Головна Будівництво Будівельне виробництво ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ НОВЫЕ БУРО-ИНЪЕКЦИОННЫЕ СВАИ С "ЖЕСТКИМИ СЕРДЕЧНИКАМИ" ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ СКЛОНОВ БОЛЬШОЙ ГЛУБИНЫ
joomla
ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ НОВЫЕ БУРО-ИНЪЕКЦИОННЫЕ СВАИ С "ЖЕСТКИМИ СЕРДЕЧНИКАМИ" ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ СКЛОНОВ БОЛЬШОЙ ГЛУБИНЫ
Будівельне виробництво - Будівельне виробництво

Полу Нот Ны аз Ция Номерности распределения горных ДавлениЙ нА элементах подземных сооружений при мяг-Ких грунтовых условиях, а также способы вычислений

ВнРТ^чНых еС Ий Ч С целью

Клевые слова: Горное давление, грунтовые условия, Подземное сооружение.

Отр Ота А^акономірності розподілу гірничого ти­ску на елементах підземних споруд при М ' Яких ґрунтових

Keywor Red bore-injecting piles, rigid heart.

Отличительной особенностью конструкции новых буроинъекционных свай большого сече­ния (рис 1) является наличие внутри "жесткого элемента" - забивной сваи с перфорированными трубами, играющими роль инъекторов. Для по­лучения "жесткого сердечника" в забивных сваях, имеющих квадратные поперечные сечения от 20×20 до 45×45 см, во время изготовления в за­водских условиях на формах опалубки закрепля­ют 4 трубы наружным диаметром 50 мм по сто­ронам поперечного сечения по всей длине свай.

При этом конструкция и армирование за­бивных свай не изменяется, а изменяются только формы хомутов для обхода трубы с учетом за­щитного слоя бетона. Трубы образуют с четырех сторон поперечного сечения сваи пазы, которые используются для закладывания инвентарных перфорированных труб для инъекции цементного или полимерцементного раствора в процессе производства буроинъекционных свай с "жест­кими сердечниками".

Пробуривают скважины по диаметру рав­ными или больше ширины "жесткого сердечни­ка" на всю проектную глубину буроинъекцион­ных свай. Закладывают в пазы перфорированные трубы (инъекторы) с 4 сторон "жесткого сердеч­ника" и опускают его внутрь скважины. Наруж


image030


Намытый Песок


Супесь


Песок

Средней

Крупности


Глина


Ные диаметры перфорированных труб (инъекто-ров) принимают на 2÷4 мм меньше чем диаметр паза в жестких сердечниках. При погружении "жесткого сердечника" в пробуренные скважины до проектной глубины могут быть использованы дизель-молоты, вибропогружатели, продавли-вающие устройства и т. п.

Рис. 1. Примерные формы конструкции буроинъ-екционных свай с "жестким сердечником"

После погружения "жестких сердечников" с инъекторами в скважины до проектной отметки верхние концы инъекторов подсоединяют к рас-творонасосу и под давлением подают цементный или полимерцементный раствор.

Для инъекции раствора может быть исполь­зовано следующее оборудование: растворонасо-сы (марок ПС-4Б, НС-3, НД, БГ, С-317А, НГр 250/50, НБ-179 и др.), компрессоры, раство­ромешалки (марок РМ-500, РМ-750 МГ-2-4 и др.).

Качество буроинъекционных свай с "жест­кими сердечниками" во многом зависит от давле­ния цементного или полимерцементного раство­ра при инъекции и фильтрационных свойств грунтов. Достаточно высокое давление (до 20÷30 ати) при инъектировании способствует увеличе­нию скорости движения раствора в порах и тре­щинах грунта.

Постепенно при нагнетании раствора в грунт поднимаются инъекторы на определенную высоту и продолжается нагнетание раствора на новом ярусе При окончании нагнетания раствора инъекторы изымаются для повторного использо­вания.

Для уплотнения нагнетаемых в грунт рас­творов можно использовать виброуплотнение.

Вибраторы присоединяются к головкам "жестких сердечников". Вибрирование выполняется на ка-ждом ярусе нагнетания раствора.

Уплотненные растворы при инъектирова-нии создают "рубашки" вокруг "жесткого сер-дечника", соединенные с ним с помощью пазов, имеющихся по сторонам "жесткого сердечника". Головка "жесткого сердечника" высотой 20 ÷ 30 см входит внутрь ростверка и продольная арма-тура оголяется и соединяется с каркасами рост-верка.

Многочисленными экспериментальными исследованиями по устройству буроинъекцион-ных свай, а также закреплению грунтов способа-ми нагнетания цементных, силикатных и поли-мерных растворов, проведенными специалистами НИИОСП им. Герсеванова, строительными орга-низациями Главкиевгорстроя и нами, установле-но, что радиус закрепления грунта R Зависит от

Его коэффициента фильтрации Кф. Для песчаных грунтов при использовании способа однорас-творного закрепления эта зависимость характе-ризуется следующими данными:

– при Кф = 0,3÷0,5 м/сут. радиус закреп-ления R = 0,3ч0,4 м;

– при Кф = 0,5÷1,0 м/сут R = 0,4ч0,6 м;

– при Кф = 1,0÷2,0 м/сут R = 0,6ч0,8 м;

– при Кф = 2,0÷5,0 м/сут R = 0,8ч1,0 м и более.

При просадочных лессовых грунтах и одно-растворном закреплении получены такие данные:

– при Кф = 0,1÷0,3 м/сут R = 0,4ч0,7 м;

– при Кф = 0,3÷0,5 м/сут R = 0,7ч0,9 м,

– при Кф = 0,5÷1,0 м/сут R = 0,9ч1,3 м;

– при Кф = 1,0÷2,0 м/сут R = 1,3ч1,5 м и более.

Если принять поперечные сечения "жестко-го сердечника" 0,3×0,3 м, то значения диаметров буроинъекционных свай (D = 2R + 0,3) будут ле-жать в диапазоне от 0,9 м до 2,9 м и более. Ус-редненный диаметр буроинъекционных свай с "жесткими сердечниками" можно получить исхо-дя из диаметров в каждом слое:

1+

22 33

44

L1+L2 +L3 +L4

D1L1+DL +DL +DL DСр =

Несущая способность одной буроинъекцио-ной сваи с "жестким сердечником" по условию прочности грунта в 10÷25 раз превышает несу-щую способность забивных свай той же длины в одинаковых грунтовых условиях за счет увели-чения диаметров.


А)



Б)



image032

image034Это показывает сопоставление несущей способности свай в нижеприведенных примерах.

Примерная конструкция буроинъекционной сваи с "жестким сердечником" приведена на рис.1. Размеры и формы поперечного сечения формируются в зависимости от грунтовых усло­вий.

Конструкция "жесткого сердечника" и его армирование показаны на рис. 2 для разных по­перечных сечений. Для изготовления буроинъек-ционных свай большой длины наращивают "же­сткие сердечники" как забивные сваи, с соблюде­нием совместимости пазов для инъекторов.

Пример. Допустим, требуется обеспечить устойчивость склона глубиной 15,4 м, состояще­го из 4 грунтовых слоев. В природных условиях склон имел достаточную устойчивость до строи­тельства поверхностных зданий. Нагрузки от по­верхностных зданий нарушают устойчивость склонов. Это показывает расчет на устойчивость склонов, пребывающих в реальных грунтовых условиях, как показано на рис. 3.

I Слой: Песок средней крупности, средней
плотности - 4,2 м, сила сцепления С = 0,017 МПа,
угол внутреннего трения φ = 34є30', пористость N
= 0,46, коэффициент пористости ЕO = 0,664, ко­
эффициент фильтрации Кф = 36 м/сут, удельный
вес γ = 16,7 кН/мі, удельный вес твердых частиц
грунта γ S =26,9 кН / м і, природная влажность W =
0,09;

II Слой: Супесь - 4 м, С = 0,032 МПа,
φ = 27є10', N = 0,55, ЕO = 0,796, предел текучести
WL = 0,184, предел раскатывания WP . = 0,119,
число пластичности IP = WL-WP = 0,184 - 0,119 =

= 0,065, число консистенции IL = 0,02, Кф = 0,6 м/сут, γ = 21 кН/мі, γ S. = 27,7 кН/мі, W = 0,11;

III Слой: Крупный песок средней плотности
- 4,4 м, С = 0,018 МПа, φ = 35є20', N = 0,52, ЕO =

0,784, Кф = 56 м/сут, γ = 16,6 кН/ м і, γ S. =26,7 кН/мі, W = 0,11;

IV Слой: Глина - 16,8 м, С = 0,61 МПа,
φ = 19є30', W = 0,18, N = 0,42, ЕО = 0,594,

Кф = 0,20ч0,96 м/сут, γ / = 20 кН/ м і, γ S / =27,5 кН/ м і, WL /=0,45, WP / = 0,26, IP / = 0,45 /–/0,26 = 0,19 (твердые глины).

<0

I

W-Wp 0,18-0,26

L =

W - Wp

0, 45 -0, 26

Щ7

Рис.2. Конструкция "жесткого сердечника" для буроинъекционных свай.

1 - пазы для инъекторов; 2 - хомуты или спи­рали поперечной арматуры из проволоки Вр-1, Ш 5 мм, шаг 200 мм; 3 - продольные арматур­ные стержни Ш 12ч14 мм А400. Класс бетона В20ч30.

В плоскости вертикального сечения склона (рис.3) из точки B Под углом 36є к горизонтали проводим луч, на котором произвольную точку О Выбираем в качестве центра тяжести сечения круглоцилиндрической поверхности скольжения. Радиусом R = O α Проводим линию скольжения и получаем сечение αbd Призмы разрушения.

Сечение αbd Призмы разрушения делим на элементарные прямоугольники шириной α, опре­деляем центр тяжести М Каждого элементарного прямоугольника и получаем проекции М Точки М На линии скольжения αd. Определяем усилия от собственного веса элементарных прямоуголь­ников P І И составляющих усилий Ni=P І ·Cosα, TI=PІ ·SInα. Сила Ti Является сдвигающей силой призмы разрушения αbD По линии скольжения αd С учетом поверхностной нагрузки, а противона­правленные силы Ti'=N·ƒI - Удерживающие силы, где Ѓ=Tgφ I - Коэффициент трения грунтового слоя. Кроме силы Ti', силы сцепления слоев СІ ,


image036

Рис.3. Схема для проверки устойчивости склонов с поверхно-стными зданиями распределенной нагрузкой Q.

Расчеты показали, что в нашем случае ,, = 0,84 < (1÷1,5), т. е. устойчи­вость склона не обеспечивается.

Для обеспечения устойчивости склона применяем буроинъекционную сваю с "жестким сердечником" длиной 18,4 м. Длина "жесткого сердечника" составляет 17,2 м.

Для определения несущей способ­ности буроинъекционных свай с "жест­ким сердечником" каждый слой, кото­рый проходит свая, делим по высоте на

Два участка А

Находим высоты от поверхности земли до середины этих участков Z i .

Затем в зависимости от геологических характеристик грунтовых слоев и от со­ответствующих значений Z I Принимаем

Величины расчетных сопротивлений грунта по боковым поверхностям свай ƒ I , кН/м² и расчетные сопротивления

Грунта под нижним концом свай R, кН/м² (таблица 1).



Направленные по линии скольжения Ad, Тоже яв­ляются удерживающими силами призмы Abd.

Условие равновесия склона как сумма сдви­гающих и удерживающих моментов имеет вид:

Y.McД-Y.MУд=Y.TiR-Y.TiR-CLR=0 .

Здесь L - Длина дуги линии скольжения Ad. Отсюда сила сцепления равна:

L

L

На луче BO Справа и слева от точки О При­нимаем точки О 1 И О2 В качестве центров тяжести линий скольжения Ad1 И Ad2. Определяем по формуле для Ci Значения С, С1 И С2. Максималь­ное значение Ci Соответствует точке О, Ее и при­нимаем центром тяжести линии скольжения.

Вычисляем коэффициент устойчивости склона с учетом собственного веса надземных сооружений по формуле условия устойчивости:

ЪMУд JLTI 'R + CLR

> 1 -s-1,5

Л

2ХД = 5TiR

Таблица 1. Данные для расчета несущей спо-собности буроинъекционных свай с "жестким сердечником"

Слой грунта

I

II III

IV

Тип грунта

I

Отметка Zi, м

КН/м²

Песок

Средней

Крупности

1

1,05

35

2

3,15

49

Супесь IL = 0,02

3

5,20

56

4

7,20

60

Песок крупный

5

9,30

63

6

11,50

66

Глина

Твердая

IL < 0

7

14,05

70

8

16,95

75

Пята сваи

18,40

12000

На основании приведенных в табл. 1 дан­ных несущие способности буроинъекционных свай с "жестким сердечником" по условиям прочности грунта равняются:

ФГ= M(MRRFУCp+UУCpZmЃЃI I),


image038



Рис.4. Расчетная схема буроинъекционных свай с "жестким сердечником", обеспечивающих устойчивость склонов, загруженных наземными зданиями


Где M = 1 - коэффициент условий работы сваи в грунте; MR, Mf - Коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, где MR = 1 и Mf = 1; R - Расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи (R = 12000 кН/м² в наших условиях),

Fycp - Площадь усредненного сечения сваи, м²; Uycp.– наружный периметр усредненного попе­речного сечения сваи, м; /,- - расчетное сопро­тивление 7-го слоя грунта на боковой поверхно­сти сваи, кН/м ²; It- Толщина /-го слоя грунта, м.

Усредненный диаметр сваи (для I слоя D = 1,7 м; для II слоя D2=1,2. м; для III слоя DЗ= 1,9 м; для IV слоя D,= 0,9м):

1,42

Dycp =

М,

1,7⋅4,2+1,2⋅4,0+1,9⋅4,4+0,9⋅5,8 4,2+4,0+4,4+5,8

Площадь усредненного сечения сваи

πD2

3,14-1,422

FУСР =

=

Yep

4

= 1,583 М2,наружный периметр усредненного поперечного Uycp=7RDycp= 3,14-1,42 = 4,46 М,

= 35·2,1+49·2,1+56·2,0+60·2,0+63·2,2+ +66·2,2+70·2,9+75·2,9 = 1112,7 кН. Тогда несущая способность сваи равна

Ф^ = 1.(112000.1,583+4,46.11112,7*23957 КН.

При коэффициенте надежности Кн=1,4 не­сущая способность буроинъекционных свай бу­дет:

В этих же грунтовых условиях забивные сваи сечением 30×30см и длиной 18,4 м имели бы несущую способность с учетом коэффициента надежности к Н =1,4:


ФГЗ=1⋅(1·12000·0,09 + 1,2·1112,7)/1,4 = 1725 кН.

Если учитывать, что острый конец забивных свай уменьшает их несущую способность по сопро­тивлению R на 40%, то реальная несущая спо­собность будет равна:

ФЗГ= 1416,6 КН.

Таким образом, при сопоставлении несущих способностей буроинъекционных свай с "жест­ким сердечником" длиной 18,4 м и усредненным

Диаметром D Уср=1,42 м и забивных свай сечени­ем 30×30 см такой же длинны в этих же грунто­вых условиях видим, что несущие способности буроинъекционных свай с "жестким сердечни­ком" в 12,08 раза больше, чем забивных свай. В среднем во всех случаях несущая способность буроинъекционных свай в 10÷20 раз больше, чем забивных свай.

На основе вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

1. По наружным размерам "жесткого сер­дечника" пробуривают скважины на полную глу­бину буроинъекционной сваи и опускают "жест­кий сердечник", этим не уменьшают несущую способность боковых поверхностей, так как инъ-ектированные цементные растворы проникают глубже в нарушенные и ненарушенные толщи грунтового слоя.

2. "Жесткий сердечник" позволяет благо­даря наличию пазов, находящихся на каждой из 4-х граней, инъектировать под давлением песча-но-цементный или полимерный раствор в грунт и получать достаточно большие диаметры буро­инъекционных свай, зависящие от фильтрацион­ной способности грунтов.

3. "Жесткий сердечник" обеспечивает ра­боту буроинъекционных свай против оползневых воздействий, при этом сваи работают как под­порные стенки на внецентренное сжатие, на из­гиб и растяжение.

4. "Жесткий сердечник" позволяет резко уменьшить потребность в продольных (верти­кальных) арматурных стержнях по сравнению с буронабивными сваями аналогичной несущей способности (диаметром 620÷1000 мм).

Литература

1.Руководство по производству и приемке работ при устройстве оснований и фундаментов. НИИОСП им. Н. М. Герсеванова. М.:1977, 245 с.

2.Руководство по проектированию свайных фундаментов. НИИОСП им. Н. М. Герсеванова. М. : Стройиздат, 1980, 240 с.

3. Самедов А..М., Петрук В..В., Мелеш-
ко. О..Б., Лебедев М..М. Патент Украины
[(19)UA(11) 10159(51) 7 ЕО2Д 27/12
"Деклараційний патент на корисну модель (54).
Спосіб утворення буроін’єкційної палі", від
15.ХІ-2005, бюл. W:11

4.СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и со-оружений. Госком СССР по делам строительства. М.: Стройиздат, 1985, 42 с.

5.СНиП 2.06.07-87. Подпорные стены, су-доходные шлюзы, рыбозащитные сооружения. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988, 40 с.

6.СНиП 2.06.14-85. Защита горных вырабо-ток от подземных и поверхностных вод. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986, 38 с.

7. СНиП 2.01.15-90. Инженерная защита
территорий, зданий и сооружений от опасных
геологических процессов. Основные положения
проектирования. М.: ЦИТП Госстроя СССР,
1990, 38 с.

8. СНиП 3.02.01-87. Земляные сооружения, основания и фундаменты. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989, 45 с.

9. СНиП II-21-75, часть II, глава 21. Бетон-ные и железобетонные конструкции. М.: Строй-издат, 1976, 95 с.

10. ДБН В.1.1-3-97. Інженерний захист
територій, будинків і споруд від зсувів та обвалів.
Основні положення. К.: Держбуд України, 1998,
44 с.

11.СНиП ІІ-17-77. Свайные фундаменты. М.: Стройиздат, 1978, 45 с.

12. Проектирование подпорных стен и стен подвалов. Н. Н. Прокапало, к. т.н., ООО НПП "ГИД-РОТЕХНИКА", Николаев

Похожие статьи