27Применение технологии JET-grouting при новом строительстве, как альтернатива традиционным свайным фундаментам
Чунюк М.С.
Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет" (НИУ МГСУ), selviyansm@yandex.ru
Статья посвящена опыту применения грунто-цементных свай в качестве усиления основания 15-24 этажного, 5-и секционного жилого дома с развитой подземной частью в грунтовых условиях Тюменской области. Закрепление грунтов предусмотрено путем армирования природного грунта отдельными вертикальными жесткими грунтоцементными элементами диаметром 1200мм, которые в плане располагаются по регулярной сетке. Ключевые слова: современные геотехнологии, грунто-цемент-ные сваи, усиление грунтов оснований, jet-grouting, фундаменты, свайные фундаменты, основания.
(О
сч о сч
В последние годы технология jet-grouting все чаще применятся при строительстве подземных и заглубленных сооружений, конструкций, инженерных сооружений при усилении уже существующих оснований и фундаментов не только в качестве альтернативы традиционным используемым технологиям, но и в комплексе с ними. Невозможно ограничить область применения струйных технологий (Jet grouting). Связано это в первую очередь с большими преимуществами данной технологии по сравнению с традиционными, такими как:
- использование жидкой струи - в качестве рабочего разрушающего инструмента, естественного грунта - в качестве строительного материала, совмещения по времени разработки грунта и заполнения полости;
- исключение необходимости предварительной отрывки котлованов, строительного водопониже-ния, обязательного вывода сооружаемых конструкций на поверхность земли, поддержания устойчивости стенок выработки, предварительного усиления фундаментов соседних зданий и сооружений, переноса коммуникаций;
- отсутствие вибраций, ударных нагрузок, сильных шумовых эффектов, существенных осадок фундаментов и подъемов поверхности грунта;
- возможность выполнения строительных работ: в непосредственной близости от зданий и сооружений, под фундаментами зданий и сооружений, в слабых и водонасыщенных грунтах, в грунтах с крупными твердыми включениями, в том числе и строительного мусора, в стесненных условиях, на глубинах до 30 м и более, под дном рек, каналов, водоемов.
Данные преимущества позволяют применять грунтоцементные технологии как альтернативу свайным фундаментам, образуя в основании плитных фундаментов единый усиленный грунтоцемент-ный массив с улучшенными прочностными и деформационными характеристиками грунтов и обеспечивающими требования расчетов оснований по деформациям.
Возможность применения грунтоцементных свай в качестве надежного основания была рассмотрена на одном из объектов и выполнено расчетное обоснование. Рассмотренное здание - состоит из пяти секций разной этажности, 15-ти этажные (4 секции), 24-х этажная с подвалом и техническим этажом. В плане здание «Г»-образной формы, секции в плане имеют прямоугольную и угловую формы.
В пределах рассматриваемого опытного участка были выделены следующие инженерно-геологические элементы и слои:
- Слой. Насыпной грунт - песчано-суглинистая смесь, с включением строительного и бытового мусора;
- ИГЭ-1. Суглинок тяжелый, полутвердый, с включением глины полутвердой;
- ИГЭ-2. Суглинок тяжелый, тугопластичный;
- ИГЭ-3. Суглинок тяжелый, текучепластич-
ный;
- ИГЭ-4. Суглинок тяжелый, мягкопластичный, с примесью органического вещества;
- ИГЭ-5. Глина легкая, тугопластичная, опесча-ненная, с включением прослоек суглинка тяжелого, тугопластичного;
- ИГЭ-6. Суглинок тяжелый, тугопластичный, опесчаненный;
- ИГЭ-7. Песок мелкий средней плотности, водо-насыщенный;
- ИГЭ-8. Песок мелкий плотный, водонасыщен-ный;
- ИГЭ-9. Песок мелкий рыхлый, водонасыщен-ный;
- ИГЭ-10. Глина легкая, мягкопластичная, опес-чаненная.
Для обоснования применения рассматриваемой технологии было необходимо выполнить конструктивный расчет закрепления грунтов и деформационный расчет системы «основание - фундамент» с учетом закрепленных грунтов.
В связи со сложностью и многофакторностью задач геотехнического обоснования, расчеты по деформациям велись с привлечением численных методов в программе Midas, реализующих физически и геометрически нелинейные модели работы основания. Расчёт по деформациям велся методом конечных элементов в трехмерной постановке задачи с использованием программного комплекса Midas GTS NX. Предварительные расчеты аналитическим методом по формулам СП 22.13330.2016. Расчеты велись с учётом инженерно-геологических условий площадки, схемы закрепления грунтов основания, с приложением полной эксплуатационной нагрузки и заключались в сопоставлении полученных расчетных значений деформаций здания с предельно допустимыми. Расчет выполнен с учетом приведенной жесткости конструкций подземной части здания с приложением нагрузок по подошве фундаментов. Для задания в программе Midas GTS NX граничных условий по глубине, был выполнен предварительный расчет мощности сжимаемой толщи основания по формулам СП 22.13330.2016. Моделирование грунтового основания производилось с использованием упругопластической модели грунта (MohrCoulomb).
Для корректного выполнения расчета принято:
- диаметр грунтоцементных элементов ГЦЭ -1,2м;
- расположение грунтоцементных элементов в плане - по сетке с шагом 2,8 х 2,8м (15-этажные секции), с шагом 2,6 х 2,6м (24-этажная секция) - определены методом подбора;
- мощность закрепления грунтов (длина ГЦЭ) -9,0м (15-этажные секции), 13,0м (24-этажные секции).
Расчет был проведен по формуле 6.44 (п. 6.10.20) СП 22.13330.2016, где приведенный модуль деформации массива, армированного (закрепленного) грунта рассчитывался как средневзвешенный с учетом деформационных свойств вмещающего природного грунта и свойств армирующих элементов.
Вычисленные характеристики закрепленного грунта по данной формуле получились в диапазоне Е=32,9 - 53,0Мпа.
Мощность сжимаемой толщи, согласно расчетам составила Нс = 17,5м (15 этажные секции) и 20,5м (24 этажная секция), максимальная осадка, s = 8,5см (15 этажные секции) и 11,4см (24-этажная секция).
Дальнейшие расчеты велись методом конечных элементов в объемной постановке с использованием программного комплекса Midas GTS NX. Для оценки напряженно-деформированного состояния массива грунта была собрана КЭ модель.
Рис.1 Расчетная схема в GTS NX
Рис.2 Грунтоцементные элементы закрепления грунтов основания в GTS NX
Выводы:
- Технология jet-grjuting является хорошей альтернативой для применения в новом строительстве к стандартным свайным фундаментам;
- Проведенные расчеты показали достаточные характеристики закреплённого грунтового массива для восприятия нагрузок от проектируемого здания;
- Деформации проектируемого здания на закреплённом массиве не превышают предельно допустимых значений.
Литература
1. Бройд И.И. Струйные геотехнологии. тельство АСВ. 2004г. - 448с.
Изда-
О *
О X
о 3
S *
а)
с т ■и о
S
т
ф
л
Т
о т
09
а)
2. Ильичев В.А., Знаменский В.В., Морозов Е.Б., Чунюк Д.Ю. Опыт устройства котлованов в городе Москве // (Сб. трудов научн. техн. конф. "Актуальные вопросы геотехники при решении сложных задач нового строительства и реконструкции". - Спб., 2010 -с.33-37.).
3. Грязнова Е.М., Гаврилов А.Н., Борчев К.С., Чунюк Д.Ю. Геотехнический мониторинг в строительстве (учебное пособие) 2-ое издание доработанное. М.: Издательство МГСУ, 2018.-80с.
4. Коптева О.В., Козьмодемьянский В.Г., Чунюк Д.Ю. Инженерные изыскания для проектирования фундаментов сооружений вблизи источников вибрационных воздействий. Журнал Промышленное и гражданское строительство №10, 2017г. с.54-58.
5. СП 20.13330.2016 Основания зданий и сооружений.
The use of JET-grouting technology in new construction, as an alternative to traditional pile foundations
Chuniuk M.S.
Moscow State University of Civil Engineering (national research university)
The article is devoted to the experience of using soil-cement piles as reinforcement of the foundation of a 15-24-storey, 5-section residential building with a developed underground part in the ground conditions of Tyumen. The fixing of soils is provided by reinforcing the natural soil with separate vertical rigid ground cement elements with a diameter of 1200 mm, which are arranged in a regular grid in the plan.
Keywords: modern geotechnologies, soil-cement piles, reinforcement of foundation soils, jet-grouting, foundations, pile foundations, foundations.
References
1. Braid I. Jet Geotechnology. Publisher DIA. 2004. - 448c.
2. Ilyichev V. A., Znamenskiy V. V., Morozov E. B., D. Y. Chunyuk device Experience of excavations in the city of Moscow // (SB. works scientific. Techn. Conf. "Topical issues of geotechnics in solving complex problems of new construction and reconstruction." - SPb., 2010-p. 33-37.).
3. Gryaznova E. M., Gavrilov, A. N., K. S. Borschev, D. Y. Chunyuk Geotechnical monitoring in construction (textbook) 2nd edition revised. M.: MGSU publishing House, 2018.- 80s.
4. Kopteva O. V., Kozimodemianskii B. G., Chunyuk D. Y. Engineering surveys for the design of foundations of structures near sources of vibration impacts. Journal of Industrial and civil engineering №10, 2017. p. 54-58.
SP 20.13330.2016 Foundations of buildings and structures.
(0
2
О
2
