Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса и основные пути его решения 10
1.1. Инъекционные сваи, технологии устройства и область применения 10
1.2. Существующие методы расчета инъекционных свай 23
1.3. Существующие методы оценки уплотнения грунта вокруг инъекционных свай 36
Выводы по главе 1 42
ГЛАВА 2. Разработка метода расчета технологи ческих параметров и несущей способности инъек ционных свай в глинистых грунтах 44
2.1. Физические процессы и технологические параметры при устройстве инъекционной сваи в глинистых грунтах 44
2.2. Определение усилия вдавливания инъектора инъекционной сваи 51
2.3. Определение давления инъекции при формировании ствола инъекционной сваи 62
2.4. Оценка зоны уплотнения грунта вокруг ствола инъекционной сваи 77
2.5. Расчет несущей способности инъекционной сваи в глинистых грунтах j 10
Выводы по главе 2 125
ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования процессов устройства и работы инъекционных свай в глинистых грунтах.. 126
3.1. Технология устройства и методика испытаний инъекцион ных сваи в глинистых грунтах lzo
3.2. Характеристика инженерно-геологических условий опыт ных площадок 141
3.3. Результаты экспериментальных исследований 7
Выводы по главе 3 2 53
ГЛАВА 4. Сопоставление результатов теоретических и экспериментальных исследований, их практическое применение 157
4.1. Оценка сопротивления глинистых грунтов под пятой и на боковой поверхности инъекционных свай по результатам их испытаний 157
4.2. Сопоставление результатов теоретических и экспериментальных исследований 168
4.3. Алгоритм расчета инъекционных свай для условий реконструкции зданий 173
4.4. Практическое применение результатов исследований при усилении фундаментов зданий 77
4.5. Пути дальнейших исследований по совершенствованию технологии устройства, конструкции и расчета инъекцион- ig2 ных свай Выводы по главе 4 189
Заключение 191
Список литературы 193
- Существующие методы оценки уплотнения грунта вокруг инъекционных свай
- Определение усилия вдавливания инъектора инъекционной сваи
- Характеристика инженерно-геологических условий опыт ных площадок
- Алгоритм расчета инъекционных свай для условий реконструкции зданий
Введение к работе
Актуальность темы. В последние годы, в связи с ростом объемов реконструкции и восстановления зданий, широкое распространение получили способы усиления фундаментов с использованием инъекционных свай*, в том числе свай, которые устраиваются с помощью перфорированных трубчатых инъекторов с уширенным наконечником. Инъекционные сваи, рассматриваемые в настоящей работе, устраиваются в глинистых грунтах и используются при реконструкции зданий. Скважина образуется без извлечения грунта путем вдавливания инъектора с уширенным наконечником, а ствол сваи формируется путем нагнетания под давлением подвижной бетонной смеси. Для эффективного использования таких свай необходимы обоснование технологических параметров** и определение их несущей способности. В настоящее время практически отсутствуют надежные разработки, позволяющие комплексно подходить к расчету инъекционных свай с учетом технологических особенностей их устройства. Поэтому совершенствование метода расчета инъекционных свай в глинистых грунтах является актуальным, имеет научное и практическое значение для развития возможностей реконструкции зданий. Работа выполнена в соответствии с основными научными направлениями кафедры «Основания, фундаменты и испытания сооружений» Томского государственного архитектурно-строительного университета.
Объект исследований - инъекционная свая, устраиваемая с помощью перфорированного трубчатого инъектора с уширенным наконечником в глинистых грунтах, а именно в супесях пластичных, суглинках мягкопластичных и текучепластичных.
Предмет исследований - взаимодействие инъекционной сваи с глинистым грунтом основания на этапах ее устройства и работы.
Цель работы - совершенствование метода расчета технологических параметров и несущей способности инъекционных свай, обеспечивающего надежность их проектирования в глинистых грунтах для условий реконструкции зданий.
* Под инъекционными понимаются сваи, которые формируются в предварительно подготовленных скважинах путем инъекции под давлением подвижной бетонной смеси с последующей опрессовкой системы «свая - грунт основания» (по определению А.И. Полищука, А. А. Петухова, 2005 г.).
** Под технологическими понимаются параметры (силовые, геометрические), которые контролируются в процессе устройства инъекционной сваи и позволяют достигнуть ее проектных размеров.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
-
Обосновать выбор и усовершенствовать метод расчета технологических параметров устройства инъекционных свай с учетом характеристик глинистых грунтов и размеров инъектора.
-
Разработать метод расчета несущей способности инъекционных свай в глинистых грунтах, который учитывает радиальное уплотнение грунта вокруг их ствола.
-
Экспериментально установить технологические параметры при устройстве инъекционных свай в глинистых грунтах и оценить их несущую способность при действии статической вдавливающей нагрузки. По результатам испытаний инъекционных свай в глинистых грунтах определить сопротивление грунта под пятой и на их боковой поверхности.
-
Сопоставить результаты расчетов технологических параметров и несущей способности инъекционных свай в глинистых грунтах с экспериментальными данными. Выполнить опытно-промышленную апробацию результатов исследований при усилении фундаментов реконструируемых зданий.
Научная новизна работы состоит в следующем:
-
Установлена связь между давлением инъекции при устройстве инъекционной сваи и сопротивлением глинистого грунта по ее боковой поверхности. Выявлено, что при устройстве инъекционной сваи давление инъекции должно быть в 6"- 11 раз больше давления обжатия ствола сваи глинистым грунтом, которое определяет ее несущую способность по боковой поверхности.
-
В аналитическом виде, на основе упругопластической модели грунтовой среды, решена задача о прогнозировании зоны уплотнения глинистого грунта на границе со стволом инъекционной сваи.
-
Получено аналитическое решение для расчета несущей способности инъекционной сваи в глинистых грунтах, которое учитывает радиальное уплотнение грунта вокруг ее ствола. Установлено, что радиальное уплотнение глинистого грунта вокруг инъекционной сваи приводит к увеличению его сопротивления на боковой поверхности сваи в 1,2- 1,3 раза.
Достоверность сформулированных в работе научных положений и выводов обеспечена корректным использованием для теоретических исследований положений механики грунтов, методов расчета оснований и фундаментов, теорий упругости и пластичности, аналитических
и численных методов решения задач, а для экспериментальных исследований - применением современного оборудования, достаточным объемом исследований с использованием инъекционных свай длиной 4,0 - 5,0 м, диаметром 220 - 250 мм. Необходимая для практического использования точность разработанных методов расчета подтверждена удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований для глинистых грунтов. Практическое значение работы и ее использование:
-
Практическое значение работы состоит в том, что разработанные методы расчета технологических параметров и несущей способности инъекционных свай в глинистых грунтах обеспечивают необходимую надежность проектных решений. Предложены новые конструктивные решения инъекционной сваи и инъекторов, патентная новизна которых подтверждена тремя патентами РФ на полезную модель.
-
Результаты исследований использованы:
при разработке проектной документации и производстве работ по усилению фундаментов реконструируемых зданий в г.Томске: административно-хозяйственное здание на пл. Соляной, 2 (ООО «СНПО ГеоТом», 2006 г.); жилой дом по ул. Усова, 37а (ЗАО «НПО «Геореконструкция», 2006 г.); здание детского сада по ул. Водяной, 31/1 (ООО «Фобус-5», 2007 г.);
в Томском государственном архитектурно-строительном университете (ТГАСУ) при выполнении дипломных проектов по специальности 270102 - «Промышленное и гражданское строительство», а также при чтении лекций по направлению «Строительство» для студентов, магистрантов, аспирантов строительного факультета и слушателей института непрерывного образования ТГАСУ в 2006 - 2009 гг.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и получили положительную оценку на 63-й, 65-й и 66-й научно-технических конференциях в НГАСУ (г. Новосибирск, 2006 - 2009 гг.); в Конкурсе на лучший научный доклад аспирантов по строительным специальностям в рамках Вторых академических чтений им. проф. А.А. Бартоломея в ПГТУ (г. Пермь, 2007 г.); на университетской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Знания, умения, навыки - путь к созданию новых инженерных решений» в ТПУ (г. Томск, 2007 г.); на Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные про-
блемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири» в ТюмГАСУ (г. Тюмень, 2008 г.); на VI Международной конференции студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» в ТПУ - ТГАСУ (г. Томск, 2009 г.) и научных семинарах кафедры «Основания, фундаменты и испытания сооружений» ТГАСУ (г. Томск, 2006 - 2009 гг.). В полном объеме работа доложена на межкафедральных семинарах ТГАСУ (г. Томск, 2009 г.) и ТюмГАСУ (г. Тюмень, 2009 г.). Личный вклад автора состоит:
в совершенствовании метода расчета технологических параметров и несущей способности инъекционных свай в глинистых грунтах;
в определении методики и проведении экспериментальных исследований, сопоставлении полученных результатов с расчетными данными;
в разработке алгоритма расчета инъекционных свай в глинистых грунтах для условий реконструкции зданий;
в практическом использовании метода расчета технологических параметров и несущей способности инъекционных свай в глинистых грунтах.
На защиту выносятся:
метод расчета технологических параметров для устройства инъекционных свай в глинистых грунтах с учетом характеристик глинистых грунтов и размеров инъектора;
метод расчета несущей способности инъекционных свай в глинистых грунтах для условий реконструкции зданий с учетом радиального уплотнения грунта вокруг их ствола;
результаты сопоставления экспериментальных и расчетных данных;
результаты практического использования диссертационной работы.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано двенадцать научных работ, в том числе три патента РФ на полезную модель, одна статья без соавторов и две статьи в журналах, входящих в перечень изданий ВАК для опубликования основных научных результатов диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук.
Структура и объем работы. Диссертация общим объемом 236 страниц состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка
литературы из 157 наименований и пяти приложений. Она содержит 125 страниц текста, 21 таблицу и 61 рисунок.
Существующие методы оценки уплотнения грунта вокруг инъекционных свай
После операции промывки скважины в нее опускается по секциям арматурный каркас, который состоит из продольных стержней и поперечной распределительной арматуры. При небольших диаметрах сваи (до 100 мм) армокаркас может состоять из одного центрального стержня большого диаметра.
По данным СВ. Бровина [22] итальянские фирмы «Элсе» и «Родио» успешно применяют арматуру сваи в виде стальной перфорированной трубы диаметром 50-150 мм с толщиной стенки 6-16 мм. При этом инъекция раствора осуществляется через инъекционную трубку, перемещаемую внутри трубчатой арматуры.
По данным В.Г. Буданова и А.Н. Зайцева [23] во Франции буроинъек-ционные сваи условно подразделяются на два типа в зависимости от взаимного расположения арматуры и инъекционной (манжетной) трубы. К первому типу относятся конструкции, у которых арматура расположена вне инъекционной трубы, а ко второму - те, у которых арматура заключена внутри инъекционной трубы или вовсе отсутствует. В последнем случае функцию арматуры выполняет манжетная труба.
После установки армокаркаса параллельно с ним в скважину опускается инъекционная труба диаметром 40-50 мм, которая состоит из звеньев, соединенных муфтами. Согласно СП 50-102-2003 [21] инъекционный раствор приготавливается на строительной площадке непосредственно перед его нагнетанием в скважину и представляет собой мелкозернистую бетонную смесь с введением в нее противоусадочных и пластифицирующих добавок (до 15% массы цемента). Заполнение скважины инъекционным раствором производиться либо непосредственно через буровой став, либо через трубу-инъектор. В любом случае заполнение производится от забоя скважины снизу вверх до полного вытеснения глинистого раствора и появления в устье скважины чистого инъекционного раствора. Инъекция раствора в скважину осуществляется под давлением 0,3 - 0,6 МПа. Конкретная величина давления определяется трением раствора о внутреннюю поверхность инъекционной трубы, противо 17 давлением жидкости, заполняющей скважину, а также величиной критического давления образования трещин гидроразрыва в стенках скважины.
Для опрессовки в устье скважины устанавливается специальный тампон (по-другому обтюратор, пакер) с манометром и через инъектор производится нагнетание дополнительного раствора под давлением 0,2 - 0,3 МПа в течение 1-3 мин. В ходе опрессовки диаметр сваи увеличивается, поверхность сваи становится неровной, шероховатой. Тампоны чаще всего выполняются из цементного раствора. Возможно применение инвентарной конструкции тампонов в виде стальных кондукторов, пневматических и гидравлических «рубашек». Расход инъекционного раствора на одну опрессованную буроинъекционную сваю должен варьироваться в пределах 1,25 - 2,5 объема скважины.
Примеры разнообразия технологии устройства буроинъекционных свай. По Бустаманту (Bustamante) и Дуа (Doix) [24] во Франции буроинъек-ционные сваи подразделяются по операции инъекции на сваи повторной и выборочной инъекции (injection repetitive et selective) и сваи общей инъекции (injection global et unitaire). При устройстве свай первого типа использование двух тампонов в разных ярусах скважины позволяет производить инъекцию выборочно в определенных зонах и повторно в одной и той же зоне. Буро-инъекционные (корневидные) сваи, применяемые в России и за рубежом — это сваи общей инъекции, при устройстве которых нагнетание осуществляется в один этап с последующей опрессовкой.
Буроинъекционная свая «Ропресс» является одной из многочисленных разработок итальянской фирмы «Родио» [25]. Технологическая схема устройства сваи включает в себя бурение скважины; установку манжетной трубы с закрытым нижним концом, выполняющей роль арматуры сваи; введение во внутреннюю полость манжетной трубы инъекционной штанги с двойным пакером (уплотняющими манжетами) и тампонирование цементным раствором застенного пространства между скважиной и трубой. Манжетная труба имеет перфорированные отверстия по длине, закрытые снаружи резиновыми манжетами. Внутренний канал инъекционной штанги соединен через отверстия с междупакерным пространством. Таким образом, двойной пакер и резиновые манжеты изолируют внутреннее пространство манжетной трубы от инъектируемого раствора. Подача раствора прекращается при его изливании через устье скважины. Инъекция раствора осуществляется последовательно снизу вверх через ряд отверстий в манжетной трубе для выполнения ушире-ний сваи. Инъектируемый раствор под давлением взламывает тампонажную корку, схватившуюся на манжетах, и внедряется в окружающую сваю грунт. Процесс нагнетания прекращается после образования сферического тела вокруг внешней поверхности манжетной трубы. Резиновые манжеты удерживают раствор в застенном пространстве. Отличительной особенностью данной операции является то, что инъекции могут выполняться выборочно и повторно по высоте сваи.
В г. Красноярске, благодаря Ю.Н. Козакову и Г.Ф. Шишканову [26, 27], освоена технология устройства буроынъекционных свай с закреплением околосвайного грунта методом двурастворной силикатизации. Данная технология применима для устройства свай в тугопластичных глинистых грунтах и маловлажных песках. По этой технологии в существующем фундаменте бурится отверстие диаметром, несколько большим, чем у сваи. Затем в него вставляется кондуктор и производится тампонирование устья скважины. После бурения скважины в нее под давлением 0,2 - 0,3 МПа последовательно нагнетаются растворы силиката натрия и хлористого кальция. Растворы под давлением продвигаются в поры окружающего сваю грунта и закрепляют его. Затем производится повторное разбуривание скважины и освобождение ее от силиката. Скважина заполняется цементно-песчаным раствором под давлением, после чего в нее вдавливается арматурный каркас.
Определение усилия вдавливания инъектора инъекционной сваи
В процессе формирования ствола инъекционной сваи путем нагнетания бетонной смеси под действием давления инъекции рт происходит осесим-метричное расширение скважины (цилиндрической полости) от ее начального радиуса г0 до проектного радиуса сваи гсв. При расширении скважины вокруг ствола устраиваемой инъекционной сваи формируются радиальные зоны уплотнения грунта [36, 121]. В зависимости от соотношения радиусов скважины г0 и сваи гсв рассмотрены 4 стадии. В первой стадии (рис. 2.12, а) при равенстве радиусов гсв = г0 расширение скважины не происходит. Поэтому зона уплотнения грунта не образу 78 ется, а его плотность имеет начальное значение.
Во второй стадии увеличение значения гсв по отношению к радиусу скважины г0 приводит к радиальному уплотнению грунта (рис. 2.12, б), прилегающего к стенке расширенной скважины (назовем данный слой грунта пристенным). При этом в пристенном слое грунт имеет более высокое значение плотности по сравнению с начальной величиной. Далее с удалением от сваи плотность грунта монотонно убывает и на определенном расстоянии принимает начальное значение.
В третьей стадии дальнейшее расширение скважины приводит к уплотнению грунта на границе со стенкой скважины до максимально возможного значения плотности (рис. 2.13, а). Поскольку на следующей четвертой стадии (рис. 2.13, б) уплотнение слоя грунта на границе со стенкой скважины невозможно для рассматриваемого диапазона действующих давлений, то под действием давления он начинает перемещаться в радиальном направлении как единое целое. В результате вокруг сваи образуется так называемая зона предельного уплотнения, в пределах которой грунт имеет постоянное максимально возможное значение плотности [120]. Снаружи этой зоны плотность грунта монотонно убывает от максимально возможного значения до начального значения.
Постановка задачи и основные допущения. Геометрическая схема формирования ствола инъекционной сваи вследствие радиального расширения скважины приведена на рис. 2.10 в разделе 2.3. Будем считать, что боковая поверхность инъекционной сваи близка к поверхности кругового цилиндра. Свяжем цилиндрическую систему координат с осью симметрии цилиндра. При этом ось z направлена вертикально вниз. Определения величинам h, I, г, г0, и(г), и0, и(г), и а даны в разделе 2.3. Грунт, в котором устраивается инъекционная свая, соответствует раз-номодульной (неупрочняющейся) упругопластической модели и описывается следующими физико-механическими характеристиками: Е0,Е0 - соответст 79
Стадии формирования зоны уплотнения грунта вокруг ствола устраиваемой инъекционной сваи: а - стадия 1: расширение скважины не происходит, а плотность грунта не изменяется (гсв- радиус сваи; г0 - радиус скважины; рт давление инъекции на стенку скважины; р0 - исходная плотность грунта); б стадия 2: расширение скважины приводит к радиальному уплотнению грунта с увеличением значения плотности в пристенном слое (и0 - радиальное переме a) стенка скважины Могз,
Стадии формирования зоны уплотнения грунта вокруг ствола устраиваемой инъекционной сваи: а - стадия 3: дальнейшее расширение скважины приводит к уплотнению грунта на границе со стенкой скважины до максимально возможного значения плотности ртах; б - стадия 4: происходят накопление максимального уплотненного пристенного слоя и образование зоны предельного венно модуль общей деформации при сжатии и растяжении, МПа; X-EQIЕ0р 1 - коэффициент разномодульности; v - коэффициент Пуассона; С - удельное сцепление, кПа; р - угол внутреннего трения, град.; р -плотность, г/см ; 8 = /?тах / р0 1 - коэффициент предельного уплотнения; Л) Ртах начальная и максимально возможная плотности грунта соответственно.
Цилиндрическая скважина расширяется под действием силового воздействия - давления инъекции рт , кПа. При этом в грунте вокруг скважины образуется напряженно-деформированное состояние, которое приводит к возникновению зоны уплотнения со значением РІТев) непосредственно на ее стенке (где гсв - радиус расширенной скважины или устроенной инъекционной сваи). Давление инъекции, при котором скважина расширяется, а плотность грунта в пристенном слое достигает pmJrcJ, обозначим как р . При превышении давления рин р происходит накопление зоны предельного уплотнения. Обозначим ее ширину как Вр .
Расчет плотности грунта в пристенном слое. Значения плотности грунта вокруг устраиваемой инъекционной сваи могут быть определены исходя из радиального распределения перемещений точек грунтовой среды вокруг цилиндрической полости с помощью уравнения неразрывности среды в следующем виде (по Сагомоняну А.Я. [47])
Уравнение (2.18) является исходным для анализа, так как существует ряд математических моделей [59-70, 78-90 и др.], позволяющих определить радиус щ и зависимость и(г) для произвольных начальных условий, которые описываются геометрическими параметрами скважины и характеристиками грунтовой среды. Для решения поставленной задачи автором настоящей диссертации были использованы аналитические решения задачи о расширении цилиндрической скважины в упругопластической грунтовой среде, которые были предложены В.В. Лушниковым (1987 - 1991 гг.) [66-70]. Решение данной задачи приведено в прилож. 1 настоящей диссертации. Поскольку зависимость и{г) имеет различный вид для упругой и упругопластической моделей грунта, то рассмотрим решение задачи в двух постановках.
Характеристика инженерно-геологических условий опыт ных площадок
Для проведения полевых экспериментальных исследований устройства и работы инъекционных свай в глинистых грунтах были выбраны две опытные площадки в г. Томске. Первая опытная площадка (площадка 1) находилась в юго-западной части г. Томска, расположенного по адресу: ул. Белинского, 32 (в подвале существующего торгового здания) (рис. 3.1). Вторая опытная площадка (площадка 2) была расположена вблизи существующего административно-хозяйственного здания в центральной части г. Томска по адресу: пл. Соляная, 2 (около главного корпуса ТГАСУ) (рис. 3.2).
Программой экспериментальных исследований было предусмотрено устройство 19-ти инъекционных свай. Для 6-ти свай были проведены испытания статической вдавливающей нагрузкой. На площадке 1 были устроены 7 инъекционных свай (СИ-1 - СИ-7), для 4-х из которых были проведены испытания (СИ-1 - СИ-4). На площадке 2 было устроено 12 инъекционных свай (СИ-8 - СИ-19), из которых 2 сваи были испытаны (СИ-14, СИ-19) . Вопросы усиления фундаментов торгового здания (площадка 1) освещены в работах [142], а административно-хозяйственного здания (площадка 2) - в статье [143], а также в главе 5 настоящей работы.
На обеих площадках исследования проводились с использованием натурных инъекционных свай. На площадке 1 сваи устраивались с уровня отметки пола подвала после его понижения и имели длину в грунте 4,6 м. Диаметр скважины после вдавливания инъектора равнялся 190 мм, а диаметр инъекционной сваи был равен 250 мм. На площадке 2 сваи устраивались с уровня дна шурфа глубиной 1,9 - 2,0 м и имели длину в грунте 4,0 - 5,0 м, а
Экспериментальные исследования на площадке 1 были проведены совместно с к.т.н., доц. Петуховым А.А., а на площадке 2 - совместно с к.т.н., доц. Петуховым А.А. и аспирантом Тарасовым А.А.
Общий вид опытной площадки 2 вблизи существующего административно-хозяйственного здания на пл.Солянои в г. Томске глубину заложения пяты от уровня планировки - 6,0 - 7,0 м. Диаметр скважины после вдавливания инъектора равнялся 180 мм, а диаметр инъекционной сваи был равен 220 мм. На рис. 3.3, 3.4 приведены схемы расположения инъекционных свай, а на рис. 3.5, 3.6 - их конструктивные решения соответственно на опытных площадках 1 и 2.
Инъекционные сваи устраивались по технологии, разработанной Пету-ховым А.А. [35, 36, 121]. Схема и описание технологических операций устройства инъекционной сваи приведены в разделе 2.1 настоящей работы. В начале осуществлялось вдавливание инъектора инъекционной сваи в грунт до проектной глубины с образованием скважины (см. рис. 2.2, а). Вдавливание выполнялось с помощью специальных гидроцилиндров с рабочим ходом штока 0,5 - 0,8 м (рис. 3.7). Упором поршня служили несущие строительные конструкции зданий (стеновые железобетонные панели, либо ленточный ростверк). В процессе погружения инъектора определялось усилие вдавливание по рабочему манометру маслостанции, подсоединенной к гидроцилиндру. Образуемая при вдавливании скважина имела диаметр, равный диаметру наконечника инъектора (рис. 3.8). Инъектор представлял собой стальную трубу (инъекторную) с отверстиями перфорации и наконечником специальной конструкции на нижнем конце (рис. 3.9). Диаметр инъекторной трубы был равен 108 мм (с толщиной стенки 5,5 мм). Отверстия перфорации по длине инъекторной трубы располагались в шахматном порядке с шагом 80 мм и имели диаметр 20 мм. Наконечник инъектора состоял из стального уширительного диска диаметром 190 мм (или 180 мм) и режущих пластин, расположенных вертикально крест накрест (см. узел А на рис. 3.5, 3.6). Уширительный диск предназначался для формирования воздушного зазора между стенкой скважины и инъекторной трубой. В связи со стесненными условиями производства работ по устройству инъекционных свай (в подвале, под ростверком) инъектор вдавливался звеньями длиной 1,0 м (площадка 1) и 0,5 м (площадка 2). Звенья стыковались между собой на сварке, с использованием патрубка (см. узел Б на рис. 3.5) из обрезков труб меньшего диаметра по сравнению с
Алгоритм расчета инъекционных свай для условий реконструкции зданий
В данном разделе рассмотрены пути дальнейшего совершенствования инъекционных свай, а именно описаны конструктивные решения, технологические мероприятия и изложены вопросы расчета.
Для совершенствования способа устройства инъекционной сваи [35], которая используется в условиях реконструкции зданий, было модифицировано ее конструктивное решение [151], а также были разработаны конструкции инъекторов [152, 153]. Модификация конструктивного решения инъекционной сваи для слабых грунтов заключается в том, что перфорированный участок инъектора располагается внутри специальной оболочки, которая предохраняет отверстия от засорения грунтом из стенки образуемой скважины. Предложенная модификация была запатентована и более подробно описана в работе [121].
Накопленный практический опыт устройства инъекционных свай за период с 2004 по 2008 гг. позволил выявить ряд недостатков, связанных с конструктивными особенностями инъектора из стальных труб [35], и разработать другие конструктивные решения инъекторов.
По одному варианту конструкция инъектора состоит из продольных арматурных стержней периодического профиля, патрубков с обоих концов секции, на внешней поверхности которых по кругу приварены концы продольных стержней, и одного хомута, установленного посередине секции и выполненного в виде кольца с отверстиями для пропуска продольных стержней (рис. 4.14, а) [152, 154]. При работе инъекционной сваи в грунте обеспечиваются надежное сцепление арматуры с бетоном и её высокая прочность по материалу. Это достигается за счет применения гибкого типа армирования инъекционной сваи в виде арматурного каркаса, состоящего из стержней и хомутов, и малоподвижной бетонной смеси с крупным заполнителем. Также возможна комбинация участков из стальной трубы и арматурных стержней в конструкции инъектора.
По второму варианту конструкция инъектора состоит из четырех стальных прокатных уголков, соединенных между собой с помощью поперечных планок (рис. 4.14, б) [153, 154]. Устройство инъектора из стальных прокатных уголков позволяет использовать крупнозернистые и жесткие бетонные смеси, что, в свою очередь, приводит к снижению расхода цемента и повышению прочности сваи по материалу. Все элементы инъектора можно готовить непосредственно на строительной площадке.
Автором настоящей работы в соавторстве с другими специалистами был разработан ряд способов усиления фундаментов с использованием инъекционных свай. На рис. 4.15 представлена схема усиления ленточного фундамента с использованием инъекционных свай (разработчики: А.И. Полищук, А.А. Тарасов, Р.В. Шалгинов). Особенность данного способа состоит в конструкции упорной балки. Функция упорной балки заключается в восприятии усилия вдавливания инъектора и передачи нагрузок от надземных конструкций здания на инъекционные сваи усиления. Она изготавливается из двух прокатных швеллеров, скрепленных между собой при помощи накладок. Расстояние между швеллерами назначается в зависимости от диаметра трубы инъектора. Номер швеллера балки определяется по расчетам на прочность, устойчивость и жесткость. При этом максимальный прогиб балки должен быть равен нулю. Упорная балка монтируется в предварительно просверленное отверстие в стенке существующего фундамента.
Для случая надстройки дополнительных этажей над существующим зданием было предложено следующее конструктивное решение фундамента под колонну внутреннего ряда (разработчики: Р.В. Шалгинов, А.А. Тарасов, А.А. Лобанов) (рис. 4.16). Оно заключается в устройстве под ветви новой колонны системы перекрестных балок, которая передает нагрузки на инъекционные сваи. Сваи устраиваются по периметру подошвы существующего отдельно стоящего фундамента. Балки могут изготавливаться из железобетона или стального профиля. Основные достоинства способа заключаются в том, что производство работ не нарушает состояние грунтов основания под существующими фундаментами, а нагрузки от надстраиваемых этажей не будут передаваться на существующие несущие строительные конструкции (колонны, фундаменты).
