CC BY
27Подземное строительство
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
УДК 624.154.5
Н.С. СОКОЛОВ, канд. техн. наук, директор (forstnpf@mail.ru)
ООО «Научно-производственная фирма «ФОРСТ» (428022, Чебоксары, ул. Калинина, 109а)
Технологические приемы
о ^ с»
устройства буроинъекционных сваи с многоместными уширениями
В современном геотехническом строительстве широко используются буроинъекционные сваи, изготавливаемые, как правило, из мелкозернистого бетона. Увеличение несущей способности буроинъекционных свай по грунту является важной геотехнической проблемой. Одним из направлений увеличения несущей способности буроинъекционной сваи является устройство уширений (подпятников) вдоль ее длины. Опыт устройства свай с уширениями показал высокую их эффективность. Несущая способность у таких, свай в 1,5-2 раза выше свай, изготовленных по стандартным технологиям. В качестве технологий устройства свай с уширениями могут использоваться: электроразрядный способ устройства свай (ЭРТ); электрохимический способ устройства буроинъекционных свай (ЭХУ); механический способ устройства буроинъекционных и буронабивных свай с помощью механических уширителей (МУ).
Ключевые слова: буроинъекционная свая, мелкозернистый бетон, электроразрядная технология, электрохимическое уширение, механическое уширение, слабые грунты, несущая способность.
N.S. SOKOLOV, Candidate of Sciences, Director (forstnpf@mail.ru) OOO «Nauchno-proizvodstvennaya firma «FORST» (109a, Kalinina Street, 428022 Cheboksary, Russian Federation)
Technological Methods of Installation of Bored-Injection Piles with Multiple Enlargements
The modern geotechnical construction widely uses bored-injection piles made of, as a rule, fine concrete. The increase in the bearing capacity of bored-injection piles by the soil is an important geotechnical problem. One of the ways of increasing the bearing capacity of a bored-injection pile is making enlargements (bearings) along its length. Experience in installing these piles with enlargements shows their efficiency. The bearing capacity of such piles is higher by 1.5-2 times than piles produced according to standard technologies. As technologies of installing piles with enlargements can be used: the electric discharge method for installing the piles (EDM); electric-chemical method for installing bored-injection piles (ECM), mechanical method for installing bored-injection and and cast-in-situ bored piles with the help of mechanical wideners (MW).
Keywords: bored-injection pile, fine concrete, electric discharge technology, electric-chemical enlargement, mechanical enlargement, weak soils, bearing capacity.
Проблема повышения несущей способности буроинъекционных и буронабивных свай Fd является в настоящее время актуальной задачей в области геотехнического строительства. Особенно это злободневно при строительстве в стесненных и особо стесненных условиях, а также для случаев оснований, сложенных проблемными грунтами. Одним из направлений увеличения несущей способности по грунту Fd является создание уширений (подпятников) вдоль ствола сваи с конкретным шагом или в зависимости от напластования инженерно-геологических элементов (ИГЭ) основания, а также на уровне пяты буроинъекционной или буронабив-ной сваи. Для достижения этой цели наиболее приемлемыми можно считать следующие геотехнические технологии.
Разрядно-импульсная технология устройства буроинъекционных свай (сваи-ЭРТ) [1-11]. Технологическая последовательность представляет собой ряд этапов. Это: бурение скважины (этап 1); заполнение скважины мелкозернистым бетоном (этап 2); электрогидравлическая обработка ствола скважины (этап 3); определение абсолютных отметок возможных ушире-ний вдоль длины скважины по результатам электрогидравлической обработки (этапы 4, 5); армирование буровой скважины заполненной мелкозернистым бетоном, электрогидравличекой обработкой пространственными армокаркасами (этап 6).
Особо следует обратить внимание на этап 4. Электрогидравлической обработкой, заполненной мелкозернистым бетоном, вдоль ствола сваи с помощью излучателя прощупываются слабые слои грунта (этап 3). Абсолютные отметки со слабыми слоями заносятся в журналах производства работ. Следует помнить, что слабыми слоями (конкретно для технологии-ЭРТ) считаются отметки с повышенными значениями уходов (опусканий) мелкозернистого бетона, наблюдаемых визуально или инструментально с помощью геодезических инструментов. Как правило, уширения создаются именно на отметках с повышенными значениями уходов бетона. Электрогидравлическая обработка на этих отметках производится до величин нулевых значений уходов (этап 5). Размеры уширений (объем, м3; радиус, м) можно определить по формуле (4) [4]. Окончательным этапом (этап 6) является армирование буроинъекционной сваи-ЭРТ пространственными армокаркасами.
Для обоснования эффективности использования разных технологических схем ниже приводятся расчеты несущей способности свай-ЭРТ по электроразрядной технологии СП.13330.2011 Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85; по электроразрядной технологии с устройством уширений (подпятников) [1-11].
Научно-технический и производственный журнал
По формуле (7.11) СП.24.13330.2011 несущая способность Fd свай-ЭРТ без уширений определяется по формуле:
Этап 1 <±Г
Этап 2 Этап 3
Этап 4
Этап 5
Этап 6
¡-1
где ус - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый 1; Я - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по табл. 7.2 СП.24.13330.2011; А - площадь опирания сваи на грунт, м; и - наружный периметр поперечного сечения сваи, м; f - расчетное сопротивление ¡-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа (тс/м2), принимаемое по табл. 7.3 СП.24.13330.2011; h. - толщина ¡-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м; усК, у4- коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта и принимаемые по табл. 7.4 СП.24.13330.2011.
В табл. 1 приведен расчет несущей способности буро-инъекционных свай-ЭРТ по СП 13330.2011:
Fd = 1,0[1,3-2000 0,096+1,1 (106+62+66)-3,14 0,35+ +1,3(68+72+74) 3,14 0,35+1,1 (106+110+112) .3,14.0,35+ +1,1 1623,140,35=250+875+305]=1430 кН.
Рис. 1. Технологическая схема устройства свай-ЭРТ (электроразрядная свайная технология). Этапы 1 и 2 — устройство скважины и заполнение ее бетонной смесью; этапы 3, 4, 5 — электроразрядная обработка стенок скважины и забоя; этап 6 — погружение арматурного каркаса: 1 — проходной шнек; 2 — клапан шнека; 3 — электрический излучатель; 4 — пространственный армокаркас; 5 — уширения (подпятники)
Несущая способность свай-ЭРТ с уширениями определяется по формуле 2 [11]:
п п
+ (2)
7-1
1-1
где n - количество уширений; Я.6ок - расчетное сопротив-
ление грунта под j-м уширением; А.6ок- площадь опирания
j-ro уширения, рассчитываемая по формуле:
Таблица 1
1
Подземное строительство
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
Таблица 2
с к определению иесчтщй сппсогшкп! тота < ллй ЭРГ г двум* ушртиянн ¡-гв <»>, Гзддпюпщцвдзпгекдя обработка 1__и
.V?
СЛ-
Пшшгаоййнис
СЛОЯ
Га лиз.
сл.. и
Обо? н ел
г,, м
К
Я-«
кПа
кШм
г*.
вЛз
Уе1 На
м
А],бок = л (Ос х куш)2 / 4 - я Бс2 /Л,
(3)
где Dc -- диаметр скважины; куш - коэффициент ушире-ния, принимаемый по табл. 2 ТР 50-180-06 «Технические рекомендации по проектированию и устройству свайных фундаментов, выполняемых с использованием разрядно-импульсной технологии для зданий повышенной этажности (сваи-РИТ)».
При устройстве уширения на пяте сваи площадь ее опи-рания составит:
ниже первоначального. Следует отметить, что смесь срабатывает при энергии на плюсе излучателя более 30 кДж. На рис. 2 приведена схема устройства уширения (ЭХУ) в скважине заполненной мелкозернистым бетоном.
Для устройства уширений использовались заполненные смесями контейнеры БП и ТБПБ в соотношении 1:1, ПБ и ТБПБ в соотношении 3:1, а также ПБ и ДТПБ в соотношении 1:1 и 3:1. Результаты исследований приведены в табл. 3.
А = к х (рс х куш)1 / 4.
(4)
В табл. 2 приведен расчет несущей способности свай-ЭРТ с тремя уширениями. Диаметры уширений Dуш определены с учетом опытных опусканий ДЫ=0,6-0,7 м.
Электрохимический способ устройства буроинъек-ционных свай с уширениями (ЭХУ) [12]. В этом методе используется недетонирующая экзотермическая смесь, она подается в скважину в капсуле, прилепленной к электрическому разряднику генератора импульсных токов. Внутри капсулы заложена смесь, состоящая из неводных дибензо-илпероксида (БП) и его смеси с дитретбутилпероксидомом (ДТБП) и третбутилпербензоатом (ТБПБ) при различном соотношении. Затем производится электрический разряд в этом объеме, который имеет взрывной характер с большими электродинамическими усилиями, действующими во всех направлениях. При этом часть твердеющего материала внедряется в дно и боковые стенки скважины, упрочняя их, а уровень твердеющего материала занимает положение
Рис. 2. Схема электрохимического уплотнения: 1 — кабель КВИМ; 2 — защита кабеля; 3 — излучатель эклектрической энергии; 4 — капсула с недетонирующей смесью; 5 — мелкозернистый бетон; 6 — уширение (подпятник)
Научно-технический и производственный журнал
Составы недетонирующих смесей для заполнения контейнера
Недетонирующая смесь Масса смеси, кг Температура воспламенения, oC Объем бетона, расходуемого для заполнения скважины, л
Дибензоилпероксид (БП) 0,4 91 40
Смесь ПБ + третбутилпербензоат ТБПБ (1:1) 0,4 190 28
Смесь ПБ + третбутилпербензоат ТБПБ (3:1) 0,5 210 25
Смесь ПБ + дитретбутилпероксидом ДТБП (1:1) 0,4 100 20
Смесь ПБ+ДТБП (3:1) 0,6 120 25
Эффективность используемых недетонирующих смесей определялась по объему бетона, расходуемого для заполнения пустот, которые образуются в результате сгорания недетонирующих смесей, приведенных в табл. 3.
Ниже в табл. 4 приведен расчет несущей способности Fd сваи-ЭРТ с тремя уширениями: образованными электрогидравлической обработкой, их и дополнительно электрохимическим уширением:
Р^Ус {УсяЯА^сяЪ^воЛ.бо.+иЪ Го//А) = = 1[1,32000(0,27-0,09)+1,3 850 (0,24- -0,09)+1,3. . 1400(0,260,09)+1,1 3,14 0,35(106+62+66+106+110+112)+ +1,33,140,35(68+72+74)]=452+159+298+1180=2090 кН.
Расчеты несущей способности буроинъекционных свай-ЭРТ трех типов, приведенных в табл. 1, 2 и 4, сведены в табл. 5.
Из приведенных расчетов в табл. 5 заметно выделяется преимущество электрохимической технологии устройства буроинъекционных свай с помощью уширений (подпятников). Электрохимическая технология обладает дополни-
Таблица 3 тельными преимуществами по сравнению с электрогидравлическим способом устройства уширений. В технологии ЭХУ за счет не-детонирующего взрыва создается дополнительное уши-рение. Тем самым Fd этих свай выше Fd буроинъекционных свай приведенных в поз. 1 и 2 табл. 5.
Буроинъекционные или буронабивные сваи с уширениями, устраиваемые механическим способом (МУ). Бу-ронабивные сваи с механическими уширениями впервые начали применяться в 1970-х гг. [13]. Технология устройства таких свай предполагает выбуривание скважины глубиной 5,5-6 м буровой установкой БКГМ - 63. Затем при помощи уширителя, расположенного на одной оси с буром - устраиваются уширения. Осыпающийся грунт удаляется буровым инструментом. Армирование сваи производится пространственными каркасами в свежеуло-женную бетонную смесь. На рис. 3 приведена схема производства работ.
Самой серьезной проблемой при применении механических уширителей является неопределенность мест разработки уширений по боковой поверхности при устройстве свай в перемежающихся грунтах. Это связано с тем, что даже при проведении изысканий по самым жестким требованиям нормативных документов (здание I уровня ответственности и третьей категории грунтовых условий) сетка по бурению изыскательских скважин составляет 20x20 м.
Таблица 4
Подземное строительство
Ц M .1
Научно-технический и производственный журнал
Рис. 3. Схема производства работ при устройстве набивных свай с уширениями: а — выбуривание скважины; б — разбуривание уши-рений и удаление грунта; в — осмотр готовой скважины и бетонирование; г — монтаж армокаркаса; д — бетонирование верха сваи; е — монтаж сборной сваи; ж — сборно-монолитная свая [13]
Опыт работы показывает, что на расстоянии нескольких метров инженерно-геологические условия могут существенно разниться (встречаются линзы слабых грунтов, изменяются высотные отметки кровли и подошвы инженерно-геологических элементов и т. д.). При ошибке в месте устройства уширения эффективность этой технологии сводится к нулю. Геологический разрез на конкретной скважине опытный бурильщик может примерно оценить по параметрам работы бурового станка и скорости углубления. Но для принятия решения о месте положения конкретного уширения этой информации недостаточно. Кроме того, в неустойчивых грунтовых условиях (пески водонасыщенные, глинистые грунты с показателем текучести ^ 0,5) устройство ушире-
Таблица 5
№ пп Технологические приемы устройства буроинъекционных свай-ЭРТ Несущая способность Fd,, кН.
1 Электроразрядная технология по СП.13330.2011[16] 1430
2 Электроразрядная технология устройства уширений (подпятников) [1-12,14] 1690
3 Электрохимическая технология с устройством уширений (подпятников) (ЭХУ) [13] 2090
ний в принципе невыполнимо. В связи с вышесказанным технология с применением механических уширителей ограничена в применении.
Список литературы
1. Соколов Н.С., Рябинов В.М. Об одном методе расчета несущей способности буроинъекционных свай-ЭРТ // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2015. № 1. С. 10-13.
2. Соколов Н.С., Рябинов В.М. Об эффективности устройства буроинъекционных свай с многоместными уширениями с использованием электроразрядной технологии // Геотехника. 2016. № 2. С. 28-32.
3. Патент РФ № 2282936. Генератор импульсных токов / Н.С. Соколов, Ю.П. Пичугин. Заявл. 4.02.2005. Опубл. 27.08.2006. Бюл. № 24.
4. Патент РФ № 2250958. Устройство для изготовления набивной сваи / Н.С. Соколов, В.Ю. Таврин, В.А. Абрамуш-кин. Заявл. 14.07.2003. Опубл. 27.04.2005. Бюл. № 12.
5. Соколов Н.С. Метод расчета несущей способности буроинъекционных 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.
6. Соколов Н.С., Соколов С.Н., Соколов А.Н. Опыт восстановления аварийного здания Введенского кафедраль-
58| -
References
1. 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).
2. Sokolov N.S., Ryabinov V. M. About efficiency of the device the buroinjektsionnykh of piles with multi-seater broadenings with use of electro-digit technology. Geotechnica. 2016. No. 2, pp. 28-32. (In Russian).
3. 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).
4. 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).
5. 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).
^^^^^^^^^^^^^^ |l0'2016
Научно-технический и производственный журнал
ного собора в г. Чебоксары // Геотехника. 2016. № 1. С. 60-65.
7. 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). 2014. г.Чебоксары. С. 415-420.
8. Патент РФ № 2250957. Способ изготовления набивной сваи / Н.С. Соколов, В.Ю. Таврин, В.А. Абрамушкин. За-явл. 14.07.2003. Опубл. 27.04.2005. Бюл. № 12.
9. 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). 2014. Чебоксары. С. 411-415.
10. Соколов Н.С., Соколов С.Н., Соколов А.Н. Случай восстановления аварийного памятника истории и культуры федерального значения в г. Чебоксары // Материалы 8-й Всероссийской (2-й Международной) конференции «Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции» (НАСКР-2014). 2014. Чебоксары. С. 328-335.
11. Соколов Н.С., Рябинов В.М. Особенности устройства и расчета буроинъекционных свай с многоместными уши-рениями // Геотехника. 2016. № 3. С. 4-8.
12. 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.
13. Тетиор А.Н. Прогрессивные конструкции фундаментов для условий Урала и Тюменской области. Свердловск: Среднеуральское книжное издательство, 1971. С. 84-94.
6. Sokolov N.S., Sokolov S.N., Sokolov A.N. Experience of recovery of a dangerous structure of the Vvedensky cathedral to Cheboksary. Geotechnica. 2016. No. 1, pp. 60-65. (In Russian).
7. 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). 2014. Cheboksary, pp. 415-420. (In Russian).
8. Patent RF 2250957. Sposob izgotovleniya nabivnoi svai [Method of production of a stuffed pile]. N.S. Sokolov, V.Yu. Tavrin, V.A. Abramushkin. Zayavl. Declared 14.07.2003. Published 27.04. 2005. Bulletin No. 12. (In Russian).
9. Sokolov N.S., Viktorov S.S., Fedorov 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). 2014. Cheboksary, pp. 411-415. (In Russian).
10. Sokolov N.S., Petrov M.V., Ivanov V.A. Case of restoration of an emergency historical and cultural monument of federal importance to Cheboksary. 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. 328-335. (In Russian).
11. Sokolov N.S., Ryabinov V.M. Features of the device and calculation the buroinjektsionnykh of piles with manyplaced broadenings. Geotechnica. 2016. No. 3, pp. 4-8. (In Russian).
12. Russian Federation patent for plezny model No. 161650. Ustroistvo dlya kamufletnogo ushireniya nabivnoi konstruktsii v grunte [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).
13. Tetior A. N. Progressive structures of the bases for conditions of the Urals and Tyumen region [Progressivnye konstruktsii fundamentov dlya uslovii Urala i Tyumenskoi oblasti]. Sverdlovsk: Sredneuralsk book publishing house, 1971. pp. 84-94.
_СПЕЦИАЛЬНАЯ ЛИТЕРАТОРА
Малоэтажные жилые дома. Примеры проектных решений
Под руководством академика Л.В. Хихлухи
Альбом «Малоэтажные жилые дома. Примеры проектных решений» разработан на основе и в развитие исследований по теме РААСН «ЖИЛИЩЕ XXI века. Архитектурно-типологические основы проектирования малоэтажного жилища» для применения в практике проектирования застройки городов, пригородных и сельских поселений. Альбом предназначен для архитекторов, специалистов, занятых вопросами жилищного строительства, для органов исполнительной власти в области архитектуры и строительства, а также частных застройщиков; может быть использован как методическое пособие для студентов вузов.
10'2016
Тел./факс: (499) 976-22-08; 976-20-36 www.rifsm.ru
59
