Публикации »

Свайное фундаментостроение

На сегодняшний день строительный рынок Санкт-Петербурга представлен достаточно большим количеством компаний, специализирующихся на устройстве различных типов фундаментов, в том числе и свайных. Они предлагают различные технологии выполнения, различное качество и цены свай, и зачастую перед заказчиком стоит нелегкий выбор наиболее рациональной и безопасной технологии и конструкции свай. Этот выбор должен делаться в зависимости от конкретных геологических и гидрогеологических условий, схемы и конструкции возводимого или реконструируемого сооружения, окружающей застройки и ее технического состояния.

Существенную помощь в таком выборе должны оказать застройщику на всех стадиях разработки и сопровождения проекта специалисты-геотехники. Именно они должны оценить инженерно-геологические условия площадки строительства (напластование, вид и характеристики грунтов), предложить наиболее оптимальную конструкцию фундамента для проектируемого сооружения с учетом его чувствительности к неравномерным осадкам и рекомендовать наиболее эффективные технологии производства работ, в том числе щадящие для окружающей застройки.

В настоящее время Санкт-Петербург является одним из передовых городов России, где для промышленного и гражданского строительства нашли применение современные методы улучшения свойств грунтов, а также многочисленные современные технологии устройства фундаментов, и в первую очередь свайных.

Предпосылками этого во многом явились сложные инженерно-геологические условия нынешней территории города, претерпевавшей в разные геологические периоды прохождение многочисленных ледников с образованием морей и ледниковых озер.

В результате, в центральной части города относительно прочные моренные отложения залегают на глубинах до 30 м и выше от дневной поверхности.

При производстве работ нулевого цикла в Санкт-Петербурге приходится учитывать свойства грунтов надморенной толщи, представленной позднеледниковыми и послеледниковыми озерными и морскими отложениями. Часто именно эти грунты служат основанием фундаментов мелкого заложения, в них располагается большая часть тела свай трения в свайных фундаментах.

Для этих грунтов (при использовании их в качестве оснований) характерны следующие процессы:
а) большие, неравномерные, длительно незатухающие осадки зданий, сооружений и окружающей территории;
б) потеря устойчивости несущих слоев оснований зданий и сооружений, сложенных пылевато-глинистыми грунтами в состоянии незавершенной консолидации или подвергшихся промерзанию/оттаиванию;
в) разрушение природной структуры грунтов при традиционных способах производства земляных работ;
г) плывунные явления при открытом водоотливе из котлованов и траншей;
д) изменение несущей способности свай вследствие развития сил отрицательного трения на участках, поднятых намытым или насыпным грунтом;
е) развитие процессов гниения торфа, органических включений в грунте и деревянных элементов подземных конструкций при понижении уровня подземных вод.

Для многих площадок строительства характерны большая мощность слабых водонасыщенных тиксотропных грунтов, их значительная неоднородность в плане и по глубине как по составу, так и по основным физико-механическим и прочностным свойствам.

Знание и учет этих сложных процессов во многом определяют профессионализм и успех строительных организаций, занимающихся работами, связанными с устройством оснований и фундаментов.

За последние 15 лет в городе произошли серьезные изменения в отношении к работам нулевого цикла. На строительный рынок пришли новые строительные организации, специализирующиеся на геотехнических работах, появились и широко внедряются современные машины и технологии.

Характерным примером может явиться то, что на территории города по сравнению с 1990 г. почти в два раза упала доля использования забивных свай. Их заменили более прогрессивные, щадящие технологии, такие, как вдавливание свай, в том числе в лидирующие скважины, широко применяются буровые, буронабивные и инъекционные сваи различной длины и диаметра, используется метод «стена в грунте» и другие.

До начала 90-х годов, основным типом свайных фундаментов были сборные железобетонные сваи, применение которых оказалось весьма опасным для зданий старой застройки (при строительстве около них новых сооружений). Многочисленные аварии и повреждения соседних зданий при забивке свай на расстояниях до 20 м, а иногда и более, вынудило проектировщиков и строителей искать и широко внедрять новые технологии, которые оказывали бы более щадящее воздействие на окружающую застройку.

При забивке свай все чаще используются гидравлические молоты типа «Юнтан» с частотой ударов до 100 в мин. и массой ударной части 70–90 кН.

Частичный отказ от метода забивки привел к разработке технологии статического вдавливания свай. Ленинград стал одним из первых «полигонов», где в промышленных масштабах с середины 70-х годов стала применяться эта технология. Несамоходная установка конструкции Треста № 101 Главленинградстроя позволяла создавать усилие вдавливания до 2 000 кН двумя гидродомкратами.

С начала 80-х годов Трестом № 28 Главленинградстроя (ныне ЗАО «Строительный трест 28-й») используется разработанная ВНИИГС, НИИОСП им. Герсеванова и др. организациями самоходная свае-вдавливающая установка УСВ 120/180 на базе экскаватора ЭО-6122. Она состоит из базовой машины и пригрузочной тележки и позволяет обеспечивать вдавливание свай с размером грани от 30 до 40 см и длиной от 4 до 16 м с максимальным усилием 850 кН на расстоянии 1 м от существующего здания. На расстоянии 4,5 м от здания может осуществляться вдавливание свай той же длины при сечениях 30x30 см и 35x35 см с усилием до 1 200 кН, а при сечениях 40x40 см — до 1 800 кН. Производительность установки в грунтовых условиях Санкт-Петербурга — в смену  от 8 до 2 составных свай длиной от 16 до 28 м, соответственно.

Успешно используемая в Санкт-Петербурге более 10 лет модернизированная установка УСВ-160 М имеет увеличенную собственную массу 117 т (вместо прежних 105 т), оснащена крановым подкосом с крюк-блоком и буровым механизмом для изготовления лидирующей скважины или рыхления шнеком. Кроме этого, данная установка имеет рычажный механизм зажима шпунта, позволяющий погружать и извлекать стальной шпунт «Ларсен IV» и «Ларсен V».

В настоящее время в тресте применяются сваевдавливающие установки с усилием вдавливания до 1 600 кН и дорабатывается установка с усилием до 2 000 кН.

Важным достоинством такой технологии является то, что в грунт погружаются сборные железобетонные элементы, качество которых легко проконтролировать до начала установки свай. Однако необходимо иметь ввиду, что в определенных грунтовых условиях, в частности в грунтах с ленточной текстурой, погружение свай может привести к дополнительным деформациям основания и фундаментов близкорасположенных (до 3 м) зданий (по результатам исследований СПб ГАСУ). Это вызвало необходимость развивать иные методы устройства фундаментов и улучшения свойств грунтов.

Широко известные ранее технологии изготовления свай в грунте (буровые, буронабивные и буроинъекционные сваи) с начала 90-х годов получили в Санкт-Петербурге новую жизнь и сильно снизили процент использования свай предварительной готовности (сборных железобетонных свай).

По характеру изготовления такие сваи могут быть разделены на 3 основных типа: сваи с выемкой грунта, с частичной выемкой, без выемки грунта по стволу сваи.

Сваи, изготавливаемые с выемкой грунта.

Кратко это технология заключается в следующем: а) погружение защитной обсадной трубы; б) разработка грунта внутри оболочки шнеком; в) погружение армокаркаса и заполнение скважины бетоном методом ВПТ с одновременным подъемом обсадной трубы.
Для этой цели в городе используются отечественные установки на базе буровых станков типа ЛБУ и зарубежные: Bauer, «Юнтанн», «Казагранде», Soilmec и др. Эту технологию используют фирмы ЗАО «Гео-строй», ЗАО «СТиС», «Пилон», «Мосто-отряд-19», «Ленмостотрест» и «Ризалит».

Для устройства буронабивных свай длиной до 50 м и диаметром ствола до 1 200 мм фирмой ЗАО «Геострой» успешно применяются станки фирмы «Бауэр». Специально применяемый в ряде случаев уширитель позволяет изготавливать буронабивные сваи под защитой обсадных труб с диаметром уширения 620–1 200 мм, что обеспечивает значительное увеличение несущей способности по острию и более полное использование несущей способности свай по материалу. Испытание буронабивных свай с уширением показало, что значения несущей способности у таких свай по грунту на 50–70 % выше, чем у свай без уширения.

Другой разновидностью этой технологии является разработка грунта под тело сваи с глинистым раствором, который защищает стенки скважины от обрушения и оплывания и в дальнейшем вытесняется бетонной смесью. При соблюдении технологических параметров и задании малых и регулируемых величин вращения бурового снаряда значения ускорений, передающихся на грунт и фундаменты соседних зданий, весьма незначительны и неопасны для этих сооружений. Эту технологию используют такие геотехнические фирмы, как ООО «Основа», ЗАО «Техпрогресс», «Геоизол», СК «Подземстройреконструкция», «Гидроспецстрой», «Циклон», «Старый город-Карст» и др.

Отметим, что при изготовлении свай по указанной технологии неоднократно обращалось внимание на значительное увеличение несущей способности свай, испытываемых статической нагрузкой, по сравнению с расчетной по существующим нормам. Это, в частности, может быть объяснено увеличением диаметра ствола сваи при ее изготовлении в слабых глинистых грунтах. Очевидно, этот вопрос требует дополнительного изучения с изменениями в соответствующих нормативных документах.

Сваи, изготавливаемые с частичной выемкой грунта.

Метод проходного шнека (СFА), технология «Дабл-Ротари», технология SOB — по ним выполняют работы фирмы «Геострой», «Подземстройреконструкция», «Техпрогресс», «Гидроспецстрой», «Основа».

Технология по методу полого шнека предусматривает: а) полый шнек ввинчивается на глубину будущей сваи; б) шнек с вращением поднимается с частью грунта и одновременно через его внутреннюю полость бетононасосом в скважину закачивают бетон; в) после извлечения шнека в бетон с помощью вибратора погружается каркас.

Особенностью технологии «Дабл-ротари» является то, что вращение непрерывного проходного шнека происходит внутри обсадной трубы, которая движется в противоположном направлении. Это позволяетзначительно увеличить производительность изготовления свай и обеспечить безопасность производства работ вблизи существующих зданий. Для данных технологий необходимым условием является наличие мощного бетононасоса, имеющего производительность не менее 60 куб. м/час.

Сваи, изготавливаемые без выемки грунта.

К ним относятся сваи DDS — Bauer, Fundex, Vibrex, Atlas.

При технологии DDS не производится выемка грунта благодаря использованию специального рабочего органа, уплотняющего разбуриваемый грунт в стороны (фото 6). При достижении проектной отметки через бетонолитную трубу, находящуюся в теле штанги, происходит подача бетонной смеси с одновременным подъемом рабочего органа. Рабочий орган выполняет функцию пакера, распирающего скважину, и не дает возможности бетону подняться выше. Армокаркас погружается в тело выполненной сваи с помощью вибратора.

Технологической особенностью свай уплотнения (ввинчиваемых свай) является погружение обсадной трубы с оставляемым наконечником, что позволяет погружать бетонную смесь в заведомо сухой забой при соблюдении соответствующей технологии. Проводятся следующие основные технологические операции:
а) обсадная труба с нижним теряемым наконечником погружается (вибродизелем или гидромолотом) или ввинчивается в грунт при большом крутящем моменте и осевой нагрузке до проектной отметки пяты сваи;
б) в погруженную трубу устанавливают армокаркас и нагнетают бетонную смесь;
в) труба извлекается противовращением и вертикальной силой тяги тросов, при этом чугунный или стальной наконечник остается в грунте.

Диаметр выполняемых свай — 350, 450, 520 мм при длине до 35 м. Несущая способность — до 2 500 кН (в зависимости от вида грунта основания). Производительность — до 100 п.м за смену. Такую технологию используют фирмы «Геоизол», «Статика-Инжиниринг», «Старый город-Карст», «Геострой» и др.

Уже несколько лет в Санкт-Петербурге фирмой «Геоизол» по бельгийской технологии выполняются широко известные в Европе буронабивные сваи Atlas. Процедура устройства таких свай включает:
а) ввинчивание трубы с винтовым режущим наконечником до проектной отметки;
б) установку арматурного каркаса;
в) обратный подъем с вращением трубы с винтовым наконечником при одновременном бетонировании.

Высокие вытяжные усилия, до 800 кН, объединенные с высоким крутящим моментом при бурении, — одна из важных особенностей современной буровой установки Atlas, позволяющей получить сваи винтовой формы.

Диаметр применяемых режущих наконечников: 360; 410; 460; 510 мм, получаемый диаметр винтовой поверхности: 530; 610; 670; 720 мм. Производительность составляет до 15 свай в смену.

Буронабивные сваи с использованием электроразрядной технологии.

Такой тип свай различного диаметра на протяжении более 15 лет выполняется совместной российско-американской фирмой «Бэк-Римас». Разрядно-импульсная технология, применяемая для уплотнения бетонной смеси в забое скважины, позволяет получить высокие показатели прочности бетона ствола сваи и в определенных типах грунтов способствует уплотнению стенок скважины, что в свою очередь влияет на несущую способность буронабивных свай.

Буроинъекционные сваи.

Как правило они используются для усиления существующих фундаментов зданий при их реконструкции или надстройке. Наиболее распространенный диаметр таких свай — 150–280 мм при длине до 15–20 м. Для их устройства применяются цементные, цементно-песчаные, цементно-бентонитовые растворы.

Технология буроинъекционных свай включает:
а) бурение скважины; б) заполнение ее раствором; в) установку арматурного каркаса; г) опрессовку раствором под давлением 0,2–0,3 МПа.

Бурение скважин выполняется станками вращательного бурения под защитой обсадных труб или глинистого раствора.
Опытом применения этих технологий при усилении фундаментов обладают такие фирмы, как «Геострой», «Адепт», «Буровая компания», «Подземстройреконструкция», «Основа», «Циклон» и др.

С использованием технологии буроинъекционных свай выполнялось усиление фундаментов костела Св. Екатерины(«Циклон»), Таврического дворца («Геострой»), дома-усадьбы Державина и многих других объектов в Санкт-Петербурге и пригородах.

Одной из модификаций технологии устройства буроинъекционных свай являются буроинъекционные сваи Franki.Их характерной особенностью является прохождение скважины с использованием оставляемого башмака и защитной трубы, играющей роль арматуры. Цементно-песчаный раствор поступает не только в обсадную трубу, но при увеличении давления подачи раствора обтекает ее с внешней стороны, уплотняя грунт. Такая технология была использована фирмой «Геоизол» для усиления подпорных стен террас Меншиковского дворца в г. Ораниенбауме.

Следует отметить, что в сложных грунтовых условиях Санкт-Петербурга почти невозможно обеспечить полностью без-опасную для соседних зданий технологию устройства свай. Опыт производства работ показывает, что устройство свай под новое сооружение на расстояниях до 2 м от существующего здания может привести к его дополнительной осадке, а иногда и к подъему. Величина дополнительной наведенной деформации основания сооружения зависит от характеристик грунтового основания, выбранного метода и технологии производства работ, конструкции и состояния соседнего здания, опыта и квалификации специалистов строительной компании и других факторов.

Очевидно, что все работы, связанные с устройством свайных фундаментов в условиях уплотненной застройки, следует вести при постоянном геотехническом контроле-геомониторинге специализированными организациями, который рекомендован территориальными нормами (ТСН 50-302-2004).

Для многих новых технологий еще недостаточна нормативно-техническая база. Отстает и их информационное обес-печение. Застройщики и инвесторыпорой не знают достоинств и недостатков той или иной технологии изготовления свай, границ их применяемости, зачастую останавливаясь на наиболее дешевых предложениях, которые не всегда обеспечивают надежность фундамента.

Эти задачи требуют комплексного решения при взаимодействии строительных, проектных и научных организаций, заинтересованных в дальнейшем внедрении передовых свайных технологий в Санкт-Петербурге.

Автор: Р. А. Мангушев
Дата: 05.06.2006
Журнал Стройпрофиль 4-06
Рубрика: геотехнологии, фундаменты




«« назад