Новые технологии устройства стальных трубосвай


Основание зданий и сооружений является наиболее важным и определяющим фактором в обеспечении надежности и долговечности сооружения при его эксплуатации. В общем объеме строительства устройство оснований и фундаментов имеет значительный удельный вес как по стоимости, так и по трудоемкости строительных работ. Поэтому необходимо производить рациональное проектирование оснований и фундаментов с рассмотрением возможных вариантов и их последующим технико-экономическим сопоставлением.

В последние годы в фундаментостроении широкое распространение получили свайные фундаменты. Они позволяют возводить здания и сооружения на слабых грунтах с недостаточной несущей способностью. Во многих случаях это единственный способ возведения сооружений в сложных инженерно-геологических условиях.

Применение открытых снизу стальных трубчатых свай способствует сокращению объемов и сроков производства строительных мероприятий, затрат рабочей силы и материала свай за счет более рационального функционирования поперечного сечения ствола под расчетной нагрузкой.

Территория строительства в таких районах, как, например, Санкт-Петербург, в геологическом отношении представлена четвертичными отложениями на глубину 15–20 м, состоящими из напластований песков пылеватых, суглинков и супесей текучих, водонасыщенных. Грунты отличаются повышенной чувствительностью к различным техногенным воздействиям, низкой прочностью и неустойчивостью.

Современные технологии возведения фундаментов предлагают устройство буронабивных фундаментов. Однако подобный способ в грунтовых условиях центральной части Санкт-Петербурга приводит к значительному увеличению сроков и стоимости строительства. Помимо этого, технология устройства буронабивных фундаментов в условиях исторической застройки может вызвать неравномерную осадку близлежащих зданий, что в свою очередь повлечет возникновение крена и приведет прилегающую часть здания в аварийное состояние.

Фото 2. Погружение стальных трубчатых свай длиной до 40 м.
При строительстве Большого морского порта в Санкт-Петербурге были использованы преимущественно стальные трубчатые сваи диаметром до 1 420 мм и длиной до 30 м и более [1, 2, 3], которые характеризуются высокой несущей способностью, но при этом достаточно дороги (фото 1, 2). Железобетонные сваи прочны и экономичны, но их несущая способность по грунту невысока. Здесь уместно будет отметить, что есть примеры возведения высотных зданий в Китае, например 88-этажная башня Джин Мао высотой 420 м, построенная в 1988 г, фундаментная плита которой из железобетона толщиной 4 м базируется на 429 стальных трубосваях, которые уходят на глубину 65 м в илистую почву.

Надежность фундамента обеспечивается несущей способностью сваи. Несущая способность сваи — это максимальное сопротивление сваи вдавливанию в грунт основания. Сопротивление вдавливанию пропорционально сопротивлению погружения сваи. Это сопротивление для стальных трубчатых свай равно сумме сопротивлений в виде:
а) сопротивления прорезанию острия трубы в форме кольцевого сечения;
б) сил трения грунта на внешней поверхности трубы;
в) сил трения грунта на ее внутренней поверхности, контактирующей с грунтом.
Таким образом, несущая способность трубосваи определяется по формуле:

Fd = FdR + Fdf + FdЯ, (1)

где (выделим следующие составляющие): FdR — полное лобовое сопротивление по сечению стальной трубосваи, т.е. ножевое (по площади нетто); Fdf — полное боковое сопротивление по наружной поверхности; FdЯ — полное лобовое сопротивление грунтового ядра, заполняющего полость стальной трубосваи при ее забивке.

И здесь требование существенного повышения несущей способности сваи входит в техническое противоречие с необходимостью применения сваебойного (погружающего) оборудования соответствующей мощности. А последняя всегда ограничена жесткими рамками его наличия на момент строительства. Предлагаемая технология и направлена на разрешение этого противоречия.

Практика применения свай показывает, что заметное влияние на ее несущую способность оказывает форма острия сваи. При этом использование наконечников в трубосвае приводит к максимальному снижению энергоемкости погружения трубосваи и расширению ее функциональных возможностей.

В данной работе задача снижения энергоемкости погружения сваи решена за счет того, что наконечник трубосваи дополнительно снабжен утолщением и с внутренней стороны, при этом поперечное сечение наконечника выполнено в виде криволинейного клина, в т.ч. со сторонами двоякой кривизны. Дополнительно в наконечнике может быть выполнена полость с отверстиями для выпуска жидкости, а труба снабжена системой поясов аналогичных утолщений с внешней и внутренней ее стороны. Между поясами выполнена перфорация трубы или вмятины на ее поверхности в шахматном порядке. Другой вариант трубосваи содержит размещенные в полостях утолщений элементы накаливания и покрытие утолщений слоем антифрикционного материала.

Устройство работает следующим образом.

При погружении сваи с наконечником поверхность 3 внешнего утолщения 2 плавно отжимает набегающий грунт наружу от стенки трубы 1, образуя зазор и снимая тем самым силы трения грунтового массива по боковой поверхности трубосваи. Поток же грунта, пропускаемый внутрь трубосваи, проходит суженную цилиндрическую часть 4 наконечника и расслабляется за счет расширения полости трубы 1.

При этом снижаются силы трения грунта ядра по внутренней поверхности трубы 1, что практически исключает возникновение эффекта «самозапирания» грунтового ядра в полости трубы при ее погружении. Соответственно существенно уменьшается и энергоемкость погружения.

Аналогично работают и наконечники других вариантов, отличие которых друг от друга заключается в большей или меньшей степени отжатия грунта от стенок трубы 1.

Дополнительное снижение удельной энергоемкости погружения достигается путем нагнетания воды, глинистого или цементного раствора через трубку 13 в полость 12 и выпуска его через отверстия 14, 15 и 15а для смазки стенок трубы 1 в процессе погружения трубосваи. При этом цементный раствор после его твердения существенно повысит и несущую способность трубосваи.

Наличие ряда поясов утолщений 7 и 8 по длине трубы 1 обеспечит отжатие грунта от стенок трубы по всей ее длине, повысит устойчивость и скорость погружения. Размещенные в полости 17 наконечников элементы накаливания позволят часть грунтовой воды превратить в пар, который уменьшит трение наконечника по грунту.

Восстановление несущей способности грунтового ядра трубосваи производят смятием столба грунта ядра вертикальной пригрузкой или погружением в него свай любого рода и конфигурации [4]. При этом в случае наличия перфорации стенок трубы грунт ядра через отверстия будет выдавливаться наружу и увеличивать силы трения по внешней поверхности трубосваи.

Для проверки достоверности и качественного совпадения результатов теоретических расчетов рассчитаем несколько свай нефтеналивного терминала в г. Приморске, несущая способность которых была испытана «ЛенморНИИпроектом».

Сравнение несущей способности трубо-свай, полученной методом статических испытаний и с помощью расчета по предлагаемой методике, представлены в таблице 1. Из таблицы видно, что значения несущей способности трубосвай, вычисленные по предлагаемой методике, близки к значениям, полученным натурными испытаниями, что подтверждает правильность нашего подхода к расчету.

Использование предлагаемых наконечников позволяет расширить область применения трубосвай на большие их диаметры, на повышенные глубины погружения, труднопроходимые грунты и более полно использовать резервы трубосвай в части их несущей способности по грунту с одновременным снижением удельной энергоемкости погружения и соответственным уменьшением динамического воздействия на окружающую среду.


Литература

   1.
      Крамаренко А. В. «Особенности работы свай кольцевого сечения в процессе их осевого статического нагружения». // Сб. научн.тр. ОАО «Ленморниипроект», СПб, 2000 г., с. 114–122.
   2.
      Долинский А. А., Зайончковский В. И., Николаевский М. Ю., Рябинин А. В. «Нетрадиционные конструкции фундаментов портовых складов, возведенных на слабых илистых грунтах прибрежно-морских отложений». // Сб. научн. тр. под ред. И. И. Сулейманова. К 120-летию ОАО «Ленморниипроект».— СПб.: «Судостроение», 2005 г., с. 324–330.
   3.
       Гожа В. И., Наймарк О. С. «Глубоководный причал комбинированной конструкции из стальных элементов». Там же., с. 192–197.
   4.
      Булатов Г. Я., Ватин Н. И. «Новая технология возведения фундаментов — «свая в трубе». // «СтройПРОФИль», № 5, 2007 г., с. 24–25.

Г.Я. Булатов, А.Ю. Костюкова
   

Журнал "СтройПРОФИль" №3 (65), 2008   06.05.2008

Copyright 2006 ЗЖБИ-500     Карта сайта
Реклама на сайте
|