Об устройстве оснований из анкерных свай Titan

Замысел нового подхода к устройству свайных оснований, базирующегося на аналогии с корневой системой дерева, появился более полувека назад. В результате уже как минимум 20 лет компанией Friedrich Ischebeck GmbH (Германия) разрабатывается и выпускается такой интеллектуальный строительный продукт, как инъекционный анкер Titan — основной элемент анкерных свай в зависимости от характера применения называемых буроинъекционными, корневыми, комплексными сваями, микросваями, сваями растяжения, пассивными анкерами, грунтовыми нагелями.

Именно корневая система помогает дереву воспринимать все виды внешних нагрузок. С одной стороны, корни сцепляются с грунтом, с другой — связывают пронизываемую ими почву в монолит (корневое тело). Так возникает природный композит и позаимствованный в конце концов создателями Titan-технологии. Анкер Titan состоит из стальной центральной армирующей штанги (труба с резьбой), служащей одновременно несущим элементом, расходной буровой штангой и инъекционной трубой, и впрессовываемого цементного тела, которое способствует восприятию основанием внешних нагрузок на свайный фундамент благодаря развитию сил трения между армирующей штангой и впрессовываемым телом. Последнее, помимо всех видов устойчивости, обеспечивает антикоррозионную защиту. В мягких грунтах и выветренных скальных породах (при малой устойчивости стенок скважин) за счет применения крепящей жидкости в качестве промывной буровой жидкости экономится обсадная труба. При этом по сравнению с бурением с обсадными трубами производительность повышается в 2-3 раза. Еще одно преимущество заключается в чередовании режимов бурения с крепящей жидкостью и с динамическим впрессовыванием цементного раствора. Без обсадной трубы образуется прочное сцепление впрессовываемого тела с грунтом. За счет касательного сцепления смещение оголовка сваи под действием рабочей нагрузки не превышает 5 мм, что сравнимо с жесткостью, обеспечиваемой долговременными преднапрягаемыми анкерами. (Как известно из сопромата, в прочностном отношении труба при самых различных нагрузках гораздо выгоднее полнообъемного стержня равного сечения.) При применении недорогих одноразовых буровых труб и коронок экономится сразу два трудоемких процесса: введение несущего элемента в скважину и протяжка обсадной трубы. При проходке смешанных грунтов, скалистых обломков, насыпных плотин, древесных корневых систем прямое бурение представляет существенные преимущества, если отпадает необходимость использования обсадной трубы. Использование анкерной трубы для впрессовывания цемента со дна скважины гарантирует полное заполнение и собственно скважины, и всех ее трещин. Это гораздо проще, чем прибегать к использованию дополнительных шлангов для инъектирования, отвода воздуха или уплотнения. Угол резьбы и оси стержня составляет 45°, что исключает появление раскалывающих сил. Поэтому напряжения, возникающие во впрессовываемом теле, остаются невысокими, а ширина раскрытия трещин при рабочих нагрузках — в пределах 0,1 мм (что значительно меньше такового параметра для буроинъекционных анкеров с круглыми нарезными буровыми штангами, которые пригодны лишь для устройства временных конструкций в тоннелестроении). Сплошная резьба по всей длине анкера гарантирует прикручиваемость, дает возможность укорачивания, стыкования, преднапряжения и разгрузки анкерных свай. Оголовок сваи, как правило, встраивается в фундаментную плиту (балку). Наставляемая головная пластина, которая рассчитывается на поверхностное давление, закрепляется на стальном несущем элементе между двумя шестигранными шарообразными гайками. Таким образом анкер воспринимает осевые нагрузки и передает их на основание.

Для каждого вида грунта возможен подбор подходящей буровой коронки. Если грунт оказывается неоднородным или иным, чем ожидалось, то это, как правило, означает не изменение способа проходки, а лишь замену буровой коронки. Сопротивление сжатию скального грунта из-за практически всегда имеющей место слоистой структуры значительно ниже характеристической прочности самой породы. Общим правилом считается следующее: сопротивление скального грунта сжатию составляет лишь 10-20% характеристической прочности породы, слагающей этот грунт. Все буровые коронки имеют боковые промывные отверстия Вентури, с помощью которых можно осуществлять управляемое бурение режущей струей. Обследование выкопанных впрессованных тел, имеющих профилированную поверхность и диаметр, вдвое превышающий диаметр буровой коронки, подтверждает, что радиальная промывочная струя режет грунт уже при малых давлениях. В случае использования Titan-технологии можно, в отличие от обычного статического прессования внутри обсадной трубы, говорить о динамическом прессовании — инъектировании при одновременном вращении. При этом впрессовывается цементный раствор с водоцементным отношением В/Ц = 0,4. Этим густым раствором промывочная жидкость вытесняется до тех пор, пока густой раствор не начнет вытекать из бурового отверстия. В заключительной фазе прессования повышается давление, что подтверждает успешность производства данной сваи. Данный эффект имеет место несмотря на наличие открытого бурового отверстия, что объясняется законами фильтрации по Дарси. Наглядно этот эффект можно объяснить тем, что быстро схватывающиеся частицы цементного раствора, центробежно вытесняемые к краям скважины, застревают между вращающейся анкерной трубой и стенкой отверстия, и возникает естественная пробка (пакер). Если необходимое давление прессования достигнуто, развивается достаточное касательное трение оболочки. Поэтому необходимо протоколировать этот параметр по каждой скважине в соответствии с ISO 9001.

При ударно-вращательном бурении с использованием густого цементного раствора происходит такое же вытеснение грунта, как и при забивании сваи. При этом уплотнение имеет место по тому же принципу, что и при введении в бетон вибратора. Групповое (кустовое) расположение свай улучшает касательное сцепление поверхностей и обусловливает псевдопластичное поведение грунта. Сопутствующая распорка (центратор) перед каждой соединительной муфтой обеспечивает равномерное покрытие слоем цементного раствора минимальной толщиной 20 мм, что обеспечивает антикоррозийную защиту. Кроме того, распорка способствует стабильности направления при бурении. С использованием буроинъекционных анкерных свай Titan успешно осуществляют подведение опор и новых фундаментов под существующие (в том числе исторические) здания — без выемки грунта и связанных с этим проблем его удаления, без остановки производства, без водоотлива в случае необходимости работы на труднодоступной площадке. Не менее успешно данная технология используется при расширении горных дорог, а также при укреплении старых подпорных (в том числе шпунтовых) стен. В этом случае бурильная техника устанавливается на дороге или горизонтальной поверхности, начинающейся от верха стены. Осуществляется наклонное бурение «под себя» без крепления выработки и перемещения грунта. Устраиваемые анкерные сваи Titan включаются в систему армирования и анкерения реконструируемого сооружения. Бетонные подошвы емкостей очистных сооружений, площадки подведения новых фундаментов под сооружения, глубокие строительные котлованы с грунтовыми водами защищаются с помощью анкерных свай Titan от сплыва. Хорошо зарекомендовавшим себя подходом является бурение таких свай перед началом выемки грунта. Наконец, анкерные сваи Titan подтвердили свои многочисленные преимущества при устройстве опор ЛЭП. Они на 20-40% дешевле фундаментов на естественном основании или на основании из трубчатых свай. Несомненными достоинствами являются и единая для всех видов мачт технология производства работ, и простота приемной оценки анкерных свай, и уже неоднократно упомянутое отсутствие необходимости перемещения грунта. В случае же возрастания статических и динамических нагрузок на существующую ЛЭП фундаменты ее опор могут быть усилены анкерными сваями Titan.

Сергей ЗОЛОТОВ