Буроинъекционные компенсационные сваи


Действующие строительные нормы регламентируют предельные дополнительные суммарные осадки реконструируемых зданий и сооружений в зависимости от категории их технического состояния. При этом суммарные осадки включают конструктивные осадки, вызванные увеличением нагрузки на фундамент, технологические и эксплуатационные [1–3].

Технологические осадки, как правило, значительны и достигают величин сопоставимых с эксплуатационными и конструктивными осадками.

В приведенной ниже таблице даны приблизительные усредненные технологические осадки зданий при традиционных методах усиления их фундаментов, полученные при наблюдениях и мониторинге большого количества объектов в процессе проведения работ по усилению оснований и фундаментов и способы их минимизации.

При устройстве буроинъекционных свай по п. 2 таблицы 1 следует выполнять мероприятия, способствующие минимизации технологических осадок укрепляемых фундаментов.

Мероприятия можно разделить на пассивные (профилактические) и активные.

К пассивным мероприятиям можно отнести различные приемы уменьшения выноса грунта при бурении скважин, снижение динамических и вибрационных воздействий на усиливаемые фундаменты (Табл.1, п.1). Снижение динамических воздействий по сравнению со сваями РИТ (разрядно-импульсная технология) достигается применением повышенного давления опрессовки по патентам [7–13] при сохранении высокой несущей способности, присущей для свай РИТ.

При бурении в водонасыщенных песчаных и супесчаных грунтах происходит повышенный (по сравнению с геометрическим объемом скважин) вынос выбуренного грунта, особенно в случае бурения наклонных скважин. Объем выноса можно существенно снизить несколькими конструктивными и технологическими мероприятиями:

  • увеличением диаметра ствола бурового шнека при сохранении наружного диаметра по реборде (уменьшением ширины реборды);
  • уменьшением наклона скважин к вертикали, что требует, как правило «забуривания» скважин в стену укрепляемого здания или устройством вертикальных свай с объединением их ростверками, сопряженными с усиливаемыми фундаментами;
  • увеличением давления на грунт забоя скважины при бурении;
  • снижением скорости проходки скважин с «расходкой» инструмента (возвратно-поступательные движения бурового става) и затиркой стенок скважин;
  • применением бурового става с встроенными струйными мониторами по патенту РФ № 109475 [4].
Буроинъекционные компенсационные сваи

Важным мероприятием по снижению технологических осадок и удешевлению работ по усилению фундаментов является уменьшение диаметра скважин, пробуренных в стенах и фундаментах для буроинъекционных свай без уменьшения диаметра самих свай. Для того, чтобы уменьшение диаметра скважин в стенах и фундаментах не повлияло на уменьшение диаметра сваи, под подошвой фундамента в стволе сваи выполняется уширение за счет размыва стенок скважины в грунте ниже подошвы фундамента водоцементной струей, исходящей с бурового долота полого герметичного шнека через установленные в нем мониторы (рис. 1,2) и подаваемой под давлением 6–7 МПа через них.

Значительное сокращение трудовых и материальных затрат при выполнении пассивныхмероприятий по уменьшению выноса грунта при бурении скважин для буроинъекционных свай может дать применение раскатчиков или специальных буровых снарядов. Один из таких снарядов [5] представлен на рис. 3,4.

Работает снаряд (рис.3,4) следующим образом: после подсоединения снаряда к вращателю буровоймашины и подачи бурового раствора к вращающемуся шарошечному долоту 5 через центральную буровую штангу 4 происходит погружение вращающегося снаряда в пробуриваемую скважину. При погружении и вращении снаряда происходит выбуривание и выход породы из скважины за счет промывки через отверстия 7 в корпусе снаряда. Поскольку диаметр породоразрушающего инструмента — шарошечного долота меньше диаметра вышерасположенного конусного корпуса 3, при бурении происходит уплотнение стенок скважины и их затирка конусными стенками корпуса бурового снаряда при его принудительном погружении в скважину. За счет уплотнения грунта, окружающего скважину уменьшается объем выноса выбуренного грунта и происходит увеличение горизонтальных напряжений в грунте, а благодаря затирке стенки скважины увеличивается ее устойчивость. Уплотнение грунта приводит к росту кольцевых горизонтальных напряжений вокруг стенок скважины, что частично компенсирует уменьшение напряжений, происходящих в результате выемки грунта из скважины при ее бурении. Излишки выбуренной породы выходят вместе с буровым раствором через отверстия 7 в снаряде. Бетонирование скважины также осуществляется с помощью того же снаряда, погружением его на забой пробуренной скважины,подавая в него после окончания бурения мелкозернистый бетон и постепенно извлекая его из скважины с подачей мелкозернистого бетона с избыточным давлением 0,3–0,5 МПа. Избыточное давление создается за счет грунтовой пробки, сформированной над снарядом при извлечении его из скважины. Затем в заполненную бетоном скважину устанавливают арматурный каркас.

Буроинъекционные компенсационные сваиБуроинъекционные компенсационные сваи

Таблица 1. Причины, величины технологических осадок и способы их минимизации

Вид фундаментов Способ усиления Технологическая осадка, мм Причины технологических осадок Способы минимизации технологических осадок
Бутовые и кирпичные ленточные, столбчатые, плитные Цементация фундаментов и контакта фундаментгрунт, инъекционное укрепление оснований 3-10* 1.Динамическое воздействие на фундамент и стены при бурении скважин для инъекций. 2.Повышенные влажность основания и длительность твердения инъекционных растворов в грунте. 3. Наличие пустот под подошвой фундаментов 1. Увеличение промежутков времени между выполнением работ на соседнихзахватках (увеличение «разбежки»). 2.Применениеколонкового и алмазного сверления существующих фундаментов с извлечением выбуренного керна вместо ударного бурения. 3.Цементирование вначале контакта фундамент-грунт, и только после этого самого фундамента. 4.Использование ускорителей твердения цемента и инъекционных растворов.
Бутовые, кирпичные, бетонные ленточные, столбчатые, плитные Буроинъекционные сваи 5-20* 1.Повышенный вынос грунта при бурении скважин в объеме большем, чем объем бурового инструмента. 2.Динамическое воздействие на фундамент и основание при проходке скважин и устройствебуроинъекционных свай. 3.Недостаточная или несвоевременная опрессовка скважин. 4. Усадка бетона в скважине Пассивные мероприятия: 1. Увеличение диаметра ствола (трубы) шнека 2. Уменьшение угла наклона скважин к вертикали 3. Снижение давления на грунт забоя скважины при бурении, снижение скорости проходки скважин с «расходкой»бурового инструмента и «затиркой» стенок скважины. 4. Применение бурового става с встроенными струйными мониторами по патенту РФ № 109475 [4]. 5.Применение бурового снарядапо патенту РФ № 2255183 [5]. Активные мероприятия: 1.Безосадочные компенсационно — буроинъекционныесваи по патенту РФ № 112913 [6]. 2.Применение бурового става для повышения давления опрессовки по патенту РФ № 95687 [7]. 3.Применение способа поддержания начального напряженно-деформированного состояния грунта по патенту РФ № 2422592 [8] 4. Применение буроинъекционной реверсивной компенсационной сваи [9]
П р и м е ч а н и е
* Большие значения технологических осадок соответствуют наличию в основании усиливаемых фундаментов рыхлых песков, насыпных грунтов, высокого уровня подземных вод, низкой прочности кирпичной и бутовой кладок фундаментов, применению динамических методов бурения скважин, несоблюдении принципа работ «по захваткам» и т.п.

Наибольший интерес в качестве мероприятий по уменьшению технологических осадок при устройстве буроинъекционных свай представляют т.н. активные мероприятия. К ним можно отнести применение:

  • бурового става для повышения давления опрессовки по патенту РФ № 96687 [7];
  • безосадочных буроинъекционных– компенсационных свай [6, 9];
  • способа поддержания начального напряженно-деформированного состояния грунта по патенту РФ № 2422592 [8] (совмещение струйной и компенсационной технологий).

Способ с применением бурового става [7] заключается в восстановлении первоначального напряженного состояния грунтов в основании фундамента, существующего до бурения скважин для буроинъекционных свай. При обычной длине буроинъекционных свай 12–20 м бытовое давление в грунте под нижним концом свай составляет 0,2–0,4 МПа. Для эффективной компенсации уменьшения напряжений в грунте, возникающего от образования в грунте полости — скважины, необходимо приложить давление опрессовки не менее 0,3–0,5 МПа по всей высоте скважины.

Для этого применяется специальный буровой став, способный создавать давление нагнетаемого мелкозернистого бетона, достаточное для восстановления первоначального напряженного состояния. Отличие его от обычных буровых ставов заключается в том, что в буровом ставе1,3 (рис.5,6) имеется утолщенный шнек 2.Благодаря такой конструкции бурового става при бурении скважины до заданной глубины и закачки бетона в скважину происходит формирование уплотненной грунтовой пробки — грунтового «сальника»- своеобразного пакерамежду утолщенным шнеком и последующими шнеками.Образование пакера происходит за счет разности скоростей поступления грунта в суженной 4 и обычной 5 части скважины. Наличие грунтового «сальника» позволяет создать давление опрессовки до 0,5 МПа.

Буроинъекционные компенсационные сваиБуроинъекционные компенсационные сваи

При устройстве буроинекционных свай различают два отдельных процесса-бурение скважины и заполнение ее твердеющим материалом при избыточном давлении.

В предлагаемом буровом ставе, состоящем из сборных герметичных полых шнеков, защищенном патентом № 95687, отличающийся тем, что после первого головного шнека в буровом ставе установлен утолщенный полый герметичный шнек, а последующие шнеки не отличаются по диаметру от первого. Таким образом, утолщенный шнек выполняет роль уплотняющего сальника и своеобразного поршня при закачке через окно сдвижного золотника мелкозернистого бетона. Благодаря отсутствию зазора между стенкой скважины и ребордой шнека на отрезке скважины в пределах головного шнека при опрессовке удается создать повышенное давление, достигающее 0,3–0,5 МПа. Процесс образования уплотняющего грунтового сальника ясен из рассмотрения процесса бурения скважин для устройства буроинъекционных свай предлагаемым буровым ставом по патенту № 95687.

Согласно известным представлениям [10] при шнековом бурении частица породы, отделенная буровым долотом, попадает на спираль шнека и начинает вращаться вместе с ним. За счет вращательного движения на частицу действует центробежная сила, отбрасывающая ее от центра вращения. Поскольку движение частицы по радиусу ограничено стенкой скважины, центробежная сила прижимает частицу к стенке, и со стороны стенки скважины на частицу будет действовать реакция, равная центробежной силе:

Буроинъекционные компенсационные сваи

где m — масса частицы; ω — частота вращения шнека; R — максимальный радиус шнека.

Под действием силы трения о стенку частица породы частично или полностью удерживается от вращения, а точка шнека, на которой лежала частица, продолжает вращаться, в результате чего возникает перемещение частицы относительно шнека.

Вертикальная составляющая скорости перемещения частицы Vz, или скорость транспортирования породы определяет возможности шнекового бурения. Если объем породы, получаемой в результате бурения и подаваемой на спираль шнека Qш, будет больше транспортирующей способности шнека Qш, то произойдёт уплотнение и слипание породы, образование сальника и прекращение или замедление транспортировки породы.

Va= Vb + Vr, где Vb = ωR — окружная скорость вращательного движения шнека; Vr = φR — уменьшение скорости вращательного движения частицы за счет ее торможения трением о стенку скважины.

Как видно из схемы (рис. 1), подъем породы обусловлен наличием положительного угла у между абсолютной и переносной скоростями. Значение абсолютной скорости из схемы составляет:

Va = ωRsin α / sin (α + γ),

Вертикальная составляющая скорости движения частицы равна:

Vz = ωRsin α sin γ / sin (α + γ)

Угол γ представляет собой угол подъема траектории частицы грунта по стенке скважины. Фактическая траектория движения частицы породы при шнековом бурении представляет собой левую спираль с углом подъема γ.

В предлагаемом нами буровом ставе на пути перемещения породы возникает местное препятствие на стыке между головным (имеющим радиус R) и последующим (имеющим радиус Ry) шнеками в виде увеличения диаметра реборды второго шнека (R > Ry). В стыке в точке увеличения диаметра вертикальная скорость частицы вдоль реборды второго шнека вначале падает (см. формулы 1–3), а затем по мере ее транспортирования вдоль второго шнека с большим радиусом реборды Ry возрастает, а затем снова снижается, попадая на следующий за вторым шнек с меньшим радиусом R реборды. Таким образом, на втором шнеке, имеющем реборду большего радиуса возникает разрыв скоростей транспортирования породы и в результате в пределах длины утолщенного шнека образуется грунтовый сальник, «герметизирующий» скважину и позволяющий создать повышенное давление опрессовкив пространстве между открывающимся внизу става золотником и грунтовым сальником в пределах длины второго шнека. Движение породы вверх происходит в результате того, что пластичная породная масса образует со спиралью шнека пару «винт-гайка». Породная масса («гайка»), удерживаемая от вращения неровностями ствола, при вращении винтовой поверхности шнека перемещается вверх. Режим ее перемещения определяется частотой вращения шнековой колонны, трением породы о стенки скважины, наличием препятствий в нашем случае в виде утолщения шнеков. Необходимым условием работы шнекового транспортера является замедленное, по сравнению со шнеком, проворачивание породной массы в стволе скважины, что обусловлено различием коэффициентов трения пар «порода ‒порода» (0,8–1,0) и «порода ‒ сталь» (0,3–0,65), что требует применения станков с достаточно мощным вращателем и высоким крутящим моментом.

При опрессовке скважины и заполнении ее мелкозернистым бетоном вращение шнеков прекращают и извлекают шнековую колонну без вращения для лучшей герметизации скважины. При этом грунт, находящийся на реборде шнека превращается в уплотнительный сальник и обеспечивает качественнуюопрессовку скважины при повышенном давлении (0,3–0,5 МПа).Основными признаками качественной опрессовки скважины являются отсутствие пробивания мелкозернистого бетона из устья скважины и выдержка давления опрессовки в течение 3–5 мин.

Для эффективного бурения и опрессовки буровым ставом предлагаемой конструкции необходимо применять энергонасыщенные станки с усилием извлечения и крутящим моментом в 1,2–1,5 раз превышающим сопротивление выдергиванию и провороту шнековой колонны бурового става в скважине.

При выполнении бурения, опрессовке скважины и выборе мощности бурового станка следует учитывать повышенное сопротивление извлечению и вращению бурового става, имеющего второй утолщенный шнек.

Необходимое усилие извлечения бурового става Pс утолщенным шнеком можно выразить следующей формулой:

Буроинъекционные компенсационные сваи

где: Pш — вес буровой колонны ( бурового става) из полых шнеков; Pб — вес бетона, находящегося в полых шнеках; f — удельное трение по боковой поверхности бурового става, определяемого в первом приближении по таблице 7.3 СП 24.13330.2011; h — общая длина бурового става; hy — длина утолщенного шнека; R — радиус бурового става; Ry — радиус утолщенного шнека; P0 — давление опрессовки.

Необходимый крутящий момент вращателя бурового станка M для выполнения бурения с помощью предлагаемой конструкции бурового става можно определить по приближенной формуле:

Буроинъекционные компенсационные сваи
Буроинъекционные компенсационные сваи

На фото (рис. 6) приведен общий вид бурового става по патенту № 95687, использованного ООО «Элитгеотехник» при устройстве буроинъекционных свай для усиления фундаментов офисного здания по адресу: г. Москва, ул. Петровка. 26, стр.3. Диаметры первого (головного, нижнего) и второго утолщенного шнеков составили, соответственно, 152 и 169 мм. Сравнительно небольшая разница в диаметрах позволила использовать для бурения и опрессовки скважин для буроинъекционных свай малогабаритные станки «Стерх», имеющим усилие выдергивания 15 кН и крутящий момент 2300 Нм. Для эффективного бурения и опрессовки буровым ставом предлагаемой конструкции необходимо применять энергонасыщенные станки с усилием извлечения и крутящим моментом в 1,2–1,5 раз превышающим сопротивление выдергиванию и повороту шнековой колонны бурового става.

После устройства свай с использованием бурового става по патенту № 95687 были проведены сопоставительные статические испытания свай [11] длиной 12 м, выполненных с использованием бурового става с шнеками диаметром 169 мм (1-рис. 4) сваая 1 (с-1) и бурового става, имеющего головной шнек диаметром 152 мм и утолщенный с диаметром 169 мм (2- рис.4) свая 2 (с-2). При этом, давление опрессовки сваи с-1 составило 0,15–0,2 МПа, а с-2 0,25–0,5 МПа. Результаты испытаний показали, что при равных нагрузках 35 т осадки сваи с-1 составили 16 мм, а осадка сваи с-2 всего 5 мм, что свидетельствует о большем резерве несущей способности последней сваи, обусловленном более высоким давлением опрессовки при ее изготовлении.

Кроме предотвращения технологических осадок применение активных методов компенсации напряжений приводит к существенному увеличению несущей способности буроинъекционных свай, опресованных давлением 0,5 МПа. Проведенные сопоставительные статические испытаниябуроинъекционныхсвай, выполненных по обычной технологии и с повышенным давлением опрессовки до 0,5 МПа показали[11–13], что диаметр и несущая способность свай с повышенным давлением опрессовки больше чем обычных буроинъекционных свай в 1,15–1,2 раза, что целесообразно учитывать при проектировании буроинъекционных свай.

Приближенно оценить увеличение радиуса сваи и соответственно ее несущей способности можно, используя решение Лямэ [11] для осесимметричного расширения цилиндра в упругой среде при действии внутреннего давления:

Буроинъекционные компенсационные сваи

где Δr увеличение радиуса сваи при ее опрессовке давлением p; φ, μ, E — соответственно угол внутреннего трения грунта, коэффициент Пуассона,модуль общей деформации грунта.

После подстановки в приведенную формулу (6) характеристик грунта и давления опрессовки увеличение радиуса сваи получается порядка 10–15 мм, что равносильно увеличению несущей способности свай на 15–20 %, что хорошо согласуется с результатами испытаний свай.

Рассмотрим некоторые перспективные методы устройства безосадочных свай.

Одним из возможныхперспективных активных способов управления напряженно-деформированным состоянием грунта и предотвращения технологических осадок является комбинация струйной и компенсационной технологий ( т.н. геобаръер-Jet).

Способ поддержания начального напряженно-деформированного состояния грунта в зоне фундамента существующего здания [8] включает устройство в грунте геотехнического баръера и отличается тем, что с целью увеличения эффективности воздействия геотехнического баръера на основания фундаментов существующих зданий за счет управления траекторией воздействия геобаръера и увеличения объема грунта, в котором изменяется его напряженнодеформированное состояние (активной зоны воздействия компенсационных напряжений), перед внедрением в грунт инъекторов(рис. 7) в зоне нагнетания цементного раствора через предварительно пробуренную скважину диаметром меньшим диаметра инъектора производят размыв полости в грунте с помощью штанги с монитором для выхода высоконапорной струи цементно-бентонитового раствора с заполнением образовавшейся полости тем же раствором, после этого в скважину погружают инъектор, делают выдержку до достижения прочности цементно-бентонитового раствора 30–35 % от проектной, затем производят нагнетание цементного раствора винъектор для создания дополнительного напряженно-деформированного состояния в массиве грунта, окружающем образовавшуюся полость.

Данный способ можно применять для выправления, остановки осадки фундаментов здания сооружения, заключающийся в подъеме фундаментов путем размыва под их подошвой полости высоконапорной струей и последующего многократного нагнетания в полость твердеющего раствора до подъема фундамента на заданную отметку или остановки его осадки.

Данный способ требует опытной проверки.

Для повышения давления опрессовки можно использовать буроинъекционную реверсивную компенсационную сваю [9]. Обычную буроинъекционную сваю выполняют следующим образом:

Производят бурение скважины для буроинъекционной сваи полым герметичным шнеком, оснащенным сдвижным золотником для закачивания мелкозернистого бетона в его нижней части. После достижения заданной глубины производят опрессовку скважины путем открывания сдвижного золотника и закачивания в пробуренную скважину мелкозернистого бетона под давлением сверху через полость шнека и отверстие сдвижного золотника в его нижней части. При этом прочность сцепления сваи с грунтом и ее несущая способность зависит от величины давления, которым инъецируется мелкозернистый бетон в скважину. Чем выше создается давление на стенки скважины, тем шире раздвигается скважина и больше уплотняется грунт вокруг нее. Чем больше плотность грунта вокруг скважины и чем больше ее диаметр, тем выше несущая способность и прочность буроинъекционной сваи. При устройстве буроинъекционных свай описанным известным способом жидкий бетон, поступая из сдвижного золотника практически не встречает отпора со стороны стенки скважины и пробивает зазор между ребордой шнека и стенкой скважины и выходит наверх. При этом удается создать избыточное давление опрессовки, не превышающее 0,15 МПа, чего недостаточно для существенного расширения скважины и уплотнения грунта . В результате материал сваи недоиспользуется из-за низкого значения несущей способности сваи по грунту основания. Опрессовку скважины производят на всю длину сваи при извлечении полого герметичного шнека. При этом, при приближении шнека к дневной поверхности грунта давления опрессовки неизбежно дополнительно снижается в результате естественной разгерметизации скважины из-за ее развальцевания вращающимся с неизбежным биением (эксцентриситетом) бурового шнека и увеличения в результате свободного зазора между ребордой шнека и стенкой скважины. Затем после заполнения скважины мелкозернистым бетоном в нее устанавливают арматурный каркас.

Недостаток малого давления опрессовки известного способа устраняется в предлагаемом способе тем, что с целью создания повышенного давления опрессовки до 0,3–0,5 МПа и, тем самым, эффективного уплотнения стенок скважины, увеличения диаметра сваи и повышения ее несущей способности, после достижения заданной глубины производят опрессовку скважины путем открывания сдвижного золотника и закачивания в пробуренную скважину мелкозернистого бетона под давлением через полость шнека и отверстие сдвижного золотника в его нижней части. После неизбежной пробивки мелкозернистого бетона в зазор между ребордой шнека и стенкой скважины, что сопровождается падением давления опрессовки до 0,05–0,1 МПа, не извлекая шнека , в устье скважины насыпают сухую смесь песка и цемента в соотношении цемента к песку 1:1 объемом 5–10 % от объема скважины и производят обратное вращение шнековой колонны до полного поглощения сухой смеси скважиной . Затем производят подъем шнековой колонны на 0.5 м и возобновляют закачку мелкозернистого бетона через полые шнеки в скважину с поднятием давления опрессовки до 0,5 МПа. При повторении пробивки мелкозернистого бетона отсыпку сухой смеси и обратное вращение повторяют до достижения эффекта закупорки скважины и возможности поднятия давления опрессовки до 0,5 МПа.

Способ работает следующим образом: При бурении скважины вращающимся (как правило по часовой стрелке) шнеком происходит транспортирование частиц выбуренного грунта вверх по реборде шнека и при этом образуется зазор между ребордой шнека и стенкой скважины. Когда опрессовывают скважину жидким мелкозернистым бетоном под давлением ,он стремится в зазор между ребордой шнека и стенкой скважины и выходя наружу снижает давление опрессовки- пробивает наружу. Для создания искусственной пробки- песчано-цементного сальника , обеспечивающего поднятие давления опрессовки до 0,5 МПа и тем самым повышения несущей способности, диаметра и прочности буроинъекционной сваи, в устье скважины насыпают сухую смесь песка и цемента в соотношении цемента к песку 1:1 объемом 5–10 % от объема скважины и производят обратное вращение шнековой колонны до полного поглощения сухой смеси. Поглощение сухой смеси происходит за счет действия на ее частицы сил, направленных вниз по реборде при обратном вращении шнека. За счет наличия на реборде грунта и сухой смеси происходит образование грунтово-цементнопесчаной пробки — грунтового сальника в том месте на шнековой колонне , где происходит наибольшее уплотнение, обеспечивающего возможность поднятия давления опрессовки до 0,5 МПа. Затем производят подъем шнековой колонны на 0.5 м и возобновляют закачку мелкозернистого бетона в скважину через полый шнек для ее опрессовки давлением до 0,5 МПа. При поднятии шнека на 0,5 м за счет вязкости грунта не происходит разрушение грунтово-цементно-песчаной пробки, а происходит уплотнение ее материала, повышающее эффективность герметизации грунтового сальника .В случае повторения пробивки мелкозернистого бетона отсыпку сухой смеси и обратное вращение повторяют до достижения эффекта закупорки скважины и возможности поднятия давления опрессовки до 0,5 МПа. Затем после окончания опрессовки скважины в нее устанавливаю арматурный каркас, на чем процесс устройства буроинъекционной сваи по патенту [8] , опрессованой повышенным ( по сравнению с известным способом ) давлением, заканчивается.

Другим возможным направлением восстановления напряженно-деформированного состояния грунта, изменяющегося при устройстве свай может быть применение компенсации за счет инъекции раствора в контакт между сваей и грунтом через заложенные в тело сваи при ее бетонировании трубки, что реализовано в патенте [9].

Примеры применения буроинъекционно-компенсационных свай

  1. Конструкция бурового става с использованием патента № 95687 была применена при устройстве буроинъекционно-компенсационных свай диаметром 250 мм из бетона класса В25 для освоения подземного пространства Московской консерватории [1] (2011 г). Опрессовка свай длиной 16 м выполнялась по всему стволу давлением до 0,4 МПа. После опрессовки скважины в нее устанавливалась стыкованная на месте труба диаметром 219 мм. Для облегчения погружения трубыпри приготовлении мелкозернистого бетона применялась специальная добавка (суперпластификатор С-3), увеличившая его подвижность, замедляющая седиментацию песка на дно скважины в процессе подготовки трубы и бетонирования сваи. Кроме того, применялась специальная конструкция сварного быстромонтируемого стыка труб по патенту № 2467127 [2] , что позволяло устанавливать трубу в опрессованную скважину в минимальные сроки — в течение 5–10 минут.
    Применение описанного комплекса мероприятий позволило полностью исключить технологические осадки фундаментов здания Московской консерватории.
  2. Буроинъекционные компенсационные сваи
  3. При усилении фундаментов Старооскольского горно-обогатительного комбината, 2008, был применен способ образования буроинъекционной сваи с уширением с помощью струйного монитора по патенту РФ № 109475. Это дало возможность снизить диаметр скважин в существующих железобетонных фундаментах, подлежащихусилению, что в свою очередь минимально разрушило существующую арматуру. Кроме того струйный монитор был использован для создания уширений непосредственно под подошвой усиливаемых фундаментов и под нижним концом свай. Опрессовка давлением 0,3–0,5 МПа наряду с выполненными уширениями позволили повысить несущую способность свай в 1,5–2 раза и полностью исключить технологические осадки при усилении фундаментов 4-го корпуса Старооскольского горно-обогатительного комбинатапо буроинъекционно-компенсационной технологии с применением бурового става с утолщенным шнеком по патенту № 95687 (ИСП-3) . Свая 4 ‒ выполненная с «размытыми» уширениями под нижним концом сваи диаметром 400 мм с помощью струйного монитора по патенту РФ № 109475. Буроинъекционная свая 6 диаметром 200 мм выполнена по патенту РФ № 95687. 1,2 ‒ сваи забивные, l = 10 м, 30Í30 см; 3 ‒ буронабивная свая диаметром 400 мм; 5 ‒ буроинъекционная свая по традиционной технологии диаметром 200 мм.
  4. Для экспериментальной проверки безосадочной технологии усиления фундаментов буроинъекционными сваями на опытной площадке НИИОСП на территории ОАО «НИЦ» Строительство» (рис. 24.8.9) были проведены работы по устройству следующих видов свай:
    • буроинъекционной по традиционной технологии с помощью проходных полых шнеков ШГ-200 (ИСП-1);
    • по патенту РФ № 109475, выполненная с «размытым» уширением с помощью струйного монитора под нижним концом сваи (ИСП-2);
    • буроинъекционно-компенсационной с помощью бурового става с утолщенным шнеком по патенту № 95687 (ИСП-3).

    Все сваи имели диаметр бурения 200 мм, длину 5 м. После выполнения свай и твердения бетона были выполнены их сопоставительные статические испытания.

    Результаты испытания свай (рис. 9), показали, что при одном и том же перемещении буроинъекционно-компенсационные сваи (Исп. 2, 3) воспринимают большую нагрузку (более чем на 20 %), чем буроинъекционные, выполненные по традиционной технологии. После испытания свай они были извлечены на поверхность для обмеров и визуального освидетельствования (рис. 10). Осмотр их показал, что в результате поинтервальной опрессовки скважины давлением до 0,5 МПа диаметр буроинъекционно-компенсационной сваи увеличился с 200 до 220 мм.

    Буроинъекционные компенсационные сваи
  5. При усилении фундаментов высшей школы экономики на Покровском бульваре, 11 применен ряд инновационных технических решений, позволивших значительно сократить материальные и трудовые затраты при усилении фундаментов. Для усиления фундаментов необходимо было выполнить более 2000 свай. Согласно нормативным документам расчетная нагрузка, передаваемая на сваи, не превышала в данных грунтовых условиях 30т. Предложенная технология по повышению интенсивности опрессовки ствола сваи давлением 0,3–0,5 МПа буровым ставом по патенту № 95687 позволила увеличить расчетную нагрузку, передаваемую на сваю до 50 т. Кроме этого, удалось сократить длину свай с 19 м до 16 м по результатам сопоставительных статических испытаний свай (рис. 11).
    Всего было выполнено шесть испытаний буроинъекционно-компенсационных свай статическойвдавливающей нагрузкой. Для проведения испытаний был изготовлен куст из 12 свай трёх различных типов. Сваи №№ 1–1, 1–2 и все шесть анкерных свай выполнены по типу 1; сваи №№ 2–1, 2–2 выполнены по типу 2; сваи №№ 3–1, 3–2 выполнены по типу 3. Диаметр всех свай составлял 200 мм. Тело свай заполнялось мелкозернистымбетоном класса В20. Длина свай составляла: 19 м (тип 1–1.1 и 1.2) и 15 м (типы 2–2.1 и 2.2 и 3–3.1 и 3.2). Сваи 2 и 3 типов выполнялись с применением бурового става по патенту РФ № 95687и опрессовкой давлением равном 0,3 МПа. Различия свай типов 2 и 3 между собой состоит в том, что в сваях типа 3 после изготовления, через специально установленную в теле сваи трубку, производится инъекция пяты цементным раствором. Буроинъекционные компенсационные сваи Буроинъекционные компенсационные сваи

    Результаты испытаний свай показали, что инъекция цементного раствора в пяту буроинъекционных свай мало влияет на их несущую способность. Зато повышенное давление опрессовки ствола свай с помощью бурового става по патенту РФ № 95687 [7] позволило уменьшить длину свай с 19 до 15 м, так как несущая способность свай длиной 15 м оказаласьдостаточной для восприятия расчетных нагрузок.

Выводы:
  • Технологические осадки буроинъекционных свай можно значительно уменьшить и в ряде случаев исключить, применяя повышенное давление опрессовки буроинъекционных свай. Повышенное давление опрессовки компенсирует уменьшение давления в грунте при буренни скважин и тем самым исключает технологические осадки.
  • Повышенное давление опрессовки можно создавать, используя конструкции бурового инструмента и технологические приемы, описанные в приведенной выше статье.
  • Наряду с исключением технологических осадок при повышенном давлении опрессовки происходит увеличение несущей способности буроинъекционных свай на 15–20 %, что целесообразно учитывать при проектировании.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
  1. Effect of constructional work on settlements of near by structures in underground construction. Petrukhin V. P. Shuljatjev, O. A. Mozgacheva. XIII EUROPEAN CONFERENCE ON SOIL MECHANICS AND GEOTECHNICAL ENGINEERING, Prague.2003.
  2. Шулятьев О. А., Мозгачева О. А. Защита существующих зданий от технологических осадок и аварийных ситуаций при прокладке водонесущих коммуникаций и устройстве котлованов. Международный геотехнический симпозиум «Превентивные геотехнические меры по уменьшению природных и техногенных бедствий», г. Южно-Сахалинск, 2007.
  3. Разводовский Д. Е., Шулятьев О. А., Никифорована Н. С. Оценка влияния нового строительства и мероприятия по защите существующих зданий и сооружений/Российская архитектурно-строительная энциклопедия. Том XII. Строительство подземных сооружений, 2008 г
  4. Попсуенко И. К. Буровой став со встроенными струйными мониторами. Патент на полезную модель № 109475.
  5. Попсуенко И. К. Буровой снаряд для уплотнения грунта в скважине. Патент на изобретение № 2255183.
  6. Попсуенко И. К., Шулятьев О. А.Буроинъекционная компенсационная свая. Патент на полезную модель № 112913.
  7. Петрухин В. П., Попсуенко И. К., Шулятьев О. А. Буровой став. Патент на полезную модель № 95687.
  8. Попсуенко И. К., Шулятьев О. А. Способ поддержания начального напряженнодеформированного состояния грунта в зоне фундамента существующего здания. Патент № 2422592
  9. Попсуенко И. К., Шулятьев О. А. Решение о выдаче патента на полезную модель от 15.04.2014 г. «Буроинъекционнаяреверсивная компенсационная свая», Заявка № 2013155962/03(087254) от 17.12.2013
  10. С. П. Еронько, В. М. Богацкий, С. В. Быковских и др. Методика расчета рабочих параметров шнекового дозатора вертикального типа. «Теория и практика металлургии»- 2002.- № 5.- С. 95–101.
  11. Отчеты об испытаниях грунтов сваями на объекте офисное здание по адресу: г. Москва, ул. Петровка, 26, стр.3. ООО «Элитгеотехник», 2011 г. (4 шт).
  12. Петрухин В. П., Шулятьев О. А., Попсуенко И. К., Мозгачёва О. А. Опыт устройства буроинъекционных свай при реконструкции московской консерватории им. П.И.Чайковского/ Сб. научн. тр. № 100 НИИОСП им. Н.М.Герсеванова, 2011.
  13. Ерёмин В. Я., Ерёмин А. В., Петрухин В. П., Шулятьев О. А. Стыковое соединение секций труб сваи. Патент № 2467127.
  14. Heinz Priebe. Abschatung des Setzungsverhalten seinesdurch Stopfverdichtung verbesserten Baugrundes. Die Bautechnik, 5, 1976, (с. 160–162).

Отзывы

Мне нужны были такие люди, которые смогли бы объяснить технологию и различные нюансы укрепления откосов. Как только связался с менеджерами в «Элитгео» – проблема разрешилась. Мне долго объясняли в...

Андрей, 25 лет

Нужно было изготовить сваи, но на нашей пересеченной местности, а также из-за установки столбов для ЛЭП – невозможно подъехать крупногабаритной технике, поэтому техника, кроме переносной и легкой...

Владимир, 42 года

Не раз пришлось обращаться сюда, вообще сложно найти компанию, которая оказывает такой широкий спектр услуг в строительстве. Требовалось изготовление фундамента, а перед этим нужна была забивка...

Олег, 27 лет

Наша компания благодарит «Элитгеотехник» за работу по устройству свай под фундамент для офиса, а также за услуги по организации ландшафтного дизайна. Тяжело найти таких грамотных и деловых...

Дмитрий, 38 лет

Помогаю детям строить коттедж. Когда дело дошло до погружения свай для фундамента, по наводке друзей решили заказать в «Элитгеотехнике». Приятно, что люди принялись за работу сразу же после моего...

Николай, 52 года

Буровая бригада – на редкость ответственные и приятные ребята. Так как я ничего не смыслю в этом, то пришлось полностью положиться на них, о чем не жалею ни капли. Дотошно и терпеливо объясняли...

Сергей, 29 лет