All posts in Статьи и публикации

Возможности использования электроразрядной технологии в геотехническом строительстве на толще слабых грунтов.

 

В.М. Рябинов – Директор по геотехническому строительству ООО «СТС».

А.В. Горбушин – аспирант кафедры «Основания и Фундаменты» ПГУПС.

Приводятся примеры изготовления буроинъекционных  и буронабивных свай с применением электроразрядной технологии (ЭРТ) в условиях грунтов г. Санкт-Петербурга. Публикуются результаты опытной работы по изготовлению свай с многоуровневыми уширениями, созданными по ЭРТ.

 

Серьезной проблемой при геотехническом строительстве в  центральной части Санкт-Петербурга является значительная мощность  слабых грунтов. Буроинъекционные и буронабивные сваи, изготовленные в таких грунтах, имеют, как правило, большую длину для обеспечения необходимой несущей способности сваи по грунту (далее НС).

Увеличение НС таких свай возможно по следующим направлениям:

1. Увеличение площади опирания и боковой поверхности свай   (устройство свай с уширениями, пирамидальных свай и т.д.),
2. Увеличение несущих свойств примыкающего к телу сваи грунта (сваи по технологии «Титан», сваи образованные в результате принудительного отжатия (вытеснения) грунта и буроинъекционные /1/).
3. Устройство  свай по технологиям, сочетающим п. 1 и п. 2.

К таким сваям относятся сваи, изготовляемые с ис­пользованием электроразрядной технологии (ЭРТ).

 

Основы   указанной технологии   изготов­ления  свай были разработаны в Ленинграде в 1977…1981 гг.

Технология состоит из следующих опе­раций:

1)    бурение лидерной скважины;

2)    заполнение сква­жины твердеющим материа­лом;

3)    электроразрядная обра­ботка скважины и установка армокаркаса в твердеющую смесь.

Активное использование свай  по   ЭРТ  началось в начале 90 – х годов. В это время было  выполнено  несколько  десятков  объектов   в   различных  геолого — технических условиях центра Петербурга   (  наб.  р.  Фонтанки, 47,   Владимирский пр., 11,  наб.  р.  Мойки, 47,   Невский пр.,  140, Ломаная ул., 9 и т.д., ).

Проведенные испытания показали значительные преимущества свай ЭРТ по сравнению со сваями, выполненными по традиционным технологиям. Одновременно были начаты работы по научному обоснованию эффективности применения свай ЭРТ /2, 3/) применительно к грунтам Санкт-Петербурга.  Особый интерес специалистов вызвало то, что помимо увеличения НС свай ЭРТ  отмечалась существенная минимизация осадок свай под нагрузкой, в том числе, так называемых «технологических осадок» (т.е., осадок, связанных со способом бурения скважин), что принципиально важно при реконструкции зданий и внутриквартальной застройке.

Так, в 1991 г. выполнялись буроинъекционные сваи с применением электрогидравлического эффекта /2/ по адресу: г. Санкт-Петербург, Октябрьская наб., д. 112/2). Данная площадка сложена пылеватыми суглинками со следующими физико-механическими характеристиками: естественная влажность – 0,25%; объемный вес – 19,4 кН/м³; угол внутреннего трения — 23°; модуль деформации – 6 МПа. Сваи выполнялись диаметром 151 мм и длиной 3м. По данным испытаний статической вдавливающей нагрузкой буроинъекционная свая с опресовкой ствола имела максимальную нагрузку 75 кН при общей осадке 5 см, а сваи ЭРТ — 150 кН при общей осадке 2,45 см.

После испытаний сваи были откопаны и измерены. Сваи, выполненные с использованием электрогидравлического эффекта, имели уширения диаметром 460мм.

Следует отметить, что эффективность ЭРТ существенно повышается с увеличением длины свай, что связано с увеличением гидростатического давления твердеющего раствора. В качестве примера можно привести работы по усилению фундамента на одной из опытных площадок в Санкт-Петербурге. На этом объекте проводились сравнительные испытания свай усиления, выполненных по различным технологиям (без опрессовки, с опрессовкой, соответственно, 0,2 и 0,4 МПа, с использованием ЭРТ) /4/. Инженерно-геологические условия представляют собой:

0,00 м – 2,00 м – насыпной грунт;

2,00 м – 3,50 м – пески пылеватые объемный вес – 19,5 кН/м³; угол внутреннего трения — 26°; модуль деформации – 11 МПа;

3,50 м – 5,50 м — пески мелкие объемный вес – 19,5 кН/м³; угол внутреннего трения — 28°; модуль деформации – 18 МПа;

5,50 м – 14,50 м – суглинки пылеватые ленточные мягкопластичные объемный вес – от 18,2 до 19,6 кН/м³; угол внутреннего трения – от 10 до 14°; модуль деформации – от 4.5 до 9 МПа;

14,50 м – 20,50 м — суглинки пылеватые объемный вес – 21,5 кН/м³; угол внутреннего трения — 26°; модуль деформации – 17 МПа.

 

Рис.  SEQ Рисунок \* ARABIC 1. График испытаний буроинъекционных свай на опытной площадке: 1 — без опрессовки; 2,3 — с опрессовкой, соответственно, 0,2 и 0,4 МПа; 4 — с опрессовкой высоковольтными разрядами; 5 — двух наклонных свай.

Результаты испытаний /4/, показанные на графике (Рис. 1), позволяют сделать очевидный вывод о преимуществах свай ЭРТ по сравнению со сваями, выполненными по другим технологиям.  Так при допустимой осадке 20 мм сваи без опрессовки имели несущую способность 150 кН, сваи с опрессовкой – 280 кН, а сваи ЭРТ  — 420 кН, т.е. в 2,8 раза выше, чем сваи, без опрессовки, и в 1,5 раза выше, чем сваи, выполненные по буроинъекционным технологиям.

Следует отметить, что буроинъекционные сваи, выполняемые по традиционным технологиям, несмотря на очевидные преимущества по сравнению с другими технологиями усиления оснований и фундаментов (полностью исключаются земляные работы, не меняется внешний вид конструкции, работы ведутся без отселения жильцов или без остановки производственного процесса), имеют принципиальные недостатки, а именно: низкая несущая способность из-за небольшого диаметра и, соответственно, малой боковой поверхности и площади острия, неопределенность в формировании необходимого диаметра при устройстве свай /3/. В этих условиях применение свай ЭРТ, когда производится обработка острия и боковой поверхности сваи электрическими  разрядам и обеспечивается гарантированное обеспечение геометрических параметров сваи по всему телу сваи /5/, является практически единственным экономически выгодным способом достижения поставленной задачи.

Под руководством д.т.н., профессора Гаврилова в начале 90х годов были проведены обширные исследования по получению и определению свойств бетона при изготовлении свай ЭРТ. Результаты исследований показали увеличение марки бетона свай и существенное увеличение проникающих свойств цементного раствора при укреплении стен и фундаментов.

Существуют необоснованные наблюдаемые мнения, что в условиях Санкт-Петербурга технология ЭРТ неэффективна и, даже,  более того, вредна с точки зрения динамического воздействия на окружающие здания и сооружения.

Специалисты МГУ доказали, что электрический разряд с энергией 60 кДж (что значительно выше, чем фактически применяемые энергии) при заглублении  излучателя более 4 м безопасен для окружающих зданий и сооружений /6/. Кроме того, проведенные в Санкт-Петербурге в 2005 году исследования показали абсолютную сейсмобезопасность применения данной технологии (исследования проводились ООО «Геореконструкция — Фундаментпроект» на объекте по адресу: Орловская ул., д.3).

Здесь следует отметить, что в Санкт-Петербурге отмечен как положительный (успешно выполнено более 40 объектов), так и отрицательный опыт применения  свай ЭРТ. Причем, в плане неудачного применения технологии ЭРТ в пример приводятся объекты на 8 – й Советской ул. и ул. Вишневского.       Объективный анализ устройства свай на вышеуказанных объектах позволяет сделать вывод, что отрицательный результат при устройстве свай ЭРТ связан не со способом изготовления свай, а с грубыми нарушениями технологии ведения работ (выбуривание больше геометрического объема грунта скважины, нарушение рецептуры твердеющего раствора, времени иньектирования его в скважину и т.п.)

Отдельно надо отметить, что за последнее время произошло существенное развитие ЭРТ (применяется регулировка энергии разряда в зависимости от глубины залегания и физико-механических характеристик грунтов, появились излучатели новых типов, обязательно проводится корректировка величины энергии разрядов на каждом из объектов (обеспечение сейсмобезопасности  работ),  НИИОСП им. Герсеванова  выпущены нормативные документы по применению свай, грунтовых анкеров с использованием ЭРТ /1, 5/.

Одним из наиболее перспективных направлений развития свай ЭРТ в Санкт-Петербурге представляется  разработка свай с многоуровневыми уширениями. Эффективность таких свай подтверждена опытом их применения в СССР, Индии, Великобритании, ФРГ. Испытание буронабивных свай с уширением в Санкт-Петербурге показало, что значения несущей способности таких свай по грунту на 50–70 % выше, чем свай без уширения /7/.

Принцип устройства таких свай заключается в устройстве на забое и боковой поверхности сваи  уширений, причем первое уширение создается на пяте сваи, увеличивая ее площадь опирания. Второе уширение устраивается на расстоянии не менее двух диаметров уширения от первого. Это уширение играет роль дополнительной опоры «подпятника», существенно увеличивая общую несущую способность сваи. Иногда делается и третье уширение. Следует отметить, что устройство уширений механическими уширителями является весьма трудоемким и дорогостоящим способом, при этом происходит разуплотнение грунта под уширениями и не обеспечивается очистка забоя скважины при устройстве уширений, что влечет за собой низкое качество материала сваи. То есть,  при устройстве таких свай при их явных преимуществах  возникают проблемы способа их изготовления.

В этом случае особый интерес вызывает возможность создание уширений с помощью ЭРТ, т.к. при этом:

- происходит уплотнение и цементация грунта в местах уширений (создается геомассив), существенно увеличивая несущие свойства грунта,

- обеспечивается возможность изготовления любого количества уширений в заданном месте по стволу скважины с соответствующим увеличением НС сваи.

Нами были проведены опытные работы по определению  эффективности  применения свай ЭРТ с многоуровневыми уширениями на примере конкретной строительной площадке  по адресу: СПБ, Орловская ул., д.3 в 2005 г.

Геологический разрез на объекте представлен следующими условиями по глубине:

00 – 0,60 – насыпные грунты,

0,60 – 2,00 – супесь песчанистая текучая с примесью органических веществ,

2,00 – 11,00 – песок пылеватый средней плотности, насыщенный водой

11,00 – 12,50 – песок мелкий, средней плотности, насыщенный водой,

12,50 – 17,20 – песок средней крупности, насыщенный водой.

На объекте было выполнено три опытные сваи (1а, 1б, 1в),  каждая длиной по 16,7 метра, при этом уширения создавались по технологии ЭРТ (энергия разряда составляла: с 00 м до 3,00 мм обработка не производилась, с 3,00 м до 4,00 м – 20 кДж, с 4,00 м до 16,70 м – 30 кДж.

При этом, интервал ЭРТ обработки составлял:

- свая 1в через 0,5 м,

- свая 1б через 0,75 м,

- свая 1а через 1,0 м.

При полевых статических испытаниях определялась осадка свай при приложении проектной нагрузки в 1500 кН. Результаты  испытаний,  приведенные на Рис. 2, показали, что осадка сваи 1а была минимальной по сравнению с осадками других свай.

Рис. 2. График нагрузка-осадка при статических испытаниях вдавливывающей нагрузкой.

 

Из графика (Рис. 2) видно, что при увеличении расстояния между уширениями происходит увеличение НС сваи. Данный эффект можно объяснить, тем, что под уширениями и пятой сваи создается одинаковое напряженное состояние грунта. Данный эффект был доказан S.Yabuuchi & H.Hirayama /8/.

 

Выводы:

1. Установили, что свая с многоуровневыми уширениями имеет большую НС, чем свая на всю длину с диаметром, равным диаметру уширений.
2. Сваи созданные по ЭРТ доказали наибольшую эффективность в несвязных грунтах, которые способны обеспечивать необходимые уширения и соответственно формировать несущую способность в процессе изготовления этих свай. Во всех случаях эта прогрессивная технология, как и любая другая,  должна иметь пределы применимость по грунтам и состоянию окружающих строений.
3. ЭРТ сваи требуют постоянного мониторинга на всех этапах их изготовления.
4. При нарушении режима электроразрядной установки ЭРТ сваи способны представить опасность как для исполнителей этих работ так и для окружающих ветхих зданий.

Список использованной литературы

1. СП 50 102 – 2003 «Проектирование и устройство свайных фундаментов», М., 2004 г.

2. Бровин С.В. Особенности работы буроинъекционных свай усиления в

массиве слабых грунтов. Диссертация канд. технических наук. — С-Петербург, 1994. – 174 с.

3. Яссиевич Г.Н.   Диссертация кандидата технических наук. : Исследование способа изготовления буронабивных свай с помощью электрогидравлического эффекта и их работы под  вертикальной нагрузкой. Автор: 1974 г.

4. Улицкий В.М., Шашкин А.Г. «Геотехническое сопровождение реконструкции городов», М., 1999 г.

5. ТР 50 – 180 – 06 «Технические рекомендации по проектированию и устройству свайных фундаментов, выполняемых с использованием разрядно-импульсной технологии для зданий повышенной этажности», М., 2006 г., 68 с.

6. Аптикаев С.Ф., Калинин В.В. «О сейсмической опасности разрядно-импульсных технологий при производстве буроинъекционных свай», журнал «Основания, фундаменты, механика грунтов», № 1, 2003 г.

7. Р. А. Мангушев, А. И. Осокин. «Современные технологии устройства свай в условиях слабых грунтов Санкт-Петербурга», «Петербургский строительный рынок» 3 (88), 16.04.2006.

8. S. Yabuuchi & H. Hirayama. «Bearing mechanisms of nodal piles in sand». Deep Foundation on Bored and Auger Piles. Van Impe (ed.), 1993 Balkema, Rotterdam, ISBN 9054103132.

Статья напечатана журнал «Основания фундаментов и механика грунтов» №6, 2008 г.

Перспективы повышения несущей способности и  качества буроинъекционных свай в условиях толщи слабых грунтов

 

Конных П.А. -председетель совета директоров ООО «NcgAffinity»

Никульников Р.С. -генеральный директор ООО «NcgAffinity»

Рябинов В.М. — директор по геотехническому строительству ООО «NcgAffinity»

Безуглов А.А.  директор по строительству ООО «NcgAffinity»

 

Основным способом (а зачастую, и безальтернативным) усиления оснований и фундаментов реконструируемых зданий и сооружений является устройство буроинъекционных свай. Буроинъекционные сваи («микросваи» в зарубежной литературе) имеют характерные отличия от буронабивных свай, а именно: малый диаметр, большая гибкость, состав инъекционного раствора. Здесь следует отметить, что за рубежом в качестве материала некоторых технологий изготовления свай (технологии «Titan»,  «Soilex» /4/) применяют цементные растворы. Отечественная нормативная документация запрещает использовать в качестве конструктивного материала чистоцементные растворы (п.15.3.36 /6/, п.3.8 /5/). В настоящей статье рассматриваются вопросы повышения несущей способности и качества свай, отвечающих требованиям существующих нормативных документов.

Особенностью изготовления таких свай является то, что часто они выполняются из подвалов, что вызывает за собой существующие ограничения в габаритах буровых станков. Буровая техника, используемая для устройства этих свай (переносные станки типа «Стерх» и СБГ-2, либо самоходные установки с шириной шасси не более 90 см (для возможности проезда в подвальные двери) имеет низкие крутящий момент и осевое усилие. Рассмотрим существующие технологии изготовления свай с учетом технических возможностей вышеупомянутых буровых станков. Применение их в Санкт-Петербурге имеет свою специфику.  Особенностью центральной части города является залегание прочных мореных отложений  на глубинах до 30 м и выше от дневной поверхности. Поэтому сваи усиления длиной 5 -20 метров являются классическими сваями трения и располагаются в  надморенной толще, представленной позднеледниковыми и послеледниковыми озерными и морскими отложениями, имеющими довольно низкие несущие свойства. Вклад пяты в несущую способность сваи при существующих технологиях, как правило, мал. Поэтому несущую способность буроинъекционной сваи набирают за счет увеличения ее боковой поверхности (длины) и улучшения контакта «свая — грунт» /4/.

Технологии изготовления буроинъекционных свай заключается в бурении скважины до заданной проектной отметки, заполнения скважины твердеющим раствором, опрессовки скважины и армированием ее армокаркасом. Таким образом, существующие технологии изготовления буроинъекционных свай отличаются между собой способом устройства буровых скважин.

Минимальные энергетические затраты требуются при устройстве свай под защитой  глинистого раствора.

К недостаткам данного способа следует отнести трудности обеспечения технологических параметров бурового раствора при устройстве каждой сваи /1,7/, сложность, а иногда и невозможность устройства зумпфов в подвале, необходимость утилизации шлама и низкую несущую способность такой сваи в связи с тем, что глинистая корка на стенках скважины не позволяет обеспечить надежный контакт боковой поверхности сваи с грунтом.

Большие энергетические затраты требуются при устройстве буроинъекционных свай методом «полого шнека». К достоинствам указанного способа следует отнести возможность работы в неустойчивых обводненных грунтах /3/.

Недостатком данного способа является наличие технологических осадок (породоудаляющие элементы бурового снаряда удалены от породоразрушающих (опрессовка сваи не позволяет ликвидировать эти осадки), вынос большего объема грунта, чем геометрический объем скважины при проходке прослоев тугопластичных или полутвердых глин и суглинков. Кроме того,  при бурении полыми шнеками не всегда удается открыть долото, возможна запрессовка инъекционного раствора внутри шнеков, после устройства каждой сваи необходимо тщательно промывать всю колонну (процесс «мокрый»).

Достаточно надежным способом  при отсутствии напорных горизонтов является устройство буроинъекционных свай под защитой инвентарных обсадных труб.

Однако высокие энергетические требования к буровым станкам,  сложность и многодельность процесса (спуско-подъемные операции) не позволяют считать этот способ экономически конкурентно способным по сравнению с указанными выше.

Оценим возможности повышения несущей способности свай с точки зрения расчета и способов изготовления.

Несущая способность сваи определяется согласно /6/

Повышение несущей способности свай возможно при увеличении следующих параметров:

А — площадь опирания сваи, м²;

R — расчетное сопротивление грунта  под   нижним   концом  сваи, кПа;

f — расчетное сопротивление i-гo слоя грунта на  боковой поверхности

ствола сваи;

u — периметр поперечного сечения ствола сваи, м;

Кроме того, следует рассмотреть вопрос изменения формы свай.

1. Увеличение площади опирания сваи (А) путем создания уширений

Уширения в настоящее время создаются механическими уширителями. При этом следует учитывать, что эти работы (особенно в подвалах) являются достаточно трудоемкими и влекут за собой разуплотнение грунта;

2. Повышение несущих свойств грунта (R, f_i).

Считается, что при опрессовке сваи происходит уплотнение грунта. Это представляется довольно дискуссионным, т.к. опрессовка осуществляется не на заданной глубине, а в устье скважины. Безусловно, происходит уширение ствола скважины по боковой поверхности в зоне слабых грунтов, но насколько это увеличивает несущую способность сваи неизвестно. Цементация примыкающих к телу сваи грунтов при опрессовке необходимого эффекта также не дает. Про уплотнение грунтов на пяте сваи при существующих конструкциях долот не стоит даже упоминать.

3. Изменение формы  свай.

Одним из наиболее перспективных направлений развития свай ЭРТ в Санкт-Петербурге представляется  разработка свай с многоуровневыми уширениями /2/. Эффективность таких свай подтверждена опытом их применения в СССР, Индии, Великобритании, ФРГ. Принцип устройства таких свай заключается в устройстве на забое и боковой поверхности сваи  уширений, причем первое уширение создается на пяте сваи, увеличивая ее площадь опирания.  Второе и следующие уширения устраиваются на расстоянии не менее двух диаметров уширения друг от друга. Эти уширение играют роль дополнительных опор («подпятников»), существенно увеличивая общую несущую способность сваи.

4. Разработка технологий раскатывания скважин.

Это позволяет увеличивать несущие свойства грунта по боковой поверхности сваи сократить время ее изготовления и минимизировать расходы (довольно значительные) по утилизации шлама.

Здесь следует отметить, что применять классическую технологию DDS  (погружение в грунт путем ввинчивания до проектной глубины обсадной трубы с винтовым наконечником  с последующим бетонированием по мере подъема трубы и армированием)  в условиях подвала существующие буровые установки, предназначенные для работы в подвалах,  не смогут по своим техническим характеристикам.

Но, даже при наличии мощных станков устройство таких свай в подвалах было бы нерентабельно с учетом большого количества спуско-подъемных операций.  Хотя реализация устройства свай раскатыванием представляется весьма перспективной.

Рассмотрим возможность реализации технологии устройства буроинъекционных свай путем раскатки.

Основными энергетическими затратами при технологии DDS  являются:

а) преодоление силы трения буровой трубы по боковой поверхности

Для снижения энергетических затрат предлагается отказаться от применения обсадной колонны. Буровая колонна должна состоять из стандартных буровых штанг диаметром 89 мм с отдельными шнековыми секторами левой навивки. При этом,  подачу твердею­щего материала осуществляют вслед за раскатчиком, принудительно внедряя твердеющий материал в стенки скважины, создавая избыточное давление в зонах слабых грунтов. Плотность твердеющего раствора обязательно должна быть не менее 2000 кг/м ³,для обеспечения устойчивости стенок скважины. Форма буровой штанги  обеспечивает при­нудительное внедрение твердеющего материала в стенки скважины (так назы­ваемая динамическая цементация), создавая уширения в зонах слабого грунта и образуя массив процементированного  и уплотненного грунта  вокруг ствола скважины.

б) внедрение винтового наконечника в грунт («раздвижка» грунта с его уплотнением).

Для того, чтобы снизить крутящий момент и повысить механическую скорость бурения, существует только один способ – разрушать породу на забое скважины. Причем порода должна не разрыхлятся, а срезаться во избежание оставления на забое шлама и, связанных с этим технологических осадок. То есть необходима конструкция, сочетающая в себе функции  породоразрушающего инструмента и раскатчика. В нижней части такой конструкции должен находиться породоразрушающий инструмент, а над ним – собственно раскатывающее устройство.  Существует большое количество разновидностей породоразрушающего инструмента, но все они эффективны только при определенной технологии бурения. В нашем случае определяющими будут условия, необходимые для работы раскатчика, т.е. породоразрушающий инструмент и раскатчик должны быть совместимыми по технологии.       Опыт применения раскатывающих устройств показывает, что они наиболее эффективно  работают в диапазоне частоты вращения от 5 до 40 об/мин, поэтому  породоразрушающий инструмент для шнекового бурения (лопастные долота, «ласточкин хвост» и т.п.) в данном случае не подойдет, т.к.  шнековое бурение подразумевает частоту вращения инструмента не ниже 100 об/мин. Существует т.н. медленновращательное бурение, при котором инструмент вращают с частотой 7 – 80 об/мин, т.е примерно с той же частотой, которая необходима для работы раскатчика. В качестве породоразрушающего инструмента при медленновращательном бурении используют ложковые и спиральные буры. Но ложковый бур по своей конструкции не допускает поточного (т.е. безостановочного) бурения, его надо регулярно поднимать и очищать. А одно из основных требований к инструменту – это как раз поточность бурения. Поэтому фактически в данном случае может быть использован только один тип породоразрушающего инструмента – спиральный бур. Таким образом, изготовление сваи осуществляется в следующей последовательности:

Колонковым способом производится бурение грунта ниже подошвы фундамента на глубину  не менее 1,5 м, во избежание выпора грунта и его воздействия на фундамент.

Далее устанавливается буровая колонна с раскатчиком.  Раскатчик погружается в грунт путем вращательного и осевого поступательного воздействия. При этом спиральные буры срезают грунт и подают его на раскатывающее устройство, обеспечивающее внедрение подаваемого грунта в стенки скважины (создавая требуемый диаметр сваи). Одновременно вслед за раскатчиком с поверхности подается твердеющий материал, для обеспечения сохранения проектного диаметра сваи в оплывающих и неустойчивых грунтах. При достижении проектной глубины скважины, бурильная колонна освобождается от раскатчика и поднимается наверх с одновременным вращением штанг  для продолжения принудительного внедрения твердеющего мате­риала (динамическая цементация) в стенки скважины. После извлечения бурильной колонны из скважины производится армирование сваи.

Подача твердеющего материала  вслед за раскатчиком сокращает время изготовления сваи. Применение динамической цементации примыкающего к боковой поверхности сваи грунта позволяет значительно повысить уровень консолидации сваи и грунта. Формы буровых штанг обеспечивают создание уширений сваи в зонах слабого грунта и принудительное внедрение твердеющего материала в стенки скважины, предотвращая преждевременное схватывание твердеющего материала вдоль всего ствола сваи до окончания процесса ее изготовления. Раскатчик, остающийся в скважине, выполняет функцию опоры сваи, что в свою очередь увеличивает ее несущую способность, которая также увеличивается за счет уплотнения околоствольного пространства. При этом,  все операции по образованию скважины, погружению в нее бурильной колонны, подаче твердеющего материала и формированию тела сваи и грунтомассива происходят одновременно.

5. Применение электроразрядных технологий  (ЭРТ).

Первое применение электроразрядных технологий (эти технологии в разных печатных изданиях  называются также РИТ, ЭРСТ, ЭРГТ ) в геотехническом строительстве осуществлено в Ленинграде в начале 90 – х годов. В городе было успешно выполнено более 40 объектов. Одновременно проводились научные работы по научному обоснованию эффективности применения свай ЭРТ (11,12). Технология ЭРТ  весьма активно использовалась и используется в геотехническом строительстве Москвы (выполнено более 100 000 свай), Нижнего Новгорода, Ижевска, Чебоксар, а также в Южной Корее, Германии, ОАЕ. Иногда в литературе появляются замечания об опасности применения ЭРТ в геотехническом строительстве Санкт-Петербурга. При этом доводы критиков заключаются в следующем:

- неудачное применение ЭРТ на объектах по адресу: 8 – я Советская ул. и ул. Вишневского. Объективный анализ устройства свай на вышеуказанных объектах позволяет сделать вывод, что отрицательный результат при устройстве свай ЭРТ связан не со способом изготовления свай, а с нарушениями технологии ведения работ (выбуривание грунта больше геометрического объема скважины, нарушение рецептуры твердеющего раствора, времени иньектирования его в скважину и т.д. (с. 258 (8)). При этом не говорится, что испытания свай на конкретных объектах (рис. 6.15 (8)) показали эффективность ЭРТ.

- значительное  динамическое воздействие на окружающие здания и сооружения. К сожалению, не указывается, о какой из областей применения ЭРТ говорится. Ведь ЭРТ применяется при укреплении стен и фундаментов зданий (в этом случае энергия разряда составляет 2-4 кДж),  устройстве свай и грунтовых анкеров (энергия разряда от 7 до 60 кДж).

В любом случае ЭРТ является на сегодняшний день  единственной технологией, безопасность которой доказана многочисленными исследованиями и применение которой с точки зрения сейсмобезопасности формализовано нормативными документами  (6,9).

- применение ЭРТ возможно только в несвязных грунтах (с. 249 – 252 (8)).

С этим трудно согласиться потому, что в этом же издании (с.192, 206 (8)) приводятся данные о высокой эффективности буроинъекционных свай ЭРТ, выполненных в пылевато-  глинистых грунтах.

Рассмотрим перспективы применения ЭРТ в плане повышения несущей способности буроинъекционных свай:

-  увеличение площади опирания сваи (А)

Согласно существующей нормативной документации (6,9) по расчету свай ЭРТ, подтверждаемой фактическими обмерами извлеченных по требованию заказчика опытных свай (ул. Флотская, Садовническая наб., г. Москва),  диаметр уширения на пяте сваи ЭРТ составляет до 3,3 диаметра породоразрушающего инструмента. При том следует отметить, что помимо увеличения несущей способности по пяте свай ЭРТ  отмечены минимальные так называемые «технологические осадки» (т.е., осадки, возникающие при любом способе бурения скважин), что принципиально важно при реконструкции зданий и внутриквартальной застройке.

- коэффициенты работы по пяте и боковой поверхности сваи f _cR, f _cf.

Для свай ЭРТ эти коэффициенты равны 1,3 (6,9), в то время как для других технологий эти значения составляют 0,6 – 0,9 (13).

- повышение несущих свойств грунта (R, f_i).

Многочисленные исследования (10, 11, 12)  показывают существенное увеличение несущих свойств грунтов при ЭРТ. Представляется, что это связано как с гидравлическим давлением на грунты, так и с происходящей при этом динамической цементацией, обеспечивающей создание геомассива, что невозможно эффективно выполнить при применении статической цементации.

- изменение формы  свай

В этом случае особый интерес вызывает возможность создание уширений с помощью электроразрядных технологий, т.к. при этом:

- происходит уплотнение и цементация грунта в местах уширений (создается геомассив), существенно увеличивая несущие свойства грунта,

- обеспечивается возможность изготовления любого количества уширений по стволу скважины с соответствующим увеличением несущей способности сваи.

- Разработка технологий раскатывания скважин.

После изготовления сваи по технологии раскатки перспективна обработка ее малыми разрядами по электроразрядной технологии для повышения консолидации тела сваи с примыкающим к ней грунтом.

 

Список литературы

1. С. Г. Богов «Проблемы устройства свайных оснований в городской застройке в условиях слабых грунтов Санкт-Петербурга»,  Реконструкция городов и геотехническое строительство, №8/2004

2. В.М. Рябинов, А.В.Горбушин «Возможности использования электроразрядной технологии при строительстве на слабых грунтах», ОФМГ № 6-2008.

3. Малинин А.Г. «Свайные фундаменты нового типа», www.jet-grouting.ru.

4. Рытов  С.А. «Эффективные современные технологии устройства буроинъекционных свай и грунтовых инъекционных анкеров», НИИОСП, Информационный вестник №1(16)

5. «Рекомендации по применению буроинъекционных свай», М., НИИОСП, 2001г.

6. СП 50-102-2003 «Проектирование и устройство свайных фундаментов», М., 2004г.

7. Осокин А. И., Серебрякова А.Б. «Современные технологии свайного фундаментостроения», Строительная техника — 2007 (6).

8. Улицкий В. Геотехническое сопровождение реконструкции городов. -М.:АСВ,1999.-327с.

9. ТР 50-180-06 Технические рекомендации по проектированию и устройству свайных фундаментов, выполняемых с использованием разрядно-импульсной технологии для зданий повышенной этажности (сваи-РИТ).

10. Буданов А. А.  «Исследование напряженно-деформированного состояния маловлажного песчаного грунта вокруг свай-РИТ». Диссертация кандидата технических наук. — Москва, 2006. – 216 с.

11.  Яссиевич Г.Н.   Диссертация кандидата технических наук. : Исследование способа изготовления буронабивных свай с помощью электрогидравлического эффекта и их работы под  вертикальной нагрузкой. Автор: 1974г.

12. Бровин СВ. Особенности работы буроинъекционных свай усиления в

массиве слабых грунтов. Дисс… канд. техн. наук. — С-Петербург, 1994. – 174 с.

13. СНиП 2.02.03 – 85.