Геотехнологии, применяемые для усиления оснований и фундаментов зданий и сооружений в Санкт-Петербурге (Окончание. Начало в №4, 2011 г.)
Вдавливаемые короткие сваи (сваи «Мега»)
Для исключения опасных для старых зданий на слабых грунтах динамических воздействий иногда используется погружение свай вдавливанием. Учитывая стесненность существующих помещений, часто используют многосекционные сваи. Уфимским НИИпромстроем разработаны нормативные документы, регламентирующие технологические особенности использования таких свай.
При использовании свай вдавливания необходимо создание надежных упоров. Несущую способность сваи можно регулировать в процессе вдавливания многосекционных элементов. Последние могут быть изготовлены из железобетонных труб в виде секций со специальными стыками, позволяющими быстро выполнять соединение, или в виде коротких металлических труб (рис. 1). Такие сваи за рубежом получили название — сваи «Мега».
Они могут быть круглого и квадратного сечения, масса элемента — до 100 кг, длина — до 100 см. Сваи изготавливаются из железобетонных трубчатых элементов, что позволяет легко их перемещать и перекатывать по площадке.
Последовательность работ по вдавливанию свай «Мега» следующая. Нижний первый элемент с заостренным наконечником (в слабых грунтах без заострения) погружается домкратом. Упором служит распределительная железобетонная балка или сам усиливаемый фундамент. Наращивание сборных стыкованных элементов производят до тех пор, пока острие сваи не достигнет плотных грунтов, что обеспечит необходимую несущую способность системы в целом.
Головной элемент устанавливают последним. При этом площадь его поперечного сечения больше площади сечения сваи.
После погружения сваи до проектной отметки под нагрузкой, превышающей расчетную в 1,5–2 раза, ее заклинивают специальными стойками. Стойки устанавливают между распределительной балкой и оголовком сваи, а полученное отверстие заполняют бетоном.
Недостатком метода усиления оснований и фундаментов вдавливаемыми сваями является большой объем ручных земляных работ. При этом есть опасность, что при вскрытии шурфом или траншеей перегруженного фундамента до его подошвы, особенно в условиях слабых грунтов при высоком уровне подземных вод, может произойти его дополнительная существенная осадка. Кроме этого, вдавливание свай может привести к перемятию и расструктуриванию слабого глинистого грунта, что также повлечет за собой дополнительные деформации основания.
Манжетная технология
Положительно зарекомендовала себя в условиях слабых грунтов Санкт-Петербурга манжетная технология, применяемая, вместе с тем, еще довольно редко.
Сущность ее заключается в том, что в погруженные в грунт трубы через заданные интервалы по глубине производится регулируемая подача закрепляющего раствора, как правило, цементного или цементно-песчаного (рис. 2).
Такая технология может применяться для уплотнения толщи сильно сжимаемых глинистых грунтов или отдельных слабых прослоек под фундаментом, а также для регулирования осадок фундаментов существующих зданий при производстве около них работ нулевого цикла.
В пробуренную скважину опускается полимерная труба или металлическая труба с внутренним диаметром 40–50 мм и с закрытым нижним концом. В трубе имеется несколько ярусов крестообразно просверленных отверстий диаметром порядка 10 мм. После инъецирования под давлением нескольких ярусов скважины образуется столбообразная зона уплотненного грунта, а после многоярусного инъецирования группы скважин, расположенных по сетке (2х2 м — 3х3 м) может быть создан геотехнический массив.
Для повышения несущей способности основания металлические трубы иногда могут оставляться в грунте, в этом случае они служат дополнительным элементом армирования.
Струйная технология
В последнее время набирает популярность метод усиления основания под фундаментами существующих здания — струйная технология (jet grouting). Она не вызывает динамических воздействий и может применяться для работ в стесненных условиях, так как не требует громоздкого оборудования и имеет высокую производительность. При этом, поскольку этот способ упрочнения грунтов основан на их гидравлическом разрушении и перемешивании грунта с цементным раствором, диапазон использования этого метода для укрепления дисперсных грунтов практически не ограничен. Причем это касается грунтовых условий как выше, так и ниже уровня подземных вод.
Технологическая последовательность работ по однокомпонентной струйной технологии заключается в следующем:
- производят бурение скважины, в которую погружается инъектор со специальным калиброванным соплом;
- под давлением до 100 МПа через инъектор подается инъекционный раствор;
- осуществляют подъем инъектора с одновременным его вращением для формирования грунтоцементного массива нужного диаметра (рис. 3).
Основными преимуществами струйной технологии в условиях слабых грунтов могут быть названы следующие:
- передача давления от массивных зданий на более прочные грунты;
- возможность ведения работ в любых неблагоприятных грунтовых и стесненных условиях;
- экологическая чистота всех технологических операций;
- исключение из работы деревянных свай со сгнившими головами;
- исключение нарушений в работе коммуникаций, идущих вдоль здания с наружной стороны;
- стабилизация осадок фундаментов от увеличения нагрузок при реконструкции зданий.
Вместе с тем, следует отметить, что однокомпонентная струйная технология является наиболее затратной по расходу цемента по сравнению с двух- и трехкомпонентными технологиями. При усилении фундаментов зданий для инъекции цементных растворов могут применяться малогабаритные установки на гусеничном ходу типа SC-1 фирмы Кеller (ФРГ). Габариты установки позволяют ей перемещаться через проем шириной 0,8 м и работать в подвальном помещении при высоте 2,8 м (фото 1).
При строительстве гостинцы «Ренессанс» (ул. Почтамская, 4) потребовалось заглубить балки нового ростверка на 0,5 м глубже подошвы эксплуатируемых жилых зданий, окружающих площадку строительства с трех сторон.
По проекту ЗАО «Петер-ГИБ» потребовалось закрепить грунт локально в 30 местах и обеспечить безопасную откопку траншеи для бетонирования балок ростверка. Эта работа была выполнена ЗАО «Геострой» из котлована, дно которого было на 1 м выше подошвы соседних зданий. Это позволило выполнить буровые сваи диаметром 620 мм и длиной 24 м и откопать траншеи для безопасного бетонирования балок ростверка (рис. 4).
Аналогичная технология закрепления несущего слоя фундаментов межевых стен соседних зданий была использована при возведении жилого дома (Большая Морская ул., 4 — наб. р. Мойки, 49). В несущем слое грунтов основания фундаментов старых здания содержался мелкий, пылеватый и водонасыщенный песок. Интенсивность нагнетения растворов при закреплении грунта составила 100–20 л/мин. при давлении до 20 МПа. При этом применялись инъекционные цементные растворы с водоцементным отношением В/Ц = 0,5–0,6 с силикатными и глинистыми добавками.
Пробное шурфование показало, что средняя прочность закрепленного массива составляет в среднем 7,5 МПа. При этом дополнительные осадки соседних зданий близки к нулю.
На рис. 5 представлена схема работ по закреплению фундаментов старого здания методом jet grouting.
На фото 2 показан результат закрепления контактного слоя основания (супесь) под подошвой бутовых фундаментов одного из жилых зданий при откопке опытного шурфа.
В месте с тем следует отметить, что струйная технология имеет и ряд недостатков, основными из которых являются:
- опасность локальных деформаций в процессе временного размыва грунтового массива под фундаментом до набора прочности;
- высокая стоимость и материалоемкость из-за больших давлений инъекционного раствора при закреплении грунта;
- повышенная опасность при работе с высоким давлением.
В заключение раздела отметим, что в сложных случаях реконструкции, как правило, используют несколько технологических приемов. Так, например, традиционные технологии, связанные с уширением подошвы фундаментов, могут выполняться в комплексе с инъекционными или иными технологиями.
Устройство железобетонной плиты
На уровне подвала устраивают железобетонную плиту, закрепленную в теле фундамента. Для того чтобы плита надежно включалась в работу, под нее инъецируют цементный раствор для прессовки верхних слоев грунта и включения плиты в работу при осадках здания (рис. 6).
Такой способ усиления был успешно использован на ряде жилых и производственных зданий, в основании которых грунты не обеспечивали восприятия нагрузок от существующих фундаментов. Данный комплексный метод позволяет уменьшить осадки фундаментов и предотвратить развитие опасных их неравномерностей. Если несущей способности такой плиты недостаточно, в ней можно оставить отверстия и через них вдавить стыкованные многосекционные сваи «Мега», предварительно подготовив упорную конструкцию (рис. 7).
Литература
1. Коновалов П. А. «Основания и фундаменты реконструируемых зданий». 4-е изд., перераб. и доп. — М.: ВНИИНТПИ, 2000 г.
2. Мангушев Р. А., Осокин А. И. «Гетехника Санкт-Петербурга». — СПб, Москва: Изд-во «АСВ», 2010 г.
3. Полищук А. И. «Основы проектирования и устройства фундаментов реконструируемых зданий». // «Нортхэмптон-Томск», 2004 г.
4. Ржаницын Б. А. «Химическое закрепление грунтов в строительстве». — М.: Стройиздат, 1986 г.
5. Справочник проектировщика «Основания и фундаменты, подземные сооружения». — М.: Стройиздат, 1985 г.
Окончание. Начало в СтройПРОФиль №4, 2011 г.
| Автор: Р. А. Мангушев Дата: 21.07.2011 Журнал Стройпрофиль 5-11 Рубрика: геотехнологии, фундаменты Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |  |