Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Теория и практика создания буроинъекционных свай ЭРТ (РИТ, ФОРСТ, ЭРСТ)

Покупка
Основная коллекция
Артикул: 791796.01.99
Приведены методы и разработаны методики расчетов несущей способности буроинъекционных свай повышенной несущей способности Fd по грунту. Разработанные алгоритмы расчета Fd апробированы в полевых условиях в течение длительного периода времени. Показано хорошее соответствие результатов теоретических расчетов и экспериментальных исследований. Описаны технологии создания буроинъекционных свай ЭРТ (РИТ, ФОРСТ, ЭРСТ), технологии строительства новых зданий в условиях старой застройки, а также технологии обеспечения устойчивости склонов. Для специалистов в области строительства. Может быть полезно студентам строительных направлений подготовки.
Соколов, Н. С. Теория и практика создания буроинъекционных свай ЭРТ (РИТ, ФОРСТ, ЭРСТ) : монография / Н. С. Соколов. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 288 с. - ISBN 978-5-9729-1083-0. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1903451 (дата обращения: 29.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.

Н. С. Соколов





ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СОЗДАНИЯ БУРОИНЪЕКЦИОННЫХ СВАЙ ЭРТ (РИТ, ФОРСТ, ЭРСТ)

Монография
















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022

УДК624.15
ББК38.58
    С59

Рецензенты:
   д-р физ.-мат. наук, профессор, заведующий кафедрой прикладной физики и нанотехнологий ФГБОУ ВО «ЧГУ им. И. Н. Ульянова»
В. С. Абруков;
канд. техн. наук, доцент ФГБОУ ВО «ПГТУ» В. Е. Глушков


    Соколов, Н. С.

С59 Теория и практика создания буроинъекционных свай ЭРТ (РИТ, ФОРСТ, ЭРСТ) : монография / Н. С. Соколов. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 288 с. : ил., табл.
        ISBN978-5-9729-1083-0

    Приведены методы и разработаны методики расчетов несущей способности буроинъекционных свай повышенной несущей способности Fd по грунту. Разработанные алгоритмы расчета Fd апробированы в полевых условиях в течение длительного периода времени. Показано хорошее соответствие результатов теоретических расчетов и экспериментальных исследований. Описаны технологии создания буроинъекционных свай ЭРТ (РИТ, ФОРСТ, ЭРСТ), технологии строительства новых зданий в условиях старой застройки, а также технологии обеспечения устойчивости склонов.
    Для специалистов в области строительства. Может быть полезно студентам строительных направлений подготовки.

УДК624.15
                                                 ББК38.58








ISBN 978-5-9729-1083-0

   © Соколов Н. С., 2022
   © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
                          © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

    ПРЕДИСЛОВИЕ


    В настоящее время все большую актуальность в промышленном и гражданском строительстве вызывает такая область геотехники как усиление оснований фундаментов, строительство зданий и сооружений в стесненных и особо стесненных территориях, строительство на пересеченных территориях, а также на склонах. Такие специфические геотехнические работы следует производить при:
    а) увеличении нагрузок на фундаменты;
    б) неравномерных осадках зданий и сооружений;
    в)     понижении полов подвалов существующих объектов с целью приспособления их с вновь застраиваемыми зданиями и сооружениями;
    г)     при стесненных условиях внутриквартальной застройки, если существующие здания находятся в зоне геотехнического риска;
    д)     превентивном усилении зданий вдоль автомобильных и железнодорожных трасс ит.д.;
    е)     при строительстве в стесненных и особо стесненных условиях городской застройки;
    ж)      при наличии в основании слабых перемеживающихся инженерно-геологических элементов;
    з)     при наличии в пределах зоны геотехнического влияния объектов существующей застройки.
    Крайне интересным вариантом представляется устройство микросвай с высокой несущей способностью. Наиболее эффективным способом усиления оснований фундаментов зданий и сооружений считается устройство буровых (буроинъекционных) свай усиления (БСУ). Во многих случаях в настоящее время альтернативы им просто не существует. Основным видом БСУ в настоящее время являются буроинъекционные сваи. При этом при всех достоинствах буроинъекционных свай им присущи многие недостатки.
    К наиболее существенным из них следует отнести: а) значительные технологические и эксплуатационные осадки (осадки, связанные со способом бурения скважины); б) низкая несущая способность (НС) буроинъекционных свай по грунту, в связи с их малым диаметром и, соответственно, малой боковой поверхностью и площадью опирания пяты сваи.
    Здесь следует отметить, что рассмотрение перспектив увеличения несущей способности свай усиления, свай в свайных полях следует оценивать с точки зрения возможностей буровой техники, позволяющей изготовление таких свай в стесненных условиях (в том числе, из

3

подвалов существующих зданий). Это накладывает жесткие ограничения на геометрические параметры буровой техники (высота в рабочем положении не более 2,0 м) и, как следствие, на их мощностные характеристики.
    В настоящей монографии рассматриваются перспективы разработки и внедрения геотехнологий, позволяющих изготавливать буровые (буроинъекционные) сваи с повышенными значениями (по сравнению с буроинъекционными сваями без технологической обработки грунта стенок и устья скважин) несущей способности Fd по грунту и с минимальными значениями технологических и эксплуатационных осадок.

4

Глава 1. ГЕОТЕХНИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ УСТРОЙСТВА СВАЙ ПОВЫШЕННОЙ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

    1.1. Подходы к увеличению несущей способности буроинъекционных свай ЭРТ (РИТ, ФОРСТ, ЭРСТ)

    В настоящее время все большую потребность вызывает такая область геотехнического строительства как усиление фундаментов. Эти работы необходимо производить при: увеличении нагрузок на фундаменты; неравномерных осадках зданий и сооружений; понижении полов подвалов; внутриквартальной застройке, если существующие здания находятся в зоне риска; превентивном усилении зданий вдоль трасс, реконструируемых или вновь создаваемых коллекторов.
    Одним из вариантов решения указанных задач являются мероприятия по повышению несущих свойств грунтов оснований фундаментов (смолизация, силикатизация и т. п.), однако применение этих технологий весьма ограничено по требованиям экологической безопасности и эффективности.
    Крайне интересным вариантом представляется устройство микросвай с высокой несущей способностью.
    Наиболее эффективным способом усиления оснований фундаментов зданий считается устройство буровых свай усиления (БСУ). Во многих случаях в настоящее время альтернативы им просто нет. Основным видом БСУ в настоящее время являются буроинъекционные сваи. Процесс изготовления таких свай включает в себя:
    1 - бурение скважины;
    2 - заполнение скважины мелкозернистым бетоном;
    3 - установка пространственного армокаркаса;
    4     - опрессовка грунта стенок и устья скважины давлением 2,0-10,0 атм (200,0-10000,0 кПа).
    При этом при всех достоинствах буровых (буроинъекционных) свай им присущи многие недостатки.
    К наиболее существенным из них следует отнести:

    а)     значительные технологические и эксплуатационные осадки (осадки, связанные со способом бурения скважины)

    Здесь следует отметить, что основными способами бурения скважин для устройства буроинъекционных свай в настоящее время являются бурение под защитой тиксотропного глинистого раствора и шнековое бурение.


5

    Бурение под защитой тиксотропного глинистого раствора представляется малоперспективным в связи со сложностью, а часто и невозможностью устройства зумпфов (например, в условиях подвалов), проблемами с утилизаций отработанного бурового раствора, низкой несущей способностью в связи с тем, что глинистая корка на стенках буровой скважины не позволяет обеспечить надежный контакт боковой поверхности буровых (буроинъекционных) свай с грунтом и т. п.
    Недостатком шнекового бурения является извлечение большого объема бурового шлама, остающегося на забое скважины. Это в основном связано с конструкцией шнекового долота (породоразрушающие элементы находятся на расстоянии 10,0-15,0 см от породоудаляющих шнеков). Кроме того, при шнековом бурении происходит существенное ослабление физико-механических характеристик грунта вдоль глубины скважины, не восстанавливающихся со временем. Необходимо отметить, что собственного веса твердеющего мелкозернистого бетона и давления опрессовки недостаточны для качественного уплотнения шлама и восстановления физико-механических характеристик грунта на забое скважины в первоначальное состояние. Это обстоятельство влечет за собой существенные технологические и эксплуатационные осадки.

    б)     низкая несущая способность (НС) буроинъекционных свай, в связи с их малым диаметром (до 300,0 мм) и, соответственно, малой боковой поверхностью и площадью опирания пяты сваи

    Здесь следует отметить, что рассмотрение перспектив увеличения несущей способности свай усиления следует оценивать с точки зрения возможностей буровой техники, позволяющей изготовление таких свай в стесненных условиях (в том числе, из подвалов существующих зданий). Это накладывает жесткие ограничения на геометрические параметры буровой техники (высота в рабочем положении не более 2,0 м) и, как следствие, на их мощностные характеристики.
    За рубежом в качестве материала сваи применяют закрепляющие цементные растворы (технологии «Titan», «Soilex»). Отечественные геотехники не рекомендуют использовать в качестве конструктивного материала чистоцементные растворы. В настоящей монографии рассматриваются перспективы разработки и внедрения геотехнологий, позволяющих изготавливать БСУ повышенными значениями (по сравнению с буроинъекционными сваями без технологической обработки грунта стенок скважин) несущей способности Fd и с минимальными значениями технологических и эксплуатационных осадкок.


6

    Наиболее перспективными в этом направлении в настоящее время являются геотехнические технологии, позволяющие увеличивать контролируемые параметры сваи (диаметр, несущая способность) с одновременной минимизацией величин осадок.
    К указанным геотехническим технологиям относятся:
    1.      Электроразрядные технологии ЭРТ (РИТ, ЭРСТ, ЭРГТ, ФОРСТ, НИИОСП).
    2.      Геотехнические технологии изготовления буронабивных (буроинъекционных) свай.
    3.      Геотехнические технологии изготовления свай с многоместными уширениями.
    Ниже в разделах 1 - 5 рассмотрены геотехнические технологии позволяющие увеличивать несущую способность буровых (буроинъекционных) свай по грунту.

1.1.1. Сваи, выполняемые по электроразрядным технологиям ЭРТ (РИТ, ЭРСТ, ФОРСТ)

    При изготовлении свай по электроразрядным технологиям (технология ЭРТ), создаются уширения на пяте и боковой поверхности сваи. Одновременно уплотняется грунт, примыкающий к свае. Вышесказанное влечет за собой существенное увеличение несущей способности буровых (буроинъекционных) свай. Высокая несущая способность сваи ЭРТ (РИТ, ФОРСТ, ЭРСТ) объясняется контролируемым увеличением площади опирания сваи и созданием зоны уплотнения грунтов под пятой сваи, как у забивной сваи c диаметром низа равным фактическому диаметру уширения. Применение буроинъекционных свай ЭРТ (РИТ, ФОРСТ, ЭРСТ) позволяет качественно уплотнить буровой шлам на забое скважины, сводя к минимуму технологические осадки.
    Высказывается мнение, что технология ЭРТ неэффективна и, даже, более того, вредна с точки зрения динамического воздействия на окружающие здания и сооружения.
    При этом не говорится, что на сегодняшний день изготовлены сотни тысяч свай буроинъекционных ЭРТ в России, Германии Южной Корее. В Москве и Московской области, Санкт-Петербурге и Ленинградской области, Курске и Курской области, Самара, Пенза, Саранск, Йошкар-Ола и Республике Мариэль, Чебоксарах и Чувашской Республике, Нижнем Новгороде и Нижегородской области и др. городах и областях успешно выполнено несколько тысяч объектов геотехнического строительства. Проведенные статические испытания свай на

7

вертикальную вдавливающую нагрузку на многих объектах геотехнического строительства показали высокую эффективность использования электроразрядной технологии устройства буроинъекционных свай.
    Что касается динамического воздействия на окружающие здания и сооружения, к сожалению, не указывается, о какой из областей применения ЭРТ говорится. Следует отметить, что электроразрядная технология применяется кроме изготовления буроинъекционных свай ЭРТ (РИТ, ФОРСТ, ЭРСТ) для нижеприведенных геотехнических случаев:
    1.     Укрепления стен и тела фундаментов зданий и сооружений (в этом случае энергия разряда-электрогидравлического удара составляет 2,0-4,0 кДж);
    2.     Устройства грунтовых анкеров ЭРТ (энергия разряда -электрогидравлического удара в зависимости от диаметра, их длины и инженерно - геологических условий строительной площадки варьируется от 5,0 до 80,0 кДж);
    3.     Цементации слабых оснований, а также с перемеживающи-мися инженерно-геологическими элементами фундаментов, склонов;
    4.     Устройства грунтовых нагелей. При этом не приводится документально подтверждающих фактов чрезмерного динамического воздействия. Специалистами Московского государственного университета им. Ломоносова, научно-производственных фирм «РИТА», «Элстром РИТ» и «ФОРСТ» доказано, что электрический разряд с энергией 60,0 кДж (что значительно выше, чем фактически применяемые энергии) при заглублении излучателя более 4,0 м безопасен для окружающих зданий и сооружений. Кроме того, проведенные в Санкт-Петербурге в 2005 году исследования подтвердили абсолютную сейсмобезопасность применения рассматриваемой геотехнической технологии на конкретном объекте.
    Достоинство электроразрядной технологии ЭРТ заключается в том, что при электрогидравлической обработке грунта стенок скважин в среде мелкозернистого бетона происходит увеличение несущей способности сваи за счет вовлечения окружающего грунта в совместную работу (от 20,0 до 50,0 %) по сравнению с другими типами буровых свай с аналогичными геометрическими параметрами. При этом анализ результатов статических испытаний свай на вертикальную вдавливающую нагрузку различных типов позволяет сделать вывод, что при нагружении сваи до момента ее срыва по боковой поверхности основной вклад в несущую способность сваи ЭРТ (РИТ, ФОРСТ, ЭРСТ) вносит несущая способность сваи по пяте. С учетом вышесказанного


8

напрашивается идея устройства дополнительных уширений (подпятников) вдоль ствола буроинъекционных свай ЭРТ (РИТ, ФОРСТ, ЭРСТ) изготавливаемых по электроразрядной технологии.

    1.1.1.1. Оценка эффективности применения электроразрядных технологий при проведении работ по укрепительной цементации фундаментов и контакта «фундамент-грунт» на объекте по адресу: Санкт-Петербург, ул. Якубовича

    В августе 2009 г. ООО «Циклон» (субподрядчик ООО НПФ «ФОРСТ») выполнило работы по укреплению тела фундаментов здания Арбитражного суда по адресу: Санкт-Петербург, ул. Якубовича, д. 6.
    Геотехнические работы производились в следующей последовательности:
    1.     Бурение скважины алмазным породоразрушающим инструментом 0 62,0 мм до проектной отметки (геометрический объем скважин - от 6,0 до 11,0 л);
    2.     Заполнение скважины цементным раствором. Работы на данном этапе характеризовались значительными расходами раствора (до 200,0 л на скважину);
    3.     Обработка грунта стенок и устья скважины в заполненной мелкозернистым бетоном по электроразрядной технологии (технология ЭРТ): - при цементации тела фундамента энергия разряда составляла 2,0 кДж, - при цементации контакта «фундамент - грунт» энергия разряда составляла 4,0 кДж.
    По мере ухода мелкозернистого бетона при ЭРТ производился постоянный его долив. Объем долитого бетона на каждой скважине составлял от 24,0 до 36,0 л (от 3,0 до 7,0 геометрических объемов скважины).
    Для проверки качества работ было пробурено две контрольные скважины. При этом отмечено, что при бурении указанных скважин отсутствовало поглощение промывочной жидкости, что свидетельствует об отсутствии пустот в фундаменте. Кроме того, по требованию заказчика, был откопан шурф. Визуальный осмотр фундамента (наличие выходов цементного раствора) подтвердил высокое качество проведенных работ.

1.1.2. Изготовление буронабивных и буроинъекционных свайусиления

    Технология устройства набивных свай малого диаметра весьма перспективна и позволяет существенно увеличивать несущую способ

9

ность свай. Так, по данным Р.А. Мангушева и А.И. Осокина несущая способность набивной сваи по боковой поверхности на 30,0 %, а по пяте на 70,0 % больше несущей способности буроинъекционных свай, выполненных по традиционным геотехническим технологиям.
    Высокая несущая способность набивных свай подтверждается результатами исследований к.т.н. Багдасарова Ю. А. (НИИ оснований и подземных сооружений им. Н. М. Герсеванова).
    К очевидным достоинствам набивных свай усиления следует отнести отсутствие технологических осадок (грунт не разрушается, а раздвигается в радиальном направлении).
    Особо следует отметить, что изготовление таких свай осуществляется без выноса грунта, что крайне важно в условиях ограниченности строительной площадки и, особенно, при работе в подвалах.
    Устройство набивных (буроинъекционных) свай может осуществляться раскаткой предварительно пробуренной скважины меньшего диаметра.
    Для этого возможно использование раскатчиков с цилиндрическими и коническими вращающимися катками, предназначенными для работы в подземных коммуникациях. Эти раскатчики показали свою эффективность при устройстве свай в предварительно пробуренных скважинах малого диаметра (есть успешный опыт работы по изготовлению таких свай на ряде объектов).
    Однако двойная проходка скважины делает этот процесс слишком длительным и экономически невыгодным.
    Изготовление свай усиления по технологии DDS (технология уплотнения с помощью раскатчиков) в ее классическом виде представляется маловероятным по следующим причинам:

    1)     слишком большие затраты на преодоление сил трения инвентарных труб

    К тому же, спуско-подъемные операции (особенно в подвалах) делает этот процесс неконкурентоспособным по сравнению с другими технологиями изготовления свай в связи с его большой многодельностью.
    Снижения энергетических затрат можно добиться отказавшись от применения обсадной колонны. Буровая колонна должна состоять из стандартных буровых штанг диаметром 89,0 мм с отдельными шнековыми секторами левой навивки. При этом, подача твердеющего материала осуществляется вслед за раскатчиком, принудительно внедряя твердеющий материал в стенки скважины, создавая избыточное давление в зонах слабых грунтов. Плотность твердеющего мелкозернистого


10