Актуальное

Технологии нулевого цикла

У опытных «нулевиков» есть поговорка: «Все дома строят одинаково, все фундаменты – по-разному».
С этим утверждением полностью согласен заведующий кафедрой геотехники СПбГАСУ,
директор Центра геотехнологий СПбГАСУ д. т. н., профессор Рашид Мангушев,
которого мы попросили рассказать о прогрессивных методах устройства фундаментов.

«Издержки» геологии

– В Петербурге в основании зданий одной серии и одинаковой этажности, расположенных на соседних участках, могут быть разные фундаменты. При проектировании следует учитывать до 20 характеристик грунтов, совместную работу сооружения и основания, влияние строительства на окружающую застройку и многое другое.
Такова геология территории нашего города, сформированная в результате действия древних морей, Балтийского ледникового озера, прошедших ледников. В верхней части основания залегают мелкие и пылеватые речные пески, под ними слабые морские и озерно-ледниковые отложения, ниже морена, еще ниже коренные отложения в виде протерозойских (кембрийских) глин, в толще которых проходит метро.
Строительство в северном направлении ведется в основном на свайных фундаментах (там большая толща слабых грунтов). К югу на поверхность выходят моренные отложения и допустимы фундаменты мелкого заложения. Город стоит словно в котловине, заполненной слабыми водонасыщенными тиксотропными грунтами. Это чрезвычайно неблагоприятные условия для строителей. Каждое здание надо привязывать к конкретным геологическим условиям, точно знать напластование и структуру грунтов. Следовательно, строительство нельзя начинать без основательных инженерно-геологических изысканий.

Предварительно изготовленные сваи

Территория, на которой стоит Петербург, уникальна по неоднородности грунтов, глубине и мощности пластов, составу, физико-механическим свойствам. Уровень и темпы развития строительного комплекса сделали город опытной площадкой для отработки передовых технологий устройства нулевого цикла.
Наибольшие изменения претерпела техника для устройства свайных фундаментов, поскольку фундаменты мелкого заложения по-прежнему самый быстрый и малозатратный способ. Достаточно иметь экскаватор и бетономиксер, обеспечивающие процесс устройства нулевого цикла: котлован, арматура, бетон.
Сначала сваи забивали. На смену копрам пришли дизель-молоты, затем молоты с двойным ударом. Сейчас ведущие фирмы по нулевому циклу (в т. ч. ЗАО «28-й трест») закупили финские установки «Юнтан» с частотой до 100 ударов в минуту.

Однако метод забивки годится только на открытых площадках, поскольку жители домов за десятки метров ощущают динамические колебания. В центре города использовать эту технологию опасно: здания, находящиеся в зоне строительства, разрушаются.
Но метод имеет свои преимущества. Во-первых, на площадку поступают сваи заводского изготовления с гарантией качества и известными характеристиками. Во-вторых, обеспечивается высокая производительность работ: «копер» быстро поднимает и вгоняет в грунт подготовленные сваи.
В проектной документации заложен параметр отказа, когда при ударе погружение сваи не превышает допустимую величину. Тем не менее обязательно необходимо испытание статической нагрузкой для проверки реальной несущей способности сваи. Забивка – наиболее технологичный метод, он не требует серьезной подготовки. Забивать сваи можно даже с водной поверхности и в зимнее время, а также везде, где проходит техника.

В центре города «копер», конечно, не годится. В плотной застройке применяют технологию вдавливания. Установки статического вдавливания свай (УСВ) рассчитаны на усилие вдавливания в 120 и 160 тс. Задавливание достигается за счет большой массы установки и ее анкеровки в грунт. Если метод не срабатывает, шнеком бурят лидерную скважину меньшего диаметра, и свая задавливается, так как уменьшается сила трения по боковой поверхности и острию стандартной сваи. Это более медленный процесс, зато можно вести работы рядом с существующей застройкой. Хотя иной раз надо превентивно усилить фундаменты старых соседних зданий: за счет перемятия грунта может возникнуть дополнительная осадка соседних домов.

Формование свай в грунте

Забиваемые и вдавливаемые сваи – заводские изделия. Наряду с ними широко применяются «сваи в грунте», в том числе для слабых глинистых водонасыщенных грунтов. Таких технологий много.

Буронабивные сваи с выемкой грунта. Шнеком разбуривают полость. Скважина заполняется раствором глины во избежание обрушения стенок. Затем подается бетон, который вытесняет раствор. Далее погружают каркас.
Прежде использовались установки на базе буровых станков ЛБУ. Теперь известные фирмы («Геострой», «Геоизол», «Основа», «Статика инжиниринг») закупили импортное оборудование Bauer, «Юнтан», «Казагранде», Soilmex. Действия этих установок оказывают минимальное динамическое воздействие на окружающие строения.
Но при этом очень важно соблюдать технологическую дисциплину, потому что при ускоренном подъеме трубы с одновременной подачей бетона в скважину может попасть слабый грунт. Завал грунта и образование в бетоне каверн способны привести к негативным последствиям, когда свая будет под нагрузкой. Один из основных недостатков метода устройства свай в грунте – сложность проверки качества их выполнения.

Буронабивные сваи с частичной выемкой грунта, метод полого шнека (Doubl Rotary). Шнек забуривают на глубину будущей сваи, затем поднимают вращением, одновременно в его полость бетононасосом (не менее 60 куб/час) нагнетают бетон. После извлечения шнека с помощью вибратора погружают каркас. Такую технологию применяют «Геострой», «Карст», «Старый город», «Гидроспецстрой», «Геоизол».

Буронабивные сваи без выемки грунта (Fundex, Atlas). Это сравнительно новый метод. Его освоили ряд фирм, в частности «Статика инжиниринг». Защитная труба Fundex снабжена чугунным наконечником. Она погружается до проектной отметки вибрированием или ввинчиванием, чтобы создать минимум колебаний в грунте, не допустить деформации соседних зданий. Грунт не вынимается, а уплотняется, повышая несущую способность боковой поверхности. После подачи бетона труба вынимается, башмак остается как острие сваи.
Несколько иначе работает технология Atlas. Здесь используется труба с винтовой насадкой, которая как бы разбуривает грунт. Бетон застывает в форме шурупа.
Разработчики технологии считают, что такая форма увеличивает несущую способность сваи. Но проверка показала, что это справедливо для плотных грунтов, а в слабых, как и у Fundex, шурупообразной нарезки не образуется. Диаметр свай по винтовой поверхности 530–720 мм. Но проектировщики должны ориентироваться на диаметр наконечника (360–510 мм).

Буроинъекционная технология (Franki) используется для усиления фундаментов старых зданий. Цементно-песчаный (бетонный) раствор подается в трубу под давлением. Труба, как правило, остается в качестве арматуры. Стандартный диаметр таких свай до 170 мм.

Сваи в раскатанных скважинах. Установка имеет буровой инструмент в виде конуса с усилением в центральной части. Конус погружается, разрыхляя грунт. Боковая поверхность его уплотняется за счет вдавливающего усилия и поворота рабочего узла, а затем трамбуется цилиндрической частью. В скважину с уплотненными стенками подается бетонная смесь, затем устанавливается армокаркас. Несущая способность сваи в уплотненном грунте выше.

Сваи Soilmex, в оболочке. Применяются для реконструкции зданий. Такой технологии в Петербурге пока нет. Раствор подается в свернутую металлическую форму, опущенную в скважину, «раскрывая» ее, как воздушный шарик. По количеству раствора ясно, насколько раскрылась оболочка и какова форма будущей сваи. Преимущество метода в том, что заранее известны геометрические размеры сваи, и бетон защищен от случайной утечки в трещину. Готовое изделие работает как анкерная свая или как свая усиления.

Струйная технология (jet grouting method). Компания «Геострой» первой закупила две итальянские установки для такой технологии. Рабочий орган установки погружается в грунт, и через сопло под давлением 40 атм подается вода, размывая грунт, затем нагнетается цементный раствор.
В итоге образуется затвердевшая цементно-грунтовая масса прочностью до 30 МПА. Это не армированная конструкция, которая не может служить несущей, но с успехом работает как ограждающая, например, для закрепления грунта в стенах траншей и котлованов при строительстве и реконструкции. Предел прочности на сжатие 16 МПА, то есть 160 кг/см2. Для указанных целей вполне достаточно.

В Петербурге в основании зданий одной серии и одинаковой этажности, расположенных на соседних участках, могут быть разные фундаменты:
таковы особенности грунтов.

Подготовил Виктор Малков

Другие материалы по теме