Какие процессы необходимо учитывать перед выполнением работ "нулевого цикла" и погружением шпунта Ларсена?

31 июля 202331 июл 2023

6 мин

Оглавление

Таким образом, размеры области деформирования зависят от площади поперечного сечения и длины шпунта Ларсена, свойств грунта, скорости и очередности погружения.
Конструкции фундаментов в значительной степени определяются свойствами грунтов основания, поэтому необходимо рассматривать основание, фундамент и наземную конструкцию как единую систему, требующую совместного расчета.
При строительстве и эксплуатации сооружения изменяется естественное течение процессов, происходящих в грунтах основания, особенно в слое, залегающем непосредственно под подошвой фундамента (несущий слой), т.е. в наиболее напряженной зоне.

Автор: Георгий Лагвилава, заместитель Генерального директора
ООО «ГЕОРГИНЖИНИРИНГ»

Процессы, происходящие в грунтах при погружении шпунта Ларсена.

В сложных инженерно-геологических условиях наиболее эффективными являются свайные фундаменты. В стесненных условиях существующей застройки при забивке свай и погружении шпунта вблизи стоящих зданий развиваются дополнительные осадки от сотрясения, а конструкции зданий получают повреждения от действия инерционных сил.

Следовательно, при сооружении свайных фундаментов вблизи существующих зданий, необходимо иметь четкое представление о физической сущности процессов, протекающих в различных грунтах при погружении в них свай и шпунта, поскольку именно эти процессы оказывают влияние на состояние примыкающих к котловану зданий. Исходя из этого определяют конструкцию свай и порядок производства свайных работ.

При погружении свая или шпунт должны вытеснить грунт в объеме, по крайней мере равном объему сваи или шпунта. При проектировании и строительстве новых сооружений Вам необходимо предварительно установить степень опасности влияния забивки/погружения свай или шпунта на существующие здания, а также выбрать тип свай/шпунта, погружение которых не вызовет недопустимых вибраций.

При современных способах работ погружение шпунта Ларсена происходит быстро, а уплотнение грунтов, связанное с выжиманием воды из пор, требует значительного времени. Поскольку скорость движения воды в грунтах зависит от размеров пор, уплотнение грунтов разного состава будет протекать по-разному. По степени уплотняемости в процессе погружения сваи грунты можно подразделять следующим образом:

уплотняющиеся (песчаные, супеси);
частично уплотняющиеся (маловажные связные);
практически неуплотняющиеся (водонасыщенные глинистые).

При погружении свай в песчаные грунты в первый момент острие сваи, захватывая слои грунта, перемещает их вниз с одновременным уплотнением.

В маловлажных песчаных, супесчаных и гравелистых грунтах средней плотности и плотных при непрерывной забивке сваи может наблюдаться быстрое уменьшение отказов. После «отдыха» (перерыва на несколько дней в работе) погружение сваи может быть успешно продолжено, при этом отказ возрастает.

В насыщенных водой чистых песках и гравелистых грунтах, имеющих большие поры, вода отжимается быстро, что способствует перемещению частиц в значительной по глубине зоне под концом сваи и поэтому местная уплотненная зона не образуется.

При погружении свай в глинистые грунты возникают более сложные процессы. Забиваемая в грунт свая раздвигает в стороны и вдавливает вниз частицы грунта. В грунте вокруг сваи образуются поверхности скольжения и область перемятого грунта.

Если глинистые грунты неводонасыщенные, то при забивке сваи грунт в основном уплотняется за счет сокращения объема пор, заполняемых воздухом, Если глинистый грунт содержит мало коллоидных глинистых частиц, то разупрочнение от перемятия и динамических воздействий незначительно.

Наиболее интенсивно выпор грунта происходит в начале погружения шпунта Ларсена. Чем меньше уплотнение грунта, тем больше его выпор. Объем деформированного грунта может достигать 100 % объема погруженной сваи в зависимости от ее размеров, свойств грунта и способа погружения.

Таким образом, размеры области деформирования зависят от площади поперечного сечения и длины шпунта Ларсена, свойств грунта, скорости и очередности погружения.

При забивке шпунта Ларсена в мягкопластичные глинистые грунты вода не успевает уйти в окружающую грунтовую толщу и образует своего рода смазку боковой поверхности ствола шпунта, резко снижая сопротивление грунта по этой поверхности.
При погружении шпунта Ларсена в слабые водонасыщенные глинистые грунты уплотнения грунта практически не происходит ввиду малой скорости фильтрации воды по сравнению со скоростью погружения свай.

Конструкции фундаментов в значительной степени определяются свойствами грунтов основания, поэтому необходимо рассматривать основание, фундамент и наземную конструкцию как единую систему, требующую совместного расчета.

При строительстве и эксплуатации сооружения изменяется естественное течение процессов, происходящих в грунтах основания, особенно в слое, залегающем непосредственно под подошвой фундамента (несущий слой), т.е. в наиболее напряженной зоне.

Почти 50 % всех аварий происходит на объектах, находящихся в стадии строительства, 20 % — на готовых, но не сданных в эксплуатацию объектах, и 9 % — на объектах, эксплуатируемых не более 1 года, т.е. около 80 % деформаций происходит практически до периода эксплуатации.

Поскольку большинство аварий зданий и сооружений связано с фундаментами и основаниями, можно сделать следующие выводы:

Наиболее опасным является период загружения основания (строительство, монтаж оборудования, приложение полезной нагрузки);
Со временем по мере стабилизации основания вероятность возникновения аварии уменьшается. Эти положения справедливы для отдельно стоящих зданий и сооружений.

Поэтому проекты возведения новых зданий и сооружений, не предусматривающие эффективных мер, направленных на предотвращение деформаций конструкций ранее возведенных зданий, не могут быть реализованы на практике и должны расцениваться как недоработанные.

Поэтому наша команда инженеров и запрашивает у своих Партнеров: в первую очередь геологию (геологические изыскания), для правильного расчета длины шпунты Ларсена, марки стали, подбора вибропогружателей (оборудования), необходимости выполнения работы по лидерному бурению.

Как показывает анализ, причинами большинства возникающих повреждений зданий и сооружений являются ошибки, допущенные при инженерно-геологическом обосновании проектов. В результате этих ошибок снижается уровень проектов, качество строительства, надежность эксплуатации зданий и сооружений.

Ошибки

Чаще всего в практике строительства Заказчики, генподрядчики и подрядчики допускают следующие ошибки и нарушения технологических правил, приводящие к повреждениям зданий, расположенных вблизи строительных котлованов:

отсутствие утепления дна котлована, разрабатываемого зимой, что приводит к промораживанию грунта под существующими фундаментами;
разработка грунта вблизи существующих фундаментов, которая может привести к выпиранию грунта из-под фундаментов в котлован, разработанный ниже проектной отметки;
применение для рыхления мерзлого грунта и разрушения старых фундаментов тяжелых ударных механизмов (шар-молота или клин-молота); влияние их динамической работы сказывается на состоянии грунта в зависимости от его вида на расстоянии до 20 м и более;
использование при разработке котлована и удалении из него разбираемых старых фундаментов экскаватором с ковшом драглайн, передающим на грунт интенсивные динамические воздействия;
недостаточное уплотнение грунта обратной засыпки между новым и старым фундаментами, в результате чего он в последующем обводняется и самоуплотняется;
нарушение требований проекта производства работ по разработке котлована, креплению его стенок и возведению фундаментов в части устройства неподвижного шпунта и сохранения естественной структуры грунтов оснований соседних зданий.

Следовательно, при сооружении свайных фундаментов вблизи существующих зданий, необходимо иметь четкое представление о физической сущности процессов, протекающих в различных грунтах при погружении шпунта Ларсена, поскольку именно эти процессы оказывают влияние на состояние примыкающих к котловану зданий. Исходя из этого определяют конструкцию свай и порядок производства свайных работ.