Коли альтернатив підсиленню фундаменту палями не існує?

Підсилення фундаментів існуючих будівель — це одне з найскладніших завдань у геотехніці. Воно виникає при реконструкції, надбудові поверхів, виявленні аварійних деформацій або зміні гідрогеологічних умов. У будівельній практиці існує безліч методів підсилення: від традиційного розширення підошви фундаменту до хімічної закріплювальної ін’єкції (цементація, силікатизація, смолізація) та влаштування паль різного типу.

Ми розглянемо інженерно-геологічні ситуації, коли альтернатив пальовим конструкціям (а саме Stati-Pile) просто не існує, а хімічні та цементні ін’єкції стають повністю недієвими або навіть небезпечними для споруди.

Типи ґрунтових масивів непридатні для підсилення ін’єкційними методами

Головний чинник, який визначає можливість застосування ін’єкційних методів — це коефіцієнт фільтрації ґрунту. Якщо ґрунт не здатен пропустити крізь свою структуру цементну суспензію або хімічні розчини під робочим тиском, ін’єкційне закріплення втрачає ефективність.

Торф’яники, заторфовані ґрунти, мулисті піщані ґрунти та заторфовані піски:

• Наявність органіки суттєво уповільнює реакцію схоплювання полімерів та бетонних сумішей.
• Органічні кислоти руйнують цементний камінь ще на стадії його формування, а висока стисливість ґрунтів робить закріплену зону нестабільною.
• Високий вміст органіки робить ґрунти нестабільними за своєю природою, т.к. у них природним шляхом змінюється щільність та обсяг у результаті хімічних реакцій.
• Пухкі шари піщаних грунтів (дрібної фракції) низької щільності вимагають високої витрати полімерів, що ін’єктуються, або композитних бетонних сумішей.

У разі ін’єктування стає проблематичним з погляду собівартості робіт. Для гарантованого результату знадобиться витрата матеріалу несумірна з вартістю пальового рішення. Чим більша глибина та обсяг таких ґрунтів, тим проблемнішим стає виконання робіт. Будь-яка спроба “заощадити” не гарантує успішного виконання робіт та результату.
Набагато ефективніше повністю прорізати слабкі шари палями та передати навантаження від будівлі на глибокі, щільніші міцні горизонти.

Умови, за яких палі працюють ефективніше

Складні гідрогеологічні умови та підземні потоки

Вода є одним із найагресивніших факторів при виконанні підземних робіт. Якщо під підошвою фундаменту наявна динамічна гідрогеологічна система, ін’єктування стає неефективним з кількох причин:

• Вимивання розчину: При значній швидкості фільтрації підземних вод рідкий цементний або силікатний розчин вимивається з зони ін’єкції раніше, ніж почнеться процес тужавіння або гелеутворення. Це призводить до марних витрат матеріалу та забруднення навколишнього середовища.
• Напірні ґрунтові води: Високий гідростатичний тиск протидіє тиску нагнітання розчину, що перешкоджає рівномірному заповненню пористого простору.
• Вимивання карстових пустот: Якщо фундамент спирається на закарстовані породи з активним циркулюванням води, нагнітання сумішей перетворюється на безкінечний процес без гарантії створення надійного опорного блоку.

Складні гідрогеологічні умови не повністю виключають використання ін’єкційних методів, але призводять до здорожчання за рахунок більшої витрати матеріалів та облаштування більших за масштабом протифільтраційних екранів.

Щодо карстових пустот, є ін’єкційні методи заповнення пустот великих масштабів при низькій собівартості. Які можливо використовувати як в комплексі з палями, так і з традиційним ін’єкційним підсиленням. Тож в таких випадках поєднання методик для досягнення кращого результату обирає інженер виходячи з конкретних умов об’єкта.

Загалом, пальові технології дозволяють пройти крізь водоносні та закарстовані горизонти, занурившись безпосередньо в сухий або водонепроникний опорний пласт (наприклад, у скельну породу або твердий мергель).

Значна товщина слабких ґрунтів та глибоке залягання міцної основи

Коли товща слабких ґрунтів (насипних, просідаючих, насичених водою) під підошвою фундаменту сягає більше 10 метрів, спроба закріпити весь цей обсяг слабких грунтів інєктуванням може бути економічно не вигідною. Обсяги цементного чи хімічного розчину для суцільного закріплення багатометрової товщі вимірюються тисячами кубометрів, що робить кошторис робіт значно дорожчим порівняно з влаштуванням паль.

В той самий час нарощувані палі Stati-Pile можуть досягати необхідної глибики та працюють як колони. Передають вагу споруди безпосередньо на міцний пласт, ігноруючи всю багатометрову слабку товщу.

В окремих випадках досягнення глибоких шарів грунтів не потрібно. Методика “висячих паль” або “паль тертя” дозволяє при заданій кількості паль та їх глибини утримувати вагу будівлі за рахунок бокового опору (бокового тертя) грунтів.

Обмеження щодо деформацій суміжних будівель та ризик підйому ґрунту

Підсилення фундаментів часто проводиться в умовах щільної міської забудови, де поряд розташовані пам’ятки архітектури або будівлі в аварійному стані.

• Небезпека гідророзриву та підйому: Ін’єктування під тиском у непроникних або слабопроничних ґрунтах може викликати локальні підйом поверхні разом із підсилюваним або сусіднім фундаментом. Це призводить до утворення нових тріщин у несучих стінах.
• Додаткове зволоження: Введення великої кількості рідкого розчину в просідаючі або глинисті ґрунти може тимчасово знизити їхню міцність і спровокувати різке додаткове просідання споруди прямо під час виконання робіт.

Застосування вдавлюваних паль дозволяє мінімізувати динамічні та гідравлічні впливи на масив ґрунту. Навантаження перерозподіляється на палі поступово й контрольовано. Окрім того, метод технологія влаштування Stati-PILE безвібраційна.

Отже, незважаючи на популярність та широке застосування ін’єкційних технологій, пальові технології Stati-Pile в цілому ряді кейсів залишаються єдиним технічно можливим та надійним інженерним рішенням.