СООРУЖЕНИЕ ФУНДАМЕТОВ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ОПОР МОСТА НА СВАЯХ-ОБОЛОЧКАХ С ПРИМЕНЕНИЕМ «ШПУНТОВЫХ» СВАЙ

Для рационального выбора типа фундамента мостовых сооружений необходимо учесть большое количество факторов. При строительстве в сложных инженерно-геологических условиях, например, при строительстве фундаментов опор мостов в акватории реки наиболее рационально применение свайных фундаментов. Развитие мостового фундаментостроения направлено по пути разработки новых, экономичных и надежных конструкций и методов их возведения, а также сокращения сроков и стоимости строительства при минимальном ущербе окружающей среде.

На сегодняшний день в свайном фундаментостроении обозначились три направления, предусматривающих повышение производительности труда и снижение потребления энергоресурсов:

1. разработка новых конструкций свай, уменьшающих нагрузки, трудозатраты и стоимость;

2. получение в непрерывном режиме готовых армированных свай необходимого типоразмера;

3. безударное и бесшумное вдавливание железобетонных свай всех типоразмеров промышленного изготовления, а также шпунты, трубы, сваи-оболочки.

Для решения данных задач разрабатываются новые уникальные конструкции свай и технологии их изготовления. Наиболее индустриальными и актуальными для сооружения фундаментов опор мостов являются сваи-оболочки.

Сваи-оболочки – железобетонные или металлические сваи, погружаемые вибропогружателями с выемкой грунта из их полости и заполняемые частично или полностью бетонной смесью [2, с.7].

Область применения фундаментов на сваях-оболочках:

• несвязные и малосвязные грунты основания опоры;
• большая глубина погружения свай.

Достоинства:

• индустриальность изготовления;
• большая несущая способность.

Недостатки:

• необходимость в машинах и механизмах высокой мощности;
• высокая энергоемкость.

В статье рассматривается метод возведения фундамента опоры моста из свай-оболочек с применением «шпунтовых» свай. Этот метод позволяет максимально снизить недостатки применения свай-оболочек.

Мост запроектирован через реку Северная Двина в Архангельской области. Русловая часть автодорожного моста на дороге IV технической категории согласно ГОСТ 52748-2007 выполнена в виде разрезного комбинированного пролетного строения. Мост запроектирован под расчетные подвижные нагрузки А14, Н14 и пешеходные нагрузки.

При разработке моста приняты следующие основные конструкционно-технические решения:

• схема моста 110+110+27 м;
• длина моста 247,650 м;
• габарит моста Г8+2х1,5;

• ширина пролетного строения –12 м;
• число полос движения — 2 (1 в каждую сторону);
• высота опор — 12,75 м.

Пролеты № 1,2 перекрываются металлическими фермами с ездой понизу из металла 15 ХСНД, длиной l=110 м. Пролёт № 3 перекрывается железобетонной преднапряженной балкой двутаврового сечения длиной l=27 м.

Береговые опоры - гибкие свайные двухрядные с наклонными сваями. Свайное поле состоит из 14 железобетонных свай диаметром 40см длиной 43 м. Сваи объединяются монолитным железобетонным ростверком с размерами поперечного сечения 1,9×0,7 м длиной 11,65 м. Расстояние в свету между сваями в поперечном направлении составляет 1,37 м.

Промежуточные опоры – столбчатые, однорядные, на свайном основании. Свайное поле состоит из 21 железобетонной сваи диаметром 40см длиной 51 м.

Сваи объединяются высоким монолитным железобетонным ростверком с размерами поперечного сечения 1,9×0,7 м длиной 11,65 м. Тело опоры состоит из двух столбов с размерами поперечного сечения 1,8х1,9 м (Рис.1).

Рисунок 1. Общий вид и поперечные разрезы моста

Главной задачей при разработке проекта производства работ является возведение свайного фундамента опор моста в русловой и пойменной частях реки с глубиной погружения свай более 40 м. Длина свай подобрана из условия высокой водонасыщенности и пластичности грунтов оснований, а так же сооружения фундамента в русле реки с высоким уровнем воды.

Основными трудностями при сооружении промежуточных опор моста на свайном основании, являются технологические трудности при устройстве свай с глубиной погружения более 40 м, образование внутри сваи-оболочки «грунтовой пробки» вследствие развития значительных сил трения между грунтом и внутренней поверхностью стенок сваи-оболочки [3].

Результатом этого является ограничение глубины погружения сваи-оболочки, либо необходимость применения очень мощного и дорогостоящего сваепогружающего оборудования. Для этого в проекте организации строительства применяются «шпунтовые» сваи-оболочки.

«Шпунтовые» сваи (Рис.2) представляют собой сваи-оболочки, поперечное сечение которых состоит из двух элементов в форме полукольца, соединенных замковыми соединениями (аналогичными шпунтовым), что позволяет отдельным элементам перемещаться один относительно другого вдоль продольной оси сваи в процессе погружения [4, с.3].

Рисунок 2. Поперечное сечение сваи-оболочки

1- кольцо сваи-оболочки; 2 - замковое соединение

При данном способе погружения сваи-оболочки передачу продольного усилия на сваю осуществляют попеременно на каждое полукольцевое сечение, связанных посредством замковых соединений, параллельных продольной оси сваи. После погружения сваи-оболочки на проектную глубину и обеспечения проектной несущей способности сваи полукольцевые элементы жестко соединяют, обеспечивая совместную работу сваи под нагрузкой.

Таким образом, в процессе погружения сваи-оболочки сопротивление грунта основания преодолевается за счет двух обстоятельств:

1.  за счет того, что удается избежать возникновения грунтовых пробок при погружении по отдельности составляющих полукольцевых элементов;
2. реализуется возможность передачи на отдельный полукольцевой элемент при его погружении всей энергии сваепогружающего оборудования, которая в традиционных способах приходилась на всю сваю-оболочку.

Следовательно, применяя данный метод можно получить увеличение глубины погружения сваи без повышения мощности сваепогружающего оборудования и, соответственно, возрастание несущей способности сваи. Кроме того, в комбинации данного метода со специальными средствами комплексной механизации типа КСВВИУ и КСВУ (сваевдавливающие устройства) можно получить бесшумное и безвибрационное погружение свай с минимальным нарушением структуры грунта. Таким образом, появляется возможность максимально снизить воздействие на окружающую среду.

Технология сооружения промежуточных опор №2, №3:

1.        На начальном этапе при невысокой сопротивляемости грунта основания погружению сваи осуществляется погружение всего кольцевого сечения сваи-оболочки.

2.        Далее при затрудненном погружении сваи-оболочки вследствие повышенного сопротивления грунта основания передачу энергии молота осуществляют лишь на один из составляющих полукольцевых элементов. Затем переставляют переходник для передачи энергии от машины на другой составляющий полукольцевой элемент. Далее этапы процесса погружения повторяют, чередуя погружение отдельных составляющих элементов сваи.

3.        Заключительный этап погружения (достижение проектной глубины) выполняется для всего кольцевого сечения сваи-оболочки, после чего следует жестко зафиксировать составляющие элементы для обеспечения совместной их работы в составе кольцевого сечения сваи-оболочки при восприятии эксплуатационных вертикальных нагрузок. [5, с.5].

Погружение сваи-оболочки осуществляется с одновременной выборкой грунта из внутренней полости. После полного погружения производят опускание арматурного каркаса и бетонирование сваи (Рис. 3).

Рисунок 3. Стадии производства работ по сооружению сваи-оболочки

Вывод: применение «шпунтовых» свай-оболочек при сооружении свайных фундаментов опор мостов позволяет:

1. погружать сваи на глубину более 40 м при использовании оборудования малой мощности;
2. повысить несущую способность свай;
3. максимально снизить воздействие на окружающую среду.

Список литературы:

1. Дубровский М.П., Литвиненко В.В. Способ погружения сваи-оболочки: пат. № 85216, 2009.
2. Дубровский М.П., Литвиненко В.В., Оганесян В.Т., Дубровская О.М. Инновационные конструкторско-технологические решения глубоководных гидротехнических сооружений свайной конструкции: статья УДК 627.24, Одесский национальный морской университет, г. Одесса, Украина – 2011, 6с.
3. СП 22.13330.2011. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*.М.: ОАО «ЦПП», 2011. 161 с.
4. СП 24.13330.2011. Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85.М.: ОАО «ЦПП», 2011. 85 с.