Реставрация каменных зданий (стр. 7 из 12)

Работа по новой схеме сводится к следующему : отрывается шурф, в котором одна из стен крепится целиком, другая (ближняя к фундаменту) имеет несплошное крепление, так как через нее ведутся работы по задавливанию инъекторов. У стенки со сплошным креплением устанавливается вертикальная металлическая плита размером 1,5× ×1>5м, толщиной 2—З см для упора задавливающего механизма, который устанавливается в шурфе. Один конец механизма закреплен на оси и упирается в металлическую плиту. Механизм может свободно разворачиваться под различным углом к оси (в одной плоскости), благодаря чему можно получать веерообразное расположение инъекторов в грунте. Механизм может устанавливаться на любую высоту, создавая таким образом массив закрепленного грунта любых габаритов. Инъектор для горизонтального задавливания изготавливается из металлических толстостенных труб диаметром 56—70 мм и собирается из секций длиной от 1 до 1,5 м. По длине инъектора через каждые 33 или 50 см просверлены по 4 отверстия диаметром 6—8 мм, закрывающиеся манжетами из эластичного материала.

Во многих зданиях, построенных 100 и более лет назад, фундаменты укладывались на лежни. Так, в Ленинграде при строительстве Московского вокзала в 1850-е гг. с целью перераспределения нагрузки на основание под фундаментами были положены лежни диаметром 20—25 см. Долгое время они находились ниже уровня грунтовых вод. В связи с устройством тоннелей метро уровень грунтовых вод понизился, лежни оказались в зоне переменной влажности и начали гнить. На стенах одного из залов вокзала в результате начавшейся осадки появились трещины. Непосредственно под фундаментом здания отсыпана песчаная подушка (1 м) из среднезернистого песка с коэффициентом фильтрации 10—15 м/сут; далее идет насыпной слой грунтов, состоящий из песка с примесью шлаков, битого кирпича и строительного мусора (1—2 м); ниже пылеватые пески (0,8—2 м) с коэффициентом фильтрации 0,2—0,7 м/сут; их подстилают слоистые суглинки.

Для прекращения деформации здания была предложена антисептическая обработка лежней раствором фтористого натрия с последующей их консервацией путем закрепления окружающего песчаного грунта карбамидной смолой. Смолизацией достигалось также упрочнение основания в тех местах, где лежни успели разрушиться. Кроме того, смола ввиду наличия в ее составе свободного формальдегида, в свою очередь, обладает антисептическими свойствами, что также способствует сохранению лежней. Поскольку основная цель работ — омоноличивание деревянных лежней, зона закрепления распространялась лишь на глубину до 1 м. Закачка растворов в грунт производилась в две заходки с помощью инъекторов, забитых с одной внутренней стороны стены под углом 45—60° на расстоянии 1,1 м друг от друга. Вначале в зону расположения лежней нагнетался 3%-ный раствор фтористого натрия. Через 3—4 суток производилась закачка раствора соляной кислоты для предварительной обработки грунта, а затем закрепляющего раствора — смеси карбамидной смолы и соляной кислоты.

Для выполнения инъекционных работ была применена новая технология: нагнетание раствора в грунт проводилось с помощью пневмоустановки, а смешение растворов-компонентов (смолы и кислоты) осуществлялось в инъекторе, снабженном специальным наголовником с тройником. Общий объем работ составил 630 м³. Осмотр шурфов, вскрытых по окончании работ, показал, что омоноличивание лежней произошло полностью. Твердая масса, образовавшаяся в результате полимеризации карбамидной смолы, равномерно заполнила все поры грунта, а также все близкорасположенные пустоты в нижней части фундамента. Испытание образцов закрепленного грунта показало прочность при сжатии, равную 8—15 кгс/см². Последующее регулярное наблюдение показало полное отсутствие осадки здания, деформация стен прекратилась. Этими работами открылась еще одна область применения химического закрепления— консервация деревянных конструкций под сооружениями.

Вымывание мелких фракций песчаных грунтов, лежащих в основании зданий и сооружений, при изменении режима грунтовых вод также часто вызывает осадку их фундаментов. Примером тому могут служить неравномерные осадки и деформация здания Воскресенского собора в Угличе—уникальногопамятника архитектуры XVII в., возникшие в связи с сооружением ГЭС. Для предотвращения дальнейшей деформации в срочном порядке было осуществлено закрепление мелкого водонасыщенного песка в основании собора способом смолизации с применением карбамидной смолы (КМ) и соляной кислоты.

Предварительно грунт обрабатывался 3 % -ным растворомсоляной кислоты. Обработка грунта закрепляющим раствором велась метровыми заходками по глубине сверху вниз. Инъекторы располагались в восемь рядов по периметру фундаментов, из них четыре снаружи и четыре внутри помещения. Расстояние между инъекторами в ряду 1 м. Такое расположение инъекторов предусматривало создание под фундаментами полосы из закрепленного грунта шириной 8 м (при ширине фундамента 2,5 м), глубиной 4 м. Ввиду наличия в верхней насыпной двухметровой толще включений кирпича, бетона, обломков древесины и другого строительного мусора забивка инъекторов велась комбинированным способом. Сначала в насыпной грунт (неводонасыщенная толща) с помощью перфоратора до подошвы фундамента пробуривались скважины-шпуры, в которые вставлялся и забивался до проектной глубины (6 м) инъектор. Для безотказной работы в условиях полного водонасыщения мелких песков инъекторы были снабжены защитными резиновыми кольцами. Закачка растворов в грунт производилась при помощи сжатого воздуха с

применением пневмобака. В каждую заходку нагнеталось до 335 л соляной кислоты (для предварительной обработки) и такое же количество раствора-крепителя. Средняя величина расхода раствора при давлении 5,5 атм составляла 7 л/мин. По окончании работ были пробурены контрольные скважины диаметром 127 мм в пяти точках ПО' периметру фундамента и отобраны керны закрепленного грунта для испытания на прочность. Средняя величина предела прочности при сжатии составляла 30 кгс/см². Осадки здания, за которыми в течение 8 мес. велись наблюдения, прекратились.

Гораздо реже причинами осадок становятся производство подземных выработок и сотрясение (вибрация) от промышленных установок или транспорта. Так, в Ленинграде здание Театра оперы и балета им. Кирова со времени постройки неоднократно подвергалось реконструкции, что привело к неравномерным осадкам его отдельных частей. В 1958— 1960 гг. также проводились работы по реконструкции театра, и вдоль Крюкова канала были забиты сваи, что привело к резкому увеличению осадок (80 мм за 1,5 года) и возобновлению деформаций. Под фундаментами и здесь залегает мелкий водонасыщенный песок с коэффициентом фильтрации 0,5—1,5 м/сут. Для закрепления был применен 25%-ный раствор карбамидной смолы (удельный вес 1,08 г/см³) и 3%-ный раствор соляной кислоты. Закрепление грунта проводилось только под стенами сцены здания. Общий объем закрепления составил 2000 м³. При выполнении .инъекционных работ эксплуатация театра непрекращалась. Прочность закрепления составила 18—29 кгс/см². Осадки полностью прекратились.

Аналогичные по составу грунты находятся под Малым залом Ленинградской филармонии. Закрепление грунта здесь выполнялось в связи с сооружением второго наклонного хода станции метрополитена «Невский проспект», который проходили способом замораживания. Вследствие последующего оттаивания можно было ожидать больших деформаций. Чтобы этого не случилось, грунт под ленточными фундаментами на глубину 2,9 м был закреплен способом смолизации.

Химическое закрепление грунтов в сравнении с другими методами имеет ряд преимуществ: простоту производства работ; портативность применяемого оборудования; короткие сроки выполнения работ; долговечность закрепления; возможность закрепления грунта на любой глубине без проведения каких-либо специальных выработок и земляных работ; возможность проведения подземных работ без прекращения эксплуатации здания или сооружения. Приведенные случаи применения химического метода закрепления грунтов подтверждают эффективность и целесообразность использования этого метода в целях сохранения уникальных памятников архитектуры.

Усиление фундаментов и оснований с помощью корневидных свай

В связи с реконструкцией старых городов, их центральных районов и реализацией планов по подземной урбанизации часто возникает необходимость передачи в новых условиях нагрузок на большую глубину, тем самым обеспечивая сохранность зданий-памятников. Из-за плохого состояния многих памятников архитектуры исключается возможность обычного способа понижения уровня передачи нагрузки на грунт с помощью забивных свай, устанавливаемых посредством ударных и вибрационных механизмов. Нет возможности применять забивные сваи и тогда, когда нарушено устойчивое равновесие памятников в результате изменения гидрогеологического режима или изменения нагрузок, а также производства подземных работ вблизи памятников. При этом, однако, возможно использование корневидных свай.