Область применения высотное строительства

Автор/авторы Г.Я. БУЛАТОВ, к.т.н., доцент, Н.И. ВАТИН, д.т.н., проф. зав. кафедрой «Технология, организация экономика строительства». СПб ГПУ

Данное предложение относится к возведению свайных фундаментов, предназначенных преимущественно для высотного строительства, если еще конкретнее — к применению стальных трубчатых свай, погружаемых с открытым нижним концом в слабые грунты, характерные для условий промышленно-гражданского строительства Санкт-Петербурга.

В настоящее же время здесь применяются пока только железобетонные призматические сваи. А стальные трубчатые сваи диаметром до 1420 мм и длиной до 30 м и более используют преимущественно в строительстве Большого морского порта Санкт-Петербурга. Они характеризуются высокой несущей способностью, но при этом достаточно дорогие.

Железобетонные сваи экономичны, но их несущая способность 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.

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

При предложенном способе в грунт погружают стальную трубчатую сваю с открытым нижним концом и возводят ростверк. Причем, после погружения трубчатой сваи в образовавшееся внутри ее 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, чем упрочняют грунтовое ядро, создают дополнительные радиальные сжимающие напряжения в грунте ядра, обеспечивают дополнительные трение и сцепление его со стенками сваи и превращают ее в квазимонолитный фундамент глубокого заложения.

Сущность предложения поясняется чертежами. Устройство на рисунках 1 и 2 содержит ростверк (1) на бетонной подготовке толщиной So, 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 рисунках 3 и 4 дополнительная свая (8) снабжена утолщением в виде нескольких соединенных с ней патрубков (9), которые одновременно служат и направляющими.

В качестве дополнительных внутренних свай (4, 6, 7 и 8) могут быть применены как призматические, так и клиновые, как монолитные, так и трубчатые сваи, как набивные, так и инъекционные, в том числе с уширениями и утолщениями, а также винтовые, включая их комбинации, и термосваи, и др., т. е. сваи любого типа 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 рисунки 1 и 2.

При погружении трубчатой сваи (2) в ее полость входит грунт в виде ядра (3) цилиндрической формы, поскольку свая легко прорезает толщу грунта основания своими тонкими стенками. При этом несущая способность ее по грунту будет малой. Для повышения эффективности трубчатой сваи (2) в Фунтовое 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). Для закрепления ядра в ячейках между трубчатой сваей (2) и трубчатой сваей с лопастями (4 и 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 фунт 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 рисунках 3 и 4 работает следующим образом. Дополнительная свая (8) и ее трубчатое утолщение в виде патрубков (9) дополняют роль перегородок и расчленяют фунтовое 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 выполняет 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. Параметры всех свай обосновываются соответствующими расчетами и уточняются на основе результатов натурных испытаний.

Отметим следующие преимущества предлагаемых технических решений.

Они сочетают в себе положительные свойства двух типов свай (стальные трубчатые и железобетонные монолитные) и уменьшают их отрицательные свойства за счет того, что трубчатая свая будет работать как фундамент глубокого заложения с площадью опирания на фунт, равной площади сечения «брутто» трубчатой сваи. Несущая же способность такого фундамента по материалу будет складываться из несущей способности стали и железобетона.

Они позволяют создать фундамент с высокой несущей способностью с помощью обычных строительных средств.

Погружение внутренних дополнительных свай позволяет управлять степенью упрочнения грунтового ядра в процессе возведения трубчатых свай путем изменения числа дополнительных свай, их диаметра и глубины погружения.

Способ относится к щадящим окружающую среду технологиям, поскольку предусматривается лишь погружение тонкостенных (режущих) трубчатых свай. Погружение элементов сваи производится поэтапно, а влияние динамики погружения внутренних дополнительных свай при этом локализуется грунтовым ядром внутри трубчатой сваи. При этом внутренние сваи имеют и относительно меньшие параметры, и соответственно меньшую динамику их погружения.

Литература

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.

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.

Гожа В.И., Наймарк О.С. Глубоководный причал комбинированной конструкции из стальных элементов. — СПб: «Судостроение», 2005г., с.192-197.

Издание Журнал "СтройПРОФИль", № 5, 2007 г. Дата публикации 03.12.2007