Когда альтернатив укреплению фундамента сваями не существует?

Усиление фундаментов существующих зданий – это одна из самых сложных задач в геотехнике. Оно возникает при реконструкции, надстройке этажей, обнаружении аварийных деформаций или изменении гидрогеологических условий. В строительной практике существует множество методов усиления: от традиционного расширения подошвы фундамента до химической закрепляющей инъекции (цементация, силикатизация, полимеризация) и устройство свай разного типа.

Мы рассмотрим инженерно-геологические ситуации, когда альтернатив свайным конструкциям (а именно Stati-Pile) просто не существует, а химические и цементные инъекции становятся малоэффективными или даже не действенными.

Типы грунтовых массивов непригодны для усиления инъекционными методами

Главный фактор, определяющий возможность применения инъекционных методов – это коэффициент фильтрации грунтов. Если грунты не способны пропустить сквозь свою структуру цементную суспензию или химические растворы под рабочим давлением, инъекционное закрепление теряет эффективность.

Торфяники, заторфованые грунты, илистые песчаные грунты и заторфованные пески:

• Наличие органики существенно замедляет реакцию схватывания полимеров и бетонных смесей.
• Органические кислоты разрушают цементный камень еще на стадии его формирования, а высокая сжимаемость грунтов делает закрепленную зону нестабильной.
• Высокое содержание органики делает грунты нестабильными по своей природе, т.к. в них естественным путем меняется плотность и объем в результате химических реакций.
• Рыхлые слои песчаных грунтов (мелкой фракции) низкой плотности требуют высокого расхода инъектируемых полимеров или композитных бетонных смесей.

В таких условиях инъектирование становится проблематичным с точки зрения себестоимости работ. Для гарантированного результата потребуется расход материала несоизмеримый со стоимостью свайного решения. Чем большая глубина и объем таких грунтов, тем проблемнее становится выполнение работ. Любая попытка “сэкономить” не гарантирует успешного выполнения работ и результата.

Гораздо эффективнее полностью прорезать слабые слои сваями и передать нагрузку от здания на глубокие, более плотные крепкие горизонты.

Условия, при которых сваи работают эффективнее

Сложные гидрогеологические условия и подземные потоки

Вода является одним из наиболее агрессивных факторов при выполнении подземных работ. Если под подошвой фундамента есть динамическая гидрогеологическая система, инъецирование становится неэффективным по нескольким причинам:

• Вымывание раствора: При значительной скорости фильтрации подземных вод жидкий цементный или силикатный раствор вымывается из зоны инъекции, прежде чем начнется процесс схватывания или гелеобразования. Это приводит к бесполезным затратам материала и загрязнению окружающей среды.
• Напорные грунтовые воды: Высокое гидростатическое давление противодействует давлению нагнетания раствора, что препятствует равномерному заполнению пористого пространства.
• Вымывание карстовых пустот: Если фундамент опирается на закарстованные породы с активной циркуляцией воды, нагнетание смесей превращается в бесконечный процесс без гарантии создания надежного опорного блока.

Сложные гидрогеологические условия не полностью исключают использование инъекционных методов, но приводят к удорожанию за счет большего расхода материалов и обустройству больших по масштабу противофильтрационных экранов.

Относительно карстовых пустот есть инъекционные методы заполнения пустот больших масштабов при низкой себестоимости. Которые можно использовать как в комплексе с сваями, так и с традиционным инъекционным усилением. Так что в таких случаях сочетание методик для достижения лучшего результата выбирает инженер исходя из конкретных условий объекта.

В общем, свайные технологии позволяют пройти через водоносные и закарстованные горизонты, погрузившись непосредственно в сухой или водонепроницаемый опорный пласт (например, в скальную породу или твердый мергель).

Значительная толщина слабых грунтов и глубокое залегание прочного основания.

Когда толща слабых грунтов (насыпных, проседающих, насыщенных водой) под подошвой фундамента достигает более 10 метров, попытка закрепить весь этот объем слабых грунтов инъектированием может быть экономически невыгодной. Объемы цементного или химического раствора для сплошного закрепления многометровой толщи измеряются тысячами кубометров, что делает смету работ значительно дороже по сравнению с устройством свай.

В то же время наращиваемые сваи Stati-Pile могут достигать необходимой глубины и работают как колонны. Передают вес постройки непосредственно на крепкий пласт, игнорируя всю многометровую слабую толщу.

В отдельных случаях достижение глубоких слоев грунта не требуется. Методика «свай трения» позволяет при заданном количестве свай и их глубины удерживать вес здания за счет бокового сопротивления (бокового трения) грунтов. Даже не достигая твердых “материковых грунтов”.

Оограничение деформаций смежных зданий и риск подъема грунта

Усиление фундаментов часто производится в условиях плотной городской застройки, где рядом расположены достопримечательности архитектуры или здания в аварийном состоянии.

• Опасность гидроразрыва и подъема: Инъецирование под давлением в непроницаемых или слабопроницаемых грунтах может вызвать локальные подъемы поверхности вместе с усиливаемым или соседним фундаментом. Это приводит к образованию новых трещин в несущих стенах.
• Дополнительное увлажнение: Введение большого количества жидкого раствора в проседающие или глинистые грунты может временно снизить их прочность и спровоцировать резкое дополнительное проседание сооружения прямо во время выполнения работ.

Применение вдавливаемых свай позволяет минимизировать динамические и гидравлические воздействия на массив грунта. Нагрузка перераспределяется на сваи постепенно и контролируется. Кроме того, технология установки наборных свай Stati-PILE безвибрационная.

Итак, несмотря на популярность и широкое применение инъекционных технологий, свайные технологии Stati-Pile в целом ряде кейсов остаются единственным технически возможным и надежным инженерным решением.