Буровые сваи в лессовых грунтах: инъекционное закрепление основания
Вопрос
Лёссовые грунты — распространённые на юге России (Краснодарский край, Ростовская область, Крым, Северный Кавказ), в Поволжье и Сибири просадочные грунты, особенность которых — резкое снижение объёма при замачивании (просадка). Лёсс — пылеватый суглинок с высокой пористостью (40–55%), скреплённый карбонатными и глинистыми цементирующими связями. При контакте с водой связи разрушаются, грунт уплотняется, и фундамент получает дополнительную осадку 10–50 см, часто неравномерную. Как правильно запроектировать буровые сваи в лёссовых грунтах и чем поможет инъекционное закрепление?
Краткий ответ
Буровые сваи в лёссовых грунтах проектируются с учётом просадочности:
- Прорезка просадочной толщи: свая заглубляется ниже просадочного слоя в непросадочный грунт минимум на 0,5 м;
- Исключение замачивания основания: водозащитные мероприятия (отмостка, дренаж, планировка);
- Инъекционное закрепление лёсса в основании сваи: силикатизация или цементация грунта в зоне опирания сваи — создаёт водонепроницаемый и прочный массив;
- Уширенная пята (буронабивные сваи с уширением): увеличение площади опирания для снижения давления на просадочный грунт.
Расчёт выполняется по СП 24.13330.2011 (Свайные фундаменты) и СП 22.13330.2016 (Основания).
Полный ответ
1. Классификация лёссовых грунтов по просадочности
| Тип грунтовых условий | Просадка от собственного веса, см | Меры защиты |
|---|---|---|
| I тип (малопросадочные) | < 5 | Уплотнение, водозащита |
| II тип (среднепросадочные) | 5–15 | Прорезка сваями, закрепление основания |
| II тип (сильнопросадочные) | > 15 | Только прорезка + закрепление + дренаж |
2. Инъекционное закрепление лёсса
Для закрепления лёссового основания применяются:
- Однорастворная силикатизация: нагнетание раствора жидкого стекла (Na₂SiO₃) с добавкой кислоты (H₂SO₄). В лёссе образуется гель кремниевой кислоты, цементирующий частицы грунта. Прочность закреплённого массива — 1,5–3,5 МПа;
- Цементация: для лёссов с коэффициентом фильтрации > 0,5 м/сут — цементный раствор с пластификатором + бентонит для снижения водоотдачи;
- Термическое закрепление (обжиг): для особо ответственных объектов — прогрев грунта до 600–800 °C через скважины, лёсс спекается в прочный монолит (редко применяется из-за стоимости).
3. Расчёт несущей способности сваи в лёссе
Fd = γc × (γcR × R × A + u × Σγcf × fi × hi)
где:
- R — расчётное сопротивление под пятой сваи, кПа (берётся по таблицам СП 24.13330 для непросадочного грунта ниже просадочной толщи);
- γc — коэффициент условий работы (0,8 для лёссов);
- В просадочной зоне (выше непросадочного основания) боковое трение fi принимается с понижающим коэффициентом 0,5–0,7.
Внимание: отрицательное трение! При просадке грунта вокруг сваи лёсс «тянет» сваю вниз (силы отрицательного трения), добавляя нагрузку до 30–50% от веса здания. Это учитывается в расчёте дополнительным слагаемым.
Заключение
Лёссовые грунты — одни из самых сложных для фундаментостроения. Буровые сваи должны прорезать просадочную толщу насквозь, а для II типа просадочности основание в зоне пяты закрепляется инъекцией (силикатизацией). Обязательный учёт сил отрицательного трения от проседающего лёсса. Дренаж и водозащита — не дополнительные, а основные элементы системы безопасности здания на лёссах.
Список литературы и нормативных документов, на основе которых написана статья
- СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений»;
- СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты»;
- Пособие по проектированию оснований на просадочных грунтах (к СНиП 2.02.01-83);
- Рекомендации НИИОСП «Усиление оснований на лёссовых грунтах», 2018.
