М. М. Попович, О. П. Машницький, І. П. Машницька

Вінницький національний технічний університет, Україна

БУРОЗАБИВНІ ПАЛЬОВІ ФУНДАМЕНТИ ДЛЯ ПРИБУДОВ

Розглянуто процеси, які проходять в разі влаштування фундаментів із забивних паль. Запропоновано використовувати для прибудов пальові фундаменти із бурозабивних грунтових паль. Наведено приклад розрахунку.

Обмеження кількості вільних земельних ділянок в межах міських територій все частіше змушують здійснювати примикання нових будівель до вже побудованих або розташовувати їх на незначних відстанях одна від одної. Крім цього, важливим фактором вибору майданчика для будівництва є наявність міських мереж, улаштування яких відчутно впливає на вартість будівництва.

В таких випадках поряд з проблемами архітектурно-планувальних ув'язок виникають технічні труднощі при виборі варіантів фундаменту.

Традиційними підходами є улаштування фундаментів у вигляді суцільних монолітних плит або з використанням бурових паль, що не завжди забезпечує достатній рівень сприйняття навантажень від будівлі.

Напрошується розв'язання у вигляді традиційних забивних паль (їх застосовують більше 90% від загального об’єму влаштованих паль), процес занурення яких обумовлює ущільнення грунтової основи. В цілому достатньо висока несуча здатність забивних паль дозволяє забезпечувати безпечну роботу будівель. Проте щільність міської забудови обмежує застосування таких паль внаслідок вияву динамічного ефекту під час забивання (рис. 1).

Відомо, що динамічні впливи при забиванні паль можуть викликати розвиток нерівномірних додаткових осідань основ розташованих поряд будівель і споруд.

Як показує практика, для занурення 1 п. м. палі в тугопластичні грунти необхідно 25 – 30 ударів працюючого молота. Загальна кількість ударів молота для занурення на 1 м паль під одну секцію житлового будинку складає 8 – 9 тисяч.

Унаслідок тривалої динамічної дії можливе руйнування стиків панелей зовнішніх стін сусідніх будівель, особливо верхніх поверхів. Відновлення і ремонт пошкоджених конструкцій носить трудомісткий і тривалий характер і не завжди дає бажані результати. Тому нормативні документи визначають – за умови динамічних дій від забивання паль, відстань між ними і існуючими конструкціями будівель і споруд, як правило, повинна призначатися не меншою 20 м [1]. Але, як уже зазначалось, в сучасних умовах містобудування виникає необхідність зведення будівель та споруд поряд з збудованими, а грунтові умови будівельного майданчика диктують використання пальових фундаментів. При цьому процеси, які проходять в системі “паля – грунт” суттєво впливають на несучу спроможність фундаментів.

Так при ударному зануренні паль в грунт в зонах, що примикають до палі, відбувається зменшення їх міцності, порушення структури грунту аж до переходу у в'язкотекучий стан. В процесі занурення грунт з-під нижнього кінця стовбура палі витісняється і переміщується в зону найменшого опору. Такі зони утворюються як навколо стовбура палі, так і нижче - під її вістрям. При цьому, частина об'єму витісненого палею грунту йде безпосередньо на випирання, інша ж частина на ущільнення навколопальового простору. Якщо глинистий грунт повністю водонасичений, то у момент ударного навантаження ґрунтового середовища вода, що знаходиться в порах, не встигає витиснутися з них, об'ємна складова напруг повністю сприймається водою, а зсувна передається на скелет грунту, тим самим руйнуючи його, ущільнення грунту не відбувається. Об'єм витісненого палею грунту в цьому випадку повністю витрачається на випирання.

Після припинення багатоциклових ударних дій, в процесі так званого “відпочинку” грунти в межах навколопальового простору тиксотропно зміцнюються і проходить повне або часткове відновлення первинної міцності і, відповідно, збільшення несучої здатності занурених паль. Численні дослідження показали, що збільшення несучої здатності може відбуватися протягом 30 – 40 днів [2].

Такі процеси не проходять в разі спорудження фундаментів із висячих бурових паль. Улаштування таких паль виключає можливість динамічних впливів на існуючі споруди. Бурові палі застосовуються при великих навантаженнях від споруд і мають значну несучу спроможність за рахунок великого діаметра (від 0,5 до 1,2 м). Оптимальним показником ефективності будь-яких паль є питома несуча спроможність (відношення несучої спроможності палі на одиницю об’єму матеріалу, кН/м³). У бурових паль цей показник у 2 – 2,5 рази менший, ніж у забивних. Пояснюється це тим, що розрахунковий опір грунту під нижнім кінцем бурової палі через відсутність ущільнення грунту у 3 – 3,5 рази менший, ніж у забивної [4].

Аналіз літературних даних показує, що влаштування звичайної буробетонної палі включає в себе буріння свердловин, установку арматурного каркасу, порційну укладку бетону і його ущільнення. Недоліком такого способу є велика матеріалоємність і значна тривалість спорудження фундаментів.

Для зменшення матеріалоємності застосовують спосіб зведення буронабивної палі, який включає в себе утворення в грунті свердловини, порційну засипку її грунтом і його ущільнення до необхідної величини [3]. Недоліком такого способу є невелика несуча спроможність і неможливість використання палі як самостійного фундаменту споруд.

Для усунення указаних недоліків пропонується бурозабивна ґрунтова паля, яка зводиться таким чином (рис. 2).

У пробурену завчасно свердловину 1, заданого діаметра опускають донний опорний башмак 2, діаметром трохи менше діаметра свердловини і занурюють його у грунт забиванням. При цьому динамічні впливи, що виникають при забиванні опорного башмака не впливають на уже існуючі фундаменти, оскільки передаються на грунт в рівні, або нижче рівня напруженої зони грунту під нижнім кінцем існуючого пальового фундаменту чи підошви фундаменту мілкого закладання. На донний опорний башмак встановлюють металеву або залізобетонну перфоровану трубу 3 після чого виконують засипку порожнини свердловини сипучим 4 конструктивним матеріалом – дрібним щебенем фракції 20 – 40 мм.

У гирлі свердловини улаштовують бетонний башмак стаканного типу (під колону) або суцільний (під стіну) довжиною 1 – 1,5 діаметра свердловини і виконують подачу під тиском у перфоровану трубу цементного розчину 5, який скріплює конструкційний матеріал та стінки свердловини.

Застосування такого типу паль дозволяє виключити динамічні впливи при влаштуванні та підвищити їх несучу спроможність як за рахунок збільшення опору грунту під нижнім кінцем палі, так і за рахунок збільшення опору тертю по боковій поверхні при проникненні скріплюючого розчину у стінки свердловини, знизити матеріалоємність і, як правило, вартість і час зведення фундаментів.

Для ілюстрації підвищення несучої спроможності такої палі наводимо такий приклад.

Улаштовуємо звичайну буробетонну палю діаметром 1 м, довжиною 10 м і глибиною занурення нижнього кінця - 10 м у суглинистий грунт з показником текучості І_L = 0,3. З такими ж параметрами і у такий же грунт улаштовуємо бурозабивну ґрунтову палю. Усі розрахунки виконані відповідно до [4].

Буробетонна паля. Розрахунковий опір під нижнім кінцем палі на глибині 10 м складає 950 кПа, а несуча спроможність у цій частині при площі поперечного перерізу палі 0,785 м² відповідно 746 кН. Несуча спроможність по боковій поверхні при периметрі поперечного перерізу 3,14 м складає 1168 кН. Загальна несуча спроможність дорівнює 1914 кН.

Бурозабивна ґрунтова паля. Розрахунковий опір під нижнім кінцем у аналогічних умовах складає 3500 кПа, а несуча спроможність відповідно 2748 кН. Опір грунту по боковій поверхні приймаємо однаковим і загальна несуча спроможність складатиме 3916 кН, що у 2 рази більше.

Висновки

1. Використання бурозабивних паль в якості фундамента споруд дозволяє виключити динамічні впливи при їх улаштуванні на розташовані поруч фундаменти.

2. Несуча спроможність бурозабивних паль у два рази більша ніж у буробетонних, що дає можливість, використовуючи її в складі фундамента, отримати зменшення працевитрат та матеріалів.

Література

1. ВСН-490-87 Минмонтажспецстроя СССР ("Проектирование и устройство свайных фундаментов и шпунтовых ограждений в условиях реконструкции промышленных предприятий и городской застройки"). – М. : ЦНИИС Минтрансстроя СССР, 1987. – 18 с.

2. Гуменский Б. М. Основы физико-химии глинистых грунтов и их использование в строительстве. – М. : Стройиздат, 1965. – 136 с.

3. Основания, фундаменты и подземные сооружения / Справочник проектировщика. – М. : Стройиздат, 1985. – 480 с.

4. СНиП 2.02.03 - 85 Свайные фундаменты. - М. : ЦИТП Госстроя СССР, 1986. – 48 с.

5. Голов О. О., Борт О. В. Оцінювання впливу пальових фундаментів нових будівель на основи стрічкових фундаментів існуючих будівель // Збірник наукових праць (галузеве машинобудування, будівництво) / Полт. нац. техн. універ. ім. Юрія Кондратюка. Вип. 14. – Полтава : ПолтНТУ ім. Юрія Кондратюка, 2004. – С. 82 - 85.