Технология изготовления свай «Fundex» является для российской строительной практики достаточно новой. Хотя этот тип свай нашел свое отражение в актуализированных строительных нормах [1, 2], отсутствие достоверной экспериментальной информации о свойствах грунтового основания одиночной сваи и в составе фундамента, несущей способности сваи по грунту сдерживают развитие расчетных методов и ограничивают широкое применение данной технологии в фундаментостроении. В частности, в специфических слабых грунтах Санкт-Петербурга сваи «Fundex» изготавливаются уже более 16 лет, но, как отмечается в работе [3], «...эта технология, несмотря на ее широкое применение, требует дополнительных исследований».
В соответствии с указаниями [1] по способу заглубления в грунт сваи «Fundex» относятся к набивным бетонным сваям, устраиваемым в грунте путем укладки бетонной смеси в скважины, образованные в результате принудительного вытеснения - отжатия грунта (п.6.1). По способу устройства эти сваи относятся (п.6.4, а) к вытеснительным, устраиваемым путем погружения (забивкой, вдавливанием или завинчиванием) инвентарных труб, нижний конец которых закрыт оставляемым в грунте башмаком (наконечником) или бетонной пробкой, с последующим извлечением этих труб по мере заполнения скважин бетонной смесью. Несущая способность таких набивных свай определяется по СП [1] аналогично несущей способности привычных забивных или вдавливаемых свай. Однако испытания свай «Fundex» статическими нагрузками, выполненные авторами статьи в грунтовых условиях Саратова, не подтверждают их столь высокую несущую способность.
Недавно появившийся ГОСТ [2] относит сваи «Fundex» к вытеснитель ным набивным сваям (cast in place (displacement) pile), устраиваемым путем погружения железобетонной оболочки, а также с помощью оставляемой или инвентарной обсадной трубы с закрытым концом с заполнением их полости неармированным или армированным бетоном. Однако в п.7.37 [2] появляется оговорка следующего содержания: «Применение свайных башмаков диаметром, большим, чем диаметр обсадной трубы, решается только проектной организацией с учетом того, что башмаки могут снижать несущую способность по боковой поверхности свай». Все сваи «Fundex» изготавливаются с использованием инвентарных башмаков, превышающих размеры обсадной трубы на 80 - 120 мм. Есть ли необходимость в этом случае учи тывать возможное снижение несущей способности сваи и как именно специалисты проектной организации должны это сделать в нормативном документе не указано.
В работе [2] также отмечается, что «наличие башмака, превышающего размеры обсадной трубы в среднем на 120 мм, обуславливают срез грунта на боковой поверхности и образование слоя грунта с пониженными характеристиками».
Следовательно, особенности формирования околосвайного массива в процессе устройства и «отдыха» в различных грунтовых условиях требуют дополнительного изучения.
На площадке строительства жилой комплекса «Царицынский» в Саратове с грунтовыми условиями, представленными мощной толщей глинистых отложений, в составе свайного фундамента под 25-этажный пятисекционный жилой дом ЗАО «Геотехника-С» в 2015 году изготовлены 310 свай
по технологии «Fundex». Сваи диаметром 375 мм длиной 9 м с теряемым винтовым наконечником DPOS-4E (наибольший диаметр спирали - 465 мм) устраивались с поверхности дна котлована глубиной около 2,0 м установкой IHC Fundex F2800. Инженерно-геологические условия площадки строительства были представлены следующими глинистыми грунтами (глубины залеганияслоев указаны от поверхности дна котлована):
Подземные воды вскрыты на глубине от 2,2 до 3,0 м и локализованы в диапазоне глубин от 2,2 до 5,0 м. Обобщенный инженерно-геологический разрез площадки в месте проведения эксперимента с ориентировочной схемой расположения сваи показан на рис. 1.
Выбор таких грунтовых условий площадки позволил заранее исключить влияние на результаты эксперимента целого ряда факторов, вносящих искажения в картину формирования уплотненных зон вокруг сваи: наличие избыточного порового давления, приводящего к разуплотнению грунта при изготовлении сваи; возможное уменьшение диаметра ствола сваи при бетонировании в слабых грунтах; взаимное влияние свай при изготовлении и т.д. После продолжительного «отдыха» (4,5 месяца), гарантирующего полное завершение консолидации и восстановления структурных свойств грунтов, выполнены дополнительные инженерно-геологические изыскания и проведен комплекс экспериментальных исследований:
Рис. 1. Обобщенный инженерно-геологический разрез площадки в месте проведения эксперимента
Рис. 2. Схема расположения экспериментальной сваи и буровых скважин
Результаты лабораторных определений физических свойств грунтов представлены в табл. 1.
Для наглядности и удобства анализа представленных в табл. 1 данных в качестве примера на рис. 3 представлены графики изменения плотности грунта ρ, г/см3, по глубине в зависимости от расстояния до ствола сваи.
Рис. 3. Графики изменения плотности грунта ρ, г/см3, по глубине в зависимости от расстояния до ствола сваи
Результаты лабораторных определений прочностных характеристик грунтов представлены в табл. 2, деформационных - в табл. 3.
Из-за наличия вкраплений глины и песчаных прослоек в монолитах, вызывающих значительный разброс параметров при раздельном определении угла внутреннего трения φ и удельного сцепления С, в качестве параметра прочности принято предельное сопротивление консолидированного грунта сдвигу τu, МПа, при нормальном напряжении в плоскости сдвига σ = 0,3 МПа. Модули деформации определялись на стандартных приборах компрессионного сжатия в интервале давлений σ = 0,0 - 0,2 МПа при естественной влажности и в условиях полного водонасыщения.
При изучении полученных результатов следует обратить внимание на следующие обстоятельства:
Анализ полученных экспериментальных данных показывает:
Наибольшее снижение параметров отмечается непосредственно над верхним обрезом винтового наконечника.
На расстоянии 1,0 м от грани сваи в том же диапазоне глубин фиксируется величины ρ, близкие к природным значениям. Прочностные и деформационные характеристики на этих глубинах демонстрируют аналогичную зависимость.
Такое снижение бокового сопротивления в твердых устойчивых глинах, на наш взгляд, не может быть связано с технологическими особенностями извлечения обсадной трубы и бетонирования сваи, как это, вероятно, происходит в слабых водонасыщенных глинистых грунтах Санкт-Петербурга [4]. Разуплотненная зона на этом участке боковой поверхности могла сформироваться еще при погружении сваи и определяться характером (траекторией) вытеснения грунта из-под винтового наконечника, диаметр которого превышает диаметр ствола сваи;
Авторы статьи считают, что объем выполненных исследований недостаточен для полноценного анализа и однозначных выводов. Поэтому в статье представлены лишь предварительные выводы о характере формирования уплотненных зон вокруг боковой поверхности и нижнего конца одиноч-
ной сваи «Fundex» в типичных для Саратова грунтовых условиях.
Считаем, что в рассмотренных инженерно-геологических условиях при длительном «отдыхе» продолжительностью 4,5 месяца все процессы консолидации и возможного восстановления структурных связей околосвайного массива грунтов полностью завершились.
По результатам экспериментальных исследований вблизи боковой поверхности сваи «Fundex» фиксируется незначительное уплотнение основания, но не отмечено роста как прочностных, так и деформационных характеристик грунта существенно выше природных значений. На участке ствола выше обреза башмака на 3-5 диаметров вокруг боковой поверхности сваи отмечается уменьшение плотности (разуплотнение) грунта, а также незначительное снижение его прочностных и деформационных свойств.
Ниже нижнего конца сваи (теряемого инвентарного винтового наконечника) на глубину до восьми диаметров ствола сваи достоверно фиксируется плотнение основания, повышение его прочности и снижение деформативности.
Для уточнения методов оценки несущей способности свай «Fundex» требуются дополнительные экспериментальные исследования их основания в широком диапазоне грунтовых условий лабораторными и полевыми методами с параллельными испытаниями опытных свай статическими вдавливающими и выдергивающими нагрузками.
