Возникновение и решение основных геотехнических проблем чаще всего связано с проводимой
реконструкцией зданий (в том числе капитальным ремонтом), которая предполагает в
основном два аспекта:
- Дополнительное нагружение фундаментов и оснований вследствие надстройки этажей,
мансард, замены перекрытий;
- Углубление существующих подвалов с восстановлением, созданием гидроизоляции.
Решение данных задач можно отобразить схемой на рис.1.
Рис. 1. Схема алгоритма решения геотехнических задач при реконструкции зданий.
Из представленной схемы на рис. 1 видно, что успешное решение поставленных задач
осуществляется тогда, когда дополнительные неравномерные осадки фундаментов будут
ниже допустимых, определяемые нормативными документами (СП, СНиП, ТСН). Полученные
в этом случае проектные решения не вызывают дополнительных напряжений в надземных
конструкциях и потому вполне приемлемы.
Однако, чаще всего, получается решение при котором дополнительные неравномерные
осадки фундаментов превышают допустимых значений. Такое решение, отмеченное на рис.
1 красной зоной, вызывает необходимость проведения мероприятий по усилению оснований
и фундаментов с целью выравнивания (минимизации) неравномерностей осадок до допустимых
значений. В результате создаются условия сохранности фундаментов, гидроизоляции
и самого сооружения.
Влияние грунтовых вод на состояние системы «фундамент-основание»
Одна из основных особенностей конструкций фундаментов исторических зданий центральной
части Санкт-Петербурга – это расположение их на деревянных лежнях. Типичный пример
подобного решения представлен на рис. 2. Наличие под подошвой фундаментов деревянных
лежней является одним из главных факторов, негативно влияющих на деформационно-прочностные
свойства оснований. Однако, если лежни находятся ниже уровня грунтовых вод (У.Г.В.)
и фактически защищены от доступа кислорода, то такие конструкции могут находиться
в удовлетворительном состоянии длительное время. Известны случаи когда при реконструкции
фундаментов были откопаны лежни с сроком существования более 200 лет и находящиеся
в хорошем состоянии поскольку они были расположены в глинистом грунте и ниже У.Г.В.
Следует подчеркнуть, что при понижении У.Г.В. ниже отметки расположения лежней,
последние попадают в зону аэрации и под действием кислорода начинает развиваться
процесс гниения органики древесины. Такой процесс идёт достаточно быстро и уже через
5…6 лет лежни диаметром до 20 см сгнивают практически полностью, образуя под подошвой
фундамента остатки гумуса. При данном стечении обстоятельств под подошвой нагруженных
фундаментов образуются зоны с разуплотнённым грунтом, что является причиной возникновения
неравномерных осадок фундаментов с образованием трещин в несущих стенах и нарушений
гидроизоляции.
Постоянные колебания уровня грунтовых вод создают условия размыва известкового межкладочного
раствора между отдельными камнями бутового фундамента. Такие явления могут быть
определены по результатам откопки исследовательских шурфов (рис. 2) или по данным
видео обследования тела фундамента из просверленного шпура диаметром 40 мм (рис.
3).
Рис. 2.Поперечный разрез по фундаменту (по результатам откопки шурфа) с характерной
схемой состояния бутового камня и деревянных лежней.
Рис. 3. Обследование тела бутового фундамента из шпура (1) диаметром 40 мм. Фото
на глубине 1,6 м от обреза фундамента ниже У.Г.В. 2 – зоны пустотности между отдельными
камнями бута.
Из фото на рис. 3 видно что при алмазном сверлении шпура диаметром 40 мм в кладке
бутового фундамента на глубине 1,6 м ниже обреза обнаружены зоны (области) пустотности,
размер которых значительно превышает диаметр шпура. Таким образом очевидно, что
сплошность данного бутового фундамента нарушена, отдельные камни кладки фундамента
не имеют связи между собой, а соприкасаются лишь в отдельных точках. Такая конструкция,
образованная в результате многолетней эксплуатации, становится уязвимой к динамическим
воздействиям (от движущегося транспорта), снижает свои прочностные свойства и провоцирует
развитие неравномерных осадок.
Выполнение исследовательских шпуров по сверлению (с алмазной коронкой) кладки бутового
фундамента позволяет уже на первом этапе выполнения работ оценить сплошность и прочностные
свойства фундамента. Такая оценка может быть сделана по результатам измерения скорости
проходки при алмазном сверлении (рис. 4).
Рис. 4. Скорость проходки тела бутового фундамента при алмазном сверлении (см/мин).
1 - повышенная скорость проходки (ослабленная зона кладки).
На представленном рис. 4 видно, что при многочисленном выполнении шпуров (1-7) все
они характеризуются относительно повышенной скоростью проходки (1) на участке с
глубины 0,55м до 1,5м. Очевидно, что повышенная скорость проходки свидетельствует
о снижении прочности бутовой кладки. Зона снижения прочности бутовой кладки, как
правило, имеет чёткую корреляцию с амплитудой колебания грунтовых вод. Данное обстоятельство
объясняется тем, что периодические естественное колебания уровня грунтовых вод приводят
к вымыванию в большей степени известкового раствора, а также вызывают снижение прочности
самого известкового камня (рис. 5).
Рис. 5. Изменение прочности известняка на сжатие (R) по глубине (Н) обследуемого
фундамента.
Как видно из результатов испытаний образцов известкового камня на сжатие (рис.5),
его прочностные свойства с глубины 0,55м до 1,5м снижаются практически в два раза
по сравнению с прочностью этого же камня, но для верхних слоёв (0,1-0,4м).
Проведение исследовательского алмазного сверления при выполнении шпуров малого диаметра,
что является щадящей технологией, позволяет также получить выход керна (рис. 6).
Сопоставляя линейные размеры керна с длиной шпура, представляется возможность оценить
пустотность кладки исследуемого фундамента. Так на представленном рис.6 видно что
выход керна по длине имеет отдельные зоны с кавернами, пустотами. Удельный вес таких
дефектов кладки может составлять до 30% и более.
Рис. 6. Выход керна диаметром 40 мм после алмазного сверления тела бутового фундамента.
1 – зона разрушенного керна с повышенной пустотностью.
Таким образом, результаты сверления тела бутового фундамента при проведении обследовательских
работ, позволяет выполнить оценку состояния данной конструкции по сплошности (пустотности).
Обнаруженные скрытые дефекты, выявленные как после анализа выхода керна (рис. 6),
так и по результатам видео осмотра состояния внутренней части кладки фундамента
из шпура (рис.3), позволяют разработать адекватные мероприятия по восстановлению
сплошности обследуемых фундаментов.