, ям, оврагов и  других неровностей рельефа. 

При высоком уровне подземных  вод или заведомо слабых грунтах  основания применялись свайные  фундаменты. Чаще всего это были короткие, клиновидной формы сваи из хвойных и лиственных пород  древесины диам. 100-150 мм, грубо обработанные и даже неошкуренные, забивавшиеся по всей по всей площади подошвы  фундамента и за ее пределами с  целью уплотнения грунтов основания. Примером такого типа фундаментов могут  служить фундаменты звонницы московского  Кремля, Успенского собора в г.Дмитрове и многих других памятников архитектуры  ХVI-XVIII в.в. 

Вместе с тем применялись  и свайные фундаменты, которые  по характеру работы в грунте соответствуют  современному пониманию свайных  фундаментов. Это сваи длиной до нескольких метров, изготавливавшиеся из цельных  стволов деревьев твердых пород, например дуба, диаметром до 250-300 мм, забивавшиеся в пределах площади  опирания фундаментов как в виде лент, так и кустов под ленточные  и отдельно стоящие фундаменты. По сваям обычно устраивался деревянный ростверк из лежней бревенчатых или  досчатых, располагаемых как вдоль, так и поперек направления  фундаментной ленты, на которых затем  выполнялась кладка фундаментов. Примерами  таких конструкций могут служить  фундаменты мостов, крепостных и монастырских стен, массивных каменных сооружений - колоколен, соборов и т.п. Эффективность  таких фундаментов определялась положением уровня подземных вод, так  как известно, что находящаяся  ниже уровня воды древесина может  сохраняться веками, тогда как  в зоне переменного уровня воды разрушение ее идет весьма интенсивно. Этим обстоятельством  объясняется наличие значительных деформаций и неравномерных осадок зданий старой постройки. 

Кладка фундаментов выполнялась, главным образом, из бута, валунного  камня или крупных блоков и  плит естественного камня. Устраивались они в виде столбов или лент с различной площадью поперечного  сечения, симметричной и несимметричной, сплошными или, с целью экономии материала, с разгрузочными арками по длине ленты. 

С начала ХХ века с развитием  техники и изобретением новых  строительных материалов в качестве материала фундаментов стали  применять хорошо обожженный кирпич и естественный камень на цементосодержащих  растворах, бутобетон из бетонной массы  с заполнением ее камнем средних  размеров и монолитный бетон /3,4/. 

На рис.1 представлены наиболее характерные типы фундаментов традиционных конструкций зданий старой постройки: бутовые фундаменты, в том числе  с использованием лежней и деревянных свай /рис.1а-е/, ступенчатой формы  с расширением к нижней части при угле не менее 60 . Бутобетонные и бетонные фундаменты имеют примерно такую же форму и габариты. При наличии в зданиях подвальных помещений их лицевые поверхности выполнялись из обработанных блоков естественного камня, уложенного в перевязку или заанкеренных в кладку фундаментов. 

 

 

Рис.1 

 

 

 При проведении обследования состояния  зданий старой постройки во многих случаях наблюдаются различные  дефекты и разрушения в кладке фундаментов, связанные с деформациями основания и, прежде всего, с неравномерными осадками, влияние которых сказывается  на состоянии здания в целом /11,12/.