CC BY
8
УДК 624.154
doi: 10.55287/22275398_2023_1_80
УСТРОЙСТВО И УСИЛЕНИЕ У СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ В ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ
Б. А. Кятов
А. В. Котляревская
Российский университет дружбы народов (РУДН), г. Москва
Аннотация
Одной из ключевых проблем сегодняшнего дня является уплотнение городской застройки за счет строительства, как правило, од-носекционных зданий повышенной этажности, часто с использованием в качестве фундаментов свайных фундаментов. Свайные фундаменты как перспективный тип фундамента применяются в особых условиях строительства более 1000 лет, в том числе на вечномерзлых грунтах старше 100 лет. Промышленное строительство в настоящее время активно ведется в районах Арктики и Крайнего Севера, также распространено использование свайных фундаментов. В этой статье мы рассмотрели технические этапы строительства и преимущества и недостатки свайных фундаментов. В этом случае можно сделать вывод, что свайный фундамент является одним из более простых, доступных, надежных и долговечных видов фундамента.
Свайный фундамент—это глубокий фундамент. Передача нагрузки на основание осуществляется не только подошвой, но и по бокам сваи. Это связано с трением и сцеплением с подстилающим грунтом. Устройство фундамента такого здания—достаточно сложный процесс, требующий внедрения специальных специализированных машин, оборудования, механизмов и значительных трудозатрат.
Применение свайного фундамента
Винтовые сваи в основном используются при строительстве домов, не имеющих твердого грунта. К ним относятся болотистые и торфяные почвы. Использовать этот фундамент логично только при достаточном уровне грунтовых вод.
Поэтому, в следующих случаях рекомендуется использовать свайное основание:
• сложный рельеф;
Ключевые слова
здание, стена, свайный фундамент, деформация, нагрузка, заложение, вечная мерзлота, почва
Дата поступления в редакцию
16.01.2023
Дата принятия к печати
20.01.2023
• высота объекта строительства;
• место рядом с озером;
• необходимость возведения фундамента в короткие сроки;
• экономия бюджета строительства [1].
Буровые сваи и бетон необходимо укладывать вручную, поэтапно, используя при необходимости ручные инструменты. Также установка винтовых свай не требует проведения бетонных работ.
Фундаменты являются ключевой составляющей любого капитального строительства, поэтому окончательные решения должны приниматься взвешенно.
Рассмотрим преимущества использования свайных фундаментов в строительстве:
1. Легкий фундамент. Строительство свайного фундамента не требует сложных и трудоемких работ, таких как земляные работы или монтаж железобетонных конструкций.
2. Никаких подготовительных работ не требуется. Никакой специальной подготовки места, такой как заклинивание или выравнивание земли перед установкой батареи.
3. Низкая цена. Стоимость строительства фундамента намного дешевле, чем традиционный бетонный фундамент.
4. Универсальность. Он используется в различных областях, даже в районах с грунтовыми водами и суровым климатом.
5. Быстрая установка в любых условиях. Колья можно устанавливать в любое время года, вне зависимости от температуры и осадков. Минимальное время установки, так что вы можете начать строить свой дом прямо сейчас.
6. Высокая производительность. В процессе выполнения расчетов и строгого соблюдения технологии, фонд за годы работы показал свою силу.
На рис. 1 показана структура процесса возведения свайного фундамента.
03
г
м О
-I
м
Э СО
Рис. 1. Технологическое строительство с применением свайного фундамента
Хотя этот подход имеет явные преимущества, он также имеет некоторые недостатки. К ним можно отнести:
• Не для скальных образований. Также, если на земле много камней, могут возникнуть трудности с установкой кольев.
• Коррозия. Аккумулятор может быть поврежден во время установки, что сократит срок службы базы [2].
При возведении свай, свай-оболочек и шпунтов мы осуществляем поэтапное управление строительством.
и
0 н
1
(и га
I
>
* л
° 5
(а >5
ш £
* ®
Е !
° х
* 15
Сй ^
■ и
< >
о 2 н Р
К о * 1
■ и
Ш >
На рис. 2 показаны конструкция и предварительные мероприятия перед закладкой свай.
Рис. 2. Структура по подготовительным работам перед началом забивки свай
При приемке установленных свай в первую очередь проверяется соответствие выполненных работ в натуре требованиям проекта [3].
Факт приемки свайных фундаментов оформляется актами, свидетельствующими о наличии выявленных дефектом и способах их устранения.
В районах с неблагоприятными погодными условиями управление строительством выполняют при устройстве свайных фундаментов в многолетнемёрзлом грунте [4].
При приемке свайных фундаментов, установленных в условиях вечной мерзлоты, должен быть составлен акт приемки. Это отражает такие условия установки, такие как условия вечномерзлых грунтов внутри фундамента, и показывает, как характеризуется и разрушается температурный режим грунта вблизи сваи.
Виды, материалы и конструктивные особенности свайных фундаментов
Известные типы фундаментов имеют возможность иметь различную конфигурацию, сваи также могут быть выполнены из разных материалов и иметь различную форму [5].
Устройство свайного фундамента
По конструктивным решениям свайные фундаменты могут быть представлены такими видами:
1) свайные заросли;
2) свайное поле;
3) ворсовая лента;
4) одиночная свая.
Технология установки
Свайные фундаменты для домов технически более совершенны, чем столбчатые. Если он ^Н столбчатый, необходимо вырыть углубление. Для свайных фундаментов необходимо поставить колодцы, установить и зацементировать опоры. Это легко, так как все земляные работы выполня- ^ ются с помощью дрели. Именно поэтому данная технология устройства является наиболее распро- дд страненной. Рекомендуется проектировать свайные фундаменты в следующих случаях; Сложные геологические условия на строительной площадке; несущая способность основания недостаточна для устройства мелкозаглубленных фундаментов — ленточных, колонных или плитных [6].
Свайные фундаменты могут потребоваться, когда несущая способность грунта фундамента низкая. Проведение расчетов может выявить площадь подошвы плиты основания здания недостаточно, либо плита требуемых размеров значительно превышает контур здания. Свайный фундамент в этом случае позволяет успешно использовать нижний слой в качестве сонова.
Техника монтажа осуществляется в четыре этапа:
Этап 1: Разметка. Разметка свайного фундамента строения означает, что необходимо обозначить, куда будет ввинчиваться свая. На этом этапе важна разметка, во избежание ошибок при : установке. §
Этап 2: Раскопки. Количество свай в расчете свайного фундамента зависит от веса дома и его I
эксплуатационной нагрузки. Л
Этап 3: Устройство. Можно начинать свайный фундамент. Ворс должен быть на 30 см длин- х
нее углубления. В этом углублении может быть вода, но она не должна превышать четверти глуби-
г*
* л
Этап 4: Ростверк. Ростверк — это элемент свайного фундамента, необходимый для распреде- ^
ны колодца.
га
ления нагрузки сваи. Различают три типа решеток: сборные, монолитные и сборно-монолитные. ^ о
Они также делятся на низкие и высокие. Первый устанавливается прямо на землю. Второй нахо- 5 >
Н ®
дится на горе. 0 5
В условиях крайнего севера при возведении капитальных построек на вечномерзлых фунда- ^ §
ментах используется одна из 2-ух основ применения вечной мерзлоты. Строительство и эксплуа- ^ о
о
тация зданий; II принцип — наземное основание используется в талом или талом состоянии [7].
В настоящее время в арктических регионах Российской Федерации происходит таяние вечной О ш
мерзлоты. Специалисты молвят, будто на любой градус массового потепления температура веч-
К о * 1
■ и
Ш >
ной мерзлоты увеличивается на 0,1 - 0,8 градуса Цельсия. В глобальном строительстве сообразно принципу 1 эти ситуации, приводящие к понижению прочности оснований и свайных оснований.
Процесс оттаивания вечномерзлых фундаментов находится в прямой зависимости от температуры окружающего грунта, что значительно снижает несущую способность свай. Согласно СП 25.13330.2020 несущая дееспособность свай в вечномерзлых грунтах определяется сообразно формуле:
п
1 = YtYc(M + (1)
¿=1
где у( , Я и Я^ — параметры, которые зависят от температуры около свайного грунта.
Так, к примеру, сообразно таблицам В.1, В.3 СП 25.13330.2020:
• значение параметра Я — ниже расчетного основания сваи, противодействие мерзлого неза-соленного грунта, температура грунта, глубина мелкозернистого песка. Она повышается от - 0,5 °С до - 0,3 °С на высоте 10 м. Выполнить снижение на 550 кПа, для супеси — 100 кПа и 50 кПа для суглинка и глины;
• значение параметра Я^ — расчетное противодействие сдвигу мерзлых незасоленных грунтов вдоль плоскости промерзания, которое для песчаных грунтов уменьшается на 30 кПа при увеличении применяемой температуры от - 0,5 °С до - 0,3 °С. С 20 кПа для глинистых грунтов.
Так же стоит учитывать, что в Арктической зоне Российской Федерации используются заводские сваи ограниченной длины, которые в первую очередь попадают в зону возможного оттаивания грунта [8].
Сообразно изучениям Никифоровой Н. С. и Коннова А. В., в Западной Сибири понижение несущей возможности составляет 10 - 20%, а к 2050 г. не только в Западной Сибири, однако и на всей местности многолетнемерзлых грунтов Российской Федерации она возрастает до 30% (Рис. 3).
2020 гол 2050 гол
Снижение несущеП способности: | Я -несущественное; |_| -среднее, [_- ч нач нтель ное; | Ч - аы со кое
Рис. 3. Зонирование понижения несущей способности свай для 7 географических регионов Российской Федерации
В 2021 году в СП 25.13330.2020 внесены изменения, предусматривающее прекращение эксплуатации мерзлотных скважин, нагнетательных и других кольев.
В условиях вечной мерзлоты рекомендуется использовать проектные решения с высокими запасами прочности [9]. В данном случае надежным решением при строительстве, реконструкции
и усилении капитальных зданий могут стать технологии устройства буро-инъекционных свай, которые обладают следующими преимуществами:
• работа с этой технологией возможна практически во всех почвенных условиях.
• длина свай более 30 метров практически произвольна и поэтому может полагаться на надежные слои грунта независимо от глубины (Рис. 4 б);
• как правило, диаметр сваи составляет 300 мм и наименее, будто дозволяет убавить значение негативных сил трения при оттаивании грунта (Рис. 4 а).
Эти преимущества обеспечиваются следующими способами:
• использование цементных и песчано-цементных смесей, специально разработанных для экстремальных северных условий;
• из-за малого диаметра свай тепловое воздействие низкое и сваи примерзают к земле.
• сердцевина, которую разрешено применять для наполнения хладагентом. Перечисленные выше достоинства буроинъекционных свай перед классическими, позволят повысить надежность, несущую дееспособность и срок эксплуатации оснований капитальных зданий в условиях много-летнемерзлых оснований.
БИС Ж/Б СВАЯ
#
а)
оооо Стальная оболочку
низ вент подполья |
С езонно-деятельный слой переы ! Направление оттаивания хф^тъ^у^^^^^^ Подошва ММГ Аь (благоприятный прогнозный vpoвeяь) /1 ■
^ персы Подошва ММГ (неблагоприятный прогнозный уровень) 1
У V 1 перем. 1 1 - II д! —
' Н|ДДЯСС1|1уЖЦДРС<1С10МВВ у '
6)
Рис. 4. Достоинства буронабивных свай: а—схема действия отрицательной силы трения; б—схемы высадки буронабивных свай в инженерно-геологических разрезах, содержащих вечномерзлые грунты.
Наиболее 80% зданий в Арктической зоне Российской Федерации построены в соответствии с главным принципом применения в условиях нескончаемой мерзлоты. Используя технологию забивки бурильных свай, можно проектировать свайные фундаменты повышенной прочности с учетом экономической эффективности, независимо от того, предназначены ли они для реконструкции или нового строительства.
Финансовая отдача технологии буронабивных свай обусловлена последующими факторами:
• устройство традиционных буро-забивных свай, в среднем, на 25% дороже, чем буро-инъекционных;
• стоимость зарытых цементных сваи никак не находится в зависимости от длины (рис. 5);
03
г
м О
-I
м
Э СО
и о н X
щ
га
х
>
45 * 3 *
* л
° 5
(а >5
ш £
* ®
Е !
° х
* 15
Сй 5
■ и
<1 >
о 2 н Р
К о
* 1 <&
■ и
Ш >
• применение обычных забивных свай не рекомендуется для укрепления и перестройки существующих зданий. Это связано с тем, что технология предусматривает частичный снос и снос зданий, что увеличивает трудозатраты [10].
е 30
5 О
О 5 10 15 20 25 30 35
Глубина устройства БИС, м
Рис. 5. График зависимости цены от глубины установки буронабивных свай Заключение
На основании вышеизложенного, можно сделать вывод о том, что поиск новых решений по увеличению надежности и несущей способности свайных фундаментов в условиях многолетнемерзлых грунтовых оснований становится весьма актуальной задачей. Анализ литературных источников выявил ряд преимуществ буро-инъекционных свай перед традиционными, которые учитывая специфику многолетнемерзлых грунтов, позволят повысить надежность и несущую способность свайных фундаментов капитальных зданий.
Библиографический список
1. Свайные фундаменты: плюсы и минусы//supersadovnik.ru: сайт 2008. URL: https://www.super-sadovnik.ru/text/svajnyj-i-opornyj-fundamenty-plyusy-i-minusy-10031582 (дата обращения 25.11.2022)
2. СП 48.13330.2019. Организация строительства. СНиП 12-01-2004: дата введения 2020-06-25. — Официальное издание. — М.: Стандартинформ, 2020.
3. ГОСТ 5686-2020. Грунты. Методы полевых испытаний сваями (с Поправками): межгосударственный стандарт: дата введения: 2021-01-01. — Официальное издание. — М.: Стандартинформ, 2020.
4. Свод правил: СП 43.13330.2012. Сооружения промышленных предприятий. Актуализированная редакция СНиП 2.09.03-85 (с Изменениями № 1, 2): нормативно-технический материал. — М.: Стандартинформ, 2019.
5. Свод правил: СП 20.13330.2016. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия (с Изменениями № 1, 2, 3): нормативно-технический материал. — М.: Стандартинформ, 2019.
6. Шмидт О. А. Совершенствование метода расчета осадок свайных фундаментов резервуаров с учетом повторяемости их нагружения и разгрузки / О. А. Шмидт // Вестник Пермского над. исслед. политех. ун-та. Строительство и архитектура. 2018. — т. 9. — № 2. — с. 125 - 133.
7. Полищук А. И. Развитие метода расчета осадок кольцевых свайных фундаментов резервуаров / А. И. Полищук, О. А. Шмидт // Основания, фундаменты и механика грунтов.—2021. — № 5. — с. 2 - 7.
8. Проектирование усиления фундаментов реконструируемых, восстанавливаемых зданий с использованием свай / А. И. Полищук, И. В. Семёнов // Construction and Geotechnics. 2020. — Т. 11. — № 4. — С. 33 - 45. — DOI: 10.15593/2224-9826/2020.4.03.
9. Баранова, Т. И. Аналоговые каркасно-стержневые модели ростверков свайных фундаментов. Гриф УМО ВУЗов России / Т. И. Баранова. — М.: Ассоциация строительных вузов (АСВ), 2021. — 378 с.
10. Морарескул, Н. Н. Руководство к лабораторным работам по механике грунтов [Текст]: для студентов III и IV курсов специальности ПГС, ИГ, ВК / Н. Н. Морарескул, В. Г. Науменко; Мин-во высшего и среднего специального образования РСФСР, ЛИСИ, Каф. «Основания и фундаменты» — Ленинград, 1961. — 30 с.: черт.
ARRANGEMENT AND REINFORCEMENT AT PILE FOUNDATIONS OF BUILDINGS AND STRUCTURES IN PERMAFROST SOILS
B. A. Kyatov A.V. Kotlyrevskaya
Peoples' Friendship University of Russia (RUDN University), Moscow
О
z
M
О
Abstract
One of the key problems of today is the compaction of urban development due to the construction, as a rule, of single-section buildings with an increased number of storeys, often using pile foundations as foundations. Pile foundations as a promising type of foundation have been used in special construction conditions for more than 1000 years, including on permafrost soils older than 100 years. Industrial construction is currently being actively carried out in the regions of the Arctic and the Far North, and the use of pile foundations is also widespread. In this article, we examined the technical stages of construction and the advantages and disadvantages of pile foundations. In this case, we can conclude that the pile foundation is one of the simpler, more affordable, reliable and durable types of foundation.
The Keywords
building, wall, pile foundation, deformation, load, foundation, permafrost, soils
Date of receipt in edition
16.01.2023
Date of acceptance for printing
20.01.2023
Ссылка для цитирования:
Б. А. Кятов, А. В. Котляревская. Устройство и усиление у свайных фундаментов зданий и сооружений в вечномерзлых грунтах. — Системные технологии. — 2023. — № 1 (46). — С. 80 - 87.
U
0 н
1
(U Z ГО
I
>
* 3 *
* Л
° 5
[Q >S
Ш S
* ®
Е !
° X
* 15
CQ s
■ и
< >
о S н ¡5 к у
* 1 <&
■ и
Ш >
