Строительство в Якутии ведется в сложных экстремальных природно-климатических условиях, что обуславливает более продолжительные сроки строительства, а также ведет к увеличению трудоемкости и стоимости выполнения работ.
На производство работ нулевого цикла влияют следующие факторы: мерзлотно-грунтовые условия, наличие вечной мерзлоты, длительность зимнего периода, полярная ночь, большие значения отрицательных температур наружного воздуха, значительные скорости ветра, осадки в виде дождя.
Буроопускной способ погружения свай является наиболее надежным и универсальным по применимости в вечномерзлых грунтах, хотя он дорогой и трудоемкий.
При этом способе пазухи между сваей и стенкой скважины заполняют грунтовым раствором. Подбор состава раствора, технология его приготовления и заливки в скважину являются важными условиями набора несущей способности буроопускной сваи, то есть ее несущая способность зависит от прочности смерзания с грунтовым раствором.
В табл. 1. приводятся часто используемые грунтовые растворы: песчано-глинистый, песчано-известковый, песчано-цементный.
Таблица 1
Составы растворов для заполнения пазух между стенками скважины и сваей
|
Наименование раствора |
Состав на 1 м3 раствора |
|
Песчано-известковый |
1. Песок воздушно-сухой среднезернистый - 820 кг, известковое тесто плотностью 1,4 г/см3 -300 л, вода - 220-320 л. |
|
|
2. Песок воздушно-сухой - 1750 кг, известковое молоко - 180 л, вода добавляется до получения требуемой осадки конуса. |
|
Песчано-глинистый |
1. Глина молотая высушенная (шихта) - 300 кг, песок - 900 кг, вода - 410 л. |
|
|
2. Мелкий песок и глина в соотношении 5:1-10:1 при консистенции, соответствующей осадке конуса 10-16 см и влажности 0,35-0,5. |
|
|
3. Раствор приготавливается на месте с использованием бурового шлама. |
|
Песчано-цементный (марка 100 и выше) |
Портландцемент марки 300-450 кг, вода - 410 л, песок воздушно-сухой - 830 кг. |
Для повышения несущей способности буроопускных свай в вечномерзлых грунтах следует увеличить скорость набора прочности грунтового раствора и его прочности смерзания со сваей. Для заполнения пазух буроопускных свай, как правило, используют песчано-известковый и песчано-цементный растворы. Песчано-известковый раствор рекомендуется применять в низкотемпературных вечномерзлых грунтах. Однако в нескальных грунтах, где верхние слои отложений представлены пылевато-глинистыми супесями и песками с широко развитым комплексом подземных льдов и таликов, местами значительной мощности (до 15 м и более), средняя температура составляет всего 0...-2 °С. При таких температурах глинистый грунт находится в пластично-мерзлом состоянии и не обеспечивает достаточной несущей способности за счет смерзания железобетонной сваи с песчано-известковым раствором. Бетоны марок М100, М200 и М300, уложенные в вечномерзлые грунты с температурой не ниже -5 °С, набирают прочность 15...20 % от R28 за месяц и 35...40 % R28 за 6 месяцев. Поэтому применение в низкотемпературных грунтах г. Якутска песчано-цементного раствора неэффективно.
Песчано-глинистые растворы могут быть приготовлены на растворном узле или на строительной площадке с использованием бурового шлама. Область применения растворов ограничена высокотемпературными вечномерзлыми грунтами, при использовании бурового шлама раствор разрешается готовить только в теплое время. Температура замерзания глинистых растворов составляет -0,3...0,4 °С. Срок вмерзания сваи в скважины с глинистым раствором - от нескольких дней при температуре грунтов основания -5 °С до нескольких месяцев при температуре -0,5...1 °С. Применение данных растворов в нескальных грунтах понижает несущую способность свайных фундаментов примерно на 25...30 % по сравнению с расчетной. Это объясняется тем, что прочность смерзания боковой поверхности железобетонной сваи на 30 % меньше прочности смерзания песчаного грунта основания.
Применение противоморозных химических добавок в песчано-цементном растворе недопустимо из-за возможной миграции солей в вечномерзлые грунты, следствием этого явится понижение температуры замерзания грунтов.
Таким образом, для повышения несущей способности буроопускных свай в вечномерзлых грунтах следует увеличить прочность смерзания грунтового раствора со сваей. Применение в низкотемпературных грунтах г. Якутска цементно-песчаного раствора без особых на то причин не эффективно. Грунтовый раствор для буроопускных свай, устраиваемых в твердомерзлых грунтах должен отвечать следующим требованиям: быть экономичным; отепляющее воздействие на окружающие грунты должно быть минимальным; прочность смерзания со сваей не ниже прочности смерзания с грунтами оснований; несложная технология приготовления и заливки в скважину.
Поэтому целесообразно разработать составы расширяющих добавок (РД) с использованием местного минерального сырья (гипса, горелой породы, цеолита) для бетонных смесей, обеспечивающих высокое качество цементирования буроопускных свай в условиях вечномерзлых грунтов за счет устойчивого расширения и ускорения режима твердения цементного материала, приобретения им заданной прочности.
Исследованы 2 вида РД из гипса и горелой породы месторождения Кюнкюй красноватого (красная) и беловатого (белая) оттенков. Химический состав приведен в табл. 2. Механохимическая активация влияет на структуру и свойства используемого вида - горелой породы, способствует возникновению эффекта линейного расширения и самонапряжения, причем, чем выше степень обжига горелых пород, тем больше образуется высокосульфатной формы гидросульфоалюмината кальция. Горелую породу, прежде чем смешать с гипсом, мололи в шаровой мельнице и брали фракцию, проходящую через сито №008, в качестве компонента добавки.
Таблица 2
Химический состав горелых пород, %
|
Номер пробы |
SiO2 |
TiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
MnO |
MgO |
CaO |
K2O |
Na2O |
P2O5 |
|
Кюнкюй - красная |
65,05 |
0,77 |
16,62 |
6,06 |
0,07 |
1,80 |
2,45 |
2,92 |
3,16 |
0,18 |
|
Кюнкюй - белая |
71,41 |
1,19 |
24,80 |
1,00 |
0,02 |
0,10 |
0.51 |
0,84 |
0,13 |
0,08 |
Установлено, что оптимальное линейное расширение цементов (до 0,7 % в 3 сутки) достигается при добавлении РД (гипс + горелая порода) в количестве 10-20 % с содержанием горелой красной породы до 45 % (среднее значение Rсж = 18,5 МПа на 28 суток естественного твердения) и при 15-20 % добавки с содержанием горелой белой породы 60 % (среднее значение Rсж = 19,2 МПа через 28 суток). Оптимальному режиму твердения расширяющегося материала (начало схватывания - 30 мин, конец схватывания - 45-75 мин) соответствуют состав при добавлении РД в количестве 10-20 % с содержанием горелой красной породы до 45 %.