Сборник трудов конференции СПбГАСУ 2014 ч
.1.pdf
Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…
УДК 624.131.2; 624.151; 001.63
Б.Ж. Унайбаев, Б.Б. Унайбаев, К.А. Ермолаева
(ЕИТИ им. К.Сатпаева, г. Экибастуз, Казахстан)
ФУНДАМЕТЫ В ВЫТРАМБОВАННЫХ КОТЛОВАНАХ И ПРОБИТЫХ СКВАЖИНАХ С ЗАЩИТНОЙ И НЕСУЩЕЙ ОБОЛОЧКОЙ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА НА ЗАСОЛЕННЫХ АГРЕССИВНЫХ ГРУНТАХ
К известным и широко применяемым эффективным технологиям подготовки оснований и фундаментов в структурно-неустойчивых просадочных грунтах относятся способы устройства фундаментов в вытрамбованных котлованах (ФВК), пробитых скважинах (ПС). Однако СНиП 2.02.01–83 запрещает применение этих технологий в засоленных грунтах, что обусловлено трудностью решения защиты бетонной конструкции фундамента от агрессивности воздействия водно-солевой грунтовой среды. Традиционно эта задача решалась подбором бетонов соответствующих марок. Для того, чтобы избежать использование дорогостоящих дефицитных марок бетона авторами предложено предварительно формовать защитную «рубашку» – слой уплотненных киров по поверхности ФВК, которая надежно изолирует бетонное тело фун- даментаотагрессивностивоздействияводно-солевойгрунтовойсреды[3–5].
Технология формования несущей и защитной оболочки фундамента в вытрамбованном котловане (ФВК) или пробитой скважине (ПС) реализуется путем дополнительного втрамбовывания (впресования) в стенки и основание пробитой скважины или котлована водонепроницаемых и коррозионно стойких материалов (киры, асфальт, пластмассовая труба и пр.) или нанесением на внутреннюю поверхность вытрамбованной выемки (скважины), разогретой битумной мастики на основе природного или промышленного битума (см. рис. 1, 2, 3, … 6). При этом защитное покрытие после укладки и формования бетона оказывается герметично упакованными между железобетонной монолитной конструкцией и плотным водонепроницаемым уплотненным трамбованием слоем грунта. Это способствует сохранности и долговечности защитного покрытия, а следовательно, коррозионной стойкости бетонной конструкции фундамента.
Использование для защиты свай, материалов, изготовленных на основе природного битума, извлеченного из нефтебитуминозных пород, по предложенной технологии существенно снижает материальные затраты. Предложенная для этой цели холодная мастика, представляет собой смесь природного битума с минеральным порошкообразным наполнителем. Длительные испытания показали, что в этих мастиках процесс поглощения воды со временем постепенно затухает, и после двух-трех лет эксплуатации они становятся более водоустойчивыми, чем традиционные, изготовленные на промышленном битуме [1].
231
Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение
Рис. 1. Схема устройства защитной оболочки из мастики на природном (или промышленном) битуме при устройстве сваи в пробитой скважине.
а-погружение и извлечение снаряда; б-нанесение гидроизоляции из мастики на природном или промышленном битуме на стенки; в-армирование и бетонирование скважины; г-свая готовая; копёр свайный; 2 – дизель-молот; 3-снаряд; 4-форсунка; 5-агрегат для нанесения битумной мастики; 6-слой гидроизоляции из мастики; 7-вибробадья; 8-воронка
приёмная; 9-каркас арматурный; 10-свая
Рис. 2. ФВК с защитной оболочкой:
а) без уширения; б) с уширением 1 – зона уплотнения; 2 – антикоррозионная защита; 3 – фундамент; 4 – уширение из жесткого материала;
При подборе составов битумных паст на основе природного битума за основу были взяты известные составы, широко применяемые в практике. Результаты этой работы приведены в табл. 1.
Оптимальный состав пасты (см. табл. 1 под. № 7) маркируется следующим образом БИ-42 (битумно-известковая паста с содержанием природного битума 42%) имеет следующие характеристики:
подвижность по конусу СтройЦНИЛ 13…15 см;
плотность пасты 1,42 г/см3;
232
Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…
способность разводиться водой в 10-кратном количестве;
водопоглощение высушенной пасты 5…7 %;
набухание высушенной пасты по объему 3…5 %.
I II III IV
Рис. 3. Устройство набивных свай с пластмассовой оболочкой в скважинах, пробитых снарядом глубинного уплотнения [2]:
I – внедрение забивного снаряда со смонтированной пластмассовой трубой в грунт по оси скважины; II – извлечение снаряда и подача бетона или щебня в основание скважины; III – опускание снаряда в пластмассовую трубу и втрамбовывание бетона или щебня в основание скважины; IV – извлечение снаряда и подача бетонной смеси в пластмассовую трубу; 1 – снаряд; 2 – наконечник; 3 – пластмассовая труба диаметром 400 мм;
4 – уширение; 5 – готовая свая
По результатам исследования был рекомендован следующий состав холодной битумной мастики, в процентах по весу:
природный битум 40 %;
известь-пушонка 12 %;
асбест VI-VII сорта 8%;
соляровое масло 40 %.
233
Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение
Таблица 1
Характеристика битумных паст на основе природного битума |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер |
Природный |
Известь- |
|
Вода, |
|
Примечание |
|
|
|||
состава |
битум, % |
пушонка, % |
|
% |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
1 |
45 |
12 |
|
|
43 |
|
Водоотделение через 1 час после |
||||
|
|
|
приготовления |
|
|
||||||
2 |
48 |
15 |
|
|
37 |
|
Расслоение пасты, не все количе- |
||||
|
|
|
|
|
|
|
ство битума проэмульгировало |
||||
3 |
50 |
16 |
|
|
34 |
|
Произошла коагуляция битума |
||||
4 |
48 |
18 |
|
|
34 |
|
Частичное расслоение |
|
|
||
5 |
40 |
20 |
|
|
40 |
|
Водоотделение |
|
|
||
6 |
35 |
25 |
|
|
40 |
|
Водоотделение |
|
|
||
7 |
42 |
24 |
|
|
34 |
|
Паста устойчивая, однородная, не |
||||
|
|
|
расслаивается |
|
|
||||||
8 |
40 |
25 |
|
|
35 |
|
Частичное расслоение |
|
|
||
|
Составы холодных мастик (на основе БИ-42) |
Таблица 2 |
|||||||||
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тип |
Состав мастики в весо- |
|
|
|
|
Остаточ- |
|
Водопо- |
|
Набу- |
|
Плотность, |
|
ная |
|
|
хание, |
||||||
мастики |
вых процентах |
|
г/см3 |
|
влажность, |
|
глощение, |
|
% |
||
|
|
|
|
|
|
|
% |
|
% |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ИИ-20 |
Известково-битумная |
|
1,38 |
|
7,0 |
|
6,0 |
|
0,5 |
||
|
паста БИ-42 – 80. Из- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вестняковый порошок – |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ИИЦ-20 |
Известково-битумная |
|
1,4 |
|
5,0 |
|
3,3 |
|
1,1 |
||
|
паста БИ-42 – 70. Из- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вестняковый порошок – |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20. Портландцемент |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М400 -10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ИЗ-20 |
Известково-битумная |
|
1,1 |
|
4,0 |
|
10,0 |
|
2,5 |
||
|
паста БИ-42 – 80. Зола- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
унос – 20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ИЗЦ-20 |
Известково-битумная |
|
1,3 |
|
6,0 |
|
8,0 |
|
0,6 |
||
|
паста БИ-42 – 75. Зола- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
унос – 15. Портландце- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мент М400 – 10. Вода |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(сверх 100 %) – 5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ИИЦ-25 |
Известково-битумная |
|
1,5 |
|
7,0 |
|
5,0 |
|
0,5 |
||
|
паста БИ-42 – 55. Из- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вестняковый порошок – |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20. Портландцемент |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М400 – 25. Вода (сверх |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 %) – 5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
234
Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…
Дополнительно для повышения долговечности фундамента в засоленных грунтах производится объемная гидрофобизация бетона добавками ГС-3 и КОД-С. Для проверки долговечности и коррозионной стойкости были изготовлены бетонные образцы – кубы (10 10 10 см) с жидкими добавками ГС-3, КОД-С и без них, которые на длительный срок были установлены в цехах Карагандинского металлургического комбината (КМК). Химический состав и концентрация технологических вод и конденсата оседающего на поверхность несущих конструкций цехов характеризуется содержанием сульфатов 1020…1060 мг/л, хлоридов 520…700 мг/л, кальция 200…320 мг/л, магния 2…2,5 мг/л. При этом относительная влажность воздуха в цеху составляет 80…100 %. Согласно СНиП 2.03.11–83 подобная среда классифицируется как сильноагрессивная. Результаты испытания (см. табл. 3 и рис. 4) показали, что предлагаемые гидрофобизирующие добавки ГС-3 и КОД-С могут быть успешно использованы для защиты от коррозии бетонных конструкций нулевого цикла в сильноагрессивных условиях.
Таблица 3
Результаты испытания долговечности бетона в сильноагрессивной среде
|
|
Масса об- |
Масса образцов, кг в период |
Глубина карбониза- |
|||
|
Вид и расход |
разцов пе- |
|||||
№ |
добавок, % |
ред испы- |
натурного испытания, месяц |
ции, см через месяц |
|||
|
|
танием, кг |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
12 |
21 |
21 |
33 |
|
1 |
Без добавки |
2,395 |
2,513 |
1,360 |
1,030 |
1,5…2,0 |
2,5…3,5 |
2 |
КОД-С – 0,2 |
2,440 |
2,565 |
2,150 |
2,210 |
1,0…1,2 |
1,5…2,0 |
3 |
ГС-3 – 0,6 |
2,385 |
2,400 |
2,320 |
2,250 |
0,3…0,8 |
1,1…1,6 |
Рис. 4. Внешний вид бетонных образцов-кубов через 21 месяц выдержки в сильноагрессивной среде:
1 – без добавок; 2 – с добавкой ГС-3
Результаты исследования предлагаемых способов подготовки и устройства основания и фундаментов в агрессивных засоленных грунтах и полученные при этом положительные результаты были внедрены с огромным экономическим эффектом на отдельных объектах Тенгизского нефтегазового комплекса в Западном Казахстане, а также при строительстве жилых домов в городах Темиртау, Караганде, Атырау.
235
Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение
Рис. 5. Технологическая схема устройства фундамента в пробитой скважине с защитной оболочкой (Авторское право, новизна и эффективность разработки при сопоставлении с аналогами известными в мировой практике подтверждена А.С. СССР № № 1678971, 1678972):
а– устройство скважины с использованием пластмассовой трубы;
б– отсыпка жесткого материала; в – втромбование жесткого материала;
г– установка арматурного каркаса; д – бетонирование скважины;
1– защитная пластмассовая оболочка; 2 – снаряд (лидер); 3 – уплотненная зона грунта; 4 – уширение из жесткого материала; 5 – арматурный каркас; 6–бетонная смесь
Рис. 6. Технологическая схема устройства фундамента в вытрамбованном котловане с уширением и защитной оболочкой (Авторское право, новизна и эффективность разработки при сопоставлении с аналогами известными в мировой практике подтверждена А.С. СССР № 1719548, пред. патент РК № 10456):
а– установка трамбовки по центру фундамента и вытрамбование котлована; б – отсыпка
ввытрамбованный котлован жесткого материала; в – втрамбование жесткого материала до заданной отметки; г – заполнение котлована кирами; д – втрамбование киров в стенки
котлована; ж – установка арматуры; з – бетонирование котлована. 1 – котлован; 2 – жесткий грунтовый материал; 3 – уплотненная зона; 4 – уширение; 5 – киры; 6 – защитная оболочка из киров; 7 – арматурный каркас; 8 – бетон
236
Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…
Затраты на устройство ФВК и ПС в несущей и защитной оболочке на 50…80 % меньше стоимости традиционных сборных ленточных фундаментов или забивных свай. Однако основным критерием, определяющим эффективность предложенных технологий, является снижение последующих эксплуатационных затрат. Послепросадочные осадки зданий на сборных ленточных фундаментах и забивных сваях зачастую превышают осадки аналогичных зданий на ФВК и ПС с несущей и защитной оболочкой. Это объясняется тем, что здания на ленточных фундаментах не защищены от суффозионных и деформационных процессов, а потому в процессе эксплуатации, требуют ежегодного послепостроечного ремонта. При использовании ФВК и ПС с несущей и защитной оболочкой здания послепостроечных осадок практически не притерпевают. Об этом свидетельствует многолетний опыт возведения и эксплуатации зданий и сооружений на ФВК и ПС в несущей и защитной оболочке в городах Караганде, Атырау, Актобе, Темиртау, п.г.г. Кульсара, Тектазе и др.
Литература
1.Унайбаев Б.Ж., Ахметов К.М., Журинов М.Ж. и др. Способ извлечения органической составляющей нефтебитуминозных пород флотацией. Авторское свидетельство
СССР № 16867558
2.Рекомендации по проектированию и устройству фундаментов в засоленных грунтах с вытрамбованным ложем в защитной оболочке / Казахстанский геотехнический институт при ЕНУ им. Л.Н. Гумилева (Разработки Унайбаев Б.Ж. и др.) – Астана, 2001105 с.
3.Унайбаев Б.Ж., Жаров С.В., Волков В.А. и др. Фундамент. Авторское свидетельство СССР № 1805169
4.Унайбаев Б.Ж., Жаров С.В., Волков В.А. и др. Способ возведения фундамента. Авторское свидетельство СССР № 1719548
5.Способ возведения фундамента. Патент РК № 10456. Патентообладатель Унай-
баев Б.Ж.
УДК 624.131
О.А. Маковецкий, С.С. Зуев
(ОАО Нью Граунд, Пермь)
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ «СТЕНА В ГРУНТЕ» ДЛЯ УСТРОЙСТВА ПРИЧАЛЬНЫХ И БЕРЕГОУКРЕПИТЕЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Одним из рекомендуемых методов устройства причалов типа "больверк" с анкеровкой на одном уровне является выполнение монолитной железобетонной конструкции по технологии «стена в грунте». Применение этой технологии регламентируется требованиями РД 31.31.24–81 «Рекомендации
237
Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение
по проектированию причальных сооружений, возводимых способом «стена в грунте», разработанными СОЮЗМОРНИИПРОЕКТ.
Способ строительства "стена в грунте" для возведения и реконструкции причальных сооружений целесообразно применять:
а) при строительстве в бассейнах, создаваемых за счет прибрежной территории;
б) при строительстве на территориях, создаваемых засыпкой аквато-
рии;
в) при возведении экранирующих и разгружающих конструкций, а также опор крановых путей и технологического оборудования на существующих причалах, особенно в тех случаях, когда забивка свай нежелательна из-за вибрационных и ударных нагрузок.
Преимуществами применения данной технологии является: а) сокращение сроков строительства; б) сокращение объема земляных работ по выемке и засыпке;
в) сокращение эксплуатационных расходов, связанных с ликвидацией деформаций территории причала;
г) сокращение расхода металла за счет применения армокаркасных бетонных конструкций;
д) сокращение стоимости строительства за счет производства работ без применения тяжелого и плавучего оборудования и производство работ "насухо".
По этой технологии выполнены причальные и берегоукрепительные сооружения ряда крупных мировых портов: морской порт Давэй (Мьянма), порты Гавр и Марсель Фос (Франция); контейнерный терминал Rotterdam World Gateway (RWG); порт Аль-Сохна (Египет); порт Джизан (Саудовская Аравия).
Выбор данной технологии устройства берегоукрепительной конструкции во многом обуславливается низкими эксплуатационными затратами на протяжении жизненного цикла – номинальный срок эксплуатации бетонных конструкций составляет 100 лет до возникновения коррозии арматуры.
Данная технология также позволяет обеспечить высокие жесткостные характеристики сооружения, ограничивающие горизонтальные перемещения верхней части конструкции от рабочих нагрузок и от расчетных сейсмических воздействий.
Стена в грунте строится с использованием щелевой стенной технологии. В технологию входит вырезание узкой захватки, заполненной специальной жидкостью или суспензией. Суспензия оказывает гидравлическое давление на стены захватки и исполняет роль крепления для предотвращения разрушения. Вырезание щелей может производиться во всех типах грунта, даже ниже уровня подземных вод.
238
Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…
Специфическое применение и основополагающие условия требуют использования фрезы с гидравлическим управлением и обратной циркуляцией, которая использует вырезную технику экскавации в противоположность копательной технике. Эта техника применяется при строительстве более глубоких стен в грунте и стен, располагаемых в сыпучих материалах и мягком камне.
Мощность крутящего момента колес фрезы в совокупности с весом фрезы достаточна для того, чтобы разбивать грунт любого типа и крошить булыжник, небольшие валуны или слабые горные породы, либо срезать бетон со смежных панелей. Применение данной технологии позволяет устраивать в грунте протяженные вертикальные монолитные железобетонные конструкции шириной 800 мм и глубиной до 32,0 м. Протяженные конструкции возводятся путем объединения захваток с длиной до 7,2 м. Конфигурация захваток может быть прямоугольной, тавровой, двутавровой, угловой.
Для выполнения конструкций применяется бетон класса прочности В30, с осадкой конуса 150…180 мм, что позволяет укладывать его методом вертикального подъема бетонолитной трубы. Марка по водонепроницаемо-
сти W10…W12.
Армирование конструкции выполняется пространственными каркасами, обеспечивающими восприятие достаточно высоких изгибающих моментов (2000…2500 кНм) возникающих в конструкции.
Элементы, выполняемые по этой технологии, используются в качестве ограждающих конструкций, воспринимающих давление грунта, подземной воды и полезные нагрузки.
Отлаженные методы производства работ и контроля качества, высокая долговечность железобетона в условиях постоянного увлажнения позволяют при использовании технологии «стена в грунте» обеспечить высокую эксплуатационную надежность и механическую безопасность на весь срок эксплуатации причальной и берегоукрепительной конструкции.
Применение технологии стены в грунте для устройства причальной стенки морского перегрузочного комплекса в порту Темрюк Краснодарского края.
Инженерно – геологические условия площадки строительства морского перегрузочного комплекса в порту Темрюк относятся к III категории, обусловленной наличием слабых водонасыщенных глинистых грунтов и илов мощностью до 20 м с модулем деформации 1…2 МПа.
Инженерно-геологический разрез участка (сверху-вниз): Песок средней крупности с прослоями ила и торфа, водонасыщенный, мощность 0,8…6,6 м; ил супесчаный, текучий с примесью органических веществ, мощность 0,3…3,1 м; песок пылеватый, средней плотности, водонасыщенный, мощность 0,8…3,1 м; – ил глинистый, с прослоями песка, мощность 11,9…17,2 м; супесь пластичная, опесчаненная, мощность 0,4…5,6 м; суглинок полутвердый, водонасыщенный, мощность 2,0…5,6 м.
239
Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение
Рис. 1. Сечение причальной стенки
Подземный воды вскрыты на глубине 0,37…0,63 м, что соответствует абсолютным отметкам 0,13…0,79 м. Наивысший уровень подземных вод у поверхности земли.
Причальная стенка запроектирована в виде занкеренного экранированного больверка, в качестве лицевой стенки которого используется металлический трубошпунт марки ШТС 1420-14 с коннекторами PZC-18. Шпунтовые сваи погружаются до отметки – 29,0 м.
В качестве альтернативного варианта предлагается использование в качестве лицевой стенки монолитной железобетонной конструкции, выполняемой по технологии «стена в грунте».
Рис. 2. Конструкция лицевой стенки, выполняемой по технологии «стена в грунте»
240