Технология устройства песковпрессованных свай

ТЕХНОЛОГИЯ УСТРОЙСТВА ПЕСКОВПРЕССОВАННЫХ

СВАЙ

TECHNOLOGY OF SANDPRESSED PILES ARRANGEMENT

О.И. Рубцов, Крыжановский А.Л. М.С. Савин, Н.С. Прохорова

Rubtsov O.I., A.L. Krizhanovsky, M.S. Savin, N.S. Prokhorova

ГОУВПО МГСУ

Подробное описание последовательности проведения работ, данное в этой статье, ставит своей целью ознакомление широкого круга инженеров-строителей со всеми аспектами организации работ по технологии «Песконасос».

In this article, a detailed description of carrying out work sequence sets itself as an object of acquaintance of broad sections of civil engineers with all the aspects of work organization on «Peskona-sos» technology.

История создания свай по технологии «Песконасос» имеет давнюю историю. Прототипом данной технологии является технология заполнения резиновой оболочки, установленной в лидерную скважину, пескогравийной смесью при создании высокого давления воздуха внутри этой оболочки. Такая технология была опробована на строительстве Ново-Воронежской АЭС.

Описание грунтовых аспектов технологии «Песконасос», разработанной в МГСУ, приведена в работах [1-5]. Целью данной статьи является изложение наиболее отработанной, на сегодняшний день, технологии по устройству песковпрессованных свай.

На первом этапе осуществляется бурение лидерной скважины (1) диаметром, например , 200 мм на проектную глубину. При неустойчивых грунтах бурение ведется под защитой обсадной трубы (2).

На втором этапе в пробуренную скважину опускается эластичная технологическая труба (3) диаметром 110 мм с заглушкой (4) на нижнем торце и предварительно установленным в ней рабочим органом (5). Образовавшаяся полость между стенками скважины (1) , а при наличии обсадной трубы (2) между ее внутренними стенками, и внешними стенками технологической трубы (3) заполняется крупнозернистым песком (6) до уровня дневной поверхности.

Третий этап начинается с поднятия обсадной трубы на высоту h равную длине рабочего органа. Затем осуществляется включение рабочего органа, осуществляющего вдавливание песка в стенки скважины в радиальном направлении. Процесс вдавливания осуществляется за счет циклического увеличения диаметра эластичной технологической трубы (3) на участке длиной h . При этом уровень песка в полости (1) понижается при каждом цикле вдавливания. Процесс считается завершенным на данном уровне, если не происходит дальнейшее понижение уровня песка, т.е. при прекращении поглощения песка стенками скважины в радиальном направлении. В результате вокруг скважины создается зона песка высокой плотности (7) и значительные горизон-

ВЕСТНИК 4/2010

тальные напряжения (8) в окружающем грунтовом массиве. Этап завершается заполнением полости песком до исходного уровня.

Рис. 1. Схема устройства пескобетонных свай 1 - лидерная скважина 0 200 мм; 2 - обсадная труба; 3 - технологическая труба 0 100 мм; 4 -заглушка; 5 - рабочий орган; 6 - щебень размер фракции 5-10 мм; 7 - зона щебня высокой плотности; 8 - горизонтальные напряжения; 9 - песочная свая; 10 - инъектор; 11 - сквозные отверстия; 12 - конический наконечник; 13 - арматурный каркас; 14 - мелкозернистый бетон

На четвертом этапе осуществляется синхронное поднятие обсадной трубы (2) и рабочего органа (5) на новый уровень. Высота поднятия, как правило, совпадает с длиной рабочего органа (Ъ). Процесс вдавливания повторяется на новом уровне, а по его завершении, переходит на следующий, более высокий уровень и так до верха скважины. В результате мы получаем песчаную сваю (9). В конце четвертого этапа осуществляется извлечение рабочего органа (5) и обсадной трубы (2) из скважины.

Пятый этап заключается в погружении в грунт через технологическую трубу (3) инъектора (10) с выполненными в его нижней части сквозными отверстиями (11) и коническим наконечником (12) на конце. В инъектор подается вяжущий раствор и через сквозные отверстия происходит его внедрение в грунтовый массив и тело песчаной сваи. Окончанием процесса инъектирования считается: постоянство давления без

расхода вяжущего раствора в течение заданного периода времени; достижение заданного (предельного) давления или расхода укрепляющего раствора.

На шестом этапе в технологическую трубу (3) вставляется арматурный каркас (13) и производится ее заполнение мелкозернистым бетоном (14). Инъектор (10) может быть использован в качестве дополнительного армирования.

Эффективность технологии песконасосных свай обусловлена: -двух-трех кратным повышением несущей способности в сопоставлении с буровыми сваями за счет увеличения сил трения по боковой поверхности и расчетного сопротивления по торцу;

-автоматической реакцией технологического процесса на недостаточную достоверность исходной инженерно-геологической информации. В частности при проходке "ослабленных " зон основания увеличивается диаметр песконасосной сваи и, как следствие, возрастает ее несущая способность;

-возможностью широкого использования свай с уширенной "пятой" и сближения несущей способности свай по материалу и грунту;

- перспективой широкого использования песконасосных свай для восприятия выдергивающих нагрузок

-возможностью устройства свайных фундаментов в грунтах, характереризуемых развитием морозного пучения на значительную глубину;

-уменьшением осадки свайных фундаментов в сопоставлении с вариантом, где используются буровые сваи.

Научная новизна данной разработки заключается в: -расчете несущей способности песконасосной сваи -расчете радиального распора грунта по внешней поверхности сваи. -расчете объема поглощения песка при различных режимах работы песконасоса. -определении взаимного влияния песконасосных свай в составе свайного фундамента. Рабочий орган "Песконасоса" может быть выполнен в нескольких вариантах. Наиболее простым из них является рабочий орган в виде стальной иглы или так называемый "иглопесконасос". Технология работы такого рабочего органа несколько отличается от описанной выше и заключается в трамбовании песчаной смеси, засыпанной на определенный уровень в заранее подготовленную скважину. Трамбование осуществляется путем внедрения в песчаную массу металлической иглы. При этом частицы песка, проскальзывая по конической поверхности иглы, сдвигаются от геометрической оси иглы в сторону стенок скважины и вдавливаются в окружающий грунт. При поднятии иглы объем образовавшейся полости заполняется осыпающимся песком. Многократно повторяя, процесс мы можем достичь желаемой степени вдавливания, т.е. втрамбовать в стенки лидерной скважины желаемый объем песка.

Рабочий орган песконасоса также может быть выполнен в виде резиновой оболочки. Наиболее приемлемым вариантом исполнения является цилиндрическая оболочка. Процесс вдавливания песка осуществляется за счет последовательного нагнетания во внутреннюю полость оболочки воздуха или воды с последующим сбросом давления. Расширяющаяся оболочка обеспечивает горизонтальное перемещение частиц песка и их вдавливание в стену скважины. Использование воздуха в качестве рабочей среды позволяет контролировать давление внутри полости и тем самым контролировать усилие вдавливания. Использование поршневого насоса и воды в качестве рабочей среды позволяет установить степень расширения оболочки (по объему) и тем самым тесно установить предельные деформации грунтового массива. При этом давление рабочей жидкости так же легко контролируется манометром.

ВЕСТНИК 4/2010

В настоящее время перспективным представляется использование технологии «Песконасос» для повышения несущей способности сваи длиной до 4-6 м. При этом в соответствии с описанной технологией в забое скважины формируется упрочненная зона основания. Тело формируется обычным для буронабивных свай образом, т.е бетонирование непосредственно в грунте или под защитой извлекаемой (или не извлекаемой ) обсадной трубы.

Оптимальный метод позволит с минимальными затратами формировать короткие буронабивные сваи с уширенной пятой (эффективные для устройства фундаментов малоэтажной (до 4-5 этажей) застройки).

Литература

1. Крыжановский А.Л., Рубцов О.И., Бутырский С.М. «Область применения технологии «Песконасос» в практике фундаментостроения», материалы 8-го международного симпозиума «Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях», Белгород, 16-20 мая 2005 года.

2. Знаменский В.В., Крыжановский А.Л., Негахдар М.Р., Рубцов О.И. «Повышение несущей способности буровых свай при радиальном обжатии стенок скважины по технологии «Песконасос», Вестник МГСУ, №2, 2008 год.

3. Крыжановский А.Л., Рубцов О.И. «Вопросы надежности проектного решения фундаментных плит высотных зданий», Вестник МГСУ, №1, 2006 год.

4. Крыжановский АЛ., Рубцов О.И., Бутырский С.М., Рубцов И.В. «Применение технологии «Песконасос» в системах мониторинга строительных конструкций», Прикладные задачи механики, Выпуск 2, МГСУ, 2005 год.

5. Крыжановский АЛ., Рубцов О.П., Негахдар М.Р., Рубцов И.В. «Технология «Пескона-сос»- аргументы и факты», ПГС, №12, 2007 год.

The literature

1. Krizhanovsky A.L., Rubtsov O.I., Butirsky S.M.. «The range of application of «Peskonasos» technology in practice of foundation engineering», materials of the 8-th international symposium «Mineral deposit development and underground construction under complicated water-supply conditions», Belgorod, May 16-20, 2005.

2. Znamensky V.V., Krizhanovsky A.L., Negakhdar M.R., Rubtsov O.I. «Increasing the bearing capacity of drilling piles under radial compression of borehole walls on «Peskonasos» technology, bulletin MSUCE, №2, 2008.

3. Krizhanovsky A.L., Rubtsov O.I. «The issue of foundation plates of high-rise buildings design decision reliability», bulletin МГСУ, №1, 2006 год.

4. Krizhanovsky A.L., Rubtsov O.I., Butirsky S.M., Rubtsov I.V. «Application of «Peskonasos» technology in structure monitoring systems», Applications of mechanics, Issue 2, MSUCE, 2005.

5. Krizhanovsky A.L., Rubtsov O.I., Negakhdar M.R., Rubtsov I.V. ««Peskonasos» technology - arguments and facts», ICE, №12, 2007.

Ключевые слова: песконасосные сваи, иглопесконасос, лидерная скважина, свайный фундамент, трамбование

Keywords: sandpumping piles, needle-sand pump, leader hole, piles foundation, punning

E-mail авторов: pik-mgsu@mail.ru, pik-mgsu@rambler.ru

Рецензент: Л.И. Черкасова профессор к.т.н.