Современные технологии строительства и реконструкции зданий

Рис. 3.6. Примеры устройства монолитной стены в грунте вблизи существующих зданий

Современные западные геотехнологии ограждения котлованов адаптированы к инженерно-геологическим условиям Санкт-Петербурга. На рис. 3.6 показаны примеры устройства монолитной стены в грунте вблизи существующих зданий. «Стена в грунте» для самого большого подземного сооружения в центральной части Санкт-Петербурга на острове Новая Голландия показана на рис. 3.7.

Рис. 3.7. «Стена в грунте», на острове Новая Голландия

Рис. 3.8. Реконструкция Каменноостровского театра

При реконструкции Каменноостровского театра (рис. 3.8) выполнялись работы по реставрации исторического здания и устройству подземного пространства глубиной 6,5 м. Эта работа уникальна для мировой геотехнической практики (реставрационный вариант технологии top-down, когда вверх идет реставрация, а вниз – подземное строительство).

В Киеве башни «Sky Towers» у Центрального ЗАГСа взметнутся на 47 этажей вверх и уйдут на восемь вниз. Впервые для Киева здание строят сверху вниз – экскаваторы выкапывают нижние этажи под уже построенными!

Фундаменты:

? глубина заложения баррет – до 64,5 м;

? глубина заложения фундаментной плиты – 28 м;

? толщина «стены в грунте» – 1,2 м;

? глубина «стены в грунте» – от 50,5 до 53,5 м.

Барреты – глубокие опоры, изготовленные в грунте. Сначала бурят колодец, затем устанавливают арматуру и заливают бетон. Все это производится под давлением, при помощи бурового раствора (часто – бентонита). Применяются при строительстве на слабых грунтах (за счет большой глубины можно добраться до плотных слоев) и плотной застройки (отсутствуют вибрации, как при забивании свай).

«Стена в грунте» строится аналогично барретам – бурение, установка арматуры и бетонирование.

Технология возведения башен:

? Сооружается «стена в грунте» по периметру участка строительства.

? Заливаются фундаментные буроинъекционные сваи – барреты.

? Вырывается котлован до некоторой отметки – например, «-1» этаж. На дне котлована заливается междуэтажное перекрытие, а также перекрытие на уровень выше – они выполняют функцию двухъярусных распорок «стены в грунте». В перекрытиях оставляют технологические проемы.

? Экскаваторы выбирают грунт сначала в местах технологических проемов, а затем – под перекрытиями этажа, расположенного выше.

? Когда экскаваторы выбрали грунт на весь объем этажа, заливаются следующие перекрытия и процесс повторяется, пока строители не достигнут нижнего уровня по проекту. Когда весь грунт выбран и перекрытия залиты, уже традиционно, снизу вверх, заливаются технологические проемы (лифтовые шахты или пандусы паркинга).

В комплексе с барретами и «стеной в грунте» этот способ позволяет сохранить здания окружающей застройки. Это будет первое в Киеве здание выше 200 м, построенное в сложных геологических условиях, где потребовались глубокие и уникальные фундаменты по технологии top-down.

Погружение шпунтовых свай

При данной технологии используются сварные стальные шпунтовые сваи из элементов полукруглого профиля «сваи F-профиля».

Полукруглый профиль свай – это наиболее экономичная форма шпунтовых свай в сравнении с традиционными корытными и тавровыми сваями. Экономия достигается как за счет сокращения используемого металла, так и за счет уменьшения трудозатрат при монтаже свай.

При этом сваи из элементов полукруглого профиля обладают рядом преимуществ. Они способны выдерживать большие нагрузки, их момент сопротивления – до 12 000 см

на погонный метр стенки. Сваи F6012 с моментом сопротивления 6000 см

на погонный метр стенки применены при строительстве многофункционального комплекса у Московского вокзала в Санкт-Петербурге, что позволило отказаться от «стены в грунте» и выработки котлована по технологии top-down и вести выемку грунта открытым способом.

Ширина панелей из свай F-профиля может достигать 2 м, что влечет за собой сокращение циклов погружения. Техника не требует модернизации – при вибропогружении применяются обычные штатные зажимы для корытообразного профиля, а при забивке свай ударным методом используют простейшие наголовники.

Благодаря меньшей металлоемкости, сокращению рабочих циклов погружения из-за увеличения ширины профиля, ввиду его высокой оборачиваемости, т. е. возможности повторного использования, экономия может составлять 25–35 % по сравнению с применением обычных шпунтовых свай.

Сварные сваи и панели из элементов полукруглого профиля широко применяются в условиях плотной городской застройки для котлованов глубиной до 10 м без раскрепления и глубиной до 24 м с раскреплением или анкеровкой. Замки шпунтовых свай конструкции ПО «Берегсталь», обладая хорошей грунто– и водонепроницаемостью, обеспечивают надежную гидроизоляцию котлованов при возведении фундаментов.

Инновационные решения для свайного фундаментостроения

При участии Российской инженерной академии разработан комплекс оборудования для свайного фундаментостроения, обеспечивающий полномасштабное техническое оснащение новейших технологий свайного фундаментостроения.

Комплекс включает в себя комплект модельного ряда безударно погружаемых инъекционных устройств для изготовления железобетонных набивных свай всех типоразмеров без выемки земли, а также комплект модельного ряда универсальных вдавливающих устройств для безударного и бесшумного погружения забивных свай (всех типоразмеров) и свайных элементов. Данный комплекс уже применялся на ответственных социальных объектах (рис. 3.9).

Цель разработки комплекса – техническое обеспечение новейших быстрых технологий изготовления фундаментов из безударно-вдавливаемых железобетонных и виброинъекционных набивных свай. Техническое обеспечение должно быть направлено на повышение надежности и несущей способности применяемых ныне забивных и набивных свай, сокращение объемов земляных работ при одновременном уплотнении грунта (за счет устройства фундаментных колодцев без выемки земли), сокращение сроков и снижение стоимости изготовления фундаментов.

Рис. 3.9. Реконструкция 2-й сцены Мариинского театра СПб

Общие характеристики комплекса:

? вдавливающие устройства оснащены новыми зубчатыми инерционными полигармоническими самобалансными вибраторами, способными в широком диапазоне амплитуд и ускорений безударно и бесшумно (т. е. без динамических воздействий на окружающую среду) создавать вдавливающие усилия от десятков до сотен и даже тысяч тонн;

? конструкции универсальных погружающих устройств позволяют им быть как свободно подвесными на крюковых обоймах кранов, так и навесными – на широко распространенных копровых установках грузоподъемностью 3, 5, 10, 16 и 25 тс.

Первому направлению соответствует комплект модельного ряда высокопроизводительного унифицированного вибропробивного инъекционного устройства для изготовления железобетонных набивных свай без выемки земли.

Предлагаемые высокоамплитудные поличастотные погружающие устройства, оснащенные приводными вращающими механизмами, защищенными от внешних воздействий со стороны уплотняемого грунта, выгодно отличаются от существующих устройств тем, что способны обеспечить изготовление фундаментных колодцев в широком диапазоне диаметров и глубин, а также в несущих грунтах (без выемки самого грунта) при существенно большей производительности и меньших энергозатратах.

Отсутствие колебательных движений формообразующего корпуса при вдавливании его в грунт исключает утрамбовку грунта, что резко снижает лобовое сопротивление грунта и практически исключает передачу динамических нагрузок на близстоящие сооружения.

Был создан унифицированный ряд высокопроизводительных вибровдавливающих инъекционных устройств для изготовления колодцев (без выемки земли) и железобетонных набивных свай, например, – высокопроизводительное малоэнергоемкое навесное устройство, которое способно (без выемки земли) обеспечить: глубину колодцев (и сваи) – до 20 м; диаметры колодцев – 400, 530, 630, 820, 1020 и 1200 мм; время изготовления колодца и сваи – не более 15 мин; диапазон устанавливаемых мощностей – от 30 до 120 кВт; рабочий диапазон температур окружающей среды – от -25 °С до +40 °С. Источник энергии – сеть переменного тока напряжением 380/220 В, 50 Гц. Физический срок службы – не менее 10 лет. Расходы на материалы при эксплуатации – в среднем не более 10 000 руб. в год. Вибрационный и шумовой фон не превышает экологических норм.

Для погружения свайных элементов ныне известно значимое и широко применяемое до настоящего времени многообразие устройств (с использованием в качестве исполнительных зубчатых инерционных самобалансных вибраторов) ударного (вибромолоты), погружающего (вибропогружатели) и вдавливающего (комбинированные устройства) действия. Вибропогружающие устройства являются проверенным и отлично зарекомендовавшим себя оборудованием.

В Санкт-Петербурге применяют три типа свай в зависимости от инженерно-геологических условий площадки строительства (напластование, вид и характеристики грунтов):

? сваи, изготавливаемые с выемкой грунта;

? сваи, изготавливаемые с частичной выемкой грунта;

? сваи уплотнения, изготавливаемые без выемки грунта в результате его принудительного сжатия или вытеснения.

Способ устройства буроинъекционных свай по технологии Гидроспецстроя (микросваи)

Объем применения буроинъекционных свай (микросвай) за прошедшие годы вырос в десятки раз. Существенно обогатился опыт решения с их помощью сложных задач фундаментостроения. Разработаны новые технологические схемы устройства свай, создано новое отечественное и зарубежное оборудование, позволившее кардинально изменить ряд технологических операций и на этой базе повысить несущую способность свай и резко снизить трудоемкость изготовления.

В качестве Стандарта организации ЗАО «ПСУ Гидроспецстрой» приняты «Рекомендации по применению микросвай» или Стандарт организации СТО.

Рекомендации содержат классификацию свай в зависимости от их конструкции и технологии изготовления, указания по области применения, перечень технологического оборудования и материалов для изготовления свай, а также требования к расчету и проектированию фундаментов из микросвай (буроинъекционных свай).