ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ВИНТОВЫХ СВАЙ «КРИННЕР» В УСЛОВИЯХ МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ ГРУНТОВ
1 УДК ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ВИНТОВЫХ СВАЙ «КРИННЕР» В УСЛОВИЯХ МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ ГРУНТОВ И.В. Носков, Д.И. Цысь, А.В. Крайванов, И.Н. Цысь В статье приведены методика и результаты испытаний винтовых свай «КРИННЕР» в условиях морозного пучения грунтов. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о перспективности применения свай «КРИННЕР» в пучинистых грунтах региона. Ключевые слова: винтовая свая, морозное пучение, стенд, полевые испытания, лабораторные испытания. ВВЕДЕНИЕ В малоэтажном строительстве способ и качество изготовления фундамента не менее значим, чем при строительстве высотных зданий и сооружений. Монолитный бетонный и железобетонный фундамент достаточно дорог и часто составляет основную часть стоимости постройки малоэтажного дома и, кроме того, требует длительного времени производства работ. В условиях долгой зимы в большинстве регионов России, а особенно в Сибири, использование в индивидуальном строительстве монолитных бетонных и железобетонных фундаментов ограничено в связи с производством работ при отрицательных температурах. Наиболее удачная альтернатива устройству монолитных фундаментов свайновинтовой фундамент, при устройстве которого которого используются винтовые сваи «КРИННЕР» (рисунок 1, таблица 1) компании «KRINNER Schraub-fundamente GmbH» (Германия), состоящие из кованного конусного корпуса из трубной заготовки с приваренной спиралью. Основной отличительной особенностью свай «КРИННЕР» является применение лопастей малых диаметров с большим количеством витков. Защита сваи от коррозии обеспечивается методом горячего цинкования. Такой фундамент легко устанавливается не только на обычных грунтах, но и на каменистом грунте, асфальтированных и мощеных поверхностях. Кроме того, винтовые сваи могут применяться не только в малоэтажном строительстве, но и для установки ограждений, дорожных знаков, рекламных конструкций и т.д. (рисунок 2). Винтовые сваи «КРИННЕР» отлично подходят для строительства зданий и сооружений на участках со сложным рельефом и ландшафтом. Технология винтового фундамента позволяет быстро и экономно создать прочный и долговечный фундамент под любые малоэтажные здания и сооружения. Рисунок 1 Разновидности свай «КРИННЕР» Преимуществами винтовых свай «КРИН- НЕР» по сравнению с традиционными свайными технологиями являются: - возможность установки свай в труднодоступных местах; - отсутствие земляных работ; - возможность круглогодичного (в том числе в зимних условиях) ведения строительномонтажных работ с высокой скоростью и низкой трудоемкостью монтажа; - безударность погружения малыми крутящими моментами с помощью специальных сваепогружающих механизмов (рисунок 3) или малогабаритного оборудования (рисунок 4); - простота полного демонтажа данного типа фундамента и возможность его неоднократного использования (гарантийный срок эксплуатации 70 лет) - позволяет применять их при строительстве временных зданий и сооружений в военном, гражданском, промышленном и электросетевом строительстве. ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК
2 НОСКОВ И.В., ЦЫСЬ Д.И., КРАЙВАНОВ А.В., ЦЫСЬ И.Н. Таблица 1 Номенклатура винтовых свай «КРИННЕР» Наименование Описание Масса, кг G3 66 x 700 Диаметр 0 66, длина 700 с резьбой 2,5 под 3 болта М8 66 x 650 Диаметр 0 66, длина 650 2,0 66 x 550 Диаметр 0 66, длина 550 1,5 K x 370 Для сада и кемпинга 0,3 U111x размер проушины, длина ,6 U 91x размер проушины, длина ,9 U111x размер проушины, длина 865 2,8 U 91x размер проушины, длина 865 2,8 U 71 x размер проушины, длина 865 2,8 G4 90 x 1200 Диаметр 090, длина , 7,0 G4 90 x 1000 для труб с резьбой под 5,5 G4 90 x болта М12 3,5 G4 76 x 1000 Диаметр 076, длина 1000, для труб с резьбой под 4 болта М12 3,5 M12 76 x 1200 Диаметр 0 76, длина , 5,4 диаметр фланца 0 144mm с резьбой в M12 76 x ,5 центре под болт M12 и отверстиями по M12 76 x 800 окружности 6 x 11 3,8 M x ,0 M x 3000 Диаметр 0 76, длина ,0 M x 2500, диаметр фланца 0 220mm с резьбой 1 9,0 M x 2000 в центре под болт M24 и отвер- 15,0 M x 1600 стиями по окружности 6 x 13 13,0 M x ,0 M x ,0 M x 2000 Диаметр 0 90, длина ,0 M x 1600, диаметр фланца с резьбой в 13,0 M x 1200 центре под болт M24 и отверстиями по 10,0 окружности 6 x 13 M x 3500 Диаметр 0 114, длина ,0 M x 2000, диаметр фланца с резьбой 20,0 в центре под болт M24 и отвер- M x ,0 M x 1200 стиями по окружности 6 x 13 12,0 G3 114 x 1400 Диаметр 0105, длина ,0 G3 114 x 1200, для труб , с резьбой 10,0 G3 114 x 1000 под 3 болта М16 7,0 L140x2000 Диаметр 0 140, длина ,0 L 140 x ,0 L 140 x ,0 132 ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК
3 ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ВИНТОВЫХ СВАЙ «КРИННЕР» В УСЛОВИЯХ МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ ГРУНТОВ Рисунок 2 Область применения винтовых свай «КРИННЕР» Рисунок 3 Сваепогружающие механизмы В настоящее время основным сдерживающим фактором распространения винтовых свай «КРИННЕР» является недостаточная изученность их работы для различных видов грунтов, в том числе в зимних условиях эксплуатации при воздействии на них сил морозного пучения. Успешное внедрение винтовых свай «КРИННЕР» для устройства фундаментов при строительстве зданий и сооружений возможно на основании полученных положительных результатов после проведении экспериментальных полевых, в том числе в зимних условиях, лабораторных и расчетнотеоретических исследований с учетом особенностей грунтов регионов. Рисунок 4 Малогабаритное оборудование для погружения винтовых свай «КРИННЕР» На территории города Барнаула и его окрестностей такие исследования проводятся в настоящее время преподавателями и аспирантами кафедры «Основания, фундаменты, инженерная геология и геодезия» в рамках ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК
4 НОСКОВ И.В., ЦЫСЬ Д.И., КРАЙВАНОВ А.В., ЦЫСЬ И.Н. договора с официальным представителем компании «KRINNER Schraubfundamente GmbH» в России ООО «Криннер-Сибирь» (директор Баранов В.В.). непрерывный контроль за нагрузкой по образцовому манометру. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Согласно програе исследований совместно с сотрудниками ООО «ГеоПроект- СтройАлтай» с учётом необходимости неоднократного монтажа и демонтажа, а также для обеспечения возможности перевозки малотоннажными транспортными средствами был разработан ( авторы А.В. Крайванов, И.В.Носков) и изготовлен испытательный стенд универсальная установка по испытанию винтовых свай «КРИННЕР» в натуральных (полевых) условиях (УУ-ВСК) (рисунок 5, рисунок 6). Стенд представляет собой сборноразборную металлическую стержневую конструкцию пирамидального типа с треугольным основанием, рассчитанную на нагрузку до 700 кн. Наклонные стойки и стержни основания, выполнены из двух стержней, соединенных натяжными муфтами. При вращении натяжных муфт длина стержней может регулироваться в диапазоне нескольких десятков сантиметров, что обеспечивает точность совмещения фланцев анкерных свай и фланцев стенда, а также соосность приложения нагрузки на испытываемую сваю. Номинальные размеры сторон основания стенда составляют 2,05 м, расстояния от центра анкерных свай до центра испытуемой сваи 1,18 м. ГОСТ [1] регламентирует расстояние от оси испытываемой натурной сваи до анкерной сваи, а также до опор реперной системы не менее 5d (d диаметр сваи), но не менее 2 м для свай диаметром до 800. При этом допускается для винтовых свай расстояние между испытываемой и анкерной сваями в свету уменьшать до 2d. Очевидно, что для винтовых свай малого диаметра данные требования некорректны: при малых расстояниях сваи оказываются в зонах взаимного влияния. В стенде, разработанном для испытания свай «КРИННЕР», расстояния от центра анкерных свай до центра испытываемой сваи превышают 10d испытываемой сваи. Загружение свай осуществлялось с помощью гидравлического домкрата грузоподъемностью 30 тс. Гидравлический домкрат позволяет обеспечить плавность загружения и Рисунок 5 Стенд УУ-ВСК (фронтальная проекция) Рисунок 6 Стенд УУ-ВСК (вид сверху) Для измерения осадки опытной сваи применялись механические приборы: индикатора часового типа ИЧ-50 (цена деления 0,01 ) и прогибомеры Максимова ПМ-3 (цена деления 0,1 ). Держатели приборов устанавливались на расстоянии 0,8 м от центра опытной сваи, что составляет не менее 7d свай. Вертикальные перемещения анкерных свай контролировались с помощью индикаторов часового типа ИЧ-10-2М. 134 ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК
5 ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ВИНТОВЫХ СВАЙ «КРИННЕР» В УСЛОВИЯХ МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ ГРУНТОВ МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ В соответствии с програой работ по определению влияния сил морозного пучения на работу винтовых свай «КРИННЕР» в зимних условиях проведено испытания 16 свай на экспериментальной площадке с грунтовым основанием, сложенным супесями, лессовидными, пластичными, сильнопучинистыми (рисунок 7). Рисунок 7 Винтовые сваи «КРИННЕР» на экспериментальной площадке Характеристики грунтов экспериментальной площадки приведены в таблице 2. Таблица 2 Характеристики грунтов экспериментальной площадки Номер площадки 1 Номенклатурный вид грунта Супесь лессовидная пластичная, сильнопучинистая Удельный вес грунта кн/м 3 Угол внутреннего трения, град. Удельное сцепление грунта, КПа Модуль деформации грунта, МПа γ н ϕ н Cн Е 18, Винтовые сваи были погружены в пучинистые грунты в зону их промерзания (длина свай 2,0 м, нормативная глубина промерзания супесей на экспериментальной площадке -2,3 м.) до наступления отрицательных температур. Сваи были оставлены в грунте без нагрузки и в течении зимнего периода снимались показания деформаций свай от воздействия сил морозного пучения ( рисунок 8). Рисунок 8 Снятие вертикальных перемещений винтовых свай «КРИННЕР» от воздействий сил морозного пучения Результаты испытаний винтовых свай «КРИННЕР» на экспериментальной площадке приведены в таблице 3. Таблица 3 Результаты испытаний свай от воздействия сил морозного пучения свай I этап (ноябрьдекабрь) 2010г Превышения, II-этап (январь 2011г) III-этап (февральмарт 2011г.) I II III Полученные результаты свидетельствуют о существенных различиях в работе винтовых свай «КРИННЕР» при воздействии сил морозного пучения в отличии от забивных и набивных свай. ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК
6 НОСКОВ И.В., ЦЫСЬ Д.И., КРАЙВАНОВ А.В., ЦЫСЬ И.Н. В период проведения экспериментальных наблюдений деформаций свай от действия сил морозного пучения грунтов практически не наблюдалось (таблица 3). Разница между начальными измерениями (при минимальных отрицательных температурах) и последующими измерениями деформаций (при максимальных отрицательных температурах) находится в пределах ошибки измерений. ВЫВОДЫ 1. Полученные экспериментальные результаты показывают отсутствие вертикальных деформаций винтовых свай «КРИННЕР» вызванных силами морозного пучения грунтов основания. 2. Винтовые сваи «КРИННЕР» эффективно противостоят силам морозного пучения и могут успешно эксплуатироваться в зимних условиях при строительстве зданий и сооружений на территории Алтайского края. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. ГОСТ Грунты. Методы полевых испытаний сваями [Текст]. М.: ИПК Изд-во стандартов, с. УДК ИССЛЕДОВАНИЕ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ ПЕСЧАННОЙ ПОДУШКИ И ЕЕ ОСНОВАНИЯ ИЗ ЛЕССОВЫХ ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТОВ И.В. Носков, Г.И. Швецов, Ю.А. Гатилов В статье приведены методика и результаты испытаний совместной работы песчаной подушки и лессового основания в грунтовых условиях г.барнаула. Описаны преимущества песчаных подушек, приведены экспериментальные данные свидетельствующие о перспективности применения песчаных подушек как метода фундирования в грунтовых условиях региона. Ключевые слова: грунт, напряжения, деформации, просадка, песчаная подушка, полевые испытания. ВВЕДЕНИЕ Устройство грунтовых (песчаных) подушек является одним из эффективных методов снижения влияния негативных последствий, а именно значительных деформаций (просадок), при строительстве зданий и сооружений на лессовых просадочных грунтах. В настоящее время при строительстве на лессовых просадочных грунтах региона, как правило, используют в качестве фундаментов свайные и плитные фундаменты. При этом фундаменты проектируются со значительным запасом, т.к приходится при устройстве свайных фундаментов учитывать значительную мощность просадочной толщи (до 12 метров), а при устройстве плитных фундаментов учитывать при расчетах локальное замачивание грунтов основания. Замена свайных и плитных фундаментов на ленточные и отдельностоящие фундаменты, основанием которых будет служить песчаная подушка, сдерживается на территории региона из-за отсутствия достаточного экспериментального опыта. Для снижения стоимости нулевого цикла и внедрения перспективного и эффективного метода фундирования кафедрой «Основания, фундаменты, инженерная геология и геодезия» совместно с ООО «Жилищная инициатива» в период с 2007 по 2010 гг. выполнены работы по исследованию совместной работы песчаной подушки и ее основания из лессовых просадочных грунтов. ПРОГРАММА ИССЛЕДОВАНИЙ Для разработки рекомендаций по проектированию и устройству двухслойного основания с применением песчаной подушки на лессовых просадочных грунтах была составлена програа исследований включающая в себя: 136 ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК