Публикации »

Новые типы и конструкции свай, технологии их устройства при новом строительстве и реконструкции

Новые типы и конструкции свай, технологии их устройства при новом строительстве и реконструкции

(Продолжение. Начало в №6, 7, 8, 2011, №1-2, 2012)

 

Буронабивные сваи уплотнения, устраиваемые по технологии Atlas («Атлас»)

Сваи «Атлас» — набивные сваи, бетонируемые в скважинах; устраиваются путем ввинчивания инвентарных труб, нижний конец которых закрыт оставляемым в грунте башмаком.

Технология устройства свай «Атлас» заключается в образовании скважины под сваю без извлечения грунта — за счет его уплотнения ввинчиваемой инвентарной полой стальной трубой с режущим наконечником, нижний конец которой закрыт оставляемым в грунте башмаком. При ввинчивании трубы режущий наконечник отжимает и уплотняет грунт. Внутренний диаметр режущего наконечника равен диаметру буровых труб. Снизу буровая труба закрыта специальным теряемым башмаком.

Имеются различные мнения относительно оценки зон уплотнения грунтов вокруг свай. Так, профессор В. Ф. Ван Импе утверждает, что величина зон изменения прочностных характеристик грунтов равна приблизительно 1,4 диаметра сваи. По данным других специалистов, для винтовых свай, свай уплотнения и призматических свай заводского изготовления, погружаемых вдавливанием, размер зон влияния составляет от 1 до 6 диаметров сваи.

 

2

3

1

Буровая труба (1), режущий наконечник (2) и теряемый чугунный башмак (3)

 

а))

б)

Способы образования скважин: a — бурением (с выемкой грунта); б — ввинчиванием (с уплотнением-вытеснением грунта)

 

 

Первые установки для изготовления свай «Атлас» появились в 60-х гг. XX в. Они были изготовлены компанией «Флемиш», которая позже изменила свое называние и стала компанией «Атлас Пайлинг Компани». В1984 г. «Атлас» становится частью «Франки Групп», которая впоследствии вышла из отделения фундаментов и с1998 г. получила известность как компания «Франки Геотекникс Би».

Рабочий орган буровой установки «Атлас» — гидравлический бурильный ротор, который обеспечивает одновременное вращение и вертикальное перемещение обсадной трубы.

 

 

Принципиальная схема бурового станка Atlas ВТ-40: 1 — обсадная труба; 2 — бур, шнек; 3 — бункер; 4 — бадья для наполнения бункера; 5 — буровой стол; 6 — вдавливающий механизм; 7 — основной двигатель; 8 — панель управления; 9 — платформа установки;

10 — опоры; 11 — гусеницы; 12 — грузоподъемная стрела

 

Технология устройства свай «Атлас»

1. Установка трубы на точку предполагаемого устройства сваи. Герметизация соединения бура и наконечника водонепроницаемым пластичным материалом.

2. Безвибрационное ввинчивание в грунт по часовой стрелке трубы и смещающего грунт бура, закрытого снизу теряемым наконечником под действием крутящего момента и вертикального усилия. Вращающий момент во время ввинчивания регистрируется и сопоставляется с характеристиками грунта, полученными при инженерно-геологических изысканиях (по геологическим разрезам и результатам зондирования).

3. Погружение в трубу арматурного каркаса после достижения необходимой глубины и заполнение скважины бетонной смесью через бетонолитную трубу.

5. Вывинчивание трубы и бура против часовой стрелки, во время которого вновь происходит отжатие грунта, а бетонная смесь под действием гидростатического давления постепенно заполняет пустоты, созданные буром. Во избежание обжатия сваи грунтом необходимо, чтобы гидростатическое давление бетонной смеси в основании обсадной трубы (забое скважины) было значительно выше совместного давления грунта и подземных вод.

6. Готовая свая «Атлас» с типичным винтовым профилем. Если на оголовок сваи передаются значительные горизонтальные силы или изгибающие моменты, он может быть усилен дополнительным арматурным каркасом. Выпускаются режущие наконечники с диаметрами 360, 410, 460 и510 мми винтовыми лопастями с диаметрами 530, 610, 670 и720 мм. Винтообразная поверхность формируется в тугопластичных и полутвердых глинистых грунтах. В мягкопластичных грунтах поверхность не имеет явно выраженной винтовой формы.

 

а

 

б

 

в

 

 

Буровые установки Atlas: a — начала 60-х гг.; б — 80-е гг.; в  — современная установка BT-60

 

К преимуществам технологии «Атлас» можно отнести:

1) отсутствие вибрации и низкий уровень шума позволяет проводить работы вблизи существующих зданий;

2) уплотнение грунта наконечником способствует увеличению несущей способности сваи:

3) широкий выбор применяемых наконечников позволяет работать почти со всеми видами дисперсных грунтов;

4) высокая производительность современных буровых установок Atlas BT-42 и BT-60, управляемых двумя операторами, позволяет выполнять до 200 погонных метров свай за 8-часовую смену.

В Санкт-Петербурге сваи по технологии «Атлас» успешно выполняет геотехническая фирма ООО «Геоизол».

 

 

Схема устройства свай «Атлас»

 

 

Откопанные верхние части свай «Атлас» под жилой дом

(Санкт-Петербург, в районе Купчино; работы проводит ООО «Геоизол»)

 

 

 

 

Буронабивные сваи, устраиваемые по технологии Fundex («Фундекс»)

Технология устройства свай «Фундекс» разработана в Нидерландах. Суть этой технологии заключается в том, что скважины под сваю образуются без извлечения грунта — за счет его уплотнения ввинчиваемой инвентарной стальной трубой, нижний конец которой закрыт оставляемым в грунте режущим винтообразным наконечником. Особенность таких свай — в форме теряемого наконечника и принципе формирования ствола сваи. Шаг винтовых лопастей и их форма определяются расчетом в зависимости от свойств разбуриваемого грунта.

В Санкт-Петербурге применяются различные технологии устройства данного вида свай: «Фундекс» и «Юнттан», основанные на одном принципе, хотя используются разные типы буровых машин. Сваи «Фундекс» изготавливаются установками вращательно-вдавливающего (извлекающего) действия. Пятой будущей сваи служит теряемый чугунный винтовой наконечник, который выставляется на заданную точку поверхности грунтового основания.

 

   

Теряемый чугунный винтовой наконечник      Основная схема устройства свай «Фундекс»

 

К наконечнику штыковым соединением через тройную гидроизолирующую мягкую прокладку крепится нижний конец штатной буровой толстостенной трубы, верхний конец которой зажат в силовом рабочем органе бурового стола, перемещающегося по направляющей стреле.

Скважина для будущей сваи создается путем вращательно-вдавливающего погружения системы «наконечник — буровая труба» до заданной отметки. В процессе внедрения системы в основание грунт раздвигается в радиальном направлении от оси скважины и одновременно уплотняется. По достижении наконечником проектной отметки труба проверяется на отсутствие воды.

В сухую инвентарную трубу через открытый верхний конец опускается арматурный каркас. Перед подачей бетонной смеси для предотвращения ее расслоения в трубу подается порция праймера, состоящего из одной части цемента, одной части песка и одной части воды. Затем производится порционное заполнение полости пластичным бетоном на мелком (5–20 мм) заполнителе с осадкой конуса 12–14 см посредством сбрасывания бетонной смеси из установленного на требу бункера.

Извлечение буровой трубы из грунта производится возвратным вращением с одновременным вытягиванием.

Диаметр ствола сваи может быть 380, 450 и520 мм, длина сваи — до34 м.

Технология «Фундекс» получила распространение в мире с 1960-х гг., а в России впервые использована в Санкт-Петербурге в2001 г. Сваи «Фундекс» изготавливаются установками вращательно-вдавливающего (извлекающего) действия (F12, F16, F 3 500).

Сваи с теряемым наконечником «Юнттан» выполняются с использованием универсальных базовых машин PM 25, PM 26 или PM 30, которые оснащены вращателем с вращающим усилием 40 тм. (Мангушев Р. А., Ершов А. В., Осокин А. И.,2010 г.).

 

 

Устройство свай «Фундекс» в новом районе Санкт-Петербурга

(работы проводит ЗАО «Статика-Инжиниринг»)

 

Преимущества технологии изготовления свай «Фундекс»:

1) отказ от свай заводского изготовления и связанных с их использованием операций (доставка, складирование, подъем на копер, стыковка и т. п.);

2) отсутствие значительных динамических воздействий на грунтовый массив основания в процессе изготовления свай, что особенно важно при производстве работ в стесненных условиях существующей застройки;

3) отсутствие работ по удалению грунта из полости буровой трубы и необходимости его вывоза со стройплощадки;

4) высокая производительность (до380 мпог. в сутки);

5) низкий уровень шума работы установки.

Но, как и для всех свай уплотнения, при нарушении технологии возможно поднятие дна котлована с выпором ранее изготовленных свай и даже поднятие отдельных частей соседних зданий.

Грунтоцементные сваи, устраиваемые по технологии «Джет граутинг» (Jet grouting)

Устройство грунтоцементных свай осуществляется по этой же технологии — методом струйной цементации («Джет граутинг»), иногда с последующим армированием. Армирование грунтоцементных свай обычно производится центрально расположенными трубами или одиночным арматурным стержнем. В некоторых случаях в качестве армирующего элемента используется армокаркас, железобетонный сердечник или швеллер.

 

Технология производства работ по производству цементно-грунтовых свай[1]

1. Бурение скважины в грунте до проектной отметки с промывкой водой.

2. Подъем и вращение буровой штанги с одновременной подачей растворной смеси под давлением.

3. Перемешивание растворной смеси с грунтом и устройство грунтоцементной колонны.

4. Поэтапное устройство соприкасающихся грунтоцементных колонн в грунте.

После твердения раствора, в зависимости от вида грунта и технологии производства работ, образуются грунтоцементные сваи диаметром 500–2000 мм.

 

 

Технология производства работ по производству цементно-грунтовых свай методом «Джет граутинг»

 

Общий вид откопанных грунтоцементных свай, выполненных по технологии «Джет граутинг»

 

Технология изготовления грунтоцементных свай «Джет граутинг» была использована в 2008–2009 гг. для выполнения горизонтальной и вертикальной диафрагм при устройстве котлована размером 150 х 80 мглубиной 12,5 мпод здание второй сцены Мариинского государственного академического театра[2].

 

Поперечный разрез расположения горизонтальных и вертикальных диафрагм и грунтоцементных свай по технологии «Джет граутинг»

 

Горизонтальная грунтоцементная диафрагма мощностью более2 мвыполнялась на глубинах 12–14 мпо всему периметру котлована. Она создавалась с целью закрепления массива грунта и для уменьшения горизонтальных перемещений металлического шпунта, которые ожидались на этих глубинах.

Создание такого грунтоцементного массива осуществлялось с поверхности основания последовательным созданием нескольких тысяч грунтоцементных свай диаметром0,7 ми размещенных в шахматном порядке по сетке 0,6 х0,52 м.

 

 

а)                                                                       б)

Схема расположения грунтоцементных свай при создании горизонтальной (а) и вертикальной (б) диафрагм

 

Для увеличения пространственной жесткости ограждающей  шпунтовой стенки и снижения ее горизонтальных перемещений  в процессе отрывки котлована, вертикальная диафрагма выполнялась с поверхности основания грунтоцементными сваями диаметром  0,7 м  на глубину до 18 м. с внешней стороны шпунтового ограждения.  Скважины для выполнения свай размещались в три ряда в шахматном порядке по сетке  0,500 х 0, 433 м, что позволило создать грунтоцементную вертикальную диафрагму  шириной 1350 мм. Для дополнительной жесткости конструкции каждая вторая свая внешнего ряда армировалась  металлическим профилем - двутавром  № 40. Проектная прочность материала диафрагмы из грунтоцемента на одноосное сжатие принималась не менее  1,0 МПа, а модуль деформации – не менее 400 МПа.

В дальнейшем шпунтовая стенка и созданная вертикальная грунтоцементная диафрагма объединялись железобетонной балкой.

 

 

 

 

Общий вид армированной грунтоцементной вертикальной диафрагмы и объединительной железобетонной балки

 

 

Устройство таких конструкций из грунтоцементных свай, позволило значительно уменьшить деформируемость ограждающей конструкции при отрывке котлована на проектную глубину и снизить осадки зданий окружающей застройки.

 

Стальные винтовые сваи

Для временных сооружений и малоэтажных, как правило, деревянных зданий, могут быть использованы винтовые сваи, состоящие из металлической трубы и винтовой лопасти, которая обеспечивает погружение сваи вращением.

Винтовые сваи, получившие широкое применение в военно-инженерных войсках при наведении временных переправ, в последнее время все чаще стали использовать при  строительстве коттеджей и дачных  строений.

Достоинством винтовых свай является отсутствие при их устройстве земляных работ, водопонижения, динамических и вибрационных воздействий на здания окружающей застройки.

Серьезным недостатком винтовых свай, как и любых металлических конструкций, является подверженность их коррозии и, в первую очередь, в сварных швах соединения трубы и лопасти. Даже обработка их специальными покрытиями (битумом, суриком, эпоксидной смолой и др.) не могут обеспечит безопасную работу таких свай в водонасыщенных грунтах в течении продолжительного времени.

Материал свай – сталь С255 или С345 (09Г2С).

 

 

 

 

 

 

Основные размеры стальных винтовых свай

 

Номенклатура винтовых свай

 

Марка сваи

Длина сваи L, мм

Диаметр ствола d, мм

Диаметр лопасти D, мм

Площадь опорной поверхности лопасти, м2

СВЛ-15

5000±25

168

500±9

0,162

СВЛ-25

5000±25

219

500±9

0,162

СВЛ-28

5000±25

219

850±9

0,532

СВЛМ-23

5000±25

219

300±8

0,037

СВЛ-15-01

6000±31

168

500±9

0,162

СВЛ-25-01

6000±31

219

500±9

0,162

СВЛ-28-01

6000±31

219

850±9

0,532

СВЛМ-23-01

6000±31

219

300±8

0,037

 

В2002 г. с использование винтовых свай была выстроена фольклорная деревня «Шуваловка» вблизи Петродворца.

 

   

 

Деревянные сооружения, построенные  на винтовых сваях в комплексе

деревня «Шуваловка»,

 

При строительстве использовались винтовые сваи с диаметром165 мми длиной трубы3,5 м. Диаметр винтовой лопасти составлял  1,2 м. Поверх завинченных свай выполнялся металлический ростверк из швеллера, по которому  в дальнейшем  укладывались бревна.

 

   

        а)                                                                            б)

 

Винтовые сваи  (а) и ростверк поверх завинченных свай (б) при строительстве сооружений в комплексе деревня «Шуваловка»

 

При  небольших объемах работ возможно погружение винтовых свай с использованием простейшего оборудования, например, установленного на трелевочном тракторе или с заменой ковша экскаватора на приспособление с системой гидравлических домкратов, работающих последовательно для  ввинчивания сваи.

 

 

 

Гидравлическая  насадка для завинчивания свай на базе

колесного  трактора «Беларусь»

 

Р. А. МАНГУШЕВ,  д. т. н., профессор, зав. кафедрой геотехники СПб ГАСУ, член-корреспондент РААСН

(продолжение следует)

 

Литература

  1. Железков В.И., Качановская Л.И., Скрипка Д.Г., Донских С.М. Винтовые сваи большого и малого диаметра в строительстве. Межвуз. тем. сб. трудов «Научно-практические и теоретические проблемы геотехники», СПбГАСУ, СПб, 2007, с. 34-42.
  2. Мангушев Р.А., Ершов А.В., Осокин А.И. Современные свайные технологии.  АСВ, Санкт-Петербург-Москва, 2010, 240 с.
  3. Мангушев Р.А., Осокин А.И. Современные технологии устройства свай в условиях слабых грунтов Санкт-Петербурга. ж.  «Петербургский строительный рынок». № 3(88), 2006, с.18-20.
  4. СП 50-102-2003 «Проектирование и устройство свайных фундаментов», М., 2004.
  5.  ТСН 50-302-04. Территориальные строительные нормы. Администрация Санкт-Петербурга. Санкт-Петербург, 2004.

 ТСН 50-302-96. Устройство фундаментов гражданских зданий и сооружений в Санкт-Петербурге и на территориях административно подчиненных Санкт-Петербургу. Территориальные строительные нормы. Администрация Санкт-Петербурга. Санкт-Петербург, 1997.

 

 



[1] По материалам фирмы Hayward Baker

 

[2] Работы по глубинному закреплению грунта, а в дальнейшем и выполнение вертикальной грунтоцементной диафрагмы проводила московская фирма ООО НПО «Космос».

Автор: Р. А. МАНГУШЕВ
Дата: 10.04.2012
Журнал Стройпрофиль 96
Рубрика: геотехнологии, фундаменты




«« назад