Сущность разрядно-импульсной технологии при изготовлении и установке свай

Как правило, верхние слои грунта находятся  выше уровня грунтовых вод, поэтому  часть ствола сваи, а иногда вся  свая может оказаться в песках природной влажности средней  плотности, а часто и в рыхлых песках. В таких грунтовых условиях сваи-РИТ имеют высокую несущую  способность, подтвержденную многочисленными  контрольными испытаниями свай вдавливающими  нагрузками, при чем, деформации (осадки) свай-РИТ не превышали 10…15 мм, что  свидетельствует о недоиспользовании  несущей способности свай-РИТ  по грунту в песках природной влажности (ω = 5…8 %). Исследований изменения напряженно-деформированного состояния “сухих” песков, подвергнутых разрядно-импульсной обработке, не проводилось.

Для выяснения главных причин значительного  прироста несущей способности в  сухих песках было проведено исследование прилегающего к свае-РИТ грунта [7]. В качестве «полигона» было решено использовать строительную площадку в  границах котлована строящегося  в Москве жилого комплекса на пересечении  улицы Остоженка, Коробейникова  и Хилкова переулков.

К сожалению, в процессе исследований грунтов вокруг свай-РИТ удалось  взять пробы грунта только вдоль  верхних участков стволов свай, которые  подвергались незначительной разрядно-импульсной обработке, всего по 5 разрядов с  шагом 300…350 мм по высоте.

Диаметр бурения свай составлял 250 мм. Диаметр сваи-РИТ после разрядно-импульсной обработки доходил в отдельных  местах до 450 мм. Результаты определения  несущей способности свай-РИТ  по грунту, установленные статическими испытаниями вдавливающей нагрузкой [8] приведены в таблице 2.

Геологический разрез строительной площадки представлен насыпными  грунтами (1…3 м), аллювиальными песками  малой и средней крупности, маловлажными с редким гравием (мощность более 8 м), с незначительным содержанием глинисто-пелитового вещества, основная часть которого сосредоточена в тонких глинисто-песчаных слойках, с глубины 7,5…8,0 м пески  водонасыщенные. Аллювиальные отложения  р. Москвы подстилаются морскими отложениями  верхней юры и среднего, верхнего карбона.

Внешний осмотр грунтовых  стенок, при разработке грунта у  свай-РИТ, показал, что грунт находится  в сухом и маловлажном состоянии, относительно устойчив и даже не требует  крепления. Стенки котлована вдалеке  от свай-РИТ (на участках, не обработанных по разрядно-импульсной технологии) были не устойчивы, требовали устройства крепления из досок и при малейшем промедлении с креплением, осыпались.

Для определения литологических особенностей отложений массива  и для исследования физико-механических свойств песков после их мелиорации методом разрядно-импульсного воздействия, были изучены пробы грунта, взятые в около свайном пространстве. В целом, было отобрано три группы проб, представляющих однотипные отложения, в которых гранулометрические различия были связаны с содержанием мелких и крупных частиц.

Основными задачами исследования являлись:

- Изучение минерало-петрографического  состава песчаных грунтов естественного  состояния и после проведения  разрядно-импульсного воздействия. 

- Получение количественных  оценок физико-механических свойств  песков в естественном залегании  и после разрядно-импульсной обработки. 

Монолиты песков отбирались методом забивки тонкостенного  стального стакана диаметром 120 мм. Грунт обрезали по высоте стакана, торцы  закрывались пластинами гидроизола и приваривались газовой горелкой.

Пробы изучались методами гранулометрического, рентгенофазового, микроскопического и химического  анализов. По данным проведенного анализа  был сделан вывод, что, прочностные  свойства грунтов зависит от многих факторов, для рассматриваемого случая, очевидно, важнейшими из них являются три: гранулярный состав песков; особенности  материала - заполнителя порового пространства песков; причины техногенного характера.

При сравнении массива  вне зоны влияния РИТ и грунтового массива в зоне влияния РИТ  выяснилось, что после проведения опытов, несмотря на незначительное разрядно-импульсное воздействие, всего по 5 разрядов с  шагом 300…350 мм по высоте, пески уплотнились  от рыхлых до средней плотности. Грунты стали более однородны по плотности  и пористости (рис. 7 и 8). Сопоставление  физико-механических свойств песков, находящихся в естественных условиях, и модифицированных, в результате разрядно-импульсной обработкой, при  изготовлении свай-РИТ показало:

1. коэффициент пористости  песков уменьшился в 1,04 раза (с  0,726 до 0,701);

2. влажность уменьшилась  в 1,17 раза;

3. плотность возросла  в 1,02 раза;

4. сцепление увеличилось  в 3,5 раза;

Исследованные выборки оказались  однородны по среднему квадратичному  отклонению и коэффициенту вариации.

Возможное участие цемента  входящего в состав бетонной смеси, в изменении структурных особенностей песков, довольно проблематично. Как  показали минерально-петрографические исследования, присутствие карбонатов цемента фиксируется в песках только на расстоянии не более 5 см от свай.

К сожалению, в условиях действующей  строительной площадки не удалось определить исходное напряженно-деформированное  состояние массива, его изменение  в процессе разрядно-импульсной обработки  при изготовлении свай-РИТ, а так  же исследовать грунт в зоне интенсивного воздействия, т.е. в зоне основания  сваи.

Как гипотезу положительного эффекта увеличения несущей способности  песков, являющихся основанием свай-РИТ, можно предположить наличие в  грунте остаточного напряженно-деформируемого состояния (НДС), которое сохраняется  после проведения импульсных воздействий  на грунт: удар-разгрузка, действующих  преимущественно в горизонтальных плоскостях. Остаточное НДС характеризуется  большими горизонтальными напряжениями в массиве грунта, которые значительно  больше вертикальных, вследствие чего грунт приобретает устойчивость.

Положительное действие разрядно-импульсной технологии на массив грунта, окружающий сваю-РИТ, не вызывает сомнений. Но для  полной и ясной картины изменения  состояния грунта, необходимо более  полное рассмотрение вопроса.

Целесообразно выполнить натурные опыты по определению прочностных  и деформационных свойств песков в естественном залегании, на различном  расстоянии от источника возмущения методом статического и динамического  зондирования грунтов, до разработки грунта вокруг свай. Для получения зависимости  изменения физико-механических свойств  песков и напряженно-деформированного состояния от величины разряда и  выбора оптимального технологического режима необходимо продолжить натурные и лабораторные эксперименты с различными исходными параметрами, особенно с  большими энергиями разряда и  их большим количеством, что позволит в конечном итоге разработать  более точную методику определения  несущей способности свай-РИТ.

 

 

 

Конструктивные решения

 

 

Наиболее распространенное решение  «козловые сваи».

            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При небольших нагрузках и невозможности   доступа к фундаменту со стороны подвала применяется одностороннее расположение свай.