'
Коротков А.В.
ГЕОТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ (ЭРТ) УСИЛЕНИЯ ОСНОВАНИЙ С НИЗКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ *
Аннотация:
проблема повышения несущей способности основания всегда является актуальной проблемой в современном геотехническом строительстве. При существенных внешних нагрузках, передаваемых на основание использование традиционных технологий не всегда оправданно. Часто возникает настоятельная необходимость применения нестандартных способов усиления оснований. Во многих случаях геотехническая ситуация усугубляется наличием в инженерно-геологических разрезах слабых подстилающих слоев с неустойчивыми физико-механическими характеристиками. При усилении таких оснований с помощью традиционных свай последние могут получить негативное трение, существенно уменьшающее их несущую способность по грунту, достигающие иногда до нулевых значений. Это может привести к дополнительным осадкам возводимого и возведенных в зоне геотехнического влияния объектов. Использование свай ЭРТ в большинстве случаях успешно решает многие сложные геотехнические проблемы
Ключевые слова:
геотехническое строительство, грунтобетонная свая, электроразрядная технология ЭРТ, буроинъекционная свая ЭРТ, грунтовые анкера ЭРТ, промежуточные уширения, подпятники, уходы
УДК 624.1
Коротков А.В.
строительный факультет, кафедра: «Строительных технологий,
геотехники и экономики строительства», студент гр. ЗСМ-01-22,
Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова
(г. Чебоксары, Россия)
ГЕОТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ (ЭРТ)
УСИЛЕНИЯ ОСНОВАНИЙ С НИЗКИМИ
ХАРАКТЕРИСТИКАМИ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ
Аннотация: проблема повышения несущей способности основания всегда является актуальной проблемой в современном геотехническом строительстве. При существенных внешних нагрузках, передаваемых на основание использование традиционных технологий не всегда оправданно. Часто возникает настоятельная необходимость применения нестандартных способов усиления оснований. Во многих случаях геотехническая ситуация усугубляется наличием в инженерно-геологических разрезах слабых подстилающих слоев с неустойчивыми физико-механическими характеристиками. При усилении таких оснований с помощью традиционных свай последние могут получить негативное трение, существенно уменьшающее их несущую способность по грунту, достигающие иногда до нулевых значений. Это может привести к дополнительным осадкам возводимого и возведенных в зоне геотехнического влияния объектов. Использование свай ЭРТ в большинстве случаях успешно решает многие сложные геотехнические проблемы.
Ключевые слова: геотехническое строительство, грунтобетонная свая, электроразрядная технология ЭРТ, буроинъекционная свая ЭРТ, грунтовые анкера ЭРТ, промежуточные уширения, подпятники, уходы.
Электроразрядная технология, обладая рядом технических и технологических преимуществ [1-10, 11. 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24] широко используется в геотехнической практике устройства буроинъекционных свай ЭРТ в свайных полях, свай усиления оснований и фундаментов, закрепления оснований фундаментов, склонов, при устройстве нагелей и т.д. Технологическим преимуществом ее является взрывообразное преобразование электрической энергии в механическую при достижении ударной волны с шириной переднего фронта порядка 10-9 м со скоростью подъёма давления до 1018Па/с. Электрогидравлический удар на грунт стенок буровой скважины, заполненной мелкозернистым бетоном, намного превышает статическую нагрузку на него. В результате воздействия таких высоких давлений и температур в грунте зарождается полость и за счет сил гравитации мгновенно заполняется мелкозернистым бетоном. Тем самым возникает уширение на конкретном участке по высоте сваи ЭРТ. Это уширение далее назовем «подпятником» [11. 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24]. Таким образом, возникшая дополнительная опора начинает статически работать совместно со свай по нижней поверхности уширения, увеличивая ее несущую способность по грунту. Геометрические параметры формы уширения в первом приближении можно принять за сферу. Параметры сферы такие, например, как диаметр d и ее высота h зависят от энергии электрогидравлического удара, пористости, влажности и вида обрабатываемого грунта. Диаметр уширения d возможно определить по величине максимального понижения уровня мелкозернистого бетона в скважине, как говорят геотехники по «уходам». Следует, конечно, отметить, что величины «уходов» во время электрогидравлической обработки (именно поэтому при устройстве свай ЭРТ уровень мелкозернистого бетона всегда следует держать на отметке поверхности земли) и с течением времени существенно разнятся. «Уходы» во времени от начала бетонирования до начала твердения бетона могут составить от нескольких сантиметров до нескольких метров. Прежде всего, такие большие понижения связаны со спецификой грунта как пористого материала. Эти вертикальные перемещения мелкозернистого бетона дополнительно увеличиваются за счет электроосмотического всасывания цементного молока в структуру грунта.
Следует предположить, что при максимальных объемах всасывания цементного молока в поры грунта, несущая способность сваи ЭРТ повысилась бы многократно благодаря задействованию прочностных характеристик массива грунта, таких как удельное сцепление и угол внутреннего трения, в совместную работу со сваей. Но этому процессу препятствует то обстоятельство, что при замешивании мелкозернистого бетона и электрогидравлической обработке происходит его намагничивание, что способствует образованию цементных коллоидов. В то же время их размеры многократно превосходят размеры пор грунта. К сожалению, пока нет технологии, воспрепятствующей комкованию цементного молока. Это возможно на мой субъективный взгляд только при размагничивании биполей воды в бетоне.
Необходимо обратить внимание еще на один аспект, связанный с возможным увеличением несущей способности оснований, усиленных буровыми сваями. В среде проектировщиков устоялась мнение том, что чем больше диаметр буровой сваи, тем больше ее несущая способность по грунту. Да это так. Но критерием оценки несущей способности Fd по грунту на наш взгляд должны служить не диаметр и длина сваи, а «удельная несущая способность по грунту», т.е. несущая способность одного кубического метра буровой сваи, а также «удельная расчетная нагрузка», т.е. расчетная нагрузка одного кубического метра буровой сваи. При таком подходе, анализируя результаты расчетов несущей способности для свай ЭРТ и буронабивных свай разных диаметров можно, сделать вывод о том, что с увеличением диаметра буровых свай удельная несущая способность снижается, приближаясь к некоторой асимптоте. В то же время наиболее оптимальным по удельным характеристикам являются «микросваи», т.е. буроинъекционные сваи ЭРТ диаметром до 300 мм, изготавливаемые по электроразрядным технологиям. На рис. 1 графики 1-4 наглядно демонстрируют это.
Рис. 1 Графики зависимости f( ) и f( ), где – удельная несущая способность (кН), ‒ удельная расчётная нагрузка(кН),
1 и 2 – графики f( ), 3 и 4 – графики f( ).
Примечания:300-диаметр сваи ЭРТ, 600,800,1000, 2000, диаметры буронабивных свай (мм).
Необходимо обратить внимание на широкий диапазон использования электроразрядной технологии усиления оснований с использованием «микросвай». Область использования ЭРТ технологии существенно расширяется, комбинируя ее с технологией устройства грунтоцементных свай, т.е. GET технологией. Ниже в таблице 1 приведены апробированные геотехнические технологии с использованием этих двух.
Таблица 1.
№№ п/п
|
Комбинированная геотехническая технология, основанная на электроразрядной, а также на технологии грунтоцементных свай GET |
Область применения. Краткое описание геотехнической технологии |
Принципиальные схемы геотехнических технологий с использованием буроинъекционных свай ЭРТ |
1 |
2 |
3 |
4 |
1 |
Электроразрядная геотехническая технология усиления основания фундаментов с использованием буроинъекционных свай ЭРТ |
Технология с использо-ванием буроинъекционных свай ЭРТ актуальна для усиления оснований фундаментов аварийных, реконструируемых зданий и сооружений. Она востребована в стесненных и особо стесненных условиях, а также в перемеживающихся слабых подстилающих слоев |
Схема усиления основания: 1 ‒ фундамент каркаса здания, 2 ‒ фундамент кузнечного молота, 3 ‒ буроинъекционные сваи ЭРТ усиления основания фундаментов каркаса, 4 ‒ буроинъекционные сваи-ЭРТ усиления основания фундаментов молота
|
2 |
Электроразрядная геотехническая технология устройства буроинъекционных свай ЭРТ в свайных полях |
Эта технология наиболее эффективна для при-менения в стесненных условиях и под большие внешние нагрузки, а также как усиленное свайное основание высотных зданий и сооружений |
Свайное поле их буроинъекционных свай ЭРТ: 1‒ бетонная подготовка, 2 ‒ выпуски армокаркаса свай ЭРТ |
3 |
Электроразрядная технология устройства буроинъекционных свай ЭРТ как шпунтовая стенка ограждений котлованов. |
Эта технология устройства буроинъекционных свай ЭРТ как конструктив является консольной шпунтовой стенкой. Она в основном служит для обеспечения устойчивости стенок грунта неглубоких котлованов. В зависимости от количества рядов из свай ЭРТ стенка может обеспечить устойчивость стенок грунта котлованов разных глубин. |
Шпунтовая стена ограждения котлована из буроинъекционных свай и грунтовых анкеров ЭРТ: 1 ‒ буроинъекционные сваи ЭРТ, 2 ‒ грунтовые анкера ЭРТ, 3 ‒ уголковая монолитная ж/б подпорная стена
|
4 |
Комплексная электро-разрядная технология устройства свай повышенной несущей способности с использованием грунтобетонных свай GET |
Комплексная технология устройства свай ЭРТ с использованием грунтобетонных свай GET позволяет получить заглубленную железобетонную конструкцию повышенной несущей способности. |
Схема устройства грунтобетонной сваи (ГБС): 1 ‒ грунтоцементный массив, 2 ‒ свежеуложенный мелкозернистый бетон, 3 ‒ электрогидравлически обработанный и армированный мелкозернистый бетон, 4 ‒ выпуски пространственного армокаркаса |
5 |
Геотехническая технология устройства комбинированной грунтобетонной сваи повышенной несущей способности с использованием электроразрядной и GET технологий |
Технология востребована для устройства буро-инъекционных свай ЭРТ повышенной несущей способности в случае наличия в основании слабых перемеживающихся грунтов. Предполагает использование технологии GET для устройства уширений (подпятников) на глубинах наличия слабых ИГЭ вдоль их толщин. Конструкция является вариантом грунтобетонной железобетонной сваи (ГБС).
|
Врезка в инженерно-геологический разрез буровой грунтобетонной сваи ГБС с многоместными уширениями: (1)-(6) ‒ инженерно-геологические элементы (ИГЭ), (2),(4) ‒ слабые ИГЭ, 1 ‒ железобетонный ствол сваи, 2,3,4 ‒ промежуточные уширения(подпятники) |
6 |
Геотехническая технология устройства ограждения склонов и берегов водоемов и рек из комбинированной грунтобетонной сваи с использованием электроразрядной и GET технологий и монолит-ной железобетонной подпорной стены как заглубленная железо-бетонная конструкция. |
Технология из комбинированной грунтобетонной сваи с использованием электроразрядной и GET технологий и монолитной железобетонной подпорной стены как противофильтрационная завеса и упор массива грунта. |
Схема укрепления берегов разливающихся рек: 1 ‒ сплошной шпунт, 2 ‒ уголковая подпорная стена, 3 ‒ свайное основание из ГБС как противофильтрационная завеса, 4 ‒ русло реки |
7 |
Устройство буроинъекционных свай ЭРТ как грунтовые железобетонные нагеля укрепления оползневого склона. |
Технология служит для укрепления оползневого и нагруженного склона с помощью свай ЭРТ, закрепляющих поверхность призмы обрушения. Часто используется совместно с монолитной железобетонной уголковой подпорной стеной с усиленным сваями ЭРТ основанием. |
Противооползневая защита склонов из буроинъекционных свай ЭРТ и нагелей (шпонок): 1 ‒ сваи в составе подпорной сетчатой стены, 2 ‒ уголковая сетчатая подпорная стена, 3 ‒ нагели (шпонки) в плоскости сдвига, 4 ‒ плоскость сдвига
|
8 |
Устройство буроинъек-ционных сваи ЭРТ как свайное основание под монолитной железобе-тонной уголковой подпорной стеной |
Технология наиболее востребована как упор массива грунта от оползневого и нагруженного склона. Эта конструкция работает как консольная железобетонная конструкция. Для ее оптимизации в конструктивную схему возможно включение грунтовых анкеров ЭРТ в один или несколько рядов. |
Сечение прислоненного откоса с противооползневым и заглубленными ЖБК: 1 ‒ буроинъекционная свая ЭРТ, 2 ‒ грунтовые анкера, 3 ‒ уголковая монолитная ж/б подпорная стена |
9 |
Устройство грунтовых анкеров ЭРТ, устраиваемые по электроразрядной технологии как заглубленные железо-бетонные конструкции совместно со шпунтовой стенкой. |
Технология с использованием грунтовых анкеров ЭРТ в составе шпунтовой стенки из свай ЭРТ наиболее экономична по сравнению с консольными подпорными стенами. Она оптимально подходит для обеспечения устойчивости грунта стенок котлованов. |
Схема устройства ограждения котлована: 1 ‒ буроинъекционные сваи ЭРТ, 2 ‒ монолитный ж/б обвязочный пояс, 3 ‒ анкерный пояс, 4 ‒ грунтовые анкера ЭРТ |
10 |
Комбинированные грунтовые анкера, устраиваемые по электроразрядной и GET технологиям как заглубленные железобетонные конструкции для обеспечения устойчивости стенок котлованов и оползневых склонов |
Технология с использованием грунтовых анкеров ЭРТ в составе шпунтовой стенки наиболее экономична по сравнению с консольными подпорными стенами. Она оптимально подходит для обеспечения устойчивости грунта стенок котлованов, а также оползневых и нагруженных склонов. |
Схема усиления оползневого склона с помощью сваи ЭРТ и грунтобетона: 1 ‒ сваи ЭРТ, 2 ‒ грунтобетонный анкер, 3 ‒ уголковая монолитная ж/б подпорная стена, (1)-(3) ‒ инженерно-геологические элементы |
11 |
Геотехническая технология усиления оползневого склона с использованием буроинъекционных свай ЭРТ и монолитной железобетонной уголковой подпорной стены (как вариант, монолитный железобетонный обвязочный пояс). |
Технология востребована для устройства буроинъекционных свай ЭРТ укрепления основания оползневого склона с возведением монолитной железобетонной подпорной стены. Сваи ЭРТ могут размещаться в несколько рядов. |
Схема устройства усиления оползневого склона: 1 ‒ буроинъекционные сваи ЭРТ в три ряда, 2 ‒ выпуски арматурного каркаса свай |
12 |
Геотехническая технология устройства ограждения котлована при наличии в основании ИГЭ повышенной прочности с использованием буроинъекционных свай ЭРТ |
Технология с использованием буроиньекционных свай ЭРТ в случае наличия в основании инженерно - геологических элементов с высокими прочностными характеристиками (аргиллит, алевролит), защемляющих их, в качестве ограждения котлованов в один или несколько рядов. По верху свай ЭРТ устраивается монолитный железобетонный обвязочный пояс |
Схема устройства ограждения котлована: 1 ‒ буроинъекционные сваи ЭРТ, 2 ‒ монолитный железобетонный обвязочный пояс |
Выводы и рекомендации:
С учетом вышесказанного результаты длительных исследований и использование электроразрядной геотехнической технологии устройства заглубленных железобетонных конструкций с использованием электроразряда и апробации в реальном подземном строительстве в течение длительного периода времени позволили рекомендовать ее для решения следующих строительных задач, приведенных в таблице 2 ниже.
Таблица 2.
№ |
Геотехническая задача |
1 |
При усилении перегруженных оснований фундаментов, включая цементацию слабых инженерно-геологических элементов |
2 |
При усилении оснований фундаментов существующих зданий и сооружений в связи с планируемым повышением или изменением характера эксплуатационных нагрузок при изменении конструктивной схемы |
3 |
При усилении оснований фундаментов существующих зданий и сооружений в связи с планируемым повышением или изменением характера эксплуатационных нагрузок при изменении конструктивной схемы |
4 |
Для исправления сверхнормативных кренов зданий и сооружений или отдельных фундаментов |
5 |
Для противооползневой защиты склонов, берегов рек и морей |
6 |
Для усиления оснований железнодорожных насыпей с нестабильным балластным шлейфом |
7 |
Для решения сложных геотехнических задач при реконструкции зданий и фундаментов, а также в случае капитального ремонта |
8 |
При строительстве новых объектов в сложных инженерно-геологических условиях, а также при наличии перемеживающихся слабых грунтов оснований |
9 |
При устройстве подземных этажей в бесподвальных зданиях, углубления полов подвалов, влекущих за собой усиления тела существующих фундаментов, устройства противофильтрационной завесы, а также цементации контактного слоя подошвы фундаментов с несущим слоем |
10 |
Для устройства железобетонных шпонок (нагелей) по границе призмы обрушения при усилении оползневых склонов с целью стабилизации их деформаций |
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Номер журнала Вестник науки №1 (70) том 3
Ссылка для цитирования:
Коротков А.В. ГЕОТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ (ЭРТ) УСИЛЕНИЯ ОСНОВАНИЙ С НИЗКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ // Вестник науки №1 (70) том 3. С. 1004 - 1018. 2024 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/12576 (дата обращения: 19.05.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2024. 16+
*