CC BY
33Подземное строительство
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
УДК 624.154
Н.С. СОКОЛОВ1'2, канд. техн. наук (ns_sokolov@mail.ru), директор; С.Н. СОКОЛОВ2, инженер, зам. директора по науке, А.Н. СОКОЛОВ2, инженер, зам. директора по производству, В.М. РЯБИНОВ2, инженер, зам. директора по науке
1 Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова (428015, Россия, Чувашская Республика, г. Чебоксары, Московский пр., 15) 2 ООО НПФ «ФОРСТ» (428000, Россия, Чувашская Республика, г. Чебоксары, ул. Калинина, 109а)
О буроинъекционных сваях
о с» ^
с регулируемой несущей способностью по грунту
В геотехническом строительстве наиболее часто используемыми заглубленными конструкциями являются буроинъекцион-ные сваи, изготавливаемые по разрядно-импульсной технологии. Предпочтительное использование этих свай обусловлено повышенными значениями их несущей способности по сравнению с другими типами буровых свай. Как правило, для любой строительной площадки, сложенной разнородными инженерно-геологическими элементами, затруднительно добиться одинаковой несущей способности принятого типа свай в пределах пятна застройки. Использование свай ЭРТ с регулируемыми значениями несущей способности дает возможность решать проблемы геотехнического строительства для конкретного объекта.
Ключевые слова: буроинъекционные сваи, электроразрядная технология, несущая способность, расчетное сопротивление, инженерно-геологические элементы, сваи с промежуточными уширениями.
Для цитирования: Соколов Н.С., Соколов С.Н., Соколов А.Н., Рябинов В.М. О буроинъекционных сваях с регулируемой несущей способностью по грунту // Жилищное строительство. 2017. № 8. С. 34-38.
N.S. SOKOLOV1,2, Candidate of Sciences (Engineering) (ns_sokolov@mail.ru), Director; S.N. SOKOLOV2, Engineer, Deputy Director for Science, A.N. SOKOLOV2, Engineer, Deputy Director for Production, V.M. RYABINOV2, Engineer, Deputy Director for Science 1 Chuvash State University Named After I.N. Ulyanov (15, Moskovsky Avenue, Cheboksary, 428015, Chuvash Republic, Russian Federation) 2 OOO PPF «FORST» (109a, Kalinina Street, Cheboksary, 428000, Chuvash Republic, Russian Federation)
About Bored-Injection Piles With Regulated Bearing Capacity By Soil
Bored-injection piles manufactured according to the electric discharge technology (EDT-piles) are the most often used buried structures in geotechnical construction. The preferred use of these piles is due to increased value of their bearing capacity compared to other types of bored piles. As usual it's difficult to achieve uniform bearing capacity of accepted type of piles within the range of development site for any construction site set by manifold engineering-geological elements. Using of EDT-piles with regulated bearing capacity provide a way to resolve problems of geotechnical construction for a specific object.
Keywords: bored-injection piles, electric discharge technology (EDT), bearing capacity, design strength, engineering-geological elements, piles with intermediate enlargements.
For citation: Sokolov N.S., Sokolov S.N., Sokolov A.N., Ryabinov V.M. About bored-injection piles with regulated bearing capacity by soil. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2017. No. 8, pp. 34-38. (In Russian).
Фундаменты с использованием буроинъекционных свай по разрядно-импульсной технологии (сваи ЭРТ) обладают рядом конкурентных технических преимуществ по сравнению с другими типами фундаментов с применением буровых свай. Одним из отличительных параметров одних буровых свай от других является технология включения их в совместную работу с грунтом. Так, например, у большинства буронабивных и буроинъекционных свай (1-я группа) заполнение ствола производится тяжелым или мелкозернистым бетоном методом «В.П.Т.» (вверх поднимающиеся заливочные трубы) при нагрузке от воздействия под собственным весом свежеукладываемого бетона. При этом разуплотненные грунты стенок скважин не восстанавливают естественную природную структуру. С учетом этого коэффициенты условий работы усЯ и Усу в формуле (7.11) «СП 24.13330.2011. Актуализированная редакция СНиП2.02.03-85»приняты соответственно Усй=1и У^=0,5-0,8
34| -
(см. табл. 7.2 СП 13330.2011). К этой же группе относятся бу-роинъекционные сваи, изготавливаемые опрессовкой давлением 200-400 кПа (2-4 атм) с теми же коэффициентами.
К следующей группе относятся буровые сваи (2-я группа), опрессовка стенок скважины которых производится с помощью камуфлетных уширений. Это буроинъекционные сваи, устраиваемые с использованием разрядно-импульсной технологии (сваи ЭРТ). У этих свай повышенные значения усЛ и Уф а именно усЛ=1,3; 7^=1,1-1,3 благодаря восстановлению структуры грунта стенок скважин, а в большинстве случаев - уплотнению его сверх природных величин.
Тем самым увеличение несущей способности под нижним концом свай у 2-й группы свай составляет в 1,3 раза, а по боковой поверхности - в 1,1/0,5-1,3/0,5=2,2-2,6 раза.
При определении несущей способности по формуле (7.11) СП 24.13330 - 2011 значения расчетных сопротивлений R и /определяются по табл. 7.3 и 7.8. СП 24.13330-2011.
^^^^^^^^^^^^^ №'2017
Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Underground construction
R/f = f (h) для различных значений IL
IL=0,2 IL=0,3 Il=0,4 I=0,5 I=0,6
h, м R, КПа f, КПа R/f R, КПа f, КПа R/f R, КПа f, КПа R/f R, КПа f КПа R/f R, КПа f, КПа R/f
3 650 48 13,5 500 35 14,2 400 25 16 300 20 15 250 14 17,9
5 750 56 13,7 650 40 16,3 500 29 17,2 400 24 16,7 350 17 20,6
7 850 60 14,2 750 43 17,4 600 32 18,8 500 25 20 450 19 23,7
10 1050 65 16,2 950 46 20,7 800 34 23,5 700 27 25,9 600 19 31,6
12 1250 68 18,4 1100 48 22,9 950 36 26,4 800 28 28,6 700 19 36,5
15 1500 72 20,8 1300 51 25,5 1100 38 28,9 1000 28 35,7 800 20 40
18 1700 76 22,4 1500 53 28,3 1300 40 32,5 1150 29 39,7 950 20 47,5
20 1900 79 24,1 1650 56 29,5 1450 41 25,4 1250 30 41,7 1050 20 52,5
30 2600 81 32 2300 61 37,7 2000 44 44 - - - - - -
>40 3500 93 37,6 3000 66 45,4 2500 47 53,2 - - - - - -
0 10 20 30 40 50 R/f
10 -
20
30 -Н, м_
Рис. 1. Зависимость R/f =f(h) при различных значениях показателя текучести 11: 1 — для 1=0,2; 2 — для 1=0,3; 3 — для 1=0,4; 4 — для 1Ь=0,5; 5 — для 1=0,6
В табл. 7.3 СП 24.13330-2011 приведены значения/для различных значений 1Ь и / а в табл. 7.8 СП 24.13330-2011 - то же для Я. Для наглядности величины Я//=/(Н) для различных значений 1Ь приведены ниже в таблице и на рис. 1.
У буровых свай 2-й группы - буроинъекционных свай, изготавливаемых по электроразрядной технологии, в отличие от буровых свай 1-й группы имеется главное преимущество. Это возможность уплотнения разуплотненных стенок буровых скважин посредствам электрогидравлической обработки в среде мелкозернистого бетона сверх природного. В результате этого процесса в поперечном сечении свай ЭРТ дополнительно к железобетонному сечению свай (поз. 1) образовываются: 1) зона цементации (поз. 2); 2) зона уплотнения (поз. 3) (рис. 2).
Для сложных инженерно-геологических условий строительной площадки с перемежающимися грунтами проблематичных происхождений к определению несущей способности буровых свай следует подходить обдуманно. Не всегда удается добиться необходимой расчетной несущей способности сваи по грунту. Для буровых свай 1-й группы требуемые значения можно получить только за счет увеличения диаметра сваи. В случае возникновения отрицательного трения для его минимизации приходится увеличить кроме диаметра буровой скважины также дополнительно глубину их заделки в несущие более плотные грунты.
Буроинъекционные сваи ЭРТ относятся к «микросваям». В отличие от буровых свай 1-й группы несущую способность такой сваи по грунту можно регулировать, не меняя диаметра бурового инструмента.
82017 ^^^^^^^^^^^^^^
При актуальности проблемы увеличения несущей способности буроинъекционных свай для оснований, сложенных проблемными грунтами, она особенно важна при уплотни-тельной застройке. Для этих целей наиболее оптимально подходят буроинъекционные сваи, изготавливаемые с использованием электроразрядных технологий (сваи ЭРТ). Благодаря электрогидравлическому воздействию на стенки скважин происходит проникновение мелкозернистого бетона в грунт, увеличивая тем самым несущую способность свай ЭРТ.
При этом имеются большие резервы в плане существенного увеличения несущей способности свай [1-8]. В результате создания уширений вдоль ствола и под пятой сваи ЭРТ происходит многократное увеличение ее несущей способности по грунту. Практика проектирования, изготовления и эксплуатации таких свай показала их высокую эффективность.
Авторы настоящей статьи в течение длительного времени занимаются проектированием и устройством свай ЭРТ. Было доказано, что сваи ЭРТ с многоместными уширения-ми (СМУ) обладают повышенной несущей способностью по сравнению со сваями без уширений. В качестве подтверждения этого утверждения на рис. 1 в [6] приведены графики статических испытаний двух буроинъекционных свай ЭРТ без промежуточных уширений, несущая способность которых составила /¿=910 и /¿=1010 кН, а также двух таких же свай, но с промежуточным уширением и уширением по пяте, несущая способность которых оказалась равной /¿=1720 и -/^=1850 кН соответственно. Таким образом, несущая способность сваи увеличилась в 1,8-2 раза. Тем самым сваи ЭРТ с двумя уширениями имеют почти удвоенную несущую способность.
Статические испытания свидетельствуют о том, что несущую способность сваи ЭРТ можно регулировать. Для этой цели как раз следует использовать уширения как вдоль ствола сваи, так и под пятой.
Несущая способность висячей буровой сваи по грунту, в частности свай ЭРТ, определяется как сумма ее несущих способностей по пяте и по боковой поверхности. При
- 35
3 2 1
Рис. 2. Поперечное сечение буроинъ-екционной сваи ЭРТ: 1 — железобетонное сечение сваи ЭРТ; 2 - зона цементации; 3 - зона уплотнения
Подземное строительство
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
Наименование слоя
Схема к определению Га буроинъекционной сваи ЭРТ без многоместных уширений
2-705 кН/м
5300 2=705 кН/м
0,39 0,12
Рис. 3. Пример алгоритма расчетов несущей способности Fd сваи ЭРТ: а — для свай ЭРТ без уширения; б — для свай ЭРТ с уширением под пятой. Буквенные обозначения: N — вертикальная нагрузка; d — глубина котлована, м; ъЯ — средняя глубина залегания уширения (]=1; 2; 3); ъ — средняя глубина залегания 1-го слоя грунта, м (I = 1; 2;...; 11); 1Ь — показатель текучести;/ — расчетное сопротивление 1-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа; h¡ — толщина 1-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м; усЮ ус/ — коэффициенты условий работы грунта соответственно под уширением и по боковой поверхности сваи над ним; Я — расчетное сопротивление грунта под уширением; Dуш — диаметр уширения, м, по формуле 14.28 ТР 50-180—06; Ауш — площадь опирания уширения, м2
а
36
8'2017
Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Underground construction
в
Рис. 3. Пример алгоритма расчетов несущей способности Fd сваи ЭРТ: в — для свай ЭРТ с уширением под пятой и вдоль ствола; г — для свай ЭРТ с уширением под пятой и двумя уширениями вдоль ствола. Буквенные обозначения: см. рис. 3, а, б
82017
37
Подземное строительство
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
вертикальном нагружении сначала вступает в работу боковая поверхность. После преодоления сил трения (срыве сваи по боковой поверхности) нагрузку на себя принимает пята (хотя, например, в СП 24.13330.2011 при определении несущей способности висячих свай принимается, что включение в работу грунта под нижним концом и по боковой поверхности сваи происходит одновременно). Сваи ЭРТ с многоместными уширениями при нагружении работают иначе. На начальном этапе нагружения в работу вступает верхнее уширение. По мере увеличения нагрузки последовательно включаются нижележащие уширения, при этом каждое из них выполняет функцию дополнительной опоры. При этом несущая способность получается значительно выше, чем при трении о грунт боковой поверхности сваи без уширений. Это подтверждается анализом формул расчета несущей способности указанных свай, а также табл. 1 и рис. 1 настоящей статьи.
Несущую способность сваи ЭРТ с многоместными уши-рениями следует определять по формуле (2) [6]:
^ = + (1)
(=1 ¿=1
где ус, ус/ - коэффициенты условий работы; А - площадь поперечного сечения под пятой, м2; Л/6ок - площадь
Список литературы
1. Соколов Н.С., Ушков С.М., Мефодьев А.Г., Соколов С.Н. Область применения буроинъекционных свай по рядно-импульсной технологии «РИТ» при реконструкции. Материалы Третьей Всероссийской конференции «Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции» (НАСКР-2001). Чебоксары: ЧГУ им. Д.И. Ульянова. 2001. С. 381.
2. Соколов Н.С., Григорьев Н.Ф. Соколов С.Н. Опыт использования микросвай. Материалы Шестой Всероссийской конференции «Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции» (НАСКР-2007). Чебоксары: ЧГУ им. Д.И. Ульянова. 2007. С. 106-109.
3. Ушков С.М., Соколов Н.С., Викторова С.С. Опыт применения плитно-свайных фундаментов. Материалы Шестой Всероссийской конференции «Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции» (НАСКР-2007). Чебоксары: ЧГУ им. Д.И. Ульянова. 2007. С. 110-111.
4. Соколов Н.С. Метод расчета несущей способности буро-инъекционных свай-РИТ с учетом «подпятников». Материалы 8-й Всероссийской (2-й Международной) конференции «Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции» (НАСКР-2014). Чебоксары: ЧГУ им. Д.И. Ульянова. 2014. С. 407-411.
5. Соколов Н.С., Рябинов В.М. Об эффективности устройства буроинъекционных свай с многоместными ушире-ниями с использованием электроразрядной технологии // Геотехника. 2016. № 2. С. 28-34.
6. Соколов Н.С., Рябинов В.М. Особенности устройства и расчета буроинъекционных свай с многоместными уши-рениями // Геотехника. 2016. № 3. С. 60-66.
7. Соколов Н.С., Рябинов В.М. Технология устройства бу-роинъекционных свай повышенной несущей способности // Жилищное строительство. 2016. № 9. С. 11-14.
8. Соколов Н.С. Технологические приемы устройства бу-роинъекционных свай с многоместными уширениями // Жилищное строительство. 2016. № 10. С. 54-59.
38| -
i-го уширения, м2; u - периметр сваи, м; - мощность i-го слоя грунта, м; Rj6oK - расчетное сопротивление основания под i-м уширением, кПа; fi - расчетное сопротивление по боковой поверхности i-го слоя грунта, кПа.
В качестве примера на рис. 3 приведены сравнительные расчеты несущей способности буроинъекционной сваи ЭРТ без уширения (рис. 3, а), с одним уширением под пятой (рис. 3, б), с уширением под пятой и вдоль ствола (рис. 3, в), с уширением под пятой и двумя уширениями вдоль ствола (рис. 3, г).
Результаты расчетов Fd по формуле (1) на рис. 3 составляют:
- для схемы на рис. 3, а - Fd = 1513 кН;
- для схемы на рис. 3, б - Fd = 1679 кН;
- для схемы на рис. 3, в - Fd = 1877 кН;
- для схемы на рис. 3, г - Fd = 1927 кН.
Выводы. Использование буроинъекционных свай ЭРТ с регулируемыми величинами несущей способности Fd открывает новое направление в геотехническом строительстве. Эти сваи, обладая уникальными качествами перераспределения нагрузок и выравнивания расчетных неравномерных деформаций объектов, будут широко востребованы как в новом строительстве, так и при реконструкции.
References
1. Sokolov N.S., Ushkov S.M., Mefod'ev A.G., Sokolov S.N. Application area of bored-injection piles manufactured by electric discharge technology «EDT» during reconstruction. Materials of the 3rd All-Russian the «New in Architecture, Designing of Construction Designs and Reconstructions» conference (NASKR-2001). Cheboksary - 2001, p. 381. (In Russian).
2. Sokolov N.S., Grigor'ev N.F., Sokolov S.N. Experience of using of micro piles . Materials of the 6th All-Russian the «New in Architecture, Designing of Construction Designs and Reconstructions» conference (NASKR-2007). Cheboksary -2007, pp. 106-109. (In Russian).
3. Ushkov S.M., Sokolov N.S., Viktorova S.S. Experience of using of slab-pile foundations. Materials of the 6th All-Russian the «New in Architecture, Designing of Construction Designs and Reconstructions» conference (NASKR-2007). Cheboksary - 2007, pp. 110-111. (In Russian).
4. Sokolov N.S. Method of calculation bearing capacity of the bored-injection EDT-piles taking into account «thrust bearings». Materials of the 8th All-Russian (the 2nd International) the «New in Architecture, Designing of Construction Designs and Reconstructions» conference (NASKR-2014). Cheboksary - 2014, pp. 407-411. (In Russian).
5. Sokolov N.S., Ryabinov V.M. About Effectiveness of Installation of Bored-Injection Piles with Multiple Enlargements with Using of Electric Discharge Technology. Geotechnica. 2016. No. 2, pp. 28-34. (In Russian).
6. Sokolov N.S., Ryabinov V.M. Features of Installation and Calculation of Bored-Injection Piles with Multiple Enlargements. Geotechnica. 2016. No. 3, pp. 60-66. (In Russian).
7. 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. 11-14. (In Russian).
8. Sokolov N.S. Technological Methods of Installation of Bored-Injection Piles with Multiple Enlargements. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2016. No. 10, pp. 54-59. (In Russian).
^^^^^^^^^^^^^ №2017
