• Название:

    Обоснование эффективной буроопускной технологии свайных работ в условиях Якутии

  • Размер: 1.36 Мб
  • Формат: PDF
  • или

    Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный
    университет

    На правах рукописи

    САВВИНА Александра Егоровна

    Обоснование эффективной буроопускной технологии
    свайных работ в условиях Якутии

    05.23.08. - Технология и организация строительства

    Диссертация на соискание ученой степени
    кандидата технических наук

    Научный руководитель
    д.т.н., профессор Бадьин Г.М.

    Санкт-Петербург 2001

    Содержание

    Стр.
    Введение

    4

    Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования
    ГГ

    Характеристика климатических и мерзлотно-грунтовых

    условий строительства в республике Саха (Якутия)
    1.2.

    8

    Характеристика конструктивных и технологических

    решений устройства свайных фундаментов в условиях
    республики Саха (Якутия)

    10

    Выводы

    20

    Цель и задачи исследования

    21

    Глава 2. Теоретические исследования по выбору и обоснованию
    оптимальной технологии устройства буроопускных свай в
    условиях Якутии
    2.1. Выбор показателей эффективности строительных процессов
    и определение их весомости при вариантном проектировании

    22

    2.2. Методика сравнительного анализа и выбора оптимального
    варианта возведения свайных фундаментов

    26

    2.3.Выбор оптимального варианта возведения свайных
    фундаментов в условиях Якутии

    30

    2.4. Пример расчета при выборе буровой машины
    ударно-канатного действия

    37

    Выводы

    39

    Глава 3. Совершенствование технологии устройства буроопускных
    свай на основе анализа технологических процессов
    3.1. Проведение натурных наблюдений

    40

    3.2. Исследования по нормативно-технологическому обеспечению
    процессов устройства буроопускных свай в условиях Якутии
    3.3. Оценка экономической эффективности совершенствования
    2

    47

    нормирования труда

    59

    Выводы
    Глава 4. Экспериментальные исследования свойств растворов
    для буроопускных свай
    4.1. Растворы для заполнения пазух при устройстве
    буроопускных свай в условиях вечномерзлых грунтов

    63

    4.2. Исследования по определению марочной прочности
    различных растворов

    66

    4.3. Исследования водостойкости растворов

    70

    4.4. Исследования по определению температуры и
    продолжительности замерзания растворов

    70

    4.5. Исследования по определению сопротивления мерзлого
    раствора сдвигу по поверхности смерзания с материалом
    фундамента

    ,

    74

    4.6. Особенности технологии устройства буроопускных свай
    при заливке в скважины раствора с композиционным
    гипсовым вяжущим

    81

    4.7. Оценка экономической эффективности совершенствования
    технологии устройства буроопускных свай в условиях Якутии

    85

    Выводы

    88

    Общие выводы

    89

    Библиографический список использованной литературы

    91

    Приложения

    105

    3

    Введение

    Сложные

    мерзлотно-грунтовые

    и

    климатические

    условия

    регионов

    Крайнего Севера предопределяют выбор таких методов строительства, которые
    имеют минимальную стоимость, трудоемкость и продолжительность работ
    нулевого цикла.
    Характерными

    особенностями

    строительства

    любых

    объектов

    в

    республике Саха (Якутия) являются высокие трудовые, материальные и
    стоимостные затраты возведения фундаментов, которые составляет 30-40% от
    общей стоимости здания, а продолжительность этих работ достигает 70 %
    общего срока строительства объекта.
    В республике свайные фундаменты зданий и сооружений устраиваются, в
    основном,

    буроопускным

    способом,

    который

    в

    массовом

    строительстве

    применяется с 70-х годов. Высокая стоимость, наличие «мокрых» процессов,
    продолжительный срок вмерзания свай свидетельствуют о наличии серьезной
    проблемы

    в

    области

    технологии

    погружения

    буроопускных

    свай

    в

    вечномерзлые грунты, так как имеют место случаи разрушения зданий
    возведенных по I и II принципам

    использования вечномерзлых фунтов как

    основания. Обследования состояния объектов в г.Якутске показали, что 195
    зданий

    находятся

    в

    аварийном

    состоянии

    и

    подлежат

    ремонтно-

    восстановительным работам в 2002-2003 гг.
    Актуальность
    повышения

    данного

    эффективности

    исследования'
    и

    обусловлена

    совершенствования

    необходимостью

    технологии

    свайного

    фундаментостроения в условиях вечномерзлых грунтов.
    Целью диссертации является

    обоснование эффективной технологии

    устройства буроопускных свай в вечномерзлые грунты, обеспечивающей
    снижение трудозатрат, сроков и стоимости строительства, повышение качества
    и надежности свайных фундаментов.
    Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:


    осуществлен анализ имеющихся разработок в области исследований и

    возведения свайных фундаментов в вечномерзлые грунты, а также различных
    растворов, применяемых для буроопускных свай;


    разработаны

    методика

    и

    алгоритм

    вариантного

    проектирования

    технологии устройства свайных фундаментов в вечномерзлые фунты по 1
    принципу;


    определялись варианты средств механизации при бурении скважин и

    изготовлении буроопускных свай;


    выполнен сравнительный анализ вариантов технологических решений

    при устройстве свайных фундаментов буроопускным способом;


    осуществлялся

    выбор

    и

    обоснование

    технологических

    решений

    производства свайных работ в условиях г.Якутска;


    установлены зависимости скорости ударно-канатного и вращательного

    бурения от климатических и фунтовых условий;


    исследовались фактические трудозатраты и определялись нормы

    времени на устройство буроопускных свай в условиях вечномерзлые фунты,
    которые сопоставлялись с расчетными и нормативными (СНиП, Госстрой
    РС(Я), региональные единичные расценки);


    оценивались возможности и технологичность использования новых

    композиционных растворов для буроопускных свай;


    определялась технико-экономическая

    эффективность

    применяемых

    инженерных решений и технологических разработок.
    На

    рис.1

    приведена

    структурная

    схема

    проведения

    научных

    исследований.
    Научная новизна работы состоит в следующем:


    теоретически

    подтверждена

    обоснована,

    целесообразность

    экспериментально

    применения

    и

    буроопускной

    практически
    технологии

    устройства свайных фундаментов жилых зданий в условиях г.Якутска с учетом
    конструктивных,

    технологических

    и

    эксплуатационных

    требований

    строительства в вечномерзлые фунты и их дальнейшей эксплуатации;


    определено влияние климатических и фунтовых условий и других

    Проблема
    —' •

    Основные цели
    и задачи

    Повышение качества и эффективности свайного фундаментостроения на ВМГ ( I принципу)
    »

    — • »
    » ­
    • «•

    • ' —

    Сохранение мерз­
    лого состояния
    ВМГ в процессе
    строительства и
    эксплуатации

    Снижение
    трудоза­
    трат, ме­
    ханизация
    процессов

    Анализ конструктивно­
    технологических реше­
    ний возведения свайных
    фундаментов на ВМГ

    Т
    Содержание исследова­
    ний в области техноло­
    гии и организации
    строительства
    Результаты теоретиче­
    ских и эксперименталь­
    ных исследований

    Щ
    Нормы • времени для
    устройства свай буро­
    опускным способом





    Практическое внедре­
    ние результатов

    Исследование
    основ­
    ных технологических
    свойств растворов для
    буроопускных свай на
    ВМГ
    Составы
    растворов
    (марочная прочность,
    температура и срок за­
    мерзания,
    прочность
    смерзания со сваей)
    т •­

    Технологический рег­
    ламент
    «Приготовле­
    ние цементно­гипсово­
    грунтового
    раствора
    для буроопускных свай
    на строительной пло­
    щадке
    в
    условиях
    ВМГ»



    '

    , .... .

    Жизнеобеспе­
    чение и охра­
    на окружаю­
    щей
    среды.
    Экологиче­
    ские задачи



    Т
    Вариант, технол.
    проектирование
    свайных фунда­
    ментов на ВМГ

    V

    .——.



    Сокращение
    сроков
    строитель­
    ства

    Многофакторный анализ и
    учет условий строительства и
    особенностей
    возведения
    свайных фундаментов на ВМГ

    3>

    «г
    Руководящий техниче­
    ский материал на уст­
    ройство буроопускных
    свай в условиях ВМГ

    ^

    Анализ и моделиро­
    вание
    энергоресур­
    сосберегающих
    тех­
    нологий

    :

    Обоснование и разра­
    ботка оптимальных тех­
    нологий
    возведения
    свайных
    фундаментов
    на ВМГ

    Повышение ка­
    чества и надеж­
    ности свайных
    фундаментов на
    ВМГ



    ^

    Методы и средства

    Экономия
    материаль­
    ных и энер­
    гетических
    ресурсов

    т ,

    V

    Методическое обеспечение
    технологических решений
    при подготовке к возведе­
    нию свайных фундаментов

    Сбор, анализ ТЭП
    элементов констр,­
    технолог. решений
    свайных фунда­
    ментов (ВМГ)



    »

    Методика вариантного про­
    ектирования и выбора кон­
    структивно­технологических
    решений возведения свай­
    ных фундаментов на ВМГ

    Многокритери­
    альный
    выбор
    оптимальных
    решений

    ят



    _ _ _ _ _ _ _ _ М|
    ¥

    ' '

    Алгоритм для выбора опти­
    мальной технологии устрой­
    ства свайных фундаментов в
    ВМГ



    Оптимальная
    технология уст­
    ройства свайных
    фундаментов
    в
    условиях г. Якут­
    ска

    Рис. г Структурная схема выполнения научных исследований и внедрения результатов диссертации.

    1

    факторов влияния на технологаю производства свайных работ;
    • установлены

    зависимости скорости бурения

    ударно-канатного

    и

    вращательного бурения скважин от климатических и грунтовых условий;


    научно обоснованы оптимальные режимы технологических процессов

    устройства буроопускных свай на основе фактических и расчетных норм
    времени выполнения работ;


    предложены модели технологических процессов, на основе которых

    разработаны новые нормативные требования и технологические условия на
    устройство буроопускных свай в вечномерзлые грунты;


    исследованы основные свойства грунтовых растворов и предложены

    их рациональные составы для устройства буроопускных свай на основе
    композиций с гипсовым вяжущим, позволяющие сократить сроки вмерзания
    буроопускных свай, снизить их стоимость, повысить несущую способность;
    разработана технология применения строительных смесей на строительной
    площадке;


    определена оптимальная область и экономическая эффективность

    применения буроопускной технологии устройства свайных фундаментов в
    условиях г.Якутска.

    Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования

    1.1. Характеристика климатических и мерзлотно-грунтовых условий
    строительства в республике Саха (Якутия)

    Выбор методов организации и технологии строительства на вечномерзлых фунтах во многом определяется суровыми природно-климатическими и
    мерзлотно-фунтовыми условиями.
    Якутия расположена на северо-востоке Азиатской территории России,
    почти половина ее находится за Полярным кругом и по СНиП 2.0 ГО 1.-82
    «Строительная климатология и геофизика» относится к подрайонам 1А и 1Б.
    ^^ЯкffcкoeltQi^o короткое, засушливое с относительно высокими темпера'турами днем и сравнительно низкими ночью, возможны любые направления
    ветра в связи^усилением циклонической деятельности. Относительная влаж­
    ность воздуха в июле на большей территории 60-^-70%. Зима характеризуется
    резко выраженным антициклоническим режимом погоды и поэтому малоснеж­
    ная, сухая, кроме того возникают сильные приземные инверсии из-за постоян­
    ных слабых ветров или штилей. Минимальные температуры колеблются в зави­
    симости от района республики от -46 °С на побережьях и островах, до -71 '^С в
    Оймяконе. По мере удаления вглубь республики зимой наблюдаются густые
    туманы, которые приурочены к населенным пунктам. Полярная ночь длится с
    октября по февраль, при этом работы на стройплощадках ведутся при искусст­
    венном освещении.
    Высота снежного покрова в Центральной Якутии 30-^50 см, на западе
    республики 40-г45 см, на больших высотах северо-востока Якутии и около югозападных фаниц 50 см и более. Плотность снега к началу таяния 0,16 ^0,18
    г/см\

    средняя годовая температура воздуха в республике -10-^-11 °С. Про­
    должительность теплого периода со средней суточной температурой выше О'^С

    составляет 155-ь165 дней в центральных и юго-западных районах, 105^107 дней
    на побережьях морей. Холодный период длится 204 -ь 260 дней.
    По всей территории республики распространены мощные толщи много­
    летней мерзлоты для которых характерно высокое содержание льда и различ­
    ных солей: NaCl, MgCb, СаСЬ и СаЗОд. Деятельный слой грунта составляет 0,3
    м в тундровой зоне^до 2 м в центральных районах, на юге чуть больще.
    Автором рассматривается район Центральной Якутии, который распола­
    гается между 60 и 64° с.ш. и 120 и 135° в.д. Окраины района сложены палеозой­
    скими отложениями, а внутренняя часть - юрскими, меловыми, третичными и
    четвертичными отложениями, которые представлены заиленными породами: в
    верхней части разреза - супесями и суглинками, а в нижней - песками и галеч­
    никами. На преобладающей части площади района мощность многолетнемерзлых пород находится в пределах 300

    600 м, в юго-восточной части 100

    250

    м, в центре северной части до 600 м и более. Температура многолетнемерзлых
    пород на глубине 20 м изменяется от -2°С до -5°С, в северной части -6°С

    9°С.

    В районе Якутска, в пределах первой и второй надпойменных террас,
    преимущественно распространены до глубины 10-^15 м пылеватые пески и су­
    песи. Суглинки встречаются редко в виде выклинивающихся линз незначитель­
    ной мощности. До глубины 1-7-2 м залегают в основном супесчано-суглинистые
    грунты светло - коричневой окраски. К югу от широты Якутска верхние слои
    отложений представлены пылевато-глинистыми супесями серого цвета с широ­
    коразвитым комплексом подземных льдов, местами до 15 м и более.
    Из вышеизложенного следует:
    1. Строительство в Якутии ведется в сложных экстремальных природноклиматических условиях, что обуславливает более продолжительные сроки
    строительства, а также ведет к увеличению трудоемкости и стоимости выпол­
    нения работ.
    2. На производство работ нулевого цикла влияют следующие факторы:
    мерзлотно-грунтовые условия, длительность зимнего периода, полярная ночь,
    большие значения отрицательных температур наружного воздуха, значитель9

    ные скорости ветра, осадки в виде дождя.

    1.2. Характеристика конструктивных и технологических решений
    устройства свайных фундаментов в условиях Якутии

    Вечномерзлые грунты могут использоваться в качестве основания по
    двум принципам [113]:
    а) 1 принцип - вечномерзлые грунты основания используются в мерзлом
    состоянии, сохраняемом в процессе строительства и в течение всего периода
    эксплуатации сооружения;
    б) 2 принцип - вечномерзлые грунты основания используются в оттаян­
    ном или оттаивающем состоянии.
    Для сохранения мерзлого состояния грунтов основания устраиваются
    вентилируемые подполья, сезонные охлаждающие установки, охлаждающие
    трубы, а также может применяться очистка снега с территории застройки, про­
    дувка скважин холодным воздухом.
    При строительстве в Якутии зданий и сооружений по 1 принципу основ­
    ными типами фундаментов являются свайные и столбчатые, типа "колонна с
    башмаком".
    Столбчатые фундаменты эффективны в тех случаях, когда неглубоко за­
    легают крупнообломочные и скальные породы (например, в г.Алдане, п.Тикси,
    п.Чульман), при необходимости зафужения фундаментов сразу после их возве­
    дения, а также на площадках с массивами льда.
    Наиболее широко применяются в условиях республики свайные фунда­
    менты, которые впервые для фажданских и жилых зданий начали возводиться
    с 1952 года. За это время были созданы разнообразные конструкции свай и
    свайных фундаментов, сложились определенные методы технологии и органи­
    зации их возведения. Большой вклад в развитие и усовершенствование техно­
    логии устройства свайных фундаментов в условиях вечномерзлых грунтов вне-

    ели известные ученые следующих организаций: НИИОСП им. Герсеванова,