Устройство виброгрунтовых свай («щебеночных свай», свай-дрен) – технология модификации грунта основания путем формирования в массиве столбов из инертных материалов методом виброуплотнения.
Глубинное виброуплотнение повышает несущую способность и снижает деформируемость грунтового массива, сокращает время консолидации и устраняет просадочные свойства грунтов.
Технология широко применяется при сооружении как инфраструктурных, так и промышленно-гражданских объектов, преимущественно при новом строительстве и реконструкции.
Технология устройства «щебеночных свай»
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 воздухавиброфлот 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 порция щебня;
- 3. – виброфлот, перемещаясь вверх-вниз, посредством вибрации уплотняет щебень (диаметр скважины увеличивается);
- 4. – виброфлот поэтапно (поступательными движениями вверх-вниз) поднимаясь вверх формирует тело сваи(один этап уплотнения = одна загрузка бункера щебнем).
Модификация грунта подразумевает устройство поля «щебеночных свай», расположенных в заданном порядке. 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.
Название «щебеночные сваи» (stone columns) закрепилось за технологией по самому популярному инертному материалу. Помимо щебня возможно применение строительного песка, ПГС, рецикла бетона и других материалов.
Контроль качества выполняется в несколько этапов.
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.
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.
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» позволяют 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;
- возможности мобилизации оборудования;
- 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 автомагистрали М-11 «Нева» и ЦКАД, Крымский мост, завод Estel (Колпино), ЖК «Белый остров» (Санкт-Петербург), ЖК «Люберцы Парк» (Москва) и другие.
