СЛУЧАЙ ИЗ ГЕОТЕХНИЧЕСКОЙ ПРАКТИКИ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ АВАРИЙНОЙ СИТУАЦИИ ОБЪЕКТА Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 624.154

DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-764-10-40-48

Н.С. СОКОЛОВ1,2, канд. техн. наук, директор (ns_sokolov@mail.ru);

С.Н. СОКОЛОВ1, зам. директора, А.Н. СОКОЛОВ1, зам. директора (forstnpf@mail.ru)

1 ООО НПФ «ФОРСТ» (428000, Чувашская Республика, г. Чебоксары, ул. Калинина, 109 а)

2 Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова (428015, Чувашская Республика, г. Чебоксары, Московский пр., 15)

Случай из геотехнической практики предотвращения аварийной ситуации объекта

Эксплуатационная надежность любого возведенного объекта в первую очередь зависит от качественно выполненных заглубленных железобетонных конструкций. При использовании забивных или задавливаемых свай особое внимание должно быть уделено службами технического надзора обеспечению достижения проектных отметок их нижних концов. К тому же их несущую способность следует определять с помощью статических нагрузок, доказывая принятую проектную несущую способность. В противном случае принимается решение о перепроектировании свайного поля. Для случаев с основаниями, сложенными просадочными грунтами, обеспечение надежности свайного основания приобретает особое внимание. Эти грунты, обладая специфическими свойствами, имеющими в естественном состоянии твердую консистенцию, а в водонасыщенном состоянии - пластичную, часто вводят проектировщиков и строителей в заблуждение. Приведен случай усиления готового свайного основания из призматических свай в просадочных грунтах первого типа с помощью буроинъекционных свай, выполненных по разрядно-импульсной технологии (свай ЭРТ).

Ключевые слова: несущая способность, просадочность, основание, призматические сваи, электроразрядная технология, буроинъекционные сваи ЭРТ.

Для цитирования: Н.С. Соколов, С.Н. Соколов, А.Н. Соколов. Случай из геотехнической практики предотвращения аварийной ситуации объекта // Строительные материалы. 2018. № 10. С. 40-48. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-764-10-40-48

N.S. SOKOLOV1, 2, Candidate of Sciences (Engineering), Director (ns_sokolov@mail.ru); S.N. SOKOLOV1, Deputy Director; A.N. SOKOLOV2, Deputy Director (forstnpf@mail.ru)

1 OOO NPF «FORST» (109a, Kalinina Street, Cheboksary, Chuvash Republic, 428000, Russian Federation))

2 I.N. Ulianov Chuvash State University (15, Moskovsky Avenue, Cheboksary, Chuvash Republic, 428015, Russian Federation)

The Case from Geotechnical Practice: Prevention of Emergency Situation at the Facility

The operational reliability of any constructed facility primarily depends on the quality of the buried reinforced concrete structures. When using driven or pressed piles, special attention should be paid by the technical supervision services to ensure that their lower ends reach the design levels. In addition, their bearing capacity should be determined by static loads, proving the accepted design bearing capacity. Otherwise, it is decided to redesign the pile field. For cases with the bases consisting of subsidence soils ensuring reliability of the pile basis gets special attention. These soils, having specific properties, with solid consistency in the natural state, and plastic consistency in the water - saturated state often mislead designers and builders. The case of strengthening of the finished pile foundation made of prismatic piles in collapsing soils of the first type with the help of bored-injected piles made by pulse-discharge technology (piles ERT) is presented.

Keywords: bearing capacity, subsidence, base, prismatic piles, pulse-discherge technology, bored-injected piles (piles ERT).

For citation: Sokolov N.S., Sokolov S.N., Sokolov A.N. The case from geotechnical practice: prevention of emergency situation at the facility. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 10, pp. 40-48. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-764-10-40-48 (In Russian).

В настоящее время наиболее востребованными заглубленными конструкциями являются железобетонные сваи. Единственным их недостатком является невозможность контроля достижения их нижних концов до проектных отметок.

Статья рассматривает одну из распространенных ошибок в практике геотехнического строительства на одном из объектов многоэтажного строительства при производстве работ по погружению при возведении заглубленных железобетонных конструкций — недостижение нижних концов до проектных отметок. В конкретном случае погружение забивных железобетонных призматических свай согласно проекту производилось в сложных инженерно-геологических условиях с прохождением их через толщу просадочных суглинков (ИГЭ № 3) мощностью до 9 м с заделкой нижних концов в песок пылеватый Р31 (рис. 1). В результате производства работ по погружению сваи обнаружилась невозможность достижения до проектной отметки. При этом в 80% случаев сваи оставались в просадочном слое. Величины недогружений составляли до 5 м (рис. 2, 3).

Верхняя толщина четвертичных отложений представлена суглинками легкими переходящими в супесь

(ИГЭ № 3) желто-коричневыми лессовидными (ргШ) твердой и полутвердой консистенции. На данном участке имеют повсеместное распространение, залегают пла-щеобразно в пределах древней погребенной долины р. Шупашкарка (Республика Чувашия).

Суглинки просадочные мощностью до 9 м, с коэффициентом водонасыщения 0,46—0,8. По результатам компрессионных испытаний по схеме двух кривых с замачиванием при вертикальных нагрузках 0,2 МПа величина относительной просадочности меняется от 0,01—0,046. Начальное просадочное давление составляет 0,03-0,05 МПа.

Нижняя граница просадочных грунтов совпадает с инженерно-геологической границей ИГЭ № 4 или соответствует кровле ИГЭ № 5.

Модуль деформации (Е0) при естественной влажности принят по результатам компрессионных испытаний (Ек=3,8-5,3 МПа) с корректировочным коэффициентом тк=4,25 (СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83»). В расчетах использован максимальный коэффициент пористости е=0,698 (с учетом поправки на уплотнение при отборе грунтонасосом

N скБажины скб. 13а скб.Ша скб. 09а

отм. устья,м 135.60 136.60 133.60

расстоянием 40 50

Рис. 1. Инженерно-геологический разрез с вертикальной привязкой призматических забивных свай

Таблица 1

Физико-механические характеристики грунтов основания площадки строительства

ИГЭ Состояние грунта Нормативные Рассчитанные при а=0,85/0,95

р, г/см3 с, кПа Ф,град Е0, МПа р, г/см3 с, кПа Ф,град Е0, МПа

ИГЭ № 1 Техногенный грунт (М) Природное состояние 1,9 17 19 8 1,9 17/11 19/16 8

ИГЭ № 2 Суглинок полутвердый (ИП-М) Природное состояние 1,98 17 19 8 1,97/1,96 16/16 17/15 8

ИГЭ № 3* Суглинок полутвердый просадочный (ргШ) Природное состояние 1,91 23 21 16 1,9/1,89 23/15 21/18 16

Водонас. состояние 2,04 15 17 4 2,04 13/12 16/15 4

ИГЭ № 4 Суглинок мягкопластичный (ргШ) Природное состояние 1,96 10 11 4 1,96/1,95 9/8 9/9 4

Водонас. состояние 2 2

ИГЭ № 5 Суглинок тугопластичный (р1, dII-Ш) Природное состояние 1,98 14 16 10 1,98/1,97 13/13 15/14 10

Водонас. состояние 2,01 8 2,01 8

ИГЭ № 6 Глина твердая (Р31) Природное состояние 1,88 38 19 17 1,86/1,86 38/25 19/17 17

Водонас. состояние 1,98 36 23 1,98 33/31 21/19

ИГЭ № 7 Алеврит твердый (Р3Ц Природное состояние 1,91 23 25 18 1,89/1,88 22/21 24/23 18

Водонас. состояние 1,97 1,97

ИГЭ № 8 Песок пылеватый (Р31) Природное состояние 1,91 5 30 18 1,89/1,88 3/2 29/28 18

Таблица 2

Физико-механические характеристики просадочных грунтов PrMI

Наименование показателей Ед. измерения Значения характеристик грунтов

По лабораторным исследованиям При статическом зондировании Согласно СП 22.13330.2011 Принятое нормативное значение

Пластичность влажность на границе текучести WL влажность на границе раскатывания Wp число пластичности 1р % 26 18 8 - - 26 18 8

Природная влажность We % 15 - - 15 23*

Показатель текучести ^ - <0 - - <0 0,63*

Плотность р г/см3 1,91 - - 1,91 2,04*

Плотность сухого грунта р| г/см3 1,66 - - 1,66

Пористость п % 39 - - 39

Коэффициент пористости е д. ед 0,629 - - 0,629

Сцепление С (природная влажность) кПа - 23 25 23

Сцепление С (при водонасыщении) кПа 15 14 20 15

Угол внутреннего трения ф (при естественной влажности) град - 21 23 21

Угол внутреннего трения ф (при естественном водонасыщении) град 17 16 16 17

Модуль общей деформации Е0 (при естественной влажности) МПа Ек=3,8 17 17 16

Модуль общей деформации Е0 (при водонасыщенном состоянии) МПа Ек=1,3 4 12 4

Коэффициент относительной просадочности д. ед - 0,018 - 0,018

179

и бурении ударно-канатным способом) и минимальный компрессионный модуль. Модуль деформации при естественной влажности равен 16 МПа.

Модуль деформации при водонасыщении по результатам компрессионных испытаний (Ек=1,3—1,8 МПа) с корректировочным коэффициентом тк=4,25 (СП 22.13330.2011) равен 5,5 МПа. В расчетах также использован максимальный коэффициент пористости е=0,698 и минимальный компрессионный модуль Е =1,5 МПа.

В табл. 1 приведены нормативные и расчетные значения физико-механических свойств грунтов основания, а в табл. 2 — нормативные величины просадочного инженерно-геологического элемента (ИГЭ № 3).

На объекте строительства многоэтажного жилого дома запроектированы призматические забивные сваи от 10 до 15 м с заделкой в пески пылеватые Р31 (ИГЭ № 8) (табл. 3 на рис. 4).

Несущая способность недогруженных свай с учетом негативного трения определялась по формуле (9.2)

228 _ 229° 227 0

231 -ю

233 19

2° 23218 23° 2°

226 224

~0?233 222 ° 2°22

235 21

237 23621 234

21 22736 21 27

к, \ \ V, %

Рис. 3. Фрагмент исполнительной схемы забивных призматичных свай в осях Вс-Дс. В числителе номер сваи в свайном поле; в знаменателе - расчетная нагрузка с учетом негативного трения

КоМпонобочная схема

.©i

Условн. обозн. Маркировка Номер сваи Длина сваи, м Сечение сваи, м Кол.

+ Ср-18-30 1-66 18 0300 66

+ Ср-17-30 67-109 17 0300 43

Сбоя С 100.30-10.1 239,240,161-177, 18Í.186,189 10 300x300 22

Сбая С80.30-10.1 190,191195-208, 215-217,234,235,237 8 300x300 22

+ свчясно.зо-а.вг 250,274,289,302, 327,331 14 300x300 6

Сбая С 120.30-10.1 178-183,ЩЩ Щ192-194,209-2%, 210-233,241-249, 251-267,275-283,317, 318,332-337 12 300x300 80

Рис. 4. Схема усиления свайного основания с помощью буроинъекционных свай ЭРТ: а - план усиленного свайного основания; б - компоновочная схема жилого дома; в - таблица забивных свай и свай ЭРТ усиления основания

Свая Ср-18-30

-Н»-

Свая

КП-2

КП-1

КП-1

КП-1

КП-1

КП-1

I

1

Ср-17-30

I-.—

КП-1

КП-1

КП-1

КП-1

КП-1

1

и

А!

Полоса стальная Ь=20мм Ы 4мм по ГОСТ 14-098-91

Сварка по ГОСТ 14098-91

20 40 , 40 4р 20

Вязальная проволока \.

Верхний каркас

Нижний каркас

3. Полоса стальная Ь=20мм, 1=4мм

1.

Ф18 А500с

2. Труба

Ф159. 1=4.5мм 2. Ф18 А500с А240, 5- 150мм

4 2 3 А 1

\AAAAA/ (АААААА) (ЛЛЛЛЛЛЛ л-■

V V V V V V' У V V V V V VI 1050 (0) А- 00 800

1 20*1ы=зт1 39(0)

1 3 А 2

Т! , | ■

V

700 \ 590 1150 100 800

9*75=1425 '

1 2340

4

Рис. 5. Армокаркасы буроинъекционных свай ЭРТ сР-18-30

Таблица 4

Спецификация каркасов свай

Марка изделия Позиция Наименование Количество Масса, ед., кг Масса изд., кг

1 018 А500 l = 3900 6 7,8 46,8

2 010 А240 l = 19000 1 12,2783 12,2783

К-1 3 Полоса b = 20 мм; t = 4 мм; L = 200 мм 18 0,1256 2,2608

4 Труба 0159 мм; t = 4,5 мм; L = 70 мм 3 1,2005 3,6015

1 018 А500 l = 3900 6 4,67532 28,0519

2 010 А240 l = 19000 1 6,4785 6,4785

3 Полоса b = 20 мм; t = 4 мм L = 200 мм 12 0,1256 1,5072

4 Труба 0159 мм; t = 4,5 мм; L = 70 мм 2 1,2005 2,401

Таблица 5

Спецификация свай ЭРТ

Позиция Обозначение Наименование Количество Масса, ед., кг Масса изд., кг

Свая Ср-18-30 66 363,1416 23967,35

Сборочные единицы:

К-1 См. рис. 4 Каркас К-1 5 64,9406 363,1416

К-2 См. рис. 4 Каркас К-2 1 38,4386

Материалы

Инъекционный бетон кл. В25, м3 1,7804 117,51

Свая Ср-17-30 43 321,926 13842,82

Сборочные единицы:

К-1 См. рис. 4 Каркас К-1 5 64,9406 324,703

Материалы

| Инъекционный бетон кл. В25, м3 1,681 72,28

Таблица 6

Ведомость расхода стали

Марка элемента Изделия металлические

Арматура класса ВСт3 Всего, кг

А240 А500с Труба Полоса

ГОСТ 5781-82 ГОСТ 5781-82 ГОСТ 10704-91 ГОСТ 103-76*

010 Итого 018 Итого 0159X4,5 мм Итого 20X4 мм Итого

Свая Ср-18-30 (66 шт.) 4479,42 4479,42 17295,425 17295,43 1346,96 1346,96 845,539 845,54 23967,34

Свая Ср-17-30 (43 шт.) 2520,445 2520,45 10062 10062 774,323 774,32 486,072 486,07 13842,84

Итого +5% 7349,86 28725,3 2227,35 1398,19 32350,83

СП 24.13330.2011. На рис. 2 и 3 в знаменателе приведены расчетные значения N конкретных свай (в числителе — номер сваи).

С учетом реальных значений несущей способности сваи и расчетных внешних нагрузок в конкретных сечениях выявлены величины недостающих значений несущей способности свайного основания. С учетом этой гипотезы запроектированы буроинъекционные сваи ЭРТ расчетной длины. Следует отметить, что буроинъекционные сваи, изготовленные по электроразрядным технологиям (сваи ЭРТ), в геотехнической практике играют существенную роль [1—11]. Они позволяют значительно увеличить несущую способность любого свайного основания. Количество свай ЭРТ определялось с учетом расчетной нагрузки свайного основания.

Для сложных инженерно-геологических условий с перемежающимися слоями рассматриваемый тип свай ЭРТ наиболее экономически обоснован и технически целесообразен. Благодаря специфическим особенностям эти сваи способствуют увеличению надежности оснований. Для рассматриваемого случая усиления свайного основания они незаменимы.

На рис. 4 приведена схема усиления свайного основания с помощью свай ЭРТ, а в табл. 4 и 5 — спецификации каркасов и свай ЭРТ.

При конструировании вновь сооружаемых фундаментов из свай ЭРТ следует руководствоваться правилами и требованиями, предъявляемыми к конструированию фундаментов из буровых и набивных свай и изложенными в СП 24.13330.2011 «Актуализированная редакция СНиП 2.02.03—85 «Свайные фундаменты».

Армирование микросвай производится из расчета несущей способности поперечного сечения сваи (по формуле 14.6 «ТР 50-180—06 «Технические рекомендации по проектированию и устройству свайных фундаментов, выполняемых с использованием разрядно-импульсной технологии для зданий повышенной этажности»). В качестве расчетной арматуры использовались одиночные стержни, сварные каркасы, жесткая арматура в виде проката из черных металлов или стальные трубы.

На рис. 5 приведен пример армирования буроинъек-ционной сваи ЭРТ СР 18-30 длиной 18 ми диаметром 30 см с двумя уширениями вдоль ствола и уширением по пяте. Диаметры уширений составляют: верхнее — 415 мм;

нижнее — 395 мм, а по пяте — 410 мм. Продольное армирование запроектировано из пространственных каркасов КП-1 и КП-2. Соединение каркасов, состоящих из шести стержней диаметром 18 А 500, производится вязальной проволокой с нахлестом не менее 40 диаметров — 800 мм (узел 1, рис. 5). Возможен вариант сварного соединения. При этом размер нахлеста составляет не менее 20 диаметров — 400 мм. Для создания защитного слоя бетона использована стальная полоса (фиксатор каркаса — узел 3, рис. 1) шириной b=20 мм и толщиной t=4 мм.

Список литературы

1. Ильичев В.А., Мангушев Р.А., Никифорова Н.С. Опыт освоения подземного пространства российских мегаполисов // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2012. № 2. С. 17—20.

2. Улицкий В.М., Шашкин А.Г., Шашкин К.Г. Геотехническое сопровождение развития городов. СПб.: Геореконструкция, 2010. 551 с.

3. Разводовский Д.Е., Чепурнова А.А. Оценка влияния усиления фундаментов зданий по технологии струйной цементации на их осадку // Промышленное и гражданское строительство. 2016. № 10. С. 64-72.

4. Соколов Н.С., Соколов С.Н., Соколов А.Н. Мелкозернистый бетон как конструкционный строительный материал буроинъекционных свай-ЭРТ // Строительные материалы. 2017. № 5. С. 16-20.

5. Улицкий В.М., Шашкин А.Г., Шашкин К.Г. Гид по геотехнике: Путеводитель по основаниям, фундаментам и подземным сооружениям. СПб., 2012. 284 с.

6. Sokolov N.S. One of the geotechnical technologies to strengthen the foundation base in constraint environment in the addition of 4 floors. 18 international multidisciplenary scientific GeoConference SGEM 2018 Albena Resort SPA Bulgaria. 2018.

7. Sokolov N.S. Ground ancher produced by elektric discharge technology, as reinforsed concrete structure // Key Enginiring Materials. 2018. Vol. 771, рр. 75-81.

8. Sokolov N.S. Use of the piles of effective type in geotechnical construction // Key Enginiring Materials. 2018. Vol. 771, рр. 70-74.

9. Sokolov N.S. One of geotechnological technologies for ensuring the stability of the boiler of the pit // Key Enginiring Materials. 2018. Vol. 771, рр. 56-69.

10. Соколов Н.С. Один из подходов решения прoбле-мы по увеличению несущей способности буровых свай // Строительные материалы. 2018. № 5. С. 44-48. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-759-5-44-47

11. Соколов Н.С., Соколов С.Н., Соколов А.Н., Ряби-нов В.М. О буроинъекционных сваях с регулируемой несущей способностью по грунту // Жилищное строительство. 2017. № 8. С. 34-38.

12. Соколов Н.С., Никонорова И.В. Строительство и территориальное освоение оползневых склонов Чебоксарского водохранилища // Жилищное строительство. 2017. № 9. С. 13-20.

13. Соколов Н.С. Фундамент повышенной несущей способности с использованием буроинъекционных свай ЭРТ с многоместными уширениями // Жилищное строительство. 2017. № 9. С. 25-29.

14. Соколов Н.С. Электроимпульсная установка для изготовления буроинъекционных свай // Жилищное строительство. 2018. № 1-2. С. 62-66.

15. Соколов Н.С., Викторова С.С., Смирнова Г.М., Федосеева И.П. Буроинъекционная свая-ЭРТ как заглубленная железобетонная конструкция // Строительные материалы. 2017. № 9. С. 47-50.

Выводы.

Надежность свайного основания в просадочных грунтах зависит прежде всего от достижения нижних концов свай до проектных отметок в несущий инженерно-геологический элемент.

В геотехническом строительстве часты случаи недостижения нижних концов погружаемых свай до проектных отметок. Для обеспечения несущей способности свайного основания буроинъекционные сваи ЭРТ служат как дополнительные заглубленные конструкции.

References

1. Ilyichev V.A., Mangushev R.A., Nikiforova N.S. Experience in the development of the underground space of Russian megacities. Osnovaniya, fundamenty i me-khanika gruntov. 2012. No. 2, pp. 17—20. (In Russian).

2. Ulitsky V.M., Shashkin A.G., Shashkin K.G. Geotehnicheskoe soprovogdenie gorodov [Geotechnical support of urban development]. Saint Petersburg: Georekonstrukciya. 2010. 551 p.

3. Razvodovsky D.E., Chepurnova A.A. Evaluation of the effect of strengthening the foundations of buildings on the technology of jet cementation on their sediment. Promyshlennoe i grazshdanskoe stroitelstvo. 2016. No. 10, pp. 64—72. (In Russian).

4. Sokolov N.S., Sokolov S.N., Sokolov A.N. Fine concrete as a structural building material of bored-injection piles EDT. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 5, pp. 16-20. (In Russian).

5. Ulitsky V.M., Shashkin A.G., Shashkin K.G. Gid po geotehnike [Geotechnical guide] (guide to bases, foundations and underground structures). Saint Petersburg: Georekonstrukciya. 2012. 284 p.

6. Sokolov N.S. One of the geotechnical technologies to strengthen the foundation base in constraint environment in the addition of 4 floors. 18 international multidisciplenary scientific GeoConference SGEM 2018 Albena Resort SPA Bulgaria. 2018.

7. Sokolov N.S. Ground ancher produced by elektric discharge technology, as reinforsed concrete structure. Key Enginiring Materials. 2018. Vol. 771, pp. 75-81.

8. Sokolov N.S. Use of the piles of effective type in geotechnical construction. Key Enginiring Materials. 2018. Vol. 771, pp. 70-74.

9. Sokolov N.S. One of geotechnological technologies for ensuring the stability of the boiler of the pit. Key Enginiring Materials. 2018. Vol. 771, pp. 56-69.

10. Sokolov N.S. One of the approaches to solving the problem of increasing the bearing capacity of drilling piles. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 5, pp. 44-48. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-759-5-44-47

11. 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).

12. Sokolov N.S., Nikonorova I.V. Construction and territorial development of landslide slopes of the Cheboksary water reservoir. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2017. No. 9, pp. 13-20. (In Russian).

13. Sokolov N.S. The foundation of the increased load-bearing capacity with the use of flight augering piles-ERT with multiplies broadening. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2017. No. 9, pp. 25-29. (In Russian).

14. Sokolov N.S. Electroimpulse installation for the production of flight augering piles. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2018. No. 1-2, pp. 62-66. (In Russian).

15. Sokolov N.S., Viktorova S.S., Smirnova G.M., Fedosee-va I.P. Flight augering piles-EDT as a buried reinforced concrete structure. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 9, pp. 47-50. (In Russian).