3.3. Повышение прочности основания
Усиление основания может быть обеспечено глубинным уплотнением грунта механическими способами — устройством грунтовых свай (песчаных и грунтоизвестковых) и включением в основание жестких элементов (например, свай). Особенность применения извести для глубинного уплотнения слабых водонасыщенных грунтов, в том числе обводненных лессовых, заключается в трехкратном увеличении объема извести при ее гашении в скважине. Развивающееся при этом давление существенно уплотняет стенки скважины.
Глубинное уплотнение оснований фундаментов существующих зданий в основном выполняется путем устройства наклонных скважин. До последнего времени такие скважины устраивались применением различных буровых снарядов, когда разбуренный грунт извлекается из скважины или путем пробивки специальными сердечниками. Однако указанные способы несовершенны, особенно при проходке наклонных скважин. При применении буровых снарядов снижается степень уплотнения грунта вокруг скважин, которые, кроме того, обладают недостаточной устойчивостью в слабых грунтах. В случае устройства скважин пробивкой возникают значительные динамические воздействия, а также определенные трудности при извлечении снарядов из наклонных скважин. Более совершенными методами устройства грунтовых свай являются способ винтового продавливания грунта или разбуривание их по специальной технологии без выемки грунта с одновременным перемешиванием его с подаваемым закрепляющим материалом [48, с. 517—518; 52].
Эффективность использования глубинного уплотнения основания песчаными сваями рассмотрим на примере устранения аварийного состояния трансформаторного отделения насосной станции в Казани [53]. В первый год эксплуатации одноэтажное здание трансформаторного отделения на ленточном фундаменте из монолитного бетона получило неравномерную осадку до 20 см, а в кирпичных стенах образовались значительные трещины. В основании фундаментов (рис. 3.9) залегали насыпные пески средней крупности и плотности с включением щебня, подстилаемые мелкими песками, местами слабозаторфованными, торфом и мягкопластичными глинами. Причиной деформаций, развивающихся во времени, явилось уплотнение торфа под действием веса расположенных выше слоев грунтов и давления от сооружения. Глубинное уплотнение осуществлялось путем наклонной забивки сердечника диаметром 40 см, обеспечивающего создание уплотненной зоны в торфе диаметром 75 см. При двухрядной забивке свай с шагом 75 см общее их число составило 80. Для предохранения здания от разрушения при забивке сердечников стены временно были укреплены швеллерами и тяжами. Принятый способ упрочнения основания повысил модуль деформации с 0,3 до 2—5 МПа, при этом определенное уплотнение получили также мелкие и насыпные пески. Трехлетний срок эксплуатации насосной станции не выявил каких-либо существенных деформаций здания и его основания.
Основания могут быть усилены путем устройства по периметру фундамента (ленточного, столбчатого) ограждающей стенки, выполняемой из шпунта, труб или свай (забивных, буронабивных, буроинъекционных и др.). Грунт основания, расположенный между ограждающими стенками, уплотняется, и вследствие трения, возникающего в процессе его оседания, часть нагрузки передается на стенки. Стенки глубиной, равной 2,5—3 ширинам фундамента, должны быть максимально удалены от фундамента, насколько это позволяет технология производства работ.