Усиление фундаментов сваями в раскатанных скважинах

Достаточно эффективной является технология усиления фундаментов с применением свай в раскатанных скважинах. Скважины, выполненные такими снарядами, имеют повышенную устойчивость стенок и более высокую их плотность.

Раскатка скважин с целью уплотнения стенок грунта, прилегающих к скважине, осуществляется с применением специальных раскатчиков, которые представляют собой цельнометаллическую сварную или литую конструкцию, состоящую из смещенных и развернутых на определенный угол относительно друг друга цилиндров и усеченных корпусов. Они могут выполняться также из подвижных элементов, посаженных на общем валу, оси вращения которых смещены относительно продольной оси, что позволяет получить спиралевидную поверхность (рис. 6.26).

Рис. 6.26. Схемы рабочих органов раскатчиков скважин
а - цельнометаллический со смещением цилиндров и усеченных конусов; б -с подвижными катками и взаимным смещением на 90-120°; в - с катками сложной геометрической формы; 1 - приводной вал; 2 - расшатывающие катки; 3 - диски; 4 - спиралевидная траектория раскатки; 5 -стены скважины; I - зона сочленения с приводным валом; II - зона, формирующая стенки скважины; III - элементы раскатки скважины; IV -конусообразная часть раскатчика

При внедрении рабочего органа в грунт и вращении его под давлением достигается уплотнение области грунта вокруг раскатчика, что способствует повышению несущей способности свай. Раскатка скважин - непрерывный процесс образования цилиндрическо-конической полости в грунте путем его уплотнения. Длина и диаметр (глубина) скважин принимаются в зависимости от инженерно-геологических условий. Для усиления фундаментов целесообразно использовать раскатчики скважин диаметром 200-300 мм при длине скважин до 4 м.

Они могут располагаться вертикально и наклонно. При устройстве свай в плотных грунтах возможно использование лидирующей скважины.

В зависимости от нагрузок и воздействий сваи армируются отдельными стержнями, каркасами или жесткой арматурой. Бетонирование производится бетоном класса не ниже В15 с уплотнением глубинными вибраторами.

В качестве базовых машин для раскатчиков используются отечественные экскаваторы на пневмоходу ЕК-12 и ТО-49. Гидравлическая система сочленения раскатчика со стрелой обеспечивает высокую мобильность системы и возможность устройства скважин под различным углом наклона (рис. 6.27).

Основные технические характеристики на базе ТО-49 и ЭК-12 показаны в таблице 6.7.

Таблица 6.7

Рис. 6.27. Общий вид установки для раскатки скважин на базе экскаватора ТО-49

Отличительной особенностью технологии является возможность уплотнения прослоек слабых грунтов за счет дополнительного втапливания щебня, шлака и др. сыпучего материала. Это обеспечивает значительное повышение несущей способности за счет вовлечения в работу свай объема уплотненного грунта.

Инженерно-технологические изыскания проектирования и устройства свай должны содержать подробные сведения о состоянии, видах и физико-механических характеристиках грунтов под подошвой фундамента, наличии прослойки слабых, просадочных, насыпных, а также грунтов с повышенной влажностью. Материалы инженерно-геологических изысканий рекомендуется уточнять дополнительными исследованиями с шагом по глубине через 0,2 м с использованием установок статического зондирования.

Несущая способность свай оценивается как висячих с учетом расчетного сопротивления слоев грунта, соприкасающихся с боковой поверхностью. Методика расчета потока забивным сваям дана в соответствии со СНиП 2.02.03-85: где и -периметр цилиндрической сваи, м; h_i - толщина i-го слоя грунта основания по боковой поверхности цилиндрической и конической частей сваи; f_i - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания по боковой поверхности цилиндрической и конической частей сваи; E_i - модуль деформацииi-го слоя; ξ_r, K_i - коэффициенты, учитывающие расположение и физико-механические свойства грунта; i_p - наклон боковой поверхности конической части сваи.

Для усиления фундаментов внутренних стен, а также при работе в подвальной части зданий используется малогабаритная установка УРС-150, которая обеспечивает производство работ в стесненных условиях. Диаметр раскаточных скважин составляет 150 мм. Использование стандартных буровых штанг длиной 1,8-2,0 м позволяет получать скважины глубиной до 4,5 м.

При проектировании усиления фундаментов определяются расчетным путем диаметр, длина и размещение свай в плане. Технологическая эффективность такого метода усиления повышается при объединении тела фундамента со сваями путем устройства монолитного железобетонного ростверка.

Преимущества данной технологии состоят в улучшении физико-механических характеристик грунтов основания; обеспечении примерно равной несущей способности свай в плане фундаментов за счет повышения однородности грунтов околосвайного пространства; отсутствии вибрационных воздействий; возможности производства работ в эксплуатируемых и аварийных зданиях.

Расположение свай в плане фундамента должно учитывать необходимость устранения просадочных свойств грунта межсвайного пространства.

Производство работ

На рис. 6.28 приведены варианты технологических схем усиления фундаментов короткими сваями, расположенными под различным углом к вертикальной оси фундамента. Для реализации процессов усиления требуется отрывка траншей по периметру фундаментов, которая осуществляется участками длиной 6-10 м. Затем производится устройство раскаточных скважин с расчетным шагом размещения (1,0-1,5 м) и заданной глубиной.

Рис. 6.28. Технологическая схема усиления фундаментов с применением свай в раскаточных скважинах
а, б - на уровне залегания подошвы фундамента; в, г -путем устройства вертикальных свай и ростверка; д - наклонными сваями без отрывки фундамента; 1 - приямок; 2 - ограждение приямка; 3 - железобетонная свая; 4 - ростверк; 5 -фундамент реконструируемого здания; 6 -штраба; 7 - зона уплотненного грунта; 8 -засыпка щебнем с уплотнением

При наличии слабых прослоек фунта повышение их плотности достигается путем заполнения щебнем, шлаком и др. сыпучими материалами, которые втапливаются в стенки скважин.

Песчаные грунты с низкой влажностью перед устройством скважины увлажняются.

При работе с водонасыщенными грунтами особое внимание уделяется сохранению устойчивости скважин.

Процесс устройства свай состоит в армировании скважин и укладке бетонной смеси. Как правило, бетонная смесь приготавливается на объекте. Для этого используются передвижная бетономешалка и сухие расфасованные смеси. Подача бетона производится из бункера или с помощью лотков. Необходимо обязательное вибрационное уплотнение глубинными вибраторами.

Более трудоемким является процесс усиления фундаментов внутренних стен. Стесненные условия производства работ требуют значительного объема подготовительных работ, дополнительных трудозатрат по доставке материалов, перемещения установки для раскатывания скважин и др.

Наиболее технологичным является усиление фундаментов наружных стен путем устройства вертикальных скважин. Для передачи нагрузки в местах примыкания сваи к фундаменту устраивается штраба, которая служит элементом ростверка. Такое решение позволяет снизить объемы земляных работ и существенно интенсифицировать основные технологические процессы.

По окончании работ по устройству ростверка на захватке и набора прочности бетоном восстанавливается гидроизоляция и производится обратная засыпка пазух с послойным вибрационным уплотнением грунта.

Оценка уровня трудозатрат и технологичности производства работ показывает, что наиболее эффективными являются технологические схемы, исключающие или снижающие до минимума объемы земляных работ.

Использование коротких свай в раскатанных скважинах обеспечивает снижение расхода бетона и металла в 1,5-1,8 раза и трудоемкости работ до трех раз.

Наибольшая технологическая эффективность достигается для возведения свайных фундаментов под пристройки объемов (эркеров, лоджий, лифтовых шахт) при реконструкции малоэтажных жилых зданий.

Использование в качестве раскатчика скважин экскаваторов позволяет совмещать производство земляных и свайных работ.

Контроль качества работ осуществляется в период раскатки скважин. Допускается отклонение сваи от проектного положения не более 0,1 диаметра сваи. При наличии слабых грунтов в верхней зоне раскатка скважин ведется в два этапа: с укреплением грунтов в начальной фазе и последующим прохождением раскатчика до проектной отметки.

Оценка несущей способности свай осуществляется по материалам контрольных испытаний свай, которые устраиваются в непосредственной близости к усиляемому фундаменту.

В процессе производства работ ведется журнал, в котором отражаются технологические режимы, характеристики используемых материалов и нестандартные ситуации.