r : вес устройства; и : отношение пустот; μ : коэффициент Пуассона; I _P : индекс пластичности; I _L : индекс жидкости; Es _1-2 : модуль сжатия; c : сплоченность; φ : угол трения.

При численных расчетах механическая модель грунтового массива сильно нелинейна, а граница раздела грунт-сваи является прерывистой.Эти два фактора приводят к проблеме несходимости расчетного процесса. Изучаемые в данной работе сваи относятся к фрикционным сваям, несущая способность которых в основном зависит от бокового трения свай. Под действием большой силы выдавливания в конструкции щита граница раздела сваи и грунта будет вызывать смещение дислокаций. Поэтому элементы интерфейса использовались для моделирования взаимодействия сваи с грунтом сбоку и в основании свай. Границы раздела регулируются жесткостью на сдвиг K _t , нормальной жесткостью K _n и конечной силой сдвига.Конечная сила сдвига — это предел прочности грунта вокруг свай на сдвиг, полученный в результате лабораторных испытаний. Чжу [51] применил полевые испытания для изучения взаимосвязи контакта сваи с почвой в илистой глине. Результаты показывают, что жесткость на сдвиг увеличивается с увеличением нормального давления тела сваи, и значение K _t находится между 35,7 МПа / м и 102 МПа / м. Донг [52] изучил параметры границы раздела сваи и грунта в ходе полевых испытаний. Результаты показывают, что значение K _t находится между 1/10 и 1/100 значения K _n , и когда значение K _t превышает порядок 0.1 МПа / м меньше влияет на параметры границы раздела сваи и грунта, что близко к результатам, рассчитанным с помощью программного обеспечения. На основе предыдущих исследований и постоянных попыток использования программного обеспечения параметры границы раздела сваи и грунта, использованные в анализе, показаны в таблице 4.

3.3. Численная процедура

Типичный «пошаговый» подход был принят для моделирования процесса строительства щита [13, 53, 54]. Численное моделирование состояло из трех основных этапов: проходка защитного туннеля, сборка футеровки и заливка цементным раствором хвостовой части экрана. Как показано на Рисунке 7, соблюдается следующая последовательность моделирования: (1) В этой статье рассматривается только влияние проходки экрана на группы свай. Таким образом, первым шагом было моделирование желаемой сваи на месте, и осевая нагрузка, определенная в результате испытания сваи на нагрузку, была приложена к головке сваи.Затем смещения были сброшены до нуля. (2) Равномерно распределенные давления были приложены к почвенным сеткам на забое выемки, чтобы имитировать опорные давления забоя во время проходки защитного туннеля. Соответствующие почвенные элементы были удалены из модели методом «смерть элемента». Щитовая машина была продвинута вперед на 7 срезов (каждый срез имеет одно кольцо шириной 2 м), и элементы щита были активированы одновременно. (3) Первый слой облицовки был активирован после раскопок.Подъемные усилия были приложены перед щитом для имитации процесса подъема. (4) В хвостовой части щита в зазоре между облицовкой и вынутым грунтом был активирован слой цементного раствора. Радиальное давление применялось на периферии грунта для имитации давления цементного раствора.

При последовательной выемке грунта на каждом этапе строительства в модели деактивировался один слой элементов почвы, а соответствующие элементы были активированы или деактивированы. Во время моделирования строительства всего 120 шагов (по одному срезу на каждом шаге выемки); сначала продвигалась левая линия, а затем была вырыта правая линия.

4. Выбор защитных схем

Проходка защитных туннелей вызовет сильное нарушение окружающей почвы и окажет большое влияние на соседние группы свай, что вызовет определенную степень деформации изгиба свайного фундамента, что еще больше повлияет на несущую способность свайный фундамент. Поэтому для обеспечения безопасности свайной конструкции необходимо принять некоторые меры, среди которых в первую очередь следует оптимизировать параметры конструкции щита. Согласно предыдущему опыту и ссылкам [55–58], нарушение проходки защитных туннелей в грунт можно уменьшить, контролируя давление опоры забоя (200 кПа), синхронное давление цементного раствора (250 кПа) и усилие подъема (3500 кПа).Кроме того, эффективными схемами, позволяющими существенно снизить влияние проходки туннелей, являются усиление грунта или самой прилегающей сваи, изоляция и опора свайного фундамента. В этой статье будут выбраны подходящие схемы путем всестороннего рассмотрения.

4.1. Схема армирования цементно-цементного раствора для глубоких отверстий

Как показано на Рисунке 8 (а), реализация схемы цементно-силикатного раствора заключается в равномерном впрыскивании цементно-силикатного раствора в половину или всю секцию защитного туннеля.Закачиваемая суспензия выдавливается и просачивается в окружающую почву существующего туннеля, что изменяет физико-механические параметры почвы и путь фильтрации грунтовых вод. По мере увеличения общей прочности грунта усилие выдавливания, создаваемое при проходке щита, больше расходуется в усиленном грунте, тем самым снижая влияние конструкции щита на фундамент свайной группы. Схема затирки имеет преимущества низкой стоимости, низкого уровня шума и небольшой вибрации. Предыдущие исследования показали, что схема армирования цементным раствором для глубоких отверстий может эффективно уменьшить осадку грунта.

4.2. Схема усиления цементного раствора для свай

Подобно схеме цементирования глубоких отверстий, существующий фундамент свайной группы укрепляется путем заливки раствора вокруг свай (Рисунок 8 (b)). Затирка улучшает механические свойства грунта вокруг свай, формирует грунт со стороны свай и фундамент свайной группы в целом с высокой прочностью. Кроме того, механические свойства границы раздела сваи и грунта улучшаются после заливки раствором. В полной мере задействуется поверхностное трение сваи, а также повышается несущая способность свайного основания.Однако из-за того, что свайный фундамент, изучаемый в этой статье, имеет длину до 40 м, схему армирования цементным раствором вокруг свайного фундамента построить сложно. Поэтому применять эту схему не рекомендуется.

4.3. Схемы изоляционных свай и перегородок

На рисунке 9 представлены схемы изоляционных свай и перегородок. Туннелирование щита создаст большое усилие выдавливания во время строительства. Сила выдавливания передается на свайный фундамент окружающей почвой в качестве среды, которая оказывает большое влияние на свайный фундамент.Чтобы свести к минимуму передачу этой силы, между свайным фундаментом и туннелем устанавливаются изолирующие сваи или перегородка. Жесткость изоляционной конструкции используется для блокировки силы выдавливания в процессе строительства, чтобы контролировать деформацию окружающей почвы и защищать близлежащий фундамент свайной группы. Предыдущие исследования показывают, что эта схема может избавить существующие сваи от дифференциального смещения, тем самым улучшив механические характеристики свай.Однако на реализацию схемы изоляции сильно влияет строительная площадка, и расстояние между свайным фундаментом и защитным туннелем также ограничено. Когда туннель расположен слишком близко к сваям, строительство изоляционной конструкции вызовет оседание грунта, а также окажет определенное влияние на свайный фундамент. Вдоль линии строительства много групп свай, минимальное расстояние от сваи до стороны тоннеля составляет 0,8 м. Поэтому применять схемы изоляции нецелесообразно.

4.4. Схема подкладки свайного фундамента

Проходка туннелей с помощью щита оказывает большее влияние на несущую способность свайного фундамента, тем самым влияя на безопасность конструкции моста. На Рисунке 10 (а) показана технология активной опоры свай. Установив новый свайный фундамент, нагрузка, действующая на существующий свайный фундамент, может быть передана на опорную сваю через опорные балки. Во время строительства щита большая часть внешней нагрузки будет приходиться на новый свайный фундамент, что приведет к оседанию нового свайного фундамента.Технология пассивной опоры свай заключается в увеличении конструкции крышек свай и формировании новой несущей системы свайных групп с новыми сваями и существующими сваями, как показано на Рисунке 10 (b). Новые свайные фундаменты разделяют часть верхней нагрузки, чтобы улучшить несущую способность существующего свайного фундамента. Схема пассивной свайной опоры может быть применена к проекту, изучаемому в этой статье.

5. Сравнительный анализ защитных схем

В соответствии с фактическими условиями строительной площадки были выбраны две подходящие защитные схемы: схема усиления затирки глубоких отверстий и схема опоры свайного фундамента.И две разные модели конечных элементов (рис. 11) были созданы для дальнейшего выбора лучшей схемы из двух схем защиты. При моделировании схемы заделки глубоких отверстий глубина заделки составляет 0,5 м, и вся секция заливается раствором перед выемкой щита. Каждая ступень приведения щита в движение представляет собой одно кольцо, и заливка швов опережает один шаг раскопки щита. В схеме опоры свайного фундамента было увеличено в общей сложности четыре заглушки и добавлено восемь свайных фундаментов перед выемкой туннеля, как показано на Рисунке 11 (b).В результатах расчетов вертикальное смещение моста, осадка поверхности земли, поперечная деформация свай и изгибающий момент свай были выбраны в качестве контрольных значений для сравнения и анализа смягчающего эффекта двух схем.

5.1. Вертикальное смещение моста

На рисунке 12 сравнивается результат расчета вертикального смещения всей модели после проходки экрана для трех схем. Показано, что оседание моста, вызванное строительством тоннеля, очевидно уменьшается после принятия защитных схем.Среди них максимальная осадка без защиты составляет около 8,0 мм. В схемах подсыпки свайного фундамента и затирки глубоких ям максимальная осадка составляет около 2,9 мм и 4,4 мм соответственно, что снизилось примерно на 63,2% и 45,4%. Такое уменьшение означает, что схема заделки глубоких отверстий лучше влияет на уменьшение общей осадки. Из результатов расчета видно, что крышки и соответствующая надстройка испытали почти одинаковую осадку из-за использования бетонных эластичных материалов.Кроме того, из рисунка 12 (c) видно, что после рытья туннеля конструкция моста (включая настил моста, опоры и заглушки) имеет большую осадку, особенно осадка надстройки фундамента свайной группы (F2) является самой большой. (около 7,8 мм), что показывает, что проходка экрана действительно оказывает большое влияние на устойчивость конструкции моста. В отличие от рисунка 12 (а), очевидно, что оседание всего моста значительно уменьшается после цементирования глубоких отверстий, а распределение осадки аналогично неармированной схеме.Это связано с тем, что цементный раствор улучшает прочность окружающего грунта, тем самым уменьшая влияние выработки туннеля на весь мост. По сравнению со схемой опоры свайного фундамента на Рисунке 12 (b) очевидно, что общая осадка моста, а также разница осадки соседних опор являются наименьшими в трех схемах. После армирования фундаментов свайных групп F1, F2, F11, F12 осадка соответствующей надстройки значительно уменьшается, а максимальная осадка происходит на надстройках F5 и F6.Опорный свайный фундамент используется для усиления конструкции моста, и когда туннель выкопан, нагрузка передается на подкрепленные сваи, чтобы заменить соседние сваи, чтобы выдержать нагрузку, что делает конструкцию более устойчивой по силе и более равномерной по осадке. . Результаты показывают, что мост безопасен в конце прохода туннеля. Схема заделки глубоких отверстий снижает осадки всей конструкции моста, а распределение осадки моста аналогично неармированной схеме.Схема подкладки свайного фундамента лучше влияет на контроль осадки конструкции моста. Изменилось расчетное распределение конструкции моста, значительно уменьшилась осадка надстройки железобетонного свайного фундамента.

5.2. Осадка земной поверхности

Выкапывание туннеля вызовет проседание поверхности, в результате чего образуется осадочный желоб, а наличие свайного фундамента под поверхностью изменит форму желоба. Рисунок 13 получен из данных осадки грунта в продольном направлении туннеля Y = 42 (затронутый свайным фундаментом F2) и Y = 55 м (не затронутый свайным фундаментом).Из рисунка 13 (а) видно, что максимальное оседание грунта происходит именно там, где расположена заглушка, а оседание заглушки намного больше, чем оседание земли, что указывает на то, что конструкция туннеля оказывает большее влияние на конструкцию моста. чем почва. Схема заделки глубоких отверстий значительно снижает осадку грунта, но осадка на F2 все еще относительно велика. Схема подкладки свайного фундамента не только снижает влияние свайного фундамента на осадку грунта, но и снижает осадку грунта за счет усиления F2.Из рисунка 13 (b) видно, что три кривые осадки симметричны относительно центральной линии двух туннелей. Когда туннель вырывается напрямую, кривая осадки имеет V-образную форму, а максимальное оседание грунта достигает примерно 3,1 мм. В схеме подсыпки свайного фундамента и схеме заделки глубоких ямок видно, что после строительства тоннеля на поверхности земли образуются явные осадочные желоба. При этом максимальная просадка грунта при двух схемах защиты составляет около 1.8 мм, и их кривые осадки грунта в основном совпадают друг с другом, что показывает, что контролирующее воздействие двух схем на осадку грунта схоже, и оба эффекта значительны (снижение примерно на 41,9%). Данные измерений деформации поверхности земли при выемке щита были получены на участке метро Тяньцзинь [59]. Измеренные результаты оседания поверхности показаны на Рисунке 14, а окончательная просадка поверхности составляет менее 4 мм. Можно видеть, что результаты измерений аналогичного проекта в той же области в основном согласуются с результатами расчетов, что может подтвердить, что результаты расчетов, полученные с помощью метода конечных элементов, являются надежными в данном исследовании.

5.3. Поперечная деформация свай

Сжимающее действие при проходке щита вызывает определенное горизонтальное смещение прилегающего свайного фундамента. Когда внешняя нагрузка продолжает прикладываться к деформированному свайному фундаменту, свайный фундамент будет находиться в неблагоприятном состоянии внецентренного сжатия, что крайне вредно для свайного фундамента. Поэтому важно обсудить и проанализировать боковую деформацию свай как важный параметр. После завершения строительства щита горизонтальное смещение в направлении выработки туннеля меньше, чем в направлении, перпендикулярном выработке туннеля.По этой причине данные последнего были выбраны так, как показано на рисунке 15. По результатам расчетов максимальная боковая деформация свайного фундамента без армирования составляет около 8,4 мм. Ссылаясь на Технический кодекс строительства свайного фундамента (JGJ 94–2008) [60], поперечная деформация свайного фундамента чувствительного здания не должна превышать 6 мм, а поперечная деформация свайного фундамента общего здания должна быть менее 10 мм. . Это означает, что боковая деформация некоторых свай превысила аварийное значение, указанное в кодексе, и эти сваи будут в опасном рабочем состоянии.Поэтому необходимо принять некоторые меры по защите свай. Максимальная поперечная деформация свайного фундамента снижается до 5,1 мм и 3,1 мм после подсыпки свайного фундамента и затирки глубоких ям соответственно, что значительно меньше деформации для свай без защиты. На рисунке 15 (г) показана поперечная деформация свайного фундамента всего в 0,8 м от туннеля. Можно заметить, что максимальная боковая деформация происходит на глубине около 20 м, что совпадает с глубиной туннеля.Боковая деформация свайного фундамента заметно уменьшилась после принятия двух защитных схем. Боковая деформация сваи после заливки цементным раствором в глубоких отверстиях является минимальной, из чего можно сделать вывод, что схема заделки глубоких отверстий может привести к лучшим механическим характеристикам свай, взаимодействующих с почвой.

5.4. Изгибающий момент свай

В модели направление единичной системы координат свайного фундамента отличается от направления системы координат модели.Направление Y единичной системы координат свайного фундамента — это направление X системы координат модели (перпендикулярно направлению проходки туннелей), а направление Z единичной системы координат — это направление Y . системы координат модели (направление туннелирования). На рисунке 16 показано распределение изгибающего момента по сваям в трех схемах. Как можно видеть на Рисунке 16, сила выдавливания, создаваемая защитным туннелем, действительно вызывает значительное увеличение изгибающего момента свай, особенно расположенных рядом с туннелем.Максимальный изгибающий момент возникает на соответствующей глубине туннеля, а диапазон влияния проходки экрана на изгибающий момент тела сваи примерно равен диаметру туннеля. Результаты показывают, что две защитные схемы значительно снизили влияние на внутреннюю силу свай при проходке щита, а эти две схемы уменьшили максимальный изгибающий момент свай на 39,9% и 34,8% соответственно. После проходки щита фундаменты свайных групп F1 и F11 подвержены наибольшему воздействию, но с точки зрения изгибающего момента они могут выдержать соответствующую горизонтальную деформацию.Сравнивая Рисунки 16 (a) –16 (c), становится ясно, что защитная эффективность схемы заделки глубоких отверстий лучше, чем у свайного фундамента, подкладывающего фундамент в процессе строительства. В связи с этим для защиты свайных групп предлагается принять схему заделки глубоких отверстий.

5.5. Обсуждение

Путем сравнения результатов расчета напряжения и деформации групп свай в трех рабочих условиях, упомянутых выше, было обнаружено, что группы свай и надстройка моста претерпели огромные изменения во время строительства щита.При использовании двух схем защиты напряжение и деформация групп свай, конструкции моста и грунта резко снижаются, что показывает очевидный защитный эффект. Однако между двумя схемами все же есть некоторые различия. Среди них схема заделки глубоких отверстий лучше контролирует боковую деформацию и изгибающий момент тела сваи, а схема опоры свайного фундамента более эффективна в отношении уменьшения осадки конструкции моста и деформации грунта.Недостатком схемы свайной опоры является то, что горизонтальное смещение свай вблизи туннеля все еще остается относительно большим после проходки туннеля, и эта технология будет ограничена строительной площадкой. Конструкция свайного фундамента не только требует длительного периода строительства, но и влияет на движение транспорта по мосту. Кроме того, свойства мягкого грунта могут быть хуже на фактической площадке туннеля, а схема заделки глубоких отверстий может улучшить механические свойства грунта и обеспечить устойчивость конструкции туннеля во время эксплуатации метро.Таким образом, на основании сравнительного анализа двух вышеупомянутых схем, лучше выбрать схему армирования для цементирования глубоких отверстий.

Поскольку этот проект все еще находится на стадии демонстрации дизайна, сравнительный анализ данных мониторинга и результатов расчетов не проводится. Но, согласно анализу результатов расчетов и данных предыдущих измерений, можно считать, что результаты расчетов в этой статье являются надежными и могут играть ведущую роль в оценке инженерной безопасности.Из-за ограничений численных расчетов и допущений при анализе методом конечных элементов трудно сделать количественное и точное прогнозирование инженерных решений. Поэтому, согласно результатам расчетов и инженерному опыту, в чувствительных конструкциях следует размещать больше точек мониторинга, и больше внимания следует уделять мониторингу. Мониторинг деформации моста при возведении щита должен осуществляться в режиме реального времени. Когда обнаруживается, что данные мониторинга превышают значение срабатывания сигнализации, необходимо вовремя предупредить об этом, чтобы обеспечить плавное продвижение туннеля.

6. Выводы

Изученная инженерная зона строительства расположена между станцией Lijiang Road и станцией Tumor Hospital на линии метро Tianjin 7. Левая и правая линии расположены в центре моста Shiyou, и весь туннель щита чрезвычайно вблизи свайных групп ближайшее расстояние всего 0,8 м. Поэтому очень важно выбрать подходящую схему защиты, чтобы гарантировать безопасность конструкции моста при строительстве туннелей и, как следствие, эксплуатации метро.В связи с этим путем лабораторных испытаний были определены основные характеристики и механические параметры грунта участка. Трехмерная модель конечных элементов была проведена для сравнения и анализа напряжения и деформации моста после земляных работ для трех случаев. Основные выводы заключаются в следующем: (1) В численной модели контактный элемент без толщины используется для моделирования поведения взаимодействия сваи с грунтом, которое контролируется тремя параметрами: модуль нормальной жесткости K _n , тангенциальная жесткость. модуль K _t и предельное усилие сдвига.Результаты показывают, что когда модуль жесткости контактного элемента превышает 10 ⁵ Па / м, параметры свайного фундамента и грунта будут меньше зависеть от увеличения модуля жесткости. С увеличением нормального давления модуль тангенциальной жесткости постепенно увеличивается, а тангенциальный модуль жесткости свайного основания из илистой глины составляет от 35,7 МПа до 102 МПа. Значение модуля нормальной жесткости в 10 раз больше модуля тангенциальной жесткости. (2) Результаты расчетов показывают, что общая осадка грунта и надстройки моста велика во время проходки экранирующих туннелей без защитной схемы, а горизонтальное смещение моста велико. прилегающий свайный фундамент превышает нормы безопасности.Таким образом, защитные схемы проходки щитов выполняются с трех сторон: источник возмущения, среда передачи и объект возмущения. (3) Сравнивая различные схемы защиты, выбираются и анализируются подходящая схема заделки глубоких отверстий и схема опоры свайного фундамента. Установлено, что эффект усиления двух схем очевиден: деформация и напряжение групп свай, конструкции моста и грунта, очевидно, контролируются, и экран может плавно и безопасно проходить через сложные группы свай.Разница между двумя схемами заключается в том, что схема заделки глубоких отверстий лучше контролирует боковую деформацию и изгибающий момент оснований свайных групп, тогда как схема опоры свайного фундамента эффективнее снижает оседание мостовой конструкции и деформацию грунта. Учитывая, что опора свайного фундамента требует длительного периода строительства, и процесс строительства повлияет на движение по мосту, для защиты свайных групп в этом проекте предлагается схема армирования цементным раствором глубоких отверстий.Хотя это исследование не может выявить идеальный рабочий механизм мер усиления из-за ограничений численной модели, такие выводы могут показать основные принципы разработки аналогичной схемы защиты.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения выводов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Работа выполнена при финансовой поддержке Национального фонда естественных наук Китая (грант №51978066), Проект социального развития департамента науки и технологий провинции Шэньси (№ 2018SF-382), Специальный фонд фундаментальных научных исследований центральных колледжей Чананьского университета (№№ 310821172004, 310821153312 и 310821165011).

Сваи, опоры и анкеры

Спиральные анкеры используются для ремонта существующих или стабилизации новых фундаментов. Обладая простой, быстрой установкой и небольшим нарушением почвы, спиральные решения проникают глубоко в землю, чтобы перенести вес на несущую почву.

При обсуждении решений для глубокого фундамента термины «винтовые сваи», «винтовые опоры» и «винтовые анкеры» используются так взаимозаменяемо, что может быть трудно определить разницу. Давайте устраним путаницу, когда дело доходит до глубоких фундаментальных решений.

Винтовые сваи

Винтовые сваи способны выдерживать вертикальные и горизонтальные нагрузки как при сжатии, так и при растяжении. Они обеспечивают структурную поддержку, перенося вес конструкции на более глубокие и прочные слои почвы.

Сваи обычно изготавливаются из стали, бетона, дерева или их комбинации.

Винтовые опоры

Сваи и опоры выполняют одну и ту же функцию — обеспечивать опору конструкции, но они отличаются друг от друга двумя основными способами. Во-первых, у опор минимальный диаметр больше. По определению Deep Foundation Institute, они «достаточно большие, чтобы разрешить ручной осмотр», подразумевая, что минимальный диаметр пирса будет около двух футов.

Во-вторых, при строительстве опор по определению не используется сталь или дерево. Даже если диаметр анкера превышает два фута, он считается опорой, только если он сделан из бетона или камня, в противном случае он остается сваей.

Анкеры

Хотя разница между опорами и сваями нечеткая, якоря довольно различимы. Опоры и сваи определяются конструктивным решением фундамента как по размеру, так и по составу.«Якорь» просто относится к конкретному использованию в ситуации напряжения или подъема — они определяются способом , который они используют.

В некоторых случаях опоры и сваи также могут считаться анкерами, если они используются для растяжения или подъема.

Анкеры могут использоваться горизонтально (так называемые «анкерные сваи») или вертикально (так называемые «анкерные сваи») и часто используются при строительстве консолей.

Конечно, хотя важно понимать терминологию, на самом деле важно сделать правильный выбор для стабилизации вашего фундамента.Мы можем помочь! Landwehr Construction является членом Deep Foundation Institute, и благодаря нашему многолетнему опыту и сертифицированным установщикам мы готовы помочь со всеми вашими потребностями в спиральных анкерах.

Новая эра? Бетонные сваи UHPC против стальных свай

Большинство из нас, работающих в строительной отрасли, хорошо знакомы с сваями. Двумя наиболее распространенными типами свай являются бетонные и стальные сваи. Хотя эти два типа свай очень разные, каждый имеет определенные преимущества перед другим.

С введением новой инновационной технологии производства бетона — бетона со сверхвысокими характеристиками (UHPC) — многие из преимуществ, которыми могла обладать сталь, должны быть пересмотрены.

Мы даже можем предсказать, что сваи UHPC приведут к упадку стальных свайных фундаментов.

Столкновение: сталь против бетонных свай

Стальные сваи

Опять же, большинство из нас знакомы с преимуществами стальных свай:

• Часто считается производством самых прочных свай в отрасли из-за их впечатляющей прочности на растяжение и сжатие (обычно в диапазоне 50 000 фунтов на квадратный дюйм [psi]).
• Легче традиционных бетонных свай, что упрощает их транспортировку и установку.
• Сварку легче соединять, чем стандартные бетонные сваи.
• Используется для поддержки более тяжелых конструкций, таких как небоскребы и большие мосты.
• Может проникать в твердые слои почвы.

Недостатки стальных свай:

• Дороже бетона.
• Корродировать и разрушаться легче, чем бетон; обычно это результат влажности окружающей среды и химически активных почв.

Бетонные сваи

Следует учитывать два типа бетонных свай — сборные железобетонные сваи и монолитные бетонные сваи. Основное различие между ними заключается в том, что сборные сваи могут быть построены различных форм и размеров в соответствии с потребностями вашего проекта.

Преимущества бетонных свай:

• Дешевле стали.
• Качество бетона можно проверить перед тем, как забивать сваи в землю.
• Более стабильна на более мягких почвах; местное продольное изгибание играет меньшую роль.

Недостатки бетонных свай:

• Может вызвать сильное смещение почвы.
• Может быть поврежден во время движения.
• Может со временем испортиться из-за неблагоприятных условий окружающей среды, таких как влажность, морская вода и циклы замораживания / оттаивания.
• Может потребоваться сильное армирование, такое как углеродное волокно или нержавеющая сталь, для повышения долговечности, что увеличивает стоимость и проблемы во время строительства.

Бетонные сваи UHPC: сочетание лучшего из обоих миров

Бетон со сверхвысокими характеристиками (UHPC) — это инновационный бетонный материал, который прочнее и долговечнее, чем традиционный бетон. UHPC преодолевает типичные проблемы со стальными сваями, но также обеспечивает те же преимущества прочности, что и сталь, что делает его лучшим выбором для любой конструкции, требующей свайного фундамента.

Бетонные сваи из UHPC прочнее и служат дольше, повышая качество и безопасность поддерживаемых ими конструкций.Исследования доказали преимущества использования UHPC для свай по сравнению с другими материалами.

Испытания проводились в Айове для свай UHPC для мостов. Результаты показали, что сваи UHPC продемонстрировали высокую прочность и отличные характеристики в очень сложных условиях забивки; даже без наличия подушки. Сваи из UHPC также можно было сделать короче (или можно было бы использовать меньшее количество с учетом дополнительной прочности материала), что повысило эффективность процесса строительства.

В недавней публикации PCI также сообщается о многих преимуществах свай из UHPC, в том числе о преимуществах перед сталью.Сваи из сверхвысокого давления (UHPC) демонстрировали небольшую усадку или ее отсутствие и имели высокий модуль упругости. С учетом самовыравнивающегося качества UHPC и армирования стальным волокном, сваи из UHPC имеют меньшие требования к поперечному сечению и демонстрируют вес и жесткость на уровне стальных свай. Доказано, что сваи UHPC выдерживают тяжелые нагрузки и обладают превосходной прочностью.

По сравнению со стальными сваями, сваи UHPC обладают многими из тех же преимуществ (практически по той же цене), но преодолевают недостатки:

• Прочность —UHPC имеет прочность на сжатие 30 000 фунтов на квадратный дюйм после полного отверждения, что дает возможность предварительного сжатия путем предварительного натяжения.Это улучшает управляемость и не оказывает значительного влияния на работу или предельную осевую нагрузку. Некоторые конструкции смесей UHPC могут даже достигать 50 000 фунтов на квадратный дюйм, что соответствует таковой для стали.
• Устойчивость к деградации окружающей среды — Испытания UHPC показали, что образцы были непроницаемы для воды, имели незначительные повреждения поверхности и выдерживали более 1000 циклов замораживания / оттаивания и штормов.
• Проницаемость —UHPC имеет более высокую плотность, чем обычный бетон.Это делает практически невозможным попадание обычной воды и хлоридов на поверхность UHPC.

К другим преимуществам сверхвысокопрочного бетона при проектировании свай относятся:

• Пониженные потребности в материалах —Меньше материала требуется для строительства бетонных свай из сверхвысокого давления (UHPC), что позволяет сэкономить деньги на стоимости материалов.
• Сокращение затрат на техническое обслуживание — Множество преимуществ UHPC напрямую выражаются в снижении требований к техническому обслуживанию.Строения служат дольше и требуют меньшего ухода.
• Экономия затрат — Эта новая технология производства бетона обеспечивает гораздо более низкую стоимость жизненного цикла. Поскольку для строительных проектов требуется меньше материалов, снижаются требования к опорам и опорам. Использование бетонных свай UHPC может уменьшить общее количество свай, необходимых для фундамента моста. Увеличенный срок службы UHPC практически исключает затраты на техническое обслуживание и значительно продлевает срок службы продукта. Когда стоимость UHPC распределяется на весь срок службы продукта, он дает значительные преимущества по сравнению со сталью.

Зачем использовать Cor-Tuf для бетонных свай UHPC

Подрядчики и строительные компании должны знать, что на рынке присутствует ряд продуктов UHPC, но не все они одинаковы. Многие обычные смеси UHPC невероятно прочны и долговечны, но создают другие проблемы, когда дело доходит до использования и стабильности.

Например, большинство обычных продуктов UHPC нельзя смешивать, заливать или транспортировать с помощью стандартного бетонного оборудования. Они также не могут производиться массово, что создает нежелательные простои на сайте и может создавать несоответствия в конечном продукте.

Cor-Tuf UHPC преодолевает все эти препятствия, что делает его правильным выбором для любого проекта, особенно для проектов с бетонными сваями.

Cor-Tuf UHPC может производиться серийно с использованием стандартного оборудования.Вы можете получить однородный продукт с однородной смесью по всей укладке. Фактически, испытания подтвердили стабильность Cor-Tuf UHPC, не обнаружив разграничения между партиями. При использовании обычного UHPC (и даже традиционного бетона) между заливками часто остается холодный шов.

Это происходит, когда одна партия начинает схватываться до того, как будет разлита следующая, и это создает слабые места в структуре. Испытания Cor-Tuf UHPC показали, что между партиями не образуются холодные стыки, что позволяет получить одну однородную деталь, более прочную и долговечную.

Текучесть — одно из основных преимуществ использования Cor-Tuf UHPC по сравнению с обычными смесями для бетонных свай. Cor-Tuf UHPC заливается так же, как и традиционный бетон, и его можно даже перекачивать. Это упрощает использование для больших конструкций, таких как сваи (тогда как с другими смесями UHPC труднее работать).

Еще одним преимуществом Cor-Tuf UHPC является то, что его можно настроить в соответствии с потребностями вашего проекта по укладке бетонных свай. Фирменная смесь может быть изменена для увеличения или уменьшения рабочего времени.Даже силу можно настроить, убедившись, что вы получаете всю поддержку, необходимую для данного проекта.

Были проведены специальные испытания бетонных свай из Cor-Tuf UHPC с отличными результатами. В ходе этих испытаний с помощью Cor-Tuf UHPC на крупном серийном заводе были изготовлены одна 100-футовая предварительно натянутая сваи и две 30-футовые предварительно натянутые сваи.

Испытания подтвердили, что сборные сваи не имеют пустот и признаков внутренней усадки в процессе отверждения.30-футовая сваи была способна выдержать давление изгиба вниз 84 000 фунтов на квадратный дюйм и прогиб на 4,5 дюйма перед разрушением. При растрескивании сваи точка ее разрушения консолидировалась в одну зону без дополнительных расходящихся трещин по сторонам сваи.

100-футовая сваи Cor-Tuf UHPC подвергалась давлению от молотов D36 и D62. Независимо от того, какой молот был использован, или насколько сильно или быстро мы пытались ударить по свае, наши данные по этому событию показали, что структурная целостность сваи никогда не опускалась ниже 100 процентов.

В то время как стальные сваи предлагают подрядчикам и инженерам ряд преимуществ, появление бетонных свай из сверхвысокого давления (UHPC) знаменует собой начало новой эры. Бетонные сваи UHPC обладают рядом преимуществ по сравнению со стальными сваями и практически при той же цене, что делает их самым разумным выбором и разумным вложением средств для ваших будущих проектов свай.

В настоящее время мы работаем над несколькими проектами по укладке водородных свай UHPC в Срединно-Атлантическом регионе. Оставайтесь с нами, чтобы увидеть полные результаты испытаний и предстоящее видео с наших последних сессий испытаний на изгиб с FDOT в Таллахасси, Флорида.

Методы и преимущества буронабивных свайных фундаментов

Буронабивная свая, также называемая просверленным валом, представляет собой тип железобетонного фундамента, который поддерживает конструкции с большими вертикальными нагрузками. Буронабивная свая — это бетонная свая, монтируемая на месте, то есть свая залита на строительной площадке. Это отличается от других бетонных свайных фундаментов, таких как центробежные и железобетонные квадратные сваи, в которых используются сборные железобетонные сваи. Буронабивные сваи обычно используются для строительства мостов, высотных зданий и массивных промышленных комплексов, для которых требуются глубокие фундаменты.

Процесс забивки буронабивных свай

Установка буронабивной сваи начинается с просверливания вертикального отверстия в почве с помощью буронабивной машины. Машина может быть оснащена специально разработанными буровыми инструментами, ковшами и грейферами для удаления почвы и камней. Сваи могут быть пробурены на глубину до 60 метров и диаметром до 2,4 метра. Процесс бурения может включать в себя забивание временного стального цилиндра или гильзы в почву. Он остается на месте в верхней части отверстия до тех пор, пока не будет залита куча.

После того, как отверстие просверлено, сооружается конструкция из арматурной стали, которая опускается в отверстие, а затем отверстие заполняется бетоном. Верх сваи может быть покрыт опорой или опорой около уровня земли для поддержки конструкции, расположенной выше.

Буронабивные работы должны выполняться подрядчиком по бурению свай. Это узкоспециализированная операция, требующая обширных знаний и опыта в области строительства и проектирования буронабивных свай, а также условий почвы и площадки.

Применение буронабивных свай

При использовании для фундаментов буронабивные сваи предназначены для зданий и других конструкций, которые создают нагрузки в тысячи тонн. Они также особенно хорошо подходят для неустойчивых или сложных почвенных условий. Помимо фундаментных систем, буронабивные сваи используются для создания структурных подземных стен для удержания грунта. Сваи могут быть размещены близко друг к другу, с расстоянием между сваями от 75 до 150 мм (так называемая непрерывная свайная стена ), или они могут быть размещены таким образом, чтобы они перекрывали друг друга, чтобы создать секущую стену свай , которая часто используется для контроля миграции грунтовые воды.

Проблемы строительства буронабивных свай

Как и любая другая система глубокого фундамента, буронабивные сваи создают проблемы для подрядчика. Поскольку используемый метод бурения зависит от типа почвы, подрядчик должен провести тщательное исследование почвы и составить отчет. Подрядчик по укладке свай полагается на отчет о грунте и прошлый опыт, чтобы выбрать лучший метод бурения, который минимизирует нарушение окружающей почвы.

Когда грунт не связан, например, с песком, гравием и илом, или скважина выходит за пределы уровня грунтовых вод, яма должна поддерживаться с помощью стальных каркасов или стабилизирующего раствора, такого как бентонитовая суспензия.Это решение может оказаться очень запутанным процессом и значительно усложнить проект.

Преимущества буронабивной сваи

Основные преимущества буронабивных свай или буронабивных стволов перед обычными опорами или другими типами свай:

• Сваи переменной длины можно наращивать через мягкие, сжимаемые или набухающие почвы в подходящий несущий материал.
• Сваи можно наращивать до глубины ниже промерзания и сезонных колебаний влажности.
• Большие выемки грунта и последующая засыпка сведены к минимуму.
• Меньше разрушение прилегающей почвы.
• Вибрация относительно низкая, что снижает возмущение соседних свай или конструкций.
• Кессоны большой вместимости могут быть сконструированы путем расширения основания ствола сваи до трехкратного диаметра ствола, что устраняет необходимость в крышках над группами из нескольких свай.
• Для многих проектных ситуаций буронабивные сваи обеспечивают более высокую грузоподъемность и потенциально лучшую экономичность, чем забивные сваи.

Стоимость по типу систем фундаментов

Фундаментные системы в здании

Существует две классификации фундаментов в строительстве: фундаментов глубокого заложения, и фундаментов глубокого заложения. Эти классификации относятся к глубине грунта, на котором формируется фундамент. Неглубокий фундамент может быть построен на глубине всего один фут, тогда как глубокий фундамент формируется на глубине 10-300 футов.Таким образом, неглубокий фундамент используется для проектов, которые представляют собой небольшие или легкие здания, и глубокие фундаменты для более крупных застроек, застроек на склоне холма или на бедных почвах.

Фундамент мелкого заложения

Неглубокие фундаменты обычно располагаются менее чем на шесть футов ниже самого нижнего готового этажа конструкции. Эти системы используются, когда почва, расположенная близко к поверхности земли, имеет достаточную несущую способность, а нижележащие более слабые пласты не приводят к чрезмерной осадке.Это наиболее часто используемые системы фундаментов для небольших жилых и деревянных конструкций. В результате в строительстве бывает несколько типов фундаментов мелкого заложения. Их часто называют раздвижными опорами, потому что они распределяют большие нагрузки по большему объему почвы.

Глубокие основания

В случаях, когда неглубокий фундамент невозможен, необходим глубокий фундамент. Глубокие фундаменты — это структурные элементы, которые используются для передачи нагрузок от слабых и сжимаемых грунтов на более прочный слой, обычно расположенный на значительной глубине под землей.Эти фундаменты также могут вместо этого использовать трение земли, прилегающей к нему, для поддержки. Нагрузка вышеупомянутой конструкции передается на эти элементы с помощью бетонных элементов на уровне поверхности, таких как профилированные балки или свайные заглушки. Глубокие фундаменты рекомендуются при больших расчетных нагрузках (4 этажа +) и там, где плохой грунт присутствует на небольшой глубине.

Типы фундаментов мелкого заложения

Неглубокие фундаменты или опоры являются важной частью фундамента строительства, особенно там, где почва проблематична.Фундаменты — это структурные элементы, которые переносят нагрузки грунта от колонн, стен или боковые нагрузки от грунтовых подпорных конструкций. Опоры должны быть спроектированы так, чтобы предотвращать и минимизировать оседание фундамента, а также обеспечивать безопасность от опрокидывания и скольжения. Размер опор будет зависеть от типа и величины конструкции. При строительстве и установке фундаментов важно привлекать профессионалов, чтобы обеспечить правильную опору и структуру фундамента.

Изолированные насыпные или подушечные фундаменты — один из наиболее распространенных типов фундаментов, используемых в строительстве.Они используются под отдельными колоннами или другими точками нагрузки, каждая из которых имеет свою опору. Фундамент может быть квадратным или прямоугольным из бетона, размер которого рассчитывается исходя из нагрузки на колонну и безопасной несущей способности почвы.

Комбинированные опоры используются для поддержки двух или более колонн, расположенных близко друг к другу в ситуациях, когда в противном случае их основания перекрывались бы. Термин «комбинированный» происходит от комбинации изолированных опор, однако конструкция фундамента отличается.Форма комбинированного фундамента обычно прямоугольная и необходима только тогда, когда точки нагрузки находятся близко друг к другу.

Ленточные или непрерывные опоры используются под линиями, нагруженными повсюду. Чаще всего это происходит под несущими стенами или поперечными стенками и обычно имеет форму буквы «L» или перевернутой буквы «T». Эти типы фундаментов могут также поддерживать отдельные колонны, расположенные вдоль этих линий, но при большой нагрузке в этих точках может быть дополнительная ширина.

Фундаменты из матов требуются, когда на площадь действует множество различных нагрузок, вызывающих перекрытие нескольких отдельных фундаментов. Этот тип фундамента принято использовать при строительстве подвальных помещений, так как плита цокольного этажа будет служить фундаментом. Их также можно увидеть на участках с плохой почвой, чтобы бетонный пол не растрескивался. Фундаменты из матов распространяются по всей площади здания, чтобы выдерживать большие структурные нагрузки от колонн и стен, и имеют тенденцию быть глубже, чем типичная бетонная плита перекрытия (12 дюймов +, а не 4-5 дюймов).Затем вес конструкции равномерно распределяется по почве под ним. Этот тип фундамента обычно дешевле и проще в реализации, чем многие отдельные опоры, особенно когда точки нагрузки не определены выше.

Типы глубоких оснований

Свайный фундамент — это тип глубокого фундамента, сооруженного из бетона или стали в виде тонкой колонны или цилиндра. Свайный фундамент используется для передачи тяжелых нагрузок от конструкции на твердые породы глубоко под землей.Они предназначены для поддержки конструкции и передачи нагрузки на желаемой глубине, обычно в три раза превышающей ее ширину [6]. Свайные фундаменты используются для крупных сооружений и там, где неглубокий грунт не может противостоять оседанию или поднятию. Свайные фундаменты можно классифицировать следующим образом:

• Шпунтовые сваи: для обеспечения боковой поддержки
• Несущие сваи: используются для передачи вертикальных нагрузок от конструкции на грунт
• Концевые опорные сваи: нижний конец сваи опирается на слой прочной почвы или камня.Свая располагается в переходном слое слабого и прочного грунта.
• Фрикционные сваи: передает нагрузку здания на почву за счет силы трения между поверхностью сваи и окружающей почвой.

Просверленные валы, также известные как кессоны, представляют собой еще один тип глубокого фундамента с монолитным элементом большой емкости, формируемым с помощью шнека. Буровые валы не только обеспечивают структурную опору, но и удерживают грунт.Сверло используется для создания отверстия необходимого диаметра и глубины. При необходимости на этом этапе используется обсадная колонна или буровой раствор, если скважина нуждается в дополнительной опоре, чтобы оставаться открытой. Затем в яму опускается стальная арматура во всю длину, после чего заливается бетоном. Готовый фундамент может выдерживать нагрузки от конструкции за счет сопротивления вала, сопротивления пальцев ног или их комбинации. Буровые валы способны переносить большие нагрузки на колонны, чем свайный фундамент.

Финансовые последствия мелкого и глубокого фундамента

Фундамент сооружения можно считать одной из самых важных частей сооружения, так как это фундамент, на котором все будет построено.Существует множество маркеров, которые определяют тип фундамента, необходимого для конструкции. При оценке затрат на фундамент следует учитывать следующие важные факторы:

• Испытания почвы, дренаж и влажность: Перед началом любого проектирования или строительства рекомендуется нанять профессионального инженера-геотехника для проверки почвы на месте. Это обеспечит выбор правильной техники в зависимости от содержания почвы. После заливки фундаментные плиты и места для подполья необходимо заделать для защиты от воды и влаги.
• Глубина: склоны холмов часто требуют более глубокого фундамента, чтобы избежать дополнительной нагрузки, способствующей оползню. В более холодном климате и влажной почве может потребоваться более глубокий фундамент для защиты от повреждений от замерзания и оттаивания. Чем глубже фундамент, тем выше общая стоимость
• Тип: Фундамент из бетонных плит может стоить от 4500 до 21000 долларов в зависимости от проекта. — Фундаменты из монолитных плит дешевле, так как заливается только монолитный бетон.- Фундаменты неглубокого заложения находятся в среднем ценовом диапазоне, поскольку строителям необходимо вырыть ямы и залить их бетоном, а также соединить их с вышеупомянутой структурой. — Подпорная стена и глубокие фундаменты являются одними из самых дорогих для фундаментов, потому что для их строительства требуется больше земляных работ, оборудования и материалов, а они, как правило, являются более сложными.
• Строительные нормы и правила, разрешения и местные сборы: важно учитывать, как местные правила повлияют на цену проекта.Размер и площадь проекта будут влиять на цену. Добавление элементов и получение необходимых разрешений в соответствии с местными строительными нормами также может увеличить расходы на проект.

Лучший способ защитить свой дом — это нанять лицензированного и надежного строителя для установки или ремонта фундамента. Это обеспечит безопасность вашего дома или строительной конструкции. Здесь, в Design Everest, мы можем помочь вам найти опытного строителя для вашей собственности. Свяжитесь с нами сегодня по телефону 877-704-5687.

Источники:
[1] https://www.newhomesource.com/guide/articles/solid-foundation
[2] https://theconstructor.org/geotechnical/shallow-foundations-types/5308/
[3] http://www.understandconstruction.com/types-of-foundations.html
[4] https://theconstructor.org/geotechnical/types-of-deep-foundation/7252/
[5] https: // www.homeadvisor.com/cost/foundations/
[6] https://civiltoday.com/geotechnical-engineering/foundation-engineering/deep-foundation/176-pile-foundation-definition-types

Винтовые сваи — Экологический ландшафтный альянс

Брюс Веннинг

Экологически чистая система фундамента здания для защиты зрелого комплекса дерево — почва на вашем участке от разрушительного воздействия строительных работ с тяжелым оборудованием.

Когда мой брат, две сестры и я решили построить ванную комнату на нижнем этаже небольшого семейного дома, чтобы наша 91-летняя мать могла жить на первом этаже дома, это было серьезное решение. Мы согласовали проект, определили подрядчика, стоимость и время завершения, но я беспокоился о том, что тяжелое оборудование нанесет ущерб установленным деревьям. Строительство, такое как выкапывание почвы с помощью тяжелого оборудования для цементного фундамента, создает огромное уплотнение почвы, и я знал, что укладка указанной почвы вызовет дополнительную нагрузку на корни нескольких больших деревьев во дворе.

Как спасти большие деревья в маленьком дворе

Предлагаемая строительная часть двора поддерживает пять деревьев времен Второй мировой войны, корни которых уходят в предполагаемую зону строительства, в том числе четыре высоких дерева в задней части дома: восточная часть болиголов ( Tsuga canadensis ), клен сахарный ( Acer saccharum ), северная катальпа ( Catalpa speciosa ) и клен обыкновенный ( A. platanoides ) (Рисунок 1). Пятое дерево (рис. 2), расположенное в переднем углу двора, — это розовый американский кизил ( Cornus florida ).Опять же, корни всех пяти деревьев уходят в зону предполагаемого строительства этого небольшого участка.

Рис. 1: Показан местный сахарный клен в осенней окраске, в то время как инвазивный норвежский клен все еще имеет свой летний цвет на переднем дворе. Октябрь 2008 г.

Рис. 2: Этот розовый кизил пережил бесчисленное количество прикреплений от антракноза кизила, ледяных бурь, засух и иногда горько-сладкой лозы. Первые хозяева посадили его примерно в 1945 году.Май 2017 г.

Моя мать, братья и сестры не подозревали, насколько тяжелая техника разрушает почву и корни деревьев. Моя семья, как и многие подрядчики и клиенты, думала, что уплотненная (поврежденная) почва может быть удалена, а основные корни деревьев обрезаны после завершения строительства. Затем ветви деревьев можно было удалить, а всю поврежденную область можно было заменить новой почвой, новым дерном и новыми деревьями. Но эта работа была бы дополнительными расходами, которые не считались частью «проекта», разработанного для удовлетворения потребностей нашей пожилой матери.

По моей оценке, предлагаемая рабочая зона для этой небольшой дополнительной ванной комнаты уничтожит 60% или более существующих корневых масс каждого дерева, потому что большинство их корней совместно используют предлагаемую рабочую зону (рис. 3). На рисунке 3 показан дом и предполагаемая рабочая зона.

Многие специалисты по ландшафтному дизайну соглашаются с университетскими и государственными исследователями в области растениеводства и почвоведения, что уплотнение почвы — это разрушитель номер один для деревьев и корней деревьев на строительных площадках с использованием тяжелого оборудования.Ситуация усугубляется наличием нескольких пешеходных дорожек и мест для хранения оборудования, которые естественным образом возникают в процессе строительства на объекте (Whitcomb, 1991; Lichter and Lindsey, 1994; Randrup, 1998).

Рис. 3. Центральный (зеленый) куст — это американский падуб (Ilex opaca), справа от него — трехствольный восточный красный кедр (Juniperus virginiana). Предыдущие хозяева посадили оба в конце 1940-х годов.

Рис. 4. Машины для перемещения тяжелых грунтов, обычно используемые для выемки грунта и перемещения свай из вынутого грунта во время рытья фундамента.Существуют их меньшие версии для небольших участков, но они по-прежнему вызывают сильное уплотнение почвы.

На рисунке 4 показаны типичные экскаваторные машины, которые можно легко хранить на месте во время процесса копания. Они весят больше тонн, чем средний автомобиль, вызывая огромный ущерб почве и корням деревьев.

Садоводческая информация на помощь

Когда я вместе со своими братьями и сестрами и матерью рассмотрел опасность уплотнения почвы и связанное с этим повреждение растений, они быстро уловили эту идею.Уплотнение почвы тяжелой техникой со временем вызовет вымирание этих больших и любимых деревьев, превратив их в возможные деревья опасности. Это детали из моих тем для разговора:

Характеристики уплотнения почвы

1. Постоянное изменение почвы. Согласно Randrup (1998), сильное уплотнение почвы на строительной площадке может рассматриваться как постоянное структурное изменение почвы. Он также заявляет, что обычные сезонные циклы замораживания-оттаивания не отменяют и не возвращают уплотненную почву в ее первоначальное естественное состояние.

2. Коллапс макропоры. Почвенные поры (пустоты), которые естественным образом возникают в естественной почве, представляют собой смесь мертвого органического вещества; частицы песка, ила и глины; и все живые почвенные организмы (растения и животные), которые вносят вклад в так называемую «живую почву». Этот прочный и живой комплекс разрушается под тяжестью тяжелого оборудования. Проще говоря, естественные более крупные поровые пространства или макропоры разрушаются. Эти поры вносят основной вклад в поток воды и диффузию кислорода и углекислого газа, необходимую для нормального роста растений.Они также позволяют существовать множеству почвенных форм жизни (Craul, 1994).

Когда макропоры теряются, вода в почве остается в более мелких или микропорах, которые имеют тенденцию удерживать воду более плотно. Когда это происходит, возникает большее ограничение потока воды через профиль почвы как по вертикали, так и по горизонтали (Craul, 1994).

Вода движется в почве капиллярно под действием естественных сил сцепления и когезионного натяжения (Whitcomb, 1991). Свойство воды клея притягивает другие (не водные) поверхности, такие как корни, органические вещества, микроорганизмы жизни, частицы почвы, камни и тому подобное.Связывающее свойство воды позволяет воде притягиваться к другой воде и водным смесям, таким как растворенные соединения фертильности (Whitcomb, 1991).

3. Микропоры вступают во владение. Следовательно, когда уплотнение уменьшает или устраняет макропоры в профиле почвы, существующая вода вытесняется из макропор во время насыщения почвы (т.е. когда все поры почвы заполнены водой). При уплотнении вода перемещается в существующие и вновь созданные микропоры, где она очень плотно удерживается за счет адгезионных и когезионных свойств воды.Кроме того, газообмен в почве останавливается или значительно снижается. Повторюсь, когда почва полностью насыщена, почвенный кислород и углекислый газ вытесняются водой под действием сил уплотнения почвы. В результате пораженная почва остается влажной в течение более длительного времени, создавая условия для очень ограниченного роста корней, поглощения воды и питательных веществ.

4.Корни растений не могут функционировать и расти эффективно и результативно. Уплотненная структура почвы изменяет жизненное пространство для живых корней.Компонент макропор естественной почвы, который так важен для распространения корней, прекращается. Корни растений испытывают трудности с проникновением в это очень внезапное, лишенное кислорода, новое расположение частиц почвы. Естественно блуждающие (исследующие) тонкие кончики корней могут проникать только в почвенные пространства того же диаметра или больше, чем их собственные крошечные растущие кончики корней. Как только эти тонкие, очень маленькие кончики корней проникают в пустоту, их размер или больше, они могут перемещать почву за собой по мере увеличения обхвата (Craul, 1994).Однако в условиях сильно уплотненной почвы рост корней прекращается.

Согласно Whitcomb (1991), резкие изменения участков под деревьями и другими растениями, вызванные строительством тяжелого оборудования, в конечном итоге приводят к тому, что непреднамеренно выбранные растения умирают от голода. Энергия, производимая в результате фотосинтеза в листьях, истощается, и меньше энергии транспортируется к корням. В условиях продолжающегося стресса, в конце концов, корневые резервы деревьев истощаются; каждое дерево теряет силу и умирает преждевременной смертью.Скорость увядания и гибели деревьев зависит от породы дерева и от степени повреждения корней во время строительства.

Маленький двор научил нас сохранять большие деревья

Учитывая небольшой размер нашей партии, работа с тяжелым оборудованием не соответствовала нашим целям по сохранению деревьев. Из-за ограниченного пространства деревья во дворе будут серьезно повреждены в результате уплотнения почвы, раздавливания и срезания корней, а также работ с тяжелым оборудованием, включая рытье и укладку вынутой почвы.

Рис. 5. Листы фанеры, добавленные для защиты почвы, травы и корней других растений от подрядчиков, которые постоянно ходят туда-сюда с улицы к месту работы.

Рабочая зона приусадебного участка была слишком мала для применения обширных методов защиты растений. Эти методы включают в себя установку защитных ограждений вокруг желаемых деревьев для их защиты, использование мульчи и фанерных листов для облегчения продолжающегося уплотнения почвы в ограниченной рабочей зоне, а также сокращение пешеходного движения и движения небольшого оборудования во время событий с влажной почвой. и Линдси, 1994).Однако подрядчик занял активную позицию и положил лист фанеры на траву, чтобы защитить почву от пешеходного движения подрядчика (рис. 5).

Если бы мы не заботились об этих зрелых деревьях и имели бы больше денег в бюджете, мы бы установили рекомендуемый тяжелый цементный фундамент и заменили бы весь поврежденный участок новой почвой и растениями. Тем не менее, это изменило бы внешний вид двора нашей матери с очарованного, зрелого дерева «мини-оазис» на компактную партию небольших деревьев и дерна.Другими словами, дом будет выглядеть так, как 75 лет назад.

Цементный фундамент: несущий и устойчивый к гниению

Подрядчик по строительству пригорода Бостона, Питер Кастен (Mill Cottage, LLC), занимается строительством и благоустройством домов более 40 лет и заявляет, что бетонные фундаменты намного тяжелее, чем необходимо для поддержки. типичный жилой дом и пристройки к дому. Кастен добавляет, что бетон используется, потому что он обеспечивает превосходную опорную структуру для строительства, и его можно заливать в рамы и формовать на месте.После того, как он застынет или высохнет, он не испортится под землей.

Рис. 6: Это здание имеет сплошной цементный фундамент с подвалом. Отсутствие перерывов в цементном фундаменте; это сплошная несущая конструкция.

Кастен также сказал мне, что кроме сплошного цементного фундамента (например, вашего обычного подвала, см. Рис. 6) или прерывистого цементного фундамента (например, цементные опоры, см. Рис. 7) или цементной плиты (см. Рис. 8), подрядчики имеют мало или нет альтернатив для строительства дома или пристройки на фундаменте, который не сгниет со временем.

Рис. 7. Этот фундамент представляет собой группу цементных опор или опор, разнесенных в соответствии с местными требованиями строительных норм. Это называется разрывным фундаментом.

Рис. 8: Это небольшое здание без подвала, называемое плитой. Плита цементная и разливается в формы для придания формы. Это ниже линии замерзания, как определено местными строительными нормами.

Экологический подход: фундамент пирса, несущая способность, устойчивость к гниению.

Когда мы искали экологическое решение для нашего проекта, подрядчик по строительству Роджер Малком (Roger A. Malcolm Construction, Натик, Массачусетс) спас ситуацию и решил все наши опасения относительно уплотнения почвы и состояния зрелых деревьев во дворе. Он предложил нам использовать малоизвестную систему фундамента пирса, называемую спиральными сваями, и, как и цементный фундамент, этот фундамент не сгниет! Щелкните для демонстрации.

В отличие от непрерывного цементного фундамента, вынутого из землянки или вынутого из грунта, фундамент опоры оказался наименее опасным для почвы и связанных с ней живых корней растений во время и после процесса установки (Whitcomb, 1991; Harris, Clark and Matheny, 2004).Различные системы опор различаются по диаметру, глубине и требованиям к расстоянию, установленным местными строительными нормами. Стоит повторить, что системы опор, включая процесс их установки, вызывают гораздо меньше повреждений почвы и корней растений, чем выкопанные сплошные цементные фундаменты, включая цементные плиты (Harris et al., 2004).

Винтовые сваи на помощь

Что такое винтовые сваи? Сваи или опоры представляют собой круглые стальные валы со сварными пластинами (спиралями), которые механически ввинчиваются в землю, как шуруп для дерева, для образования фундамента сваи.В нашем проекте мы использовали систему спиральных свай с защитными рукавами (этот стиль лучше всего подходит для строительства домов, несущих нагрузку) и соответствует местным строительным нормам. Дополнительную информацию можно найти на сайте www.premiumtechnical.com.

Роджер Малкольм, подрядчик строительства в районе Бостона с 40-летним стажем, рассказал мне, что он успешно использовал эту систему пирсов в некоторых проектах домовладельцев в течение примерно четырех лет. Малкольм предполагает, что винтовые сваи лучше всего подходят для пристройки помещений, настилов и других строительных проектов в экологически уязвимых районах или проектов, которые не гарантируют высокой стоимости установки цементной плиты или сплошного фундамента подвала.

По словам Малкольма, эта малоизвестная система фундамента сваи требует меньше времени и физических усилий, чем цементные фундаменты «копать и заливать» и сплошные цементные фундаменты. Если специализированная машина для установки свай достигает необходимой глубины грунта (менее четырех футов) и правильного крутящего момента в фунтах на квадратный дюйм (PSI), винтовые сваи соответствуют требованиям строительных норм и правил для поддержки конструкции. Работы можно начинать немедленно, так как нет простоев в ожидании затвердевания цементных опор или фундамента.И никакого разрушительного рытья нет. См. Рисунок 9.

Рисунок 9: Крупный план винтовых свай, используемых в проекте. Это U-образная опорная головка для балки первого этажа или несущей способности балки. Строительный инспектор определяет надлежащий размер винтовой сваи в соответствии с нормами для несущих нагрузок. Установщик винтовой сваи определяет подходящую глубину грунта для возводимой конструкции. Глубина спиральной сваи для нашего проекта составляла от семи до девяти футов.

После тщательного исследования моя семья взяла на работу подрядчика и друга из Бостона Дэвида Геффена (David Geffen Construction Company, LLC; Waban, MA).Геффен приветствовал предложение Малькольма использовать винтовые сваи в качестве основы для пристройки ванной комнаты и нанял сертифицированного установщика винтовых свай, который установил сваи в соответствии с требованиями архитектора к проектированию и строительным нормам. Установщик подтвердил, что система спиральных свай и процесс установки защищают почву от работы тяжелого оборудования, а также указал, что винтовые сваи более экологически чистые и намного дешевле, чем строительство цементного фундамента.К тому же этот метод был «созвучен» экологическим целям моей семьи.

Геффен указал, что непрерывный цементный фундамент требует одобрения местного строительного инспектора после его вырытия и до начала строительства цемента, чтобы соответствовать строительным нормам. С другой стороны, винтовые сваи обычно устанавливаются в течение нескольких часов, и строительство можно начинать немедленно.

Геффен также заявил, что каждая свая может выдержать вес конструкции, намного превышающий необходимый.Это настоящая несущая система, которая отвечает как строительным критериям, так и экологическим соображениям, представленным в нашей ситуации.

На рисунке 10 показана последняя пристройка ванной комнаты. Мы все были в восторге от всего процесса строительства и довольны тем, что спасли маленький двор от разрушения тяжелым оборудованием, предоставив матери качественную ванную комнату внизу.

Рис. 10: Последняя пристройка для ванной комнаты, опирающаяся на винтовые сваи. Весь процесс строительства этой пристройки для ванной спас большие деревья времен Второй мировой войны от разрушительной работы тяжелого оборудования.Двор был защищен, а санузел построен!

В заключение, на рынке представлены различные системы спиральных свай, но те, которые соответствуют строительным нормам для ваших конкретных проектов надстройки дома, являются истинно несущими системами фундамента. Их можно установить менее чем за один день, не вызывая значительного повреждения корней деревьев и значительного уплотнения почвы существующих деревьев и кустарников. Мы всей семьей остались в восторге от такого типа несущего фундамента.

Для клиента, который рассматривает добавление помещения или террасу с соответствующими цементными опорами или подвалом, которые угрожают существующему комплексу зрелых деревьев и почвы, вам следует исследовать винтовые сваи.Стоит изучить этот тип системы фундамента пирса, чтобы избежать повреждения тяжелого оборудования и сохранить существующие деревья и связанные с ними естественные почвы на вашем участке. Для нашей семьи это оказалось поистине экологическим решением для ландшафтного дизайна.

Чтобы найти подрядчика по строительству винтовых свайных фундаментов в вашем штате, посетите сайт www.helicalpileworld.com.

Цитированная литература

Краул, П. Дж., 1994. Городские почвы: обзор и их будущее, стр. 115 — 125. В Уотсон, Г. У., и Д. Нили (ред.). Подземный ландшафт: материалы международного семинара по развитию корней в городских почвах. Международное общество садоводства, Шампейн, Иллинойс.

Харрис Р. У., Дж. Р. Кларк и Н. П. Матени. 2004. Лесоводство: комплексное управление ландшафтными деревьями, кустарниками и виноградными лозами, 4-е изд. Прентис-Холл, Верхняя Седл-Ривер, Нью-Джерси, 578 стр.

Лихтер, Дж. М., и П. А. Линдси. 1994. Уплотнение почвы и строительство площадки: Оценка и тематические исследования, стр.126-130. В Уотсон, Г. У., и Д. Нили (ред.). Подземный ландшафт: материалы международного семинара по развитию корней в городских почвах. Международное общество садоводства, Шампейн, Иллинойс.

Рандруп, Т.