Сборник трудов конференции СПбГАСУ 2014 ч

Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…

клинообразной форме свай и отпор грунта под уширениями их нижних концов позволяют уменьшить длины стволов и границы сжатия, исключить негативное трение. Это особенно важно при наличии на глубине погребенных торфов и биогенных грунтов, прорезка которых чревата доступом к ним воздуха и разложением, приводя к интенсивной активизации негативного трения.

Выполнение вибоштампованных свай при проходке скважин для них посредством погружения обсадных труб с теряемыми крышками внизу или коническими пуансонами устраняет основной недостаток выполнения буронабивных свай традиционными технологиями, проявляющийся в возникновении рыхлого осадка (шлама) у забоя при бурении шнеком и в разупрочнении окружающего сваю водонасыщенного грунта под напором воды за счет разницы ее уровней снаружи и внутри скважины. Это все и приводит к занижению несущей способности оснований свай в силу малого сопротивления сжатию грунта под нижними концами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Технология выполнения виброштампованных свай при проходке скважин для них посредством погружения обсадных труб с заглушенными нижними концами или конических пуансонов при вытеснении и опрессовке окружающего грунта устраняет основной недостаток традиционной технологии со шнековым бурением при его выемке, связанный с возникновением шлама в забое скважин или фильтрационным разупрочнением грунта вокруг них за счет разности напоров подземной воды снаружи и в скважине при резком снижении несущей способности и увеличении сжимаемости основания.

Использование вибрации ускоряет и упрощает погружение труб, повышает качество уплотнения бетона у стволов свай при снижении его водоцементного отношения с ускорением за счет этого срока набора прочности и позволяет выштамповывать уширенные пяты под их нижними концами.

При конической форме стволов свай увеличивается удельная несущая способность их оснований при уменьшении длин стволов и глубин активных сжимаемых зон с исключением отрицательного трения вдоль боковых поверхностей за счет сильного увеличения сопротивления грунта сжатию от распора.

Проходка скважин посредством погружения стальных обсадных труб или конических пуансонов с фиксацией достигаемых значений отказов позволяет определять несущую способность основания свай, а также ускорить проведение контрольных их испытаний статическими нагрузками при возможности раздельного определения долей сопротивления сдвигу вдоль стволов и сжатию под нижними концами погружаемых труб.

141

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

УДК 624.137.6

технический директор представительства, П.А. Малинин

(«ИнжПроектСтрой», г. Москва),

руководитель проектного отдела П.В. Струнин, инженер Ю.Г. Гульшина, инженер, аспирант И.А. Салмин (ПНИПУ)

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ ГРУНТОВЫХ АНКЕРОВ «АТЛАНТ JET» ПРИ КРЕПЛЕНИИ ГЛУБОКОГО КОТЛОВАНА В МОСКВЕ

Введение

Одним из способов крепления котлованов является применение распорной системы. Она обеспечивает надежное крепление, простоту монтажа, малую себестоимость, но в то же время распорная конструкция усложняет производство работ в котловане, затрудняет разработку грунта и возведение элементов подземной части здания, что приводит к увеличению сроков строительства [1].

Однако не во всех случаях распорки и подкосы являются подходящим вариантом крепления котлованов. В частности на одном из объектов в г. Москва при строительстве торгового центра с четырехуровневой подземной парковкой первоначальным проектным решением было предусмотрено устройство ограждения котлована методом «стена в грунте» с креплением распорной конструкцией. Этапность устройства ограждения предполагала на первом этапе разработку центральной части котлована под защитой грунтовых берм, дальнейшее возведение центрального ядра здания, и последующую разработку оставшейся части котлована под защитой распорных конструкций, опертых в возведенное центральное ядро.

На месте предполагаемого центрального ядра здания находилось разворотное кольцо троллейбусного депо, перенос которого занял бы значительное время, препятствуя разработке котлована. В связи с этим, заказчиком было принято решение о креплении «стены в грунте» грунтовыми анкерами. Основной причиной выбора данного типа крепления являлось то, что устройство грунтовых анкеров позволило разрабатывать котлован отдельными участками, не дожидаясь переноса троллейбусного депо.

Инженерно-геологические условия

С поверхности залегают современные техногенные отложения, представленные насыпными суглинистыми грунтами с включением строительного мусора мощностью до 9 м. Под насыпными грунтами залегают суглинки полутвердые или глины тугопластичные. Глинистые грунты подстилаются обводненными песками.

142

Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…

В гидрогеологическом отношении в районе застройки наблюдается один водоносный напорный горизонт, который расположен в песках на глубине 17–26 м. Грунтовые воды напорные, напор над кровлей песков составляет 7–18 м.

Физико-механические характеристики грунтов приведены в табл. 1.

Техническое решение

Вкачестве ограждающей конструкции котлована была принята «стена

вгрунте» траншейного типа толщиной 600 мм. При глубине котлована – 1415 м длина «стены в грунте» в зависимости от участка составляет 20–21 м.

По результатам расчетов принято решение об устройстве 4-х ярусов грунтовых анкеров, шаг анкеров – 2,7 м, длина – 16–24 м. (рис. 1).

Рис. 1. Поперечный разрез котлована

143

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

Рис. 2. Общий вид котлована

Рассмотрены три технологии устройства грунтовых анкеров:

1)устройство традиционных прядевых анкеров;

2)устройство прядевых анкеров с формированием корня по технологии

Jet grouting [2];

3)устройство винтовых анкеров «Атлант Jet» с формированием корня по технологии Jet grouting.

Особенностью анкеров второго и третьего типа является использование технологии струйной цементации. Диаметр корня анкера по этой технологии

вглинистых грунтах составляет 500–600 мм, в отличие от традиционных инъекционных анкеров, у которых диаметр корня анкера составляет 100– 200 мм. Это позволяет создавать анкера с повышенной несущей способностью даже в слабых грунтах.

Устройство анкеров «Атлант Jet» происходит за одну операцию – цементация грунтов и формирование корня анкера выполняется во время бурения полыми анкерными штангами, которые по окончании остаются в скважине в качестве анкерной тяги.

Технология «Атлант Jet» позволяет в два раза увеличить скорость работ по устройству анкеров по сравнению с традиционными прядевыми анкерами.

Для устройства анкеров применяются винтовые штанги длиной 3 м, соединяемые муфтами со специальными уплотняющими элементами. На конце бурового инструмента находится буровое долото с форсунками диаметром

144

Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…

2–3 мм (рис. 3). Анкерные штанги со всеми комплектующими поставляются компанией «Анкерные системы».

Рис.3. Анкерная штанга «Атлант»:

буровое долото, винтовая штанга, муфта, плита, шайба, гайка

Расчетныехарактеристикивинтовыхштанг«Атлант» приведенывтабл. 2.

Геотехнические расчеты

Расчеты ограждения котлована с анкерным креплением выполнялись в четырех программных комплексах: GeoWall, Wall-3, Plaxis и Alterra.

Результаты расчета горизонтальных перемещений, усилий возникающих в стене в грунте и анкерах, проведенные в инженерных программных комплексах GeoWall и Wall-3 дали достаточно близкие результаты. Сопоставление расчетов с программными комплексами Plaxis и Alterrа показало, что результаты, полученные численным методом, имеют расхождения большую сторону по всем основным параметрам сравнения (изгибающий момент, перемещения, перерезывающая сила и др.).

Алгоритм расчета состоял в том, что выполнялось сравнение различных схем в программах, основанных на инженерных методах расчета (GeoWall, Wall-3) и уже после того, как оставалась одна-две расчетных схемы, они проверялись и уточнялись в программах Plaxis и Alterra. Промежуточный результат расчета одного сечения в программе Alterra приведен на рис. 4.

145

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

Рис. 4. Поле горизонтальных перемещений (Alterra), м

Несущая способность анкеров по грунту рассчитывалась по четырем методикам: ВСН506-88, МинТрансСтроя, ФундаментПроекта и DIN 1054:2005. Результатырасчетаанкеровдлядвухучастковкотлованаприведенывтабл. 3.

Таблица 3

Расчет несущей способности анкеров по различным методикам

Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что минимальные значения несущей способности анкеров «Атлант Jet» получаются по методике ФундаментПроекта, а максимальные по методике ВСН 506-88. Значения несущей способности анкеров по методикам DIN 1054:2005 и МинТрансСтроя показали сопоставимые результаты.

Испытания анкеров

Для подтверждения несущей способности анкеров по грунту проводились контрольные испытания анкеров. Для испытаний были выполнены

146

Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…

опытные анкера трех типов, перечисленные выше. Длина анкеров составила

23,5 м.

Согласно выполненным расчетам максимальная расчетная нагрузка на испытываемый анкер составила 739 кН. Испытания анкеров проводились в соответствии с ВСН 506-88 и ГОСТ 5686-94 на нагрузку 924 кН, т. е. в 1,25 раза выше, чем максимальная расчетная нагрузка на анкера.

Нагрузку на анкер прикладывали с помощью проходного гидравлического домкрата с максимальной нагрузкой 1500 кН. Перемещения анкера измеряли прогибомером Аистова с ценой деления 0,01 мм.

Графики зависимости между нагрузкой и относительным перемещением анкеров приведены на рис. 5.

Рис. 5. Графики зависимости между нагрузкой и относительным перемещением анкера

Испытания показали, что инъекционные прядевые анкера не обеспечивают несущую способность по грунту.

По результатам испытания прядевого Jet анкера №3 при нагрузке 924 кН получены перемещения 94 мм. Упругие деформации составили 72 мм, остаточные – 22 мм. При испытаниях анкера «Атлант Jet» до такой же нагрузки общие перемещения составили 27 мм, из них упругие – 15 мм, остаточные – 12 мм.

Следует отметить, что оба типа анкера подтвердили расчетную несущую способность, однако высокая жесткость анкерной тяги «Атлант Jet», привела к тому, что данный анкер показал минимальные упругие и остаточные перемещения.

По результатам сравнительных испытаний анкеров на опытном участке выбор был сделан в пользу анкеров «Атлант Jet». Это обусловлено тем, что при устройстве прядевых анкеров затрачивается много сил на опускание анкера в скважину. Во время опускания анкера задействована вся бригада рабочих (6–8 чел.), вследствие чего остальные виды работ на объекте временно приостанавливаются.

147

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

Также в силу неровностей стены в грунте и упругих перемещений прядевого анкера, возникают дополнительные горизонтальные перемещения ограждающей конструкции, связанные с включением обвязочной балки в работу при контакте со «стеной в грунте», при которых происходит удлинение прядевого анкера.

Выводы

1.Устройство ограждения котлована с грунтовыми анкерами нового типа «Атлант Jet» позволило сократить сроки строительства и уменьшить горизонтальные перемещения «стены в грунте».

2.В случае недостаточной несущей способности грунтовых анкеров, одним из эффективных способов ее повышения, является увеличение диаметра корня анкера, за счет применения технологии струйной цементации.

3.Апробация технологии и применение анкеров типа «Атлант Jet» будут продолжены на других строительных объектах.

Литература

1.Знаменский В.В., Чунюк Д.Ю., Морозов Е.Б. Устройство ограждающих систем котлованов в стесненных городских условиях // Жилищное строительство, №9, 2012, стр. 60-62.

2.Малинин, А.Г. Струйная цементация грунтов / А.Г. Малинин. – М.: ОАО «Издательство

«Стройиздат», 2010. – 226 с.

УДК 624.159.4

А.И. Полищук (КубГАУ, г. Краснодар), А.А. Петухов (ТГАСУ, г. Томск)

ПРИМЕНЕНИЕ ИНЪЕКЦИОННЫХ СВАЙ ПРИ УСИЛЕНИИ ФУНДАМЕНТОВ РЕКОНСТРУИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ

В настоящее время в условиях сложившейся городской застройки все чаще возникают вопросы реконструкции зданий с увеличением их этажности и переоборудованием подвалов. Часть длительно эксплуатируемых зданий, в том числе исторических, имеют значительный физический износ (более 60 %), находятся в недопустимом состоянии и нуждаются в восстановлении. При реконструкции и восстановлении зданий возникает необходимость усиления фундаментов, упрочнения грунтов основания [1].

Авторами разработаны различные варианты усиления фундаментов путем передачи части нагрузки от здания на инъекционные сваи [2–7]. Инъекционные сваи, используемые в предложенных вариантах усиления фундаментов, устраиваются способом [2], который прошел экспериментальное обоснование [3–7]. По этому способу устраиваются инъекционные сваи в глинистых грунтах, в том числе водонасыщенных. Суть способа заключается

148

Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…

в устройстве скважины без извлечения грунта путем вдавливания перфорированной инъекторной трубы (инъектора) с закрытым конусным наконечником, снабженным диском бόльшего диаметра. При вдавливании в грунт инъектора между стенкой скважины и инъекторной трубой образуется зазор, снижающий усилие вдавливания за счет снятия трения по ее боковой поверхности. Для обеспечения устойчивости стенок скважины при погружении инъектора в слабый грунт, образуемый зазор может одновременно заполняться бетонной сме-

сью (пат. 1280084, E02D 5/34, опубл. 30.12.86; пат. 1656928, E02D 5/34, опубл. 15.12.93). Формирование ствола сваи осуществляется путем нагнетания подвижной бетонной смеси через инъектор под давлением с использованием «технологических приемов метода высоконапорной инъекции», разработанных

вОАО «УралНИИАС» (В.В. Лушников и др., г. Екатеринбург, 2000г.) и усовершенствованных авторами.

Усиление фундаментов инъекционными сваями внедрено на объектах

вг. Томске при реконструкции и восстановлении зданий в период с 2004 по 2013 гг.: генетическая клиника НИИ медицинской генетики ТНЦ СО РАМН, ул. Московский тракт, 3; административное здание по ул.Белинского, 32; жилой дом по ул.Усова, 37а; административно-хозяйственный корпус ТГАСУ, пл.Соляная, 2; здание детского сада по ул. Водяной, 31/1; административное здание по ул. Большая Подгорная, 10; административно-торговое здание по пр.Ленина, 113 и др.

Здание генетической клиники НИИ медицинской генетики ТНЦ СО РАМН, ул. Московский тракт, 3. Здание генетической клиники, построенное

в1891г, двухэтажное, с подвалом, Ш-образной формы в плане, с размерами по габаритным осям 52,0 22,0м. По конструктивной схеме здание выполнено с продольными и поперечными несущими стенами. Фундаменты здания ленточные, мелкого заложения, устроены из бутового камня на известковом растворе. Глубина их заложения изменяется от 2,6 до 4,3 м от уровня наружной планировки. Несущим слоем фундаментов является супесь преимущественно пластичная, на отдельных участках здания текучая. Стены здания – кирпичные из красного глиняного кирпича. Перекрытия – деревянные, по стальным балкам. Крыша-скатная по деревянным наслонным стропилам. При реконструкции здания планировалось восстановить его строительные конструкции, выполнить замену деревянных перекрытий на железобетонные и надстроить до-

полнительный мансардный этаж.

По результатам обследования1 выявлены дефекты и повреждения в стенах, фундаментах, перекрытиях и крыше, которые накопились за период длительной эксплуатации. Состояние строительных конструкций здания признано как ограниченно работоспособное, а на отдельных участках как аварийное. Причинами разрушения строительных конструкций и здания в целом явилось изменение свойств грунтов основания в результате его длительного замачивания, развитие трещин в стенах и других строительных конструкциях, отсутст-

1В работе по обследованию здания НИИ медицинской генетики, оценки его состояния принимал участие к.т.н., доц. Г.И.Таюкин

149

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

вие надлежащего надзора за состоянием здания. В таком состоянии эксплуатация здания была приостановлена и в течение трех лет не выполнялись мероприятия по его консервации. В здании появились дополнительные дефекты и его состояние ухудшилось. Поэтому, кроме замены перекрытий пришлось демонтировать и переустраивать часть (примерно 30 %) наружных, внутренних стен и фундаментов.

Повышение несущей способности (усиление) фундаментов здания производилось увеличением их опорной площади путем устройства приливов из железобетона с обеих сторон стен и инъекционных свай. Для этого, на этапе устройства приливов, предусматривалась установка вертикальных металлических труб с шагом 800 мм, которые предназначались в последующем для погружения инъекторов и устройства инъекционных свай (рис. 1)[1].

Административное здание по ул.Белинского, 32. При реконструкции здания возникла необходимость повышения несущей способности (усиления) существующих свайных фундаментов, устроенных из забивных железобетонных свай [4]. Это было связано с надстройкой дополнительных двух этажей и переоборудованием подвала здания. Реконструируемое здание одноэтажное, с подвалом, построено в 1989 году. Его размеры в плане по осям составляют 19,2 19,2 м. Конструктивная схема – смешанная с наружными несущими стеновыми панелями и внутренними несущими железобетонными рамами. Наружные несущие стены опираются на ленточный монолитный железобетонный ростверк однорядного свайного фундамента. Фундаменты под внутренние несущие и наружные самонесущие стены выполнены в виде кустов из 3–4 свай. Сваи – железобетонные призматические с поперечным сечением 30 30 см с глубиной погружения 5–6 м. Основание здания до разведанной глубины 14 м представлено супесями пластичными и текучими. Несущим слоем свай существующего здания являются супеси текучие. Результаты испытаний существующих натурных свай статической вдавливающей нагрузкой показали, что их несущая способность после реконструкции здания будет недостаточной для передачи всей нагрузки на фундаменты с учетом надстраиваемых этажей. Поэтому было принято решение о повышении несущей способности (усилению) существующих свайных фундаментов путем передачи части нагрузки на дополнительно устраиваемые инъекционные сваи. Технические решения по усилению фундаментов реконструируемого здания приведены на рис. 2.

Работы по усилению фундаментов здания были проведены в 2005 г. предприятием ООО «Геотом»2. Всего было устроено 31 инъекционная свая длиной 5,0 м и диаметром 250 мм. При этом, семь инъекционных свай были испытаны статической вдавливающей нагрузкой после набора прочности бетона (через 25–30 дней). Было установлено, что их несущая способность составила 170–200 кН, что обеспечило реализацию технических решений по повышению несущей способности фундаментов реконструируемого здания.

2В работе по подготовке технических решений и усилению фундаментов администативного здания принимали участие к.т.н., доц. С.В.Ющубе, инж. С.С.Нуйкин, к.т.н. доц. И.И.Подшивалов, асп. Р.В.Шалгинов и др.

150