Парфенова-ч3-Проектирование реконструкции (1)

Последовательность работ по вдавливанию свай такова (рис. 3.10). Нижний первый элемент с заостренным наконечником (в слабых грунтах без заострения) погружается домкратом. В качестве упора служит распре- делительная железобетонная балка. Наращивание сборных стыкованных элементов производят до тех пор, пока острие не достигнет плотных грун- тов, что обеспечит необходимую несущую способность системы в целом. Последним устанавливают головной элемент, площадь поперечного сече- ния которого много больше площади поперечного сечения сваи. После по- гружения сваи до проектной отметки под нагрузкой, превышающей рас- четную в 1,5… 1,8 раза, ее заклинивают специальными стойками. Стойки устанавливают между распределительной балкой и оголовком сваи, а по- лученное отверстие заполняют бетоном.

Рис. 3.10. Этапы (1…3) работ по усилению фундаментов сваями типа «МЕГА»: 1 – существующий фундамент; 2 – распределительный элемент; 3, 4, 5 – головной,

нижний и рядовой элементы сваи; 6 – домкрат; 7 – стальные пластины; 8 – подкладки; 9 – подпорки; 10 – распределительная балка; 11 – гидронасос

Недостатком технологических приемов усиления оснований и фун- даментов вдавливаемыми сваями является большой объем земляных работ. При этом вскрытие шурфом (траншеей) перегруженного фундамента до его подошвы опасно, а в условиях слабых грунтов при высоком уровне подземных вод – малореально. Кроме этого, вдавливание свай может при- вести к расструктуриванию (перемятию) слабого глинистого грунта.

В последние 20 лет в практике усиления фундаментов все шире ис- пользуют буроинъекционные сваи как вертикальные, так и наклонные

(рис. 3.11) [17].

73

Рис. 3.11. Усиление буроинъекционными сваями фундаментных конструкций: а – ленточные; б – подпорные стены; в – столбчатые; 1 – буроинъекционные сваи; 2 – слабый грунт; 3 – прочный грунт

Основные преимущества буроинъекционный свай:

1.Полностью исключаются ручные земляные работы. Бурение сква- жин ведется непосредственно через фундамент, не затрагивая коммуника- ций, проходящих около зданий и в подвалах.

2.Используя малогабаритное оборудование, можно вести работы из подвала высотой 2,0…2,5 м. В случае необходимости работы можно вести

спервого этажа здания.

3.Совершенно не изменяется внешний вид конструкции, что нема- ловажно при работе на памятниках архитектуры.

4.Можно вести работы на действующих предприятиях без останов- ки производственного процесса.

5.Затраты ручного труда на всех технологических операциях мини- мальные; способ экономичен, с низким расходом материалов.

6.Очевидна экологическая чистота способа по сравнению с химиче- скими методами закрепления, что важно в условиях жесткого экологическо- го контроля.

К недостаткам буроинъекционных свай можно отнести следующее [11]:

1.Недостаточная изученность работы тонких свай в слабых грунтах.

2.Низкая несущая способность из-за небольшого диаметра и, соот- ветственно, малой боковой поверхности и площади острия.

3.Сложность надежного закрепления головы сваи в случае ветхого фундамента, который в последующем работает как ростверк. Отсутствие соответствующего расчета.

74

4.Неопределенность в формировании необходимого диаметра при устройстве буроинъекционных свай в слабых грунтах.

5.Невозможность устройства ствола сваи из тяжелого бетона (сква- жину малого диаметра можно заполнить только цементными растворами).

Буроинъекционный комплекс с малогабаритным буровым станком представлен на рис. 3.12. Технологический цикл устройства буроинъекци- онных свай включает:

−бурение кладки фундамента, установку трубы-кондуктора и ее тампонирование;

−бурение скважины до проектной отметки под защитой обсадной трубы или под глинистым раствором;

−заполнение скважины твердеющим раствором;

−установку арматурного каркаса;

−опрессовку заполненной раствором скважины давлением

0,2…0,4 МПа.

Рис. 3.12. Буроинъекционный комплекс в процессе изготовления сваи: 1 – емкость для цементного раствора; 2 – глиномешалка; 3 – мерный бак; 4 – растворный насос; 5 – промывочный насос; 6 – нагнетательный трубопровод; 7 – емкость

для глиняного раствора; 8 – шламоотделитель; 9 – буровой станок; 10 – кондуктор; 11 – буровой инструмент; 12 – бурильная труба

Бурение в пределах фундамента ведется через кондуктор, являю- щийся направляющей трубой. Кондуктор обеспечивает надежность опрес- совки, предотвращая выпор из скважины цементного раствора. Арматур- ный каркас или одиночные стержни опускают в скважины секциями, рав- нопрочный стык которых выполняют с помощью сварки, что существенно осложняет работу.

75

Важным этапом формирования тела буроинъекционной сваи, устраи- ваемой в слабых грунтах под защитой глинистого раствора, является опрес- совка. От давления и времени опрессовки зависят в последующем сопро- тивление трению по боковой поверхности сваи и, соответственно, ее несу- щая способность. Происходит частичная цементация грунта на контакте свая – грунт. В слабых грунтах при опрессовке под давлением 0,2…0,4 МПа грунт вокруг сваи уплотняется, сечение сваи увеличивается, имеющиеся по- лости заполняются раствором.

Исходя из отсутствия в действительности опрессовки грунта при за- качке раствора в верхней части скважины для решения вопросов равнопроч- ности следует до глубины порядка 2 м или более пробуривать скважину с увеличенным диаметром по сравнению с нижерасположенным отрезком.

На рис. 3.13 приводятся данные натурных испытаний буроинъекци- онных свай диаметром 132 мм, длиной 16 м, прорезающих толщу слабых грунтов. Как видно из этих данных, без опрессовки несущая способность сваи незначительна (кривая 1 на рис. 3.13). Опрессовка избыточным дав- лением повышает несущую способность свай в слабых грунтах (кривые

2… 4 на рис. 3.13) [11].

Рис. 3.13. График испытаний буроинъекционных свай на опытной площадке: 1 – без опрессовки; 2, 3 – с опрессовкой, соответственно 0,2 и 0,4 МПа; 4 – с опрессовкой высоковольтными разрядами; 5 – двух наклонных свай

76

В работе [11] показано, что при ведении работ по усилению старин- ного здания в Архангельске в заторфованных грунтах были вскрыты буро- инъекционные сваи. Их фактический диаметр составил 290…300 мм при исходном диаметре бурения 151 мм. Таким образом, с помощью режима опрессовки и подбора цементного или песчано-цементного раствора мож- но формировать несущую способность свай в слабых заторфованных грун- тах. При выполнении работ по усилению оснований и фундаментов буро- инъекционными сваями использовались отдельные технологические прие- мы, способствующие улучшению совместной работы системы фундамент

– свая усиления – грунт основания. Так, при усилении отдельно стоящих опор под колонны костела Св. Екатерины в Санкт-Петербурге после инъ- екции кладки фундамента производили повторную инъекцию контактного слоя, которая позволила выполнить консервацию гниющих деревянных лежней и способствовала более эффективной работе наклонных свай уси- ления (рис. 3.14). Контрольное бурение скважин небольшим диаметром через тело фундамента позволило оконтурить созданный контактный слой бетона между подошвой фундамента и грунтом. Толщина этого слоя дос- тигла 500 мм. Все вышеуказанные технологические операции выполнялись с помощью бурового оборудования (см. рис. 3.12).

Для решения задач реконструкции по упрочнению и созданию водо- непроницаемости грунта, созданию несущих конструкций и выравнивания кренов перспективной является струйная технология.

Струйная технология может применяться практически в любых ин- женерно-геологических условиях, имея относительно невысокую стои- мость и исключая загрязнение окружающей среды химическими вещест- вами из закачиваемой суспензии.

Основными операциями струйной технологии являются:

−бурение скважины малого диаметра на проектную глубину;

−погружение в скважину штанги со струйным монитором, оснащен- ным снизу соплом по бокам и в торце для выхода разрезающей грунт водя- ной струи и закачиваемой в полость инъекционной смеси, сверху с подсое- диненными трубопроводами для подведения указанной смеси и воздуха;

−обратное медленное извлечение буровой штанги с монитором при

еевращении и закачка инъекционной смеси.

В современных условиях применяют три системы струйной техно- логии [17].

Простая система предусматривает использование монитора также и для инъецирования. Инъекционная смесь подается через одно сопло или

77

через несколько, причем струя выполняет одновременно функции разра- ботки грунта и его упрочнения при заполнении полости.

Рис. 3.14. Усиление оснований и фундаментов костела Св. Екатерины в Санкт-Петербурге: 1 – бутовые фундаменты; 2 – буроинъекционные сваи;

3 – деревянные бревна-лежни; 4 – бетонный слой на контакте фундамент – грунт

Двойная система включает в составе монитора две коаксиальные трубы, по которым раздельно транспортируются к соплам инъекционная смесь и воздух. Струя при этом защищается рубашкой из сжатого воздуха, что повышает эффективность метода.

Тройная система является более сложной, но самой эффективной. В нижнюю часть монитора по самостоятельным трубкам подаются вода, воздух и инъекционная суспензия. Струя воды защищается воздухом и раз- рушает грунт, а в создаваемую полость инъекционная смесь подается при более низком давлении через отдельное сопло.

78

При оценке приемлемости струйной технологии нужно учитывать ее следующие важные преимущества: экономичность, высокая производи- тельность, простота оборудования, отсутствие шума и сотрясений при производстве работ в стесненных условиях, возможность подводки конст- рукций под существующие сооружения без их разрушения и исключение влияния на соседние близкорасположенные здания.

Отдельные примеры применения струйной технологии представлены на рис. 3.15…3.19 [11], [17].

0,000

2

-1,850

-4,000

4

Рис. 3.15. Пересадка здания на опоры, устроенные с использованием струйной технологии: 1 – опора; 2 – насыпной грунт; 3 – мягкопластичный пылевато-глинистый грунт с органическими остатками; 4 – гравий

Рис. 3.16. Схема пересадки фундаментов Малого театра в Москве: 1 – деревянные сваи; 2 – выполненные по струйной технологии опоры;

3 – насыпной грунт; 4 – песок; 5 – глина; 6 – известняк

79