Использование буроинъекционных свай при усилении оснований зданий Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Научно-технический и производственный журнал

-------ЖИЛИЩНОЕ ---

СТРОИТЕЛЬСТВО

УДК 624.154.536

Н.С. СОКОЛОВ, канд. техн. наук, директор (forstnpf@mail.ru), С.Н. СОКОЛОВ, инженер, зам. директора по науке, А.Н. СОКОЛОВ, инженер, зам. директора по производству

ООО НПФ «ФОРСТ» (428000, Чебоксары, ул. Калинина, 109а)

Использование буроинъекционных свай при усилении оснований зданий

Буроинъекционные сваи, изготавливаемые по электроразрядным технологиям (сваи ЭРТ), показали высокую эффективность при усилении оснований реконструируемых и аварийных зданий. Сваи ЭРТ по сравнению с другими буроинъекци-онными и буронабивными сваями имеют повышенные значения несущей способности как по грунту, так и по материалу. В статье приведены случаи усиления основания фундаментов, когда осадки фундаментов железобетонных колонн достигали 150 мм и возникала предаварийная ситуация, при которой дальнейшая эксплуатация здания становилась затруднительной. Показано, что благодаря использованию буроинъекционных свай ЭРТ удалось предотвратить аварийные ситуации на этих объектах.

Ключевые слова: несущая способность, электроразрядная технология (ЭРТ), буроинъекционная свая, железобетонный каркас, мостовой кран, крен каркаса здания, тиксотропия, свайное поле.

Для цитирования: Соколов Н.С., Соколов С.Н., Соколов А.Н. Использование буроинъекционных свай при усилении оснований зданий // Жилищное строительство. 2017. № 1-2. С. 47-51.

N.S. SOKOLV, Candidate of Sciences (Engineering) (forstnpf@mail.ru), S.N. SOKOLOV, Engineer, Deputy Director for reseach,

A.N. SOKOLOV, Engineer, Deputy Director for production OOO NPF «FORST» (109a, Kalinina Street, 428000, Cheboksary, Russian Federation)

Application of Bored-Injection Piles When Strengthening Building Foundations

Bored-injection piles manufactured according to the electric discharge technologies (EDT-piles) show high efficiency when strengthening foundations of reconstructed and dangerous buildings. EDT-piles comparing with other bored-injection and bored piles have higher values of bearing capacity both by soil and material. The article presents the examples of foundation bases strengthening when settlements of reinforced concrete pile foundations were 150 mm and pre-emergency situations took place and the further operation of a building was difficult. It is shown that due to the application bored-injection EDT-piles, the prevention of emergency situations was possible at these objects.

Keywords: bearing capacity, electric-discharge technology (EDT), bored-injection piles, reinforced concrete frame, bridge crane, tilt of building frame, thixotropy, pile field.

For citation: Sokolov N.S., Sokolov S.N., Sokolov A.N. Application of bored-injection piles when strengthening building foundations. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2017. No. 1-2, pp. 47-51. (In Russian).

Обеспечение условий безаварийной эксплуатации зданий и сооружений является основополагающим фактором для всех этапов строительства и эксплуатации. Особенно это актуально для реконструируемых зданий, а также для зданий, предполагаемых к увеличению нагрузок сверх проектных величин.

Ниже рассмотрим случай № 1 усиления основания фундаментов одноэтажного производственного корпуса по выпуску легковых автомобилей. Реконструируемое здание представляет собой одноэтажное каркасное сооружение с монолитными железобетонными столбчатыми фундаментами, сборными железобетонными колоннами и сборными стропильными фермами пролетом 24 и 18 м. Производственный корпус имеет размеры в плане (рис. 1) в осях Г-Ж и 3-23 - 66X120 м с двумя пролетами по 24 м и одним пролетом 18 м. Шаг колонн вдоль буквенных осей - 12 м: в каждом пролете функционируют по два мостовых крана. В пролетах Г-Д и Д-Е по два крана грузоподъемностью по 500 кН, а в пролете Е-Ж - два крана по 200 кН.

1-2'2017 ^^^^^^^^^^^^^

В 2000 г. начались проблемы с эксплуатацией корпуса. При наиболее невыгодных сочетаниях крановых нагрузок обнаружены перекосы подкрановых путей. Перепады имеют циклический характер, т. е. величины деформаций зна-копеременны. Высокоточные геодезические наблюдения за осадками фундаментов железобетонных колонн подтвердили высокие значения неравномерных деформаций, достигающих 150 мм. На участках с наиболее высокими значениями неравномерных осадок эксплуатация мостовых кранов стала затруднительной. Таким образом, возникла предаварийная ситуация, при которой дальнейшая эксплуатация корпуса стала опасной.

Технической комиссией поручено срочно разработать мероприятия по предотвращению предаварийной ситуации на объекте. Специалисты ООО НПФ «ФОРСТ» направлены для выявления причины деформаций и разработки мероприятия по восстановлению эксплуатационной надежности проблемного производственного корпуса.

Было принято решение укрепления основания фундаментов буроинъекционными сваями, изготавливаемыми по

- 47

Подземное строительство

ц м .1

Научно-технический и производственный журнал

Ж

(Д)

223 231

230

232 240

°89 96

241

249

251

252

О248 "250

161 18

259 267 <

269 •

270

102 111 =103 118' 110 119

173 180

265 ' 266

= 268 276

285 287

284

286 294

349

357

359

360

421 425 431

435 441 445 451 455

426 430 436

23

21

446 450 456 460

186

195

187 202 194 203

356 358

367

375

377

378

373

374

376 384

393 395

392

394 402

495 501

201 216

214

215 222

411 413

410 »412

505 511 515 521

496 500 506 510 516 520 526 530

12000 12000 12000 12000 12000 12000

(19)

(17)

79 78 77 76 75 74 73 72 71 70 69 68 67

0.000-78.000

Буроинъекционные сваи ЭРТ

Рис. 1. План расположения буроинъекционных свай ЭРТ (а); сечение фундамента в осях Д/12 с привязкой в инженерно-геологический разрез (б); план буроинъекционных свай ЭРТ усиления основания в осях Б/5 (в): (Г) — насыпной грунт; (2) — суглинок полутвердый; (3) — супесь; (4) — глина твердая; (5) — пески мелкие водонасыщенные

51 52 53

57 5859

6364 65

а

4 5 6

12

222324

4849 50

54 5556

60 61 62

66 67 68

69

74

83

88

97

167

72

80

200

209

Б

76

90

174

88

77

175

217

91

89

208

355

385 391

и и и [

403

409

366

396

414

420

491

525

Г

N

48

1-2'2017

Научно-технический и производственный журнал

Д ® а Щ И V ® Рис. 2. План свайного поля из буроинъекционных свай ЭРТ

разрядно-импульсной технологии (сваи ЭРТ) [1-6], с одновременным ведением геотехнического мониторинга.

Инженерно-геологический разрез представлен с поверхности насыпными грунтами мощностью до 2 м, ниже залегают супеси пластичной консистенции до 5,5 м толщиной. Далее залегает глина твердой консистенции мощностью до 2 м. Подстилающим слоем служат мелкие пески средней плотности водонасыщенные.

Анализ инженерно-геологических условий позволил предположить, что основная причина деформаций фундаментов - тиксотропия (способность грунта разжижаться от механического воздействия и увеличивать вязкость в состоянии покоя) грунтов несущего слоя. Пески подвержены этому процессу. Механические воздействия выражены в виде динамических нагрузок от мостовых кранов, как правило, они действуют неравномерно. Так, например, при воздействии кранов на основание по конкретной оси в этом месте возникает участок разжижения, а на других осях, где отсутствует воздействие крановых нагрузок, основание эксплуатируется в условиях отсутствия аварийной ситуации.

Тем самым фундаменты под колонны «тонут» по очереди, увеличивая крены каркаса, что усугубляет эксплуатацию кранов. После прекращения динамических воздействий деформации фундаментов прекращаются.

Согласно поручению комиссии ООО НПФ «ФОРСТ» разработало проект усиления основания фундаментов с помощью буроинъекционных свай ЭРТ. Сваи 0200 и длиной 12 м пронизывают нижнюю ступень столбчатых фундаментов. Несущим слоем пяты свай являются пески мелкие водона-сыщенные. Количество свай ЭРТ под разные фундаменты отличается. Так, по оси «Ж» - 6 шт.; по оси «Е» - 14 шт.; по оси «Д» - 18 шт.; по оси «Г» - 10 шт. (рис. 1, а). На рис. 1, б приведен инженерно-геологический разрез с вертикальной привязкой фундаментов, а на рис. 1, в - фрагмент плана свай ЭРТ усиления основания фундаментов.

Осуществление мероприятий по усилению оснований фундаментов с помощью буроинъекционных свай ЭРТ позволило создать условия для безаварийной работы мостовых кранов и всего железобетонного каркаса прессового корпуса в целом.

Геотехнический мониторинг деформации оснований фундаментов подтвердил их отсутствие после завершения работ по устройству свай ЭРТ.

Второй случай успешного применения буроинъекцион-ных свай ЭРТ имел место при ликвидации аварийной си-

туации здания кузнечно-штамповочного цеха (КШЦ) агрегатного завода в г. Чебоксары. Благодаря воздействию динамических нагрузок от 10 кузнечных молотов здание пришло в аварийное состояние. На всех кирпичных стенах ограждения появились деформационные трещины, имеющие тенденцию к увеличению. Появившаяся неравномерность деформаций каркаса привела к сбоям эксплуатации мостовых кранов. Кроме того, размеры площадок опираний плит покрытий, а также строительных ферм и подкрановых путей в ряде случаев уменьшились до величин, близких к аварийной ситуации. Для предотвращения аварийной ситуации чрезвычайная комиссия под руководством управления капитального строительства завода поручила ООО НПФ «ФОРСТ» разработать противоаварийные мероприятия, включающие: обследование технического состояния аварийного здания; разработку мероприятий по минимизации отрицательного влияния вибраций от воздействия кузнечных молотов на здание цеха и прилегающие сооружения; производство работ по восстановлению эксплуатационной надежности здания КШЦ.

Наиболее рациональной и приемлемой конструкцией усиления основания фундаментов была принята и использована буроинъекционная свая, изготавливаемая по раз-рядно-импульсной технологии (свая ЭРТ). Свая ЭРТ [6-12], обладая рядом преимуществ по сравнению с буроинъекци-онными сваями без уплотнения стенок скважин и бурона-бивными сваями, в том числе повышенными значениями несущей способности, примерно в 1,5-1,8 раза, как по грунту, так и по телу, что предполагает компактное размещение их в теле усиливаемого фундамента.

Проектом противоаварийных мероприятий предусмотрено усиление оснований фундаментов каркаса и кузнечных молотов № 1, 3 с массой ударных частей Q=30 кН и № 5, 7 с массой ударных частей Q=50 кН. На рис. 2 приве-Физико-механические свойства грунтов

№ слоев Удельный вес, у, кН/м3 Показатель текучести, ^ А- е Угол внутреннего трения, ф, град Удельное сцепление, C, кПа Модуль общей деформации, E0, кПа

Ф R = 100 кПа

Ф 18,5 0,45 27о 40 6500

Ф 19,01 0,58 20о 15 5400

® 21 0,15 32 45 12500

Подземное строительство

Ц M .1

Научно-технический и производственный журнал

185 184

183 * .

182 181 180 179 178 177 176

175 174 173 172 171

Рис. 3. Инженерно-геологический разрез: 1 — фундамент каркаса здания; 2 — фундамент кузнечного молота; 3 — буроинъекционные сваи ЭРТ усиления основания фундаментов каркаса; 4 — буроинъекционные сваи ЭРТусиления основания фундаментов кузнечных молотов; Q) — насыпной слой;Q) — суглинок тугопластичный;(J) — суглинок мягкопластичный; (J) — глина алевритистая тугопластичная

ден план усиления оснований фундаментов каркаса здания цеха и кузнечных молотов № 1, 3, 5, 7.

Здание кузнечно-штамповочного цеха Чебоксарского агрегатного завода представляет собой каркасное сооружение с размерами в плане в осях (А-Е)/(1-20) - 30X114 м. Фундаменты здания монолитные железобетонные с глубиной заложения 2,5 м. Колонны сборные железобетонные двухветвовые. Конструкции покрытия - железобетонные ребристые плиты покрытия по стальным строительным фермам. В цеху функционируют десять кузнечных молотов (рис. 2).

Инженерно-геологические условия строительной площадки представлены от поверхности насыпными грунтами мощностью до 2 м, ниже залегает суглинок тугопластичный мощностью 3-3,5 м. Ниже подстилается суглинок мягкопластичный, под которым залегает глина алевритовая тугопластичная.

В таблице приведены физико-механические свойства грунтов, а на рис. 3 - инженерно-геологический разрез с вертикальной привязкой фундаментов железобетонного каркаса здания и кузнечного молота № 3.

Производство работ по усилению основания фундаментов каркаса и молотов производило ООО Научно-производственная фирма «ФОРСТ». Во время производства работ по реконструкции и после в течение года производился геотехнический мониторинг.

Кроме того, были организованы исследования динамического воздействия кузнечных молотов на основание [10].

Измерения проводились в феврале 2002 г. в молотовом отделении КШЦ Чебоксарского агрегатного завода. Регистрировались колебания при работе молотов № 1, 3, 5, 7 и № 6 в осях 12-13. Кроме того, в ряде случаев работали молоты № 2, 4, 10, что не оказывало в точках измерения значительных изменений. Выбор источников воздействия и точек измерения определялся их близостью к месту установки нового молота в осях 16-17.

Исследования [10] подтвердили, что свайное поле из свай ЭРТ удовлетворяет требованиям п. 1.21 СНиП 2.02.05-87 «Машины с динамическими нагрузками». Статическое давление под подошвой условного фундамента колонн составляет 240 кПа, что меньше расчетного сопротивления грунта основания 330 кПа. Это указывает на допустимость имеющихся вибраций с точки зрения образования дополнительных осадок фундаментов колонн.

Таким образом, усиление оснований фундаментов каркаса и кузнечных молотов с помощью буроинъекционных свай позволило ликвидировать аварийную ситуацию здания кузнечно-штамповочного цеха.

Выводы. В статье приведены два удачных примера использования буроинъекционных свай ЭРТ для предотвращения критических (предаварийных) состояний каркаса зданий. Использование этих свай в качестве свай усиления оснований позволило продлить срок службы зданий, приведя их в безаварийные эксплуатируемые состояния.

Список литературы

1. Патент РФ № 2318961. Разрядное устройство для изготовления набивной сваи / Н.С. Соколов, В.Ю. Тав-рин, В.А. Абрамушкин // Заявл. 29.12.2005. Опубл. 10.03.2008. Бюл. № 7.

2. Патент РФ № 2318960. Способ возведения набивной сваи / Н.С. Соколов, В.М. Рябинов, В.Ю. Таврин, В.А. Абрамушкин // Заявл. 26.12.2005. Опубл. 10.03.2008. Бюл. № 7.

3. Патент РФ №2250958. Устройство для изготовления набивной сваи / Н.С. Соколов, В.Ю. Таврин, В.А. Абрамушкин. Заявл. 14.07.2003. Опубл. 27.04.2005. Бюл. № 12.

4. Патент РФ № 2250957. Способ изготовления набивной сваи / Н.С. Соколов, В.Ю. Таврин, В.А. Абрамушкин. Заявл. 14.07.2003. Опубл. 27.04.2005. Бюл. № 12.

5. Патент РФ № 2282936. Генератор импульсных токов / Н.С. Соколов, Ю.П. Пичугин. Заявл. 4.02.2005. Опубл. 27.08.2006. Бюл. № 24.

6. Патент РФ на полезную модель № 161650. Устройство для камуфлетного уширения набивной конструкции в грунте. Н.С. Соколов, Х.А. Джантимиров, М.В. Кузьмин, С.Н. Соколов, А.Н. Соколов // Заявл. 16.03.2015. Опубл. 27.04.2016. Бюл. № 2.

7. Соколов Н.С. Метод расчета несущей способности бу-роинъекционных свай-РИТ с учетом «подпятников» // Материалы 8-й Всероссийской (2-й Международной) конференции «Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции» (НАСКР-2014). 2014. Чебоксары. С. 407-411.

8. Соколов Н.С., Викторова С.С., Федорова Т.Г. Сваи повышенной несущей способности // Материалы 8-й Всероссийской (2-й Международной) конференции «Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции» (НАСКР-2014). Чебоксары. 2014. С. 411-415.

9. Соколов Н.С., Петров М.В., Иванов В.А. Проблемы расчета буроинъекционных свай, изготовленных с использованием разрядно-импульсной технологии // Материалы 8-й Всероссийской (2-й Международной) конференции «Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции» (НАСКР-2014). Чебоксары. 2014. С. 415-420.

10. Соколов Н.С., Рябинов В.М. Об одном методе расчета несущей способности буроинъекционных свай ЭРТ // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2015. № 2. С. 10-13.

50

1-22017

Научно-технический и производственный журнал

11. Соколов Н.С. Технологические приемы устройства бу-роинъекционных свай с многоместными уширениями // Жилищное строительство. 2016. № 10. С. 54-57.

12. Соколов Н.С., Рябинов В.М. Технология устройства бу-роинъекционных свай повышенной несущей способности // Жилищное строительство. 2016. № 9. С. 30-32.

References

1. Patent RF 2318961. Razryadnoe ustroistvo dlya izgotovleniya nabivnoi svai [Discharge device for the manufacture of bored pile]. N.S. Sokolov, V.Yu. Tavrin, V.A. Abramushkin. Declared 29.12.2005. Published 10.03. 2008. Bulletin No. 7. (In Russian).

2. Patent RF 2318960. Sposob vozvedeniya nabivnoi svai [The method of construction bored pile]. N.S. Sokolov, V.M. Ryabinov, V.Y. Tavrin, V.A. Abramushkin. Declared 14.07.2003. Published 10.033.2008. Bulletin No. 7. (In Russian).

3. Patent RF 2250958. Ustroistvo dlya izgotovleniya nabivnoi svai [The device for production of a stuffed pile]. N.S. Sokolov, V.Yu. Tavrin, V.A. Abramushkin. Declared 14.07.2003. Published 27.04. 2005. Bulletin No. 12. (In Russian).

4. Patent RF 2250957. Sposob vozvedeniya nabivnoi svai [The method of1production of a stuffed pile]. N.S. Sokolov, V.Yu. Tavrin, V.A. Abramushkin. Declared 14.07.2003. Published 27.04. 2005. Bulletin No. 12. (In Russian).

5. Patent RF 2282936. Generator impul'snykh tokov [Generator of pulse currents]. N.S. Sokolov, Yu.P. Pichugin. Declared 4.02.2005. Published 27.08. 2006. Bulletin No. 24. (In Russian).

6. Russian Federation patent for plezny model No. 161650. Ustroistvo dlya kamufletnogo ushireniya nabivnoi konstruktsii

vgrunte [The device for camouflage broadening of a stuffed design in soil]. N.S. Sokolov, H.A. Dzhantimirov, M.V. Kuzmin, S.N. Sokolov, A.N. Sokolov. Declared 16.03.2015. Published 27.04.2016. Bulletin No. 2. (In Russian).

7. Sokolov N.S. Metod of calculation of the bearing capability the buroinjektsionnykh svay-RIT taking into account «thrust bearings». Materials of the 8th All-Russian (the 2nd International) the «New in Architecture, Designing of Construction Designs and Reconstruction» conference (NASKR-2014). 2014. Cheboksary, pp. 407-411. (In Russian).

8. Sokolov N.S., Viktorova S.S., Fedorova T.G. Piles of the raised bearing capability. Materials of the 8th All-Russian (the 2nd International) the «New in Architecture, Designing of Construction Designs and Reconstruction» conference (NASKR-2014). Cheboksary. 2014, pp. 411-415. (In Russian).

9. Sokolov N.S., Petrov M.V., Ivanov V.A. Calculation problems the buroinjektsionnykh of the piles made with use of digit and pulse technology. Materials of the 8th All-Russian (the 2nd International) the «New in Architecture, Designing of Construction Designs and Reconstruction» conference (NASKR-2014). Cheboksary. 2014, pp. 415-420. (In Russian).

10. Sokolov N.S., Ryabinov V.M. About one method of calculation of the bearing capability the buroinjektsi-onnykh svay-ERT. Osnovaniya, fundamenty i mekhanika gruntov. 2015. No. 1, pp. 10-13. (In Russian).

11. Sokolov N.S. Technological Methods of Installation of Bored-Injection Piles with Multiple Enlargements. Zhilishchnoe Stroiteistvo [Housing Construction]. 2016. No. 10, pp. 54-57. (In Russian).

12. Sokolov N.S., Ryabinov V.M. Technique of Construction of Bored-Injection Piles of Increased Bearing Capacity Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2016. No. 9, pp. 30-32. (In Russian).