Буронабивные сваи для усиления фундаментов строящихся зданий

В 7-м микрорайоне п. Сходня Московской области в 2006 г. начали строительство 5-секционного крупнопанельного 10-14-этажного жилого дома, расположенного в пяти минутах ходьбы от платформы железнодорожной станции. 15 минут езды и Вы — в Москве. Место изумительное. Желающие купить квартиры выстраивались в очередь.

Оперативно забетонировали фундаментную плиту, смонтировали из ФБСок стены подвала и начали бойко продавать квартиры. Когда продали почти половину квартир, строительство дома остановили, возведя всего 2-3 этажа. Застройщики исчезли, прихватив деньги соинвесторов.

Согласно закону Московской области №84/2010-ОЗ, появился очередной проблемный объект. Типичный пример обманутых дольщиков.

В 2008 г. руководство области обкатывало варианты решения проблем обманутых соинвесторов. Для покрытия расходов на строительство квартир обманутых соинвесторов, новому инвестору разрешили увеличить высоту всех секций. Было принято решение достроить дом, увеличив высоту всех секций до 17 этажей и оптимизировав выданные ранее технические условия на присоединение к инженерным сетям, выделив дополнительные ресурсы.

ГУП ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко выполнил обследование фундаментных плит и смонтированных несущих конструкций с определением прочности бетона, провел статические расчеты фундаментной плиты при нагрузке от 17 этажей. Несущие конструкции выше фундаментной плиты обеспечивали несущую способность, а плита и основание требовали усиления.

Основание, на котором возводился дом, характеризовалось повышенной сжимаемостью верхнего слоя грунтовой толщи, поэтому расчетные осадки фундаментных плит при 14-ти и 10-ти этажах составляли около 11,8 и 9,1 см, что допускается СНиП 2.02.01-83*.

В случае надстройки до 17-ти этажей расчетные осадки возрастали соответственно до 17,6 и 17,5 см.

Расчетные усилия в фундаментных плитах на большей части площади превысили несущую способность плит с существующим армированием, в таблице приведены диаметры арматурных стержней при шаге 200 мм.

Место размещения арматуры в плите

Диаметр рабочей арматуры

При 17 эт.

(расчет)

14-этаж.

секции

(установлено)

10-этаж.

секции

(установлено)

— нижняя арматура в поперечном направлении

— верхняя арматура в поперечном направлении

— нижняя арматура в продольном направлении

— верхняя арматура в продольном направлении

25/40 мм

22/20 мм

28/45 мм

20/14 мм

16+18 мм

10+10 мм

16+16 мм

12 мм

16+18 мм

12+12 мм

12+16 мм

10 мм

В числителе для 17-ти этажного дома приведено армирование при надстройке 3-х этажей, в знаменателе при надстройке семи этажей.

Увеличить существующее армирование фундаментной плиты в нижней зоне на 20…100% невозможно. Кроме того, толщина существующих фундаментных плит при возведении на них 17-ти этажей не выдерживала по условиям продавливания.

Решили усилить фундаментную плиту буровыми сваями, размещая их на расстоянии 40 см от стен, для исключения продавливания плиты.

Поверочные расчеты осадок фундаментной плиты, усиленной сваями после надстройки здания до 17 этажей, составили 8,1 и 7,8 см. Осадки усиленного фундамента 17-этажного здания меньше, чем 10-14-этажного, на 14-31% и не превышают допустимых значений для рассматриваемого типа зданий.

Учитывая неоднородность грунтового основания и наличие под подошвой фундаментной плиты слабого водонасыщенного слоя грунта, а также недостаточную несущую способность плиты, была рекомендована следующая последовательность усиления возводимого здания:

этап 1 – возведение здания до уровня перекрытия 10-го этажа;

этап 2 – усиление фундаментной плиты сваями;

этап 3 – технологический перерыв 30 суток, на период набора бетоном свай усиления проектной прочности;

этап 4 – возведение здания до 17 этажей и отделка.

В период выполнения свай и набора прочности бетоном свай возведение здания не допускалось.

Для обеспечения совместной работы сваи усиления и фундамента, без проскальзывания оголовка сваи по гладким стенкам отверстия, выполненного алмазным сверлением, длина заделки сваи, согласно [1, (п. 4.6)], должна быть не менее четырех ее диаметров, а при бурении скважин с промывкой – не менее пяти диаметров сваи. Подвальные помещения долгое время были затоплены водой. Пробное бурение скважин показало, что под фундаментной плитой в слое щебня тоже оказалась вода. Тугопластичные суглинки за счет переувлажнения при малой нагрузке от недостроенного здания до глубины 0,3…0,6 м ниже плиты стали представлять текучие суглинки, напоминающие загустевший буровой раствор. Чтобы выполнить требование [1], усиление основания решено выполнять сваями диаметром 150 мм. При нагрузках 10…15 т на традиционную буроинъекционную сваю можно допустить, что заделка сваи на длине 4,6 ее диаметров в отверстии железобетонной плиты, стенки которого смазаны глиной, обеспечит равнопрочное соединение. Но в этом случае требовалось 1380-2080 свай усиления.

Для уменьшения количества свай усиления были приняты сваи-РИТ диаметром 150 мм, длиной 8…9 м, обеспечивающие несущую способность по грунту и материалу 25 т/сваю, количество свай усиления уменьшалось до 832 шт.

Вариант устройства наклонных свай отклонили, потому что в верхней зоне, на участке длиной 3…4 м, т.е. на ⅓…½ длины сваи, возникали значительные изгибающие моменты, для их восприятия ствол сваи следовало усиленно армировать, что увеличивало стоимость.

Был рассмотрен вариант сопряжения сваи с плитой, рекомендуемый в [2], для обеспечения надежной совместной работы сваи усиления и фундамента после установки арматурного каркаса и инъекции цементно-песчаного раствора необходимо отверстию в фундаменте придать конусообразную форму с расширением книзу. Практически выполнить такое решение невозможно.

Несущая способность свай усиления по грунту и материалу ствола сваи на ее подземном участке определялась по [3].

Необходимо было решить задачу устройства технологичного и надежного сопряжения сваи с плитой. Задачу усложнил Заказчик, потребовав совместить работы по устройству свай-РИТ с возведением дома. Поставленная задача требовала учесть постоянное увеличение нагрузок на сваи, не допуская проскальзывания оголовка сквозь отверстие в плите в период, когда бетон еще не набрал достаточной прочности. Прекрасно представляя сложность поставленной задачи, Заказчик (Группа компаний «Жилищный Капитал») согласился профинансировать проведение необходимых исследований и экспериментов.

Было решено провести испытания нескольких вариантов возможных узлов сопряжения сваи с плитой. За эталон было решено принять узел с расширяющимся к основанию плиты отверстием. Для выполнения такого отверстия, чтобы при бурении скважины не запрессовать его конусную часть выбуриваемым связным грунтом, для каждой сваи просверливали из одного центра два наклонных отверстия, выходящих в уровне подошвы фундаментной плиты за контур вертикального отверстия на половину диаметра. Наклонные отверстия сверлили до нижней рабочей арматуры плиты, керны не извлекали. После этого в кольцевое углубление заливали цементный раствор с замедлителем схватывания и твердения. Затем сверлили вертикальное отверстие и извлекали керн. Через вертикальное отверстие бурили скважину, заполняли ее бетонной смесью, обрабатывали разрядами импульсов тока (РИТ). После обработки РИТ извлекали керны, оставленные в плите при сверлении наклонных отверстий, устанавливали арматурный каркас и бетонировали оголовок сваи. Для проведения испытаний узла сопряжения скважину проходили ниже фундаментной плиты на 0,5…0,7 м, армировали одним стержнем диаметром 26,5 мм винтового профиля из стали St 950/1050. Испытания проводили через трое суток после изготовления узла сопряжения по каждому предложенному варианту.

Было испытано шесть различных вариантов узла сопряжения. Испытывали выдергивающей нагрузкой, превышающей расчетную несущую способность сваи на 20%, т.е. с коэффициентом надежности, равным γн = 1,2. Нагрузку ступенями доводили до 30 т, одновременно измеряли проскальзывание узла сопряжения в плите с точностью до 0,01 мм (процесс испытания узла сваи на проскальзывание в плите приведен на рис. 1).

Рис. 1. Испытание узла соединения сваи с существующей плитой

Перед проведением первой серии опытов стояла задача «отсеять» нетехнологичные и ненадежные решения. Во второй серии – выбрать окончательный вариант, по которому будет выполняться сопряжение свай с плитой.

Была решена задача устройства узла сопряжения, равнопрочного несущей способности сваи по грунту, включающегося в работу без проскальзывания оголовка сваи в плите в раннем возрасте набора прочности бетоном свай и позволяющего нагружать свежеизготовленные сваи.

Последовательность устройства свай усиления была принята равномерной по всей площади фундаментной плиты. Одно звено сверлило отверстия в фундаментной плите коронками с алмазными напайками. Другое звено делало сваи-РИТ.

Толщина плиты везде была 700…750 мм, под плитой – бетонная подготовка толщиной от 100 до 200 мм. Длина алмазной коронки позволяла сверлить плиту за один проход на всю толщину без извлечения промежуточных кернов.

Бурение скважин в грунте выполняли гидрофицированными буровыми станками, дизельный привод которых находился на улице. Станки устанавливали на подставки для удобства наращивания шнеков и удаления выбуриваемого грунта (рис.2). Раскрепляли станки винтовыми домкратами в плиту перекрытия. Для усиления основания было выполнено 832 сваи-РИТ диаметром 150 мм, длиной 8 и 9 м.

Рис. 2. Бурение скважин для устройства свай-РИТ в основании надстраиваемого дома

Для бетонирования свай-РИТ использовали мелкозернистую бетонную смесь, которую готовили на объекте из специальных сухих смесей, поставляемых в цементовозах. Хранилась сухая смесь в силосном складе. При транспортировке и подаче сухой смеси из цементовозов в силос расслоения смеси не происходило. Перекачивали бетонную смесь по шлангам перистальтическими насосами производительностью до 20 м3/ч, создающими давление до 1,0 Мпа, и подавали в забой скважин с помощью инъектора. Скважину промывали бетонной смесью до выхода на поверхность чистой бетонной смеси, на что расходовалось в среднем 40…60 л смеси.

Окружающий сваю грунт уплотняли в забое и по длине ствола электровзрывами — электрическими разрядами импульсов тока (РИТ) [4] напряжением до 10 кВ. Особенно тщательно уплотняли грунт непосредственно под фундаментной плитой и в нижнем конце сваи. Запасаемая в накопителях энергия составляла 60 кДж. В результате осуществления серии электрических взрывов в одной точке достигалось уплотнение глинистых грунтов, как при химическом взрыве [5] небольшой мощности. Для уменьшения выброса бетонной смеси в подвал устье скважин прикрывали защитным листом.

Темп устройства свай незначительно опережал темп возведения здания. К моменту окончания устройства свай усиления Генподрядчик приступил к возведению шестнадцатого этажа.

Рис. 3. Одновременно с устройством свай усиления возводилось здание

В процессе усиления основания были проведены контрольные испытания грунтов двумя сваями на вдавливающую нагрузку в соответствии с требованиями [6]. Заказчик для испытаний произвольным образом выбрал сваи №67 и №767. Каждая назначенная к испытаниям свая обуривалась алмазной коронкой диаметром 150 мм на всю толщину фундаментной плиты. В образовавшуюся кольцевую щель вставляли уплотнитель вилатерм, погружая его на 50 мм. Верхнюю часть оголовка сваи срубали до арматурного каркаса, надевали кольцо из трубы диаметром 145 мм, длиной 100 мм, коротышами арматуры приваривали кольцо к арматурному каркасу и заливали цементным раствором внутреннюю полость кольца. Испытания начинали через трое суток, когда цементный раствор подливки набирал более 50% прочности. Реперную систему крепили к кольцу, а домкрат устанавливали на песчаную прослойку толщиной около 5 мм таким образом, чтобы домкрат не касался кольца оголовка сваи. Испытательную нагрузку ступенями доводили до 30 тс, фиксировали осадку сваи во времени и по ступеням нагружения. Испытания показали, что грунт в основании сваи работает практически в упругой стадии. Максимальная осадка сваи №67 под нагрузкой 30 тс составила 5,67 мм, остаточная деформация после снятии нагрузки 2,50 мм, у сваи №767 соответственно 2,79 мм и 0,58 мм.

Рис. 4. График зависимости осадки сваи № 67 от нагрузки при контрольных испытаниях статической вдавливающей нагрузкой по ГОСТ 5686-94

После испытаний в оголовках свай просверлили наклонные отверстия и забетонировали узел сопряжения бетоном В30.

Совмещение работ по устройству свай усиления фундаментной плиты и возведению здания позволило сократить общий срок строительства более чем на четыре месяца.

За период возведения здания выполнили восемь измерений деформаций марок фундаментной плиты. Общие осадки составили 14,2-15,1 мм за весь период наблюдений. К сожалению, дальнейшие наблюдения стали невозможны и были прекращены. По результатам последнего измерения приращение осадки составило 2,2 мм при монтаже последних этажей, т.е. стабилизация осадок не была зафиксирована. Однако, учитывая, что общая осадка составила всего 10% от допустимой, можно предположить, что сваи-РИТ активно включились в работу.

Рис. 5. 10-14-этажный жилой дом стал лучше 17-этажным благодаря сваям-РИТ, решена проблема обманутых дольщиков в одном конкретном месте. Зафиксировано благоустройство территории и строительство детских площадок.

Аналогичную операцию по усилению существующих ростверков потребовалось выполнить в Липецке, но в условиях наступающего кризиса заказчик просил для уменьшения числа свай усиления предусмотреть их по возможности максимальной несущей способности. Расчетная несущая способность свай-РИТ диаметром 150 мм по грунту, определенная по [3], свободно достигала 50 т/сваю. Необходимо было обеспечить несущую способность по материалу сваи, что было сделано за счет применения жесткой арматуры. Равнопрочность узла сопряжения сваи усиления с существующим ростверком была обеспечена за счет применения узла [7], разработанного при усилении основания и фундаментной плиты на жилом доме в пос. Сходня.

Испытания свай выдергивающей нагрузкой 60 т показали, что проскальзывание сваи по стенкам отверстия в ростверке отсутствует.

Выводы.

1. Разработаны и испытаны несколько вариантов узлов сопряжения свай с усиливаемым ростверком или фундаментной плитой, равнопрочных несущей способности свай-РИТ по грунту [7], что открывает новые возможности при реконструкции, а также при усилении ранее выполненных плитных или свайно-плитных фундаментов.

2. Отработана технология, позволяющая выполнять устройство буронабивных свай в основание фундаментной плиты и одновременно возводить здание.

А кому-то будет интересен другой вывод: как решать постоянно возникающие проблемы с обманутыми дольщиками [8].

Еремин В.Я., Еремин А.В. (фирма РИТА, Москва)

Соколов В.А. (ГУП 26 ЦНИИ МО, Москва)

Обозов В.И. (ГУП ЦНИИСК им. Кучеренко, Москва)

               Использованная литература:

1. Рекомендации по применению буроинъекционных свай. -М.: НИИОСП, 1997, — 37с.

2. Полищук А.И. Основы проектирования и устройства фундаментов реконструи-руемых зданий. Томск: Нортхэмптон: STT, 2004, — 476 с. (с. 352, № схемы 14).

3. Технические рекомендации по проектированию и устройству свайных фундаментов, выполняемых с использованием разрядно-импульсной технологии для зданий повы-шенной этажности (сваи-РИТ). ТР 50-180-06.–М.: ООО «УИЦ «ВЕК», 2006. – 68 с.

4. Еремин В.Я. Разрядно-импульсная технология на стройках России. Строительные и дорожные машины. 2003, №11, с. 4-10.

5. Пивоваров В.К. Исследование уплотнения глинистых грунтов взрывом и его влияние на несущую способность набивных взрывных свай. Дис.К.т.н., — Киев:КИСИ, 1966, — 142 с.

6. ГОСТ 5686-94. Грунты. Методы полевых испытаний сваями.

7. Способ изготовления узла сопряжения сваи с существующим фундаментом при его усилении (варианты), патент России на изобретение №2 385 384, авторы Еремин В.Я., Буданов А.А., Еремин А.В., Раянов С.Ф., Сигута Ю.В., Тихонов М.С., 27.03.2010, Бюл. №9.

8. Закон Московской области №84/2010-ОЗ от 1.07.2010 г. О защите прав граждан, инвестировавших денежные средства в строительство многоквартирных домов на территории Московской области.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *