Технология модификации грунта основания путем формирования в массиве столбов из инертных материалов методом виброуплотнения более известна как технология устройства «щебеночных свай» (vibro stone columns) – по наиболее популярному материалу. Также встречаются названия – сваи-дрены и сваи-колонны.
Для улучшения характеристик грунта по этой технологии возможно применение не только щебня, но и строительного песка, ПГС, рецикла бетона и других материалов.
Глубинное виброуплотнение повышает несущую способность и снижает деформируемость грунтового массива, сокращает время консолидации и устраняет просадочные свойства грунтов.
Для выполнения работ* используется:
— виброфлот – глубинная флотирующая вибросистема;
— кран для перемещения виброфлота;
— компрессор для подачи сжатого воздуха;
— фронтальный погрузчик или экскаватор для подачи заполняющего инертного материала;
— дизельный электрогенератор (при невозможности подключения к высоковольтной сети).
Рабочий орган виброфлота оборудован электродвигателем с подсоединенным эксцентриковым весом, которые обеспечивают вибрацию.
Вдоль виброфлота проходит подводящая труба, по которой на дно скважины под давлением подается воздух, а также поступает инертный материал, из которого выполняется тело виброгрунтовой «сваи».
* «УМ ГЕОИЗОЛ» обладает всем необходимым оборудованием для производства работ.
Имеющиеся установки позволяют:
- выполнять «щебеночные сваи» глубиной до 30 м;
- варьировать диаметр «свай» от 600 мм до 1500 мм;
- обеспечивать производительность до 150 погонных метров в смену одним виброфлотом.
Этапы выполнения «щебеночной сваи» (сухой способ с нижней подачей щебня):
1. – под воздействием вибрации и сжатого воздуха виброфлот опускается в грунт, формируя скважину на проектную глубину;
2. – по подводящей трубе, расположенной параллельно виброфлоту, с помощью сжатого воздуха из бункера на дно скважины подается инертный материал;
3. – виброфлот, перемещаясь вверх-вниз, посредством вибрации уплотняет материал (диаметр скважины увеличивается);
4. – виброфлот поэтапно (поступательными движениями вверх-вниз) поднимаясь вверх формирует тело сваи.
Работы выполняются без извлечения грунта.
Как правило, в процессе виброуплотнения возникают внешненаправленные радиальные напряжения, которые уплотняют грунт и отжимают поровую воду, за счет чего элемент работает как свая-дрена: не препятствует естественному дренированию грунта, снижает поровое давление, ускоряет консолидацию основания.
Колонны из инертных материалов, в отличие от железобетонных свай, не являются отдельными несущими элементами. Виброгрунтовые сваи работают как единое целое с улучшаемым грунтом, повышая его прочностные и деформационные характеристики. Расчеты выполняются для всего модифицированного массива.
Проект усиления грунтов основания при стриотельстве ЖК «Белый остров» отмечен дипломом II степени Международного профессионального конкурса на лучший проект НОПРИЗ
Контроль качества выполняется в несколько этапов.
В процессе производства работ бортовой компьютер, учитывая затраченный объем щебня и параметры виброуплотнения, определяет характеристики (в том числе геометрию) щебеночного столба и в автоматическом режиме формирует паспорт для каждой выполненной сваи.
Заключение о несущей способности основания с определением деформационных свойств грунта после модификации выдается по результатам статического зондирования и штамповых испытаний. Штамп устанавливается на саму сваю и в межсвайном пространстве. Применяются и масштабные натурные испытания – на большой штамп, который перекрывает одновременно несколько свай, подается эксплуатационная нагрузка.
30 декабря 2022 года Федеральное дорожное агентство (Росавтодор) приняло первый в России норматив на «щебеночные сваи»: ОДМ 218.3.1.007-2022 «Методические рекомендации по устройству виброуплотняемых свай из неорганических сыпучих материалов в основании земляного полотна автомобильных дорог». Скачать документ можно здесь.
Возможности и сферы применения «щебеночных свай»
Технология виброуплотнения применима для улучшения характеристик большинства типов слабых, слабых водонасыщенных и органоминеральных (торфы) грунтов, в том числе с тиксотропными свойствами.
Технология позволяет решать специфические задачи. Эффективность применения технологии определяется конкретными условиями строительства. В ряде случаев устройство «щебеночных свай» позволяет достичь существенной экономии, по сравнению с иными техническими решениями.
Возможности «щебеночных свай»:
- снижение осадки грунтов основания в 2-6 раз;
- высокая скорость производства работ;
- высокая скорость консолидации грунтов (начинается в процессе производства работ);
- относительно низкая стоимость строительного материала, возможность использовать местные ресурсы;
- работа свай в качестве вертикальных дрен;
- возможность модификации локальных участков грунта основания (обеспечение одинаковой деформируемости грунтов на всей площади строительства);
- возможность выполнения работ в условиях вечной мерзлоты.
Сферы применения «щебеночных свай»:
- устройство основания под возводимыми насыпями автомобильных и железных дорог;
- усиление существующих насыпей («щебеночные сваи» проходят через тело насыпи);
- устройство оснований под конусами насыпей и устоями мостов (в приурезной зоне рек и ручьев);
- стабилизация намывных территорий, берегов искусственных и естественных водоемов;
- улучшение характеристик грунтов основания строящихся зданий (для возможности устройства фундаментов мелкого заложения);
- устройство оснований под силовые полы (для большепролетных логистических центров и торговых комплексов).
Ограничения использования технологии:
- существенные вибрационные воздействия;
- ограничения, связанные с грунтовыми условиями (включения скальных грунтов);
- возможности размещения оборудования на стройплощадке;
- невозможность усиления основания существующих зданий.
Возможность применения армирования грунта виброгрунтовыми элементами прописана в СП 22.13330 «Основания зданий и сооружений». С учетом мировых разработок, отечественных нормативов и собственного опыта в «ГЕОИЗОЛ Проект» разработана вся необходимая техническая документация и рекомендации по расчету, проектированию и устройству щебеночных свай.
Технология успешно использована на ряде объектов промышленно-гражданского и инфраструктурного строительства, среди которых автомагистралях М-11 «Нева», А-181 «Скандинавия» и ЦКАД, завод Estel (Колпино), ЖК «Белый остров» (Санкт-Петербург), ЖК «Люберцы Парк» (Москва) и другие.
Группа компаний «ГЕОИЗОЛ» обладает всеми необходимыми компетенциями для улучшения характеристик грунтов «щебеночными сваями».
«ГЕОИЗОЛ Проект» – геотехнические расчеты, подбор оптимального технического решения (проектирование).
«УМ ГЕОИЗОЛ» – выполнение строительно-монтажных работ (обладает полным перечнем необходимой техники и оборудования).
«Пушкинский машиностроительный завод» – обслуживание и ремонт строительной техники.
