реферат. Расчет усиления фундамента при реконструкции ремонте зданий

• Название: Расчет усиления фундамента при реконструкции ремонте зданий
• Анкор: реферат
• Дата: 20.10.2022
• Размер: 0.64 Mb.
• Имя файла: 6bd011d.doc
• Тип: Реферат; #743219

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Международная образовательная корпорация

Казахская Головная Архитектурно-Строительная Академия



РЕФЕРАТ

по дисциплине

“расчет усиления фундамента при реконструкции ремонте зданий ”
На тему: расчет усиления фундамента при реконструкции ремонте зданий
Выполнил: ст.гр ТПГС-20-5 Аманжолов.А.Г

Проверила: Ажгалиева.Б.А

Алматы.2022

Содержание.

Введение 4

Классификация причин усиления оснований и фундаментов 5

Натуральные обследования фундаментов и их оснований 7

Усиление и восстановление оснований при реконструкции и капитальном ремонте 9

Принципы, организация и технология производства работ при усилении и оснований закреплением грунтов 9

Принципы, организация и технология производства работ при усилении оснований глубинным уплотнением грунтов 12

Принципы и способы расчета и усиления фундаментов 15

Список литературы 17

Введение

Долговечность жилых зданий, их соответствие назначению во многом определяются состоянием оснований и фундаментов. Система основание – фундамент является наиболее сложной в моделировании и предвидении ее функционирования в процессе возведения и особенно эксплуатации зданий и сооружений. Эта система в эксплуатационных условиях постоянно испытывает одновременное, зачастую трудно учитываемое воздействие многих факторов, из которых наиболее значительными являются изменения свойств основания, природные явления и воздействия, связанные с деятельностью человека.

Нарушения нормальной работы оснований и фундаментов встречаются довольно часто, и хотя обычно не происходит полного разрушения зданий и сооружений, но наблюдаются разного рода деформации, перекосы, трещины, которые без устранения причин их появления и невыполнения в срок ремонтных работ могут привести к самым серьезным последствиям, вплоть до аварий.

Классификация причин усиления оснований и фундаментов

Выбор способа усиления оснований и фундаментов, организация и технология работ по усилению во многом зависит от причин, вызывающих необходимость усиления. Основными причинами усиления оснований и фундаментов являются увеличение нагрузки на грунты оснований и тело фундаментов, а также деформации и повреждения грунтов оснований и конструкций фундаментов.

Увеличение нагрузки происходит в результате изменения технологических нагрузок, при надстройке зданий, изменениях конструктивного решения и ряде других случаев, возникающих при реконструкции зданий и сооружений.

Большая часть повреждений надземных конструкций связана с деформациями и повреждениями оснований и фундаментов. Причинами их появления являются ошибки, допущенные при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации, а также объективные факторы (изменение гидрогеологических условий, динамические и сейсмические воздействия и т.п.)


Рис.1 Классификация причин усиления оснований и фундаментов

Классификация причин, вызывающих необходимость усиления приведена на рисунке 1.

Следует отметить, что в процессе эксплуатации основания и фундаменты работают, как единая система, испытывающая одновременное воздействие многих из перечисленных факторов (изменение свойства оснований, эксплуатационные воздействия, природные явления, хозяйственная деятельность вблизи зданий и др.). Как правило, эти факторы либо оказывают одновременное негативное воздействие на основания и фундаменты, либо, воздействуя на один элемент этой системы, в конечном итоге приводят к необходимости усиления всей системы.

Натуральные обследования фундаментов и их оснований

Проведение реконструкции и капитального ремонта зданий, особенно в условиях эксплуатации, достаточно дорого и трудоемко, поэтому проектные решения должны быть приняты после тщательного обследования всех конструктивных элементов.

Общие принципы обследования строительных конструкций в основном одинаковы для всех зданий. Обследование должно проводиться поэтапно и включать в себя:

• 
  подготовительные работы (общее знакомство с объектом, изучение технической документации, составление программы обследования);
  
• 
  натурное освидетельствование конструкций (общий осмотр конструкций, обмеры элементов и узлов, установление геометрической схемы путем геодезической съемки положений конструкций, выявление дефектов и повреждений визуальным осмотром и с помощью инструментов и приборов);
  
• 
  установление характера и величины действующих нагрузок и воздействий (уточнение, а в случае отсутствия и установление технологических нагрузок, определение атмосферных нагрузок, выявление характера и степени агрессивности воздействий на конструкции среды помещений, а также природно-климатических факторов);
  
• 
  оценку физико-механических характеристик материалов конструкций (выявление на основе проектной и исполнительной документации характеристик материала, определение механических характеристик материалов неразрушающими методами, отбор, в случае необходимости, образцов из обследуемых конструкций и испытание их в лабораторных условиях);
  
• 
  установление фактической расчетной схемы (выявление на основе проектной документации принятой при проектировании расчетной схемы, установление реальной работы конструкций, составление фактической расчетной схемы);
  
• 
  выполнение поверочных расчетов (определение усилий в обследуемых элементах, сопоставление полученных расчетных усилий в конструкциях с их фактической несущей способностью);
  
• 
  анализ результатов обследования и составление технического заключения (общий анализ результатов обследования, формулирование выводов и рекомендаций по усилению и дальнейшей эксплуатации конструкций).
  

В систематизированном виде эти этапы даны на рис. 2.

Фактический объем и содержание обследования в каждом конкретном случае устанавливаются с учетом конструктивного решения здания, степени физического износа и разрушений отдельных элементов и здания в целом, отсутствия и наличия проектной и исполнительной документации, а также конечной цели, которая должна быть достигнута в результате усиления.

Результаты обследования, являющиеся исходными данными для разработки проекта усиления, оформляются в виде научно-технического отчета, содержащего в наиболее общем виде: описание конструкций с приложением основных чертежей, а при наличии проектной документации со ссылками на номера чертежей и места их хранения; краткое описание функционального (технологического) процесса с указанием предполагаемых при реконструкции изменений; общую характеристику эксплуатационных воздействий (технологические нагрузки, их интенсивность, выделение пыли, тепла, влаги, агрессивных веществ и т.п.); материалы освидетельствования конструкций с ведомостями дефектов и повреждений, а также с результатами геодезической съемки; анализ материалов освидетельствования с указанием причин их возникновения; результаты определения физикомеханических свойств конструкций и рекомендуемые значения расчетных характеристик; поверочные расчеты конструкций; выводы и рекомендации по обеспечению дальнейшей нормальной работы конструкций, а также предложения по их устранению.



Рис. 2 Очередность работ по обследованию конструкций зданий перед реконструкцией и капитальным ремонтом
Указанный порядок выполнения проектно-изыскательских работ, естественно, может меняться или сокращаться в зависимости от вида сооружения, фундаменты которого требуют усиления. При разработке проекта в одну стадию (технорабочий проект или рабочие чертежи) отдельные пункты выполнения проектно-изыскательских работ могут объединяться.

Усиление и восстановление оснований при реконструкции и капитальном ремонте

Все способы усиления и восстановления оснований можно разделить на две основные группы:

• 
  усиление путем закрепления грунтов;
  
• 
  повышение прочности оснований глубинным уплотнением грунтов.
  

Принципы, организация и технология производства работ при усилении и оснований закреплением грунтов
Усиление основание путем закрепления грунтов заключается в связывании частиц грунта. Закрепление повышает механическую прочность, водоустойчивость, долговечность. В зависимости от технологии закрепления и процессов, происходящих в грунте, методы закрепления делятся на три вида: химические, физико-химические и термические.

Сущность химических методов состоит в том, что грунт через предварительно погруженные в него перфорированные трубы (инъекторы) нагнетают маловязкие растворы. Находясь в грунте растворы вступают в химическую реакцию с грунтом и, отверждаясь в нем, улучшают химические свойства основания.

Химические способы делятся на две группы, к первой относятся способы, использующие силикатные растворы и их производные, ко второй – способы, применяющие органические полимеры (акриловые, карбомидные, резорцинформальдегидные, фурановые смолы и т.п.).

Наиболее распространенные имеют способы силикатизации. Материалом для силикатизации является жидкое стекло – коллоидный раствор силиката натрия.

При однорастворной силикатизации в грунт инъецируется гелеобразующий раствор, состоящий из двух или трех компонентов: растворы силиката натрия и отверждающего реагента (раствор кислот, органических составов). В результате протекающей реакции грунт цементируется гелем кремниевой кислоты.

При двухрастворной силикатизации процесс закрепления сводится к поочередному нагнетанию в грунт раствора силиката натрия и раствора хлористого калия. В процессе взаимодействия растворов образуется гидрогель кремниевой кислоты. Песок после инъекции становится водонепроницаемым.

При газовой силикатизации качестве отвердителя силиката натрия используют углекислый газ. Газ нагнетают в грунт для его предварительной активизации. После этого инъецируют силикат натрия, а затем в грунт подают углекислый газ. Способ применяется для песчаных и просадочных лессовых грунтов, а также грунтов с высоким содержанием органических веществ. Закрепленные пески приобретают прочность 0,8…1,5 МПа, а лессовые грунты 0,8…1,2 МПа.

При электросиликатизации используется комбинированное применение постоянного электрического тока и силикатных растворов. Способ предназначен для закрепления переувлажненных мелкозернистых грунтов и супесей, а также лессовых грунтов, в которых жидкое стекло проникает с трудом

При аэросиликатизации грунтов используют сжатый воздух, который подпют в грунт вместе с закрепляющим раствором жидкого стекла. Подача сжатого воздуха позволяет получить в грунте радиально направленные от инъектора лучеобразные участки закрепленного грунта.

При больших объемах закачки тампонажных материалов применяют глинисто-силикатные растворы, представляющие собой смеси водных растворов высокодисперсных глин с небольшой добавкой силиката натрия. Силикат натрия инъецирует возникновение в порах грунта эластичного геля, обеспечивающего водонепроницаемость грунтового массива.

К другим химическим методам относятся аммонизация и смолизация.

При аммонизации в грунт под небольшим давлением нагнетается газообразный аммиак. Метод позволяет придать лессовым грунтам свойства непросадочности.

При смолизации в грунты инъецируются водные растворы синтетических смол (карбомидных, эпоксидных, фурановых и др.) вместе с отвердителями (кислотами, кислыми солями). После взаимодействия с отвердителями смола полимеризуется. Смолизация используется при закреплении песчаных с коэффициентом фильтрации 0,5…45 м/сут. и лессовых грунтов. Грунты становятся водонепроницаемыми и имеют прочность на сжатие до 1…5 МПа.

Выбор способа и зон химического закрепления грунта зависит от характеристики основания, формы и размеров фундамента, действующих нагрузок. Зоны закрепления в плане могут быть ленточными, сплошными, прерывистыми, кольцевыми и фигуристыми (рис.3).


Рис. 3 Зоны химического закрепления грунтов оснований:

а – ленточная; б – сплошная; в – столбчатая; г - кольцевая
В зависимости от этого и свойств грунта определяется расстояние между инъекторами и их положение (вертикальное, наклонное, горизонтальное, комбинированное (рис.4).

К физико-химическим методам закрепления грунтов относится цементация, грунтоцементация, битуминизация и глинизация.

При цементации в грунт через инъекторы нагнетается цементный, цементно-песчаный или цементно-глинистый раствор. Добавка глин до 5 % способствует улучшению качества работ. Метод применяют для закрепления песчаных, крупнообломочных грунтов и трещиноватых скальных пород.

При грунтоцементации для укрепления оснований устраивают грунтоцементные (илоцементные) сваи. Для устройства свай грунт в пробуриваемой скважине перемешивается с вяжущим материалом без выемки его из скважины. Метод применяется для закрепления слабых грунтов при возведении вблизи эксплуатируемых зданий новых, создании подземных конструкций в слабых грунтов(например, илосвай, грунтоцементных ленточных фундаментов и т.п.), устройстве противофильтрационных завес и др.



Рис. 4 Варианты расположения инъекторов при закреплении грунтов оснований:

1 – фундамент; 2 – инъектор; 3 – зона закрепления; 4 - шахта
При глинизации для заполнения скважин используют глинистые растворы. Применяется она в трещиноватых породах.

При битуминизации в качестве инъецируемого вещества используют разогретый битум или холодную битумную эмульсию. Способ рекомендуется для песчаных грунтов с коэффициентами фильтрации 10…50 м/сут. Из-за сложности технологии метод применяется очень ограниченно.

Термическое закрепление грунтов (обжиг) применяются в основном при закреплении просадочных грунтов. В пробуренных в грунте скважинах сжигают газообразное, жидкое или твердое топливо.

Одновременно в скважину подают воздух. Обжиг производят при температуре 400…800 С в течение 5…10 дней. Вокруг скважины образуется столб закрепленного грунта диаметром 1,5…3,0 м с прочностью 1…3 Па.

Иногда в практике применяется электротермический способ обжига грунта. В качестве источника используются нихромовые электронагреватели. Скважины во всех случаях могут пробуриваться вертикально, наклонно и горизонтально.

Работы по усилению оснований перечисленными выше методами инъекцирования должны выполняться в определенной последовательности.

Перед производством работ по закреплению грунтов следует:

• 
  уточнить расположение подземных коммуникаций, а также расположение и состояние сооружений, находящихся вблизи места закрепления;
  
• 
  подготовить бригаду исполнителей, предварительно прошедших курс обучения технологии производства работ;
  
• 
  обеспечить наличие предусмотренного проектом комплекта оборудования и материалов;
  
• 
  выполнить контрольное закрепление грунта и провести его испытания.
  

Производство закрепления грунтов включает последовательно следующие виды работ:

• 
  подготовительные и вспомогательные работы, включая приготовление закрепляющих растворов;
  
• 
  работы по погружению в грунты инъекторов и бурению, а также по оборудованию инъекционных скважин;
  
• 
  нагнетание закрепляющих реагентов в грунты;
  
• 
  извлечение инъекторов и заделку инъекционных скважин;
  
• 
  работы по контролю закрепления.
  

Подготовительные и вспомогательные работы выполняют до начала основных работ. К ним относятся: подготовка и планировка территории; подводка электроэнергии, горячего и холодного водоснабжения, канализации; установление (при необходимости) геодезического наблюдения за осадками фундаментов; размещение на площадке химреагентов и материалов; оборудование стационарного узла приготовления растворов (при объеме закрепления более 10 тыс. м3 грунта); размещение мест погружения инъекторов или бурения инъекционных скважин; согласование возможности проведения работ с электронадзором и лицами, ответственными за подземные коммуникации; приготовление закрепляющих растворов рабочих концентраций; выполнение контрольных работ по закреплению грунтов.
Принципы, организация и технология производства работ при усилении оснований глубинным уплотнением грунтов
Для повышения прочности оснований за счет уплотнения грунтов используются механические способы, устройство грунтовых свай, включение в основание жестких элементов.

Способ устройства грунтовых свай основан на погружении штампов, которые образуют скважины с вытеснением грунта радиально в стороны. В результате этого грунт вокруг скважины уплотняется. Погружение штампа выполняется проколом, забивкой, вибрированием. В отформованную скважину засыпают местный грунт или песок, песчано-гравийную смесь, щебень и снова ее отформовывают. Операции повторяют до тех пор, пока усредненная плотность грунтового массива не станет равной требуемой. Наибольший эффект уплотнения достигается при шахматном расположении скважин. Расстояние между осями скважин зависит от диаметра уплотняющего органа и требуемого коэффициента уплотнения.

Недостатком такого способа является наличие при забивке элементов колебаний, могущих вызвать недопустимые осадки зданий.

Следует учитывать, что глинистые грунты в меньшей степени реагируют на вибрацию, чем пески. Чтобы деформировались глинистые грунты, требуется продолжительное воздействие вибрации. Довольно быстро реагируют на динамические воздействия водонасыщенные пески и супеси, находящиеся в рыхлом состоянии или в состоянии средней плотности. Фундаменты реконструируемых зданий в таких грунтах могут подвергаться значительным неравномерным осадкам вследствие уплотнения или выдавливания из-под них грунта.

Опасность колебаний при забивке элементов, вызывающих осадку зданий, существенно зависит не только от вида грунта, но и глубины погружения оболочки или сваи, расстояния от них до существующих зданий и ряда других факторов. С увеличением расстояния амплитуды смещений быстро затухают. Большое влияние на это оказывают грунтовые условия. Использование молотов меньшего веса приводит к снижению амплитуд смещений грунта и зоны их влияния. Значения амплитуд максимальны при погружении трубы или сваи на глубину 3…6 м. Увеличение амплитуды на глубине может быть связано не только с особенностями геологического строения площадки, но исперерывами в погружении сваи, например в тиксотропных грунтах.

С целью снижения уровня колебаний уменьшают частоту ударов и высоту падения молота, увеличивают его вес, а также сокращают время «отдыха» сваи в процессе забивки. Снизить уровень колебаний позволяют следующие способы: погружение элементов в лидерные скважины, в тиксотропной рубашке и вдавливанием.

Глубинное упрочнение оснований с использованием вяжущих материалов (закрепление грунтов) выполняется по следующей технологии. Вначале в грунте спиралевидным снарядом проходят первичную скважину диаметром, меньшим заданного, а затем скважину заполняют закрепляющим материалом. После этого по оси первичной скважины снарядом большего диаметра проходят скважину проектного диаметра, вдавливая закрепляющий материал в грунт. Под напором погружаемого снаряда закрепляющий материал проникает в грунт через стенки скважины и ее дно. При этом закрепляющий материал частично перемешивается с грунтом, что способствует образованию вокруг скважины оболочки повышенной прочности (рис. 5).



Рис. 5 Схема устройства скважины с использованием вяжущего материала:

а-д – последовательность устройства скважины: 1 – снаряд малого диаметра; 2 – вяжущий материал; 3 – снаряд большого диаметра; 4 – слой закрепленного грунта; 5 – скважина проектного диаметра; 6 – материал заполнения скважины
В качестве твердеющей смеси может быть использована любая композиция, отверждающаяся с грунтом, например, химические реагенты, применяемые для химического закрепления грунтов (фенолформальдегидная, карбамидная и другие смолы, жидкое стекло), а также цементно-песчаные и цементные растворы. Для предотвращения выдавливания закрепляющего материала из скважины на поверхность первичную скважину заполняют закрепляющим материалом на 1…1,5 м ниже ее устья, а диаметр первичной скважины должен быть менее 0,8 диаметра проектной скважины. В зависимости от характера грунтовых напластований закрепление можно выполнять выборочно на отдельных участках, причем толщина закрепляемых слоев по длине скважины может быть различной.

По окончании упрочнения грунта скважины заполняют грунтом или другим материалом с уплотнением.

Расстояние между скважинами определяют исходя из условий обеспечения совместной работы грунта в массиве, а также необходимой несущей способности укрепляемого основания.

Для уплотнения слабых водонасыщенных грунтов, в том числе и обводненных лессовых, можно использовать грунтоизвестковые сваи. В процессе гашения известь в скважине увеличивается в троекратном объеме. Развивающееся при этом давление существенно укрепит стенки скважины.

Глубинное уплотнение может быть выполнено в виде вертикальных или наклонных скважин; может быть также принято и комбинированное расположение скважин.

Выбор способа глубинного уплотнения основания зависит от конкретных условий реконструируемого объекта, диаметра скважин, материала, используемого для упрочнения и др. Например, для уплотнения оснований существующих зданий в основном устраивают наклонные скважины (рис. 6).



Рис. 6 Вариант упрочнения основания песчаными сваями:

1 – здание; 2 – фундамент; 3 – песчаные сваи; 4 – зона упрочнения;

5 – насыпной грунт; 6 – торф

Принципы и способы расчета и усиления фундаментов

Выбор способов ремонта и усиления ленточных и столбчатых фундаментов мелкого заложения зависит от причин, вызывающих необходимость усиления, особенностей конструктивного решения фундаментов, действующих нагрузок, а также от инженерно-геологических условий и степени стесненности рабочей площадки. От принятого способа усиления или ремонта существенным образом зависит организация и технология производства работ.

Основные способы усиления фундаментов мелкого заложения с их краткой характеристикой даны ниже.

Усиление и восстановление кладки фундаментов цементацией. Способ применяется, когда кладка ослаблена по всей толще, а увеличения нагрузки на фундамент нет. Цементация производится путем нагнетания в пустоты фундамента через инъекционные трубы цементного раствора консистенции от 1:1 до 1:2 и более под давлением 0,2…1,0 МПа (рис. 7). Через один инъектор заполняется пространство диаметром 0,6…1,2 м.


Рис. 7 Усиление кладки фундамента при ее большом износе инъекцией цементного

раствора:

1 – инъекторы; 2 – фундамент; 3 – цементный раствор
Обычно число мест инъекции зависит от степени разрушения кладки фундаментов. Работы по укреплению целесообразно вести захватками длиной 2,0…2,5 м. Иногда для уменьшения расхода раствора боковые поверхности фундамента перед цементацией покрывают цементной штукатуркой.

Ремонт и усиление тела фундаментов материалами на основе полимеров. Способ основан на использовании полимербетонов, полимерных растворов и мастик для заделки трещин в теле фундаментов и инъецирования их внутрь. Для заделки трещин шириной 2 мм и более и раковин глубиной менее 50 мм используются полимеррастворы и полимермастики. Если разрушения более значительны и имеются обнажения арматуры, восстановление выполняют полимербетоном или полимерраствором, нанесением торкретбетона. При наличии пустот, трещин и других дефектов внутри тела для укрепления его используют инъекционное лечение полимерными смесями смол с отвердителями. В связи с высокой стоимостью смол инъекцирование их ограничивается небольшими объемами дефектов.

Устройство защитных растворных рубашек. Способ применяется при ремонте незначительных наружных повреждений фундаментов. Для этого в кладку в шахматном порядке через 0,5 м заделываются металлические анкеры, к которым прикрепляется арматурная сетка, и затем наносится раствор на крупном песке простым оштукатуриванием или торкретированием. Иногда вместо раствора наносят бетон, применяя пневмонабрызг или укладку в опалубку. Данный способ обычно применяется совместно с другими мерами усиления. Из-за появления трещин в ступенях ленточного фундамента их усилили путем устройства над ступенями продольных железобетонных балок (рис. 8). Балки опираются на контрфорсы, ширина которых определяется по расчету на смятие кладки в местах пересечения ригеля контрфорса с кладкой стены. Расстояние между контрфорсами находится из расчета балок на изгиб. Весь фундамент заключается в железобетонную рубашку, монолитно связанную с балками.



Рис. 8 Вариант усиления кладки ленточного фундамента:

1 – фундамент; 2 – трещины в ступенях; 3 – продольная балка на ступени; 4 – контрфорс; 5 – рубашка; 6 – рандбалки; 7 – стена здания

Список литературы

1. 
   Бойко, М.Д. Диагностика повреждений и методы восстановления эксплуатационных качеств зданий / М.Д. Бойко. – Л. : Стройиздат, 1975. – 335 с.
   
2. 
   Леденев, В.И. Усиление конструкций при реконструкции / В.И. Леденев, В.В. Леденев. – Тамбов : ТИХМ, 1991. – 104 с.
   
3. 
   Швец, В.Б. Усиление и реконструкция фундаментов / В.Б. Швец, В.И. Феклин, Л.К. Гинзбург. – М.: Стройиздат, 1985. – 240 с.