Особенности испытания свай для высотных зданий
Для высотных зданий, за редкими исключениями, сооружаются фундаменты глубокого заложения с несущими элементами в виде свай или баретт (прямоугольных свай). Глубина заложения свай высотных зданий обычно составляет от 40 до 120 м, в зависимости от глубины залегания прочных слоев грунта. Устройство свай длиной более 50 м выходит за рамки массового проектирования и требует особого подхода на всех стадиях расчета и проектирования, начиная с инженерно-геологических изысканий.
В Санкт-Петербурге в 2008 году были начаты работы по изысканиям и проектированию 79-этажной башни ОДЦ «Охта», высотой 396 м. В составе подготовительных работ на площадке строительства были выполнены уникальные испытания статической нагрузкой баретт длиной 80 м. В дальнейшем площадка строительства была перенесена в район Лахта, где измененный проект будет реализован в ближайшие годы.
Полученные опыт и результаты будут использованы при проведении аналогичных испытаний на этой новой площадке, а также при расчете и проектировании фундаментов башни «Лахта центр». Для высотного здания ОДЦ «Охта» предполагалось применить фундамент глубокого заложения из монолитных железобетонных баретт рабочей длиной 65 м, поперечным сечением 1,5×2,8 м, устраиваемых в котловане глубиной 15 м и объединенных монолитным плитным железобетонным ростверком переменной толщины от 3,6 до 5 м.
В рамках испытаний на участке строительства было изготовлено 5 опытных баретт. Их устройство производилось с поверхности, без откопки котлована, таким образом, длина баретт составила 80 м. Три из пяти баретт подвергались групповому испытанию, в котором их нагружение производилось одновременно. Две одиночные баретты располагались в периферийной части фундамента высотного здания и три, в составе группы, под его центральной частью.
При планировании испытания баретт были намечены следующие цели:
– определение несущей способности одиночной баретты и группы баретт, с разделением сопротивления по боковой поверхности и по пяте;
– определение зависимости «нагрузка-осадка» для одиночных и группы баретт;
– уточнение механических характеристик вендских глин путем обратного расчета аналитическими методами и с помощью математического моделирования;
– подтверждение того, что принятая технология производства работ обеспечит выполнение баретт надлежащего качества, способных воспринимать проектные нагрузки в рассматриваемых инженерно-геологических условиях.
Оценить масштабность поставленной задачи можно уже на первом этапе – при изготовлении баретт, так как случаи устройства столь глубоких свай на территории РФ единичны. Тендер на устройство опытных баретт выиграла французская фирма Soletanche-Bachy, имеющая опыт изготовления глубоких баретт, в том числе длиной до 120 м. Инженерно-геологические условия площадки ОДЦ «Охта» можно охарактеризовать как крайне неблагоприятные для высотного и подземного строительства.
До глубины 30 – 35 м на площадке залегают слабые водонасыщенные грунты. Под ними находится слой моренных отложений небольшой толщины. С глубины 45 м залегают вендские глины, а скальные грунты, обычно используемые в качестве оснований для высотных зданий, расположены на глубинах более 200 м. В качестве несущего слоя для свайного фундамента башни «Охта» были выбраны вендские глины, которые являются относительно прочным грунтом и классифицируются как твердая глина и полускальный грунт одновременно.
Несмотря на относительно большую прочность, вендские глины наделены свойствами длительного развития деформаций во времени и ползучести. Следует отметить чрезвычайно малую изученность инженерных свойств этих грунтов. Опытные баретты были изготовлены с поверхности грунта. Рабочая часть баретты длиной 65 м была изготовлена из бетона (B40, W10, F100) с отметки –74,8 м до отметки дна котлована, которая составляла –10,65 м для группы баретт и –9,25 м – для периферийных баретт.
Верхняя часть баретт, до отметки поверхности земли, для экономии бетона и облегчения его удаления при разработке котлована, изготавливалась из бетона класса В12,5. Изготовление баретт осуществлялось по общепринятой технологии – в траншеях, разработанных под защитой глинистого раствора. По мере экскавации траншея заполняется глинистым раствором, который давит на ее стенки изнутри и тем самым предохраняет от обрушения.
Уровень глинистого раствора внутри траншеи выбирают таким образом, чтобы его давление уравновешивало давление грунта. В рассматриваемом случае потребовалось поднять уровень раствора в траншее относительно поверхности земли, для чего была устроена насыпь. Для экскавации грунта на отметках от +5 до –35 м использовался гидравлический грейфер, а на отметках от –35 до –74,8 м – гидрофреза. Зачистка дна траншеи осуществлялась с помощью канатного грейфера.
За счет того, что гидрофреза была оборудована инклинометром, удалось обеспечить вертикальность продольной оси баретт с допуском 1/100 (горизонтальное отклонение 1 см на каждый метр глубины).
Полную версию статьи Вы можете скачать здесь
Текст ВАЛЕРИЙ ПЕТРУХИН, д-р техн. наук, директор института,
ОЛЕГ ШУЛЯТЬЕВ, канд. техн. наук,
ИГОРЬ БОКОВ, инж., мл. науч. сотр.,
СТАНИСЛАВ ШУЛЯТЬЕВ, инж. (НИИОСП им. Н. М. Герсеванова)