Площадка указанного строительства представлена слоем насыпных грунтов, мощность которого в пределах пятна застройки изменяется от 4,0 до 6,0 м. Под указанным слоем располагается мелкий песок, толщина слоя которого составляет 2,5÷4,0 м. Ниже, в пределах всей разведанной толщи, залегают глины тугопластичной консистенции, которые в первоначальном проектном решении приняты в качестве несущего слоя свайных фундаментов [8, 9, 10]. Сваи запроектированы составными с общей длиной до 16 м. Устройство свайного поля предлагалось вести по технологии вдавливания свай [11].

Проблема заключалась в том, что новое здание привязано примыкающим к существующему пятиэтажному жилому дому. Поэтому изначально вариант составных свай был весьма дорогостоящим и, в некоторой степени, усугублялся тем, что технология устройства составных свай  вдавливанием включала бурение лидирующих скважин.

Учитывая наличие слоев насыпного грунта и стесненность площадки, авторами настоящей статьи предложено альтернативное решение в виде фундаментов на комбинированном основании [12, 13]. Одновременно предусматривалось проведение работ по усилению фундаментов существующего жилого дома. В целом технология работ по усилению существующих и устройству новых фундаментов включала комплекс следующих мероприятий.

До начала отрывки котлована глубиной 3,0÷3,5 м вокруг торца существующего здания в уровне отмостки устраивается монолитный железобетонный ростверк со шпонками. Под ростверк в места расположения шпонок вдавливались составные железобетонные сваи усиления. Геометрические параметры последних, их шаг и количество принимались из условия полной компенсации внешних нагрузок, действующих на участке торца существующего здания. Длина свай назначена такой, чтобы обеспечить требуемую несущую способность сваи с учетом отрывки котлована под новое строительство.

Для нового здания принят вариант монолитного железобетонного фундамента, выполняемого в виде перекрестных лент с шириной подошвы 1,2 м и высотой ребра 1,1 м. Вскрытие котлована допускалось по мере завершения работ, связанных с усилением фундаментов существующего здания. Отметка дна принималась с учетом возможности устройства песчаной подушки толщиной 1,2 м, которая отсыпалась из песчано-гравийной смеси с послойным уплотнением [14]. Давление под подошвой фундамента принималось из условия проверки подстилающего насыпного слоя, с ограничением давления на последний в пределах 50,0 кПа. Указанное условие выполнялось, когда под подошвой фундамента давление не превышало 150,0 кПа (рис. 1). Для обеспечения надежной работы фундамента при данном давлении на грунтовое основание допускалось возведение здания на три этажа (первый этап), что в пределах 30% от общей нагрузки на фундамент проектируемого здания.

Для обеспечения требуемой несущей способности фундамента при дальнейшем росте внешних нагрузок на втором, завершающем этапе строительства, под консольные выступы фундамента устраивались составные сваи. Указанные сваи погружались посредством статических нагрузок, которые создавались гидравлическим домкратом. При этом наряду с достижением сваями заданных отметок по величине контролируемого усилия отслеживалась несущая способность каждой сваи. Величина контролируемого усилия составила 500,0 кН.

Рис. 1. Расчетная схема фундамента: 1 – фундамент; 2 – составная свая

Принятая технология обеспечивает достаточную надежность конструкции фундамента.

С позиции анализа напряженно-деформируемого состояния грунтового основания предложенный вариант заключается в трансформации исходной расчетной схемы фундамента на насыпных грунтах в вариант с песчаной подушкой и «погребенным» слоем слабого грунта. Исследование учитывает вклад подошвы ленточного фундамента в развитие напряжений в грунтовой толще. Технология устройства свай, обусловливающая их включение в работу с помощью стабилизирующих винтовых систем, обеспечивает надежную совместную работу ленточного фундамента и свай, минимизируя возможные осадки [15]. Расчетная величина последних составила 6,5 см, что с некоторым запасом укладывается в требования для зданий рассматриваемой конструктивной схемы. Прогнозируется, что 70% от общей осадки будет реализовано на первом этапе возведения здания. На втором этапе, за счет технологии включения свай в работу на 90 % на завершающем этапе вдавливания, возможные осадки минимизируются. В целом расчетные осадки не превысили 10,0 см.

Таким образом, вариант комплексного фундамента, включающего устройство песчаной подушки над насыпным слоем, ленточный фундамент с консолями и составные сваи вдавливания, позволил исключить применение длинных составных свай с лидерным бурением. Предложенный вариант фундамента на комбинированном основании позволил значительно уменьшить сметную стоимость устройства по сравнению с вариантом из составных свай.

Подобные задачи были решены авторами при обследовании цеха. Ставилась задача демонтировать рядовую железобетонную колонну в составе монолитной Т-образной рамы одноэтажного производственного цеха со смешанной конструктивной схемой. Несущая железобетонная монолитная Т-образная рама среднего ряда консолями опирается на наружные кирпичные стены.

Было предложено подвести две стальные балки из двутавра пролетом 6,6 м под верх монолитной рамы на отм. +5,250 м в направлении их шага таким образом, чтобы ригели рамы опирались на полки двутавров. Балки усиления опираются по концам на стальные сквозного сечения колонны, которые между собой объединяются раскосами из уголков. Таким образом, одна пара стальных колонн усиления обхватывает существующую железобетонную колонну, вторая пара расположена на небольшом удалении от оси монолитной рамы по оси среднего ряда железобетонных колонн внутрь пролета усиляющих балок. Неосевая установка второй пары стальных колонн объясняется занятостью этого места технологическим оборудованием. В итоге одна пара стальных колонн усиления опирается на существующий столбчатый фундамент. Опирание осуществляется через монолитный железобетонный ростверк, устраиваемый на верхнем обрезе столбчатого фундамента и объединенный с последним самоанкерующимися болтами. Ростверк имеет уступы (консоли) с двух сторон от оси ряда монолитных рам. Снятие дополнительной нагрузки на существующий фундамент, передаваемой через указанные консоли ростверка, осуществляется устройством составных свай из трубобетонных элементов под каждую колонну усиления. Составные сваи вдавливаются в грунт домкратом, упором для которого являются консоли ростверка. Свая вдавливается до величины контролируемого усилия, превышающего на 20 % расчетную нагрузку (рис. 1).

Рис.1. Схема усиления столбчатого фундамента: 1 – существующая железобетонная колонна; 2 – стальная обойма усиления; 3 – монолитный ростверк; 4 – арматурные анкера ростверка; 5 – составные сваи; 6 – существующий столбчатый фундамент; 7 – монолитные оголовки свай; 8 – анкерные болты обойм усиления.

Таким образом, при вдавливании сваи полностью выбирается осадка нового фундамента, что позволяет включиться в работу надземным конструкциям усиления. При этом исключается дополнительная нагрузка на старый фундамент. Важнейшим фактором данного технического решения следует считать исключение отрывки грунта вблизи существующего фундамента. Последнее обеспечивает надежную работу конструкций исключая неравномерные осадки [7, 8, 9]. Под вторую пару стальных колонн усиления выполняется столбчатый фундамент с уширениями в верхней части, выполненными для возможности установки домкрата. После монтажа надземных конструкций усиления устраиваются сваи из трубобетонных элементов [10], тем самым включая в работу конструкции усиления.

В целом в этом решении просматриваются следующие преимущества:

1. выбирая осадки фундаментов вдавливанием свай из трубобетонных элементов, включаем в работу надземные конструкции усиления;
2. не допускаем перегрузки существующих фундаментов;
3. устройства таких фундаментов возможно в стесненных условиях действующего производства;
4. минимизируются земляные работы;
5. контролируется усилие на сваи, что обеспечивает надежную работу фундаментов.