Контрольные вопросы

1. Почему буроинъекционные сваи наиболее часто применяют при усилении фундаментов и значительно реже при новом строительстве?

2. Для чего нужна опрессовка скважины, заполненной бетонной сме­сью, и как ее выполняют?

3. Каким способом устраивают уширение (анкерную часть) при изго­товлении анкерных буроинъекционных свай?

*1

Глава 9 методы устройства грунтоцементных свай

Способ перемешивания. При данном способе устройства грун­тоцементных свай применяют специальные смесительные буры с режущими и перемешивающими лопастями. Цементная суспен­зия подается при этом через буровую штангу и далее через специ­альные насадки, расположенные с тыльной стороны режущих лопастей.

Подача суспензии и ее перемешивание с грунтом происходит как при погружении бура, так и при его извлечении из скважины. Для лучшего перемешивания грунтоцементной смеси бур можно погружать и извлекать несколько раз. Расход цементной суспен­зии, подаваемой растворонасосом, контролируется с помощью расходомера с самописцем. Расход цемента составляет 80... 200 кг/м³ ствола сваи.

Такой бур был разработан в 60-х годах XX в. и позволял изго­тавливать грунтоцементные сваи диаметром до 0,7 м и глубиной до 7 м. При использовании данной технологии в лессовых грунтах удавалось получить прочность грунтоцемента в пределах 1,0... 3,0 МПа. В дальнейшем данная технология применялась за рубежом с ис­пользованием агрегатов большей мощности, позволяющих изго­тавливать сваи диаметром до 2,2 м и глубиной до 10 м.

Струйная технология. Грунтоцементные сваи получают путем размыва и перемешивания грунта с цементной эмульсией. Рабо­чим инструментом для образования сваи является струйный мо­нитор, из форсунки которого выходит струя воды или цементной эмульсии под давлением 6... 100 МПа. Высоконапорная струя мо­жет резать практически любой грунт. Для увеличения радиуса ре­зания и разрушающего действия струя может подаваться под за­щитой воздушного потока.

Струйный монитор может использоваться как для бурения сква­жины путем размыва грунта водой, так и для образования грунто­цементной сваи путем подачи через форсунку цементной эмуль­сии при поднятии монитора вверх с одновременным его враще­нием.

Струйная технология впервые была применена в Японии при усилении фундаментов реконструируемого здания. В процессе совершенствования технологии в отечественной практике и за рубежом в широких пределах варьировали диаметры форсунок и их количество, рабочее давление струи, а также скорости враще­

ния и перемещения монитора по вертикали. Отечественные уста­новки оборудованы мониторами с рабочим давлением не более 10 МПа в отличие от некоторых зарубежных, работающих при давлениях до 40... 60 МПа, однако во многих случаях не уступают им по эффективности.

В СССР длительное время использовали установку с рабочим давлением до 10 МПа, имеющую три форсунки (рис. 9.1). Погру­жение монитора в грунт (рис. 9.1, а) осуществляли размывом грунта при подаче воды из всех трех форсунок. При подъеме монитора (рис. 9.1, б) вертикальная форсунка перекрывалась, а из двух го­ризонтальных подавалась цементная эмульсия. Диаметр сваи при этом практически определялся длиной горизонтальной штанги с угловыми форсунками. Серьезным недостатком этой и других уста­новок, использующих размыв грунта на полный диаметр буду­щей сваи при погружении монитора и имеющих при этом значи­тельный расход воды при ограниченном давлении, является вы­нос значительного количества пульпы на поверхность, а также обводнение прилегающих грунтов с повышением уровня грун­товых вод.

В современных струйных установках бурение скважины диамет­ром 100... 150 мм осуществляется с применением обычного буро­вого инструмента с промывкой скважины водой или глинистым

Рис. 9.1. Схема устройства фунтоцементной сваи монитором с угловыми форсунками:

а — опускание монитора с размывом грунта во­дой; б — поднятие монитора с подачей цемент- а б ной суспензии

раствором с подачей промывочной жид­кости через одну торцевую (вертикаль­ную) форсунку. После достижения про­ектной глубины торцевая форсунка зак­рывается и открываются две горизон­тальные форсунки (рис. 9.2), через ко­торые подается цементная эмульсия под давлением 10...60 МПа при поднятии монитора с одновременным его враще­нием. При этом образуется грунтоцемен­тная свая диаметром до 2 м. Установки такого типа использовала фирма «Бау­эр» при усилении фундаментов гости-

Рис. 9.2. Буровой став с горизонтальными форсунками для подачи це­ментной суспензии под давлением 60 МПа

ницы Метрополь в Москве в 1987 г. Всего было изготовлено около 2 000 свай диаметром 800 мм и длиной 6... 7 м. Цементная эмуль­сия подавалась через две горизонтальные форсунки диаметром 2 мм под давлением 40...60 МПа при скорости подъема бурового става не более 200 мм в минуту. Расход цемента составлял около 1 000 кг на кубометр свайного ствола.

При строительстве третьего транспортного кольца в Москве в 2002 г. для устройства грунтоцементных свай использовали агрега­ты испанской фирмы Soilmec. Подача цементной эмульсии осу­ществлялась под давлением 10...40 МПа при воздушной защите струи (начальная скорость воздушного потока — 130...150 м/с). Скорость подъема монитора с образованием сваи диаметром 1,2 м составляла 2,0... 2,5 м в минуту. Принципиальная схема устройства грунтоцементной сваи показана на рис. 9.3.

Струйная технология имеет ряд неоспоримых преимуществ при усилении фундаментов реконструируемых зданий. Она не вызыва­ет динамических воздействий, может применяться в стесненных условиях, в том числе при выправлении кренов зданий и соору­жений. Она позволяет закрепить заиленные, заторфованные грун­ты и мелкие пылеватые пески, что практически невозможно осу­ществить путем низконапорной инъекции. Следует отметить так­же, что комплекс оборудования для струйной технологии (буро-

Рис. 9.3. Схема устройства грунтоцементной сваи:

а — бурение скважины диаметром 150 мм с промывкой водой; б — подача це­ментной суспензии под давлением 4,6 МПа; в — поднятие бурового става

вой станок, насос, компрессор, растворный узел) включает в себя серийные и широко используемые в строительстве механизмы. Нестандартными являются только монитор и установка для его привода.

При использовании струйной технологии материал сваи имеет более высокую однородность по составу и прочности, чем при использовании методов перемешивания или высоконапорной инъекции. Диаметр сваи определен более четко.

Подробные сведения о струйной технологии изложены в [4].

Высоконапорная инъекция. При закреплении грунтов основа­ний цементацией избыточное давление в инъекторе обычно не превышает 0,6 МПа. Процесс закачки цементной суспензии длит­ся от 40 мин до нескольких часов в зависимости от характера по­ристости грунта. При этом естественное сложение грунта не нару­шается. В основном диапазоне слабо проницаемых глинистых трун- тов цементация неприменима. Однако уплотнение и изменение структуры слабопроницаемого грунта с соответствующим увели­чением несущей способности возможно путем разрыва сплошно­сти фунтового массива при нагнетании цементной суспензии при давлении 1,2... 10 МПа. Высоконапорная инъекция может испольч зоваться не только для сплошного упрочнения определенной зоны основания, но и для образования в грунте отдельных упрочнен­ных столбов — грунтоцементных свай. При использовании высо­конапорной инъекции на открытых площадях обязательным усло­вием является применение специальных инъекторов с распорны­ми манжетами, предотвращающими выдавливание раствора из скважины на поверхность. Наиболее целесообразным является при­менение высоконапорной инъекции при усилении существующих фундаментов, в том числе при исправлении кренов или верти­кальных отметок отдельных фундаментов. В этом случае значительно облегчается устройство специальных распорных манжет непосред­ственно в теле фундамента. Работы выполняются в следующей пос­ледовательности:

бурение скважины диаметром 80... 100 мм через фундамент мел­кого заложения;

промывка скважины;

установка в скважину инъекционной трубки с распорной ман­жетой в теле фундамента;

нагнетание цементного раствора при увеличении давления до расчетного значения с контролем расхода раствора;

перекрытие инъекционной трубки после получения отказа при сохранении наибольшего значения давления.

Заметим, что значение наибольшего давления принимается в зависимости от конструкции и площади усиливаемого фундамен­та с учетом возникающего суммарного вертикального усилия, действующего на подошву фундамента.

Примером удачного использования высоконапорной инъекции могут служить работы по подъему основания тоннельных печей для изготовления шамотных изделий длиной 180 м в Чехии. Рабо­ты по упрочнению основания вели из шахт диаметром 3,6 м глу­биной 7 м, из которых веерообразно бурили горизонтальные сква­жины диаметром 97 мм, перекрывающие все пространство под фундаментами печей. Скважины оснащали инъекционными труб­ками с манжетами. Для инъекции использовали цементно-бенто­нитовый раствор. Всего в основание печей было закачано около 600 м³ раствора. Максимальная величина подъема основания со­ставила 10 см.