Belgorod, Belgorod, Russian Federation
Belgorod, Belgorod, Russian Federation
GRNTI 67.11 Строительные конструкции
BBK 385 Строительные конструкции
In our country there has emerged a trend of searching up-to-date innovative building technologies, aimed at reducing costs for foundation engineering, reducing the foundations' subsidence and improving their load-bearing capacity. The article presents the findings of research of a screw injection pile.
ground, subsidence, deformation, injection pile, load-bearing capacity
Любое здание или сооружение возводится на грунтовом основании. Его устойчивость, прочность, надежность и нормальная эксплуатация определяется не только конструктивными решениями, но и свойствами грунтов. В условиях роста объема капитального строительства, применения более сложных конструкций зданий, увеличения нагрузок на основание весьма актуальны вопросы разработки надежных рекомендаций по проектированию оснований и фундаментов
В последние годы наблюдается неуклонное увеличение строительства в сложных инженерно-геологических условиях. Все чаще используются для строительства площадки, сложенные слабыми грунтами: илами, рыхлыми песками, заторфованными отложениями, лессовыми просадочными грунтами. Указанные грунты в природном состоянии имеют невысокую несущую способность. В этих условиях прибегают к устройству фундаментов из свай традиционных конструкций и глубокого заложения. Применение вышеназванных конструкций не всегда может обеспечить допустимые значения осадок и несущей способности. Кроме того, это приводит к увеличению затрат на возведение фундаментов в сложных грунтовых условиях.
Современное состояние науки, конструкторской и технологической базы дают широкий выбор средств строительства сооружений в сложных условиях. В их число входят многочисленные способы направленного воздействия на строительные свойства оснований, позволяющих увеличить несущую способность основания. Часто за счет этих мероприятий удается отказаться от применения сложных и дорогостоящих конструкций фундаментов. В мировой практике существуют традиционные и новые технологии и способы усиления оснований. Особенно интенсивно развиваются новые технологии в Германии, Англии, Франции, Италии, Швеции, Финляндии. Причем ведущие фирмы специализируются не только на работах по усилению оснований и фундаментов, но и создают новые технологии, продают разработанное оборудование.
В нашей стране также наметилась тенденция по поиску современных инновационных технологий строительства, направленных на снижение затрат на устройство оснований и фундаментов, снижение осадок оснований и увеличение их несущей способности. Особенно важно это при значительных толщах слабых (структурно-неустойчивых) грунтов. Примером такого подхода к решению подобных задач является: армирование основания вертикальными элементами (Попов А.О.,ПГС №11/2014 стр.27), которое ограничивает деформации как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях; уплотнение и армирование слабых грунтов методом «геокомпозит» (Осипов В.И., Филимонов С.Д. ОФМГ №5/2002 с. 15-21) Совмещение способов увеличения опорной площади свай с применением геотехнологий, позволяющих улучшить механические характеристики основания, еще одно из возможных направлений сокращения стоимости возведения оснований и фундаментов.
Учеными БГТУ им. В.Г. Шухова Ивахнюком В.А., Кочерженко В.В., Чернышом А.С., и др. разработаны, исследованы и запатентованы эффективные конструкции свай. Такими учеными как Карякин В.Ф., Власов Н.Г., Сергеев С.В., Фатеев Н.Т. и др. разработаны способы и методы закрепления грунтов, которые уже широко используются в практике строительства. Освоение и внедрение универсальных новых типов свай, решающих несколько проблем без использования дополнительного оборудования, в практику строительства затруднено ввиду недостаточности экспериментально-технических исследований и недостаточной разработанности методов их расчета и проектирования. В связи с этим актуальным вопросом является разработка новых типов конструкций фундаментов, которые универсально решали бы несколько проблем. Например, увеличение несущей способности при создании сопутствующих противофильтрационных завес. На кафедре городского кадастра и инженерных изысканий БГТУ им. В.Г. Шухова учеными Карякиным В.Ф., Ашихминым П.С., Калачук Т.Г. разработаны конструкции свай, совмещающие в себе еще и функцию инъектора: сваи инъекторы. На наш взгляд, рациональным решением является совмещение способов увеличения опорной площади свай и применение твердеющих растворов для укрепления грунтов. Отличительной особенностью этих разработок является кардинальное изменение в напряженно-деформированном состоянии армированного основания. Изменяются условия деформирования. Передача нагрузки на закрепленное основание позволяет использовать несущую способность грунтового основания в полном объеме
Разработанные сваи-инъекторы позволяют закачивать твердеющий раствор через тело сваи, формируя вокруг конструкции массив армированного грунта прочно адгезионно связанного с телом сваи.
Винтовая свая для рыхлых грунтов (патент на полезную модель№128210 от 25.05.13) относится к области строительства, преимущественно к применения висячих свай, и может быть использована при устройстве свайных фундаментов в рыхлых грунтах большой мощности (рис. 1).
Для исследования работы сваи были проведены натурные полевые исследования на сжимаемость толщи грунта, закрепленного цементом с использованием винтовой сваи. Целевым назначением исследования являлось определение модуля грунта. По данным инженерно-геологических изысканий строительная площадка имеет строение, представленное на рис.2.
Мел ИГЭ-5 в природном залегании имеет значение модуля деформации – 10 МПа. При бурении скважин на глубину до 15м., проходке шурфов и проведении статического зондирования грунтов было установлено, что инъекционный цементный раствор при закачивании его под давлением через сваю распространяется не только в меловом грунте, но в насыпных и песчаных грунтах, т.е., там, где имеются слабые зоны. Отмечено интенсивное распространение инъекционного раствора в его кровле. С глубиной количество инъекционных прожилков уменьшается. По данным статического зондирования установлено, что модуль деформации закрепленного грунта составляет более 20 МПа.
Выравнивание прочностных и деформационных характеристик усиленных цементацией грунтов основания с помощью свай-инъекторов в значительной степени снижает предпосылки для развития неравномерных осадок в последующей эксплуатации здания. Создаваемый в процессе работ жестко-армированный каркас воспринимает нагрузки от здания в зоне его активного воздействия на основание и равномерно перераспределяет нагрузки по всей площади основания. Происходит улучшение механических характеристик вмещающего грунтового массива
Рис. 1. Конструкция винтовой сваи
Приняты следующие обозначения: 1 – хвостовик под патрон бурового вращателя; 2 – полая
(цилиндрическая) центральная труба; 3 – верхний
конусный шнек по трубе; 4 – нижний конусный шнек; 5 – внутренняя трубка; 6 – отверстия для
выхода твердеющего раствора во внутренней трубке;
7 – отверстие во внешней трубе; 8 – пакер над
шнеком; 9 – шайба; 10 – гайка прижимная;
11 – патрубок-штуцер для шланга насоса;
12 – нагнетательный шланг; 13 – массив грунта;
R – радиус закрепления грунта
На основании проведенных исследований следует вывод, что возведение зданий и сооружений на площадках со сложными инженерно-геологическими условиями возможно проводить, уменьшив затраты на строительство фундаментов. Однако, при проектировании необходимо провести тщательное исследование физико-механических характеристик грунтов и гидрогеологических условий в период строительства и эксплуатации.
Рис. 2. Инженерно-геологический разрез
1. Chernysh A.S., Kalachuk T.G., Ashihmin P.S. Issledovanie raboty svai-in'ektora v armirovannom geomassive // Izvestiya OrelGTU. Seriya: Stroitel'stvo i transport. 2008. №4-20. S. 49-53.
2. Popov V.A. Nesuschaya sposobnost' i osadki gruntovyh osnovaniy, armirovannyh vertikal'nymi elementami // Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2014. №11. S. 27-29.
3. Kalachuk T.G., Yur'ev A.G., Karyakin V.F., Merkulov S.I. Povyshenie nesuschey sposobnosti opornyh konstrukciy v dispersnyh gruntah // Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2014. №11. S. 73-75.
4. Sergeev S.V., Karyakin V.F., Kalachuk T.G., Piri S.D. Obosnovanie shemy armirovaniya slabyh osnovaniy napravlennym gidrorazryvom // Materialy mezhdunarodnogo simpoziuma, OAO «VIOGEM», Belgorod, 2015.S. 231-235.
5. Kalachuk T.G. Himicheskoe zakreplenie lessovyh gruntov silikatizaciey // Novaya nauka: Opyt, tradicii, innovacii. 2015. № 4-2. S. 143-147.
6. Osipov V.I., Filimonov S.D. Uplotnenie i armirovanie slabyh gruntov metodom «geokompozit» // Osnovaniya, fundamenty i mehanika gruntov. 2002. №5. S.15-21.
7. Kalachuk T.G., Shin E.R. O vidah defor-macii lessovyh prosadochnyh gruntov // Vest-nik BGTU im. V.G. Shuhova. 2016. №5. S. 11-15.
8. Rzhanicin B.A. Himicheskoe uprochnenie gruntov v stroitel'stve. M.: Stroyizdat, 1986, 179 s.
9. Chernysh A.S., Karyakin V.F., Ashihmin P.S. Issledovanie effektivnosti primeneniya visyachih svay v slozhnyh inzhenerno-geologicheskih usloviyah. // Sbornik nauchnyh trudov konferencii «Nauchnye issledovaniya, avtomatika i dinamika mashin, innovacionnye i sredozaschitnye tehnologii v tehnosfere»: Kursk, 17-20 dekabrya 2007g. / Kurskiy institut social'nogo obrazovaniya (filial) RGSU. Kursk, 2007. S. 15-18.
10. Chernysh A.S., Zolotarev K.V. Vliyanie formy svay s razvitoy bokovoy poverhnost'yu na nesuschuyu sposobnost' // Sbornik materialov III Mezhdunarodnoy nauchno-tehnicheskoy internet-konferencii «Stroitel'stvo, rekonstrukciya i vosstanovlenie zdaniy gorodskogo hozyaystva», Har'kov, 15.04-15.05.2012 g. / Har'kovskaya nacional'naya akademiya gorodskogo hozyaystva. Har'kov, 2012. S. 98-102.
11. Chernysh A.S., Zolotarev K.V. O nesuschey sposobnosti svay s razvitoy bokovoy poverhnost'yu // Vestnik BGTU im. V.G. Shuhova. 2014. №6. S. 91-95.
