Разработки БелНИИС для фундаментостроения
Одно из наиболее перспективных направлений развития фундаментостроения - использование фундаментов уплотнения, в частности песчано-гравийных и щебеночных свай. В РБ это направление разрабатывалось в основном при строительстве легконагруженных зданий и сооружений, где распределенная нагрузка от надфунаментных конструкций не превышает 250 кН/м.
Однако сегодня благодаря разработкам БелНИИС песчано-гравийные и щебеночные сваи стали применяться в РБ и для тяжелонагруженных зданий и сооружений - тех, нагрузка от надфундаментных конструкций которых на каждый из фундаментов достигает 5000 кН.
Основание будущего объекта подвергается искусственному улучшению (упрочнению) с помощью песчано-гравийных и щебеночных свай. На полученном слое (геомассиве) и возводятся промышленные здания и сооружения. К преимуществам данной технологии следует отнести ее гибкость и приспосабливаемость к конкретным условиям строительства. Поскольку в этом случае при возведении фундаментов экономится до 80% железобетона, необходимость массового внедрения технологии в практику строительства очевидна.
Актуальность искусственного улучшения оснований обусловливается тем, что в настоящее время значительную часть строительных объектов приходится размещать на малоценных с сельскохозяйственной точки зрения территориях.
В большинстве своем такие площадки располагаются на слабых грунтах, что чревато недопустимыми деформациями, неравномерностью осадок, часто - потерей устойчивости грунтов основания.
Из двух основных методов возведения фундаментов (устройство свайных оснований и искусственное улучшение оснований) до недавнего времени наиболее широко был распространен первый, однако резкий рост цен на железобетонные сваи стимулирует повсеместное обращение ко второму.
Искусственное улучшение оснований достигается за счет улучшения свойств и работы грунтов. Улучшение работы грунтов достигается конструктивными методами, включающими возведение различного вида грунтовых подушек. Улучшение свойств грунтов производится их уплотнением и закреплением.
Отдельно следует остановиться на строительстве в условиях насыпных грунтов. В РБ это наиболее часто встречающийся случай строительства зданий и сооружений в сложных инженерно-геологических условиях. Широкое распространение в республике строительства на насыпных грунтах связано, помимо всего прочего, с необходимостью поднять отметку строительной площадки из-за неблагоприятных гидрогеологических условий.
Поверхностное уплотнение насыпных оснований осуществляется тяжелыми трамбовками, трамбующими машинами, укаткой вибрационными катками, самоходными и подвесными вибрационными трамбовками, а также вытрамбовыванием котлованов и устройством грунтовых подушек. Глубинное - устройством песчаных свай, глубинным и гидровиброуплотнением, глубинными взрывами, пригрузкой с дренами в переувлажненных и водонасыщенных насыпных грунтах и устройством грунтовых свай в маловлажных насыпных грунтах.
Метод возведения фундаментов зданий на основаниях из геомассивов с применениемпесчано-гравийных и щебеночных свай является новым для РБ и заключается в комбинации глубинного уплотнения грунтов, поверхностного уплотнения и возведения грунтовой подушки, причем все эти действия производятся без перемещения грунтовых масс. Таким образом, данная технология подготовки оснований одновременно улучшает свойства грунтов и их работу в системе основание - фундамент.
Технология устройства геомассивов с применением песчано-гравийных и щебеночных свай представляет собой последовательное осуществление подготовительных работ, устройства в основании тем или иным способом песчано-гравийных и щебеночных свай, отсыпки под пятно фундамента щебеночной подушки и поверхностного уплотнения основания укаткой или виброуплотнением с образованием единого сваегрунтового массива.
В состав подготовительных работ входят устройство подъездных путей, обеспечение электроэнергией, выполнение планировочных работ на площадке до уровня проектного верха песчано-гравийных и щебеночных свай с обязательной срезкой растительного грунта, разбивка здания, закрепление осей и выноска мест расположения свай, а также завоз на стройплдощадку необходимого количества песчано-гравийной смеси и щебня.
По способу устройства скважин различаются геомассивы из песчано-гравийных и щебеночных свай в вытрамбованных, буровых и вибросформированных скважинах. Вытрамбовку скважин для песчано-гравийных и щебеночных свай целесообразно осуществлять конусообразными штампами-трамбовками длиной до 3 м и диаметрами до 1,2 м в верхней части и до 0,6 м - в нижней. Всего БелНИИС разработал рабочие чертежи 5 видов штампов-трамбовок.
Бурение скважин производится стандартным бурильным обрудованием (в том числе ямобурами типа ЯМЗ и БМ-204) с глубиной бурения до 10 м (для ямобуров - до 3 м) и диаметром скважин до 1,2 м (для ямобуров - до 0,5 м).
Устройство песчано-гравийных и щебеночных свай в вибросформированных скважинах осуществляется вибропогружением с подачей цементного раствора и виброизвлечением специального лидера-проходчика ВТЦ-1, рабочие чертежи которого также разработаны БелНИИС, с глубиной погружения до 10 м и диаметром сваи до 1,2 м, благодаря чему образуется грунтоцементная свая.
Поверхностное уплотнение производится простым укатыванием гладкими, кулачковыми и другими катками массой не менее 10 т и виброуплотнением витброкатками массой не менее 8 т.
По воспринимаемым вертикальным нагрузкам от надфундаментных конструкций рациональная область применения геомассивов из песчано-гравийных и щебеночных свайочерчена следующим образом.
Столбчатые фундаменты на песчано-гравийных и щебеночных сваях в вытрамбованных скважинах выдерживают до 5000 кН на колонну, ленточные - до 600 кН/м по обрезу стены. В буровых - до 3 000 кН и до 250 кН/м и в вибросформированных скважинах - до 2 500 кН и до 250 кН/м соответственно.
Грунтовые условия накладывают следующие ограничения на рациональную область применения геомассивов из песчано-гравийных и щебеночных свай в вытрамбованных и буровых скважинах.
Песчано-грунтовые сваи применяются в песчаных грунтах со степенью влажности от 0,1 до 0,8, глинах и суглинках с показателем текучести от 0,5 до 0,75 и супесях с показателем текучести от 0,25 до 1,0.
Щебеночные сваи применяются в песчаных грунтах со степенью влажности от 0,1 до 0,8, глинах и суглинках с показателем текучести от 0,5 до 1,0 и супесях с показателем текучести от 0,25 до 1,0. Геомассивы из песчано-гравийных и щебеночных свай в вибросформированных скважинах применяются в любых рыхлых песчаных грунтах.
Если фундамент (монолитный или сборный, столбчатый или ленточный) промышленного здания или сооружения опирается на геомассив с применением песчано-гравийных и щебеночных свай, проектную нагрузку на грунт основания можно передать при меньших размерах подошвы фундамента за счет уплотнения основания, повышения его жесткости, прочности и уменьшения деформативности.
Помимо сплошных геомассивов, создаваемых для общеплощадочного укрепления грунтов, бывают одиночные, или кустовые (под столбчатые фундаменты), и ленточные (под ленточные фундаменты) геомассивы.
В соответствии с вышеизложенным расчет и проектирование оснований из геомассивов с применением песчано-гравийных и щебеночных свай сводятся к стандартному расчету по 2 группам предельных состояний, регламентированному СНиП 2.02.01-83 "Основания зданий и сооружений", но с учетом улучшенных характеристик - грунтового основания - геомассива. При этом в любом случае основным расчетом является расчет по II предельному состоянию (по деформациям).
Для определения общего количества песчано-гравийных и щебеночных свай, необходимых для требуемого улучшения основания, следует исходить из условия равенства действующих на геомассив сил и сил, воспринимаемых песчано-гравийных и щебеночных свай и межсвайным грунтом, причем распределение давлений между песчано-гравийных и щебеночных свай следует принимать обратно пропорциональным коэффициентам их сжимаемости.
Минимальные и максимальные допустимые расстояния между осями песчано-гравийных и щебеночных свай регламентируются соответствующим разделом Пособия 2-95 "Проектирование и устройство фундаментов из свай набивных с уплотненным основанием". Для песчано-гравийных и щебеночных свай в вытрамбованных скважинах минимальное расстояние составляет 3D, а максимальное - 6D, где D - верхний диаметр сваи. Для других видов песчано-гравийных и щебеночных свай - соответственно 2D и 5D, где D - средний диаметр сваи.
Требуемые характеристики оснований из геомассивов с применением песчано-гравийных и щебеночных свайследует задавать с учетом поверхностного уплотнения основания - геомассива с обязательным контролем качества возведения геомассива и определения фактических его характеристик в процессе производства работ.
Научные исследования и накопленный опыт строительства промышленных объектов подтверждают эффективность песчано-гравийных и щебеночных свай при возведении промышленных зданий и сооружений с нагрузками до 5000 кН на фундамент.
Улучшенные основания (геомассивы) с применением песчано-гравийных и щебеночных свай выдерживают давление Р = 0,4-0,6 МПа по подошве фундаментов промышленных зданий и сооружений, что, в частности, позволило при строительстве только 3 промышленных объектов получить экономический эффект около 1 000 000 рублей в ценах 1984 г.
В БелНИИС разработан полный комплект документации, необходимой для внедрения оснований из песчано-гравийных и щебеночных свай (техдокументация оборудования для устройства песчано-гравийных и щебеночных свай, технологические карты, нормативная документация для проектирования), который можно приобрести в институте по договорным ценам.
Валерий СЕСЬКОВ
Однако сегодня благодаря разработкам БелНИИС песчано-гравийные и щебеночные сваи стали применяться в РБ и для тяжелонагруженных зданий и сооружений - тех, нагрузка от надфундаментных конструкций которых на каждый из фундаментов достигает 5000 кН.
Основание будущего объекта подвергается искусственному улучшению (упрочнению) с помощью песчано-гравийных и щебеночных свай. На полученном слое (геомассиве) и возводятся промышленные здания и сооружения. К преимуществам данной технологии следует отнести ее гибкость и приспосабливаемость к конкретным условиям строительства. Поскольку в этом случае при возведении фундаментов экономится до 80% железобетона, необходимость массового внедрения технологии в практику строительства очевидна.
Актуальность искусственного улучшения оснований обусловливается тем, что в настоящее время значительную часть строительных объектов приходится размещать на малоценных с сельскохозяйственной точки зрения территориях.
В большинстве своем такие площадки располагаются на слабых грунтах, что чревато недопустимыми деформациями, неравномерностью осадок, часто - потерей устойчивости грунтов основания.
Из двух основных методов возведения фундаментов (устройство свайных оснований и искусственное улучшение оснований) до недавнего времени наиболее широко был распространен первый, однако резкий рост цен на железобетонные сваи стимулирует повсеместное обращение ко второму.
Искусственное улучшение оснований достигается за счет улучшения свойств и работы грунтов. Улучшение работы грунтов достигается конструктивными методами, включающими возведение различного вида грунтовых подушек. Улучшение свойств грунтов производится их уплотнением и закреплением.
Отдельно следует остановиться на строительстве в условиях насыпных грунтов. В РБ это наиболее часто встречающийся случай строительства зданий и сооружений в сложных инженерно-геологических условиях. Широкое распространение в республике строительства на насыпных грунтах связано, помимо всего прочего, с необходимостью поднять отметку строительной площадки из-за неблагоприятных гидрогеологических условий.
Поверхностное уплотнение насыпных оснований осуществляется тяжелыми трамбовками, трамбующими машинами, укаткой вибрационными катками, самоходными и подвесными вибрационными трамбовками, а также вытрамбовыванием котлованов и устройством грунтовых подушек. Глубинное - устройством песчаных свай, глубинным и гидровиброуплотнением, глубинными взрывами, пригрузкой с дренами в переувлажненных и водонасыщенных насыпных грунтах и устройством грунтовых свай в маловлажных насыпных грунтах.
Метод возведения фундаментов зданий на основаниях из геомассивов с применениемпесчано-гравийных и щебеночных свай является новым для РБ и заключается в комбинации глубинного уплотнения грунтов, поверхностного уплотнения и возведения грунтовой подушки, причем все эти действия производятся без перемещения грунтовых масс. Таким образом, данная технология подготовки оснований одновременно улучшает свойства грунтов и их работу в системе основание - фундамент.
Технология устройства геомассивов с применением песчано-гравийных и щебеночных свай представляет собой последовательное осуществление подготовительных работ, устройства в основании тем или иным способом песчано-гравийных и щебеночных свай, отсыпки под пятно фундамента щебеночной подушки и поверхностного уплотнения основания укаткой или виброуплотнением с образованием единого сваегрунтового массива.
В состав подготовительных работ входят устройство подъездных путей, обеспечение электроэнергией, выполнение планировочных работ на площадке до уровня проектного верха песчано-гравийных и щебеночных свай с обязательной срезкой растительного грунта, разбивка здания, закрепление осей и выноска мест расположения свай, а также завоз на стройплдощадку необходимого количества песчано-гравийной смеси и щебня.
По способу устройства скважин различаются геомассивы из песчано-гравийных и щебеночных свай в вытрамбованных, буровых и вибросформированных скважинах. Вытрамбовку скважин для песчано-гравийных и щебеночных свай целесообразно осуществлять конусообразными штампами-трамбовками длиной до 3 м и диаметрами до 1,2 м в верхней части и до 0,6 м - в нижней. Всего БелНИИС разработал рабочие чертежи 5 видов штампов-трамбовок.
Бурение скважин производится стандартным бурильным обрудованием (в том числе ямобурами типа ЯМЗ и БМ-204) с глубиной бурения до 10 м (для ямобуров - до 3 м) и диаметром скважин до 1,2 м (для ямобуров - до 0,5 м).
Устройство песчано-гравийных и щебеночных свай в вибросформированных скважинах осуществляется вибропогружением с подачей цементного раствора и виброизвлечением специального лидера-проходчика ВТЦ-1, рабочие чертежи которого также разработаны БелНИИС, с глубиной погружения до 10 м и диаметром сваи до 1,2 м, благодаря чему образуется грунтоцементная свая.
Поверхностное уплотнение производится простым укатыванием гладкими, кулачковыми и другими катками массой не менее 10 т и виброуплотнением витброкатками массой не менее 8 т.
По воспринимаемым вертикальным нагрузкам от надфундаментных конструкций рациональная область применения геомассивов из песчано-гравийных и щебеночных свайочерчена следующим образом.
Столбчатые фундаменты на песчано-гравийных и щебеночных сваях в вытрамбованных скважинах выдерживают до 5000 кН на колонну, ленточные - до 600 кН/м по обрезу стены. В буровых - до 3 000 кН и до 250 кН/м и в вибросформированных скважинах - до 2 500 кН и до 250 кН/м соответственно.
Грунтовые условия накладывают следующие ограничения на рациональную область применения геомассивов из песчано-гравийных и щебеночных свай в вытрамбованных и буровых скважинах.
Песчано-грунтовые сваи применяются в песчаных грунтах со степенью влажности от 0,1 до 0,8, глинах и суглинках с показателем текучести от 0,5 до 0,75 и супесях с показателем текучести от 0,25 до 1,0.
Щебеночные сваи применяются в песчаных грунтах со степенью влажности от 0,1 до 0,8, глинах и суглинках с показателем текучести от 0,5 до 1,0 и супесях с показателем текучести от 0,25 до 1,0. Геомассивы из песчано-гравийных и щебеночных свай в вибросформированных скважинах применяются в любых рыхлых песчаных грунтах.
Если фундамент (монолитный или сборный, столбчатый или ленточный) промышленного здания или сооружения опирается на геомассив с применением песчано-гравийных и щебеночных свай, проектную нагрузку на грунт основания можно передать при меньших размерах подошвы фундамента за счет уплотнения основания, повышения его жесткости, прочности и уменьшения деформативности.
Помимо сплошных геомассивов, создаваемых для общеплощадочного укрепления грунтов, бывают одиночные, или кустовые (под столбчатые фундаменты), и ленточные (под ленточные фундаменты) геомассивы.
В соответствии с вышеизложенным расчет и проектирование оснований из геомассивов с применением песчано-гравийных и щебеночных свай сводятся к стандартному расчету по 2 группам предельных состояний, регламентированному СНиП 2.02.01-83 "Основания зданий и сооружений", но с учетом улучшенных характеристик - грунтового основания - геомассива. При этом в любом случае основным расчетом является расчет по II предельному состоянию (по деформациям).
Для определения общего количества песчано-гравийных и щебеночных свай, необходимых для требуемого улучшения основания, следует исходить из условия равенства действующих на геомассив сил и сил, воспринимаемых песчано-гравийных и щебеночных свай и межсвайным грунтом, причем распределение давлений между песчано-гравийных и щебеночных свай следует принимать обратно пропорциональным коэффициентам их сжимаемости.
Минимальные и максимальные допустимые расстояния между осями песчано-гравийных и щебеночных свай регламентируются соответствующим разделом Пособия 2-95 "Проектирование и устройство фундаментов из свай набивных с уплотненным основанием". Для песчано-гравийных и щебеночных свай в вытрамбованных скважинах минимальное расстояние составляет 3D, а максимальное - 6D, где D - верхний диаметр сваи. Для других видов песчано-гравийных и щебеночных свай - соответственно 2D и 5D, где D - средний диаметр сваи.
Требуемые характеристики оснований из геомассивов с применением песчано-гравийных и щебеночных свайследует задавать с учетом поверхностного уплотнения основания - геомассива с обязательным контролем качества возведения геомассива и определения фактических его характеристик в процессе производства работ.
Научные исследования и накопленный опыт строительства промышленных объектов подтверждают эффективность песчано-гравийных и щебеночных свай при возведении промышленных зданий и сооружений с нагрузками до 5000 кН на фундамент.
Улучшенные основания (геомассивы) с применением песчано-гравийных и щебеночных свай выдерживают давление Р = 0,4-0,6 МПа по подошве фундаментов промышленных зданий и сооружений, что, в частности, позволило при строительстве только 3 промышленных объектов получить экономический эффект около 1 000 000 рублей в ценах 1984 г.
В БелНИИС разработан полный комплект документации, необходимой для внедрения оснований из песчано-гравийных и щебеночных свай (техдокументация оборудования для устройства песчано-гравийных и щебеночных свай, технологические карты, нормативная документация для проектирования), который можно приобрести в институте по договорным ценам.
Валерий СЕСЬКОВ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 28 за 1997 год в рубрике проектирование
