В процессе эксплуатации строительных объектов часто возникает необходимость усиления фундаментов и грунтов основания. Под усилением фундаментов понимается комплекс мероприятий, направленных на повышение прочности, жёсткости и несущей способности существующих фундаментов, а также на стабилизацию грунтов под ними. Необходимость усиления фундамента может быть вызвана появлением трещин в стенах, просадкой грунта, запланированной надстройкой дополнительных этажей или изменением назначения здания. Выбор конкретной технологии ремонта и усиления фундамента зависит от состояния конструкции, вида грунтов, характера дефектов и требуемых эксплуатационных характеристик.
В статье рассматриваются все основные способы усиления фундаментов и грунтов оснований существующих зданий и новые технологии укрепления фундамента. Будут описаны их особенности, достоинства и ограничения, а также приведены рекомендации по выбору оптимального решения.
Причины и задачи усиления фундаментов
Основной задачей усиления является восстановление несущей способности фундамента и предотвращение дальнейших деформаций здания. Упрочнение основания ведёт к увеличению жёсткости и прочности грунта, что снижает риск неравномерных осадок и расселения трещин. Причинами усиления могут быть:
- Повреждения фундамента: трещины в монолите или кладке, изъедание арматуры, снижение гидроизоляции.
- Увеличение нагрузок: надстройки здания, замена перекрытий на более тяжёлые, новые технологические нагрузки.
- Слабый или пучинистый грунт: подвижки и набухание глинистых или торфяных грунтов под фундаментом.
- Геологические изменения: понижение уровня грунтовых вод, просадка почвы, карст.
- Специальные факторы: сейсмическая активность, вибрации (трассы, промышленное оборудование) и пр.
Перед началом работ выполняется техническое обследование здания и грунтов. На его основе подбирают подходящие методики укрепления фундаментов, учитывая тип конструкции и бюджет. Укрепление может затрагивать как сам фундамент, так и грунт под ним. Часто комбинируют несколько приёмов для достижения надёжного результата.
Основные типы усиления фундаментов и оснований
Методики укрепления фундаментов можно разделить на несколько групп по принципу действия. Ниже перечислены основные виды укрепления фундамента и основания:
- Инъекционные методы: цементация, химическое инъектирование, силикатизация, битумизация, торкретирование и другие способы внесения укрепляющих растворов под давлением. Инъекции заполняют пустоты и трещины в фундаменте и грунте, образуя монолитные колонны или грунтоцементные тела.
- Свайные методы: установка дополнительных свай рядом с фундаментом или под ним, буровых забивных или буроинъекционных. Сваи передают нагрузку от ослабленного основания на более прочные слои грунта. В эту группу входят буронабивные сваи, буроинъекционные (микросваи), винтовые (буросекущие) сваи, в том числе корневидные сваи с неровной поверхностью.
- Монолитные обоймы и рубашки: устройство железобетонных опоясывающих конструкций вокруг существующего фундамента. Это укрепление фундамента бетоном путём вырытия траншей по периметру, армирования и заливки бетона (толщиной до 15–20 см). ЖБ обойма увеличивает опорную площадь и связывает фундамент с окружающим грунтом. Обоймы называют также «рубашкой» (особенно если ж/б элементы замоноличиваются вокруг фундамента).
- Вспомогательные конструкции: установка металлических элементов для передачи нагрузок. Сюда относятся усиление фундамента арматурой и сеткой (внедрение стержней, проволоки через тело фундамента), усиление фундамента швеллером или балками (пропуск металлических профильных балок через низ или стены фундамента) и укрепление трубами (вкладка трубобетонных элементов). Металлические пояса и анкеры позволяют быстро связать конструкцию и разгрузить отдельные трещины.
- Увеличение подошвы фундамента: расширение основания здания – создание широкого бетонного пояса или банкетов (подпорных стенок) по периметру фундамента для снижения давления на грунт. Такой приём может применяться для старых зданий с высоким фундаментом.
- Подводка фундамента: углубление и частичная передислокация фундамента ниже существующего уровня (подделка фундамента). Это радикальный метод реконструкции, когда под уже действующим фундаментом возводят новый ниже существующего (например, методом свайного подпорного фундамента или подкопа с временной опорой).
- Специальные технологии укрепления грунтов: к ним относятся термический метод усиления оснований и электроразрядная технология. При термическом методе в буровые скважины опускают электронагреватели, которые проплавляют (обжигают) глинистые грунты вокруг фундамента. Электроразрядный способ использует высоковольтные разряды для уплотнения и стабилизации грунта. Эти технологии редко применяют массово, но они могут быть полезны на сложных гидрогеологических участках.
- Микропилоты и тензорные усиления: использование композитных материалов (углеволокна) и прочих инноваций. Например, усиление фундамента углеволокном – наложение на стены фундамента армо-ленты или сетки из углеродных волокон, соединённых эпоксидным составом. Это относительно новый метод, позволяющий повысить прочность конструкции без заметного увеличения массы и объёма. Углеволокно отличается высокой прочностью и химической стабильностью, не требует мощной техники и практически не изменяет геометрию конструкции.
- Торкретирование (напыление бетона): укрепление части фундамента путём пневмонапыления бетонного или цементного состава на очищенную поверхность. Обычно траншея вокруг фундамента засекречивается, грунт разрыхляется и на стенки наносится бетонный слой (толщиной 5–10 см) под высоким давлением. Торкретирование восстанавливает первоначальную форму основания и повышает его прочность.
Более детально остановимся на некоторых ключевых и наиболее часто используемых методах, которые применяются для усиления фундаментов.
1. Цементация и инъекционные методы усиления оснований
Инъекционные методы позволяют укреплять как сам фундамент, так и грунты под ним. Через буровые шурфы, скважины или инъекторы под высоким давлением подаётся цементный или химический раствор, заполняющий пустоты в теле фундамента и грунте. При цементации в основание заводят трубы с отверстиями и нагнетают цементный раствор, закрепляющий грунт. Процесс без земляных работ: скважины бурят через каждые 0,5–1 м по периметру, затем цементно-песчаный раствор подаётся под давлением 7–9 атм. Этот метод эффективен для ликвидации мелких трещин и пустот в ленточных или плитных фундаментах. Аналогично работает усиление грунта под фундаментом инъектированием: жидким составом (цементом, смолой, силикатом) стабилизируют слабые участки основания. Произведённые колонки из грунтоцемента или химического геля увеличивают прочность и жёсткость массива, повышают прочность грунта на сжатие и снижают его водопроницаемость.
Отдельный современный вариант – струйная цементация (Jet Grouting). При Jet Grouting вокруг бурового ствола подаётся цементный раствор под огромным давлением (до 100 МПа) с вращением и подъёмом колонны, что «струйно» разрушает грунт и одновременно заполняет его цементом. В результате формируются монолитные столбы диаметром 300–800 мм из цементированного грунта. Преимущества струйной технологии – минимальное расхождение фундамента (скважины сверлятся малым диаметром, часто лишь 100–130 мм) и возможность работы в ограниченных условиях (слабые грунты, подвалы, исторические здания). Однако к недостаткам Jet Grouting относят высокую материалоёмкость (большой объём цемента) и риск оседания грунта при бурении. Подобным образом работает и инъекционное крепление грунтов (Deep Injection) – погружение инъекторов в грунт и наполнение их раствором, что особенно полезно при просадке основания.
Усиление фундамента буроинъекционными сваями. Малогабаритная буровая установка позволяет монтировать сваи под существующим зданием с минимальным ослаблением несущей конструкции.
Как правило, инъектирование применяют при умеренных повреждениях. Например, при небольших трещинах или плановой надстройке, когда фундамент нужно лишь усилить без полной замены. Для некритичного износа основания подходят обычные цементные инъекции, тогда как для близких к аварийным состояний используют более мощные технологии типа буроинъекционных свай. Инъекции выгодны тем, что не требуют разрытий больших котлованов и легко выполняются в помещениях. Но они плохо подходят, если существующий фундамент уже сильно разрушен – в таком случае чаще используют сваи или обоймы.
2. Свайные методы усиления фундаментов
При значительном ослаблении основания широко применяются сваи. Усиление фундаментов сваями заключается в установке новых опорных элементов, которые воспринимают нагрузку здания. Новые сваи монтируют вплотную к старому фундаменту или частично проходят через его тело. Основные варианты:
- Буронабивные сваи – традиционно устанавливаются через бурение скважин и заливку бетона. Их погружают сквозь фундамент, арматурируют и бетонируют, что позволяет передать нагрузку от здания на глубокие устойчивые слои.
- Буроинъекционные (микро) сваи – в узких условиях (цокольных этажах, рядом со стенами) используют сваи малого диаметра (до 200–250 мм). Бурение совмещают с инъекцией цементного раствора (по технологиям типа анкеров Titan или MiniJet). Такие буроинъекционные сваи для усиления фундамента формируют за счёт нагнетания цемента под давлением в сверлёные скважины. После затвердения эти сваи накрывают фундамент ростверком.
- Корневидные сваи – это модифицированные буроинъекционные сваи с неровной («корневидной») поверхностью, полученной за счёт прошивки грунта. За последние десятилетия эта технология получила развитие в России и Европе. Преимущества усиления фундаментов с помощью корневидных свай: отсутствие ручных земляных работ (скважины бурят прямо через фундамент), возможность работы в стеснённых условиях и сохранение внешнего вида строения. Недостатки – низкая несущая способность отдельных тонких свай и неопределённый эффект на очень слабых грунтах. Несмотря на это, на сложных объектах (театры, музеи, жилые комплексы) именно сваи часто оказываются единственным решением.
- Выносные сваи – устанавливаются вне контура фундамента (обычно с наклоном), чтобы распределить часть нагрузки на удалённые опоры. Например, при трещинах в углах фундамента могут быть забиты выносные сваи под углом (похожая логика и у анкеров).
- Дополнительные сваи рядом – если здание продолжает эксплуатироваться, устанавливают дополнительно забивные или буронабивные сваи по сторонам от фундамента. Обычно заглубление делают попарно с обеих сторон, связывая новые сваи ростверком с существующим фундаментом.
При использовании свайных методов важно обеспечить надежное анкерирование в старом фундаменте (связь старого и нового) – чаще всего через армирование и бетонирование. В процессе работ контролируют осадку. Как отмечают на международных конгрессах, не существует реальной альтернативы буроинъекционным сваям для спасения исторических зданий.
Усиление фундамента железобетонной обоймой
3. Армирование и монолитные обоймы для усиления фундамента
Когда фундамент разрушен локально или несущая способность только частично уменьшена, применяют обоймы и армирование.
- Железобетонные обоймы (рубашки) – фундаменты раскапывают участками, срезают повреждённые слои, затем оборачивают трёхмерной арматурой весь периметр и заливают бетоном. Получается монолитный пояс вокруг старой конструкции. Обойма увеличивает опорную площадь и изолирует фундамент от движения грунта. Эффективна при значительных трещинах или рыхлости бетона, когда нагрузка на объект сохраняется. ЖБ обойма устраняет дефекты, допущенные при строительстве, и скрепляет отдельные фрагменты фундаментной стены.
- Сетка и арматурные штыри – в тело существующего фундамента вводят арматуру – стержни или плоские армирующие сетки. Арматуру заводят через отверстия в фундаменте и закрепляют эпоксидным составом или заливкой, связывая разные части фундамента. Это усиливает монолитность и предотвращает дальнейшее развитие трещин. Часто используют стальные анкеры (дюбеля), соединяющие фундамент со стеной.
- Балочные обвязки: металлические или железобетонные балки проводят под основанием или вдоль него, создавая искусственный ростверк. Наиболее простая схема – буровые сваи объединяются монолитной плитой или балкой, передающей нагрузку. Иногда металлические швеллеры пропускают через фундаменты для усиления оснований стен (технология, применяемая при смене грунта или возведении подкопа).
- Укрепление трубами и элементами: под фундамент могут устанавливаться массивные трубы (трубчатые сваи) или другие буронабивные элементы, которые служат дополнительными опорами. В старых или технологически сложных сооружениях нередко используют чашеобразные или коробчатые сваи, заходящие в грунт остриём.
Указанные армирующие методы позволяют укрепить фундамент гибкой конструкцией, аккуратно распределяя нагрузку. Например, при появлении трещин на стенах часто используют способ укрепления фундамента с поперечной стальной балкой или «затягиванием» фундамента через армирующую обойму. В целом, способы закрепления фундамента арматурой и металлом применяют, когда необходимо «срастить» разрозненные части здания без демонтажа фундамента. При этом важно предусмотреть антикоррозионную защиту металла.
4. Расширение подошвы и банкетные конструкции
Если нужно быстро снизить давление на грунт, применяют расширение фундамента. Уширение подошвы заключается в устройстве бетонного пояса по всему периметру или на наиболее ответственных участках, привязанного к существующему фундаменту. Толщина расширенной подошвы может достигать 30–40 см, а ширина – нескольких метров. Аналогичным образом работают подпорные стенки или насыпи (банкет) около основания, воспринимающие часть нагрузки. Эти способы разгрузки и усиления фундаментов эксплуатируемых зданий подходят, когда необходимо мгновенно разгрузить слабый грунт и заменить часть нагрузки более крупным пятном опоры.
Подобную операцию часто выполняют при реконструкции старых зданий: под стеной выкапывают траншею, заливают новый бетонный фундамент (иногда с анкерами в старую кладку) и постепенно «поднимают» здание на новой подошве (подводка). Классический пример – технология подворота фундаментной плиты под тяжелыми объектами. На практике технология усиления и подводки фундаментов подразумевает такие последовательные работы по перетрамбовке и перемещению нагрузки без полной остановки здания.
Токопроводящий бетон
5. Торкретирование
В условиях ограниченного пространства может быть удобен торкрет – под давлением бетонной смеси наносят слой бетона на основание или стены фундамента. Предварительно основание очищается и насечками создаётся шероховатая поверхность. Затем с помощью пневмонагнетательной установки бетонный раствор распыляют на основание, создавая дополнительную бетонную оболочку. Торкретирование эффективно восстанавливает геометрию фундаментов и повышает их коррозионную защиту. Метод часто применяют в подвалах, тоннелях или на мостовых опорах, где невозможно организовать перекоп большого объёма.
При всех описанных способах укрепления фундамента дома особое внимание уделяют сцеплению нового материала со старым. Известная методика – химическая анкеровка: сверлят отверстия в фундаменте, очищают их от пыли и заливают эпоксидную смолу с арматурой. Это усиливает связь фундамента и бетонных конструкций. В некоторых случаях применяют силикатизацию – введение водного раствора силикатов натрия в пустоты грунта, что химически цементирует почву. Битумизация – аналогичный метод для песчаных грунтов: горячим битумом заполняют трещины, улучшая водонепроницаемость.
Наконец, к современным лабораторным технологиям можно отнести плазменное или электронагревательное воздействие, а также геохимические вяжущие (битумы, клеи, искусственные смолы). Однако основным спросом у геотехнических компаний пользуются описанные выше методы, поскольку они проверены практикой и имеют прикладное нормирование.
Выбор метода усиления фундамента
При выборе способа укрепления анализируют технические и экономические критерии. Факторы, влияющие на выбор оптимального метода усиления, включают геологическую природу грунта, состояние конструкции здания и актуальное состояние фундамента. Кроме того, учитывают:
- Требуемый прирост несущей способности (сколько нужно «усилить» фундамент) и максимальную допустимую осадку.
- Доступность к проводимым работам (можно ли использовать тяжёлую технику, необходимо ли работать из-подвала и т.п.).
- Экономику проекта: стоимость материалов (цемент, арматура, композиты) и работ, а также сроки выполнения.
- Риски связаны с процессом: например, при струйной цементации нужно обеспечить безопасность при высоком давлении (до 80–100 МПа), при бурении рядом с историческими зданиями важна минимальная вибрация.
Обычно ответственность за выбор метода лежит на проектировщике или подрядчике, который опирается на опыт аналогичных объектов. Часто применяют расчетно-модельные подходы: по геотехническим данным моделируют работу фундамента с новыми элементами. Без детального моделирования нельзя пренебрегать традиционными методами: в целом, основные методы восстановления и усиления фундаментов зданий в ходе реконструкции комбинируют проверенные техники с новыми технологиями. Например, при надстройке дополнительно применяют сваю-ростверк совместно с инъекционной цементацией для равномерного распределения осадок.
С позиции практического руководства можно сформулировать так:
- Если требуется локальный ремонт или восстановление (утечка грунта, трещины в кладке), рациональнее использовать инъекции, стальную арматуру и обойму.
- Если необходимо значительное усиление несущей способности (увеличение нагрузки, слабый грунт), применяют сваи (буронабивные или буроинъекционные) или Jet Grouting.
- На ограниченных по месту объектах предпочтительны малогабаритные методы – микросваи, мини-цементация, укрепление углеволокном.
- При подготовке территории под застройку (рекультивации площадки до строительства) могут использоваться методы усиления оснований перед засыпкой: песчаные подушки с виброплотнением, торкретирование на склонах, смешивание грунта с цементом и т.д.
Таким образом, вопрос, как выбрать метод усиления фундамента – вопрос синергии геотехнического обследования и опыта. Универсальных рецептов нет, однако комбинация анализа геологии, конструктивного решения и экономических соображений позволяет определить оптимальное решение.
Итоги
Фундамент можно усилить множеством способов – сваями (буронабивными, буроинъекционными, винтовыми), цементацией или инъектированием, железобетонными обоймами и балками, торкретированием, арматурой и сетками, углеволокном и пр. Выбор зависит от условий объекта. Комплексный подход и предварительные расчёты позволяют подобрать эффективную схему укрепления. Современные способы укрепления фундамента, такие как струйная цементация или инъекции высокой плотности, дают возможность решать сложные задачи даже в ограниченном пространстве. Компания «Геобилдинг» всегда готова предложить новаторские решения и профессиональное исполнение работ.
Геотехническая компания «Геобилдинг» предлагает комплексное решение задач усиления фундаментов. Мы работаем по всей России и можем провести обследование, проектирование и выполнение работ «под ключ». В своей работе «Геобилдинг» делает особый упор на передовые технологии – усиление грунтов методом струйной цементации (Jet Grouting) и инъекционное крепление (Deep Injection). Эти методы позволяют эффективно закреплять грунты и основания строений даже в самых сложных условиях, обеспечивая быстрый результат и минимум влияния на существующую конструкцию. Опытные инженеры компании подберут оптимальный вариант технологии для вашего объекта, учитывая специфику грунтов и архитектурные требования.
