Применение анкерных свай «Атлант» в подземном строительстве

3. Геомеханические аспекты конструирования хранилищ высокоактивных отходов и отработавшего ядерного топлива в глубинных геоформациях с инженерными барьерами повышенной надёжности /С.А. Чесно-ков и [др.] // Изв. ТулГУ. Сер. Геомеханика. Механика подземных сооружений. Вып. 4. 2006. С. 211-218.

A. Kokosadze

Geomechanic Aspects of industrial waste burial

Main aspects of especially dangerous industrial waste burial are under consideration. Special attention is paid to the construction of barriers preventing waste penetration into the environment.

Key words: toxic wastes, landfill, multistep protection.

Получено 22.09.10

УДК 624.1:624.154

А.Г. Малинин, канд. техн. наук, техн. директор, info-ips@yandex.ru (Россия, Пермь, «ИнжПроектСтрой»),

Д.А. Малинин, инженер, info-ips@yandex.ru

ПРИМЕНЕНИЕ АНКЕРНЫХ СВАЙ «АТЛАНТ» В ПОДЗЕМНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Приведены обзор новой отечественной технологии устройства анкерных свай «Атлант» и результаты экспериментального исследования данного типа свай.

Ключевые слова: грунтовые анкера, буровые сваи.

Российские строительные предприятия в рамках современного экономического кризиса вынуждены искать способы удешевления строительно-монтажных работ. При этом часто бывает, что выполнение работ с применение отечественных материалов и технологий не является технически возможным, а применение современных зарубежных технологий и материалов - экономически не выгодным.

Компанией «ИнжПроектСтрой» разработана и успешно применяется новая технология устройства анкерных свай «Атлант», которая на сегодняшний день является единственной отечественной альтернативой известной технологи «Titan».

В отличие от своего зарубежного аналога технология имеет более низкую стоимость благодаря применению стандартных высокопрочных труб, массово выпускаемых российскими металлургическими заводами.

Область применения технологии достаточно широка. Как своеобразный тип буроинъекционных свай они могут применяться для строительства свайных фундаментов, а также для усиления фундаментов ре-

конструируемых зданий и сооружений, а как анкеры - для крепления бортов котлованов, откосов, подпорных стен и т.д.

«Атлант»  - это запатентованная авторами технология устройства анкерных свай [1, 2, 3], основанная на использовании в качестве специальных теряемых буровых штанг полых высокопрочных труб, которые по окончанию бурения оставляют в скважине в качестве армирующего элемента сваи или тяги анкера. Трубы соединяются между собой муфтами с конусной резьбой, обеспечивающей высокую прочность соединения.

В сущности, технология «Атлант» является отечественным аналогом технологии «Titan». В обоих случаях основой технологии является бурение скважин с помощью штанг, которые после окончания бурения не извлекают, а оставляют в скважине. После твердения цементного раствора в грунте формируется цементная свая, армированная центрально расположенной штангой (рис. 1).

Рис.1. Конструкция анкерной сваи «Атлант»

Устройство анкерных свай «Атлант» состоит из следующих технологических операций.

Бурение скважины до проектной отметки с использованием цементного раствора с В:Ц=1,0. Цементный раствор выполняет две функции.

Во-первых, данный раствор является буровым раствором, транспортирующим частицы разрушенного грунта на поверхность. Во-вторых, цементный раствор является первичным инъецирующим раствором, который заполняет пустоты, трещины и пропитывает окружающий грунт. Именно поэтому особенно важно, что бы в процессе бурения раствор постоянно изливался из устья скважины, т.к. наличие выхода раствора на поверхность гарантирует качество инъекции окружающего грунта.

Опрессовка скважины более густым цементным раствором В:Ц=0,4...0,6, в процессе которой формируется оболочка из чистого цементного камня высокой прочности.

В том случае, если технология применяется для устройства анкеров, дополнительно применяют систему крепления анкера к обвязочному поясу.

По сравнению с другими технологиями устройства микросвай или анкеров технология «Атлант» имеет ряд преимуществ:

- устранение "многодельности" работ, т.к. бурение скважины, устройство тела анкерной сваи и армирование выполняется одновременно;

- повышение производительности труда приблизительно в 5-10 раз по сравнению с устройством традиционных буроинъекционных свай или грунтовых анкерных конструкций;

- возможность устройства анкеров и свай в неустойчивых грунтах без применения обсадных труб;

- возможность применения малогабаритных буровых станков для работ по усилению фундаментов из подвалов существующих зданий, в стесненных пространствах подземных сооружений;

- отсутствие негативного воздействия на существующие фундаменты здания;

- возможность производства работ в заводских цехах без остановки производственного процесса;

- снижение затрат ручного труда.

В технологии «Titan» в качестве штанг используются полые трубчатые элементы с накатанной волновой поверхностью, обеспечивающей качественный контакт между трубчатым элементом и цементным камнем. Между тем, высокая стоимость накатки, определяющая стоимость всей технологии, ограничивает распространение технологии в нашей стране, особенно в условиях экономического кризиса.

В технологии «Атлант» предлагается использовать в качестве штанги трубу с гладкой поверхностью. Подобное решение позволяет значительно уменьшить стоимость технологии за счет применения стандартных труб, выпускаемых отечественной промышленностью.

Из всего многообразия сортаментов труб приведем характеристики только одной категории труб, изготовленных из легированной конструкционной стали, и широко применяемых в своей практике предприятием «ИнжПроектСтрой» (табл .1).

Таблица 1

Расчетные характеристики материла штанг «Атлант»

Диаметр, мм Толщина стенки, мм Предел теку- чести, МПа Нагрузка на пределе текучести, кН Нагрузка на разрыв, кН

60 5,0 491 410 573

73 5,5 491 554 776

89 6,5 491 804 1125

114 7,0 491 1125 1575

Практика показывает, что использование гладких труб не снижает существенно несущую способность свай (анкеров). Это объясняется достаточным по величине сцеплением между поверхностью трубы и цементным камнем. Следует иметь в виду, что прочность контакта обеспечивается не только шероховатостью поверхности, но и действием «обжимающих» усадочных напряжений в цементном камне, возникающих в процессе твердения раствора, а также действием гидростатического давления грунта на цементную оболочку. Совокупность всех факторов приводит к тому, что в большинстве случаев свая (анкер) срывается по грунту, а не по контакту «труба - цементная оболочка».

Важной конструктивной особенностью штанг «Атлант» являются специальные анкерные элементы (гомогенизаторы) (рис. 2). Они выполняют несколько функций:

- улучшение проработки скважины при бурении и увеличение ее диаметра;

- гомогенизация цементной смеси при опрессовке;

- повышение несущей способности анкерной сваи.

Рис. 2. Анкерные штанги «Атлант» 251

В случае устройства анкера гомогенизаторы целесообразно монтировать только на штангах, которые будут расположены в корневой части анкера, а в случае сваи это достаточно сделать только на тех частях трубы, которые в последующем будут расположены в наиболее прочном слое грунта.

При реконструкции межшлюзовых причальных сооружений канала Волго-Балт выполнялись опытные работы по проверке несущей способности грунтовых анкеров для крепления шпунтовой стенки.

В рамках испытаний были устроены 3 анкера «Атлант» длиной 12 м и 10 анкеров «Титан» различной длины (рис. 3). Всего было выполнено 3 опытных участка в различных геологических условиях (в супесях и мягкопластичных глинах), присутствующих в рамках строительной площадки. Диаметр бурового долота у всех анкеров составлял 150 мм, а анкера «Атлант» были оснащены гомогенизаторами.

Рис. 3. Установкарабочих анкеров

Из результатов испытаний анкеров выдергивающей нагрузкой видно, что несущая способность анкеров «Атлант» в глинистых грунтах выше несущей способности «Титан» (табл. 2). Это связанно с наличием в конструкции гомогенизаторов, которые в процессе бурения улучшают качество проработки скважины и, соответственно, увеличивают диаметр тела анкера.

По результатам испытаний анкера «Титан» в зоне глинистых грунтов пришлось удлинить с 12 мдо 15 м для обеспечения проектной несущей способности, что не потребовалось бы в случае применения анкеров «Атлант».

В г. Перми при строительстве административно-торгового здания были выполнены работы по ограждению котлована с применением анкеров «Атлант».

Грунтовый массив в пределах площадки сложен из песка с верхним метровым слоем насыпного грунта.

Таблица 2

Результаты испытания опытных анкеров «Атлант» и «Титан» длиной 12 м

Номер анкера Тип анкера Тип грунта Предельная нагрузка, кН

3 “Тіїап” 40/16 Супесь 534

А1 “Атлант” 89x6,5 Супесь 550

5 “Тіїап” 40/16 Глина 404

6 “Тіїап” 40/16 Глина 269

9 “Тіїап” 40/16 Глина 387

А2 “Атлант” 89x6,5 Глина 505

А3 “Атлант” 89x6,5 Глина 455

Для определения влияния дополнительных анкерных элементов были выполнены опытные работы по выдергиванию свай «Атлант» длиной 3,0 мс различными конструктивными особенностями.

Опытные анкера различались диаметром буровой головки (114 мм, 150 мм, 180 мм) и типом армирования:

- тип «А» - труба 073x5,5 мм с гладкой поверхностью;

- тип «Б» - труба 073x5,5 мм с отрезками арматурных стержней, приваренных попарно на равном расстоянии по всей длине трубы.

Сваи испытывали выдергивающей нагрузкой. Впоследствии все сваи были откопаны (рис. 4) для измерения фактического диаметра. Результаты измерений приведены в табл. 3.

Рис. 4. Откопанная опытная анкерная свая «Атлант»

Отметим, что анкерные элементы, по сути, являются «лопастями» своеобразного линейного миксера. В той области, где они работают, формируется тело сваи из чистого цементного камня высокой однородности и прочности. За пределами этой области цементная оболочка может содержать не промешанный грунт (рис. 5).

Таблица 3

Фактический диаметр анкерных свай «Атлант»

№ сваи Тип сваи Диаметр буровой головки, мм Фактический диаметр сваи, мм Коэф. увели- чения диам. Средний коэф. увели- чения диам.

1 А 127 128 1,01 1,05

2 150 162 1,08

3 180 192 1,07

4 Б 127 178 1,40 1,21

5 150 172 1,15

6 180 196 1,09

Рис. 5. Сечение сваи «Атлант»

На рис. 6 показан график несущей способности анкерных свай с использованием гладкой трубы и трубы, оснащенной анкерными элемента-

ми. Установлено, что применение анкерных элементов повышает несущую способность свай в 1,5 - 2 раза. Таким образом, сваи «Атлант» с использованием штанг, оснащенных гомогенизаторами, показали свою эффективность в повышении диаметра цементного тела и несущей способности.

Зависимость несущэй способности сваи от диаметра буровой головки

Диаметр буровой головки, мм

Рис. 6. График несущей способности анкерных свай с использованием гладкой трубы и трубы, оснащенной анкерными элементами

Испытания показали «жизнеспособность» новой технологии устройства анкерных свай. Технология успешно была применена авторами на десятках объектах - устройстве геотехнических экранов, устройстве свайных фундаментов для технологического оборудования на ряде промышленных предприятий, анкерном креплении бортов котлованов, усилении фундаментов аварийных зданий и т.д.

Выполненные объекты вселяют уверенность, что данная технология найдет свое место при решении и других сложных задач подземного строительства.

Список литературы

1. Свая: пат. 74645. Бюллетень изобретений. 2008. №18.

2. Грунтовый анкер: пат. 83517. Бюллетень изобретений. 2009. №19.

3. Грунтовый анкер: пат. 89538. Бюллетень изобретений. 2009. №34.

A. Malinin, D. Malinin

Application of anchor piles “Atlant” in underground construction

The application of a new Russian technology - anchor piles “Atlant” and results of experimental research of this kind of technology are described.

Key words: soil bolting, drilled pier.

Получено 22.09.10