Реконструкция и техническая модернизация действующих промышленных предприятий часто сопровождается с необходимостью возведения дополнительных корпусов без остановки действующего производства. Эти мероприятия осложняются наличием в основании фундаментов просадочных и слабых грунтов. Опытом применения эффективной комплексной технологии уплотнения грунтов на территории действующего промышленного предприятия поделился Дмитрий Стешенко.
Дмитрий Стешенко – кандидат технических наук, доцент кафедры Строительства Северо-Кавказского федерального университета, руководитель Международного Геотехнического центра.
В г.Благодарном Ставропольского края в июле 2009 г. началось строительство крупнейшего на Юге России птицеперерабатывающего комбината. На территории действующего предприятия ЗАО «Ставропольский бройлер» необходимо было построить производственное здание комбината, административно-бытовой корпус, цех технических фабрикатов, аммиачную компрессорную, насосную станцию и резервуары чистой воды. Стоимость проекта, разработанного известным бельгийским архитектором Патриком Тасс, составляла более 25 миллионов долларов, площадь застройки комплекса возводимых сооружений 2,5 га.
Город Благодарный, наравне с соседним промышленным Буденовском, можно считать наиболее просадочными городами России, а, возможно, и мира. Поэтому при проектировании фундаментов данного высокоответственного объекта нам пришлось учитывать: многочисленные деформации зданий и сооружений в указанных городах края, возможность техногенного замачивания и обводнения застроенной территории и последующие аварийные деформации зданий, возможность водоструйного суффозионного размыва даже уплотненных суглинков при случайных локальных порывах водонесущих коммуникаций, возможность низкобальных землетрясений силой до 6-ти баллов.
Кроме этих объективных факторов при выборе метода подготовки оснований нам пришлось учитывать: исключительно сжатые сроки строительства (один год), наличие существующих зданий, наземных и подземных коммуникаций, вплотную примыкающих к площадке нового строительства, отсутствие времени на проведение опытных работ, большие размеры производственного корпуса.
Анализ ситуации привел нас к выводу, что решить проблему можно, если применить новые комплексные методы, обеспечивающие выполнение работ широким фронтом.
Несмотря на то, что площадка строительства располагалась на территории действующего предприятия и расстояние до некоторых строений не превышало 15 метров, нами было принято решение запроектировать устранение просадочных свойств грунтов комплексной технологией, включающей глубинные взрывы (гидровзрывной вариант) и уплотнение буферного слоя грунтовыми сваями.
Технология включала следующие виды работ: разработку котлованов и карт-захваток для производственного корпуса, устройство подводящего трубопровода к площадкам, установку ограждения, разбивку основных габаритов зданий и мест бурения дренажно-взрывных скважин, бурение дренажно-взрывных скважин, установку зарядов аммонита 6ЖВ и игданита в скважины с выводом на поверхность основного и дублирующего детонирующих шнуров, засыпку дренажно-взрывных скважин дренирующим материалом (щебнем), установку поверхностных марок и первоначальную нивелировку площадок и окружающей территории до начала замачивания, замачивание просадочной толщи грунта через дренажно-взрывные скважины, нивелировку по поверхностным маркам после окончания замачивания, перед началом взрывных работ, производство взрывных работ, нивелировку после окончания взрывных работ, уплотнение верхнего «буферного» слоя грунта буронабивными грунтовыми сваями, изготовленными шнековым способом, контрольное бурение скважин с отбором монолитов для определения физико-механических свойств грунтов по всей глубине уплотненной толщи и статическое зондирование производилось до начала работ и после их окончания.
Подлежащая уплотнению просадочная толща лессовых грунтов замачивалась через совмещенные дренажно-взрывные скважины диаметром 180 мм, пробуренные на глубину 6 метров по сетке 3,5 × 4,0 м в шахматном порядке. Совмещение дренажных и взрывных скважин позволило выполнить буровые работы за десять дней.
После установления в скважинах зарядов взрывчатого вещества (водостойкий аммонит 6ЖВ и игданит) скважины засыпали дренажным материалом (щебнем) и производили замачивание напуском воды в карты-котлованы.
Достаточное количество воды, подаваемой из трубопровода в котлованы напуском, позволило добиться равномерного замачивания толщи. Объем воды установили из расчета заполнения водой 80% пор (Sr=0,8) и промачивания не более 2/3 просадочной толщи, что составило примерно 6 м3 на 1 м2 уплотняемой площади. Общее количество воды, поданной в котлованы, составило 100 000 – 120 000 м3.
Взрывание зарядов ВВ производилось через 3 суток после полного впитывания воды в котловане и высыхания дна котлована. Перерыв между замачиванием и взрывами проводился с целью подсыхания верхнего буферного слоя, к уплотнению которого приступали сразу после выполнения взрывных работ.
Взрывы производили по схеме так, чтобы динамическое воздействие каждого последующего взрыва дополняло действие предыдущего. Сначала подрывали контурные (внешние) заряды для отрыва замоченной части основания от незамоченной части массива.
Послевзрывная просадка грунта определялась по величине осадки поверхностных марок. Для наблюдений за осадками поверхности дна котлованов были установлены 603 поверхностные марки. Большая и быстрая просадка котлована наблюдалась сразу после взрывных работ, в течение нескольких часов, и через 7 суток составила в среднем 1,5 м.
Контрольные изыскания, выполненные на площадке строительства через год после выполненных работ, показали дальнейшее значительное увеличение физико-механических характеристик уплотненных грунтов, наступившее за счет дополнительной их консолидации.
После выполнения взрывов в котловане буферный слой толщиной 2,0-3,0 м уплотнили грунтовыми сваями, изготовленными обратным вращением шнека. Для набивки грунтовых свай использовали местный маловлажный суглинок. Бурение скважин шнеками диаметром 180 мм и набивку грунта в скважины осуществляли тяжелыми буровыми самоходными установками на базе а/м КАМАЗ и ЗИЛ-131. Они позволяли создавать удельное давление на забое скважин Р>10 кгс/см2.
После достижения заданной глубины шнекам давали обратное вращение, при котором происходило перемещение грунтового материала сверху вниз, к забою скважины. Одновременно сверху подавался грунтовый материал в устье скважины на буровой снаряд. Вращающиеся в обратную сторону шнеки перемещали подаваемый грунт сверху вниз, к забою скважины, где под нижним шнеком грунт уплотнялся.
По опыту работ после достижения максимальной плотности скелета rdmax (1,75-1,80 г/см3) наступает момент подъема (выталкивания) колонны шнеков и бурового станка весом более 6 тонн. Набивку грунта производили «до отказа». Одновременно с уплотнением забоя грунт задавливается и в стенки скважины, чем достигается уплотнение грунта вокруг сваи в радиусе 0,50-0,55 м.
При выполнении указанной технологии снизу вверх формировалась буронабивная грунтовая свая диаметром около 0,5 м с уплотненным вокруг нее грунтом в радиусе 0,5 м. При расстоянии между сваями в 1,0 м в основании фундаментов и около них создается массив из плотного непросадочного грунта с высоким значением модуля деформации и повышенными значениями прочностных характеристик.
Необходимо отметить, ни на одном из зданий действующего предприятия, находящегося на расстоянии иногда не превышающем 30 метров от производства работ, не было отмечено деформаций связанных с выполнением взрывных работ, несмотря на то, что все здания комбината имели трещины и деформации, полученные при их эксплуатации. Все работы были выполнены без остановки действующего предприятия.
В течение двух месяцев комплексной технологией с глубинными взрывами нами было уплотнено более 600 тыс. м3 просадочных грунтов, были значительно сокращены сроки строительства и получена экономия более 1 миллиона долларов США.
Мария Галыч
11.12.2022 г.