Буроинъекционные методы усиления —

К настоящему времени буроинъекционными методами усилены фундаменты более тысячи различных памятников архитектуры. В ряде случаев проводились инъектирование и армирование кирпичной кладки спасаемых зданий (см. рис. 4.21). В результате этих мероприятий было решено несколько важных реконструкционных задач:

— восстановлена прочность старой кирпичной кладки и улучшены условия статической работы здания за счет повышения жесткости;

— улучшены условия передачи нагрузки на грунты основания;

— восстановлена противокапиллярная изоляция над фундаментом в комплексе с усилением опорной части стены.

Однако при значительной толще слабого фунта (в Петербурге, например, мошность слоя достигает 25—30 м) эффективность и экономичность тонких длинных буроинъекционных свай может оказаться дискуссионной.

Как показали численные исследования и опыт реконструкции фундаментов, при использовании буроинъекционных свай необходимо учитывать следующие обстоятельства.

Угол наклона свай незначительно влияет на величину осадки усиленной конструкции, поэтому нет необходимости его увеличивать, что упрощает ведение работ по их устройству.

Сваи должны быть надежно закреплены в фундаменте, для чего старый фундамент, состоящий из отдельных бутовых камней на растворе, должен быть усилен инъекциями цементного раствора. В этом случае фундамент фактически превращает ся в ростверк и должен по прочности соответствовать своему назначению.

Если прочность фундамента недостаточна либо заделка сваи в тело фундамента осуществлена менее чем на 5 ее диаметров, необходимо создать дополнительную конструкцию на контакте «фундамент-грунт», так называемый «контактный слой». Для этого имеются достаточно простые технологические приемы.

Расчетом установлено, что увеличение наклона значительно повышает внутренние усилия в сваях. Это обстоятельство в зависимости от основных прочностных и деформационных свойств грунта может быть учтено расчетом и, соответственно, специальной системой объемного армирования.

Учитывая технологические особенности буроинъекционных свай, в качестве инертного материала обычно рекомендуется использовать песок. Однако цементные сваи по своим прочностным характеристикам при изгибных усилиях могут применяться в случае небольших углов наклона во временных усилениях и в анкерных креплениях конструкций в зоне строительства подземных выработок и других объектов.

При использовании арматурных каркасов должны быть выполнены равнопрочные стыки по всей длине сваи. Для этого в конструкцию свай включают прочные трубы, металлические профили и специальные изделия из стекла. Последний вариант используется в Италии, однако он требует апробации в условиях работы сваи в слабых фунтах. В любом случае для буроинъекционных свай, устраиваемых в слабых фунтах, армирование должно производиться в зависимости от фактически действующих моментов в различных сечениях.

Технология изготовления буроинъекционных свай, обеспечивающая в условиях слабых грунтов необходимые расчетные прочностные параметры, достаточно сложна и требует применения комплекса специального оборудования. Поэтому эта технология используется в следующих основных реконструкционных случаях в отечественной и зарубежной практике:

— усиление оснований и фундаментов при необходимости стабилизации незатухающих осадок;

— усиление различных конструктивных элементов, включая фундаменты, кирпичную кладку несущих стен, сводов, перекрытий;

— изменение конструктивной схемы здания с перераспределением нагрузок на грунты либо дофужение фундаментов;

— устройство отдельностоящих и ленточных свайных фундаментов в зоне примыкания к существующему зданию в случаях, когда, например, опасна динамика от погружения готовых свай;

— устройство разделительных непрерывных стен между зданиями;

— устройство стен неглубоких подземных сооружений, углубление подвалов;

— анкеровка подпорных стен, в том числе выполненных методом «стена в грунте»;

— армирование грунта для улучшения его свойств и повышения несущей способности массива;

— превентивное усиление существующих зданий.

Технологический цикл устройства буроинъекционных свай обычно включает следующие операции:

— бурение кладки фундамента, установку трубы-кондуктора и ее тампонирование;

— бурение скважины до проектной отметки под защитой обсадной трубы или под глинистым раствором;

— заполнение скважины твердеющим раствором;

— установку арматурного каркаса;

— опрессовку заполненной раствором скважины давлением 0,2—0,4 МПа.

Если прочность ленточного или столбчатого фундамента недостаточна, рекомендуется производить инъекцию укрепляющего (обычно цементного) раствора в его кладку.

Буроинъекционный комплекс с малогабаритным буровым станком состоит из основных элементов, показанных на рис. 4.21. Обычно бурение в пределах фундамента ведется через кондуктор, являющийся направляющей трубой. Кондуктор обеспечивает надежность опрессовки, предотвращая выпор из скважины цементного раствора. Арматурный каркас или одиночные стержни опускают в скважины секциями, равнопрочный стык которых выполняют с помощью сварки, что существенно осложняет работу.

Важным этапом формирования тела буроинъекционных сваи, устраиваемых в слабых грунтах под защитой глинистого раствора, является их опрессовка. От уровня давления и времени опрессовки зависят в последующем сопротивление трению по боковой поверхности свай и, соответственно, их несущая способность. При этом происходит частичная цементация грунта на контакте свая — грунт. В слабых грунтах при опрессовке под давлением 0,2 — 0,4 МПа грунт вокруг сваи уплотняется, сечение сваи увеличивается, имеющиеся полости заполняются раствором.

На рис. 4.22 приводятся графики натурных испытаний буроинъекционных свай диаметром 132 мм, длиной 16 м, прорезающих толщу слабых грунтов с опиранием острия сваи на плотные глины твердой консистенции.

Как видно из этих графиков несущая способность сваи без опрессовки не велика (см. кривую 1 на рис. 4.22), а после опрессовки избыточным давлением несущая способность свай в слабых грунтах существенно повышается (см. кривые 2—4 на рис. 4.22).

В последние годы отдельные фирмы Москвы и Петербурга применяют буроинъекционные вертикальные сваи диаметром 250—300 мм для устройства фундаментов новых зданий, встраиваемых между существующими, при уплотнении городской застройки. Такие сваи при длине свыше 15 м представляют определенную опасность для нормальной эксплуатации объекта, связанную с возможностью нарушения вертикальности буровых скважин и сплошности ствола сваи.

Поскольку сваи необходимо армировать на всю глубину, что осложняет процесс их изготовления по буроинъекционной технологии, то во всех случаях применимость сравнительно гибких длинных свай подлежит проверке специальными расчетами на прочность и устойчивость. Эти сваи также должны быть подвергнуты обязательной проверке на отсутствие пустот и разрывов при бетонировании ствола (тела) сваи.