Устройство фундаментов. Технология возведения фундаментов - "свая в трубе"

Инженерно-строительный журнал, N 1, 2008
Рубрика: Технологии
К.т.н., доцент Г.Я.Булатов,
инженер А.Ю.Костюкова

УСТРОЙСТВО ФУНДАМЕНТОВ

ТЕХНОЛОГИЯ ВОЗВЕДЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ - "СВАЯ В ТРУБЕ"
         

Проблема рационального проектирования фундаментов является одной из актуальных в области фундаментостроения. Особенно остро эта проблема стоит при строительстве в сложных инженерно-геологических условиях, в которых наиболее целесообразным является применение свайных фундаментов. Доля затрат на возведение подземной части зданий и сооружений в таких грунтовых условиях составляет до 20%.

Развитие фундаментостроения направлено по пути разработки новых, экономичных и надежных конструкций фундаментов и методов их устройства, обеспечивающих повышение несущей способности грунтов в основаниях, более полного использования несущей способности материала фундаментов.

В последние годы широко возводились причальные сооружения на металлических сваях-оболочках, так как они имеют много достоинств. Стальные сваи лучше выдерживают динамические нагрузки и воспринимают большие изгибающие моменты по сравнению с железобетонными сваями. Применение открытых снизу стальных трубчатых свай способствует сокращению объемов и сроков производства строительных работ, расходов рабочей силы и материала свай за счет более рациональной работы поперечного сечения ствола под расчетной нагрузкой.

Основным недостатком металлических свай-оболочек является их коррозия. Железобетонные сваи экономичны, но их несущая способность невысока.

Технической задачей технологии было желание объединить преимущества того и другого вида свай. Один из вариантов такого объединения рассмотрен ниже.

В данной технологии погружают в грунт стальную трубчатую сваю с открытым нижним концом и возводят ростверк. После погружения трубчатой сваи в образовавшееся внутри её полости грунтовое ядро вводят продольные перегородки, а в грунтовые ячейки между перегородками и стенками сваи вводят дополнительные объемы материалов и подают дополнительную энергию, преимущественно в нижнюю часть ядра. Таким образом упрочняют грунтовое ядро, создают дополнительные радиальные сжимающие напряжения в грунте ядра, обеспечивают дополнительные трение и сцепление его со стенками сваи и превращают её в квазимонолитный фундамент глубокого заложения.

Сущность предложения поясняется чертежами. Устройство на рис.1 и 2 содержит ростверк 1 на бетонной подготовке толщиной , опирающийся на трубчатую сваю 2 и грунтовое ядро 3, в которое погружены дополнительные внутренние сваи: например, свая 4 с продольными лопастями 5 и монолитные сваи 6 и 7. На рис.3, 4 дополнительная свая 8 снабжена утолщением в виде нескольких соединенных с ней патрубков 9, которые одновременно служат и направляющими.

     
Рис.1-4. Технология возведения фундаментов - "свая в трубе"

В качестве дополнительных внутренних свай 4, 6, 7 и 8 могут быть применены сваи любого рода и конфигурации.

В качестве материалов могут быть использованы твердые (все типы свай и др. устройства), сыпучие (грунтовые, бетонные, порошковые и др.), жидкие (расширяющиеся цементные растворы и др. закрепляющие составы), газообразные (воздух, закрепляющие смеси), причем текучие материалы могут быть применены в оболочках.

В качестве энергии можно использовать тепловую и электрическую для обжига, плавления, замораживания и электрохимического закрепления грунтов ядра в полости трубчатой сваи, чем обеспечивают упрочнение и сцепление ядра со стенками сваи и исключают возможность проталкивания ядра вверх при осадке сваи под воздействием сжимающих нагрузок, передаваемых от ростверка.

Рассмотрим работу предлагаемого способа, используя рис.1 и 2.

При погружении трубчатой сваи 2 в её полость входит грунт в виде ядра 3 цилиндрической формы, поскольку свая легко прорезает толщу грунта основания своими тонкими стенками. При этом несущая способность её по грунту будет малой. Для повышения эффективности трубчатой сваи 2 в грунтовое ядро 3 погружают вторую трубчатую сваю 4, усиленную лопастями 5, и тем самым упрочняют грунтовое ядро. Трение грунта в узких ячейках между трубами 2 и 4 тормозит его проталкивание вверх и повышает несущую способность устройства.

Дополнительно грунтовое ядро внутри трубы 4 закрепляют погружением дополнительной сваи второго порядка, например монолитной сваи 6 (рис.1 и 2). Для закрепления ядра в ячейках между трубчатой сваей 2 и трубчатой сваей 4 с лопастями 5 в ячейки погружают дополнительные сваи третьего порядка, например, монолитные сваи 7. И в этом случае трубчатая свая 2 будет работать как монолитный фундамент глубокого заложения, поскольку весь грунт ядра будет заклинен в узком зазоре между трубами 2 и 4 и напряжен сжатием в радиальном направлении, при введении сваи 6 в грунтовое ядро трубы 4.

Устройство на рис.3 и 4 работает следующим образом. Дополнительная свая 8 и её трубчатое утолщение в виде патрубков 9 выполняют роль перегородок и расчленяют грунтовое ядро 3 в поперечном сечении на отдельные ячейки, грунт в которых "самозапирается" за счет сил трения и сцепления со стенками патрубков 9 и тем препятствует его проталкиванию вверх. Для повышения эффекта "самозапирания" грунта патрубки могут быть выполнены изогнутыми по винтовой линии. В этом случае утолщение играет роль плиты, перекрывающей поперечное сечение грунтового ядра 3 и тем самым омоноличивающей его с трубчатой сваей 2.

Вариантом устройства перегородок может быть их выполнение в виде шпунтовых стенок.

Расчет площади сечения дополнительной сваи

Дополнительная свая предназначена для получения дополнительной несущей способности по сравнению с обычной трубчатой сваей (если не произошло "самозапирание" ядра).