ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СОСТАВНЫХ МИКРОСВАЙ ДЛЯ РЕКОНСТРУКЦИИ ЖИЛОГО ЗДАНИЯ

Одна из эффективных технологий, применяемых для усиления или замены фундаментов при реконструкции, капитальном ремонте жилых зданий в условиях плотной городской застройки, основана на использовании составных микросвай [1]. Их погружение в основном осуществляют вдавливанием. Такой подход позволяет устранить действие знакопеременных, динамических, вибрационных нагрузок на конструкции объекта при устройстве свайного основания.

Для реконструкции 3-х этажного жилого дома по ул. Молодежной в г. Грязовце предусмотрено применение составных прецизионных свай заводского изготовления [3]. Они, по сравнению с другими типами таких конструкций, имеют существенные технологические, конструктивные и эксплуатационные преимущества. При этом их параметры могут быть весьма разнообразны. Они отличаются размером сечения и длиной элементов, наличием полости и ее диаметром, армированием и т.п. Типоразмер сваи зависит от  инженерно-геологических условий на строительной площадке, ее стесненности, объемно-планировочного и конструктивного решения объекта, метода организации  строительных работ, и т.п. Во всяком случае, для конкретного объекта, обоснование рациональных параметров микросвай является не простой задачей.

Известно, что сравнение таких решений следует осуществлять на основе технико-экономического анализа конкурентоспособных вариантов [4], с учетом необходимости снижения материалоемкости, трудоемкости, сметной стоимости строительства, эксплуатационных расходов, а также экономии энергетических ресурсов; применения эффективных строительных материалов и конструкций; снижения массы несущих и ограждающих конструкций; физико-механических свойств материалов, а также прочностных и деформационных характеристик грунтов основания. Марки конструкций по несущей способности и другим показателям должны назначаться в строгом соответствии с конкретными эксплуатационными условиями проектируемого объекта и природно-климатическими условиями района строительства». Указанные критерии не охватывают весь их комплекс, однозначно определяющий наиболее предпочтительную технологию устройства свайного основания. Даже учет только технических возможностей и экономических интересов изготовителя свай и подрядной строительной организации приводит к большому разнообразию возможных вариантов приемлемых технологических решений.

На первом этапе для обоснования основных технических параметров микросвай в качестве критерия приняли устранение избыточности  (1). Его значения определяли, вычисляя суммарную несущую способность по грунту свайного основания и действующую на него нагрузку:

                                                             (1)

F_di – несущая способность i-й сваи по грунту, кН;

n – количество свай в основании объекта;

P_j – нагрузка от j-го элемента объекта на свайное основание, кН;

m – количество элементов объекта, нагрузку от которых воспринимает свайное основание.

При таком подходе, меньшему значению Δ соответствует более эффективное решение свайного основания. Однако этот показатель не учитывает объемно-планировочное решение объекта.

В качестве дополнительного критерия определяли долю свай  (2), расположенных в местах пересечения основных осей объекта. Его значения вычисляли из соотношения:

                                                                  (2)

n – количество свай в основании,

n₁ – количество свай на пересечении основных осей.

Для примера на рисунке 1 представлен план свайного основания реконструируемого объекта при диаметре микросваи 139 мм.

Диаметр получен исходя из толщины стенки трубы, подобранной по сортаменту [2]. Наружный диаметр трубы 159 мм, стенка трубы 10 мм.

Рисунок 1. План свайного основания реконструируемого объекта при диаметре микросваи 139 мм

Такой показатель, с одной стороны, характеризует объемно планировочное решение объекта, а с другой – несущую способность сваи по грунту. Таким образом, обеспечивается возможность учитывать взаимосвязь подземной и надземной частей здания. При этом меньшему значению  соответствует большая надежность свайного основания.

Результаты вычислений представлены в таблице 1.

Таблица 1

Сравнительная таблица диаметров свай

Из представленных в таблице результатов следует, что по критериям устранения избыточности и адекватности несущей способности по грунту объемно-планировочному решению для реконструируемого объекта в наибольшей мере предпочтительно применение микросвай диаметром 139 мм.

Из результатов, представленных в таблице, следует, что интенсивности изменения величины Δ*Δ₁ при варьировании диаметра сваи от 139 до 183 мм и от 225 до 275 мм существенно различаются. То есть, на границе этих диапазонов имеет место некоторое качественное различие в эффективности применения микросвай разных диаметров. Установлено, что такая характерная граница составляет 220 мм. Она обусловлена существенным различием характера работы грунта под нижним концом сваи меньшего и большего диаметров. На наличие границы указывает ряд известных работ. Их содержание отражено в нормативных документах, например, в приложении 6 таблицы 7.2 СП 24.13330.2011 Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85 (с Изменением N 1)-- «Значение расчетного сопротивления под нижним концом забивных свай сечением 0,15х0,15 м и менее, используемых в качестве фундаментов под внутренние перегородки одноэтажных производственных зданий, допускается увеличивать на 20 %».

Согласно [1], микросваи представляют собой «сваи диаметром менее 300 мм, изготовляемые на строительной площадке (буроинъекционные сваи) и сваи предварительно изготовленные (заводского изготовления) со стороной сечения до 150 мм». То есть, с одной стороны, микросваи круглого сечения могут иметь диаметр до 300 мм. С другой, в ГОСТе не в полной мере отражена достаточно широкая практика применения микросвай круглого сечения заводского изготовления. Из них, как определено выше, наиболее эффективны с диаметром не более 220 мм.

Основные выводы

1. Для обоснования основных параметров микросвай, используемых при реконструкции объекта, предложен интегральный критерий эффективности их применения, который учитывает  инженерно-геологические условия строительной площадки, объемно-планировочное решение объекта и целесообразность устранения избыточности несущей способности свай по грунту.
2. Для реконструируемого объекта обоснованы рациональные значения параметров составных микросвай заводского изготовления. Их диаметр не должен превышать 220 мм, а наиболее эффективен - 139 мм.
3. Показана необходимость трансформации понятия «микросвая» и их нормативных характеристик с учетом характера ее взаимодействия с грунтом и опыта широкого применения свай заводского изготовления.

Список литературы:

1. ГОСТ Р 57342-2016/EN 14199:2005 Микросваи. Правила производства работ. - М.: Стандартинформ, 2017. -36с.
2. ГОСТ 8732-78 Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Сортамент (с Изменениями N 1, 2). -М.: ИПК Издательство стандартов, 2004. -13с.
3. Патент РФ №2433911 Российская Федерация, МПК B 28 B 7/00. Ю. М. Придатко, А.В.Давыдов и др. – Арматурно-формовочный блок для изготовления сборных элементов // БИ №32, опубл. 20.11.2011. – 46с.
4. ТП 101-81* Технические правила по экономному расходованию основных строительных материалов. Актуализированная редакция 01.01.2019. – 51с.