Реферат: Новейшая разрядно-импульсная технология укладки бетона
Сущность разрядно-импульсной технологии заключается в том, что скважина,
заполненная мелкозернистым бетоном или цементным раствором обрабатывается
серией высоковольтных электрических разрядов. При этом возникает
электрогидравлический эффект, в результате которого формуется тело сваи или
корня анкера, цементируется, уплотняется окружающий грунт. Первоначальный
диаметр скважины 130...300 мм в результате обработки расчетной серией
разрядов может быть увеличен, в зависимости от энергии, подаваемой в скважину
и гидрогеологических условий площадки, более чем в 2 раза. Окружающие грунты
уплотняются, снижается пористость в зоне воздействия ударного импульса.
|
| |
Схема обработки скважины по разрядно-импульсной технологии
1- ствол сваи после обработки;
2- излучатель энергии;
3- разрядная станция;
4- растворонасос;
5- зона цементного грунта;
6- зона уплотнения грунта;
Динамическое воздействие, возникающее в процессе формования, за пределами
зоны обработки незначительно и не оказывает вредного воздействия на
усиливаемые конструкции и рядом стоящие здания. Разрядно-импульсная
технология экологически безвредна. Данная технология позволяет формовать сваи
и анкера различной конфигурации, с уширением в одном или нескольких уровнях.
Изготовленные по этой технологии сваи получили сокращенное наименование -
сваи РИТ. Инструкция по использованию разрядно-импульсной технологии при
изготовлении свай разработана НИИОСП им. Герсеванова в 1993 году. В 1997 году
выпущены "Рекомендации по применению буроинъекционных свай", в которых
регламентированы технология устройства и методика расчета свай,
изготавливаемых по разрядно-импульсной технологии.
Схема изготовления постоянных и временных грунтовых анкеров с обработкой
корня анкера по разрядно-импульсной технологии отрабатывалась при научном
сопровождении НИИОСП им. Н.М. Герсеванова. Анкера подобного типа получили
наименование "Анкер НИИОСП-97".
Разрядно-импульсная технология "обладает значительным преимуществом по
сравнению с традиционными методами в комплексной механизации и автоматизации
технологических операций строительных работ" (из заключения НИИМосстроя).
Технология позволяет:
Ø свести к минимуму земляные работы и водопонижение при
строительстве нулевого цикла;
Ø производить работы из подвала (высотой не менее 2,4 м),
цокольного или первого этажа, не создавая неудобства жителям вышележащих
этажей и окружающих зданий;
Ø применять легкие малогабаритные станки.
Ø осуществлять проходку в неустойчивых грунтах при оплывании
стенок скважины без обсадных труб.
Ø получить наибольшую несущую способность свай и анкеров при
минимальных количестве выбуренного грунта и длине сваи или корня анкера.
Область применения
Широко применяется рязрядно-импульсная технология в следующих областях
геотехнического строительства: буронабивные сваи, постоянные и временные
грунтовые анкера, нагельное крепление откосов, цементация стен и фундаментов
зданий и сооружений, цементация грунтов, глубинное уплотнение песчаных
грунтов.
Сваи РИТ успешно применяются:
Ø при изменении архитектурно-планировочных и конструктивных
решений существующих зданий (надстройка, увеличение пролетов и нагрузок,
увеличение высоты подвального этажа и пр.);
Ø при строительстве подземных гаражей под зданием и в условиях
стесненного пространства;
Ø для устройства подпорных стен и приямков, ограждений и
укреплений подземных переходов и коллекторов, строительства набережных, и
других инженерных сооружений.
Сваи РИТ имеют несущую способность в 2-3 раза выше, а стоимость одной тонны
несущей способности в 1,5-2,0 раза меньше, чем у буроинъекционных и
буронабивных свай, изготовленных с использованием традиционных технологий.
Высокая несущая способность свай, изготовленных по разрядно-импульсной
технологии (сваи РИТ) обусловлена следующими факторами:
Ø расширением ствола сваи;
Ø уплотнением грунта вокруг ствола и под пятой сваи;
Ø частичной цементацией грунта вокруг ствола;
Сопротивление грунта под пятой сваи увеличивается в 1,3...2,0 раза, а на
боковой поверхности- в 1,2...1,5 раза.
Один из компонентов электроразрядной технологии -магнитно-импульсная
обработка твердеющей смеси существенно повышает прочность и однородность
мелкозернистого бетона, качество и надежность сваи.
Наиболее яркими характерными примерами применения свай РИТ при реконструкции
являются усиление фундаментов при реконструкции Центральной музыкальной школы
при Московской консерватории, комплекса зданий Большого театра, Старого
Гостиного двора.
|
| |
Расчет несущей способности сваи РИТ выполняется по
"Рекомендациям по применению буроинъекционных свай" (НИИОСП,1997 г.),
разработанным в соответствии с требованиями главы СНиП.2.02.03-85 "Свайные
фундаменты. Нормы проектирования", главы СНиП.2.03.01-04 "Бетонные и
железобетонные конструкции. Нормы проектирования", и "Рекомендациями по
проектированию конструкций из мелкозернистого бетона".
Несущая способность свай РИТ определяется:
Ø расчетом прочности ствола сваи по материалу;
Ø расчетом на основе физико-механических характеристик грунтов
конкретной площадки;
Ø по результатам полевых испытаний.
Расчет несущей способности свай по грунту является приближенным и может
использоваться только как предварительный. Окончательное значение несущей
способности сваи принимается с учетом результатов статических испытаний на
строительной площадке. Испытание свай статической нагрузкой является
обязательным и проводится в соответствии с ГОСТ 5686-94.
Расчет свай по деформациям выполняется в соответствии с разделом 6 и
приложениями 3 и 4 СНиП.2.02.03-85.
Расчет усиления фундаментов существующих зданий с применением свай РИТ
производится по "Рекомендациям по применению буроинъекционных свай".
В качестве материала свай РИТ используются различные типы мелкозернистых
бетонов, применяемых в зависимости от условий строительства и характера
работы свай в конструкции.
Для приготовления мелкозернистых бетонов применяется цемент марки не ниже 400
со сроком схватывания не менее 3 часов, а в качестве инертного заполнителя -
песок мелко- и среднезернистый с модулем крупности не более 2,0.
Морозостойкость и водонепроницаемость бетона должны соответствовать маркам,
установленным проектом, но не ниже морозостойкости Р-75 и водонепроницаемости
W4
Сваи РИТ армируются пространственными армокаркасами в зависимости от вида и
величины действующей нагрузки. Арматура должна иметь конструктивные элементы,
центрирующие ее в скважине и обеспечивающие требуемую толщину защитного слоя
бетона не менее 2,5 см.
Наклон свай РИТ к вертикальной оси свыше 20° не рекомендуется.
Расчет свай РИТ в составе подпорной стенки на действие горизонтальной
нагрузки особенностей не имеет и должен производиться как для обычных
буронабивных свай с диаметром, равным буровому диаметру скважины.
|
| |
Уже несколько лет сваи РИТ с успехом применяются при реконструкции
существующих и строительстве новых зданий и сооружений. Область применения
свай РИТ достаточно широка и определяется следующими основными направлениями:
Ø Усиление существующих фундаментов путем передачи на сваи всей
или только части нагрузки от сооружения на фундамент;
Ø Устройство свайных фундаментов при новом строительстве в
стесненных условиях в непосредственной близости от существующих зданий;
Ø Устройство ограждающих конструкций, аналогичных стенкам из
бурокасательных свай и "стенам в грунте".
При усилении существующих фундаментов конструктивные решения практически
аналогичны тем, что применяются для буроинъекционных свай, изготовляемых по
традиционной технологии и сводятся, в основном, к трем схемам, приведенным на
рисунках 1-3. На рисунках 1 и 2 приведены схемы устройства так называемых
"козловых" свай, когда они забуриваются под некоторым углом через тело
существующего фундамента либо с двух сторон стены, либо с одной. В последнем
случае сваи устраиваются через одну с разным углом наклона.
Значительно реже применяется схема, приведенная на рисунке 3. Пробуренные
вертикально вдоль фундамента сваи воспринимают нагрузку от здания через
специально закрепленные в теле фундамента траверсы.
Рисунок 1 Рисунок 2
Рисунок 3
Конструктивные решения устройства свай РИТ при новом строительстве
особенностей не имеют.
Отличительной чертой применения свай РИТ в новом строительстве и при усилении
существующих фундаментов является возможность получения высокой несущей
способности свай при ее минимальных буровом диаметре и длине. Несущая
способность свай с буровым диаметром 150- 250 мм оказывается не меньше, чем у
забивных свай сечением 300х300 мм той же длины.
Применение свай РИТ в ограждающих конструкциях позволяет при минимальной
элевации грунта при бурении получить конструкцию, по жесткости и
проницаемости практически не уступающую "стене в грунте", способную, кроме
того, нести достаточно большую вертикальную нагрузку. Благодаря тому, что
грунт вокруг свай сильно уплотняется, а пески к тому же и цементируются,
появляется возможность устройства свай на относительно большом расстоянии
друг от друга, при этом нет необходимости устраивать забирки в межсвайном
пространстве, т.к. в этом случае грунт между свай достаточно устойчив и, к
тому же, обладает малой водопроницаемостью.
| | | |
| | | |
|
Сваи в подпорной стенке могут располагаться как в один ряд, так и в несколько
рядов при размещении их в шахматном порядке (см. рисунки 4 и 5). Для
обеспечения пространственной жесткости стенки из нескольких рядов свай
предусматривается устройство обвязочного пояса по верху свай в виде
железобетонного ростверка; при большом расстоянии между сваями иногда
дополнительно предусматривается устройство на нескольких уровнях свай
уширений, создаваемых по РИТ-технологии.
Рисунок 4 Рисунок 5
Для повышения водонепроницаемости подпорных стен из свай РИТ можно применить
цементацию межсвайного пространства, также выполняемую по РИТ-технологии. При
этом конструкция приобретает дополнительную жесткость.
|
| |
Впервые в мире - грунтовые анкера, изготовленные по разрядно - импульсной
технологии.
Грунтовые анкера и нагели являются относительно новыми для отечественного
строительства геотехническими конструкциями. Они особенно эффективны при
строительстве в тесной городской застройке, при разработке глубоких
котлованов, для укрепления откосов и особенно в качестве элемента "стены в
грунте".
При научном сопровождении НИИОСП им. Н.М.Герсеванова была разработана
конструкция нового типа анкеров, устраиваемых в грунте с обработкой корня по
разрядно-импульсной технологии. Такие анкера получили название "НИИОСП-97".
Несущая способность анкеров НИИОСП-97 в 1.5-2.5 раза превышает этот
показатель для анкеров, устраиваемых по традиционным технологиям, в том числе
по технологии фирмы "Бауэр". Благодаря возможности создания в строго
ограниченной зоне значительного избыточного давления на стенках скважины,
технология позволяет отказаться от применения тампонов при проведении
инъекции, проведения многоступенчатой технологии зонной цементации,
осуществляя при этом строго контролируемый процесс опрессовки и уширения
корня анкера в заданных точках.
Особенно эффективным данный тип анкеров оказался при устройстве корня в
юрских глинах, которые, как известно, тяжело бурятся, а при применении
промывки легко разжижаются и теряют свои механические свойства. РИТ-
технология позволяет значительно сократить длину корня анкера и разрушить
образовавшийся при бурении на стенках скважины слой слабого грунта за счет
значительного даже в плотных глинах увеличения диаметра скважины (в 1,5 и
более раз).
В качестве анкерного тяжа применяется, в основном, высокопрочная арматура
винтового профиля класса Ат-1000 (Ат-VI) диаметром 25 и 32 мм. Кроме того,
возможна установка многопрядевых тросовых анкеров.
Анкера, изготовленные по технологии РИТ, успешно применялись при
строительстве ряда станций московского метрополитена, креплении подпорных
стен при строительстве комплексов "Москва-Сити", развязки III-го
транспортного кольца с Кутузовским проспектом, а также при строительстве ряда
жилых комплексов в г. Москве.
В 1999 г. НИИОСП им. Н.М.герсеванова утвердил типовой технологический
регламент устройства анкеров НИИОСП-97 при креплении подпорных стен.
Корень грунтового анкера, извлеченного из грунта.
Подпорная стенка набережной из буросекущихся свай, закрепленная грунтовыми
анкерами.
Цементация грунтов, стен, фундаментов,
контакта "фундамент-грунт".
Данные виды работ выполняются как по традиционной технологии путем нагнетания
под давлением цементного раствора в скважину, так и с применением разрядно-
импульсной технологии, когда избыточное давление в скважине создается серией
электрических разрядов.
Применение РИТ-технологии особенно эффективно там, где трудно или вообще
невозможно установить в скважине тампон для опрессовки ее статическим
давлением, либо эта операция сопряжена с большими трудозатратами.
При проведении цементационных работ используются электроразряды с энергией,
позволяющей вести эффективное заполнение пустот, трещин и пор в цементируемой
среде (кирпичная кладка, бетон и т.п.) без ее разрушения.
Цементация по РИТ-технологии производится до тех пор, пока не будет достигнут
"отказ", когда последующая обработка электроразрядами не приводит к
дальнейшему поглощению цементационного раствора цементируемой средой.
Качество цементации по РИТ-технологии ничем не уступает традиционной
цементации, однако сам процесс становится значительно более контролируемым и
менее трудоемким.
Качество цементации проверяется путем контрольной инъекции раствора в
цементируемую среду как традиционным способом, так и с использованием РИТ.
Цементация фундаментов и контакта "фундамент-грунт" по РИТ-технологии с
успехом была применена на ряде объектов городского строительства, в том числе
на таких, как реконструкция Старого Гостиного двора, реконструкция комплекса
зданий ГАБТ и др.
Цементация стен вспомогательного корпуса зданий ГАБТ и стен храма Вознесения
Господня у Серпуховских ворот была выполнена также с применением разрядно-
импульсной технологии. Успешная серия опытов в том же направлении была
осуществлена при проведении работ по усилению стен Старого Гостиного двора.
|
| |
Уплотнение грунтов с применением разрядно-импульсной технологии
осуществляется путем проведения серии электрических разрядов в скважине,
заполненной слабым электролитом, в качестве которого обычно используется
водно-цементная суспензия. При этом улучшение физико-механических свойств
грунта достигается не только в результате его уплотнения в околоскважинном
пространстве, но и за счет его цементации. Кроме того, скважины, заполненные
цементным раствором и пересекающие грунтовую толщу под разными углами,
образуют с упрочняемым грунтом массив, иногда именуемый как "армогрунт".
Такой массив имеет прочностные и деформационные показатели лучшие, чем у
отдельно взятого уплотненного грунтового массива.
Данная технология улучшения физико-механических свойств грунта была с успехом
применена на строительстве 4 и 5 опор транспортной развязки МКАД с
Ярославским шоссе и при усилении основания дома №6 по Кутузовскому проезду.
|
| |
Одной из самых главных операций технологического цикла считается контроль
качества выполненных работ. При этом, выполняя все требования соответствующих
ГОСТов и СНиПов в этой области, широко применяются дополнительные методы
предпостроечного обследования объекта и оперативного контроля качества. Для
уточнения геолого-гидрологического строения площадки и выявления неучтенных
инженерных коммуникаций и пустот в грунте производится георадарное
профилирование объекта, по результатам которой корректируется технология
изготовления свай и, при необходимости, проект.
В процессе обработки скважины электрическими разрядами в условиях плотной
застройки производится измерения сейсмического воздействия на грунт и
строительные конструкции и уточняются параметры электрических разрядов.
Во время изготовления свайного поля производится выборочный
сейсмоакустический контроль длины свай, контролируется сплошность их сечения.
Ввиду того. что несущая способность свай РИТ во многом определяется величиной
и расположением уширений ствола скважины, нами успешно применяется
специальный прибор, позволяющий контролировать расход бетона на каждом уровне
обработки скважины электрическими разрядами, что позволяет судить о форме
скважины и степени уплотнения окружающего грунта.
В особо ответственных случаях перед проведением цементации стен и фундаментов
зданий с целью изучения их состояния и выявления наиболее ослабленных
участков производится их сейсмоакустическое обследование. Оно повторяется в
процессе инъектирования и после твердения инъекционных растворов, что
позволяет оконтурить зону цементации и оценить степень повышения прочности
кладки.
|
| |
Сейсмоакустический контроль качества цементации:
Карты изолиний средних скоростей продольных волн по нормальным лучам в
плоскости стены,укрепляемой цементацией.
A - по результатам первого измерения, проведеннгого через сутки после
инъектирования.
B - по результатам второго измерения, проведеннгого через 7 суток после
инъектирования.