Основные преимущества корневидных свай и их недостатки

• — Полностью исключаются ручные земляные работы. Бурение скважин ведется непосредственно через фундамент, не затрагивая коммуникаций, проходящих около зданий и в подвалах.
• — Используя малогабаритное оборудование, можно вести работы из подвала высотой 2,0 — 2,5 м. В случае необходимости работы можно вести с первого этажа здания.
• — Совершенно не изменяется внешний вид конструкции, что немаловажно при работе на памятниках архитектуры.
• — Можно вести работы на действующих предприятиях без остановки производственного процесса.
• — Затраты ручного труда на всех технологических операциях минимальные; способ экономичен, с низким расходом материалов.
• — Очевидна экологическая чистота способа по сравнению с химическими методами закрепления, что важно в условиях жесткого экологического контроля.

Отметим отдельные недостатки указанных свай:

• — Недостаточная изученность работы тонких свай в слабых грунтах.
• — Низкая несущая способность из-за небольшого диаметра и, соответственно, малой боковой поверхности и площади острия.
• — Сложность надежного закрепления головы сваи в случае ветхого фундамента, который в последующем работает как ростверк. Отсутствие соответствующего расчета.
• — Неопределенность в формировании необходимого диаметра при устройстве буроинъекционных свай в слабых грунтах.
• — Неизученность работы тонкой длинной сваи как элемента, армирующего толщу слабого грунта.
• — Невозможность устройства ствола сваи из тяжелого бетона (скважину малого диаметра можно заполнить только цементными растворами).

Несмотря на все отмеченные недостатки, в Италии, ФРГ, Франции, Швеции и России с помощью таких свай успешно усилены здания, включая аварийно-деформированные памятники, и даже возведены новые фундаменты в сложных условиях примыкания новых зданий к старым на слабых грунтах.

В Риме усилен собор св. Андрея, в Венеции — наклонная башня «Бурано» на острове с этим же названием. Успешно работают в этом направлении специализированные фирмы «Fondedile», «Bauer», «Кеller», «Miver», «Fundex» и др.

В Москве усилены здания уникальных памятников — Третьяковской галереи, театра МХАТ, музея Андрея Рублева и др.

В Петербурге выполнено оригинальное усиление оснований и фундаментов костела Св. Екатерины (Невский пр., 32) при общем количестве свай более 1200 шт. (крупнейший объект России по объемам усиления — см. рис. 6.16); Приоратского дворца в Гатчине. Эти работы выполнялись по проекту и при научном руководстве автора главы силами фирм «Геореконструкция» и «Геощит» .

Во многих случаях, как отмечалось на международных геотехнических конгрессах в Неаполе (1996) и Гамбурге (1997), не существует реальной альтернативы применению буроинъекционных свай для спасения исторических зданий.

Анализируя материалы последних международных конференций, симпозиумов, а также отечественных публикаций и разработок, можно отметить в качестве перспективного направления метод «jet grouting» — высоконапорных инъекций твердеющего раствора в грунт. Этот метод, известный также под назанием «струйная технология», разработан в середине 70-х гг. в Японии и широко используется в ФРГ, Италии, Франции.

Технологическая последовательность работ по такому методу заключается в следующем (рис. 6.10): производят бурение скважины 1; в скважину погружают инъектор 2 со специальным калиброванным отверстием — соплом; подают под большим давлением (до 100 МПа) инъекционный раствор; осуществляют подъем инъектора с одновременным его вращением; формируют сваю нужного диаметра или стенку из свай.

Важным фактором укрепления массива грунта или усиления фундаментов с использованием струйной технологии является возможность поддержания больших давлений (до 80 — 100 МПа). Это предъявляет определенные требования к используемому оборудованию, подводящим трубопроводам и пр.

В качестве примера можно привести успешно реализованные проекты усиления оснований и фундаментов берегового устоя моста через Дунай (рис. 6.11) и памятника военной архитектуры в Вене (казармы Россауэр). Последний был построен в 1870 г. на деревянных сваях (см. рис. 6.11, б). Необходимость усиления определили 2 фактора: резкое увеличение нагрузок в связи с заменой перекрытий и гниение голов свай из-за понижения горизонта подземных вод. Разрабатывались конкурсные варианты усиления оснований и фундаментов. Была выбрана струйная технология. Фактически принятая технология удовлетворяла всем расчетным геотехническим и конструктивным требованиям:

• — исключение из работы деревянных свай со сгнившими головами;
• — передача давления от массивного 5-этажного здания с размерами в плане 136×275 м на прочные гравийно-щебенистые грунты;
• — исключение нарушений в работе коммуникаций, идущих вдоль здания с наружной стороны;
• — полная стабилизация всех осадок при увеличенной нагрузке.

Учитывая необычность такого рода усиления и дискуссионность отдельных технологических моментов, остановимся подробно на деталях, имеющих отношение к дальнейшему анализу.

Для инъекции растворов использовали буровую установку на гусеничном ходу SC-1 фирмы Кеller (ФРГ). Габариты установки позволяли ей перемещаться через проем шириной 0,8 м и работать в подвальном помещении при высоте 2,8 м.

Основные преимущества струйной технологии в условиях слабых грунтов: возможность ведения работ в любых неблагоприятных грунтовых и в стесненных условиях; экологическая чистота всех технологических операций.

Однако струйная технология имеет и ряд недостатков, основными из которых являются: опасность локальных деформаций в процессе временного размыва грунтового массива под фундаментом до набора прочности; высокая стоимость и материалоемкость из-за больших объемов закрепления грунта; повышенная опасность при работе с высоким давлением.

В любом случае струйные технологии перспективны и успешно использовались нами в опытном порядке при усилении фундаментов цеха прессования сухого остатка очистных сооружений в пос. Ольгино Ленинградской области и стоматологической поликлиники в Невском районе Петербурга.

Весьма эффективным является использование технологии высоконапорных инъекций в комплексе с другими современными технологиями, примером чего является усиление дома № 6 на Конногвардейском бульваре, возле которого осуществлялось строительство подземного перехода.

Анализ показывает, что при обоснованном выборе и реализации современных технологий усиления оснований и фундаментов можно решать реконструкционные проблемы любой сложности.

В качестве примера относительно сложной реконструкции можно привести строительство нового 40-этажного административного здания в г. Бостон (США). Фактически оно встраивалось в существующую 10 — 11- этажную застройку исторических зданий конца прошлого века. При этом в уровне последних этажей старые здания соединялись с вновь возводимыми специальными галереями. Из-за наличия большого слоя слабых грунтов под существующими зданиями и необходимости устройства нескольких подпорных стенок возникло много геотехнических проблем. Чтобы разрешить эти проблемы и свести до минимума возможную разность осадок зданий, были выполнены следующие работы (рис. 6.12):

• — грунт между зданиями армировался решеткой из набивных свай, объединенных ростверком;
• — для укрепления склона использованы 2 ряда железобетонных подпорных стен и свайные фундаменты из 14-метровых трубчатых свай, заходящих своим острием в плотные ледниковые глины;
• — фундамент самого здания был выполнен в виде мощной железобетонной плиты толщиной 1,5 м, по контурам которой устроено 400 железобетонных свай.

Здесь успешно использовано несколько технологических приемов, включая усиление оснований и анкеровку подпорных стен инъекционными анкерами.

Таким образом, в каждом конкретном случае возникают многоплановые инженерные геотехнические задачи, решение которых требует исчерпывающей информации о грунтах, изменениях их свойств в процессе длительной эксплуатации, в процессе ведения работ по устройству вблизи них новых фундаментов либо подземных сооружений. Вопросы усиления оснований и фундаментов должны решаться в комплексе с вопросами усиления надземных конструкций. Примером может служить усиление памятника архитектуры в Риме (рис. 6.13). Здесь, наряду с усилением фундаментов корневидными сваями, выполнено усиление основных надземных конструкций, включая кирпичную кладку стен. Необходимо учитывать, что анкеровка кирпичных стен металлическими стержнями со временем может оказаться неэффективной и опасной из-за коррозии металла, в результате которой происходит увеличение объема корродирующего металла и, следовательно, нарушение целостности укрепляемых конструкций.

Однако основным источником наиболее существенных деформаций остаются неправильный учет свойств грунтов или недоучет возможных последствий, связанных с их расструктуриванием в процессе ведения реконструкционных работ.