Армирование буроинъекционных свай

Введение. Рассматривается возможность сокращения длины армирования гибких буроинъекционных свай (БИС) диаметром до 0,3 м без снижения несущей способности по материалу на основе анализа распределения изгибающего момента по длине сваи. Актуальность исследования обусловлена необходимостью поиска технических решений, позволяющих упростить и удешевить процесс усиления фундаментов при сохранении их надежности и долговечности. Основная цель исследования заключается в расчетном обосновании минимально необходимой длины армирования БИС с учетом их реальной работы в грунтовом массиве.

Материалы и методы. Для достижения поставленной цели производился анализ распределения изгибающего момента по длине сваи диаметром 0,2; 0,25 и 0,3 м в двух типах грунтовых условий. Оценка распределения изгибающего момента выполнялась на основе известных аналитических решений и посредством моделирования в ПК Midas FEA NX. Критерием оценки достаточности армирования служило соотношение между фактическими нагрузками и предельной прочностью бетона на растяжение, что позволило оценить реальную необходимость армирования на различных участках сваи.

Результаты. Анализ распределения изгибающего момента для выбранных грунтовых условий по длине гибких свай показал, что наибольшие усилия возникают только в верхней части до глубины 3–4 м, далее происходит резкое затухание изгибающего момента. Установлено, что в условиях распространения пылевато-глинистых грунтов для гибких свай диаметром до 0,3 м достаточная глубина армирования составляет 15–16 диаметров сваи.

Выводы. Продемонстрирована принципиальная возможность сокращения длины арматурных каркасов гибких БИС диаметром до 0,3 м без снижения их несущей способности. Получены рекомендации по глубине армирования в зависимости от диаметра сваи и характеристик грунтового основания. Данные результаты дают возможность упростить процесс устройства БИС малого диаметра, особенно при работе в стесненных условиях.

1. Salnyi I.S., Pronozin Y.A., Naumkina J.V., Karaulov A.M. Experience in application of drilled injection piles for building and structure strengthening // Journal of Physics: Conference Series. 2021; 1928:012010. DOI: 10.1088/1742-6596/1928/1/012010. (EDN HBLHVM)

2. Salnyi I., Stepanov M., Karaulov A. Experience in strengthening foundations and foundations on technogenic soils // E3S Web of Conferences. 2022; 363:02004. DOI: 10.1051/e3sconf/202236302004. (EDN ZMUZAF)

3. Lizzi F. The Pali Radice (Root Piles) // Symposium on Soil and Rock Improvement Techniques including Geotextiles Reinforced Earth and Modern Piling Methods. 1982. Pp. 1–21.

4. Malinin А.Г., Malinin D.А. Технология устройства анкерных свай «АТЛАНТ». Оsнования, фундаменты и механика грунтов. 2010; № 1:17-20. (EDN SKAOCF)

5. Poliщук А.И., Петухов А.А., Семенов И.В. Усиление фундаментов инъекционными сваями в условиях реконструкции зданий : монография. Краснодар: КубГАУ, 2022.

6. Gupta R.K., Chawla S. Performance evaluation of micropiles as a ground improvement technique for existing railway tracks: Finite-element and genetic programming approach // International Journal of Geomechanics. 2022; 22(3). DOI: 10.1061/(ASCE)GM.1943-5622.0002270

7. Мангушев Р.А., Готман А.Л., Знаменский В.В., Пономарев А.Б. Сваи и свайные фундаменты. Конструкции, проектирование и технологии. 3-е изд. М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2021.

8. Патент RU № 2817842C1. Способ устройства буроинъекционной сваи / Пронозин Я.А., Сальный И.С., Волосюк Д.В. Опубл. 22.04.2024.

9. Сальный И.С. Взаимодействие буроинъекционных свай с грунтовым основанием: дис. ... канд. техн. наук. Тюмень, 2023.

10. Чарланова Д.С., Терехова О.П. Усиление оснований реконструируемых зданий буроинъекционными сваями. Вестник науки. 2022; 3(46):161–164.

11. Dos Santos Filho J.M.S.M., Da Silva Oliveira Morais T., De Hollanda Cavalcanti Tsuha C. Helical piles with cement injection in medium dense sand. International Journal of Geotechnical Engineering. 2023; 17(4):352–362. DOI: 10.1080/19386362.2023.2250200

12. Kim J., Kim U., Choi H., Min B., Park S. Development of expanded steel pipe pile to enhance bearing capacity. Sustainability. 2022; 14(5). DOI: 10.3390/su14053077

13. Guo J., Dai G., Wang Y. Method for calculating vertical compression bearing capacity of the static drill rooted nodular pile. Applied Sciences. 2022; 12(10):5101. DOI: 10.3390/app12105101

14. Elaziz A.Y.A., Naggar M.H.E. Geotechnical capacity of hollow-bar micropiles in cohesive soils. Canadian Geotechnical Journal. 2014; 51(10):1123–1138. DOI: 10.1139/cgj-2013-0408

15. Nurjanah A. Analysis of bearing capacity of pile foundations using analytical method and finite element method. Eduvest — Journal of Universal Studies. 2024; 4(4). DOI: 10.59188/eduvest.v4i4.1190

16. Telford W., Kokan M., Aschenbroich H. Pile load tests of titan injection bored micropiles at an industrial plant in North Vancouver. Proc. 9th International Workshop on Micropiles. 2009; 138–145.

17. Zhang X., Ding L., Xiao C., Song Y. Characterizing structural bearing capacity and deformation behaviors of micropiles under multi-stage static loading. KSCE Journal of Civil Engineering. 2023; 27(3):992–1009. DOI: 10.1007/s12205-023-0403-7

18. Hong S., Kim Q., Kim I., Abbas Q., Lee J. Experimental and numerical studies on load-carrying capacities of encased micropiles with perforated configuration under axial and lateral loadings. International Journal of Geomechanics. 2021; 21(6). DOI: 10.1061/(ASCE)GM.1943-5622.0002019

19. Hong S., Kim G., Kim I., Lee J., Lee J. Characterizing optimum casing configuration for laterally loaded micropiles with inclined condition. KSCE Journal of Civil Engineering. 2022; 26(9):3776–3788. DOI: 10.1007/s12205-022-1516-0

20. Улицкий В.М., Шашкин А.Г., Шашкин К.Г. Гид по геотехнике. Путеводитель по основаниям, фундаментам и подземным сооружениям. СПб.: ПИ Геореконструкция, 2012.

21. Конюшков В.В. Несущая способность буроинъекционных свай на вертикальную и горизонтальную нагрузки с учетом технологии их изготовления: дис. ... канд. техн. наук. СПб., 2007.

22. Мельников Р.В., Пронозин Я.А. Вертикальность скважин. Construction and Geotechnics. 2021; 12(3):94–104. DOI: 10.15593/2224-9826/2021.3.10.

23. Ухов С.Б., Семенов В.В., Знаменский В.В., Тер-Мартиросян З.Г., Чернышев С.Н. Механика грунтов, основания и фундаменты. М.: Высшая школа, 2007.

24. Силин К.С., Глотов Н.М., Завриев К.С. Проектирование фундаментов глубокого заложения. М.: Транспорт, 1981.

25. Симвулиди И.А. Расчет инженерных конструкций на упругом основании. М.: Высшая школа, 1978.

26. Чернявский Д.А. Разработка конструкции и метода расчета несущей способности буроинъекционных конических свай в глинистых грунтах: дис. ... канд. техн. наук. СПб., 2020.