Uszkodzenia w
fundamentach i
nieprawidłowe posadowienie obiektu są głównymi przyczynami takich
zniszczeń jak
pęknięcia murów, odchylenie ich od pionu lub osiadanie budynku. W
związku z
tym, że są to zniszczenia groźne i bardzo destrukcyjne dla obiektu,
ważne jest
aby poprawnie zdiagnozować przyczynę i
opracować skuteczne środki zaradcze.
Najczęstsze
przyczyny zniszczeń i
zmian w fundamentach są następujące:
- Niekorzystne
własności gruntu, które powodują zmiany w jego strukturze i
wytrzymałości wskutek zmian wilgotności powodowanych cyklicznymi
zmiennymi warunkami atmosferycznymi (deszczem, mrozem, suszą, etc.)
- Zmiana
warunków wodnych, której efektem najczęściej jest obniżenie się
zwierciadła wód gruntowych; wynikiem tego może być osiadanie
fundamentów na skutek zmiany ich objętości i wytrzymałości
- Zmiany
geologicznej struktury, spowodowane eksploatacją w otaczającym terenie,
np. wykonanie chodników i tuneli podziemnych, budowa nasypów i wykopów,
eksploatacja górnicza
- Zmiany
obciążeń fundamentów, spowodowane np. nadbudową kolejnych kondygnacji
lub zmianą sposobu użytkowania (magazyny, spichlerze, etc.), ale też
związane z parciem bocznym na ściany poprzez odkształcające się stropy
i sklepienia, w wyniku czego wzrasta nacisk na fundamenty; parcie
boczne powoduje także występowanie powolnie narastających momentów
wywracających powodujących przemieszczenia ław i stóp fundamentowych
- Mechaniczne
uszkodzenia fundamentów spowodowane długotrwałymi zaciekami (z dachu, z
urządzeń sanitarnych, etc.), wykopami, przebiciami instalacyjnymi,
wstrząsami (z ruchu pojazdów)
- Błędy w
posadowieniu już na etapie wykonawstwa powodowane błędnym oszacowaniem
własności gruntu.
Aby poprawnie
ocenić szkodę
fundamentu należy zbadać następujące parametry:
- Sposób posadowienia – wykonuje
się wykop
sięgający do spodu fundamentu (od zewnątrz i od wewnątrz)
- Jakość i uwarstwienie
górotworu – wykonuje się
wykopy lub odwierty geotechniczne na głębokość poniżej spągu fundamentów
- Materiały archiwalne dotyczące
obiektu i
zabudowy otoczenia
Wzmocnienie i
naprawa fundamentów
może opierać się o jedną z poniższych metod:
- Wzmocnienie
i stabilizacja gruntu
- Wzmocnienie
i usztywnienie lub pogłębienie fundamentów
- Zabezpieczenie
fundamentów od wstrząsów i działania chemikaliów.
Ad. 1.
Wzmocnienie
i stabilizacja gruntu może być przeprowadzone
następującymi metodami:
a) Wykonywanie przegród
pionowych, które chronią wybrany obszar gruntu od destrukcyjnego
działania wód
podziemnych i innych czynników. Przegrody wykonywane są ze ścianek
szczelnych i
szczelinowych (np. z pali Larsena)
b)
Utwardzanie gruntu
za pomocą petryfikacji, czyli wprowadzania roztworu krzemianu sodu
(działanie
na zasadzie elektroosmozy), mleczka cementowego wlewanego do uprzednio
wykonanych otworów przy dodatnich elektrodach (przenika pod ziemię pod
działaniem dodatniego prądu stałego 50-80 V aż do odpowiednio
zagłębionych
elektrod ujemnych)
c) Zasypywanie
metodami górniczymi wyrobisk i tuneli podziemnych podsadzką
stabilizowaną (np.
krzemian sodu) wtłaczaną poprzez nawiercone otwory
d) Stabilizacja
warstw pełzających i osuwisk za pomocą m. in. elektroosmozy,
petryfikacji, pali
żelbetowych lub stalowych wiążących warstwy wierzchnie z niższymi
stabilnymi,
murów oporowych
Wzmacnianie fundamentów
przez: a - obetonowanie istniejącego fundamentu, b - poszerzenie ławy
obudową żelbetową, c - podsadzenie ławy żelbetowej, d - poszerzenie
przez obustronne ławy żelbetowe, e - przeniesienie obciążenia poprzez
oczepy na żelbetowe pale, f - podsadzenie żelbetowej płyty z belkami na
palach, g - wzmocnienie za pomocą pali wciskanych systemu Mega (1 -
poduszka betonowa, 2 - dźwignie hydrauliczne, 3 - rury żelbetowe), h -
wzmocnienie za pomocą cienkościennych rur wciskanych (I - przekrój, II
- ustawienie dźwigników na ramie stalowej, 1 - zabezpieczenie wykopu, 2
- element rurowy, 3 - kliny żelbetowe, 4 - prefabrykat żelbetowy, 5 -
dźwigniki hydrauliczne).
Ad. 2.
Wzmocnienie
fundamentów opiera się na trzech metodach:
a) Usztywnienie
– stosowane gdy występują ruchy tektoniczne, brak dylatacji w budynku
lub
niejednolity grunt, z czym związane jest nierównomierne osiadanie albo
podnoszenie budynku
b) Poszerzenie
ław fundamentowych – wykonywanie poprzez obustronną dobudowę odsadzek
żelbetowych powiązanych zbrojeniem lub przez wywiercone otwory;
Dobudowane
części mogą być również powiązane ze sobą kablami sprężonymi, można
również
podłożyć pod fundament mową ławę żelbetową; prace wykonuje się
odcinkowo w
odpowiednich wykopach
c) Pogłębienie
fundamentów – wynika zarówno z konieczności wykonania podpiwniczenia
budynku,
jak i potrzeby „podpięcia” się pod niżej leżące warstwy nośne; wynika
zazwyczaj
z powodu wzrostu obciążenia lub osłabienia wytrzymałości warstw, na
których
posadowiono obiekt; pogłębienie może być wykonywane poprzez
monolityczną
podbudowę (wykonywaną odcinkowo z zachowaniem wszelkich zabezpieczeń
roboczych)
lub za pośrednictwem pali i studni.
Zamek w Malborku; Koncepcja wzmocnienia fundamentów za pomocą mikropali według projektu Stabilator
Podbijanie
fundamentów za pomocą
pali jest jedną z popularniejszych metod. Może być ono wykonywane z
układzie
jedno- lub dwurzędowym.
Układ
dwurzędowy – wiercone,
wbijane lub wkręcane pale (zazwyczaj Straussa lub Wolfsholza) sytuuje
się po
obu stronach fundamentu, a następnie łączy się poprzecznie belkami
stalowymi
lub żelbetowymi. Najczęściej pale nie tworzą regularnych rzędów, lecz
poszczególne punkty (zależnie od dostępności i potrzeb technicznych).
Popularnością w tym zakresie cieszą się także mikropale wiercone przez
mury
fundamentowe pod różnym kątem. Stosuje się też studnie z kręgów
betonowych lub
żelbetowych wpuszczone w grunt i wypełnione chudym betonem.
Układ
jednorzędowy – pale
prefabrykowane lub cienkościenne segmenty rury żelbetowej o dużej
średnicy
ustawia się bezpośrednio pod fundamentami, a następnie wciska się je w
głąb
gruntu za pomocą podnośników hydraulicznych. Głowice pali na
zakończenie
poddane są obetonowaniu.
Schemat konstrukcji "pali korzeniowych" pod fundamentami kościoła S. Andrea della Frette w Rzymie
Ad. 3.
Zabezpieczenie
przed wstrząsami
jest bardzo ważnym aspektem w dzisiejszych czasach, co wynika ze
znacznie
nasilonego ruchu kołowego. Wstrząsy mogą jednak pochodzić także od
innych
czynników, jak np. dźwięk dzwonów na wieży, procesy produkcyjne, dźwięk
organów, etc. Głównymi skutkami wstrząsów jest spękanie murów,
odpadanie tynków
i zmiany w fundamentach. Najprostszym zabiegiem jest usunięcie
przyczyny drgań
(wyeliminowanie ruchu kołowego, etc.). Z oczywistych względów sposób
tez nie
zawsze jest możliwy do realizacji, w związku z czym dąży się do
osłabienia mocy
dynamicznej wstrząsów oraz aktywnej wibracji gruntu, Wykonuje się to za
pomocą
osłon i przegród w formie szczelnych ścianek osłonowych i oporowych,
oddziela
się także budynek od nawierzchni jezdni za pomocą pasu zieleni
tłumiącego
drgania lub poprzez zastosowanie warstw tłumiących w konstrukcji jezdni
(amortyzacja). Inne metody to:
-
Zwiększenie masy budynku przez
wzmocnienie i
pogłębienie fundamentów
- Usztywnienie budowli stropami,
wieńcami lub
innymi stężeniami, które wiążą ją w sztywną masę.
Zabezpieczanie fundamentów przed
agresywnymi wodami i chemikaliami jest względnie nową potrzebą spowodowaną
rozwojem przemysłu i zanieczyszczeniem środowiska. Rozwiązania problemu
polegają na usunięciu źródła szkód oraz pionowej i poziomej izolacji.