Республике Беларусь

 

Фундаментостроение является одним из наиболее материалоемких видов строительства - «нулевой цикл» состав­ляет 10... 30% стоимости здания. Поэтому важную роль в Республике Беларусь приобретает внедрение новых эффективных фунда­ментов и способов их возведения, позволяющих сни­зить стоимость работ нулевого цикла.

По оценкам ведущих ученых и специалистов между­народной организации по механике грунтов и фундаментостроению (МОМГиФ) в настоящее время зачастую при возведении нулевого цикла зданий и сооружений про­исходит существенный (до 20...50%) перерасход мате­риальных ресурсов (бетона, железобетона, металла и др.), который ежегодно составляет миллионы тонн.

Такое положение вызвано существующими норма­ми проектирования, которые, как правило, занижают физико-механические характеристики грунтовых сред естественного и особенно искусственного происхож­дения.

Это приводит к введению в расчеты оснований и фундаментов различного рода коэффициентов за­паса, в результате чего чрезмерно увеличивается ве­личина заглубления конструкций фундаментов в грунт или неоправданно растет площадь опирания (контак­та) их поверхности на грунты.

Во-первых, для строительных целей стали отводиться площадки со сложными инженерно-геологическими условиями, которые можно было перекрыть (поднять) только насыпными грунтами.

Во-вторых, очень часто, в процессе строительства на намывных территориях верхний слой намывного грунта подвергался переукладке механическими средствами и превращался, таким образом, в насыпной грунт. В-третьих, планировка строительных площадок на пересеченной местности, где объем строительства так; значительно вырос, приводила к тому, что в предел одной строительной площадки оказывались как грунты естественного сложения, так и насыпные.

Исследования вопросов строительства на насыпных основаниях, которые проводились в БелНИИС 1980-е и 1990-е годы под общим научным руководством В.Е. Сеськова, позволили обосновать новое научное направление в Республике Беларусь: строительство на искусственно упрочненных основаниях.

Суть нового направления в том, чтобы разработать методы и средства инженерной подготовки (упрочнения) любых (естественных и искусственных) грунтов, получить и проконтролировать заданные улучшенные физико-механические характеристики этих грунтов и возвести на этих упрочненных основаниях аффективные фундаменты с уменьшенными размерами и повышенной несущей способностью.

В этом направлении в БелНИИС применительно к условиям Беларуси были разработаны и внедрены в практику строительства (В.Е. Сеськов, В.Н. Лях, В.Н. Кравцов, Л.Ф. Козак, В.П. Ермашов и др.):

- набивные фундаменты в выштампованных котлованах с микросваями;

- набивные сваи в вытрамбованных скважинах и котлованах, в том

чис­ле песчано-гравийные сваи и опо­ры;

- техногенные геомассивы из песчано-гравийных и щебеночных свай и опор, устраиваемые с применени­ем тяжелых трамбовок и буровой техники;

- технология вибродинамического уплотнения насыпных и рыхлых песчаных грунтов:

-ленточные и столбчатые фундаменты на горизон­тально-слоистых уплотненных подушках;

- комбинированные фундаменты с анкерами в выштампованных скважинах и котлованах;

- сваи из местных материалов в вытрамбованных и буровых скважинах и котлованах;

- забивные сваи, призматические и пирамидаль­ные с рациональной и изменяющейся по длине формой поперечного сечения;

- кусты из забивных свай с несущим ростверком и переменной в плане длиной свай;

- комбинированные ленточные и столбчатые фун­даменты из забивных и набивных свай с несущими ростверками в выштампованных котлованах

или из забивных блоков;

- комбинированные набивные траншейные или щелевые фундаменты с уплотненным под их тор­цом основанием;

- тонкие сплошные железобетонные плиты на упрочненных основаниях переменной жесткости, в том числе для каркасных жилых и гражданских зданий;

- сваи в буро-раскатанных и буро-раздвижных скважинах и др.

В этом перечне особенного внимания заслужива­ют геомассивы из щебеночных и гравийных свай и опор, применение которых позволило в ряде случаев сократить расход бетона и железобетона фундамен­тов на 50...90%

В качестве примера разработки эффективных фун­даментов можно привести набивные сваи с уплотнен­ным основанием. Данный тип фундаментов получил в Беларуси широкое распространение. Это в ча­стности: набивные фундаменты в выштампованных кот­лованах с микросваями (рис. 4.2, а); набивные сваи в выт­рамбованных скважинах, в том числе песчано-гравийные сваи (рис.4.2, б); набивные фундаменты в вытрам­бованных котлованах (рис.4.2, в).

 

а б в

Рис. 4.2.Виды набивных фундаментов с уплотненным основанием:

а – набивной фундамент в выштампованном котловане с микросваями;

б- набивная свая в вытрамбованной скважине; в – набивной фундамент в

вытрамбованном котловане.

 

Их отличительными особенностями являются:

- гибкость технологии возведения, то есть воз­можность устройства любых типов фундаментов

- ленточных, столбчатых, одноэлементных, в ко­торых сочетаются ростверк и собственно фунда­мент, передающий нагрузку на грунт (рис.4.3);

- их устройство из общего котлована минималь­ной глубины, подготовленной под все здание или сооружение до отметки верха фундамента, то есть низа основания пола или фундаментных балок;

- изготовление фундаментов путем одномомент­ного или раздельного бетонирования котлованов (скважин) которые образуются путем вштамповывания или втрамбовывания грунта внутрь грунто­вого массива;

- создание уширений как под фундаментами - сва­ями (пята), так и по верху (шайба);

- создание пяты путем втрамбовывания в основа­ния фундамента - сваи жесткого материала (жес­ткая бетонная смесь, щебень, гравий и т.п.);

- передача вертикальных, горизонтальных и моментных нагрузок от фундаментов на грунт осно­вания не только по их подошве и боковым стенкам, но и через уплотненный грунтовый массив.

Рис. 4.3. Типы фундаментов с выштампованным и вытрамбованным основанием:

А- ленточные фундаменты; Б – столбчатые фундаменты; В –

одноэлементные фундаменты; Г – комбинированные фундаменты с

анкерами; 1 – набивные фундаменты в выштампованных котлованах с

микросваями; 2- набивные сваи и фундаменты в вытрамбованных

скважинах и котлованах.

 

Важным достоинством таких фундаментов на уп­лотненном основании является то, что все их типы и виды могут выполняться с помощью серийно выпус­каемых машин и механизмов и комплексного навесного оборудования весьма простого изготовления.

Набивные фундаменты в выштампованных котло­ванах с микросваями получили наиболее широкое распространение при строительстве зданий и соору­жений различного типа (более 500 объектов) вслед­ствие их высокой экономической эффективности и надежности.

Набивные фундаменты в вытрамбованных котло­ванах были применены для устройства столбчатых фундаментов для гражданских и промышленных сооружений с нагрузкой до 6000 кН на одну колонну и наличием горизонтальных, моментных и выдергива­ющих нагрузок (более 10 объектов). Здесь можно отметить такие крупные объекты, как цех полуфаб­рикатов мясокомбината по ул. Казинца, крупные промышленные цеха на ПО «Интеграл", НПО «Центр», укрытие хранилища токсических промыш­ленных отходов с пролетом 3-шарнирных арок, со­ставляющим 62 м и др.

Анализируя опыт внедрения в Беларуси фундамен­тов с выштампованным и вытрамбованным основани­ем, можно сделать вывод, что высокая их эффектив­ность (см. таблицу) достигается за счет рациональных конструкций и технологии выполнения. Кроме того имеется возможность устраи­вать разные типы фундаментов в различных грунтовых условиях для всех видов зданий (жилых, гражданских, промышленных и сельскохозяйственных).

С середины 1980-х годов на территории Белару­си и за ее пределами построено более 3 тысяч объек­тов, где применялись результаты проведенных в БелНИИС исследований эффективных фундаментов в уп­рочненном грунте. Получен экономический эффект за счет уменьшения материалоемкости и трудоемко­сти в строительстве в размере свыше 50 млрд. руб. (в ценах на 01.01.2005 г.). В числе наиболее крупных

объектов внедрения последних лет следует упомя­нуть такие объекты, как Солигорск, Жлобин, Орша и др., жилые и общественные здания в г.Москве и Мос­ковской области.

В настоящее время исследования по данному на­правлению продолжаются. Они связаны с изучением процесса упрочнения оснований, содержащих в своем составе биогенные, в том числе погребенные грунты, лессовидные отложения и ленточные глины, кото­рые имеют довольно широкое распространение на территории Беларуси и наличие которых, в опреде­ленной степени, является сдерживающим фактором более широкого применения в практике строитель­ства фундаментов с упрочненным

основанием.

При строительстве зданий и сооружений в сложных грунтовых условиях в Беларуси доминируют фунда­менты из забивных свай. Это решение является тра­диционным и наиболее распространенным, начиная с 1950-х годов. Несмотря на некоторые недостатки ме­тода, в целом фундаменты из забивных свай являют­ся до настоящего времени во многих случаях эффек­тивным конструктивным решением. В последние годы наряду со строительством жилых и общественных зданий традиционного типа появилась тенденция к сооружению уникальных строений с большими на­грузками на фундаменты в плотной городской заст­ройке. В таких ситуациях забивные сваи, как правило, неприемлемы из-за недостаточной их несущей спо­собности и динамических воздействий на окружаю­щую среду.

В Западной Европе, атакже в крупных постсовет­ских городах соседних республик здания с большими нагрузками на фундаменты в условиях плотной город­ской застройки возводят на различного вида набивных сваях из монолитного бетона. Применяемые для этих целей современные технологии отличаются вы­сокой производительностью, небольшим уровнем ди­намических воздействий на окружающую среду, спо­собностью свай к восприятию больших нагрузок и низкой себестоимостью строительства.

В настоящее время в Беларуси применяются буронабивные сваи, однако оборудование и технология строительства отстают от передовых требований. Себестоимость строительст­ва таких свай примерно вдва раза выше, а темп работ в два раза ниже, чем по технологии забивных свай. При этом несущая способность буронабивных свай ниже, чем забивных.

Основной недостаток традиционного решения буронабивных свай — небольшая удельная несущая способность — связан с технологическими особенностями их устройства и конструктивным несовершенс­твом. Это обусловлено разрушением структуры, раз­рыхлением и уменьшением прочности грунта в стен­ках и забое скважины (в формируемой зоне контакта с бетоном). Ослабление контактного слоя частично уст­раняется за счет поперечных деформаций бетона при его укладке (иногда с трамбованием). Однако, как показывает практика полного восстановления первоначальных свойств грунта не достигается. Кроме этого, при свободной укладке бетона в скважину случается обрушение ее стенок, нарушающее однородность ствола сваи и снижающее ее несущую способность.

Обеспечить восприятие больших нагрузок при от­сутствии динамических воздействий на окружающую среду и минимальных затратах на строительство в стесненных условиях плотной городской застройки позволяет технология устройства буропрессвай.

Сущность технологии создания буропрессваи зак­лючается в формировании ствола сваи (рис. 4.4.) под давлением в несколько атмосфер из бетонной смеси, нагнетаемой через полый шнек, предварительно за­буренный в грунт и извлекаемый при действии этого давления. Буропрессваи по технологии производства подобны буроинъекционным сваям (иногда их так и называют), но в отличие от последних для их устрой­ства применяют не инъекционный раствор, а пластич­ную бетонную смесь. Эта особенность обеспечивает буропрессваям некоторые конструктивные преиму­щества, новые функциональные возможности и свою область применения.

Опыт строительства за рубежом показывает, что максимальная несущая способность при массовом применении бу­ропрессвай (2300 кН) в 1,9 раза больше несущей спо­собности буронабивных свай (1200 кН) и в 2,3 раза больше, чем забивных свай (1000 кН). При этом удельная несущая способность (на 1 куб.м бетона) буро­прессвай на 15% больше, чем у забивных, и на 52% больше, чем у буронабивных свай.

Рис.4.4. Устройство буропрессвай.

 

Повышение несущей способности буропрессвай по сравнению с забивными сваями обусловлено их гео­метрическими размерами. Диаметр буропрессвай со­ставляет 400...800 мм (иногда 1000мм), а сечение за­бивных свай в основном 300x300 мм (иногда до 400x400 мм). По сравнению с буронабивными сваями, которые имеют примерно равные размеры сечения (диаметр 500...1000 мм), увеличение несущей способ­ности обусловлено улучшением условий работы осно­вания и более качественным контактом сваи с грунтом.

Максимальная глубина погружения буропрессвай и забивных свай одинакова. Однако существенный недо­статок последних заключается в том, что они при боль­шой длине должны выполняться из отдельных стыкуе­мых элементов. В этом случае значительно возрастает стоимость конструкций, увеличивается трудоемкость работ и соответственно снижается производительность сваебойного агрегата. По сравнению с буронабивными сваями, глубина погружения которых может достигать 50 метров, буропрессвай по этому показателю уступа­ют. Однако, если учесть, что в грунтах Беларуси практи­чески нет необходимости устраивать сваи глубиной бо­лее 30 метров.

Стоимость материалов буропрессваи одинакова со стоимостью буронабивных и на 15...20% меньше, чем забивных свай. Стоимость производства работ при­мерно на 10% больше, чем для устройства забивных, и на 10...15% меньше, чем при устройстве буронабивных свай.

Буропрессваи рациональны при застройке различ­ных территорий, в том числе свободных и окраинных городских районов. Наибольшая эффективность до­стигается при строительстве в плотной центральной городской застройке, а также при неустойчивых грун­тах и высоком уровне грунтовых вод. Применение их осложнено при необходимости прорезки мощных прослоек прочного грунта, в частности, морен с большим включением валунов и галечника.