ГОССТРОЙ РОССИИ Научно-исслеловател1>ский центр

■строительство"

Государственное унитарное предприятие "НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ, ПРОЕКТНО-ИЗЫСКАТЕЛЬСКИЙ И КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ОСНОВАНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ ИИ. Н.М.ГЕРСЕВАНОВА (ГУП НИИОСГ1 им. Н.М.ГЕРСЕВАНОВА)

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И УСТРОЙСТВУ НАБИВНЫХ СВАЙ В РАСКАТАННЫХ СКВАЖИНАХ

Москва

2000г.

ГОССТРОЙ РОССИИ Научно-исследовательский центр "СГРОИТЕЛЬСТЮ"

Государственное унитарное предприятие "НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ, ПРОЕКТНО-ИЗЫСКАТЕЛЬСКИЙ И КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ОСНОВАНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ им. Н.М.ГЕРСЕВАНОВА (ГУП НИИОСП им. Н.М.ГЕРСЕВАНОВА)

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И УСТРОЙСТВУ НАБИВНЫХ СВАЙ В РАСКАТАННЫХ СКВАЖИНАХ

Москва

2000г.

Q_z    -    удельное сопротивление грунта под конусом зонда, мПа;

F,    -    удельное сопротивление грунта по муфте трения, кПа;

Njk - скоросгь счёта но плотномеру ПГ1ГР-1, имп/еек;

N_wg - скорость счёта по влагомеру ВПГР-1, имп/сек;

N|    -    естественный (природный) гамма-фон, имп/сек.

В результате автоматизированной обработки измерений параметров на ЭВМ по программе, разработанной НИИОШ, определяются, с учётом региональных критериев, следующие физико-механические характеристики грунтов:

На основании полученных характеристик определяются виды слагающих площадку грунтов и рассчитываются нормативные предельные сопротивления забивных висячих свай квадратного сечения от 15x15 см до 45x45 см с соответствующим заданным шагом по глубине.

Результаты определения нормативных предельных сопротивлений забивных висячих свай являются исходными данными для расчёта несущей способности НРС.

2.4. Применение зондировочно-каротажного комплекса -ПИКА-15» в процессе устройства НРС позволяет:

-    уточнять характер и степень изменчивости грунтовых условий площадки;

-    оценивать влияние изменения влажности на несущую способность свай в сравнении с проектными значениями;

-    определять причины несоответствия режима раскатки скважин проектному;

- получать оперативные данные о несущей способности НРС в плане площадки без проведения статических испытаний.

3. КЛАССИФИКАЦИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ УСТРОЙСТВА НРС

31. Конструктивные решения устройства НРС классифицируются по:

-несущийэлемент (рис.4);

-    армирующий (усиливающий) элемент (рис.5);

-    комбинированный элемент;

-    без бурения лидерной скважины;

-    с бурением лидерной скважины;

-    комбинированный;

-    вертикальные;

-    наклонные;

-    горизонтальные;

-    комбинированные;

-    бетонные;

-    бетонные с армированием;

-    грутгговые;

-    щебенистые;

• шлаковые;

-    комбинированные.

3-2. Несущие НРС воспринимают передаваемую на них нагрузку, имеют жесткую связь с фундаментом (ростверком), соответствующую нормативным требованиям, предъявляемым к забивным висячим сваям. В зависимости от нагрузок и воздействий армируются отдельными стержнями, каркасами или жесткой арматурой (трубами, металлическими профилями).

Бетонирование несущих НРС производится товарным бетоном класса нс ниже В15 с уплотнением глубинным вибратором.

Рис 4. Конаирукгпивные решения НРС, выполняющих роль несущего элемента

1 - вертикального; 2 - наклонною; 3 - горизонтального, 4 - перекрестного, $ - сходящегося; 6,7,9 * комбинированного; 8 * козлоного

Рис 5• Конструктивные НРС, выполняющих роль армирующего основания фундамента элемента

1 - вертикального; 2 * козлового; 3 - комбинированного, 4 - перекрестного;

У комбинированных (по материалу заполнения скважины) НРС верхняя часть выполняется из бетона с армированием.

Для повышения несущей способности НРС создастся уширенис уплотнённой зоны путём вкатывания нескольких порций жёсткого материала (щебня, гравия, шлака и т.п.). Объём уширения определяется расчётом и проверяется результатами статических испытаний, проводимых на опытных площадках.

3-3. Армирующие (усиливающие) НРС предназначены для повышения несущей способности грунтов основания ленточных, отдельносгоящих фундаментов и плит за счёт формирования в активной сжимаемой зоне массива грунта с заданными прочностными и леформативными характеристиками.

Такие элементы чаще всего выполняются без армирования, а скважины заполняются бетоном класса не ниже В 3-5 или жёстким материалом (щебнем, гравием, шлаком и т.п.). Уплотнение бетона производится глубинным вибратором, а сыпучих материалов раскаткой.

3. ^.Отличительной особенностью армирующих НРС от несущих является наличие буферного (разделительного) слоя из песка средней крупности или щебня, расположенного между верхом свай и подошвой фундаментов.

Толщина буферного слоя должна быть не менее d/2, где d - диаметр НРС, и определяется в зависимости от rpyinoBhix условий, вида фундамента и схемы расположения НРС в плане подошвы фундамента.

4.    ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ ФУНДАМЕНТОВ ИЗ НРС

4.1. Для проектирования оснований фундаментов из НРС необходимо иметь следующие исходные данные:

-    материалы подробных инженерно-теологических исследований площадки проектируемого строительства, выполненные в соответствии с разделом 2 настоящих рекомендаций;

-    сведения о природно-климатических и построечных условиях производства работ, а также о факторах, влияющих на технологический процесс устройства НРС, вт.ч. о возможности подтопления площадки ливневыми

(талыми) и техногенными водами в процессе строительства и эксплуатации объекта;

-    информацию о технологических особенностях эксплуатации объекта, в том числе наличии динамических и вибрационных нагрузок и воздействиях.

4.2.    Выбор оптимального варианта конструктивного решения осуществляется с учётом технико-экономических показателей, энергетических затрат, влияния устройства НРС на технологический процесс эксплуатации объекта (остановка иди без неё действующего производства) и др.

4.3.    Несущая способность (F<j) НРС определяется?

-    расчетом, в соответствии со СНиП [31, как сумма несущих способностей конической части сваи, соответствующей длине PC, и несущей способности по боковой поверхности цилиндрической сваи;

-    статическими испытаниями, по ГОСТ [61;

-    комплексным статическим зондированием.

4.4.    Расчёт несущей способности цилиндрически-конических ПРС производится по формуле:

Fd-utEhifj + Ihdtuojfi + Uo, ip Е, к; У]    (2)

где:

u - периметр цилиндрической части сваи, м;

Ycf - коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи, учитывающий наличие лидирующих скважин и определяемый по п.2 табл.З (31; hj - толщина i-ro слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью цилиндрической части сваи, м; fi - расчётное сопротивление i-ro слоя группа основания по боковой поверхности цилиндрической и конической частей сваи, кПа (тс/м²), принимаемое табл. 2131;

' толщина но слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью конической части спаи, м;

и, *    - периметр i-ro сечения конической части сваи, м;

Ej - модуль деформации i-ro слоя грунта, окружающего боковую поверхность конической части сваи, кПа (тс/м^:), определяемый по результатам компрессионных испытаний;

к,    - коэффициент, зависящий от вида грунта и принимаемый по

табл.4 [31;

4,    -    реологический    коэффициент,    принимаемый    равным    0,8;

i_p - наклон боковой поверхности конической части сваи в долях единицы, при ip > 0.025 принимается равным 0.025;

4.5.    Определение несущей способности НРС с помощью комплексного статического зондирования основано на СНиП [31, ГОСТ [8,91 и методике расчёта несущей способности забивных висячих свай квадратного сечения юндировочпока ротажным способом (ПИКА-15), разработанным НИИОСП.

Расчёт несущей способности призматических свай сечением от 15x15 до 45x45 см производится с помощью систем автоматизированной обработки на ПЭВМ результатов рапиоизотопно-эомлировочных исследований грунтов в условиях их природного (естественного) залегания.

4.6,    Привязка методики к местным инженерно-геологическим условиям осуществляется с помощью региональных критериев, а переход на определение нормативной несущей способности НРС - с помощью коэффициента К„, учитывающего соотношение фактической площади поперечного сечения НРС (по цилиндрической части) и площади поперечного сечения забивной висячей сваи с соответствующей стороной квадрата: 15, 20, ...45 см.

Коэффициагт К_п для PC диаметром 15, 20, 25 и 30 см принимается по таблице 1, или при промежуточных значениях диаметров PC по номограмме, приведённой на рис. 6.

Таблица 1

Диаиетр PC, см Значения коэффициента Кл при стороне квадрата зайив-ной висячей сваи, си 15 20 25 30 .35 40 45 15 0312 0,488 0327 0.233 0,174 . - 20 1,452 0,872 0,585 0.415 0312 0,242 - 25 2.263 ибо 0.911 0,648 0,486 0378 0303 30 3385 2,031 1.363 0,968 0,726 0,565 0,452

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящие Рекомендации по проектированию и устройству набивных свай в раскатанных скважинах

1.    РАЗРАБОТАНЫ:

Государственным унитарным предприятием -Научно-исследовательский, проектно-изыскательский и конструкторско-технологический институт оснований и подземных сооружений им. Н.М. Герсеванова- Государственного предприятия •Научно-исследовательский центр -Строительство- (ГУН НИИОСП им. Н.М. Герсеванова) Госстроя России - головная организация (руководитель работы кандидат техн. наук Багдасаров Ю.А., доктор техн. наук Бахолдин Б.В., кандидаты техн. наук Мариупольский Л.Г., Морозов АЛ., Рабинович И.Г.).

Центральным научно-исследовательским институтом организации, механизации и технической помощи строительству (ЦНИИОМТП) Госстроя России (кандидаты техн. наук Жадановский Б.В., Ковалёв А.С).

Обществом с ограниченной ответственностью ’Основание¹ (г. Липецк),(кандидат техн. наук Саурин А.Н., инженеры Кравченко В.В., Немцева Е.Г., Та-ранцева Е.А.).

2.    РАССМОТРЕНЫ и ОДОБРЕНЫ секцией научно-технического совета ГУП НИИОСП им. Н.М. Герсевзнова.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение    4

1.    Общие положения    5

2.    Особенности проведения инженерно-геологических

изысканий для проектирования и устройства НРС    9

3- Классификация конструктивных решений устройства НРС    11

4.    Проектирование оснований фундаментов из НРС    13

5.    Устройство НРС в различных инженерно-геологических

условиях    19

6.    Производство работ    29

Список использованных источников    33

Приложения:

1.    Пример определения несущей способности НРС по данным

комплексного статического зондирования    34

2.    Журнал производства работ по устройству НРС    38

3.    Технико-экономические показатели раскатки вертикальных

скважин PC 250 установкой на базе ПБУ-1 (УГБ-50М)    39

ВВЕДЕНИЕ

Рекомендации разработаны в дополнение и разлитие глав СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений- II], СНи11 3 02.01-85 -Свайные фундаменты- В], Пособия по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83) 14), Пособия по производству работ при устройстве оснований и фундаментов (к СНиП 3.02.01-83)15).

В рекомендациях отражены основные вопросы проектирования и устройства набивных свай в раскатанных скважинах в различных инженерно-теологических условиях.

Набивные сваи в раскатанных скважинах (НРС) удачно сочетают в себе преимущества забивных и буронабивных свай. При раскатке скважин грунт не выбуривается на поверхность, а вкатывается в окружающий скважину массив, формируя уплотнённую зону. За счёт формирования уплотнённой зоны и вовлечения в работу груша околосвайного пространства несущая способность НРС превышает несущую способность буронабивной сваи аналогичного сечения и длины в 3 -5 раз и практически соответствует несущей способности забивной висячей сваи, равной длины и сечения.

Высокая несущая способность НРС, относительно малые удельные энергетические затраты, отсутствие вибрационного воздействия на близрастиложенные здания и сооружения, многообразие конструктивных решений и технологичность открывают широкие возможности их применения в новом строительстве, а также при усилении и реконструкции оснований и фундаментов жилых, общественных и промышленных зданий.

Рекомендации разработаны на основе результатов натурных испытаний и накопленного опыта применения НРС в различных инженерно-теологических условиях, подробные исследования которых выполнялись с помощью эондировочно-каротажного комплекса -ПИКА-15- и по методике, разработанной НИИОСП им. Н.М. Герсеванова.

Так как НРС являются сравнительно новым методом подготовки и устройства искусственных оснований, при их проектировании и устройстве (с использованием настоящих рекомендаций) для консультационной, технической и технологической помощи необходимо привлекать одну из организаций: ПИИОСП им. Н.М. Герсеванова (г. Москва, ЮЛ. Багдасаров, т.170 27 49), ЦНИИОМТГ1 (г. Москва, Б.В, Жадзнов-ский, т.976 05 87), ООО-Основание-(гЛипецк, А.Н.Саурин.т. 485872).

1.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    НРС являются видом свай, которые сочетают в себе преимущества буро-набивных и забивных висячих свай, обладают малой энергоёмкостью и материалоёмкостью на единицу несущей способности сваи, характеризуются отсутствием вибрационного воздействия на близрасположенные здания и сооружения и разнообразием конструктивных решений при устройстве в различных инженерно-геологических и построечных условиях.

1.2.    Рекомендации распространяются на проектирование и устройство бетонных, железобетонных, грунтовых и комбинированных НРС диаметром от 150 до 300 мм длиной 5 6 м в следующих видах грунтов.-

-    просадочные, лёссовые грунты I типа по лросадочности при плотности сухого груша в естественном состоянии p<j й 1.6 т/м³;

-    глинистые грунты с показателем консистенции 0 < II 51 с pj < 1.65 т/м³;

-    песчаные грунты средней крупности, мелкие и пылеватые с рд й 1.65 т/м³,

-    насыпные грунты с рд < 1.65 т/м³ при наличии крупных включений диаметром до 1/3 диаметра раскатываемой скважины нс более 5% по

массе.

Примечание: Возможность раскатки скважин диаметром более 300 мм и длиной более 6 м, а также в других видах грунтов должна быть подтверждена опытными работами, включающими подробные инженерно-геологические исследования площадки, подбор при необходимости диаметра и глубины лидерной буровой скважины, отработку технологического режима раскатки скважины, бетонирования или заполнения скважины другими материалами и охлаждения раскатчика скважины, определение несущей способности НРС статическими испытаниями [6].

1.3.    Раскатка скважин - непрерывный процесс образования цилиндрическо-конической полости в грунте путем его вытеснения в сторону и уплотнения, который осуществляется специальным навесным спиралевидным снарядом - раскатчиком скважин (PC).

PC представляет собой ряд установленных друг за другом на общем валу катков (цилиндров и усеченных конусов) и острия. Оси вращения катков смещены относительно оси вала, в результате чего образуется спиралевидная поверхность. Катки посажены на вал с помощью подшипников, которые защищены от попадания в них часгиц грунта специальными прокладками и уплотнительными кольцами. При передаче валу вращения и продольного усилия катки начинают постепенно обкатывать грунт по своим забоям и формировать скважину.

Конструкции PC могут быть упрощенными, сплошными (литыми, витыми из стальной полосы и др.). Общей конструктивной особенностью упрощенных PC является спиральная образующая поверхность.

Конструкция острия PC может быть в виде конуса, сверла и т.п.

На рис.1 показаны различные но конструктивным схемам раскатчики, о    6)

Рис 1. Типовые конструктивные схемы PC

а) с подвижными катками; б) упрощенные (сплошные);

1 - хвостовик; 2 - формирующие катки; 3 - раскатывающие катки; 4 - острие

1.4. В связи с тем, что при раскатке скважин раскатывающие катки и, особенно, остриё нагреваются до 500°С и более, материал раскатчика должен обладать высокой степенью сопротивления истиранию и нагреву.

Для уменьшения трения катков о грунт и снижения степени ши-рева острия при раскатке скважин применяется вода. Расход воды определяется опытным путем непосредственно на строительной площадке в зависимости от вида и состояния раскатываемого грунта и составляет 1.5 - 2 л на 1 пог. м. раскатанной скважины.

1.5,    Длина PC, как правило, должна соответствовал, длине стандартных (типовых) буровых штанг и составляет 1.8 - 2 м.

Диаметр PC определяется по диаметру формирующего катка. Например, РС-250 - раскатчик скважины диаметром 250 мм.

1.6.    В качестве базовых машин для навески PC применяются (рис.2):

-    серийно выпускаемые буровые установки (типа ПБУ, СБУ и ар.);

-    ямобуры, переоборудованные под раскатку скважин;

-    специальные установки для раскатки скважин в стеснённых условиях, в том числе в подвалах.

Рис. 2 Установки, применяемые для устройства НРС а) ПБУ-1; б) СБУ-100ГА; в) специальная установка

Специальные установки конструируются как правило с электрическим приводом. Мощность электродвигателя определяется в зависимости от конструкции и диаметра PC, а также от грунтовых условий и должна быть нс менее 3 квт для PC < 200мм и 5 квт для 200 мм < PC < 300 мм.

Установка типа ПБУ предназначена для навесхи PC < 300 мм и раскатки вертикальных скважин глубиной до9 м.

Установка типа СБУ-100ГА - для навески PC < 250 мм и раскатки вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин глубиной до 6м при ограничении по высоте для устройств вертикальных НРС до 5 м.

Специальные установки применяются для раскатки вертикальных и наклонных скважин PC диаметром менее 150 мм глубиной до 4.5 м в стеснённых условиях при ограничении по высоте до 2.2 м.

1.7. В процессе раскатки скважин формируется уплотнённая зона, возникает отказ, вызванный условным равновесием полного осевого усилия и вращательного момента, передаваемого на PC и сопротивления фунта лофужению раскатчика, образуется выпор грунта и возникают радиальные трещины (рис.3).

Рис 3- Основные параметры раскатанной скважины

Возможно возникновение преждевремешюго отказа с образованием выпора и радиальных трещин. Эго связано с состоянием и физико-механическими характеристиками раскатываемого грунта, наличием не учтенных проектом прослоек фунта с отличающимися от основного фунта более высокими прочностными характеристиками, несоответствием диаметра PC плотности раскатываемого фунта или коэффициенту пористости (е), неправильно выбранным технологическим режимом раскатки и т.п.

Отсутствие проектного отказа свидетельствует об ошибочном назначении глубины раскатки скважин Ошибка устраняется увеличением глубины раскатки скважин или вкатыванием в забой порций фунта (щебня).

1.8. Формирование и границы уплотненной зоны зависят от начального состояния структуры раскатываемого фунта, плотности сухого грунта, влажности, диаметра PC, объёма вытесняемого раскатчиком фута за пределы скважины.

Для предварительных расчетов диаметр уплотненной зоны (d,), который может быть получен после раскатки, определяется по формуле:

d, - y_c d V pa, / (pa, - Pd)

где

d    - диаметр PC, m;

р*    - плотность сухого уплотненного грунта, т/м³;

pd - плотность сухого грунта есгествешюго сложения, т/м³;

у_с - коэффициент условий работы грунта, принимаемый > 1.

Коэффициент условий работы грунта у_с уточняется экспериментальным путем для конкретных грунтовых условий.

2. ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И УСТРОЙСТВА НРС

2.1. Инженерно-геологические изыскания для проектирования и устройства НРС должны проводиться в соответствии с требованиями СНиП 17] и содержать подробные сведения о:

-    состоянии, видах, физико-механических характеристиках, слагающих площадку грунтов;

-    границах расположения в плане и по глубине площадки грунтов с особыми свойствами (просадочных, насыпных, набухающих и др.), а также грунтов с повышенной влажностью по сравнению с основными;

-    прослойках грунтов, толщиной > 0.2 м, отличающихся по виду, состоянию и характеристикам от основного грунта.

22. Материалы инженерно-геологических изысханий, рекомендуется уточнять дополнительными исследованиями грунтов с шагом по глубине через 0.2 м.

2 3. Для проведения подробных инженерно-геологических изысканий рекомендуется выполнять комплексные полевые исследования грунтов, включающие статическое зондирование 18] и радиоактивный (гамма-гамма и нейтронный) каротаж 191, в том числе, разработанный НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, эондиро-вочно-каротажный комплекс 'ПИКА-15-, регистрирующий следующие параметры статического зондирования и радиоактивного каротажа в условиях природного залегания rpyirroB с заданным (например, 0.2 м) шагом по глубине: