Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Исследование и разработка буродобивного способа устройства свай-стоек в вечномерзлых грунтах

ВАК РФ 04.00.07, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Исследование и разработка буродобивного способа устройства свай-стоек в вечномерзлых грунтах"

Академия наук России Сибирское отделение Ордена Трудового Красного Знамени Институт мерзлотоведения

На правах рукописи

БАКШЕЕВ ДМИТРИЙ СЕМЕНОВИЧ

УДК 624.139

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА БУРОДОБИВНОГО СПОСОБА УСТРОЙСТВА СВАЙ-СТОЕК В ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ (НА ПРИМЕРЕ НОРИЛЬСКОГО ПРОМЫШЛЕННОГО РАЙОНА)

04.00.07 - инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Научный руководитель - действительный член Международной Инженерной академии, доктор технических наук Растегаев И.К.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Якутск 1992

Работа выполнена в Норильском горно-металлургическом комбинате Российского концерна "Норильский никель" и в Норильской комплексной геокриологической лаборатории Института мерзлотоведения Сибирского отделения АН России

Научный руководитель - действительный член

Международной Инженерной академии, доктор технических наук Растегаев И.К.

Официальные оппоненты :

доктор технических наук, профессор Войтковский К.Ф.;. кандидат гсолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Гайдаенко Е.И.

Ведущая организация - Государственный трест

Гидроспецфундаментстрой

Защита состоится "-" октября 1992 г. в 9 часов на

заседании специализированного Совета Д.003.48.01 но мерзлотоведению при Институте мерзлотоведения СО РАН по адресу: 677010, г,Якутск-10, Институт мерзлотоведения СО РАН, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться й библиотеке Института мерзлотоведения СО РАН.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просьба направлять по вышеуказанному адресу ученому секретарю специализированного Совета

Автореферат разослан "-"-1992г.

Ученый секретарь спецсовета к.т.н., с.н.с.

О.И.Алексссва

ВВЕДЕгШ

актуальность темы. Возрастающие объемы хозяйственной деятельности человека в районах криолитозоны ставят сегодня перед инженерным мерзлотоведением новые задачи, связанные с созданием новых и совершенствованием известных методов фундаментостроения на веч-номерзлых грунтах.

Одним из основных регионов массового строительства на Севере является Норильский промышленный район, где освоены буроопускной и буронабивной способы устройства свай, выполняемые на уровне современных индустриальных всес€з£,шых технологий. Однако, к середине 19о0 годов возникла новая проблема, связанная с ухудшением инженерно-геокриологических условий площадок строительства, так как уровень залегания опорного пласта скального грунта при строительстве по принципу П СНиП '¿.ОН.04-88 стал достигать ¿0 и даже 40 м. Строительство фундаментов в этих условиях приводило к резкому удорожанию фундаментных работ (до '¿Ъ-Аи% от стоимости сооружения), что потребовало проведения комплекса исследований и разработки экономичного буродобивного способа устройства свай-стоек, где их верхняя часть, расположенная в вечномерзлых грунтах, устраивается по буроопускной технологии, а нижняя часть - в пределах талого слоя грун- -та - забивным способом до упора в скальный грунт.

Отличие разработанного способа устройства свай-стоек от известных, применяющихся в районах распространения вечномерзлых грунтов, заключается в свободном погружении свай через слой мерзлого грунта (буроопускной способ) и в её принудительном погружении только в нижележащий слой талого грунта (забивной способ). При этом стыкованная железобетонная свая в своей нижней части имеет плоский торец, гарантирующий передачу расчетной нагрузки на скальное основание. Такая технология вдвое сокращает объем буровых работ, расход об-

садных труб и раствора для замоноличивания свай и на треть увеличивает .производительность работ, что свидетельствует не только об актуальности исследования, но и о высокой экономической значимости.

Цель и задачи работы . Основной целью работы является исследование и разработка высокоэкономичного и технологичного буродобив-ного способа устройства свай-стоек в сложных инженерно-геокриологических условиях, характеризующихся глубоким уровнем залегания скального грунта и расположенными выше слоями грунта талого и веч-номерзлого состояний. Для достижения цели необходимо было после-, дователыю решить несколько задач:

I. Выполнить теоретический анализ применимости буродобивного способа устройства свай-стоек в Норильском промышленном районе (верх - буроопускной, низ - добивной) с рассмотрением вопросов несущей способности грунтов, прочности материала и отсутствия трещи-нообразования в бетоне свай.

¿. Выполнить экспериментальное исследование процесса погружения свай-стоек и натурные испытания их на вертикальные вдавливающие и динамические нагрузки.

3. Осуществить экспериментальное строительство объектов по буродобивной технологии устройства свай-стоек и отработать технологические параметры процесса, на базе которых разработать региональный нормативный документ для опытно-промышленного освоения технологии.

4. Осуществить массовое строительство фундаментов сооружений в микрорайонах 4Р и 4 г. Талнаха, определить экономическую эффективность разработанного способа устройства свай-стоек и составить рекомендации по технологии погружения составных железобетонных свай-стоек через слои вечномерзлого и талого грунтов до упора в скальное основание.

Методы исследований включают научное обобщение состояния вопроса по научно-технической литературе, теоретический анализ натурам; экспериментальны, исследовани'. несущей способности и составление регионального нормативного документа и рекомендаций по производству работ.

Научная новизна работы заключается в следующем. I. Предложена и научно обоснована технология погружения составных железобетонных свай-стоек через слои вечномерзлого и талого грунтов до упора в скальное основание, располагающееся на значительных глубинах (до 20-40 м).

Выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований, в результате которых установлена высокая технологичность буродобивного способа устройства свай и доказано, что по несущей способности грунтов основания, по прочности материала и по отсутствию образования трещин в материале железобетона и стыкового соединения такие сваи-стойки обеспечивают восприятие расчетной вертикальной нагрузки не менее 1200 кН, что обеспечивает строительство у4-12 этажных сооружений по принципу П СНиП в мерзлотно-грунтовых условиях Норильского промышленного района.

3. Испытаны более ¿и свай-стоек,, устроенных разработанным буродобивным способом, на восприятие статических вдавливающих и динамических нагрузок в мерзлотно-грунтовых условиях г. Талнаха, в результате которых доказано, что отказ равный 0,0Ь см (в последнем залоге из 10 одиночных ударов дизель-молота типа С-996 или 1047 с весом ударной части 18 и ¿5 кН), обеспечивает гарантированное опирание плоского торца.сваи-стойки на скальный грунт и расчетную несуцую способность свай.

исмедомни«" паломлч рл^рдеоглТб Практическое значение работы состоит в том, что результаты~У

"Рекомендации по технологии устройства свай-стоек буродобивным способом в районах распространения вечномерзлых грунтов при глубоком

уровне залегания кровли скального грунта" (Якутск, Ин-т мерзлотоведения СО АН СССР, 19ао. - 32 е.), внедрение которых в Норильском промышленном районе позволило примерно в два раза уменьшить объем буровых работ, расход обсадных труб и раствора для замоноли-чивания свай при сокращении срока строительства фундаментов на 26т 30%. Реально полученный экономический эффект составил 0,79 млн. рублей в 198о-Ь7 гг. и 5,02 млн. рублей в 198(3-91 гг. при строительстве в 4 и 4Р микрорайонах г. Талнаха на севере Красноярского края.

На защиту выносятся.

1. Технология устройства свай-стоек буродобивным способом, предусматривающая устройство верхней части сборной железобетонной сваи буроопускным способом, а нижней - забивным способом до упора

в практически несжимаемое основание через слой вечномерзлого и талого грунтов.

2. Результаты статических и динамических испытаний буродобив-ных свай-стоек, установленных в мерзлотно-грунтовых условиях Норильского промышленного района, на вертикальные нагрузки.

3. Рекомендации по технологии погружения составных железобетонных свай-стоек через слои вечномерзлого и талого грунтов до упора в скальный грунт.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на научно-практических конференциях строителей Норильского промышленного района (1986, 1983, 1990), Всесоюзной конференции "Повышение эффективности инженерных изысканий для строительства в нефтегазоносных районах Западной Сибири" (Тюмень, 19Ь7), Международном симпозиуме по геокриологии (Ямбург, , заседании кафедры технологии строительного производства Новосибирского инженерно-строительного Института (1990), семинаре Норильской комплексной геокриологической лаборатории Игарской Н/ЫС Института мерзлотоведения СО АН СССР (1967, 1991), объединенном семинаре отдела инженерной

геокриологии Института мерзлотоведения СО АН СССР (Якутск, 1991).

Публикации. Соискатель автор 13 научных работ, из которых 10 по теме диссертации, в том числе опубликовано о работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, П^'ти глав и основных выводов. Она содержит ^¿ГЗ страниц машинописного текста, включая 32 иллюстрации, 20 таблиц, список литературы из 61 наименования и прил-ожекие.

Автор благодарит научнОгс руководителя.., сотрудников Института мерзлотоведения СО АН СССР и её Норильское комплексной геокриологической лаборатории, а также коллективы Норильского Строительного управления 'Тидроспецфундаментстрой" и производственного строительно-монтажного объединения "Норильскстрой" за помощь в проведении исследований и внедрении результатов.

СОДЕЕШИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность, цель и задачи работы; даны сведения о методах исследования, его научной новизне и практическом значении; сформулированы положения, выносящиеся на защиту; даны сведения об апробации работы, публикациях, структуре и объеме диссертации.

Ь первой главе приведен обзор исследований, и достижений опыта фундаментных работ по применению забивных и бурозибивных способон устройства свай в районах распространения ьечномерзлых грунтов и проанализирована специфика геокриологических условий в городах Норильского промышленного района.

Фундаментальные исследования в инженерной геокриологии, выполненные Сумгиным U.U., Цытовичем H.A., Мельниковым П.И., Швецовым П.Ф., Вяловым С.С., Кудрявцевым В.А., Достоваловым Б.Н., Порхаевым Г.Ь., Ьойтковским К.Ф., уотиевым С.Н. и другими учеными, позволи-

в

ли разработать свайные методы устройства свайных фундаментов в вечномёрзлых грунтах. Применительно к Норильскому промышленному району отметим работы Кима М.В., Березовского Б.И., Белли D.ri., Гапеева С.И., Гончарова A.M., Гребенца В.И., Дахно Г.Д., Докучаева Б.В., Каменского P.M., Колесова A.A., Конаша В.Е., Коновалова A.A., Куднева а.П., Куще в а ¿i.D., Лукиной Д.Х., Максимова Г.К. Маркина К.Ф., беженского В.П., Могильникова Д.И., Неклюдова B.C. Павленко О.И., Полуэктова В.Е., Растегаева il.К., Райского O.A., Роман Л.Т., Садовского A.A., Сиванбаева A.B., Смородинова A.B., Таргуляна ¡0.0., Тихомирова C.B., Федоровича Д.й. и других учены; а также инженерные разработки, выполненные Битадзе M.À., Ермилов; Б.Ф., Зайделем А.И., Лазаревым H.H., Муравьевым Д.М., Аношкиным А.И., Бандосом А.П., Василенко A.M., Захаровым В.В., Дулинскасом И.Д., Ежовым И.Л., Лебедевым Е.А., Прохорчуком Е.Ф., Румянцевым С.А., Семеновым А.И., Скворцовым М.Р., Трубимым Б.М., Хлопуком Л.Ю. и другими инженерами. За I97O-90 гг. в Норильском промышле! ном районе существенно усовершенствован буроопускной способ устройства свай, создан и освоен буронабивной способ устройства сваг доведенные до уровня индустриальных всес(3снных технологий, осущгс вляемых в темпе, соответствующем темпу строительства фундаментов на территории распространения талых грунтов.

Погружение свай в вечномерзлые грунты забивкой практически не осуществляется ввиду высокой их прочности. Погружение бурозаб! ных свай (забивка в лидерную скважину, диаметр или поперечный ра: мер которой меньше наибольшего поперечного сечения сваи) в грунть пластичномерзлого состояния, впервые применено в г. Воркуте, £ сейчас широко используете?', в г. Магадане. Однако, грунты в этом случае не должны иметь значительного (более количества

включений. Для проходки лидерных скважин применяют станки ударнс го и вращательного бурения, реже - лидеры, навесное оборудование

к молотам л вибропогружателям, извлекаемое из грунта.

й работе проанализированы достоинства и недостатки разных конструкций лидеров, циклическая и непрерывная технологии погружения. лидеров. Однако, специфика мерзлотно-грунтовых условии Норильского промышленного района не позволяет применять лидеры из-за значительного количества включений, содержащихся в грунте. Глубокий уровень залегания (более и даже 40 метров) скального грунта требует разработки и создания ноеой технологии устройства свай-•стоек, так как их устройство освоеннымибуроолускным и буронабив-ным способами приводило к существенному удорожанию фундаментов (до '¿о-4:0% от стоимости сооружения). Кроме того, над скальным грунтом, как это имеет место в г. Талнахе, сверху расположен грунт талого состояния, бурение которого осуществляется иод. защитой дорогих л дефицитных обсадных труб, а на глубинах до 10-<!0 м сверху залегают грунты вечномерзлого состояния со значительным числом включений, что требует их проходки методом ударного бурения. Поэтому для этих условий необходима разработка комбинированной технологии: верх - буроопускноГ; (в пределах мерзлого слоя), низ - забивной (в пределах талого слоя), торец свай - плоский для опиранил на скальный грунт и для обеспечения работы свайного фундамента как сваи-стойки.

Выполненное обобщение позволило сформулировать задачи исследования, к числу которых отнесены: теоретический анализ применимости комбинированного способа погружения свай-стоек для сложных мерз-лотно-грунтовых условий с глубоким уровнем залегания скального грунта, экспериментальные исследования процесса принудительного погружения яелезобетонних стыкованных свай-стоек через слои мерзлого и талого грунтов, статические и динамические испытания сзай--стоек, установленных по разработанной технологии, массовое строительство объектов с определением экономических показателей, разработка регионального нормативного документа для Норильского промыл-

ленного района и рекомендаций для массового применения в районах распространения вечномерзлых грунтов с аналогичными мерзлотно--грунтовыми условиями.

Во второй главе раскрыта сущность разрабатываемого способа, приведены расчеты несущей способности свай-стоек по грунту и материалу и по условию отсутствия трещиноибразования в их материале.

Здесь анализируется опыт фундаментостроителей гг. Воркуты и Магадана по принудительному погружению свай в сложных мерзлотно--грунтовых условиях, рассмотрен опыт фундаментостроителей Башкирии по забивке свай с плоским торцем в талые грунты, даны сведения о погружении свай в г. Эймери в Канаде, забиваемые в мерзлые и талые грунты, но под защитой обсадных труб из-за обводнения скважин, на основании чего делается вывод о необходимости создания новой, названной нами буродобивной, технологии устройства свай-стоек, который должен включать следующие основные технологические операции: ударное бурение скважин для установки свай буроопускным способом в верхнем слое мерзлого грунта с применением в случае необходимости обсадных труб, желонение бурового шлама из скважины, съезд бурового станка с устья скважины, наезд на него копровой установки, стыкование секций составных железобетонных свай (нижняя имеет плоский торец), погружение сваи в талый грунт с помощью дизель-молота и стыкование следующей секции свай (по мере необходимости), погружение сваи до отказа близкого к нулю в момент опирания торца нижней секции составной сваи на скальный грунт, заливка околосвайного пространства (верхняя часть сваи) специальным раствором. Стыковое соединение свай обеспечивается специально разработанной конструкцией стыка: накладные пластины (по две на каждую грань сваи), свариваемые вертикальным швом с обеих сторон и последующая гидроизоляция стыка окраской двумя слоями лака БТ-ЬЬ7.

ц

Устроенные по буродобивной технологии сваи-стойки должны обеспечить восприятие расчетных вертикальных нагрузок и отвечать требованию отсутствия трещин в бетоне при забивке свай. Поэтому далее по действующим нормативным документам выполнены расчеты свай-стоек, конкретно для мерзлотно-грунтовых условий г. Талнаха, по предельным состояниям для двух групп: а) первая группа - по несудей способности грунтов основания и по прочности материала сваи; б) вторая группа - по образованию трещин в материале железобетонной сваи-стойки..

Несущая способность свай по грунту определена с учетом негативного трения, которое может быть вызвано оттаиванием верхнего слоя мерзлого грунта в процессе эксплуатации построенного сооружения. При расчете прочности ствола сваи-стойки рассмотрены случаи больших и малых эксцентриситетов приложения вертикальной нагрузки. 'Расчеты показали, что несущая способность свай-стоек по грунту составляет не менее 15Ь0 кН, прочность материала ствола сваи-стойки при этом обеспечена, а трещиностойкость гарантирована при расчетной нагрузке на одну сваю составляющей 1200 кН для десятиэтажного жилого дома, что позволило поставить вопрос необходимости опытного строительства фундаментов этих сооружений.

Б третьей главе обсуждаются результаты испытаний свай-стоек, установленных буродобивньм способом, статическими вдавливающими нагрузками.

В течение 19д6-87 гг. осуществлены аесть полевых испытаний свай в г. Талнахе. Деятельный слой грунта вокруг свай оттаивался на полную глубину или осуществлялось незаполнение околосвайного пространства свай-стоек раствором. Испытания осуществлялись в соответствии с требованиями ГОСТ о666-78 и СНиП 2.02.03-8о. Перед испытанием над каждой сваей монтировалась грузовая платформа весом 2о00 кН, которая служила упором для домкрата ДГ-200, соединенного с насосной станцией НСП-400 и манометром 0БМГ-1-160. Ре-

гистрация перемещений сваи осуществлялась индикаторами часового типа с ценой деления 0,01 мм, а температура грунта измерялась с помощью гирлянд термометров (таг I м) с ценой деления 0,2°С.

Начало испытаний свай назначалось после их "отдыха" в течение 6-(-4о дней. Нагрузка на сваи задавалась по ступенчато-возрастающей схеме в интервале 600 * ¿000 кН стапемнчи. ро '¿00 кН. Предел! ная нагрузка в испытываемой свае № 3, таблица I, составила 2250 к! т.к. эта свая-стойка не использовалась далее в фундаменте сооружения.

Таблица I

Результаты статических испытаний свай-стоек, установленных буродобивным способом

№ сваи кН Рпр, кН (не менее) мм -¡зц, мм мм см Тип дизрль- •молота_

3 ¿¿49 ' 19С0 4,4о 4,265 0,155 0,05 С-996

83 1о00 1600 3, <->75 0,925 0,01 V

'¿¿6 1И00 15о0* 14,09 4,Ь9о 9,39о 0,02о и

122 200и ¿000 12,3 3,6о 6,53 0,0и и __

ю 1й60 1бсЮ 11,9 1,96 9,92 0,0о 0-1047

1*4 1660 1660 (¿с, о 10,6 11,69 0,02 1?

И/

- максимальная нагрузка на последней ступени нагружения, Рп^ - предельное сопротивление сваи без учета сил смерзания, 22: - суммарная осадка сваи, $аи остаточная и упругая деформации сван, А - остаточный отказ в конце забиру; сваи, реальная несущая способность сваи не менее 1600 кН.

Перемещение каждой сваи фиксировалось по двум индикаторам перемещений: первый отсчет сразу после приложении нагрузки, затем четыре отсчета с интервалом 10 минут, далее два отсчета с интервалом 30 минут и потом через каждый час до затухания осадки сваи

не превышающей величины условной стабилизации, равной 0,1 мм за последний час наблюдений. Минимальная выдержка на ступени составляла 4 часа. Разгрузка осуществлялась ступенями, равными удвоенной величине ступени загруженля; замеры на каждой ступени разгружения осуществлялись в течение 1Ь мин., а после полной разгрузки в течение 30 мин.

На каждой из ступеней нагружения у всех испытываемых свай наблюдалась стабилизация осадки, о чем можно судить по фрагменту результатов испытаний, рис. I. для четырех испытанных свай (.'№ 63, 122, 10 и 124) величина предельного сопротинления сваи равна максимальной нагрузке на последней ступени, а для свай 3 и 6 составляет 1900 и 16о0 кН, т.К. здесь мы учли силы смерзания. Причем в последнем случае произошел срыв сил смерзания и реальная несущая способность свай составляет не менее 1600 кН.

Вдоль двух испытанных свай были пройдены вращательным бурением две скважины, через которые осуществлена ревизия стыков, показавшая их неповрежденность.

Таким образом, статические испытания позволили установить величину предельного сопротивления свай-стоек на действие вертикальной нагрузки, равнуи 1800+^000 кН, что превышает их расчетную несущую способность, равную 1<с00 кН. Цодобранные дизель-молоты С-ЭЗо и С-1(л7 с весом ударной части 1о и ¿Ь кН обеспечивают погружение составных железобетонных свай с плоским концом до опирания на скальный грунт в мерзлотно-грунтовых условиях г. Талнаха, если полученный в конце их забивки отказ в последнем залоге из 10 одиночных ударов не работающего дизель-молота не превышает 0,о мм.

В четвертой главе приведены результаты экспериментального исследования процесса принудительного погружения свай-стоек, забиваемых через буровые скважины (диаметр скважин больше наибольшего поперечного размера сеченля сваи) в талый грунт, до упора в скальное основание.

o

< T

2 ui e.

¿0

csl

CJ3

o

<x>

«

zc 5 ii 5

0 f

r

I*

I II

Ld

o «3»

a.

tt>

«

s s ut

« 3

UJ

e &

C O

CO

s <■

cfi e-»

o

3

o £

c

o £

WW'S 'V^VV39jJ

Выбор сваебойных молотов осуществлен расчетом по номинальной энергии удара и коэффициенту применимости молота по стандартным методикам (для молота С-С'36 коэффициент применимости равен 2,9о при расчетном равном 6), показавшим, что молоты С- 10^7 и С-9Э6 с весом ударной части '¿о и 13 кН пригодны для погружения свай, имеющих максимальную расчетную нагрузку 1^03 кН.

Далее осуществлены полевые испытания свай д/.камической (ударной) нагрузкой на объектах строительства в 4-ом микрорайоне г. Гал-наха (сваи ¿2, 28 и 63 на жилом девятиэтажном доме 197 и сваи 20, 28 и 2о на строительстве продовольственного магазина) при длине свай 2о-30 м. Дизель-молоты устанавливались на копровый агрегат КГ-12;<1. Динамические испытания осуществлены по методике ГОСТ 55е!о-7о для талых грунтов.

Динамические испытания включили подсчеты количества ударов на каздый метр погружения и общего количества ударов, а на последнем метре погружения - на каждые 0,1 м. Порядок испытаний свай принят следующий: при непрерывно работающем дизель-молоте стыкованная свая непрерывно погружается при отказе более о мм; при уменьшении отказов до о мм производится забивка свай работающим молотом залогами по 10 ударов до получения отказа равного 1-2 мм; далее производится добивка свай не менее чем трем залогами из 10 ударов при неработающем дизель-молоте до получения остаточного отказа в какдом залоге равном или меньпем 0,о мм.

Остаточный отказ устанавливался с помощью нивелира, а его величина равная 0,о мм обеспечила надежное опирание торца свай-стоек на скальное основание. Фрагмент испытаний, в виде геологического разреза и графиков зависимости количества ударов и средних отказов от глубины погружения приведены на рис. '¿. Установлено, что все испытанные сваи, погруженные до остаточного отказа менее 0,о мм, надежно опираются на кровлю скального грунта, а график зависимости"

количества ударов молота от глубины погружения свай не имеет перегибов и характеризуется двумя участками - крутонадающего начала и выполненного ' окончания на последних 0,6 + 0,6 метрах погружения сваи.

о

Так^величина остаточного отказа свай -Ьл < 0,002 м, то в соответствии со СНиП 2.02.03-85 величина предельного сопротивления свай определяется по значениям остаточного и упругого отказов, для определения которого использован метод ускоренной киносъемки. Характерный вид отказограммы дан на рис. 3, а величина единичных остаточных Set и упругих Seil отказов свай (подсчитаны их осред-ненные значения в залоге из 10 ударов) составили следующие значения: 5а = 0,015 -г 0,05о см при S'eß = 0,7 см для дизель-молота С-996; So, = 0,04 * 0,045 см при Set = 0,36 см для дизель-молота C-I047. Вычисленные далее по формулам (19) и (20) СНиП 2.02.03-3ü предельные сопротивления свай составили 447,6; 478,8; 705,1 и 706,4 кН для свай 28, 22, 36 и 20 соответственно, что в 2,5 - 4,0 раза ниже, чем установлено при статических испытаниях свай (см. главу 3).

Анализ отказограым показал повторяющийся характер перемещений свай по двум последовательным ударам при условии совмещения пиков их осадок в момент удара; при этом второй пик, следующий с интервалом 84 + da-IO^c, характеризует удар молота после первого отскока.

В пятой главе проанализирована экономическая эффективность от внедрения буродобивного способа устройства свай-стоек в Норильском промышленном районе по расценкам, действовавшим в 1987 году. Глава состоит из разделов: общие положения, этапы внедрения разработанной технологии и расчет экономического эффекта по СН 509-78 на объем внедрения 1986-87 гг. и 1988-91 гг.

Этапы внедрения разработанной технологии включали:

- первый (1986 г.) - на каждом объекте только треть свай (по

центру сооружения) погружалось разработанным методом. Всего устроено ¿31 свая на строительстве жильгх домов 197, 199, ¿00, школы и трансформаторной подстанции;

- второй (1987 г.) - два объекта (жилой дом 197-1 и продовольственный магазин) с числом свай 189 полностью построены по разработанной технологии устройства свай-стоек;

- третий (1986-91 гг.) - массовое внедрение разработанной технологии на объектах г. Талнаха с общим объемом установленных свай более 3000 штук.

Полученные технико-экономические показатели характеризуются следующими данными. Объем бурения, расход обсадных труб и раствора для замоноличивания свай на одну сваю-стойку уменьшен в среднем в два раза. За период 1988-87 гг. сэкономлено 717,8 тонн металла обсадных труб и уменьшен объем бурения на 5850 м, что позволило получить экономический эффект в размере 7У7 тысяч рублей. Общий экономический эффект от внедрения результатов исследования в течение I9tio-9I гг. составил Ь,6 млн. рублей.

Ь г.рчдлоусенци { приведен практический результат исследований в виде "Рекомендаций по устройству фундаментов из составных железобетонных свай-стоек, погружаемых буроопускным способом через слой вечномерзлого грунта и далее забивным способом через талый грунт до упора в скальный или малосжимаемый грунт (соавторы Растегаев И.К., Кущев id.O и др.), изданные Институтом мерзлотоведения СО АН СССР (1988. - 32 с). Эти рекомендации составлены в развитие разработанной в процессе выполнения исследований ВСН-01-86"Временная инструкция по устройству свайных фундаментов из составных железобетонных сзай-стоек, принудительно погружаемых через вечномерзлый и талый грунты, в мерзлотно-грунтовых условиях Норильского промышленного района", утвержденных к применению Норильским ГМК в 1986 г. и использованных на первом и втором этапах внедрения ре-

зультатов исследования.

Рекомендации включают следующие разделы: основные положения, подготовка площадки строительства, требования к материалам, бурен.к скважин станками ударного действия, выбор сваебойного оборудования, погружение свай, испытание свай, техника безопасности, контроль качества и приемка работ, что охватывает основные вопросы бу-родобивной технологии устройства свай-стоек на территории распространения вечномерзлых грунтов и отвечают их адресу - оказание г.ра; тической помощи строительным организациям при производств« свайных работ в районах распространения вечномерзлых грунтов.

ОСНОВНЫЕ ЕЬЗОДЫ

I.Обзор исследований и обобщение опыта применения забивных способов погружения свай в северных районах страны показал, что б настоящее время в районах вечномерзлых грунтов, характеризующихся наличием верхнего слоя мерзлого грунта, подстилаемого талыми грунтами, имеющими в своей толще глубоко залегающие опорные слои кало-скимаемого грунта или скальный грунт, наметилось следующее направление поиска надежных и экономичных технологий устройства свайных фундаментов - проходка скважин в мерзлых грунтах различными способами (ударный, вращательным, лидерами) с диаметром, раьнш или rips выдающим наибольший размер поперечного сечения сваи, с последующем беспрепятственным опусканием в них свай, и далее забивкой сьаи в нижележащий талый грунт до проектной отметки или отказа, близкого к нулю.

2. Выполненный анализ результатов осуществленных статических испытаний составных железобетонных свай с поперечным сечением 2ох

/с«

хЗО см1,' погруженных в 4-ом микрорайоне г. Талнаха в вечномерзлый грунт буроопускнкм способом с последующей забивкой в талый грунт до отказа близкого к нулю, охарактеризовал работу испытанных свай

2<5

на восприятие вертикальной вдавливающей нагрузки как свай-стоек, поскольку найденные величины их предельных сопротивлений (для одной сваи составляющей не менее 1ЬоО кН, для остальных - не менее 1ЬО0 кН) близки значению расчетной несущей способности сваи (2170 кН), опирающейся на скальный или малосжимаемый грунты.

3. Полученный в концн забивки испытанных свай отказ в последнем залоге из 10 одиночных ударов дизель-молота, ни превышающий 0,05 см, гарантирует опирание свай с плоским нижним концом на скальный грунт.

Использование в геокриологических условиях 4-го микрорайона г. Талнаха для забивки добивных свай-стоек трубчатых дизель-молотов С-9Э0 и С-1047 с весом ударной части 1сЗ и 21) кН, подобранных г.о необходимой энергии одного удара и коэффициенту применимости молота, обеспечивает погружение составных свай до скального грунта по установленной экспериментально величине конечного отказа равного 0,05 см. При этом не происходит разрушения материала ствола свай и металлических стыковочных деталей их специй.

о. Расчетные значения предельных сопротивлений свай, подсчитанные с учетом их остаточных и упругих отказов по СНиП 2.02.03-85, не отвечают определенным в наших испытаниях, так как дают занижение несущей способности сваи-стойки, погруженной буроопускным способом через слой вечномерзлого грунта и забивным способом в талый грунт до упора в скальног основание, в 2,5 - 4 раза.

6. Примененный метод ускоренной киносъемки показал себя как точный и надежный способ регистрации перемещений, опирающихся на скальный грунт свай-стоек в момент воздействия на них ударной на-груэки. Для свай-стоек, устроенных добивным (буроопускным и забивным) способом, получение качественного изображения разграфленной трафаретки, наклеиваемой на их внешнюю поверхность, обеспечивается при частоте киносъемки не менее 64

7. Проведенные расчеты железобетонных свай-стоек сечением 35x35 см^ устроенных буродобивным способом, по несущей способности грунтов основания, по прочности материала и по образованию трещин в их стволе показывают, что такие сваи обеспечивают в эксплуатационный период восприятие максимальной расчетной вертикальной нагрузки равной 1200 кН.

8. Разработанная буродобивная технология свай-стоек обеспечила снижение стоимости и сроков строительства по сравнению с традиционным для районов распространения вечномерзлых грунтов бурооиуск-ным способом. Экономический эффект от внедрения на семи объектах 4-го микрорайона г. Талнаха 41о свай-стоек, устроенных по разработанной комбинированной технологии составил в 198о-87 гг. 787 тыс. руб. При этом сокращен объем бурения на 58о0 м проходки скважин диаметром 530 мм и сэкономлено 718 тонн металла обсадных труб. Общий экономический эффект за период 1986-91 гг. составил 5,8 млн. рублей.

9. Соискателем составлены рекомендации по устройству фундаментов из составных железобетонных свай-стоек, погружаемых буроопуск-ным способом через слой вечном^рзлого грунта и забивным способом

в талый грунт до упора в скальный или малосжимаемыг грунт. (Якутск: йн-т мерзлотоведения СО СССР, 1968 . 32 с. Соавторы - Растегаев И.К., Кущев Ы.Ю.), рекомендованные для массового внедрения на стройках Севера.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах автора.

1. Опыт устройства свайных фундаментов в суровых природных условиях. - ¡А.: ЦБТИ Млнтяжстроя СССР, экспресс-информация, 196о. С. 1-± (соавтор Лопатин Ь.Н.)

2. Временная инструкция но устройству свайных фундаментов из составных железобетонных свай-стоек, принудительно погружаемых через вечномерзлый и талый грунты, в мерзлотно-грунтовых условиях