Технологические особенности вдавливания составных свай при реконструкции и усилении фундаментов

STATIC WORK OF Z- AND C-PROFILED LINKS IN DOUBLE-SKINNED PANELS

S. A. Makeev, D. A. Kuzmin

A technique of calculating required thickness of the thin-shaped profiled links in double-skinned panels used in engineering is applied. A new method of determining the forces loading the linking elements through computer is introduced.

Keywords: thin-shaped links, double-skinned panels, critical force, geometric nonlinearity, longitudinal-transverse bending.

Bibliographic list

1. Makeev, S. A. Mathematical model of frameless double layer arch set on the basis of the profiled steel sheet longitudinally curved steel / S. A. Makeev, A.V. Rudak // Structural Mechanics and payment structures. - 2009. - №2.-Pp.2-5.

2. Bely, V. D. Development of improved model relationships in the two-layer barrel vault / V. D. Bely, D. A. Kuzmin // Proceedings of the 64th STC SEI "SibADI" in the Jubilee Int. Congress "Creative approaches in the educational, scientific. and production activities ", dedicated to the 80th anniversary of the Academy. - Omsk SibADI, 2010. B. 2. - Pp. 179-182.

3. Bely, V.D. Refinement of models relations in the two-layer barrel vault / V.D. White, D. A. Kuzmin // Proceedings of the 64th STC SEI "SibADI" as part of the Jubilee Int. Congress "Creative approaches to educational, scientific. and production activities ", dedicated to the 80th anniversary of the Academy. -Omsk SibADI, 2010. B.2. - Pp. 175-178.

4. Kuzmin, D. A. Mathematical model of thin links in the three-layered cylindrical surfaces // Vestnik SibADI. - 2012. - № 4 (26). - P. 41-48.

5. Kuzmin, D. A. Arched steel sheet as an effective bearing element in the construction / D. A. Kuzmin, S. A Makeev, A. K. Yakovleva // Materials scientific and practical conf. "Modernization civil building complex in the subjects of the Siberian Federal District " - Omsk: IPK Maksheeva E. A., 2011. pp. 76-79.

6. Makeev, S. A. Stability relations of elements in the three-layer thin metal shell / S. A. Makeev, D. A. Kuzmin // Omsk Scientific Bulletin. Instruments, machines and technology. - 2011. - № 3 (103). - Pp. 103-107.

Макеев Сергей Александрович - доктор технических наук, заведующий кафедрой «Строительные конструкции» Сибирская автомобильно-дорожная академия (СибАДИ). Основные направления научной деятельности: «Строительные конструкции, здания и сооружения», «Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры». Общее количество опубликованных работ: 80. e-mail: makeev608079@mail. ru.

Кузьмин Дмитрий Андреевич - старший преподаватель кафедры «Строительные конструкции» Сибирская автомобильно-дорожная академия (СибАДИ). Основные направления научной деятельности:

«Строительные конструкции, здания и сооружения». Общее количество опубликованных работ: 16. e - mail dimitn_kuzmin@mail.ru

УДК 69.059.72

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ВДАВЛИВАНИЯ СОСТАВНЫХ СВАЙ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ И УСИЛЕНИИ ФУНДАМЕНТОВ

А. С. Нестеров, В. А. Гриценко

Аннотация: Рассмотрены конструкции составных свай применяемые для погружения методом вдавливания при реконструкции и усилении фундаментов и оснований. Уделено внимание вопросам анализа существующих технических решений.

Ключевые слова: фундамент, основание, реконструкция, усиление, домкрат, погружение свай, метод вдавливания, технология, эффективность.

Введение

На основании анализа отечественного и зарубежного опыта реконструкции зданий и сооружений можно сделать заключение, что применение динамических и вибрационных методов погружения свай или шпунта в грунты как внутри реконструируемых зданий, так и в непосредственной близости от них может причинить последним непоправимый вред. Привести к осложнению напряженно деформированного состояния грунтового

основания. Вызвать неравномерные осадки фундаментов. Установлено, что статические способы погружения обладают большим преимуществом по сравнению другими безударными технологиями, такими как буровые и буроиньекционные методы. К статическим способам погружения относится статическое вдавливание свай.

Основная часть

Основным достоинством технологии вдавливания является: практическое

отсутствие динамических нагрузок, как на саму сваю, так и на фундаменты окружающих зданий и сооружений, что исключает неравномерные осадки, трещины, разрушения и т.п., отпадает необходимость в усиленном армировании ствола сваи, класс бетона для вдавливаемых свай может быть значительно снижен [1].

а 6 6

Рис. 1. Варианты усиления фундаментов сваями вдавливания «Мега»: а — за счет упора домкрата в перекрытие подвала; б - за счет упора домкрата в усиливаемый фундамент; в — за счет анкеровки вдавливающего механизма в монолитный «ростверк»; 1 - головной элемент; 2 - рядовой элемент; 3 - нижний элемент

За рубежом широкое распространение получило вдавливание свай типа «Мега» которые называются многосекционными так как состоят из сборных коротких элементов, как правило, железобетонных круглого или квадратного сечения. Секции свай последовательно стыкуют по мере вдавливания домкратом до той длины, при которой обеспечивается требуемое предельное сопротивление либо достигается контрольная величина фактического отказа сваи. Упорным элементом домкрата может служить подошва существующего фундамента, специальная упорная продольная железобетонная балка или инвентарное упорное устройство (рис. 1.).

Секции свай выполняются с вертикальным сквозным каналом, диаметр которого составляет примерно одну треть от наружного поперечного размера или диаметра сваи. Канал используется для проверки непрерывности ствола

вдавливаемой сваи и ее вертикальности. После достижения требуемого предельного сопротивления сваи канал заполняется мелкозернистым бетоном, который образует

монолитный сердечник, повышающий жесткость сваи «Мега» [3].

Стыкование круглых рядовых секций в процессе вдавливания осуществляется с помощью наружных или внутренних тонких стальных бандажей, обеспечивающих только соосность секций свай при погружении. Монолитный сердечник способствуют улучшению работы стыка свайных секций, играющего роль фиксатора. Первую секцию погружают с бетонным башмаком, высота которого равна диаметру сваи.

Глубина котлована зависит от выбранной длины элемента. Дно котлована должно быть ниже подошвы существующего фундамента не менее чем на 1,5 м. На глубину котлована влияет так же уровень подземных вод. Выравнивающая распределительная балка из металла или железобетона на стойках размещается под подошвой существующего фундамента ее задача равномерно распределить нагрузку от домкрата при нагружении сваи. Нижний первый элемент сваи с острием устанавливается на дно котлована под выравнивающую балку и задавливают в грунт с помощью гидродомкрата. Домкрат размещают между элементом сваи и выравнивающей балкой.

Когда нижний элемент сваи вдавлен, домкрат и подкладки убирают и на торец первого элемента устанавливают очередной элемент сваи (рис. 2.). На торцевые поверхности соприкасающихся элементов укладывается выравнивающий слой из быстросхватывающегося цементного

раствора, а на место стыковки монтируют соединительную гильзу. Стыковка и погружение элементов сваи производится до тех пор, пока свая не достигнет необходимой несущей способности, которую определяют по манометру установленному на домкрате.

Рис. 2 . Элементы свай типа «Мега»

Последним устанавливают головной элемент сваи, размеры которого значительно увеличены по сравнению с размерами рядового элемента. При этом нагрузка на домкрате должна превышать расчетную в 1,8 раза. После этого достигнутую нагрузку фиксируют с помощью стальных балок или специальных стоек. Согласно финским техническим условиям, за пять обжатий суммарная осадка сваи не должна превышать 10 мм.[4].

Когда головной элемент оказывается полностью заклиненным, домкрат демонтируют. В отверстие находящееся в центре задавленных элементов, опускают арматуру, затем иньектируют раствор цемента. Пространство между стойками или стальными балками омоноличивают тощим бетоном В5. Опытные данные свидетельствуют, что допускаемая нагрузка на сваю сечением 300х300 мм составляет не более 400 кН, на сваю сечением 200х200 мм около 200 кН.

При производстве работ одновременно вдавливалось не более двух свай в разных захватках. Причем каждая следующая свая вдавливалась рядом с предыдущей. Давление фиксировалось по манометру и применялось на последнем этапе из расчета в 1,25 раза выше приходящейся на сваю расчетной нагрузки. Такое решение принималось в расчете на то, что осадки здания при разработке грунта на захватке под следующую сваю не будут возрастать. Так как при проведении реконструкции, временные конструкции, разгружающие фундамент, такие как поперечные балки или подкосы не применялись. Надо отметить, что свод правил СП 24.13330.2012 для вновь строящихся зданий рекомендует при вдавливании свай применять коэффициент надежности равным 1,2. Поэтому превышение расчетной нагрузки на сваю на 25 % не будет иметь решающего значения при определении осадки свайного фундамента реконструируемого здания.

Включение свай в работу осуществлялась в два этапа. Когда вдавливаемая свая получала необходимую нагрузку, ее закрепляли применяя метод предварительного напряжения. Специальной конструкцией из уголков голову сваи прижимали к наддомкратной балке и вторично давали свае полную нагрузку, компенсирую упругую составляющую полной деформации. После чего производили расклинивание головы сваи

стальными пластинами заводя их в зазор между балкой и головой сваи, предупреждая тем самым упругий отказ сваи. После того домкрат снимался, полость сваи заполнялась бетонной смесью, затем заполнялся бетоном и весь шурф.

В лаборатории геотехники и фундаментостроения ФБГОУ СибАДИ разработана технология усиления фундаментов методом статического вдавливания составных свай оригинальной конструкции, имеющими пластиковую оболочку и ствол из бетона с низким содержанием цемента или пескобетона.

В качестве оболочки предлагается использовать трубы из полипропилена (рис.3.), обладающие высокой прочностными свойствами, выдерживающими довольно значительные напряжения на сжатие и растяжение.

Палнагагачовый

ЛИЦЛЩН спой Скпга1плю|ции (Лей

Нгецции лмсшы»

СотмИдщииспай

Внутренняя пшшзтимнмая Труба

Рис. 3. Конструкция трубы из полипропилена

Особый интерес представляет тепловая универсальность полипропилена: трубы из него эксплуатируются при температурах от — 10Х до +90Х. Что является актуальным для Западно-Сибирского региона, так как глубина сезонного промерзания грунта колеблется от 2,2 м на юге (Омская область) до 3,9 на севере (Ханты-Мансийский автономный округ). Верхняя часть сваи может находиться в зоне отрицательных температур. Благодаря эластичности материала, вода в полипропиленовых трубах может замерзать, не разрушая их.

Таблица 1 — Основные физико-механические свойства материала PPRC (тип 3) ТУ 2248032-00284581-98

Наименование Методика измерений Величина

Плотность ГОСТ 15139 0,9 г/см3

Предел текучести при растяжении ГОСТ 11262 24-25Н/мм2

Предел прочности при разрыве ГОСТ 11262 34-35Н/мм2

Относительное удлинение в момент достижения предела текучести ГОСТ 11262 50 %

Полипропилен принадлежит к классу полиолефинов и, как все представители этого класса, является экологически чистым продуктом, перенося свое качество на изготовленные из него изделия и обеспечивая безопасность ведения технологического процесса.

Проблема усиления подземной части зданий и сооружений практически всегда представляет собой сложную инженерно-техническую задачу, тем более в условиях плотной городской застройки. Особую технологическую сложность приобретают эти работы в центральной части города, имеющую объекты культурно-исторического наследия, а так же археологические объекты. Часто бывает необходима комплексная оценка технического состояния как, конструкций здания так и инженерно-геологических особенностей грунтов основания. С каждым годом увеличивается число объектов к производству работ по реконструкции которых предъявляется повышенные требования. К этому необходимо прибавить ужесточение комплекса экологических и природоохранных требований.

В этом отношении система усиления фундаментов объектов обладающих исторической или культурной ценностью с применением свай, погружаемых методом вдавливания, выгодно отличается от других технологий. Одно из главных ее преимуществ заключается в том, что после завершения работ по вдавливанию известна несущая способность свай.

Кроме того при вдавливании свай грунт в основании сооружения (в межсвайном пространстве) уплотняется, что приводит к увеличению его модуля деформации, а следовательно к снижению осадок сооружения. Другими бесспорными преимуществами погружения свай вдавливанием, являются: отсутствие динамических воздействий на грунт; контроль усилия нагружения каждой сваи; бесшумность и экологическая безопасность

работ; возможность устройства свай без выемки грунта.

Опыт работ по усилению фундаментов и оснований показывает перспективность применения вдавливания многосекционных свай для усиления фундаментов реконструируемых и аварийных зданий, а также для устройства новых фундаментов стен и оборудования в стесненных условиях.

Выводы

1. Оборудование должно быть малогабаритным и приспособленным для работы в стесненных условиях.

2. При производстве работ динамическое воздействие на конструкции сооружения и грунт основания должно быть сведено к минимуму.

3. Технология производства работ по усилению фундаментов должна быть экологически безопасной и желательно позволяющей производить работы без эвакуации живущих или работающих в здании людей.

4. Не этапе подготовительных работ необходимо произвести усиление конструкций с целью вывешивания несущих стен в местах вдавливания свай с целью уменьшения дополнительных деформаций.

5. Необходимость производить контроль усилия нагружения вдавливаемых свай, который позволяет добиться точного соответствия силы расчетного сопротивления свай проектным значениям.

6. Включение свай в работу должно быть осуществлено сразу после окончания производства работ.

Библиографический список

1. Пономаренко Ю. Е. История и перспективы развития средств механизации для вдавливания свай в Западно-Сибирском регионе./ Ю. Е. Пономаренко, А. С. Нестеров, М. П. Мартюшов // Механизация строительства. -2003.- № 8. - С. 13-17.

2. Пономаренко Ю. Е. Применение оборудования для погружения свай вдавливанием в г. Омске. / Ю. Е. Пономаренко, А. С. Нестеров. Омский научный вестник.- Серия: Приборы, машины, технологии.- 2009. -№3 (83). -С. 145-148.

3. Магнушев Р. А. Современные свайные технологии: учебное пособие / Р. А. Мангушев, А. В. Ершов, А. И. Осокин; М.: Издательство АСВ; СПб ГАСУ, 2007. -160 с.

4. Фрейдман Б. Г. Перспективы развития метода вдавливания свай // Геотехника: актуальные теоретические и практические проблемы. Межвузовский теоретический сборник трудов. - СПб.: СПбГАСУ, 2006. -С.174-176.

5. Савинов А. В. Применение свай, погружаемых вдавливанием, для усиления и устройства фундаментов в условиях реконструкции исторической застройки г. Саратова. - Саратов: СГТУ, 2000.-124с.

6. Новский А. В. Опыт возведения и усиления фундаментов в условиях плотной городской застройки г. Одессы / А. В. Новский, В. А Новский,

B. Г. Суханов, Е. И. Мищенко, - СПбГАСУ, 2005. -

C. 62-68.

7. Конаш В. М. Современные технологии усиления оснований и фундаментов // Архитектура и строительство России . - 2008. - №6. - С. 36-39.

STRENGTHENING OF THE BASE BY MEANS OF THE PILE PRESSING METHOD

А. S. Nesterov, V. А. Gritcenco

Foundation walls of memorial pleases reinforced with different technologies scheme and geo materials was tested. The strengthening of the building site wase observer. The main stream of foundation were pile pressing considered.

Keywords: base, steel pile, geo-synthetic materials, foundation reinforced, pile pressing effect.

Bibliographic list

1. Ponomarenko YU. E. History and prospects of development of means of mechanization for cave-in of piles in West Siberian regione./ Yu. E. Ponomarenko, A. S. Nesterov, L. S. Martyushov // Construction Mechanization. - 2003 . - No. 8. - Page 13-17.

2. Ponomarenko YU. E. Use of the equipment for immersion of piles by cave-in in Omsk. / Yu. E.

УДК 625.7

Ponomarenko, A. S. Nesterov. Omsk scientific messenger. - Series: Devices, cars, technologies. -2009 . - №3 (83). - Page 145-148.

3. Magnushev R. A. Modern pile technologies: manual / Ruble. A. Mangushev, A. V. Ershov, A. I. Osokin; M: ASV publishing house; SPb GASU, 2007. -160 p.

4. Freydman B. G. Prospects of development of a method of cave-in of piles // Geotechnics: actual theoretical and practical problems. Interuniversity theoretical collection of works. - SPb.: SPbGASY, 2006. - P. 174-176.

5. Savinov A. V. Application of the piles immersed by cave-in, for strengthening and the device of the bases in the conditions of reconstruction of historical building of Saratov. - Saratov: SGTU, 2000. - 124 p.

6. Novsky A. V. Opyt of construction and strengthenings of the bases in the conditions of dense city building of of Odessa / A. V. Novsky, V. A. Novsky, V. G. Sukhanov, E. I. Mishchenko, -SPbGASY, 2005. - p. 62-68.

7. Konash V. M. Modern technologies of strengthening of the bases and bases // Architecture and construction of Russia. - 2008. - No. 6. - P. 36-39.

Нестеров Андрей Сергеевич - кандидат технических наук, доцент кафедры «Инженерная геология, основания и фундаменты» Сибирской государственной автомобильно-дорожной

академии (СибАДИ). Основные направления научной деятельности - Фундаментостроение. Общее количество опубликованных работ: 33.e-mail: kafjgof@sibadi.org

Гоиценко Виталий Алексеевич - ст. преподаватель кафедры «Инженерная геология, основания и фундаменты» Сибирской государственной автомобильно-дорожной

академии (СибАДИ). Основные направления научной деятельности - Обследование фундаментов, инженерно-геологические

изыскания. Общее количество опубликованных работ: 17. e-mail: kaf_igof@sibadi.org

ПРИМЕНЕНИЕ КАЛИФОРНИЙСКОГО ЧИСЛА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ И ДИНАМИЧЕСКОГО КОНУСНОГО ПЕНЕТРОМЕТРА ДЛЯ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТА

Т. В. Семенова, Г. В. Долгих, Б. Н. Полугородник

Аннотация. Выполнен анализ стандартного лабораторного CBR-теста, на основании которого сделан вывод, что параметр прочности грунта CBR можно применять не только при разработке эмпирических методов проектирования дорожных одежд, но и при оценке качества уплотнения грунта. Приведены различные корреляционные зависимости между CBR и модулем упругости грунта, глубиной погружения динамического конусного пенетрометра, а так же получены формулы, связывающие CBR с коэффициентом уплотнения грунта.

Ключевые слова: Калифорнийское число несущей способности грунта, CBR, коэффициент уплотнения, модуль упругости, динамический конусный пенетрометр.