Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 9
1.1 Состояние вопроса: 9
1.2 Корневидные сваи и микросваи с трубчатой арматурой — прототипы буроинъекционных свай... 9
1.3 Анализ существующих методов определения несущей способности буроинъекционных железобетонных свай и расчета устойчивости ...16
1.4 Выводы по главе. 33
Глава 2. Разработка методов расчета буроинъекционных свай 35
2.1 Решение задачи об устойчивости стержня в упругой изотропной среде. 37
2.2 Проверка полученного решения; 44
2.3 Зависимость критической нагрузки на буроинъекционные сваи от конструктивной схемы и жесткости здания и сооружения 50
Глава 3. Экспериментальные исследования несущей способности буроинъекционных железобетонных свай 54"
3.1 Особенности проведения испытаний буроинъекционных свай статическими вдавливающими нагрузками; 54
3.2 Программа и методика исследования. 56
3.3 Работа одиночной сваи в составе свайного фундамента 66
3.4 Выводы по главе. 72
Глава 4. Исследование устойчивости буроинъекционных железобетонных свай 73
4.1 О нормативном методе расчета железобетонных колонн 73
4.2 Численное моделирование потери устойчивости сваи в грунте.77
4.3 Формы потери устойчивости сваи. 89
4.4. Инженерный метод расчета устойчивости буроинъекционных железобетонных свай 97
4.5 Выводы по главе 103
Глава 5. Результаты внедрения буроинъекционных свай с повышенной сопротивляемостью потере устойчивости 105
5.1 Общая характеристика объекта 105
5.2 Особенности проектирования буроинъекционных свай повышенной несущей способности 117
5.3 Выводы по главе 122
Общие выводы 124
Литература. 126
Приложения 136
- Анализ существующих методов определения несущей способности буроинъекционных железобетонных свай и расчета устойчивости
- Зависимость критической нагрузки на буроинъекционные сваи от конструктивной схемы и жесткости здания и сооружения
- Работа одиночной сваи в составе свайного фундамента
- Инженерный метод расчета устойчивости буроинъекционных железобетонных свай
Введение к работе
Актуальность работы. В* настоящее время широко используются буроинъекционные железобетонные сваи. Они успешно применяются как при возведении новых фундаментов в различных, геологических условиях, так и при усилении; существующих фундаментов при реконструкции здани й и сооружений; Особенно часто буроинъекционные сваи: используются, для: ликвидации аварийных ситуаций.
Использование буроинъекционных технологий при усилении фундаментов позволяет успешно решить ряд геотехнических вопросов: исключить ручные земляные работы; на действующих предприятиях ив жилых зданиях производить работы без остановки производственного процесса и вы селения < жильцов; существенно сократить затраты трудовых и материальных ресурсов по сравнению с другими способами усиления; сохранить при реставрации памятников архитектуры их внешний вид.
Буроинъекционные сваи обладают рядом специфических особенностей. Наиболее существенная: из них - малый- диаметр (0.1-0.25лі). Несущая= способность буроинъекционных свай малого диаметра обеспечивается-главным образом за счет трения и сцепления; между поверхностью сваи и грунтом; Такие сваи обычно называют сваями трения и из-за малого диаметра они обладают низкой; несущей; способностью. Увеличение их несущей способности достигается в основном за счет увеличения их длины. Этим обусловлен основной недостаток буроинъекционных: свай - высокая гибкость. Главное назначение свай состоит в образовании жестких опорных элементов, которые будут передавать нагрузку от фундамента на глубоко залегающие, обычно более плотные грунты. Повышение эффективности-применения- буроинъекционных свай может быть: достигнуто за счет увеличения их несущей способности. В практике строительства такая цель достигается опиранием нижнего конца сваи на прочные, например, скальные породы. При этом длина свай определяется глубиной залегания кровли таких
5
пород. Другой способ1 увеличения их несущей способности
устройство уширения в нижней части ствола.
Однако испытания свай, повышенной несущей способности нижней части ствола по грунту основания показали, что предельная нагрузка на сваю малого диаметра и большой длины; определяется не несущей способностью грунта основания расположенного под нижним уширением, а устойчивостью < ствола в пределах верхних или средних слоев основания; Причем предельная', нагрузка по устойчивости' при наличии в верхних или средних слоях слабых грунтов;является определяющей.-В;таких случаях устройство уширения в нижней части ствола сваи или опирание сваи на прочные грунты оказывается либо малоэффективным, либо бесполезным. Малоэффективным в том случае если г критическая сила по устойчивости превышает сопротивление нижнего конца сваи без уширения, но меньше сопротивления нижнего конца с уширением. И бесполезно в том случае если критическая сила меньше несущей способности нижнего конца сваи без уширения. Таким образом,, сопротивляемость сваи потере устойчивости оказывается во многих случаях определяющим фактором от которого зависит решение проблемы повышения: несущей способности.
Необходимо- отметить недостаточную изученность несущей способности и устойчивости; буроинъекционных свай: Использование для буроинъекционных свай? формул,,применяемых для*расчета буронабивных свай; нередко приводит к неоправданно заниженной несущей способности; Существующие: приближенные методы расчета на устойчивость занижают величину критической силы- Не разработаны методы расчета буроинъекционных свай повышенной несущей способности.
Цель работы состоит в экспериментально-теоретическом т исследовании; устойчивости; буроинъекционных свай; разработке, методов расчета буроинъекционных. свай повышенной несущеш способности; разработке алгоритмов - проектирования; совершенствовании: технологии? их возведения и внедрении таких свай при усилении фундаментов..
Для реализации данной цели< были поставлены* и решены
следующие задачи:
изучены существующие: методы расчета' несущей способности, устойчивости,. прочности И: технологии изготовления буроинъекционных свай. Изучены существующие методы; повышения несущей способности буроинъекционных свай;
исследована проблема особенностей расчета и проектирования свай повышенной несущей способности;
изучены методы испытания свай. Разработан и внедрен новый метод; испытаний вертикальных и наклонных свай;
разработана< методика,, позволяющая моделировать численными методами потерю устойчивости сваи в упругой изотропной неоднородной среде;
разработан инженерный. метод расчета устойчивости' буроинъекционных свай;
разработана технология; изготовления: буроинъекционных свай позволяющая реализовать повышенную несущую способность по: грунту основания;.
осуществлено внедрение предлагаемых разработок в- практику строительства:
Научная новизна работы заключается в следующем:
Разработана методика расчета устойчивости буроинъекционных железобетонных свай и ее программная реализация.
Экспериментальным и расчетным путем с помощью разработанной программы выявлены характерные; особенности напряженно-деформированного состояния и потери устойчивости свай в зависимости от длины, граничных условий закрепления;, а также вида грунта.
Предложен способ испытания, буроинъекционных свай в натурных полевых условиях и устройство для его реализации. При этом
условия испытания сваи- приближаются к реальной
работе при ее эксплуатации. Научная новизна подтверждена;
получением патента РФ. 4. Разработана и внедрена. технология изготовления
буроинъекционных свай повышенной несущей способности. Практическая значимость проведенной работы состоит:
- в доведении результатов исследований до возможного их применения
в практику проектирования и производства работ;
- в разработке инженерного метода расчета устойчивости'
буроинъекционных свай;
в публикациях материалов исследований в статьях различных конференций, включая международные;
во внедрении, разработанных методик и технологических приемов вt практику усиления оснований^ фундаментов буроинъекционными сваями,,
Апробация работы. Материалы работы были доложены и одобрены на 52-55 республиканской научной конференции;профессоров; преподавателей^ научных работников и: аспирантов КазГАСА, 2000-2003 гг.; на международной научно-технической конференции "Современные проблемы; фундаментостроения", Волгоград, 2001г.
На защиту выносятся:;
- результаты натурных: испытаний фундаментов, выполненных из
буроинъекционных свай повышенной несущей способности;
- результаты: численного моделирования потери устойчивости;
буроинъекционной железобетонной сваи в неоднородной среде;
- метод испытания: свай статической вдавливающей; нагрузкой и
устройство для его осуществления;:
инженерный метод расчета устойчивости буроинъекционных свай;
технологические приемы изготовления буроинъекционных свай; для реализации повышенной несущей способности.
8 Публикации.
По материалам диссертации опубликовано семь работ. Получен патент РФ на изобретение.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка использованной литературы из 112 наименований и приложений. Общий объем составляет 135 страниц машинописного текста, 39 рисунков, 8 таблиц.
Анализ существующих методов определения несущей способности буроинъекционных железобетонных свай и расчета устойчивости
В качестве другого примера устранения крена здания с помощью корневидных свай можно привести их использование под одним из зданий в Саперно [6].. Это здание строилось на железобетонной = плите ив; процессе строительства начало крениться в одну сторону. Неравномерность осадок составила 35aw, а интенсивность их развития \см в неделю.- После устройства корневидных свай осадки плиты полностью прекратились.
В; обоих указанных выше случаях работы- по усилению оснований1 производились в, несколько этапов. На первом; этапе сваи; подводились под наиболее:осевшую часть- фундаментов, затем (после устранения: крена под собственным весом сооружения) усиливалось основание под остальной частью фундаментов.
В Неаполе корневидные сваи использовались при: надстройке существующего 3-х этажного здания- до 8-ми этажей без прекращения; его эксплуатации на время работ. Применение корневидных свай: позволило устроить новые фундаменты в непосредственной близости от существующих без нарушения; их прочности и устойчивости при этом буровое оборудование было размещено В; подвале; с низким потолком что не помешало работе в вышерасположенных административных помещениях. Затем через отверстия в,перекрытиях были опущеньгв новые фундаменты стальные колонны и произведена надстройка здания;
При= реконструкции старых: городских районов; возникает проблема сооружения; новых объектов ниже, фундаментов- близлежащих зданий: Использование подпорных стен из корневидных свай- гарантирует устойчивость окружающих зданий; Иногда; чтобы не прекращать уличного движения, работы по устройству стены из свай выполнялись. из временных: подземных коридоров, перекрытых для/ проезда по ним; Такое решение использовалось, например, при строительстве Парижского метрополитена..
Строительство тоннелей мелкого заложения под существующими зданиями также эффективно осуществляется, благодаря использованию корневидных свай.
Так под одним из зданий в городе Салерно по трассе будущего туннеля была сооружена замкнутая: сеть железобетонных балок. Затем на эти балки через корневидные; сваи-.-. была передана нагрузка от здания. При этом: сваи защищали грунт от возможного сползания в зону проходки тоннеля.
Известны случаи применения- корневидных свай1 при реконструкции цеха в связи с изменением его технологии. При этом требовалось увеличить, несущую способность фундаментов под колонны и понизить пол цеха. В этом случае через- существующие фундаменты под колонны были; пробурены скважины и в\ них изготовлены корневидные сваи диаметром 12см. затем уровень пола в цехе,был понижен, грунт из-под фундаментов-выбран, были сооружены новые фундаменты, колонны г удлинены, а промежуточные части свай и старые фундаменты были разобраны.. Известен пример устройства фундамента под опору моста на корневидных сваях в условиях залегания в основании рыхлых песчаных грунтов с большим количеством валунов; Другие типы свайных фундаментов при этом из-за наличия валунов были бы не приемлемы. Необходимо также отметить опыт фирм "ЭЛСЕ" и, "ФОНДЕДИЛЕ" по использованию микросвай . и корневидных свай в качестве различногоь вида анкеров- в грунте. При сооружении- противооползневых стен легких подпорных стен, стен подземных сооружений, выполняемых методом "стена в грунте" с успехом применяются микросваи для анкеровки в. грунте, располагаемые с таким расчетом; чтобы они работали; на растяжение. Известен пример сооружения подпорных стеш из микросвай; пробуренных с шагом два-три их диаметра вертикально- или под углом и свай-анкеров; объединенных горизонтальными- железобетонными- балками. Вертикальные сваи; служат для ограждения грунта, а сваи-анкеры воспринимают давление грунта. Приведенный; обзор зарубежного опыта показывает, что применение корневидных свай позволяет в разнообразных грунтовых условиях решать многие сложные задачи по устройству фундаментов; которые ни могли быть решены традиционными методами фундаментостроения.. Анализ существующих методов определения несущей способности буроинъекционных железобетонных свай и расчета устойчивости Несмотря на то, что корневидные сваи являются одной из разновидностей, набивных свай малого диаметра, ряд их отличительных особенностей существенно влияет на характер их работы в грунте. К. этим особенностям относятся большая; гибкость ствола, переменность сечения, материал сваи и способ устройства; Тем не менее, установившихся; научнообоснованных. методов расчета корневидных свай; фирмы; "ФОНДЕДИЛЕ" и "ЭЛСЕ" не имеют[5]: Теоретические расчеты; несущей способности корневидных свай по грунту итальянские; специалисты проводят в соответствии с известными предложениями; Терцаги[9]. Эмпирические формулы для определения предельной; нагрузки на сваю получаются по данным многочисленных экспериментов. Так, например: где d - диаметр сваи, L - длина сваи, к — коэффициент, учитывающий1 взаимодействие сваи с. грунтом: по длине,- принимаемый по таблице 1.1, J -безразмерный; коэффициент формы, зависящий; от диаметра; сваи, принимаемый по таблице 1.2. В табл. 1.1 и 1.2 даны приближенные значения коэффициентов. и J поэтому формула используется лишь для предварительных расчетов предельной нагрузки на сваю. Уточнение1 происходит по; результатам; испытаний опытных свай. По мнению специалистов фирм, это обходится дешевле и дает более достоверные результаты, чем сложное исследование грунтов основания с испытанием образцов и последующими расчетами, результаты которых не всегда соответствуют действительности.
Зависимость критической нагрузки на буроинъекционные сваи от конструктивной схемы и жесткости здания и сооружения
В 5 настоящее время для усиления фундаментов широко применяются буроинъекционные сваи, как вертикальные, так и наклонные. В этом случае часть или всю нагрузку от фундамента- передают на более глубоко расположенные:прочные слои грунта; При:использовании наклонных свай; проходящих через- тело- фундамента, под ним образуется пучок свай,. напоминающих корни дерева, поэтому за рубежом: такие: сваи получили название корневидных [1,4]. Преимущества буроинъекционных свай,. особенно при реконструкции, подтверждаются многими авторами [41,45]; 1. Исключаются: ручные земляные работы. Бурение скважин ведется непосредственно через фундамент, не затрагивая коммуникаций, проходящих около здания/ и в подвалах. Следовательно, отпадает необходимость изготовления систем; включающих, например, дополнительные ростверки, поперечные и продольныег распределительные балки. 2. На действующих предприятиях ив. жилых зданиях работы могут производиться без- остановки: производственного процесса и- выселения жильцов. 3. Низкие затраты трудовых и материальных ресурсов по сравнению с другими способами усиления.. 4. При реставрации памятников! архитектуры; их; внешний вид не Изменяется: При этом данный тип свай-имеет ряд специфических особенностей:и недостатков [41,45]. Сваи, имеют малый диаметр (0,15-0,25м) при: относительно большой длине и, следовательно, большую гибкость.. Они обладают низкой!: несущей способностью« вследствие малой- боковой І поверхности и площади пяты. Устройство свай через усиливаемый фундамент вынуждает применять наклонные сваи. В случае ветхого фундамента возникает непростая проблема надежного закрепления головы сваи.. Необходимо отметить недостаточную изученность несущей способности и устойчивости: корневидных свай. Отсутствие обоснованных методов расчета и использование для буроинъекционных свай формул, применяемых для буронабивных свай, приводит к неоправданно заниженной несущей способности. Наиболее точным способом определения несущей способности буроинъекционных свай, является, испытание: статической вдавливающей нагрузкой! Методика проведения таких испытаний регламентируется ГОСТ 5686-94. Однако из-за высокой гибкости и наклон а. буроинъекционных свай проведение испытаний; сильно усложняется. В случаях, когда сваи прорезают толщу слабых грунтов, они теряют устойчивость и определение их несущей способности становится невозможным, поскольку происходит отклонение головы сваи от оси, ее поворот, и система нагружения выходит из строя. В подобных случаях, когда не достигается значения- нагрузки, соответствующей несущей способности сваи; по грунту основания, в качестве последней назначают значение критической нагрузки по условию устойчивости. Естественно, что это приводит к перерасходу материальных и трудовых ресурсов, если в реальных условиях работы свай в составе фундамента они не теряют устойчивости. Другим фактором, существенно затрудняющим испытания; буроинъекционных свай; является их наклон. Для испытания наклонных свай; требуется специальное оборудование,, которого, как правило, не имеется. Поэтому обычно проводят испытания вертикальных свай;, в то время как при усилении фундаментов применяются наклонные сваи. Для; моделирования жесткой заделки- свай; в составе фундамента и исключения сложностей,, возникающих при испытаниях одиночных наклонных свай, предлагается следующее: 1. При. испытании вертикальных и наклонных сваіг вдавливающей1 нагрузкой необходимо ограничивать поперечные перемещения и углы поворота верхней части сваи. Возможность продольных перемещений при этом не ограничивается.. Поставленная цель достигается тем, что при испытании: вертикальных свай может применяться; ограничитель. перемещений, жестко г зафиксированный относительно фунта; Конструкции ограничителя могут быть разнообразными. Основным условием должно быть свободное продольное перемещение испытываемой сваи. 2.. При испытании наклонных свай; более эффективно испытывать одновременно несколько- свай; объединенных общим ростверком. В этом случае ограничение поперечных перемещений; и углов поворота верхней части свай достигается за счет взаимодействия свай в симметричной системе фундамента. Испытываемый; свайный фундамент должен быть симметричным относительно вертикальной оси,, проходящей - через центр ростверка. При испытании фундамента, включающего две сваи, необходимо дополнительное устройство, ограничивающее поперечные перемещения-ростверка по нормали к плоскости свай. Предлагаемое испытание позволяет исключить возможность потери устойчивости свай вследствие несоответствия граничных условий при полевых испытаниях реальным и, таким образом, определить действительные значения критической: нагрузки по устойчивости, либо1 несущей способности по грунту основания. Помимо того, предлагаемый; способ позволяет осуществить испытания наклонных свай с помощью обычного оборудования:. По изложенному способу испытания свай, получен патент на; изобретение Российской Федерации [46]. Для исследования: особенностей работы в грунте буроинъекционных свай и апробации предлагаемого способа- была разработана: программа проведения испытанию свайных фундаментов из двух свай; статическими вдавливающими нагрузками в. натурных условиях. Испытания были проведены Казанским трестом; инженерно-строительных изысканий на объекте " 127-кв. жилой дом по ул.. Столичная; в г. Зел енодольске, РТ" (см. Приложения: Справка о внедрении). Полевое исследование заключалось в испытании; трех свайных фундаментов; каждый из которых состоял из двух буроинъекционных свай. Испытания выполнялись. методом статических вдавливающих нагрузок для установления их несущей; способности на вдавливание, и; зависимости вертикальных перемещений в грунте от нагрузок.
Работа одиночной сваи в составе свайного фундамента
Особенности расчета. БИС по первой и второй? группам; предельных состояний отражены недостаточно? полно: Например, в нормах [43] нет никаких- указаний относительно расчета устойчивости свай» и устойчивости грунта у боковой поверхности свай;
В -данной главе делается попытка сформулировать основные принципы проектирования буроинъекционных свай,, обладающих более высокой; несущей способность, чем традиционные БИС.
При проектировании; свайных фундаментов фактор снижения их стоимости являетсяs одним из важнейших. Стоимость таких фундаментов является более высокой по сравнению, например, с фундаментами: из забивных сваи. Однако область применения фундаментов: из БИС. несравнимо более широкая.- При реконструкции: зданий и усилении: фундаментов БИС часто оказываются наиболее конкурентоспособными. Высокая; стоимость, БИС обусловлена их конструктивными, особенностями и сложной технологией изготовления.
По сравнению с традиционными сваямш БИС обычно имеют малый диаметр,.не:превышающий;200лш;,Поскольку площадь пяты незначительна, несущая способность свай "набирается "в основном за счет их длины. БИС — это типичные: сваи трения- и поэтому обладают, как: правило; незначительной: несущей; способностью. При г слабых грунтах основания вследствие большой1 гибкости они, кроме того, имеют низкое сопротивление потере устойчивости. Из вышесказанного следует, что. для снижения стоимости? свайных фундаментов необходимо повысить несущую способность БИС по грунту основания. При усилении фундаментов существующих зданий и сооружений в случае заделки верхних концов свай в теле усиливаемого фундамента опасность снижения прочности тела: усиливаемого фундамента не позволяет увеличить, диаметр БИС. Поэтому повышение- их несущей способности может быть достигнуто только за счет устройства уширения" в слоях грунта основания, обладающих малой сжимаемостью и высокой прочностью. Однако при і этом необходимо соответственно увеличить сопротивляемость сваи потере устойчивости, особенно при наличии в верхней или средней части ствола сваи; слабых грунтов; Такая же проблема возникает и в том случае,, если свая: прорезает толщу слабых грунтов, а нижним концом опирается на практически несжимаемые грунты и работает как свая стойка. Вышеизложенное подтверждается натурными испытаниями свай! Например, в: 1977г институтом "Гидроспецпроект" была предпринята попытка: разработки; и внедрения новой; технологии устройства, буроинъекционных свай с инъекционным уширением пяты[69]; Результатом работ явилось, выполнение опытного участка БИС на строительной площадке Загорской ГАЭС и испытание этих свай на вертикальную вдавливающую нагрузку для оценки их несущей способности. Всего на участке было выполнено! ГБИС "с инъекционным уширением пяты. Опытные сваи отличались друг от друга высотой инъекционных уширений И: их диаметром. Испытания, 10 сваш из 11 были; прекращены из-за- значительного отклонения верхней; части свай от вертикали: вследствие потерю сваями продольной устойчивости. Поэтому установить зависимость между несущей способностью свай и параметрамиуширения не удалось. Эти эксперименты показали непригодность применения общепринятых способов испытаний? свай статической вдавливающей нагрузкой к сваям, обладающим высокой гибкостью. Для гибких свай важнейшим фактором, определяющим сопротивление потере устойчивости, являются граничные условия закрепления их концов. При работе БИС в; составе фундамента их головы жестко заделаны; в ростверк, не имея возможности свободного поворота и бокового смещения. В ГОСТ 5686-94«Методы полевых испытаний сваями» условия закрепления верхнего конца испытываемой L сваи никак не оговариваются, и на практике никаких ограничений перемещений верхней части сваи не предусматривается; Поэтому по результатам испытаний БИС, производимых по стандартной методике, часто невозможно определить зависимость "осадка - нагрузка", соответствующую реальным условиям закрепления верхней части сваи, поскольку происходит потеря устойчивости из-за горизонтальных смещений головы сваи; В. подобных случаях нами предложено при испытаниях БИС вертикальной вдавливающей нагрузкой; ограничивать углы, поворота, и: поперечные смещения: головы, сваи [46]. Это обеспечивается установкой ограничителя: перемещений в верхней части сваи или одновременным испытанием нескольких свай, объединенных одним ростверком. Как известно, при- рациональном проектировании БИС необходимо стремиться к тому, чтобы предельная несущая способность сваи по грунту основания- Fd и критическая: нагрузка на сваю, соответствующая потере устойчивости Fjcp, были равны друг Другу. Это позволяет максимально использовать несущую способность свай и снизить стоимость фундаментов. Наиболее точным, методом определения несущей; способности сваш является метод натурных полевых испытаний; В нормах [43] принята единая; методика испытаний независимо от типа свай; и области их применения.. Однако несущая способность свай может существенным образом зависеть от области их применения. Например; при реконструкции и усилении фундаментов предельные дополнительные осадки в зависимости от состояния и категории здания меньше допустимых осадок для новых зданий от 2 до 50 раз [ПО]. Поэтому несущая способность. свай используемых при реконструкции и усилении- должна устанавливаться при значительно меньших осадках, чем для г нового строительства. При применении буроинъекционных свай — свай трения ограничение по осадкам резко снижает их несущую способность, поскольку силы трения, мобилизуются при осадках порядка 20мм. В этом случае буроинъекционные сваи, обладают чрезвычайно низкой; эффективностью, следовательно,- их. несущая способность, то есть эффективность может быть повышена только за счет применения-уширении и увеличения: сопротивления нижнего конца сваи. В этом случае расчет на устойчивость является определяющим; Причем в расчете на: устойчивость должны быль включены силы трения: с понижающими коэффициентами.
Инженерный метод расчета устойчивости буроинъекционных железобетонных свай
На; объекте жилой; дом А-1 в поселке Лебяжье г. Казани- были: зафиксированы недопустимые осадки здания; которые привели к образованию? аварийной ситуации. После проведения обследования; было; выяснено, что торцовая стена по оси 25 откололась от здания с раскрытием трещин в кладке: до 1-1 .5GM;- Здание было построено- на ленточном фундаменте из сборных фундаментных плит ФЛ16 - ФЛ10, что подтвердило вскрытие шурфов. Для; оценки инженерно-геологической ситуации-КазТИСИЗом в 1997-2000! гт. былш проведены изыскания, на основании которых построен инженерно-геологический разрез, см. рис. 5.1. Описание грунтов дано в таблице 5; 1. Обследование здания и і изучение геологических данных показало, что здание было построено на откосе. Перед строительством откос был спланирован насыпным грунтом, состоящим из суглинков туго пластичных, с остатками древесины, строительным мусором, слабозаторфованных - в нижней части и рыхлыми песками, с растительными остатками; строительным мусором,.мелкозернистыми:в верхней части. При: этом насыпной грунт не был уплотнен, и; строительство осуществлялось без должного надзора. Эти обстоятельства стали причиной; чрезмерных осадок торцовой стены здания;
Для- предотвращения: дальнейших деформаций здания жилого дома: было принято решение? применить для укрепления; фундамента буроинъекционные сваи, как один из І самых надежных методов;. Проект усиления предусматривал: устройство наклонных. буроинъекционных свай с наружной; и внутренней сторон здания. С наружной стороны сваи устраивались с поверхности земли, через усиливаемый фундамент под углом к вертикали.. С внутренней стороны сваи- устраивались из подвала, также через усиливаемый фундамент под углом 22 к вертикали, см. рис. 5.2-53. Сваи устраивались длиной 13.6 м, опорным слоем был выбран: песок пылеватый маловлажный от плотного до рыхлого с прослоями суглинка и супеси;.. Сваи армировались пространственными каркасами: из 4 стержней 014Мм арматуры класса А-Ш.
Расчет несущей: способности буроинъекционных свай выполнен: в соответствии с положениями главы СНиП 2.02.03-857"Свайные фундаменты" [43] и СНиП; 2.02.01-83 "Основания зданий и сооружений" [50], а также "Рекомендаций! по проектированию и- устройству фундаментов из буроинъекционных свай" НИИОСПа им. Герсеванова [23 47].
Поскольку верхняя часть основания сложена насыпными слабыми грунтами серьезную проблему представляла потеря устойчивости сваи. Для і снятия этой проблемы было предложено следующее решение. В слабых грунтах было предусмотрено устройство уширения с целью повышения: сопротивляемости ствола потере устойчивости. Кроме того, для повышения несущей способности сваи устройство скважины в верхней части осуществлялось, без извлечения грунта путем вдавливания с вращением наконечника, жестко установленного на штанге бурового станка и имеющего диаметр,, равный: диаметру скважины. В- этом; случае;, составляющая сопротивления: вдавливания по боковой поверхности преодолевается вращением, а сопротивление: по лобовой: поверхности: вдавливанием: Приложение такого сочетания; нагрузок; на: наконечник позволяет снизить сопротивление- погружению без передачи динамических нагрузок на: окружающий; грунт. При этом? происходит образование скважины: с уплотнением; грунта по ее периметру.. После: устройствам скважины; в нее подсыпался сухой твердеющий материал — цемент,, с последующим уплотнением путем повторной проходки. Повторная проходка осуществлялась с помощью установленного на штанге бурового станка пневмоударника, к которому жестко прикреплен наконечник. В этом случае стенки скважины становятся г цементно-грунтовым и. При инъецировании в. скважину раствора твердеющего материала происходит разрыв цементно-грунтовой обоймы, и трещины заполняются нагнетаемым; раствором. Благодаря этому цементно-грунтовая: обойма и ствол сваи соединяются;. в единое целое. Погружение наконечника при вращении пневмоударника резко снижает сопротивление погружению т способствует уменьшению і энергозатрат на устройство скважины. Продавливание скважины увеличивает плотность и несущую способность слабого грунта. Цементно-грунтовая обойма при схватывании с инъецируемым раствором твердеющего материала образует единый ствол сваи, диаметр которого превышает диаметр скважины. Совокупность этих факторов приводит к увеличению несущей способности сваи. По описанному способу автором совместно с коллегами была подана заявка № 2000117934 на получение патента РФ.
С целью проверки предлагаемого решения в пределах объекта жилой дом А-1 в поселке Лебяжье г. Казани, на опытной площадке №1 была изготовлена экспериментальная свая по технологии продавливания скважины и подсыпки твердеющего материала с повторной проходкой пневмопробойником. Длина сваи составляла 5м, диаметр скважины 151 мм, арматурный, каркас был выполнен из 4 стержней; 012 лш,. уширение изготавливалось в насыпных песчаных грунтах. После набора прочности тела сваи, даннаясваи была откопана из грунта и изучена. Осмотр сваи показал, что в наиболее широкой части свая имела лучеобразное уширение диаметром до 60 см, при этом цельность ствола сваи нигде не была нарушена. Таким -образом в песчаных грунтах с помощью пробивки скважины с последующей подсыпкой, твердеющего материала можно получить уширение ствола превышающее первоначальных диаметр в 4 раза.