CC BY
6УДК 624.154
Нардин Д.В.
студент 2-го курса (магистратуры) кафедры «Строительных технологий, геотехники и экономики строительства» Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова
(г. Чебоксары, Россия)
ГЕОТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ УСТРОЙСТВА БУРОИНЪЕКЦИОННЫХ СВАЙ ЭРТ ПОВЫШЕННОЙ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ
Аннотация: данная статья посвящена обзору геотехнической технологии устройства буроинъекционных свай ЭРТ повышенной несущей способности. В работе рассмотрены основные этапы и аспекты технологии устройства буроинъекционных свай ЭРТ, а так же перспективные геотехнические технологии с многоместным уширением свай ЭРТ. Данная тема особо актуальна для городов с высокими темпами развития.
Ключевые слова: геотехнические технологии, буроинъекционные сваи, грунт, многоместное уширение, несущая способность, электроразрядные технологии, повышенная надежность, скважина.
В настоящее время все большую потребность вызывает такая область геотехнического строительства как усиление фундаментов. Геотехнические работы необходимо производить при: увеличении внешних нагрузок на фундаменты; неравномерных осадках зданий и сооружений; понижении полов подвалов; внутриквартальной застройке, превентивном усилении зданий и сооружений вдоль автомобильных и железнодорожных трасс, реконструируемых или вновь создаваемых коллекторов.
В геотехническом строительстве наиболее эффективными типами заглубленных железобетонных конструкций являются буроинъекционные сваи на мелкозернистом бетоне. Основными способами бурения скважин для
устройства данных свай в настоящее время являются шнековое бурение и бурение под защитой глинистого раствора. Бурение под защитой глинистого раствора представляется малоперспективным в связи со сложностью, а часто и невозможностью устройства зумпфов, проблемами с утилизацией отработанного бурового раствора, низкой несущей.
Недостатком шнекового бурения является большой объём бурового шлама, остающегося на забое скважины. Это связано с конструкцией шнекового долота (элементы находятся на расстоянии 10,0-15,0 см от породоудаляющих конструкций). Кроме того, при данном бурении происходит существенное ослабление несущих свойств грунта и давления опрессовки недостаточно для качественного уплотнения шлама и возвращения свойств грунта на забое скважины в первоначальное состояние и влечет за собой технологические осадки.
Наиболее перспективными являются геотехнические технологии, позволяющие увеличить площадь опирания под пятой и боковой поверхности свай с одновременным доведением величин технологических осадок до минимальных значений. При изготовлении свай по электроразрядным технологиям ЭРТ (РИТ, ЭРСТ, ФОРСТ), создаются уширения на пяте и боковой поверхности сваи. Разрядно-импульсная технология устройства свай (сваи ЭРТ) является наиболее приспособленной для достижения этих целей. Одновременно уплотняется грунт, примыкающий к свае. Вышесказанное влечет за собой существенное увеличении несущей способности буровых свай усиления.
Разберем несколько технологий ЭРТ, такие как: РИТ, ЭРСТ, ФОРСТ. Сущность разрядно-импульсной технологии РИТ заключается в том, что скважину, заполненную мелкозернистым бетоном, обрабатывают серией высоковольтных электрических разрядов. При этом возникает электрогидравлический эффект, в результате которого формируются ствол сваи или корень анкера, цементируется и уплотняется окружающий грунт. Сущность метода ЭРСТ В основу данного метода легла технология использования
электрических разрядов. Данный метод, представляющий собой несколько усовершенствованный способ устройства свай при помощи РИТ, отличается повышенной надежностью и превосходными техническими и эксплуатационными свойствами. Особенно интересным представляется устройство свай-ФОРСТ с многоместными уширениями. Благодаря устройству уширений вдоль ствола сваи и под ее пятой создается возможность устройства заглубленной железобетонной конструкции с возможностью регулирования несущей способности как по грунту, так и по телу.
Высокая несущая способность сваи ЭРТ (РИТ, ФОРСТ, ЭРСТ) объясняется контролируемым увеличением площади опирания сваи и созданием зоны уплотнения грунтов под острием сваи, как у забивной сваи с диаметром пяты равным фактическому диаметру уширения. Применение ЭРТ технологии устройства буроинъекционных свай позволяет качественно уплотнить буровой шлам на забое скважины, сводя к минимуму технологические осадки.
Технологическая последовательность представляет собой ряд этапов:
1 этап. Бурение скважины; 2 этап. Заполнение скважины мелкозернистым бетоном; 3 этап. Электрогидравлическая обработка ствола скважины; 4 и 5 этап. Определение абсолютных отметок возможных уширений вдоль длины скважины по результатам электрогидравлической обработки; 6 этап. Армирование буровой скважины, заполненной мелкозернистым бетоном, электрогидравличекой обработкой пространственными армокаркасами.
Рис. 1 Технологическая схема устройства свай ЭРТ (РИТ, ФОРСТ, ЭРСТ). 1 -проходной шнек,2 - клапан шнека, 3 - электрический излучатель, 4 -пространственный армокаркас, 5 - уширения (подпятники)
На сегодняшний день изготовлены сотни тысяч свай ЭРТ в Германии, Южной Корее, Москве, Санкт-Петербурге, Нижнем Новгороде, Чебоксарах, Саранске, Самаре, Курске и других городах и регионах успешно выполнены сотни объектов. Проведенные статические испытания свай на конкретных объектах показали значительную эффективность ЭРТ технологии.
Для повышения несущей способности объединили 2 технологии: ЭРТ и СМУ. Сваи с многоместными уширениями (СМУ) применяются давно. Конструкция такой сваи представляет собой буровую сваю с уширением на пяте. Выше этого уширения в зависимости от типа инженерно-геологических условий и требуемой несущей способности сваи выполняются дополнительные уширения. Несущая способность свай по грунту с одним уширением в 2,0-2,5 раза, а с двумя - в 3,0-3,5 раза выше, чем у свай, выполненных без уширений.
Рассмотрим принцип расчета таких свай. У сваи с многоместными уширениями на начальном этапе нагружения в работу вступает верхнее уширение. По мере увеличения нагрузки постепенно включаются нижележащие уширения, при этом каждое уширение выполняет функцию дополнительной опоры. Несущую способность кН, набивной и буровой свай с уширением и без уширения, а также сваи-оболочки, погружаемой с выемкой грунта и
заполняемой бетоном, работающих на сжимающую нагрузку, следует определять по формуле (7.11) СП 24.13330.2011 [452]:
= УС {уаК + КА + УеГи £ /А ) (1-1) Для свай с многоместными уширениями (СМУ) формулу (1.1) следует преобразовать в следующий вид:
Г ^ — ^ (1.2)
• к•А + у к£к1ббо • Аббо+и£у/ • / • Ь
V 1=1 1=1
= Ус {УскМ + У/и £М) = Ус
Таким образом вторую составляющую у^и£ в формуле заменяем
на:
Уск £ к 1ббо А1ббо +и £ус/ • /1 • ^
(1.3)
Схема, поясняющая определение несущей способности Бё по формуле (1.1) приведена на рис. 2.
Рис. 2. Схема к определению несущей способности ¥а буроинъекционной сваи с многоместными уширениями (СМУ) по грунту.
к
п
1=1
1=1
При устройстве промежуточного уширения по пяте буроинъекционных свай ЭРТ (РИТ, ФОРСТ, ЭРСТ) и вдоль ее ствола величину диаметра уширения Дки следует определять по формуле:
Дкп = йс'Ки, где: (1.4)
^ - Диаметр бурения по рабочему инструменту Ки - Коэффициент уширения, равный отношению диаметра уширения dш к диаметру буровой скважины.
Значения Ки приведены в таблице 2, 3 ТР 50-180-06. Площадь уширения сваи ЭРТ определяется по нижеприведенной формуле:
А=(п • 2Дки)/4. (1.5)
При линейном значении йуш площадь уширения увеличивается в квадратичном соотношении. Например, при коэффициенте уширения Куш = 1,5, площадь уширения увеличивается в 2,25 раза, а при коэффициенте Куш = 2,0, а площадь - в 4 раза. Расчет несущей способности буровых (буроинъекционных) свай с многоместными уширениями (СМУ) по боковой поверхности имеет свои особенности по сравнению с расчетом несущей способности буровых (буроинъекционных) свай без уширений. При устройстве свай с многоместными уширениями несущая способность сваи по боковой поверхности представляет собой сумму несущих способностей под каждым из уширений. При этом наиболее значимым параметром для их определения является R (расчетное сопротивление грунта под уширением). Расчетные сопротивления грунтов под каждым из уширений Я в десятки раз выше расчетного сопротивления тех же грунтов по боковой поверхности сваи / (расчетное сопротивление ьш слоя грунта по боковой поверхности сваи), определяющих величину несущей способности по боковой поверхности сваи без уширений.
Выводы:
1. Наиболее перспективными в слабых инженерно-геологических условиях являются сваи с многоместными уширениями, при этом, уширения выполняются по электроразрядной технологии (сваи ЭРТ (РИТ, ФОРСТ, ЭРСТ)).
2. Основными достоинствами этой геотехнической технологии являются:
• Обеспечение такой степени уплотнения грунта, при котором СМУ
работает как забивная свая;
• Возможность определения точного места устройства уширений каждой сваи, что необходимо при устройстве сваи в условиях перемежающихся грунтов;
• Минимизация технологических и эксплуатационных осадок;
• Указанная технология реализуется существующими маломощными буровыми станками, предназначенными для работы в условиях подвалов;
• Технология устройства свай с многоместными уширениями по электроразрядным технологиям позволяет существенно снизить стоимость приведенной несущей способности сваи (несущая способность одного м3 буроинъекционной сваи).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Н.С. Соколов. Геотехнические основы расчетов и проектирования заглубленных железобетонных конструкций. - Москва; Вологда: "Инфа-Инженерия", 2023. - 492 с.
2. Н.С. Соколов. Техника и технология расчета и проектирования основания и фундаментов. - Москва; Вологда: "Инфа-Инженерия", 2023. - 532 с.
3. Абелев K.M. Особенности разработки проекта производства работ при строительстве на слабых водонасыщенных грунтах //Объединенный научный журнал. 2001. № 11. С. 50-53;
4. Ганичев И. А. Устройство искусственных оснований и фундаментов. М., Стройиздат, 1973;
5. ГОСТ 19804.6-83. Сваи полые круглого сечения и сваи оболочки железобетонные составные с напрягаемой арматурой. Конструкция и размеры. Утвержден Постановлением Госстроя СССР от 2 февраля 1983 г. N 21.
6. СП 22.13330.2016. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03 - 85.М., Минрегион России, 2016.
Nardin D.V.
I.N. Ulyanov Chuvash State University (Cheboksary, Russia)
GEOTECHNICAL TECHNOLOGY OF THE DEVICE OF DRILLING-INJECTION PILES ERT OF INCREASED BEARING CAPACITY
Abstract: this article is devoted to the review of the geotechnical technology of the device of drilling-injection piles of ERT with increased load-bearing capacity. The paper considers the main stages and aspects of the technology of ERT drilling piles, as well as promising geotechnical technologies with multi-site widening of ERT piles. This topic is particularly relevant for cities with high rates of development.
Keywords: geotechnical technologies, drilling-injection piles, soil, multi-site broadening, load-bearing capacity, electric discharge technologies, increased reliability, well.
