|
DOI: 10.7256/2453-8922.2018.1.25936
Дата направления статьи в редакцию:
31-03-2018
Дата публикации:
07-04-2018
Аннотация:
В статье рассмотрены проблемы обустройства свайных фундаментов на территории Республики Саха (Якутия) буронабивным способом. Данная технология, не столь распространенная в республике, является более простой и удобной в отличие от железобетонных забивных свайных фундаментов. В процессе твердения бетона при обустройстве буронабивной сваи происходит локальное растепление мерзлого грунта . Поэтому при применении буронабивных свай в криолитозоне особенно остро встает вопрос определения расчетных температур и времени формирования стационарного режима грунтов в основании всего свайного поля, позволяющего осуществлять полную загрузку фундаментов. Проведены натурные наблюдения за температурным режимом грунтов вблизи буронабивной сваи в процессе ее обустройства и гидратации бетона. В ходе проведенного исследования получены данные о динамике температурного режима грунта вблизи буронабивной сваи в процессе ее обустройства. Полученные данные показывают, что устойчивые отрицательные температуры по всей глубине скважины наблюдаются через месяц после заливки, в течение этого периода происходит основной набор прочности сваи.
Ключевые слова:
фундамент, строительство, мерзлота, буронабивные сваи, бетон, температурный режим, грунт, гидратация, оттаивание, измерения
Abstract: The article deals with the problems of arranging pile foundations on the territory of the Republic of Sakha (Yakutia) using bored piling. This technology, which is not so widespread in the republic, is simpler and more convenient, in contrast to reinforced concrete foundation piles. In the process of hardening concrete during the arrangement of the bored pile, local fission of frozen soil occurs. Therefore, when using bored piles in the cryolithozone, the problem of determining the design temperatures and the time of formation of the stationary soil regime at the base of the entire pile field, which allows full loading of the foundations, becomes especially critical. Field observations of the temperature regime of soils near the bored pile during its arrangement and hydration of concrete were carried out. In the course of the study, data was obtained on the dynamics of the temperature regime of the soil near the bored pile in the process of its arrangement. The data obtained show that stable negative temperatures over the entire depth of the well are observed one month after pouring, during which period the pile attains most of its strength.
Keywords: foundation, building, permafrost, bored piles, concrete, temperature regime, soil, hydration, thawing, measurements
Многоэтажное строительство в условиях вечной мерзлоты производится на свайном фундаменте [5]. При этом для устройства фундамента на территории Республики Саха (Якутия) традиционно используются железобетонные забивные сваи. Большие габариты (до 16 м), большой вес данных изделий, а также трудоемкая технология их установки значительно усложняют процесс и повышают стоимость работ нулевого цикла.
Более удобный и простой способ строительства фундамента – буронабивные сваи, пока не столь распространенные в нашей республике. Для устройства такой сваи бурится скважина необходимого диаметра и глубины, заполняется мелкозернистым бетоном и усиливается металлическим каркасом требуемого сечения.
Буронабивные сваи – бетонные сваи цилиндрической формы (с армированием и без), погружаемые в грунт различными способами. Выбор технологии устройства таких свай зависит от геологических условий, экономической целесообразности применяемой технологии бурения. Сваи передают нагрузки от строительных конструкций на несущие слои грунта, залегающие на большой глубине. Расположенные в ряд или пересекающиеся сваи образуют подпорную стену котлована, откоса или служат для удержания грунтовых вод [2].
Буронабивные сваи изготавливаются из бетона с применением пластифицирующих и противоморозных добавок, обеспечивающих твердение бетона при температурах ниже +5 °С. Состав бетона устанавливается технологическим регламентом в зависимости от периода производства свайных работ.
При бурении скважины ее нижняя часть (пята) уширяется специальным приспособлением (уширителем). Установка буронабивных свай выполняется с помощью вертикально перемещающейся трубы. Бетонный раствор в приемную воронку трубы (бетонолитной) подается из автобетоносмесителя. Перед бетонированием в готовой скважине устанавливается армирование.
Существуют несколько способов обустройства буронабивных свай: сухой, с применением глинистого раствора и с применением обсадных труб. При сухом способе не проводится крепление стенок скважины. Используют его для устойчивых грунтов, в которых стенки скважины не осыпаются. В неустойчивых и влажных грунтах стенки скважины обрабатываются глинистым раствором. Обустройство буронабивных свай с применением обсадных труб возможно на грунтах любого типа.
Если сваи обустраиваются сухим способом, стенки скважины не укрепляются. После монтажа арматурного каркаса сразу проводится бетонирование.
Обработка стенок скважин глинистым раствором проводится следующим образом. В скважину по пустотелой буровой штанге подается глинистый раствор, после чего проводится бетонирование с использованием вибробункера и бетонолитной трубы, которая опускается в скважину. Вибрируемый бетонный раствор поступает в скважину вытесняя глинистый раствор.
С обсадными трубами устройство набивных свай можно проводить в любых геологических условиях. Обсадные трубы могут оставляться в скважине или извлекаться из нее. Их стыки соединяются специальными конструкциями или сваркой. В скважину обсадные трубы погружаются в процессе бурения методом забивки трубы или вибропогружением. Затем обустраивается металлический каркас и скважина бетонируется.
Способы устройства буронабивных свай по их видам [4]:
1. Сваи сплошного сечения, имеющие уширения или без них. Их бетонируют в скважинах, прорубленных выше уровня подземных вод в глинистых грунтах, не закрепляя стенки скважин, а также в скважинах, прорубленных ниже уровня подземных вод в любых грунтах.
2. Полые сваи с круглым сечением, монтируемые и устанавливаемые при помощи многосекционного вибросердечника.
3. Железобетонные сваи, укрепленные уплотненным забоем. Изготовление происходит посредством втрамбовывания щебня в забой скважины.
4. Сваи с увеличенной несущей способностью посредством камуфлетной пяты. Они устраиваются с помощью бурения скважин с уширением, образованным вследствие взрыва, и заполнения скважины бетонной смесью.
5. Устройство свай-столбов осуществляется посредством бурения скважин без уширения, либо с уширением и последующего заполнения их цементно-песчаным раствором.
На рис. 1 показан процесс обустройства буронабивных свай на примере одного из строящихся жилых домов г. Якутска.
Технология устройства буронабивных свай в данных условиях состоит из следующих операций:
- бурение скважины;
- зачистка забоя скважины;
- установка обсадной трубы в пределах водонасыщенного грунта основания;
- устройство щебеночной подушки толщиной 700 мм;
- установка арматурного каркаса;
- бетонирование скважины;
- электропрогрев бетона.
Рис. 1. Установка арматуры и буронабивной сваи. г. Якутск
В настоящее время буронабивные сваи устраивают с применением комплексно-механизированных средств. Для бурения скважин применяют установки СО-2, СО-1200, СБУ-2, БУК-600 и др., оснащенные шнеком или буровым ковшом. Тип рабочего органа выбирают с учетом диаметра скважины, ее глубины и вида грунтов.
По данным некоторых натурных наблюдений вокруг буронабивных свай при температуре грунта –1.2 °С - –2 °С радиус оттаивания достигает 0.8-1 м, вокруг буроопускных в 2-3 раза меньше [3]. Соответственно увеличивается срок смерзания буронабивной сваи с вечномерзлым грунтом основания. При более низких температурах грунтов вечномерзлой толщи радиус оттаивания и время восстановления температурного режима должны быть значительно меньшими.
Ключевым вопросом на стадии проектирования свайных фундаментов любого типа, как известно, является определение расчетных температур и времени формирования устойчивого (стационарного) режима грунтов в основании всего свайного поля, позволяющего осуществлять полную загрузку фундаментов.
Особо остро этот вопрос стоит при применении буронабивных свай, вокруг которых в процессе твердения (гидратации) бетона происходит оттаивание мерзлых грунтов в радиальном направлении. При кустовом способе установки свай оттаивание грунтов происходит по всему объему грунтового основания, образуя сплошной талый массив. Такие массивы формируются при установке буронабивных свай в высокотемпературных грунтах (t = 0-1,5°С).
Температура гидратации портландцемента по данным опытных работ, выполненных в жилом комплексе «Прометей» в г.Якутске, варьируется в пределах 17,3°С-22,5 °С, при среднем значении +20,6 °С. Данная температура рассматривается как исходная при выполнении теплотехнических расчетов по оценке теплового влияния буронабивной сваи на температурный режим вмещающих грунтов. Характер распределения температуры начала гидратации (τ = 0) по длине буронабивной сваи приведен в табл. 1.
Таблица 1
Распределение температуры начала гидратации по длине буронабивной сваи
| 
Cn
© 1998 – 2024 Nota Bene. Publishing Technologies. NB-Media Ltd.
