Ученые ПНИПУ помогут продлить срок службы свайных фундаментов зданий

Исследование влияния различных способов армирования на прочность свайных фундаментов и разработку рекомендаций для предотвращения преждевременных разрушений зданий и сооружений с таким фундаментом провели сотрудники Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), 26 августа сообщает пресс-служба вуза.

Свайный фундамент широко используется в строительстве высотных или тяжело нагруженных зданий, а также в случае слабых грунтов — на участках с уклоном, болотистых, торфяных, а также близких к рекам, часто выходящих из берегов.

В ходе длительной эксплуатации состояние грунта может ухудшиться и не сможет далее выдерживать большие нагрузки. Для укрепления грунта используется метод контурного армирования, при котором основание усиливается дополнительными элементами.

Результаты исследования методов армирования ученые Пермского Политеха представили в статье, опубликованной в журнале ПНИПУ «Construction and Geotechnics», № 2 за 2024 год.

Несущая способность свайных фундаментов определяется диаметром свай и их длиной, а средний срок службы составляет от 50 до 120 лет. Со временем, как и любые другие фундаменты, они стареют, и возникает необходимость в их укреплении, для чего и используется контурное армирование.

Оно заключается во внедрении твердых армоэлементов по периметру верхней части фундамента (ростверка). В качестве материала таких элементов часто используют подвижный цементно-песчаный раствор, который закачивают по технологии одновременной подачи через группу инъекторов — инструментов, работающих по принципу поршня.

Такие инъекторы располагают вдоль контура фундамента и создают в грунте вертикально ориентированное тело условно прямоугольной формы. Оно оказывает дополнительное сжимающее грунт давление, увеличивающее несущую способность грунта.

В своем исследовании ученые ПНИПУ выяснили влияние разных способов контурного армирования на изменение напряженно-деформированного состояния грунта, определяющего долговечность и качество строительства. После чего разработали рекомендации для соответствующих организаций, какие из методов оптимальны с точки зрения укрепления грунта и расходов на материалы.

Исследование проводилось на примере фундаментов типовых каркасных железобетонных зданий сельскохозяйственного и производственного назначения. Расчеты учитывали последовательно три стадии истории нагрузки: от собственного веса грунта; после строительства фундамента и элементов усиления; после приложения нагрузки — веса самого здания и установленного оборудования.

С помощью программы политехниками была просчитана эффективность 16 схем усиления — сплошного (единой стеной вдоль нескольких свай) и прерывистого (вдоль каждой сваи отдельно) контурного армирования; по всему периметру или по двум противоположным сторонам верхней части фундамента, а также на разную глубину.

Ученые Пермского Политеха установили, что риск смещения свай в ходе эксплуатации снижается при увеличении количества армоэлементов. Так, сплошное контурное армирование вдоль всего периметра ростверка на глубину от подошвы до нижнего конца свай снижает деформации на 9% относительно значения осадки свайного фундамента на естественном основании. Если армирование выполняется на 1/6 полной глубины — осадка снижается на 7%.

Профессор кафедры «Строительное производство и геотехника» ПНИПУ Андрей Пономарев пояснил, что даже минимальное армирование улучшает состояние напряженно-деформированного грунтового массива.

«Прерывистое контурное армирование считается более эффективным в соотношении качества укрепления и затрат на материалы, — уточнил профессор. — Осадка становится меньше на 3–6% в зависимости от количества слоев армоэлементов, что считается хорошим показателем. При этом повышение числа элементов не всегда приводит к снижению деформаций, а эффективность укрепления может даже снижаться».

Исследователи установили, что усиление по технологии одновременной подачи раствора лучше выполнять поэтапно — со временем увеличивая количество армоэлементов и меняя схему их расположения в плане: от прерывистого контурного армирования вдоль двух противоположных сторон к сплошному и вдоль всего периметра.

Вариант постепенного увеличения глубины армирования при сохранении количества армоэлементов в плане является адаптивным, то есть требует оценки необходимости проведения последующих работ по результатам контроля динамики развития деформаций в процессе и после завершения каждого этапа.

Полученные учеными ПНИПУ результаты исследования помогут увеличить срок службы ответственных сооружений, а также снизят риск преждевременного разрушения фундамента, которое закономерно приведет к повреждению несущих стен конструкции зданий.