Вы здесь

Пути повышения эффективности фундаментостроения в условиях Беларуси

Версия для печати

Отечественная и зарубежная практика строительства свидетельствует, что эффективность капитальных вложений в первую очередь зависит от экономичности применяемых в строительстве конструкций и материалов, а также технологии строительного производства, используемой строительными организациями.
В Беларуси проблема эффективности фундаментостроения обусловлена прежде всего сравнительно благоприятными грунтовыми условиями. Основания в пределах глубин устройства фундаментов многослойны и, как правило, представлены четвертичными отложениями, в основном песчаными и моренными (от средней прочности до прочных), которые занимают более 70% территории республики.

На остальной части территории страны залегают озерно-ледниковые, лессовидные, аллювиальные и озерно-болотные грунты. 5% территорий приходятся на неудоби в черте городов, поймы, заболоченные земли со слабыми (биогенными) обводненными грунтами в составе оснований.

В рассматриваемых условиях применяются различные виды фундаментов как типовой номенклатуры, так и индивидуальных конструкций. Во многих случаях области их эффективного использования совпадают. В связи с этим при выборе фундаментов первостепенными становятся вопросы технико-экономической оценки вариантов.

Учитывая это, в УП “Институт БелНИИС” Министерства архитектуры и строительства РБ проведен технико-экономический анализ различных типов фундаментов, используемых в строительстве как типовых, так и индивидуальных зданий, отвечающих критериям надежности и долговечности для  рассматриваемых условий.

Технико-экономические показатели определялись на основе модельного проектирования, то есть создания строительного объекта (модели) с типами оснований, фундаментов и нагрузками от зданий реального объекта.

В процессе анкетирования строительных трестов и анализа типовых проектов, применяемых в массовом и экспериментальном строительстве республики, установлены парк механизмов и оборудования, имеющийся в строительных организациях, основные характеристики зданий и осредненные нагрузки на фундаменты от 1 м стены 30, 60, 100 кН/м и колонн – 200…1000 кН.

Проведен также анализ свыше 200 инженерно-геологических колонок оснований на территории Беларуси, составлены расчетные схемы для всех областей республики.

Анализ инженерно-геологических условий показал, что основания имеют ряд однородных свойств и признаков, изменение которых оказывает особенно активное влияние на технологию устройства фундаментов и их стоимость. К таким признакам относятся мощность “слабого” и искусственного слоев, их расположение по глубине, вид грунта и его “прочность”, которые можно принять за базовые модули при унификации инженерно-геологических условий республики. Исходя из этого, всю совокупность оснований можно свести по их прочности к трем расчетным строительным категориям (рис. 1).

Для сформулированного вышеуказанным образом объекта исследований производились все необходимые инженерные расчеты по методикам СНиП 2.01.07-85, СНБ 5.01.01-99, СНБ5. 03.01-02 и др. с определением на основе проектирования конструктивных решений фундаментов, расхода материалов и трудоемкости. Во всех вариантах объемы работ установлены до уровня верхнего обреза фундаментов.

При расчетах стоимости, приведенных затрат и трудоемкости учтены затраты по следующим основным видам работ: изготовление сборных железобетонных конструкций на заводах сборного железобетона, погружение свай, пробивка (бурение) скважин в грунте второй категории; изготовление набивных свай; устройство монолитного (сборного) железобетонного фундамента или ростверка.

Технико-экономические показатели определены для всех типоразмеров фундаментов (летние условия строительства) по полной номенклатуре экономических показателей: стоимость (С), трудоемкость (Т), приведенные затраты (П) согласно методическим положениям СН 423 Госстроя СССР и разработанным в УП “Институт БелНИИС” Рекомендациям по оценке эффективности фундаментов.

Основные итоговые результаты исследований даны на рис. 1 и 2. Их технико-экономический анализ позволяет сделать следующие выводы по применению фундаментов для строительства в РБ.

Грунтовые условия республики в среднем более благоприятны, чем в СНГ. В основаниях категории I достаточно эффективны традиционные плитные фундаменты из монолитного бетона, которые на 30–50% оказываются экономичнее по стоимости, материалоемкости и трудоемкости в сравнении с аналогичными сборными конструкциями заводского изготовления. Особенно эффективны в этом случае для промышленных сельских зданий комбинированные незаглубленные плитные фундаменты (вариант 2), а в отдельных случаях — тонкие плиты (вариант 8), в том числе на несущем слое (геомассиве) из щебеночных мелкозаглубленных свай уплотнения с давлением на основание до 0,6 МПа. Они особенно незаменимы в сложных инженерно-геологических условиях (категории II и III), а также при насыщенном расположении фундаментов в пятне застройки.

Установлено, что в диапазоне нагрузок 30–250 кН монолитные плитные фундаменты экономически целесообразны только при глубине их заложения не более 1,2 м, а ленточные — из сборных блоков и плит менее 1м.

В зданиях без подвалов наиболее конкурентоспособными являются мелкозаглубленные и незаглубленные фундаменты (вариант 2) на песчаной подушке. Они дешевле традиционных из монолитного бетона. Существенную экономию дают тонкостенные монолитные фундаменты шириной до 300 мм при ширине стен надземной части до 510 мм.

В настоящее время разработаны, апробированы и нашли достаточно широкое применение новые индустриальные конструкции забивных и монолитных (набивных) свай, которые даже в благоприятных грунтовых условиях оказываются экономичнее традиционных плитных фундаментов и все чаще вытесняют их. 

 Вместе с тем применение свайных фундаментов в Беларуси по сравнению со странами СНГ и зарубежными странами ограничено и составляет 8–10% от общего объема возводимых фундаментов (в СНГ 12–15, в дальнем зарубежье 15– 20%). Это в первую очередь объясняется тем, что до настоящего времени в стране не так остро ощущался дефицит земельных участков. Кроме того, еще недостаточно хорошо развита индустриальная база по изготовлению как традиционных, так и новых прогрессивных видов свай, а строительные организации плохо укомплектованы соответствующими механизмами для производства свайных работ. Отсутствует и соответствующая нормативная литература на ряд новых прогрессивных конструкций свай.

В отечественной практике используются различные конструктивные решения свайных фундаментов как из забивных, так и набивных свай. При этом основной объем внедрения (свыше 90%) в массовом строительстве приходится на сваи забивные железобетонные квадратного сечения (300x300 мм) типовой номенклатуры по СТБ1075-97. Применяются также:

– сваи забивные — пирамидальные (прямоугольного и квадратного поперечного сечений), сваи-колонны, призматические с уширениями на уровне острия и по длине ствола (в виде забивной шайбы);
– сваи набивные — в буровых скважинах большого диаметра и длины, а также с выштампованным основанием.

Широкое использование забивных призматических свай типовой номенклатуры обусловлено развитой базой заводов сборного железобетона, высоким уровнем механизации свайных работ на строительной площадке, простотой и индустриальностью устройства, независимостью от погодных условий. В индустриальную базу сборного железобетона (в частности, парк форм и сваебойные установки) вложены значительные капитальные средства, поэтому в ближайшие 10 лет забивные сваи (сборные плитные фундаменты) будут и впредь преобладать над другими видами конструкций, особенно в грунтах II и III категорий (рис. 1). Крупными недостатками таких свай являются значительная материалоемкость (расход арматуры, бетона) на единицу несущей способности, необходимость срубки свай до проектной отметки, большие затраты на перевозку и хранение, недостаточная оснащенность сваебойной техникой и т.п.

Учитывая, что забивные сваи типовой номенклатуры не удовлетворяют современным требованиям, предъявляемым к строительным конструкциям по эффективности, их совершенствование идет в основном в направлении поисков формы (поперечного и продольного сечений) и замены обычной арматуры на предварительно напряженную. Конструкции, разработанные на основе указанных предпосылок, отличаются большим разнообразием сечений: тавровое, двутавровое, крестообразное, трехлопастное, круглое с полостью и др. (рис. 3). Толщина стенок таких конструкций колеблется от 8 до 10 см.

Однако выполненные исследования показали, что увеличение площади их боковой поверхности не обеспечивает существенного увеличения несущей способности, связано с усложнением формы свай, ростверков и приводит к повышению себестоимости изготовления и удлинению сроков строительства.
Тем не менее в ряде частных случаев некоторые из рассматриваемых образцов (треугольные, тавровые) могут дать положительный эффект. Так, например, в треугольных сваях на 10% меньше арматуры и на 20% — бетона, чем в квадратных сечением 25x25 см, при одинаковых площади и затратах на изготовление. Они обладают хорошей проникающей способностью и поэтому весьма эффективны в плотных водонасыщенных грунтах, поскольку погружение других видов свай или устройство фундаментов на естественном основании без дополнительных мероприятий (подмыв, устройство лидерных скважин, водопонижение и т.п.) связано с большими трудностями. При этом тавровые сваи хорошо воспринимают горизонтальные нагрузки.
Существуют рациональные области применения и других конструкций забивных свай. Тем не менее всем им присущ один недостаток — значительный расход арматуры и большой отход высококачественного железобетона при срубке голов, а для тонкостенных конструкций кроме того — высокая себестоимость и сложность технологии изготовления.

В связи с этим во всем мире широкое распространение получили набивные сваи в буровых и пробитых скважинах. Их приоритетность подтверждена и опытом использования в Беларуси.
По сравнению с забивными они обладают рядом существенных преимуществ: возможность корректировки длины изделия в процессе строительства и исключение в связи с этим отходов железобетона, незначительный расход арматуры или полное ее отсутствие, использование товарного бетона (стоимость его меньше), универсальность (могут применяться практически в любых грунтовых условиях под любые нагрузки), возможность контроля качества и др.

Однако традиционные набивные сваи в буровых скважинах большой длины и диаметра имеют сравнительно низкую несущую способность на 1 руб. затрат, а при высоком уровне грунтовых вод усложняется технология работ, что снижает их эффективность в грунтовых условиях III категории (рис. 1). В связи с этим ведущим направлением рационального фундаментостроения для республики, где с поверхности или на небольшой глубине (1,5–2,0 м), как правило, залегают “хорошие” грунты, является создание конструкций свай мелкого заложения с несущей способностью от 200 до 2000 кН, распределяющих нагрузку в верхних плотных слоях основания.

Экспериментальные работы, выполненные в УП “Институт БелНИИС”, ряде других организаций, и опыт строительства показывают, что данную задачу можно решить за счет целенаправленного изменения физико-механических свойств грунта основания сваи в процессе ее устройства.

Следовательно, наиболее рациональными и экономичными в данном случае являются те свайные фундаменты, при устройстве которых уплотняется околосвайный грунт, эффективно изменяются его свойства (доводятся до требуемых значений). Связано это в первую очередь с формой свай (забивных) и технологией устройства (набивных). Реальная практика показывает, что наилучшим образом распределяют нагрузку от здания и вовлекают в работу наибольший объем грунта пирамидальные, конические, бипирамидальные и другие сваи, получившие в последнее время широкое распространение в РБ.

Особенно они эффективны в выштампованных или вытрамбованных (пробитых) скважинах, изготовленных специальными скважинообразующими штампами (по форме будущей сваи), с последующим заполнением их бетонной смесью. Преимущество заключается в том, что отпадает необходимость в выемке грунта, который втрамбовывается в стенки скважины и уплотняет основание в околосвайном пространстве. Набивные сваи превосходят по несущей способности забивные, экономичнее их по расходу материала, особенно стали, и более эффективны по сравнению с фундаментами на естественном основании [1–4]. Достоинства набивных свай уплотнения открывают в условиях Беларуси большие возможности по повышению эффективности, индустриальности и комплексной механизации фундаментостроения при высоком качестве работ.

Широкое использование вышеуказанных прогрессивных типов свай сдерживается в настоящее время несколькими причинами. В частности, низким уровнем оснащения строительных организаций современными высокопроизводительными машинами и механизмами, отсутствием современных экономичных технологий для грунтовых условий РБ, конструктивных и нормативных материалов для проектирования таких свай на основаниях Беларуси, а также слабой их изученностью и недостаточной осведомленностью строительных организаций о состоянии фундаментостроения и уровне проведенных исследований в стране.

Учитывая это, в УП “Институт БелНИИС” разработано, апробировано и внедрено свыше 20 типов ресурсосберегающих конструкций свай. Они комплексно решают проблему обеспечения необходимого уровня индустриализации и механизации всех трудоемких процессов изготовления фундаментов при высоком качестве и низкой себестоимости [1–4] для промышленного, гражданского и сельского строительства, которое, согласно Указу Президента РБ № 405 “О некоторых мерах по строительству жилых домов (квартир) в сельскохозяйственных организациях”, становится приоритетным. Их применение по сравнению с традиционными решениями позволяет почти в два раза снизить себестоимость, трудоемкость и время возведения фундаментов сельских зданий.

 Исходя из характеристик имеющихся в строительных организациях республики машин и оборудования, институтом “БелНИИС” апробированы и предложены ресурсосберегающие фундаменты, а также технологии и оборудование нового поколения по их возведению:

1) набивные монолитные сваи в вытрамбованных скважинах коническим штампом различных сечений и длин на базе рыхлителя по способу СТ (рис. 4);

2) набивные монолитные грунтобетонные микросваи в бурораскатанных скважинах Ж 80–150 мм длиной до 1Ј3 м по способу СБ (рис. 5), разработанному совместно с ООО “ОиФК” и ОАО “Стройкомплекс”;

3) набивные монолитные грунтобетонные микросваи в проколотых скважинах Ж 80–150 мм длиной до 1Ј3 м по способу СП (рис. 6), разработанному совместно с ООО “ОиФК”;

4) набивные монолитные грунтобетонные микросваи в виброштампованных гидромолотом скважинах Ж 120–150 мм длиной 1–1,5 м по способу СШ (рис. 7).

Разработан технологический комплекс для изготовления свай по способам СТ, СБ, СП, СШ. Он состоит из установки для штамповки скважин и вспомогательного оборудования для изготовления грунтобетона и его укладки в скважину [4]. Установка для изготовления скважин — из базовой машины с крутящим моментом на вале отбора мощности не менее 2,4 кН·м или рабочим давлением в гидросистеме не менее 0,6 МПа (выбран трактор “Беларус” и экскаватор ЕК) с навесным оборудованием в виде направляющей (краново-буровой или гидроманипуляторной) штанги и съемного рабочего буровиброраздвижного органа диаметром 80–150 мм (для СБ, СП, СШ), 300 мм (для СТ) и длиной 1,5–3 м (рис. 4–7). Вспомогательное оборудование (смеситель) служит для изготовления грунтобетонной (бетонной) смеси и подачи ее в зону укладки.

При устройстве фундаментов применяется грунтобетон — искусственный конструктивный каменный материал, полученный в результате твердения однородной по составу смеси из природного местного грунта, цемента и воды. Он является самым дешевым местным материалом для изготовления свай [3, 4].

В заключение следует отметить, что в настоящее время наукой предлагается широкий выбор возможностей для рационального проектирования и возведения фундаментов под любые нагрузки и условия строительства. Однако многое из того, что ученые считают решенным, не находит широкого применения на практике. Институт “БелНИИС” готов оказать любую консультативную помощь строительным организациям республики по внедрению современных ресурсосберегающих конструкций и технологий возведения фундаментов с учетом их возможностей и конкретных условий строительства.

 

Литература
1. Сеськов В.Е, Лях В.Н. Эффективные конструкции и методы устройства оснований и фундаментов в Республике Беларусь // Строительная наука и техника. 2005. № 1. С. 91–94.
2. Пособие 2-95. Проектирование и устройство фундаментов из свай набивных с уплотненным основанием (к СНиП 2.02.03-85). Мн., 1995. 102 с.
3. Кравцов В.Н. Свойства грунтобетона и аспекты его применения для изготовления фундаментов /Сб. МНК “Бетон и железобетон в третьем тысячелетии”. Ростов-на-Дону. РГСУ. 2000. С. 200–204.
4. Кравцов В.Н., Назаров Н.А. Исследование и особенности применения грунтобетона для свайных фундаментов и упрочнения грунтов // Материалы ХI международного НМС “Перспективы развития новых технологий в строительстве и подготовке инженерных кадров Республики Беларусь”. Ч. 2. Брест, БГТУ. 2004. С. 200–205.

 


 

 

 

 

Читайте также
23.07.2003 / просмотров: 6 106
Геннадий Штейнман XVIII съезд Белорусского союза архитекторов завершил свою работу. Еще долго мы будем обсуждать его решения, осмысляя свои и чужие...
02.09.2003 / просмотров: 8 834
Центр Хабитат является органом, осуществляющим информационно-аналитическое обеспечение работ Минстройархитектуры по устойчивому развитию населенных...
02.09.2003 / просмотров: 17 604
Беларусь всегда была на передовых позициях в вопросах ценообразования в строительстве в бывшем СССР. Однако еще в конце 1980-х годов, когда страна...