Технология устройства буровых свай с многоместными уширениями, устраиваемыми с применением электрогидравлического эффекта

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технология устройства буровых свай с многоместными уширениями, устраиваемыми с применением электрогидравлического эффекта

Современные геотехнические технологии позволяют изготавливать буровые свай высокой несущей способности по острию. При этом удельная (приведенная к единице площади контакта «свая-грунт») несущая способность сваи по боковой поверхности мала.

Мероприятия по увеличению боковой поверхности сваи (диаметра) и уплотнению грунтов не дают значимого эффекта. Так, наиболее эффективная в плане уплотнения примыкающих к свае грунтов и увеличения диаметра сваи электроразрядная технология позволяет достигать лишь небольшого (до 20 % /4/) по сравнению с другими технологиями увеличения повышение несущей способности сваи по боковой поверхности. Это связано с тем, что фрикционные свойства примыкающих к свае грунтов (наиболее значимый из параметров, определяющих величину несущей способности сваи по боковой поверхности) малы.

В связи с вышесказанным крайне перспективно применение технологии изготовления свай с многоместными уширениями (СМУ). В основе этой технологии лежит использование не фрикционных, характеризуемых величиной удельного сопротивления грунта по боковой поверхности f_I, а значительно более высоких несущих свойств (расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи R) грунтов (таб. 1).

Таблица 1. Сравнение значений R и f i при разных консистенции и глубины заложения грунтов

Технология устройства свай с многоместными уширениями известна с 60-х годов прошлого века. Опыт использования таких свай есть в Индии ФРГ, Великобритании, Японии, СССР. Конструкция такой сваи представляет собой буровую сваю с уширением на пяте. Выше этого уширения в зависимости от типа геолого-технических условий и требуемой несущей способности сваи выполняются дополнительные уширения.

Сваи с многоместными уширениями при нагружении работают следующим образом: на начальном этапе нагружения в работу вступает верхнее уширение. По мере увеличения нагрузки постепенно включаются нижележащие уширения, при этом каждое уширение выполняет функцию дополнительной опоры.

Практика изготовления таких свай показала их высокую эффективность. Несущая способность свай с одним уширением в 2,0-2,5 раза, а с двумя - в 3,0-3,5 раза выше, чем у свай, выполненных без уширений /6/.

Расчет несущей способности СМУ производится по методике, разработанной лабораторией оснований и фундаментов Уральского НИИ «Уралпромстройниипроект» /3/. При этом, согласно указанной методике во избежание наложение зон напряженно-деформированного состояния грунтов минимально допустимое расстояние между уширениями должно быть не менее 2,5 диаметра уширения.

Несмотря на очевидную эффективность СМУ их применение ограничивается устройством свай с одним, максимум двумя уширениями. Это связано с многодельностью и продолжительностью процесса устройства уширений механическими уширителями. Кроме того, применение механически расширителей влечет собой ряд проблем:

- сложность устройства уширений в неустойчивых грунтах,

- невозможность качественной очистки (даже при применении ковшовых буров) зон уширений от шлама, что влечет за собой значительные осадки,

- разуплотнение грунтов и, связанное с этим, ослабление их несущих свойств под уширениями (по данным проф. Ван Импе сопротивление грунта в слабых грунтах уменьшается вдвое, а в морене - на треть /1/).

Самой серьезной проблемой при применении механических уширителей является неопределенность мест разработки уширений по боковой поверхности при устройстве свай в перемежающихся грунтах. Это связано с тем, что даже при проведении изысканий по самым жестким требованиям нормативных документов (здание Й уровня ответственности и третьей категории грунтовых условий) сетка по бурению изыскательских скважин составляет 20 х 20 м. Опыт работы показывает, что на расстоянии нескольких метров инженерно - геологические условия могут существенно разниться (встречаться не зафиксированные в процессе изыскательских работ линзы, изменяться высотные отметки кровли и подошвы инженерно-геологических элементов и т.д.). В перемежающихся грунтах уширения следует устраивать в слабом грунте над плотными грунтами. При ошибке в определении места устройства уширения эффективность этой технологии сводится к нулю.

С учетом вышесказанного предлагается устройство СМУ с применением электрогидравлического эффекта (СМУ ЭГЭ).

Достоинствами такого способа являются:

- простота выполнения (добавляется одна легковыполняемая операция),

-возможность точного определения места устройства уширения (по уходу бетонной смеси),

- устройство необходимого количества уширений по длине сваи,

- минимизация технологических осадок,

- максимальная по сравнению с любыми другими технологиями устройства буровых свай усиления несущая способность сваи.

Расчет несущей способности СМУ ЭГЭ пяте аналогичен расчету свай, при этом диаметр уширения определяется согласно таб. 2,3 /2/, а величина минимально допустимого интервала между уширениями составляет 3,5 диаметра уширения.

Предлагаемый способ устройства БСУ отличается от активно применяемых электроразрядных технологий (РИТ, ЭРСТ, ЭРГТ, НИИОСП, электронабивные сваи и т.д.).

При изготовлении свай ЭРТ разрядно-импульсную обработку боковой поверхности сваи следует производить с шагом 0,3-0,5 м в песках и 0,75-1,0 м в связных грунтах (п. 9. /2/) независимо от физико-механических характеристик. При этом происходит увеличение периметра боковой поверхности сваи в местах разрядно-импульсной обработки и улучшаются условия работы грунта (учитывается коэффициентом г_cf (таб. 7.5 /5/). Свая имеет «гантелеобразную» форму. В этих условиях увеличение несущей способности сваи по боковой поверхности (величину расчетного сопротивления i-го слоя грунта по боковой поверхности сваи f_i следует принимать по табл. 7.2 /5/) по сравнению с другими технологиями устройства БСУ при этом незначительно, а в условиях слабых и перемежающихся грунтов разрядно-импульсная обработка боковой поверхности сваи по технологии ЭРТ может быть просто не эффективна.

Если же выполнять сваи по предлагаемой технологии, где уширения работают как дополнительные опоры, при обеспечении заданных в таб. 2, 3 /2/ коэффициентов уширений, то, при расчете несущей способности сваи по боковой поверхности величину расчетного сопротивления грунта под уширением R следует принимать по табл. 7.1 /5/ (таб. 3). Особенно эффективны СМУ ЭГЭ в условиях перемежающихся грунтов. При этом устройство уширений осуществляется в слабых грунтах, создавая максимальную площадь опирания на кровлю плотных грунтов, что обеспечивает большую по сравнению с технологией ЭРТ несущую способность сваи, при одновременном сокращении расхода материалов и трудозатрат.

В таб. 2 приводятся сравнительные расчеты НС буроинъекционных (объект №1) и буронабивных (объект №2) свай, свай ЭРТ и свай СМУ ЭГЭ в инженерно-геологических условиях конкретных строительных площадках (расчеты приведены в приложении).

Таблица 2. Расчетная несущая способность свай, выполненных по различным технологиям

Следует отметить, что расчеты по сваям с многоместными уширениями приведены с учетом коэффициентов уширений, указанных в таб. 2.3 /2/. Значения указанных уширений являются минимальными для обеспечения указанных величин сопротивлений грунта под уширениями. Фактические значения уширений, как показывают обмеры извлеченных свай, значительно выше (рис. 1).

Так, в песках средней крупности при коэффициенте уширения, обеспечивающим уплотнение грунта аналогичного уплотнению грунта при забивке сваи, равным 1,8 (таб. 2 /2/) фактический коэффициент уширения составил 2,1, а в мелких песках соответственно 1,8 против фактического 2,4. Поэтому величину НС свай с многоместными уширениями, выполненными по технологии ЭРТ, при обеспечении коэффициентов уширений, указанных в таб. 2, 3 /2/, следует считать минимально гарантированной.

Устройство сваи с многоместными уширениями по электро-разрядной разрядной технологии выглядит следующим образом:

- разработка конструкции сваи по данным инженерно-геологических исследований (предварительное определение количества и мест устройства уширений),

- бурение скважины,

- заполнение скважины твердеющим раствором,

- разрядно-импульсная обработка забоя скважины «до отказа» с обязательной проверкой на «отскок»,

- определение точного места уширений по боковой поверхности (по уходу твердеющего раствора за один импульс),

- устройство уширений по ЭРТ (минимальное количество импульсов определяется по таб. 2,3 (9)).

- армирование сваи.

Рис. 1. Свая, извлеченная на объекте: г. Москва, Садовническая набережная (фирма «РИТА»)

Следует отметить, что помимо ЭГЭ при устройстве уширений могут быть использованы и другие физические эффекты, позволяющие создавать динамическое воздействие на стенки скважины, например, электрохимический взрыв (ЭХВ). Крайне перспективно применение светогидравлического эффекта (возможность реализации сейчас прорабатывается).

Объект 1.

Инженерно-геологические условия представляют собой (с. 201 /1/):

0,00 м-2,00 м - насыпной грунт,

2,00 м-5,50 м - пески пылеватые,

5,50 м-14,50 м - суглинки пылеватые ленточные мягкопластичные,

14,50 м-20,50 м - суглинки пылеватые.

Расчет несущей способности буровой сваи Ш 132 мм L = 16,0 м

гc = 1 п. 7.2.6.(6)

гcR = 1 п. 7.2.6.(6)

R = 1900 кПа таб. 7.7. (6)

А = 0,132 х 0,132 х 3,14/4 =0,014 кв.м.

U = 0,132 х 3,14 = 0,41, м

* - в расчет НС не берется

Fd = 1 х (1 х 0,014 х 1900 + 0,41 х (25 х 0,9 х 1,8 + 28 х 0,9 х 1,7 +

+ 40 х 0,9 х 2 + 7 х 0,8 х 2 + 7 х 0,8 х 2 + 7 х 0,8 х 2 + 7 х 0,8 х +

+ 72 х 0,8 х 1,5) = 142,9 кПа = 14,2 т

Расчет несущей способности сваи ЭРТ Ш 132 мм L = 16,0 м

гc = 1 п. 7.2.6 (6)

гcR = 1,3 п. 7.2.6 (6)

R = 11800 кПа п. 14.10.3.б (9), т. 7.1 (6)

А = 0,132 х 1,25 х 0,132 х 1,25 х 3,14/4 =0,021 кв.м.

U = 0,132 х 3,14 = 0,41, м

* - в расчет НС не берется

Fd = 1 х (1,3 х 0,021 х 11 800 + 0,41 х (25 х 1,3 х 1,8 + 28 х 1,3 х 1,7 +

+ 40 х 1,3 х 2 + 7 х 1,1 х 2 + 7 х 1,1 х 2 + 7 х 1,1 х 2 + 7 х 1,1 х + 72 х

х 1,1 х 1,5) = 479,9 кПа = 48 т

Расчет несущей способности сваи с многоместными уширениями Ш 132 мм L = 16,0 м

гc = 1 п. 7.2.6.(6)

гcR = 1,3 п. 7.2.6.(6)

R = 11800 кПа п. 14.10.3.б (9), таб. 7.1. (6)

Ауш на забое = 0,132 х 1,25 х 0,132 х 1,25 х 3,14/4 =0,021 кв.м.

Ауш в песке = 0,132 х 0,132 х 3,14/4 х 3,4 х 1,4 = 0,065 кв.м.

Ауш в суглинке = 0,132 х 0,132 х 3,14/4 х 2,5 х 0,5 = 0,017 кв.м.

Fd = 1 х 1,3 (0,021 х 11800 + 0,065 х 2250 + 0,017 х 11600) = 807,8 кПа = = 80,8 т

Силы трения по боковой поверхности не учитываются

Объект 2

Санкт-Петербург, ул. Елизаветинская, д. 15

Расчет несущей способности буронабивной сваи Ш 350 мм L = 15,0 м (сваи выполнены по технологии проходных шнеков)

Fd = гc (гcR R A + u ? гcf fi hi) (п.7.2.6.(6))

гc = 1 п. 7.2.6.(6)

гcR = 1 п. 7.2.6.(6)

гcf = 0,7 таб. 7.5. (6)

R = 1 650 кПа таб. 7.7. (6)

А = 0,35 х 0,35 х 3,14/4 =0,096 кв.м.

U = 0,35 x 3,14 =1,10

* - в расчет НС не берется

Fd = 1 х (1 х 0,096 х 1650 + 1,1 х 0,7 х (57 х 1,4 + 60 х 1,3 + 31 х 1,8 +

+ 34 х 1,8 + 35 х 1,7 + 72 х 2,0) = 526,7 кПа = 52,7 т

Расчет несущей способности сваи ЭРТ Ш 350 мм

L = 15,0 м.

c = 1 п. 7.2.6(6)

гcf = 1,3 п. 14.10.2 (9)

гcR = 1 п. 7.2.6(6)

R = 8200 кПа таб. 7.7 (6)

А = 0,35 х 1,1 х 0,35 х 1,1 х 3,14/4 =0,116 кв.м.

U = 0,35 x 3,14 =1,10

Расчетная таблица

* - в расчет НС не берется

Fd = 1 х (1,3 х 0,116 х 8200 + 1,1 х 1,3 х (57 х 1,4 + 60 х 1,3 + 31 х 1,8 +

+ 34 х 1,8 + 35 х 1,7 + 72 х 2,0) = 1632,6 кПа = 163,3 т

Расчет несущей способности сваи с многоместными уширениями Ш 350 мм L = 15,0 м

гc = 1 п. 7.2.6.(6)

гcR = 1,3 п. 7.2.6.(6)

R = 11 800 кПа п. 14.10.3.б (9), таб. 7.1. (6)

Ауш на забое = 0,35 х 1,1 х 0,35 х 1,1 х 3,14/4 =0,116 кв.м.

Ауш в торфе = 0,35 х 0,35 х 3,14/4 х 2,8 х 0,8 = 0,215 кв.м.

Ауш в супеси пылеватой = 0,35 х 0,35 х 3,14/4 х 2,1 х 0,1 = 0,02 кв.м.

Fd = 1 х 1,3 (0,116 х 8200 + 0,215 х 34000 + 0,02 х 8 000) = 2109,5 кПа = 211 т

Силы трения сваи по боковой поверхности не учитываются

Выводы

Сваи с многоместными уширениями, выполняемыми с применением электро-гидравлического эффекта являются крайне перспективным направлением развития свайного фундаментостроения.

Основными достоинствами этой технологии являются:

- обеспечение такого уплотнения грунта, при котором СМУ работает как забивная свая,

- определения точного места устройства уширений каждой сваи, что необходимо при устройстве сваи в условиях перемежающихся грунтов,

- простота реализации.

Технология устройства СМУ ЭРТ позволяет существенно снизить стоимость работ по устройству буровых свай.

Список литературы

свая уширитель грунт

1. Улицкий В.М. «Геотехническое сопровождение реконструкции городов» - М.: АСВ, 1999. - 327 с.

2. ТР 50-180-06 Технические рекомендации по проектированию и устройству свайных фундаментов, выполняемых с использованием разрядно-импульсной технологии для зданий повышенной этажности (сваи-РИТ).

3. Тетиор А.Н. Прогрессивные конструкции фундаментов для Урала и Тюменской области. - Средне-Уральское книжное изд., Свердловск, 1971.

4. Рытов С.А. «Устройство буроинъекционных свай с применением электроразрядной технологии в различных грунтовых условиях», диссертация на соискание ученой степени к.т.н., М. 2009.

5. СП 50-102-2003 «Проектирование и устройство свайных фундаментов», М., 2004 г.

6. Современные свайные технологии: Учебное пособие/ Р.А. Мангушев, А.В. Ершов, А.И. Осокин; 2-е изд., прераб. и доп. - М.: Изд-во АСВ, 2010. - 240 с.

Размещено на Allbest.ru