Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «УРАЛЬСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ПЕРВОГО ПРЕЗИДЕНТА РОССИИ Б. Н. ЕЛЬЦИНА» Институт строительства и архитектуры Кафедра строительных конструкций и механики грунтов РЕФЕРАТ по дисциплине «Основания и фундаменты» тема: «Реконструкция и усиление фундаментов и грунтов основания. Плитный фундамент» Студентка: Батуева Т. Ю. Группа: СТ – 400003 Преподаватель: Ботанин Д. П. Екатеринбург 2024 ВВЕДЕНИЕ Основания и фундаменты являются важнейшими элементами зданий и сооружений. В общем объеме строительства устройство оснований и фундаментов имеет значительный удельный вес как по стоимости, так и по трудоемкости строительных работ. Фундамент воспринимает все нагрузки от конструкций, которые находятся на нем, а также распределяет их на грунтовое основание. Во время строительства и эксплуатации сооружений грунты основания деформируются, что, как правило, приводит к развитию равномерных и неравномерных осадок фундаментов и, соответственно, сооружений. Неравномерные деформации фундамента могут привести не только к осадке и трещинам на конструкциях, но и к разрушению здания в целом. Анализ статистических данных показывает, что большинство аварий зданий и сооружений происходит из-за разрушения оснований и фундаментов. Недостаточная изученность инженерно-геологических условий на строительной площадке, некачественное устройство оснований и фундаментов, не учет существенного увеличения массы здания при реконструкции или его техническом перевооружении, при возведении новых зданий вблизи существующих часто вызывают их недопустимые деформации, которые могут являться причиной повреждения, а иногда и полного разрушения возведенных зданий. При реконструкции зданий и сооружений важным считается целесообразный и рациональный выбор способа усиления фундамента. Актуальность усиления оснований и реконструкции фундаментов очевидна, так как многие реконструируемые объекты находятся в условиях «тесной городской застройки». 2 ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ Общие сведения об основаниях и фундаментах Основанием называют часть массива грунта, воспринимающего нагрузку от здания или сооружения. Фундаментом называют подземную часть сооружения, которая служит для передачи нагрузки на основание. По конструктивной схеме фундаменты делят на (рис. 1): 1) ленточные (в виде непрерывной ленты под всеми несущими стенами); 2) столбчатые (в виде отдельных столбов); 3) сплошные (в виде сплошной плиты под всем зданием); 4) свайные. Рис. 1. Конструктивные схемы фундаментов: а — ленточный; б — столбчатый; в — сплошной; г — свайный: 1 — монолитная железобетонная плита: 2 — сваи: 3 — ростверк; 4 — стена; 5 — фундаментные балки 3 Плитный фундамент Плитный фундамент относится к классу незаглубленных или мелкозаглубленных фундаментов. Он представляет собой железобетонную плиту, уложенную на слой хорошо утрамбованного щебня или песка, толщиной 10 - 30 см, под которым находится выровненный материковый грунт. Толщина железобетонной плиты составляет, как правило, 20 - 40 см. Больше всего монолитный плитный фундамент распространен в странах с холодным климатом, где сильно промерзает почва в зимний период. Плиту укладывают под всей площадью сооружения, уменьшая тем самым нагрузку на почву. Возможно применение как монолитной плиты, возводимой на месте проведения работ, так и сборного железобетона, например, дорожных плит. В этом случае поверх плит выполняется выравнивающая стяжка из цементного раствора или обычного бетона. Безусловно, монолитный плитный фундамент имеет большую пространственную жесткость и более надежен, и долговечен в эксплуатации, нежели сборный из плит. При этом бетонирование плитного фундамента на месте может обойтись дешевле, чем покупка, доставка и монтаж краном дорожных плит. Рис. 2. Схема устройства плитного монолитного фундамента 4 Основные виды деформаций фундаментов Повреждение конструкций или разрушение здания не происходят по какой-либо одной причине. Обычно на это влияет множество факторов, один из которых может играть ключевую роль. Медленная и сравнительно небольшая деформация, происходящая в результате уплотнения грунта под действием нагрузок и сопротивляющаяся коренным изменениям его структуры, называется осадкой. При равномерных осадках основания фундамент в любой момент времени опускается на равную величину. Общая величина осадки, не ведущая к повреждению здания, может быть достаточно большой, если она равномерная. Такие осадки не вызывают дополнительных усилий в конструкциях, но при большом значении затрудняют нормальную эксплуатацию: могут повреждаться входы, пристройки, санитарно-технические коммуникации, дренажные и другие устройства. Неравномерная же осадка отдельных частей и сооружения в целом имеет обычно более серьезные последствия. Она является одним из главных факторов, влияющих на прочность и эксплуатационную пригодность зданий. Классификация видов неравномерных деформаций зданий может служить основой для диагностики повреждений зданий и сооружений. В зависимости от характера развития неравномерных осадок и от жесткости здания или сооружения возникают следующие виды деформаций: Перекос здания или сооружения возникает из-за различной нагрузки по одной из сторон фундамента или при наличии ослабленных грунтов под фундаментом, что способствует возникновению косых трещин. Крен (наклон) испытывают жесткие сооружения при неравномерных осадках отдельных фундаментов. Крен фундамента приводит к повороту нижней части конструкций. Скручивание сооружений возникает при развитии крена в разных частях длинного сооружения в противоположные стороны. Наибольшие повреждения получают, как правило, верхние этажи отдельных конструкций или здания в целом. 5 Прогиб — вид деформации, при котором средняя часть здания вогнута, а стены наклоняются к центру загруженной площадки. Такой характер деформации объясняется тем, что на угловых участках нагрузка распределяется по большей площади, распространяясь вперед за пределы конца стены. При такой деформации по краям стен могут возникать наклонные трещины, идущие от краев к середине под углом примерно 45°. Деформации прогиба могут появляться, если под фундаментами в средней части здания имеются участки слабых грунтов или пустот, если средняя часть здания несет большую нагрузку, если в основании торцевых частей здания имеются твердые включения. Выгиб — вид деформации, характерный для зданий с массивными стенами, и слабо нагруженными внутренними колоннами. Деформация возникает также при слабых основаниях под торцевыми стенами, при наличии котлованов, сооружений в непосредственной близости от здания. Характерным признаком такой деформации является наличие на стенах трещин с большей шириной вверху. Особенно часто это встречается при внецентренной загруженности фундаментов наружных поперечных стен. Выгиб опасен тем, что при образовании торцевые стены стремятся во внешние стороны, что может привести к обрушению плит перекрытия. Также здания и сооружения могут подвергаться сразу нескольким видам деформаций, с преобладающими и слабо выраженными. [3] Рис. 3. Формы деформаций: а – прогиб; б – выгиб; в, г – перекос; е – крен. 6 Причины усиления оснований и реконструкции фундаментов Реконструкция и усиление фундамента - это процесс восстановления и укрепления основания здания, которое может потребоваться в случае его деформации, повреждения или недостаточной несущей способности. При реконструкции предприятий, связанной с их техническим перевооружением, надстройке дополнительных этажей, при капитальном ремонте зданий, прокладке подземных коммуникаций, возведении новых фундаментов рядом с существующими сооружениями, а также при развивающейся во времени недопустимой осадке, возникает необходимость в оценке обеспечения фундаментами дальнейшей нормальной эксплуатации сооружений, а в соответствующих случаях – в усилении и переустройстве фундаментов и их оснований. [5] Основными причинами, обусловливающими необходимость усиления оснований и переустройства фундаментов, являются: ‒ ослабление основания в процессе эксплуатации здания или сооружения; ‒ снижение прочности материала фундамента за время эксплуатации здания или сооружения; ‒ реконструкция здания или сооружения с существенным увеличением массы здания; ‒ возведение рядом с существующим зданием нового, создающего дополнительную нагрузку на основание существующего здания (сооружения). Прежде чем начинать работы по реконструкции, необходимо провести инженерные изыскания. Целью проведения изысканий является: определение причины полученных дефектов, характер возникших деформаций, разработка мер по реконструкции фундаментов. В результате обследования составляется технический отчет, в котором приведены результаты обследования. 7 Весь комплекс работ по обследованию фундаментов и оснований можно разделить на следующие этапы: 1 этап – сбор и обобщение сведений по строительству и эксплуатации здания или сооружения и детальное изучение технической документации. 2 этап – обследование окружающей местности и состояния надземных конструкций, здания. 3 этап – обследование фундаментов. 4 этап – обследование грунтов основания. 5 этап – составление заключения по результатам обследования, разработка рекомендаций и проекта усиления оснований и фундаментов. Обследование фундаментов производится из шурфов. Рис. 4. Шурф для обследования фундамента: 1–крепление шурфа; 2–отверстие, пробитое шлямбуром, 3–подкоп для определения ширины подошвы фундамента. Шурфы отрывают ниже дна котлована на 0,5 м, с увеличением глубины котлована площадь шурфов в плане увеличивается. Усиление плитного фундамента Можно выделить ряд внешних признаков, когда ремонт и усиление монолитной плиты являются срочной необходимостью. ‒ Стены здания дали заметный крен в любую сторону. 8 ‒ Произошла деформация бетонных колонн, являющихся конструктивными составляющими сооружения, например, в них появились трещины различного размера. ‒ Визуально замечен наклон плиты монолитного фундамента. ‒ Проявились заметные результаты процессов коррозии, которые возникли из-за пагубного воздействия различных вод: поверхностных и грунтовых. ‒ Произошло растрескивание фундаментной монолитной плиты. ‒ Появились заметные дефекты на внешних и внутренних стенах здания. Для выявления точных причин проявившихся повреждений и деформаций требуется провести осмотр и анализ их внешних и внутренних признаков, отследить динамику развития деструктивных изменений. Квалифицированные специалисты проводят профессиональное техническое изучение состояния надземной и подземной его частей. Также обследуется и территория, которая непосредственно прилегает к зданию. По ходу такого обследования выявляются следующие характеристики сооружения: дата постройки, его первоначальный проектный вид, изменения, которые были внесены в процессе эксплуатации здания (возможная перепланировка, пристройка дополнительных частей, увеличение количества этажей по всему периметру или частично, оборудование мансард, перестройка крыши и т.п.). Способы усиления оснований плитного фундамента К основным способам упрочнения (закрепления) оснований зданий и сооружений относятся: 1) физико-химические; 2) конструктивные; 3) механические; 4) специальные. К физико-химическим методам упрочнения основания относятся: ‒ силикатизация; ‒ цементация; 9 ‒ смолизация; ‒ глинизация; ‒ битумизация; ‒ термический метод; ‒ электрохимическое закрепление. Силикатизация - это метод, при котором под подошву фундаментов погружают инъекторы из стальных перфорированных труб диаметром 19-38 мм, через которые производится нагнетание раствора жидкого стекла под давлением 0,3-0,6 МПа. Силикатизация предназначена для закрепления песков крупных, средней крупности, мелких и пылеватых, плывунов, лессовидных и насыпных грунтов. Метод силикатизации реализуется тремя способами: ‒ двухрастворным; ‒ однорастворным; ‒ газовым. Применение того или иного способа закрепления определяется коэффициентом фильтрации и необходимой прочностью закрепляемого грунта. Около одного инъектора закрепляется столб грунта радиусом 0,3-1 м. Грунт в пределах необходимого объема закрепляют, размещая инъекторы в шахматном порядке (двухрастворный метод). 10 1. Жугин, И. Н. Усиление и реконструкция фундаментов / И. Н. Жугин. — Текст: непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 50 (392). — С. 53-55. — URL: https://moluch.ru/archive/392/86420/ (дата обращения: 14.01.2024). 2. http://www.avtobeton.ru/statyi_o_stroitelstve/plitnyi-fundament-izbetona.html 3. Магарамов, М. С. Технология и организация методов устранения деформации оснований плитного фундамента / М. С. Магарамов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 1 (291). — С. 36-38. — URL: https://moluch.ru/archive/291/66035/ (дата обращения: 14.01.2024). 4. Архитектурные конструкции [Электронный ресурс] : курс лекций : в 2х ч. — Ч. 1. Неиндустриальные конструкции / О. Г. Чеснокова 5. Усиление оснований и реконструкция фундаментов: учеб. Пособие / О.А. Коробова; Новосиб. гос. архитектур.-строит. ун-т (Сибстрин).– Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2008. – 332 с. 11