Опорный Тюменский индустриальный университет

Буроинъекционная свая повышенной несущей способности «Нормалъ»

ЦЕЛЬ – внедрение в строительную сферу региона новой экономичной технологии устройства буроинъекционных свай повышенной несущей способности.

Для выполнения поставленной цели необходимо решение следующих ЗАДАЧ:

-разработка экономичной технологии устройства буроинъекционных свай, основанной на извлечении высокопрочного армирующего сердечника с последующей заменой его на арматурный каркас или одиночный стержень;
-проведение экспериментального исследования работы под нагрузкой буроинъекционных свай, выполненных по разработанной технологии;
-сравнение полученных результатов с аналитическими расчетами и результатами численного моделирования;
-технико–экономическое обоснование применения разработанной технологии по устройству буроинъекционных свай «Нормалъ»;
-разработка и апробация метода расчета предлагаемого вида свай «Нормалъ»;
-разработка нормативного документа (Стандарта организации СТО) по применению данного вида буроинъекционных свай повышенной несущей способности;
-оформление и защита патента на разработанную конструкцию и технологию устройства буроинъекционных свай;
-представление готового продукта в экономике региона с последующей его реализацией.

ОПЫТ И КОМПЕТЕНЦИИ РАБОТЫ ПО ТЕМАТИКЕ ПРОЕКТА

На сегодняшний день участниками временного научного коллектива реализованы следующие геотехнические проекты с применением буроинъекционных свай:

1. Устройство буроинъекционных свай длиной 16м (с применением анкеров «Атлант») в количестве 33 шт. на объекте: «Реконструкция здания административно-торгового центра по адресу: г. Тюмень, ул. 50 лет Октября, д. 12, корп. 1» (инж. Степанов М.А., Волосюк Д.В.);
2. Сохранение объекта культурного наследия регионального значения: «3-я городская больница горздравоотдела по адресу, г. Тюмень, ул. Даудельная, 1, литера А» (инж. Степанов М.А., Волосюк Д.В.);
3. Усиление свайно-плитного фундамента блок-секции №2 жилого дома, расположенного по адресу г. Тюмень, пр. Заречный, 14 с применением буроинъекционных свай. (инж. Волосюк Д.В., Сальный И.С.);
4. Обследование грунтового основания столбчатых фундаментов на объекте: «Западно-Сибирский комплекс глубокой переработки углеводородного сырья (УВС) в полиолефины мощностью 2,0 млн. тонн в год с соответствующими объектами общезаводского хозяйства (ОЗХ). Установка пиролиза ЭП-1500», расположенном по адресу: г. Тобольск, Промкомзона» (инж. Степанов М.А., Волосюк Д.В.);
5. Разработка инженерных мероприятий по стабилизации оползневых процессов берегового склона в д. Каменка Тюменского района с применением буроинъекционных свай. (инж. Степанов М.А.);
6. Устройство буроинъекционных свай по технологии «Атлант» на объекте: «Жилой дом в квартале улиц С. Щедрина — Тарская — М. Горького (2, 3 секции)». (инж. Степанов М.А).

Объект исследования – свая, изготовленная по буроинъекционной технологии, с извлечением высокопрочного армирующего сердечника с последующей его полной или частичной заменой на арматурный каркас или одиночный стержень;

Предмет исследования – напряженно – деформированное состояние грунтового основания и буроинъекционной сваи, изготовленной по технологии с извлечением высокопрочного армирующего сердечника и заменой его на арматурный каркас, при различных условиях статического нагружения и различных грунтовых условиях;

Гипотеза исследования – несущая способность по грунту и осадки под нагрузкой буроинъекционной сваи изготовленной по предложенной технологии, будут соответствовать несущей способности сваи типа «Титан», изготовленной по традиционной буроинъекционной технологии, на общем фоне значительного снижения стоимости производства работ. Несущая способность предлагаемой сваи по грунту может формироваться равной несущей способности по материалу сваи, что является критерием максимальной эффективности.

МЕТОДОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНОВА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Основной метод решения поставленных научно – технических задач — изучение напряженно – деформированного состояния грунтового основания и буроинъекционных свай, изготовленных по технологии, предусматривающей извлечение высокопрочного армирующего сердечника и заменой его на арматурный каркас или одиночный стержень, на основе экспериментально – теоретических исследований.

Натурный эксперимент

Численный эксперимент

Научная новизна работы – заключается в том, что в отличие от традиционных способов устройства буроинъекционных свай по технологии «Титан» и «Атлант», предложенная технология позволяет многократно использовать дорогостоящие расходные материалы, выполненные из высокопрочной стали: буровые долота, полые сердечники и муфты крепления. Также по предложенной технологии будут выполнены сваи из напрягающего (саморасширяющегося) цемента, что должно привести к дополнительной опрессовке скважины и, как следствие, к повышению несущей способности буроинъекционных свай. Исследование работы буроинъекционных свай, выполненных на основе саморасширяющего цемента, в гражданском строительстве на сегодняшний день не проводились.

ОСНОВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ОТ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОДУКТА

Многократность применения армирующих сердечников за счет замены традиционных муфт крепления на легкоразборные соединительные элементы, которые, обеспечивая необходимую плотность и прочность соединения, позволят выкручивать штанги для последующего применения.

Использование в качестве армирующего элемента стального арматурного каркаса или одиночного стержня, погружаемого в тело БИС после извлечения полых высокопрочных штанг, что приведет к повышению их жесткости и снижению стоимости работ по изготовлению БИС.

Возможность использования инъецируемого раствора на основе саморасширяющегося цемента, изменения подвижности растворной смеси и изменении в технологических приемах производства работ, приводящих к повышению несущей способности буроинъекционных свай.

ОПИСАНИЕ ОЖИДАЕМОГО РЕЗУЛЬТАТА НИОКР

Получение готовой технологии устройства буроинъекционных свай «Нормалъ», основанной на извлечении высокопрочного армирующего сердечника с последующей заменой его на арматурный каркас или одиночный стержень. Несущая способность и деформативность буроинъекционных свай,  изготовленных по новой технологии, будет подтверждена результатами натурных испытаний, аналитических решений и численного моделирования в апробированных программных комплексах.

Подробный анализ работы при различных условиях статического нагружения и различных грунтовых условиях буроинъекционных свай, изготовленных по традиционной технологии и по новой технологии «Нормалъ», а также по предложенной технологии с применением саморасширяющегося цемента, изменения подвижности растворной смеси и изменении в технологических приемах производства работ

Оформление и защита патента, разработка нормативного документа стандарта организации (СТО) по применению свай «Нормалъ», внедрение в производство разработанной и прошедшей апробацию технологии изготовления буроинъекционных свай.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЛАГАЕМОЙ НАУЧНОЙ ПРОДУКЦИИ

Конечный продукт, предназначенный для реализации, представляет собой запатентованную технологию изготовления буроинъекционных свай «Нормалъ», основанную на извлечении высокопрочного армирующего сердечника с последующей заменой его на арматурный каркас или одиночный стержень.

Регламентом технического использования данных свай будет являться стандарт организации, который будет содержать:

• указания по области применения свай «Нормалъ»,
• грунтовым условиям, в которых возможно применение данной технологии,
• максимальной длине устройства,
• технологии погружения арматурных каркасов или одиночных стержней взамен высокопрочных сердечников (максимальное время от извлечения сердечника до погружения каркаса).

Для того чтобы расходные материалы (буровые долота, сердечники и соединительные муфты) можно было извлекать для дальнейшего использования будут разработаны, апробированы и предложены несколько вариантов соединительных муфт, отвечающие требованиям быстроразборности, но вместе с тем обеспечивающие необходимую прочность, плотность и герметичность соединения полых штанг между собой.

Бурение скважины на требуемую глубину

Извлечение высокопрочного сердечника

Погружение арматурного каркаса/одиночного стержня

ПОТЕНЦИАЛЬНЫЙ РЫНОК СБЫТА ПРОДУКЦИИ

Потенциальный рынок сбыта разработанной технологии изготовления буроинъекционных свай «Нормалъ» — это строительная сфера региона и страны в целом.

Представление продукции на данном рынке сбыта обладает высокой привлекательностью, так как область применения буроинъекционных свай, изготовленной по разработанной технологии, имеет широкую номенклатуру:

ПЛАНИРУЕМЫЕ ОБЪЕМЫ ПРОДАЖ И ПОТРЕБИТЕЛИ

Планируемые объемы продаж – под объемами продаж подразумевается выполнение и реализация проектов с применением технологии устройства буроинъекционных свай «Нормалъ». Планируемый объем выполнения данных проектов составляет 3 млн. руб./год после второго года реализации.

Доход от продажи патента на данную технологию и стандарта организации (СТО).

Планируемые потребители технологической инновации – потребителями конечного продукта научного проекта являются нефтегазовые и строительные организации и компании, занимающиеся проектированием и строительством новых зданий и сооружений, реализацией проектов усиления существующих объектов капитального строительства, реконструкции зданий и сооружений, а также реставрации объектов историко-культурного наследия.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТА

1. Практическая значимость реализации научного проекта заключается в снижении стоимости устройства буроинъекционных свай по предложенной технологии по сравнению с традиционными технологиями при сохранении (и даже повышении!) несущей способности готовых свай.

2. Расширение области применения буроинъекционных свай, включая использование свай «Нормалъ» при новом строительстве.
3. Учитывая обширную область применения и объемы реализации данных свай, внедрение новой технологии приведет к значительной экономии средств при устройстве новых и усилении существующих оснований и фундаментов и, как следствие, к снижению стоимости конечной продукции для потребителей строительной отрасли.

Внедрение данной технологии приведет к импортозамещению зарубежных технологий устройства буроинъекционных свай. При реконструкции и реставрации объектов: