Повышение несущей способности основания при использовании выштампованных микросвай усиления

Другим способом увеличения несущей способности основания реконструируемых зданий, является технология применения выштампованных микросвай усиления. Более подробно данная технология усиления описана в книге автора [2].

Для условий рассматриваемого примера (см. рис. 2, 3), следует отметить, что несущий слой основания, в данном случае это пластичная супесь, для проектируемых конструктивных условий, не может воспринять существующую проектную вертикальную нагрузку в 312,8 кН. В этом случае, ставится задача определения предельно-допустимой нагрузки на данный фундамент. Решение такой задачи может быть выполнено по выше приведённой методике расчёта (http://www.buildcalc.ru/Calculations/Brnl/Default.aspx.), но при вводе измененных (уменьшенных) исходных данных по нагрузкам, последние постепенно снижаются до получения удовлетворительного решения с коэффициентом надёжности ≥1.

В качества примера, рассмотрим предыдущие условия расчёта (рис. 2), но со сниженной вертикальной нагрузкой до 170 кН. Данные решения представлены на рис.7.

Рис. 7. Углубление существующего пола подвала на 68 см (с расстоянием от планировочной отметки до подошвы рабочего котлована в 2,21 м), будет иметь надёжное решение лишь при допустимой нагрузке в 170 кН. Существующий дефицит несущей способности основания (312 – 170 =142 кН) может быть воспринят устройством выштампованных микросвай уплотнения основания.

Поскольку по результатам реконструкции (углубления подвала) на основание должна передаваться вертикальная нагрузка в размере 312 кН (рис. 2), а основание может воспринять лишь нагрузку в 170 кН (рис. 7), то существующий дефицит нагрузки (312-170=142 кН) должен быть воспринят выштампованными микросваями – конструктивными элементами усиления основания. Схема такого принципиального конструктивного решения показана на рис. 8.

Рис. 8. Схема поперечного сечения фундамента реконструируемого здания для расчётного обоснования возможности понижения отметки пола существующего подвала, с конструктивными элементами усиления основания.

Для определения необходимого количества микросвай усиления основания, воспринимающих существующий дефицит нагрузки (142 кН), воспользуемся методикой, изложенной в § 3.1[1].

Предварительно задаёмся размерами выштампованной микросваи (по условиям технологии её изготовления):

• Длина, ℓ=2,2м;
• Диаметр, Ø=220мм;
• Угол наклона к вертикали,a=30º

Микросвая будет расположена под углом наклона a=30º в основании, расчётные характеристики которого (с учётом I предельного состояния) определены в соответствии с таблицей «Данные по грунту» (рис.7).

Результаты данного решения с использованием программы (по ранее разработанной методике [2]), составленной в системе «Mathcad», представлены на рис. 9.

Представленное решение, разработанное в системе «Mathcad», следует считать универсальным инструментом, поскольку позволяет достаточно быстро определить необходимое число микросвай усиления основания, меняя исходные данные в зависимости от условий решаемой задачи.

Рис. 9. Пример программного решения по определению необходимого числа микросвай усиления основания (Mathcad) в зависимости от размеров микросваи, грунтовых условий и дефицита несущей способности усиливаемого основания.

Таким образом, полученное по результатам расчёта (рис. 9) решение по углублению подвала с устройством выштампованных микросвай усиления основания, из расчёта 3 сваи на погонный метр длины подошвы фундамента, обеспечивает надёжную работу основания.

Проектное решение по устройству выштампованных микросвай усиления основания, в соответствии с условиями рассматриваемого примера, представлены на рис. 10.

Рис. 10. Проектное решение по устройству выштампованных микросвай усиления основания, в соответствии с условиями рассматриваемого примера.

Таким образом, существующие основание (пластичная супесь) для восприятия проектируемой вертикальной нагрузки N=312 кН/м от ленточного фундамента (b=1,2 м), при проектном понижении пола подвала (см. ранее), должно быть усилено на одном метре тремя наклонными (под углом 30° к вертикали), выштампованными микросваями (с расчётными характеристиками – см. выше).

Выбор конструктивного решения по усилению основания при проведении реконструктивных работ по зданию, должен осуществляться в каждом случае проектировщиками индивидуально, в зависимости от технико-экономических показателей и заданной степени надёжности.

Реализация рассмотренных методов усиления основания, с устройством прижимной вертикальной стенки, представлена в виде фотографии выполненных работ на рис. 11.

Рис. 11. Фотография внутренней кирпичной стены подвала здания после реконструктивных работ по углублению подвала с устройством железобетонной вертикальной прижимной стенки. Выполнение подобного вида работ успешно осуществляется ООО СК «Подземстройреконструкция».

Выводы

1. При расчётной проверке основания и фундамента по первому предельному состоянию, может возникнуть условие, когда несущая способность основания при выполнении реконструктивных работ окажется не достаточной. В этом случае возникает, так называемый, дефицит несущей способности основания, Компенсация дефицита несущей способности основания может быть реализована устройством либо шпунтовой обоймы, либо - выштампованных микросвай усиления основания.
2. Выполнение вдоль подошвы фундамента шпунтового ряда создаёт повышенную несущую способность основания, которая может быть определена в соответствии с представленной методикой расчёта.
3. Расчёт существующего фундамента, с учётом возможной нелинейной работы основания, в результате дополнительного его нагружения (углубления пола подвала) при реконструкции здания, может быть выполнен по программе автора на сайте: (http://www.buildcalc.ru). Расчёты на данном сайте, в том числе по представленной программе: http://www.buildcalc.ru/Calculations/Brnl/Default.aspx можно осуществлять бесплатно непосредственно в интернете в режиме «on-line».
4. Приведённый метод расчёта с использованием программы в системе «Matcad» по определению длины устойчивого шпунта или необходимого числа конструктивных микросвай усиления основания, позволяет обоснованно, в зависимости от проектных нагрузок, грунтовых условий, размеров фундаментов и геометрических размеров шпунта (микросвай), выполнять расчёты с заданным коэффициентом надёжности, обеспечивая устойчивое состояние усиливаемых оснований.

Литература

1. Алексеев С.И. Осадки фундаментов при реконструкции зданий, ООФ «ЦКС» СПб., 2009. – 82 с.
2. Алексеев С.И. Применение выштампованных микросвай усиления основания реконструируемых зданий, ООФ «ЦКС» СПб., 2010. – 55 с.
3. СНиП 2.02.01-83* Проектирование оснований зданий и сооружений. М., 1983.
4. Алексеев С.И. Конструктивное усиление оснований при реконструкции зданий, ООФ «ЦКС» СПб., 2011. – 87 с.