Обґрунтування технології підсилення фундаментів за допомогою паль

Желтяков, Сергій Юрійович
Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6106
Title:	Обґрунтування технології підсилення фундаментів за допомогою паль
Authors:	Демессіе , Мекуріа Келкай Желтяков, Сергій Юрійович
Keywords:	технологія;підсилення;паля;реконструкція;фундамент
Issue Date:	Jan-2025
Abstract:	Желтяков С. Ю. «Обгрунтування технології підсилення фундаментів за допомогою паль». - Рукопис. Кваліфікаційна робота здобувана вищої освіти за спеціальністю 192 - Будівництво та цивільна інженерія. - Черкаський державний технологічний університет, Черкаси, 2024. Кваліфікаційна робота присвячена обґрунтуванню технології підсилення фундаментів за допомогою паль з використанням методу вдавлювання паль в стиснених умовах реконструкції фундаментів. Виконано аналіз стану конструкцій аварійних і реконструювальних будівель та споруд в комплексі з аналізом деформативних характеристик та технологіям реконструкції фундаментів. Виконано порівняльний аналіз експериментальних досліджень фундаментів, підсилених вдавлюваними палями. Виявлені переваги статичного занурення з використанням сучасних пальовдавлювальних установок, на відміну від ударного метода чи віброзанурення, де неприпустимі динамічні поштовхи з впливами на існуючі будівлі та споруди. Визначено результативність розглянутих технологій.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6106
Appears in Collections:	192 Будівництво та цивільна інженерія (Промислове і цивільне будівництво)
Files in This Item:
File	Description	Size	Format
Magisterska robota Geltyakov (1).pdf Restricted Access		3.07 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy
Show full item record
Extracted text
з
Анотація
Желтяков С. Ю. «Обгрунтування технології підсилення фундаментів за 
допомогою паль». -  Рукопис.
Кваліфікаційна робота здобувана вищої освіти за спеціальністю 192 - 
Будівництво та цивільна інженерія. -  Черкаський державний технологічний 
університет, Черкаси, 2024.
Кваліфікаційна робота присвячена обґрунтуванню технології підсилення 
фундаментів за допомогою паль з використанням методу вдавлювання паль в 
стиснених умовах реконструкції фундаментів. Виконано аналіз стану 
конструкцій аварійних і реконструювальних будівель та споруд в комплексі з 
аналізом деформативних характеристик та технологіям реконструкції 
фундаментів. Виконано порівняльний аналіз експериментальних досліджень 
фундаментів, підсилених вдавлюваними палями. Виявлені переваги статичного 
занурення з використанням сучасних пальовдавлювальних установок, на відміну 
від ударного метода чи віброзанурення, де неприпустимі динамічні поштовхи з 
впливами на існуючі будівлі та споруди. Визначено результативність 
розглянутих технологій.
Ключові слова: технологія, підсилення, фундамент, паля, реконструкція, 
довговічність, надійність.
6
ВСТУП
Актуальність теми. Однією з основних тенденцій сучасного будівництва є 
збільшення поверховості будівель, що потребує вирішення різнопланових 
геотехнічних задач і розробки нових типів конструктивно надійних та 
економічно обґрунтованих фундаментів, у тому числі в складних інженерно- 
геологічних умовах. Вибір методу підсилення і реконструкції фундаментів 
мілкого закладення як стрічкових, так і стовпчастих залежить від причин, що 
викликають необхідність такого підсилення, конструктивних особливостей 
існуючих фундаментів і ґрунтових умов майданчика. Відновлення 
експлуатаційної придатності будівель стало за останні роки та за час дії 
військової агресії однією з актуальних проблем будівництва. Залежно від 
причин виникнення відмов будинків щодо безпечної експлуатації мешканців 
можна класифікувати як внутрішні, які викликані порушенням конструкцій, так і 
відмови через зовнішні причини, які пов'язані з експлуатацією будівлі. 
Деформації в конструкціях експлуатованих будівель можуть бути викликані 
дією як однієї, так і сукупністю причин. Однією з найпоширеніших причин, що 
зумовлюють появу тріщин у конструкціях будівель, що побудовані, є зміна 
фізико-механічних характеристик ґрунтів основи, яка спричинена незадовільною 
експлуатацією будівель. Накопичено певний досвід щодо посилення основ та 
фундаментів житлових та громадських будівель. На практиці використовуються 
такі способи, як хімічне закріплення ґрунтів; будова обойм, розширення та 
поглиблення підошви; підведення блоків; буронабивні, буроін'єкційні, 
вдавлювані палі та інші способи. Найбільші труднощі при посиленні 
фундаментів і закріпленні основ викликає необхідність виконання робіт у вкрай 
обмежених умовах. Це вимагає застосування спеціальної технології та 
організації будівельних робіт, а також відповідного матеріального забезпечення, 
що, у свою чергу, збільшує собівартість робіт і підвищує витрати праці. Хімічне 
закріплення ґрунтів, розширення підошви, підведення додаткових 
конструктивних елементів мають ряд недоліків, які обумовлені різними 
факторами (вартість, трудомісткість, обмежена сфера застосування). 
Застосування ж пальових фундаментів в умовах реконструкції дозволяє 
скоротити або виключити земляні роботи, що робить палі більш ефективними, 
ніж інші види посилення. Найбільш перспективними способами посилення
7
фундаментів у обмежених умовах міської забудови та за необхідності 
проведення робіт без припинення експлуатації будівлі є вдавлювані палі. До 
основних переваг можна віднести відсутність динамічних навантажень на 
конструкції будівлі і загазованості повітря. Перевага вдавлювання паль при 
посиленні фундаментів у порівнянні з влаштуванням буроін'єкційних паль 
полягає в можливості виконання робіт як у маловологих, так і водонасичених 
ґрунтах без проведення додаткових заходів: обсадних труб та інш., та в контролі 
несучої здатності та вертикальності стовбура палі в процесі її занурення на будь- 
якій ступені прикладання навантаження. Тому дослідження таких процесів для 
можливості подальшого вдосконалення є актуальним.
Мета кваліфікаційної робот и магістра  - обґрунтування технології підсилення 
фундаментів за допомогою паль при процесах реконструкції.
Задачі дослідження:
- аналіз сучасного стану конструкцій аварійних і реконструювальних будівель та 
споруд в комплексі з аналізом деформативних характеристик та технологіям 
реконструкції фундаментів;
вивчення та аналіз досвіду технологій реконструкції фундаментів 
деформованих будівель і виявлення основних тенденцій розвитку методу 
вдавлювання паль;
- на основі аналізу експериментальних досліджень вивчення особливостей 
роботи вдавлюваних паль при посиленні фундаментів;
- аналіз дослідження розподілу зусиль по нижньому кінці та бічній поверхні 
вдавлюваних паль у різних типах ґрунтів і їх зміни зі збільшенням глибини 
занурення;
- дослідження характеру перерозподілу навантажень від надземних конструкцій, 
що передаються через підошву реконструйованого фундаменту та вдавлені палі;
- дослідження технології виконання робіт з посилення фундаментів будівель 
палями, що вдавлюються;
- виконати аналіз ефективності технологій підсилення фундаментів раціональну 
область примінення та основні ТЕП;
Предмет дослідження технологія підсилення фундаментів з використанням 
паль палевдавлювальними установками.
9
РОЗДІЛ 1 АНАЛІЗ СУЧАСНОГО СТАНУ КОНСТРУКЦІЙ АВАРІЙНИХ І 
РЕКОНСТРУЮ ВАЛЬНИХ БУДІВЕЛЬ ТА СПОРУД В КОМПЛЕКСІ З 
АНАЛІЗОМ  ДЕФОРМ АТИВНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТА ТЕХНОЛОГІЯМ  
РЕКОНСТРУКЦІЇ ФУНДАМЕНТІВ
1Л. М етодика отримання та засоби обробки інформації з причин та 
характеру деформацій будівель і споруд.
З метою з'ясування причин та характеру пошкоджень конструкцій 
будівель для призначення у подальшому методу їх посилення, проаналізовано 
інформацію про стан 196 житлових та громадських будівель міста Києва. 
Інформація включала такі дані: найменування, стан, вік об'єкта, конструктивну 
схему будівлі, матеріал стін та фундаментів, тип фундаменту, інженерно- 
геологічні умови, характер деформацій, причину виникнення деформацій та 
заходи щодо стабілізації осідання.
Накопичення інформації про пошкодження та деформації конкретних 
будівель дає можливість уникати та попереджувати аналогічні пошкодження під 
час експлуатації житлового фонду.
Найбільш досконалим способом накопичення, зберігання та обробки 
різноманітних даних є автоматизовані системи та комп’ютерні програми.
Як історичний факт раніше однак, навіть при невеликій кількості об'єктів, 
близько декількох десятків (сотень), використовували інформаційні перфокарти 
з крайовою перфорацією. Лицьова сторона карти несла основну (поточну) 
інформацію, оборотна - опис інженерно-геологічних умов та конструктивних 
особливостей будівлі. По верхньому, лівому і правому краях карти наводилися 
відомості, які кодуються "прямими односторонніми ключами”, за принципом - 
кожній просічці відповідає одна ознака (число поверхів, матеріал конструкцій, 
наявність та вид деформації будівлі та ін.) У середині карти наводилися 
некодовані дані.
Статистична інформація про стан експлуатованих будівель дає можливість 
встановити ’’слабкі” місця будівель та їх конструкцій; розробити технічні та 
організаційні заходи щодо усунення причин, що викликають "відмову" будівлі; 
визначити профілактичні ремонтні заходи, що забезпечують можливість 
нормальної експлуатації. Збір інформації повинен мати комплексний характер. З
10
метою систематизації деформацій і пошкоджень будівель, що найчастіше 
зустрічаються, проаналізовані дані по будівлях для м. Києва.
1.2. Аналіз причин пошкоджень конструкцій будівель і споруд та 
ефективності прийнятих проектних рішень реконструкції щодо посилення 
фундаментів.
Час експлуатації обстежених будівель на прикладі м. Київ коливається від 
5 до 100 років. Стіни будівель цегляні. Панельні будівлі становлять близько 4% 
обстежених. Фундаменти виготовлені з цегли, бутобетону або збірних бетонних 
блоків.
Значна частина обстежених будівель відноситься до старої будівлі міста, що є 
цінною фоновою забудовою. До 60% таких будинків перебувають у стані 
"відмови”, тобто мають деформації та переміщення конструкцій, що 
перевищують нормативні значення, які пов'язані з можливістю руйнування, 
втрати стійкості або порушення умов нормальної експлуатації.
Розподіл дефектів та відмов будівель старої забудови м. Києва в залежності від 
їх значущості наведено у таблиці 1.1
Таблиця 1.1. Розподіл дефектів та ’’відмов” будівель старої забудови м. Києва в 
залежності від їхньої значущості
Група Дефекти та "відмови” У відсотках від загальної кількості 
обстежених будівель
дослідження за дослідження за 
даними варіант 1 даними варіант 2.
1. Ті, що впливають на умови 63 78
проживання
2. Що впливають на зовнішній 26 13
вигляд будівлі та приміщень
3. Ті, що впливають на безпеку 11 9
Примітки: 1. Дефекти 1 та 2 груп відображають експлуатаційні показники конструкцій, 
третьої групи -  міцнісні.
2. Виявлені тріщини в залежності від їх наслідків належали до різних груп. 
Дефекти та "відмови” включені до групи за переважаючими ознаками.
У 163 випадках потреба у проведенні обстеження експлуатованих будівель була 
викликана розвитком деформацій основ (мал.1.1). З обстежених будівель 68%
11
були побудовані на лесових просадних ґрунтах 1 типу. Однією з основних 
причин розвитку деформацій основ будівель є зміна фізико-механічних 
характеристик ґрунтів при замочуванні основи будівель та споруд. Зволоження 
основи в більшості випадків носить випадковий і місцевий характер (відпливу із 
систем водонесучих комунікацій, порушення вимощення, неорганізований 
відвід дощової і талої води від стін будівлі і т.інш.), викликало нерівномірні 
просідання фундаментів, при яких спостерігалися деформації будівель у вигляді 
окремих тріщин у стінах, відхилень стін від вертикалі та перекосів віконних 
отворів.
■ Р я д і
Мал. 1.1. Причини деформацій житлових та цивільних будівель у м. Київ
12
Зміни у стані конструкцій будівель, зведених на просадних ґрунтах, можна 
пояснити тим, що в більшості випадків при проектуванні будівель обмежуються 
розрахунком деформацій основ для маловологого стану ґрунтів, не враховуючи 
можливості повного їх замочування [3]. Тому, у багатьох випадках причиною 
деформацій будівель у період їх експлуатації стала недооцінка просадності 
лесових ґрунтів 1 типу.
Дослідження причин будівельних аварій показало, що ними рідко є недостатня 
несуча здатність матеріалу фундаментів експлуатованих будівель або їх 
зношування. Як правило, фундаменти будинків мають настільки гарний стан, що 
дозволяють надлаштувати на них без посилення декілька поверхів. Причиною 
пошкоджень фундаментів обстежених будівель служило нерівномірне осідання 
споруди.
Основними дефектами та відмовами житлових та громадських будівель є 
експлуатаційні. Аналіз пошкоджень будинків показав, що вони можуть бути 
викликані як однією, так і кількома причинами.
Мал. 1.2. Деформації та розвиток тріщин у стінах будівель при різних формах 
просадок ґрунту основи, а) -вигин та просідання торцевих стін; б) - прогин; в) - 
місцеве просідання ґрунту при 1о<Н.
Ушкодження у конструкціях будівель, викликані деформаціями основ 
виявлялися у вигляді характерних тріщин у стінах (мал. 1.2 - 1.3). Причинами 
цих деформацій стали:
- неоднорідність та різноміцність ґрунтів;
13
- неоднорідність стисливості ґрунтів через підземні порожнини, місцеве 
замочування лісових ґрунтів (мал.1.2);
- вплив пристрою відкритих котлованів поблизу будівлі (мал.1.3,а);
- прибудова будівлі (мал.1.3, б);
- вплив вібрації (забивання паль у безпосередній близькості від будівлі, 
проходження ліній метрополітену);
- зсувні явища.
Як показав аналіз прийнятих проектних рішень щодо посилення фундаментів, у 
52% випадків, зроблено висновок про можливість застосування вдавлюваних 
паль.
У зв'язку з особливостями оцінки роботи будинків за їх подальшому посиленні 
вдавленими палями виникла необхідність розробки спеціальної інструкції з 
обстеження таких будівель.
Мал. 1.3. Деформації та розвиток тріщин у стінах будівель:
а) при уривку траншей або котловану поблизу будівлі; б) при прибудові нової 
будівлі більшої висоти; 1- стара будівля; 2 -  нова будівля; 3 - осадовий шов.
В результаті узагальнення літературних джерел, нормативних документів з 
технічної експлуатації та обстеження деформованих будівель, а також 
систематизації архівних матеріалів інституту Укрремжитлоремпроект (м. Київ) 
та відділу експертиз Управління Київського міськвиконкому з капітального 
ремонту та реконструкції житлових та громадських будівель проаналізовано та 
використано дані «Інструкції з обстеження житлових та громадських будівель 
при реконструкції та капітальному ремонті» в якій враховано три можливі 
підходи до обстеження конструкцій будівель: при капітальному ремонті; при 
реконструкції та модернізації; при виникненні аварійної ситуації.
14
%
Мал. 1.4. Типові помилки, що призводять до пошкодження будівель.
а) - у Києві; б) - у Казахстані; в) у колишньому |СРСР; г) -  у Болгарії;
1 - інженерно-геологічні; 2 - проектування;: 3 - виконання робіт; 4 -  
експлуатація.
У Києві накопичено певний досвід щодо посилення основ та фундаментів 
деформованих будівель. Застосовуються такі методи, як хімічне закріплення 
ґрунтів (1 %); будова обойм, розширення підошви, поглиблення (55%); 
підведення блоків (3%); буронабивні палі (28%); буроін'єкційні палі (4%); 
вдавлювані палі (4%) та інші способи [28].
Характерні причини та характер деформацій будівель та споруд:
Будь-які порушення цілісності конструкцій житлових будинків призводять 
до негативних наслідків для мешканців. Експлуатаційні організації, 
забезпечуючи надійність будівель, усуваючи наслідки дефектів і деформацій, 
повинні насамперед ліквідувати причини, що їх викликають.
Вивчення практики будівництва та експлуатації, причин утворення деформацій 
та аварій будівель дозволяє не лише прогнозувати поведінку будівель, а й за 
допомогою комплексу заходів продовжити термін їх нормального 
функціонування.
Різними аспектами проблеми відмов будівель, їх основ та фундаментів 
займалися багато відомих вчених [26]. Аналізуючи причини, що викликають 
передчасне зношування будівлі та окремих її частин, роблять висновок про те, 
що причинами, які впливають на міцність і стійкість будівель є: недотримання 
правил виконання будівельних робіт, порушення правил технічної експлуатації; 
реконструктивні роботи, що проводяться після зведення будівлі, без урахування 
його стану та особливостей ґрунтових умов.
15
У процесі експлуатації будівля знаходиться під впливом двох груп 
факторів: зовнішніх, або природних, і внутрішніх, пов'язаних з технологічним 
або функціональним процесом [25], тому фізичне зношування будівлі може бути 
викликане: впливом природних факторів; впливом технологічних чи
функціональних факторів; дефектами проектування та зведення.
Аналіз дефектів конструкцій та аварій будівель показує, що вони 
викликані дією як однієї, так і сукупністю наведених нижче причин: помилками 
та недоліками проекту (4%); низькою якістю заводського виготовлення деталей 
та конструкцій (17,6%); низькою якістю монтажу (41,6%); незадовільною 
експлуатацією будівель (8%); сукупністю зазначених причин (17,6%). За часом 
прояви ці недоліки розподіляються таким чином: на період будівництва 
доводиться - 48%; на той момент, коли будинок збудовано, але не здано в 
експлуатацію -  20 %.; на процес експлуатації доводиться - 22 % (у тому числі до 
1 року - 9 %, до 15 років -  7 %, понад 15 років -  6 %; на період після 
капітального ремонту - 3%. З наведених даних найбільша кількість дефектів, 
відмов та аварій припадає на процес будівництва та перший період експлуатації. 
Головними причинами на його думку, є: недостатня якість виробів та монтажу, 
обтиснення стиків, осідання основ, температурно-вологісні зміни.
Використовуючи фактичний матеріал з обстеження 79 будівель за 1969 - 
1989 роки зроблено висновок, що конструктивно-виробничі та експлуатаційні 
причини відмов будівель становлять відповідно 37% і 63%. Будівлі, що 
будуються, отримують відмову через недоліки вишукувань (25%), помилок при 
проектуванні (16%) і низької якості виконання робіт нульового циклу (60%).
Аналіз аварій будівельних конструкцій, показує, що порушення однієї або 
кількох з перелічених умов призводить до зниження надійності системи, а 
найчастіше до її руйнування (відмови): достовірність та повнота інженерно- 
геологічних та гідрогеологічних вишукувань; правильний вибір розрахункових 
схем, що відповідають дійсній роботі системи у процесі зведення та 
експлуатації; застосування матеріалів з відповідними характеристиками міцності 
залежно від їх призначення та значущості, від району будівництва та умов його 
експлуатації; облік при проектуванні природно-кліматичних та інших впливів, 
що виникають у процесі зведення та експлуатації системи; виконання вимог
16
нормативних документів з проектування, будівництва та експлуатації будівель 
та споруд.
Поряд спостережень відмічено, що після зведення будівлі стан ґрунтів 
основи значно змінюється; порушується природне складання ґрунтів та 
напружений стан (виникають додаткові навантаження від споруди); змінюється 
гідрогеологічний режим ділянки (втрати водонесучих мереж, порушення 
вимощення та ін.); порушення природного теплового режиму та умов аерації 
(руйнування асфальтових покриттів, вплив сусідніх будівель та ін.). Такі зміни 
можна віднести до техногенних, тобто пов'язаних із інженерною діяльністю 
людини. Численними дослідженнями встановлено, що величина осідання 
споруд, викликаної ущільненням ґрунтів основи під дією навантаження, та час її 
стабілізації залежать від виду та стану ґрунтів основи, а також темпів 
підвищення тиску при будівництві. Якщо деформації піщаних основ будівель, а 
також основ, складених глинистими ґрунтами твердої консистенції, практично 
можна вважати такими, що закінчилися в період будівництва, то процес 
стабілізації осідання фундаментів на глинистих ґрунтах з показником 
консистенції > 0 триває значний час.
99 % деформацій будинків, побудованих на просадних ґрунтах, виникає 
від невиконання технічних умов як під час будівництва, так і у період 
експлуатації будинків.
Аналіз причин пошкоджень будівель, зведених на просадних ґрунтах, показує, 
що в більшості випадків проектувальники обмежуються розрахунком 
деформацій основ для маловологого стану ґрунтів, не враховуючи можливості 
повного їх замочування [3]. У багатьох випадках причиною деформацій будівель 
стала недооцінка просідання ґрунтів 1 типу. Приклади пошкоджень будівель 
широко освітлені у літературі [2].
На основі узагальнення матеріалів обстеження житлових та цивільних будівель, 
зведених з різним питомим тиском на ґрунт та деформації в результаті 
замочування просадних основ будівлі, зведені з підвищеним тиском на ґрунт, 
мають кращу здатність пристосовуватися до нерівномірних просідань основи. 
Провівши аналіз нерівномірності осідань експлуатованих будівель, у яких 
збільшилися навантаження внаслідок надбудови поверхів зазначачено, що для
17
будівель на піщаних ґрунтах характерний "вигин" (більше 89% будівель), а для 
будівель на глинистих ґрунтах - "прогин" (близько 78% будівель). При 
надбудовах нерівномірність осідань має той же характер, що й до надбудови.
Аналіз умов роботи основ та фундаментів, дозволив вияснити причини 
перебудови фундаментів. Ці причини поділені на два класи. Причини першого 
класу обумовлені руйнуванням фундаментів та деформацією основи; другого - 
збільшенням навантажень на фундамент та зміною його конструкції та розмірів.
Як ознаки деформацій основ рекомендовано використовувати видимі 
зрушення плит перекриттів, сходових маршів, розкриття швів між стіновими 
панелями та ін. Порушення їх нормальної експлуатації починається при 
утворенні в конструкціях тріщин з розкриттям їх понад 10 мм.
Тріщини, як ознака пошкоджень будівельних конструкцій від 
нерівномірного осідання (просідання) основи слідує відрізняти від тріщин іншої 
природи: температурних, усадкових та ін.
Деформаційні тріщини локалізовані у певних ділянках будівель, мають 
характерний нахил, розвиваються тривалий час [26].
Спостерігаючи за зонами розподілу тріщин при статичному навантаженні 
будівель можна сказати про те, що найчастіше тріщини виникають не в місцях 
максимальних зусиль, а в місцях мінімальних перерізів. У житлових будинках -  
це місця під вікнами та над дверима. Різноманітність причин, що викликають 
різного роду пошкодження будівель та споруд, вимагає більш детального 
дослідження даного питання при призначенні заходів щодо посилення 
конструкцій фундаментів.
1.3. Існуючі технології посилення основ та фундаментів будівель і споруд
Для підвищення міцності основ експлуатованих будівель і споруд та 
запобігання розвитку в їх конструкціях деформацій аварійного характеру 
широко застосовують різні методи посилення: закріплення ґрунтів (хімічне, 
термічне та фізико-хімічне); посилення кладки фундаментів цементацією 
порожнин, часткова заміна кладки фундаменту; пристрій обойм (без розширення 
підошви фундаменту та з розширенням); підведення конструктивних елементів 
під існуючі фундаменти (плит, стовпів); підведення нових фундаментів;
18
пересадка на виносні палі; перебудову фундаментів; посилення буронабивними, 
буроін'єкційними та вдавлюваними палями, та ін.
Хімічне закріплення ґрунтів інтенсивно почало розвиватися з 1931 року, коли 
був розроблений перший-дворозчинний-спосіб силікатизації водонасичених 
пісків. За схемою дворозчинного способу була здійснена також силікатизація 
просадних лісових ґрунтів (однорозчинна силікатизація), при якій роль другого 
реагенту виконував сам ґрунт. Силікатизація основ існуючих будівель 
застосовується для збільшення несучої здатності дрібних та пилуватих пісків, 
пливунів та лесів. Радіуси закріплення: 0,3-0,4 м для пісків пилуватих; 8-1,0 м 
для пісків дрібних; 0,3-1,0 м для плавунів та лесів. Спосіб однорозчинної 
силікатизації застосовується в просадних ґрунтах з коефіцієнтом фільтрації від 
0,2 до 2,0 м/добу та вологістю до 17 %, тобто рівень ґрунтових вод повинен 
знаходитися нижче закріплюваного ґрунту.
Для закріплення ґрунтів та деформованих фундаментів розроблені також 
полімерсилікатні розчини на основі силікату натрію. Такі розчини ефективні при 
закріпленні проникних ґрунтів (у тому числі карбонатних), а також насипних 
ґрунтів із високим вмістом органічних домішок (до 20 %). Недоліком способу є 
висока вартість (вища за вартість способу смолізації).
Смолізацію застосовують для закріплення дрібних та пилуватих пісків з 
коефіцієнтом фільтрації від 0,5 до 5 м/добу, а також лесових ґрунтів. Вперше в 
колишньому СРСР смолізацію застосували при закріпленні основи колон на 
заводі «Карболіт» в Оріхово-Зуєві.
Цементацію почали застосовувати у Франції на початку XIX ст. Винайшов 
її в 1802 р. інженер Беріньї. Цементація рекомендується для пісків з 
коефіцієнтом фільтрації від 50 до 100 м/добу і для заповнення порожнеч, тріщин 
і великих пор у великоуламкових і тріщинуватих ґрунтах цементним або 
цементно-глинистим розчином, що утворює згодом твердий цементний або 
цементно-глинистий камінь.
В останні роки розроблені склади тампонажних розчинів на основі 
цементного в'яжучого, які є спіненою цементною суспензією і призначені для 
ущільнення тріщинуватих і закарстованих порід.
19
Спосіб глинизації розроблений у колишньому Радянському Союзі у 1931 
році. Цей спосіб може застосовуватися тільки в маловологих породах, здатних 
після нагнітання глинистого розчину вбирати воду з нього. Щільність
о
глинистого розчину 1,2-1,3 г/см . Під тиском понад 2 МПа вода з глинистого 
розчину віджимається, зневоднене глинисте тісто заповнює порожнечі та надає 
породі водонепроникність.
Глинизація також як і цементація, може застосовуватися лише при 
невеликих швидкостях руху ґрунтових вод, тобто, для закріплення гравелистих 
та піщаних ґрунтів з коефіцієнтом фільтрації від 50 до 500 м/добу.
Для ущільнення слабких водонасичених ґрунтів використовують 
закріплення негашеним вапном (вапняні палі). У процесі гасіння вапна за 
рахунок води, що поглинається з піщано-глинистого ґрунту, збільшується обсяг 
палі. Стислість ґрунту зменшується.
Для зміцнення водонасичених лесоподібних суглинків і запобігання 
можливих неприпустимих деформацій фундаментів через зниження несучої 
здатності ґрунту внаслідок його замочування Уфімський НДІпромбуд застосовує 
вилуговування, тобто нагнітання (ін'єкцію) у ґрунт розчину гідроксиду натрію. 
Радіус зміцнення ґрунту від одного ін'єктора 0,7 м [31, 32].
У Японії для припинення фільтрації підземних вод, заповнення тріщин у 
ґрунтах; підвищення несучої здатності основ та запобігання осіданням, захисту 
сусідніх споруд при виробництві земляних робіт з виїмки котлованів 
застосовують матеріал "сумісойль". Внаслідок низької в'язкості, що 
наближається до в'язкості води, "сумісойль закріплює дрібнозернисті, пилуваті і 
мулаті піски, глини. Міцність закріпленого ґрунту близько 10 МПа [32]. У 
колишньому СРСР препаратом "сумісойль" були закріплені ґрунти основи 
корпусу "Червона троянда".
Термічне закріплення (випал) застосовують для усунення просідання 
лісових ґрунтів під існуючими спорудами. Відомі способи термічного 
закріплення ґрунтів можна розділити на дві основні групи: зміцнення ґрунтів 
контактним теплообміном між теплоносієм і ґрунтом, і зміцнення ґрунтів 
примусовою конвенцією тепла через пори ґрунту в результаті фільтрації 
розпечених газів (300-800°) під дією надлишкового тиску в герметично
20
закритому стані. Отримав розвиток другий спосіб зміцнення ґрунтів. В процесі 
випалу підвищується міцність ґрунту до 100 кН і більше. Термічний спосіб був 
застосований при закріпленні лісоподібних суглинків на основі складу клінкеру 
Серебряковського цементного заводу [33] та на інших об'єктах.
До недоліків способу слід віднести тривалість безперервного процесу 
випалу (2-12 діб), негативний вплив високих температур на підземні конструкції 
[21], а також те, що при виконанні робіт із закріплення ґрунтів без зупинки 
виробництва необхідно передбачати додаткову вентиляцію приміщень, оскільки 
можлива поява в них чадного газу.
Для закріплення дрібних пісків, суглинків і супісків застосовують спосіб 
комбінованого використання постійного електричного струму і хімічних 
розчинів, що вводяться в ґрунт під тиском (через перфоровані електроди або 
ін'єктори, що забиваються). Спосіб електрохімічного закріплення був 
використаний для боротьби з зсувом укосів і пученням ґрунтів, а також для 
збільшення несучої здатності паль, забитих у рідкий мулистий ґрунт. Область 
застосування обмежується величиною коефіцієнта фільтрації.
Різні поєднання названих вище причин, стан будівельних конструкцій будівель, 
а також інженерно-геологічні умови зумовлюють необхідність застосування не 
тільки різних способів закріплення основ, а й посилення існуючих фундаментів. 
До найвідоміших слід віднести такі:
цементація, що застосовується для відновлення міцності кладки. 
Виготовляється шляхом нагнітання в порожнечі фундаменту через ін'єкційні 
трубки цементного розчину суміші від 1:1 до 1:2 і більше під тиском 0,2-1 МПа. 
Цементацію виконують після засипання та ущільнення ґрунту в попередньо 
розроблених траншеях з протилежних сторін фундаменту.
Сорочка з розчину  на великому піску виконується при незначних ушкодженнях 
фундаменту. На окремих захватках в кладку закладаються анкерні штирі, до 
яких прикріплюється арматурна сітка і влаштовується сорочка методом 
штукатурки або торкретування, а також пневмонабризгом бетону або 
укладанням його в опалубку. Замість анкерних штирів можна пробивати в 
кладці фундаменту отвори через 1,6-2,0 м і пропускати балки.
21
Обойма (бетонна або залізобетонна) виконується на всю висоту фундаменту чи 
його частину. Посилення обоймами зі збільшенням площі підошви фундаменту 
дрібного закладання (з кладки, бетону, залізобетону) як підвальних, так і 
безпідвальних будівель виконують у разі часткового руйнування фундаменту, 
недостатньої несучої здатності основи або суттєвого зростання навантаження. 
При великому збільшенні навантаження елементи розширення фундаментів 
повинні бути введені в роботу шляхом попередньої передачі на ґрунт штучного 
тиску (обтиснення). Попереднє обтиснення основи проводиться клинами або 
домкратами. Недоліком методу є те, що у конструкціях, що у експлуатації 
тривалий час, можливі негативні зміни у зовнішньому шарі бетону. Тому при 
зчепленні нового бетону зі старим не гарантується монолітність обойми і 
існуючого фундаменту.
Розширення фундаменту без значного збільшення його глибини проводиться 
шляхом підведення додаткових конструктивних елементів (плит, стовпів, 
суцільних стін) під підошву існуючого фундаменту. На ділянках довжиною 1-2 
м ґрунт під фундаментом відкопують і монтують збірні залізобетонні елементи 
або виготовлену на місці монолітну плиту. Після обтиснення ґрунту в основі 
гідравлічними домкратами та підштанки плити, проміжок між плитою та 
підошвою старого фундаменту заповнюють бетоном із ретельним ущільненням 
вібраторами.
Перебудову фундаментів (стовпчастих у стрічкові, а стрічкових - в плитні) 
застосовують при значних нерівномірних деформаціях основи, змінення 
величини навантажень і конструктивної схеми будівлі або споруди, необхідності 
підвищення жорсткості будівлі та в ряді інших випадків. Перебудова стрічкових 
фундаментів у плитні проводиться шляхом підведення кінців плит під 
стрічковий фундамент. Плити між стрічками об'єднують обоймами, що 
проходять у нижній частині стіни стрічкового фундаменту. Через 3-4 м плити 
між стрічками об'єднують залізобетонними перемичками, що проходять під 
підошвою стрічкових фундаментів. Роботи з підведення додаткових 
конструктивних елементів та перебудови фундаментів можливі тільки в 
маловологих ґрунтах.
22
Виносні палі, переважно буронабивні і буроін'єкційні, зазвичай 
розташовуються з двох сторін фундаменту. При пересадці фундаментів 
навантаження від стінок через поперечні балки передається на палі. До недоліків 
застосування таких паль слід віднести можливість осідання будівлі через появу 
розпушеного ґрунту, слабкий контроль при бетонуванні паль, відсутність 
переднапруги при передачі навантаження від стіни на поперечні балки, 
ускладнення виконання робіт при високому рівні ґрунтових вод.
Струменева технологія пристрою несучих конструкцій у ґрунті дозволяє 
виготовити палі такого виду, як лопатеві з поперечними дисками, трилопатеві та 
чотирилопатеві, гвинтові та коренеподібні. Ряд зарубіжних фірм (Японії, Італії, 
Німеччини, Франції, СШ А та ін.) використовує цю технологію для зведення 
несучих та огороджуючих заглиблених конструкцій, а також для зміцнення 
ґрунтів під існуючими будовами (у тому числі в обмежених умовах будівництва 
та при реконструкції). Між іншим для таких цілей застосовується щн 
трьохкомпонентна технологія, в якій розмив і винос шламу здійснюється 
повітряно-водяним струменем з одночасною подачею матеріалу-заповнювача. 
Недоліком струменевої технології є те, що при високому рівні ґрунтових вод 
водний струмінь схильний до дії гідростатичного тиску, при цьому вплив 
позначається і на суміші ґрунтової води зі зваженими частинками ґрунту [34].
Останнім часом при посиленні основ одержав розвиток новий напрямок - 
армування ґрунту. Ефект армування ґрунтів буроін'єкційними палями в 
поєднанні з посиленням стінових конструкцій напруженими тяжами був 
застосований при реконструкції театру ім. Я.Купали.
Технології виготовлення паль (у тому числі набивних) за допомогою 
пневмопробійників розроблені стосовно обмежених умов будівництва для 
посилення фундаментів будівель та споруд. Пневмопробійником пробивається 
лідируюча свердловина, яка заповнюється напівсухою бетонною сумішшю на 
всю висоту і проводиться повторна проходка. Операції заповнення та проходи 
повторюються до досягнення необхідного діаметра палі. Після чого свердловина 
заповнюється литою бетонною сумішшю. Недоліками застосування 
пневмопробійників є динамічні впливи на конструкції будівлі, складність
23
контролю якості стовбура палі, неможливість виконання робіт при високому 
рівні ґрунтових вод.
Ін'єкційні палі у  продавлених свердловинах розроблені інститутом 
Укрспецбудпроекту та застосовувалися для посилення фундаментів у Дніпрі 
[39]. Свердловини утворюються запресуванням в них прес-снаряду. Цементно- 
піщаний розчин подається під тиском в внутрішній порожнині, що є в штангах і 
в буровому прес-снаряді. Розчин своїм тиском виштовхує снаряд зі штангами, 
опресовуючи стінки свердловини. Такі палі застосовуються для посилення 
фундаментів у стиснених умовах по висоті (низькі підвали), а також у лесових 
просадних ґрунтах, де застосування водних розчинів небажано.
Досвід будівництва та експлуатації будівель на лесових просадних ґрунтах 
показав необхідність розробки особливих методів підсилення фундаментів і 
основ у разі прояву просідання.
Так, Волгодонським Управлінням "Гідроспецбуд" розроблений спосіб 
влаштування буронабивної палі-ін'єктора, сутність якого міститься в хімічному 
закріпленні основи під п ’ятою палі з подальшим опресуванням закріпленого 
масиву цементним розчином [9,15]. Цей спосіб може бути застосований як при 
новому будівництві, так і при підсиленні відповідальних споруд. Граничне 
навантаження на палю-ін’єктор діаметром стовбура 700 мм і довжиною стовбура
12,3 м - 1600 кН. Палі-ін'єктори вимагають додаткової витрати закріплювачів.
Дніпровською філією НДІБВ розроблений метод штучно регульованого 
замочування лесових основ за одностадійною та двостадійною технологією, що 
дозволяє усувати просадні властивості ґрунтів при зведенні будівель, а також 
виправляти (або зменшувати) крен деформованої будівлі при локальному 
замочуванні, внаслідок аварії водонесучих мереж) [52]. До недоліків методу слід 
віднести складність прогнозу поведінки будівлі в процесі виконання робіт, 
можливість небажаного замочування ґрунтів основ близько розташованих 
будівель.
Спосіб влаштування фундаментів методом "стіна в ґрунті" набув 
широкого поширення в останні 10-15 років. Фундаменти зводять під захистом 
глинистого розчину або обсадної труби. Цей метод дозволяє виробляти 
посилення окремих ділянок деформованих фундаментів експлуатованих
24
будівель в обмежених умовах міської забудови. Недоліком способу є наявність 
шламу з глинистого розчину та залишків розробленого ґрунту на дні 
свердловини або траншеї, що значною мірою знижує несучу здатність 
фундаменту.
Методи посилення фундаментів та закріплення основ будівель, наведені 
вище, поряд з певними перевагами, мають і недоліки, що обмежують сферу їх 
застосування. Так, наприклад, при хімічному та електрохімічному закріпленні 
ґрунтів не потрібно відкопувати котлован, закріплений ґрунт може витримати 
велике навантаження, однак цей метод охоплює вузький діапазон ґрунтів і має 
високу вартість [48]. У ряді випадків основа споруди складена чергуванням 
різних за водопроникністю і хімічною активністю ґрунтів, закріплення яких 
перерахованими способами практично неможливе. Процес термічного 
закріплення (випалу) ґрунтів є тривалим, а високі температури негативно 
впливають на підземні комунікації та конструкції [21]. Роботи з влаштування 
обойм, підведення додаткових конструктивних елементів, перебудови 
фундаментів можна виконувати в обмежених умовах, але з обов'язковим 
відселенням людей при значних обсягах земляних робіт, що збільшує 
трудомісткість цих методів. Виносні палі вимагають влаштування поперечних 
балок.
Зі способів посилення фундаментів будівель у обмежених міських умовах 
і при необхідності проведення робіт без припинення експлуатації будівлі 
найбільш ефективним є посилення буро ін'єкційними або вдавлюваними палями. 
Для влаштування буроін'єкційних паль спочатку з одного боку стіни вертикально 
або під невеликим кутом до вертикалі просвердлюють отвори в існуючому 
фундаменті і далі в ґрунті до необхідної позначки і заповнюють їх цементно- 
піщаним розчином під тиском до 0,3 МПа, встановлюючи в свердловині 
арматуру. З іншого боку, стіни під таким же кутом, але зі зміщенням 
встановлюють аналогічні палі. Недоліками цього є складність контролю 
формування стовбура палі; ускладнення проведення робіт у водонасичених 
ґрунтах; для симетричного посилення фундаментів потрібно влаштовувати два 
ряди паль навіть якщо для забезпечення несучої здатності достатньо одного [34].
25
Метод вдавлювання (безударного занурення) паль є одним з надійних і простих 
способів влаштування пальових фундаментів в обмежених умовах міської 
забудови і в даний час застосовується як у СНД, так і за кордоном. У порівнянні 
з ударним, вібраційним та іншими відомими способами занурення паль має 
наступні переваги:
- відсутні динамічні навантаження на занурену палю і поруч розташовані 
будівлі;
- суттєво скорочується обсяг земляних робіт;
- роботи можна проводити без відселення людей;
- виключається шум та загазованість повітря;
- забезпечується висока точність занурення паль та безперервний контроль 
опору ґрунту зануренню, що дозволяє зменшити або повністю виключити 
статичні випробування паль;
- вдавлювання паль можна проводити практично в будь-яких ґрунтах;
- для виконання робіт з посилення не потрібно великого будмайданчика;
- міцність паль гарантується, так як виготовлення паль виробляється у 
заводських умовах.
1.4. Посилення фундаментів будівель та споруд зі зміцненням основ 
вдавлюваними палями
Найбільш ефективним конструктивним заходом щодо посилення існуючих 
фундаментів є можливість використання ваги конструкцій будівлі як анкерного 
пристрою при вдавлюванні паль. Експериментальні дослідження, виконані 
Уфімським НДІпромбудом МінУралСіббуду і ЄНІІГС на будівельних 
майданчиках Санкт-Петербурга по визначенню енерговитрат при різних 
способах занурення паль дозволили зробити висновок про те, що спосіб 
вдавлювання має найменшу енергоємність у порівнянні з динамікою. 
Пояснюється це тим, що при вдавлюванні робота витрачається на коливання 
палі, навколишнього ґрунту і на подолання внутрішніх сил, що виникають у 
занурювальних механізмах [45]. За даними НДІпромбуду енергоємність методу 
вдавлювання в 3-3,5 рази менше ніж ударного методу.
26
Палі, що вдавлюються, можуть бути занурені з лідируванням і без нього. На 
палю передається статичне зусилля вдавлювання лебідками із системою 
трособлоків або гідродомкратами, під дією якого паля занурюється в ґрунт.
Область застосування пальовдавлювальних установок визначається їх 
технічними можливостями (максимальне зусилля вдавлювання, габарити) та 
умовами будівництва (ґрунти, обмеженість умов будівництва) [5]. Класифікація 
пальовдавлювальних установок за п'ятьма ознаками наведена на мал. 1.5
В даний час роботи з вдавлювання паль при зведенні об'єктів поблизу 
існуючих будівель, реконструкції діючих підприємств, посилення фундаментів 
житлових і громадських будівель проводяться в Києві, Дніпрі, С.-Петербурзі, 
Уфі та інших містах. За кордоном в Угорщині, Франції, Бельгії, Англії, Японії та 
ін. країнах цим способом занурюють залізобетонні, металеві палі та сталевий 
шпунт [34].
За способом | За способом | За способом передачі | За типом робочого | За безперервністю
верм Щ енва ! сприйняття | вяавлювального ) органа і пронесу вдавлення
1 реактивного зусилля з- , .).<■ :
____________________ 1 і 1.......,...............................
: ' ,щ. ■■■ 1
‘ . 5 •;2
•• '$•••
.ш • Й 
>> 
£  &
а  :
■ Ы
<
і
Мал.1.5 Різновиди типів устаткування для вдавлювання паль та можливих 
способів його здійснення
27
Вартість робіт з посилення основ та фундаментів аварійних будівель (за 
даними Німеччини) досягає 50% загальної вартості будівельно-монтажних робіт. 
У зв'язку з цим підвищується роль надійних та ефективних методів посилення 
основ та фундаментів існуючих будівель.
За кордоном широкого поширення набули вдавлювані палі "Мега", 
розроблені в Угорщині [16; 34]. Палі "Мега" багатосекційні (що складаються із 
збірних залізобетонних елементів довжиною 600-800 мм, перетином 250x250 та 
300x300 мм). Секції паль послідовно стикують у міру вдавлювання. Для 
сприйняття горизонтальних сил служать вертикальні штирі діаметром 37,5-50 
мм, що закладаються між елементами. Завзятим елементом домкрата можуть 
служити підошва існуючого фундаменту, спеціальна поздовжня залізобетонна 
балка або інвентарний упорний пристрій.
Для забезпечення вертикального положення паль "Мега" поверхню 
старого фундаменту очищають від нерівностей.
Глибина котловану для занурення паль вибирається залежно від довжини 
елементів паль. На дно котловану встановлюється нижній елемент у 
вертикальному положенні. На ньому монтується головний елемент, який є 
опорою домкрата.
Для стійкості старих будівель та забезпечення центрального застосування 
навантаження пальовий ряд розташовують по осі існуючого фундаменту. При 
високому рівні ґрунтових вод старий фундамент поступово розбирають до тієї 
позначки, при якій дно робочого котловану буде вище рівня ґрунтових вод.
При великому навантаженні від будівлі (400-500 кН/м) для посилення 
фундаменту застосовують два ряди паль. Для передачі навантаження на них з 
обох боків фундаменту виконують консольно виступаючі із площини стіни 
залізобетонні балки, з'єднані сталевими тяжами для сприйняття зусиль від 
позацентрового застосування навантаження.
Досвід посилення основ дво- та чотириповерхових будівель в Угорщині 
показав, що вартість зведення паль "Мега" становить 2-6% вартості будівлі [34].
28
Кожна паля в процесі занурення піддається випробуванню навантаженням. Це 
дозволяє мати палі наперед наміченої несучої здатності [16].
У Франції використовують трубчасті секції паль діаметром 230-450 мм і 
секції квадратного перерізу 450x450 мм із центральним наскрізним каналом. 
Після закінчення робіт канал заповнюється литим бетоном, який утворює 
монолітний сердечник, що підвищує міцність і жорсткість палі. Стикування 
круглих рядових секцій паль у процесі вдавлювання здійснюють за допомогою 
зовнішніх або внутрішніх тонких сталевих бандажів, що забезпечують 
співвідносність секцій. Вдавлювання секцій виконують гідродомкратами з 
механічним приводом. Включення палі в роботу відбувається за допомогою 
головної Y-подібної секції з гніздом, що дозволяє розмістити домкрат для 
обтиснення палі розрахунковим зусиллям. Фірма "Franki СО" виконала 
посилення фундаменту будівлі інституту в Парижі шляхом вдавлювання паль 
"Мега". Цим самим методом були посилені фундаменти палацу Ріу в Лілле.
У Бельгії фірма "Pieux Franki" застосовує палі "Мега" аналогічні французьким. 
Для включення палі в роботу залізобетонний блок укладається горизонтально на 
торець палі. По кінцях блоку встановлюються два ручні домкрати і виконується 
обтискання палі розрахунковим зусиллям, встановлюється секція палі, яку 
розклинюють сталевими вкладами, що дозволяє виключити необхідність 
омонолічування гнізда головного елементу палі.
Палі "Мега" широко застосовують у Фінляндії при посиленні основ 
реконструйованих старих будівель. Ш ведські фахівці розробили метод 
вдавлювання паль шляхом передачі реактивного зусилля на спеціальну 
залізобетонну плиту товщиною 500-700 мм, заанкеровану в стіни по периметру 
підвалу. В Ш веції та Фінляндії також виконуються роботи з підведення нових 
фундаментів будівель, побудованих на дерев'яних фундаментах, що прийшли в 
непридатність. Цим методом були посилені Палац президента, Шведський 
класичний коледж у Турку та ін.
29
У Великій Британії при посиленні фундаментів фірма "Frankipile Ltd" 
вдавлює секції довжиною 700 мм квадратного або гексагонального перерізу з 
розміром сторін 300-350 мм з центральним наскрізним каналом, який після 
завершення вдавлення паль заповнюється бетоном. Цей метод був застосований 
при будівництві будівлі банку в Глазго в обмежених умовах міської забудови.
У США під час посилення заснування банку Чейс Санхеттен у Нью-Йорку 
було втиснуто металеві палі.
У вітчизняній практиці будівництва в обмежених умовах виконання робіт і 
при реконструкції застосовується спосіб вдавлювання довгих паль, що 
складаються з однієї або двох ланок, і багатосекційних паль [19, 20].
При зануренні способом вдавлювання можуть бути використані різні 
конструкції паль, що випускаються промисловістю та регламентовані чинним 
ДБН.
При вдавлюванні довгих паль перевагу віддають залізобетонним 
призматичним палям перерізом 250x250, 300x300, 350x350 мм. Багатосекційні 
палі можуть складатися із залізобетонних або трубобетонних секцій (мал. 1.6), 
вибір конструкції яких визначається видом ґрунту, величиною зусилля 
вдавлювання і типом вдавлюючої установки.
Для з'єднання секцій вдавлюваних паль в даний час запропоновано велику 
кількість різноманітних стикових з'єднань, але перевага надається швидко 
з'єднувальним, щоб ефект "засмоктування" паль при з'єднанні ланок проявлявся 
мінімально і не збільшував трудомісткість процесу занурення.
Зварні стики забезпечують сприйняття навантажень, як цілісні палі того ж 
перерізу, а також можуть сприймати сили, що виникають при підйомі паль від 
випирання ґрунту. Недоліком цих стиків є те, що неякісне зварювання стику 
робить його непрацездатним [20].
Мал. 1.6. Елементи збірних мікропаль та конструкції інвентарних труб для влаштування монолітних мікропаль: 
а,б,в,г,- елементи збірних мікропаль; д,е,ж,з - конструкції інвентарних труб для влаштування монолітних мікропаль. 
а - збірний елемент зі зварним стиком; б - збірний елемент зі штирьовим стиком; в - збірний елемент з болтовим 
стиком; г - збірний трубобетонний елемент; д - нижня секція інвентарної труби з клапанним наконечником; е - нижня 
секція інвентарної труби з наконечником, що втрачається; ж - нижня секція інвентарної труби з наконечником, що 
розкривається; з - рядова секція інвентарної обсадної труби:
1 - закладна пластина; 2 - закладний анкер; 3 - виїмка; 4 - закладна пластина з отворами для болтів; 5 - збірний 
залізобетонний елемент; 6 - трубчаста оболонка; 7 - монолітний бетон; 8 - інвентарна обсадна труба; 9 - клапан; 10 -  
наконечник, що втрачається; 11 - лопаті, що розкриваються.
СО
О
31
Болтові стики складні у виготовленні, матеріаломісткі, вимагають застосування 
штампованих деталей. Після стикування мають шарнірність. Клейові стикові 
з'єднання широко застосовуються за кордоном. Стики прості, технологічні, 
застосовні для паль різних перерізів [20]. Проте вимагають використання 
дорогих клейових складів.
Скляні стики забезпечують автоматичне якісне стикування секцій, 
можливість жорсткого з'єднання паль. Недоліком стику є потреба для його 
виготовлення дефіцитних безшовних труб і незначний опір паль висмикуючим 
навантаженням.
ДальНДІсом запропонований скляний клейовий стик [1]. Як в ’яжуче 
розчину використовується колоїдно-цементний клей складу: мелений пісок і 
цемент. Розривне зусилля 51 кн. Така конструкція стику може бути застосована 
при зведенні фундаментів на ґрунтах з малою несучою здатністю.
При застосуванні конструкції збірних залізобетонних секцій паль з 
безметалевим заклинювальним стиком [17] на торець нижньої секції поміщають 
пластичну прокладку, що зминається, з отвором в середній частині (полімерні 
матеріали товщиною 4-6 мм, 4-5 шарів руберойду і т.інш.). Потім заводять 
випуск верхньої секції в нижній отвір. Випуск арматури входить у бетон подібно 
до дюбеля, зминаючи бетонний отвір і заклинюючись у ньому. Для сприйняття 
розтягуючих напруг у бетоні навколо отвору встановлюється арматурна спіраль.
Крім перерахованих конструкцій стиків існують і інші, наприклад, вдалим 
конструктивним рішенням стику можна вважати з'єднання секцій складових 
паль за допомогою металевих замків. Ці стики рівноміцні з перетином суцільних 
паль та дають можливість з найменшою витратою праці та часу проводити 
стикування секцій та скоротити простій обладнання.
Недоліком цієї сполуки є значна витрата металу та складність 
виготовлення деяких елементів конструкції стику [20].
На вибір конструкції стику впливають такі вимоги: забезпечення співвісності 
секцій, що стикуються; можливість з'єднання елементів за короткий час без
32
простою обладнання; незначна витрата сталі на стикові деталі секцій; 
сприйняття згинальних моментів, поздовжніх стискаючих статичних та 
динамічних навантажень.
У колишньому СРСР спосіб вдавлювання паль почали застосовувати на 
Донбасі у 1955-1957 рр. під час зведення пальових фундаментів під опори ліній 
електропередачі та зв'язку. Надалі цей спосіб застосовувався при будівництві 
Братської ГЕС, при реконструкції сцени будівлі театру опери та балету ім. О.М. 
Кірова в Санкт-Петербурзі на пропозицію ВНДІГС. Причиною вибору методу 
статичного вдавлювання круглих залізобетонних паль була небезпека розвитку 
тріщин, що є в стіні. Палі вдавлювали без вилучення ґрунтового сердечника. 
Прикладами посилення підстав цим методом можуть служити: посилення 
фундаментів цеху Дніпропетровського виробничого об'єднання з випуску 
важких пресів, що отримало значні деформації в результаті підйому ґрунтових 
вод [13]; посилення основи будівлі гуртожитку Курського державного 
медінституту, що будувався, поверховість якого в процесі будівництва було 
вирішено підвищити (посилення проводилося без зупинення будівництва 
будівлі); посилення основи при реконструкції 12-ти поверхового житлового 
будинку в Каунасі [45]; палацу культури; посилення основи палацу спорту в 
Алмати складовими металевими трубами діаметром 351 мм [37]. Для 
виправлення крену 4-х поверхової будівлі Е.М.Генделем було запропоновано 
вдавлювати з підпілля висотою 1,25 м домкратами з електроприводом, що 
упирається в залізобетонну обв'язувальну балку, що підтримує стіни будівлі, 
короткі (0,6 -1,5 м) трубчасті палі діаметром 325 мм, що нарощуються в міру 
вдавлювання [38].
Всі відомі установки для вдавлювання паль можна розділити на два класи. 
У перший увійдуть ті установки, які можуть вдавлювати палі для нового 
будівництва поблизу експлуатованих будівель або всередині реконструйованих 
об'єктів, але де немає великої обмеженості, в другий - всі малогабаритні
33
мобільні вдавлюючі пристрої, за допомогою яких можна працювати у стиснених 
умовах: у підвалі, під стіною будівлі, на палевому ростверку, фундаменті тощо. 
Перші установки для вдавлювання паль, такі як АВС-3 і АВС-35, що 
складаються з 2-х тракторів: основного, привантажувального та навісного 
обладнання; розроблені в Омську в 1961 р. на базі екскаватора Е-754 та мостові 
на базі крана, виготовлені Уральським політехнічним інститутом на базі 
трактора Т-100 М ТМ  [7] застосовувалися для влаштування пальових 
фундаментів у житловому будівництві. Для збільшення занурювального зусилля 
використовувалася додаткова вага, крім великої металоємності установки мали 
погану маневреність і значні питомі тиски на ґрунт [42].
Установка на базі крана К Б -160, виготовлена в Дніпрі, мала зусилля 
вдавлювання 1300 кН [14] і дозволяла занурювати сталеві труби діаметром 325 
мм секціями по 0,5 м при посиленні діючих підприємств [13].
НДІБК Держбуду колишнього СРСР спільно з управлінням механізації 
комбінату "Ждановбуд" виготовив установку, що складається з моста, що 
пересувається по рейковій колії вздовж пальового поля, і рухомого вздовж 
мосту візка, на якому змонтований механізм.
У Санкт-Петербурзі вперше спосіб вдавлювання паль застосований у 1960 
році на пропозицію ВНДІДС [5] при реконструкції сцени театру опери та балету 
ім. С.М. Кірова. Порожні круглі залізобетонні палі діаметром, 780 мм завдовжки 
15 м  вдавлювали (мостовою установкою на рейковому ходу з вантажним візком 
і з ’ємним привантаженням) без вилучення ґрунтового сердечника.
Мостові установки раціонально використовувати для виконання великих 
обсягів пальових робіт одному об'єкті. Підставою установки, змонтованої 
трестом №101 Головленінградбуду на початку 70-х років, служать дві ґратчасті 
рами з майданчиками для розміщення привантаження та кронштейнами для 
кріплення робочого органу. Паля вдавлюється двома домкратами, а третій 
служить передачі зусилля на рухливу плиту. Установкою можна видобувати
34
занурені палі. М аса установки без привантаження ЗО т, вона є несамохідною та 
малопродуктивною.
Для вдавлювання мікропаль у ґрунт при влаштуванні фундаментів теплиць 
Проектно-конструкторським бюро Мінсільбуду розроблено пальовдавлювальну 
5М95 установку (а.с. N  751906, Б.І. N  28, 1981 р.) з навісним обладнанням, 
змонтованим на гідравлічному бульдозері ДЗ-27С із неповоротним відвалом. 
Відвал бульдозера використовувався як передня опора при вдавлюванні паль у 
ґрунт.
Для занурення паль поблизу будівель та споруд в умовах реконструкції 
Головленінградбудом, ВНДІГС, НДІ основ та підземних споруд Держбуду СРСР 
та СКТБ ЦНДІС розроблено самохідну установку УСВ-120 на базі екскаватора 
ЕО-6122. Установка (мал.1.7) вдавлює палі перетином до 400x400 мм, з 
максимальним зусиллям до 1200 кН за мінімальної відстані від існуючої будівлі 
до одного метра. Дозволяє занурювати палі секціями до 4 м усередині 
приміщень з висотою до 5 м.
Ш 7
Мал. 1.7. Загальний вигляд установки УСВ-120.
Успішне застосування наведених вище пальовдавлювальних агрегатів при 
зведенні об'єктів в умовах міського будівництва вимагає додаткових 
конструктивних рішень при посиленні фундаментів експлуатованих будівель. 
Через великі розміри установки палі можуть бути занурені тільки поза контуром 
фундаменту, а для передачі навантаження від фундаменту на палі необхідно 
передбачати горизонтальні балки. Вага машин у разі використовувалася для 
збільшення занурювального зусилля. Інститут БашНДІБуд запропонував
35
конструкцію машини [8; 43], в якій застосовані гвинтові анкерні пристрої, що 
сприймають реактивне зусилля ґрунту. НДІБВ Держбуду України розробив 
пальовдавлююче обладнання з вакуумним анкером для зведення фундаментів із 
залізобетонних паль у житлово-цивільному, промисловому та сільському 
будівництві, а також для занурення збірних залізобетонних паль поблизу 
будівель. М інімальні розміри майданчика 15x15 м. Застосування обладнання з 
вакуумним анкером має обмеження: довжина паль - не більше 16 м; загальний 
опір ґрунтів вдавлювання паль - не більше 900 кН, їх проникність К>2 Дарсі. 
Відстань від осі вдавлюваної палі до стіни будівлі при посиленні 0,5-1,0 м.
Як упорні елементи (мал. 1.8) можуть використовуватися не тільки 
вдавлюючі агрегати, тимчасові вантажі, різні установки (наприклад, зондуючі), 
але і конструкції посиленого будинку (стіни, балки, існуючі фундаменти) [56], 
наприклад, при посиленні фундаментів гуртожитку КНИГА в Києві, завзятим 
елементом служило надпідвальне перекриття (мал. 1.9).
Співробітниками лабораторії пальових фундаментів НДІБВ Держбуду 
запропонований метод вдавлювання паль з використанням електромеханічних 
підйомників, принцип дії яких полягає в тому, що закріпивши вантажні тяги за 
ростверк або фундамент і використовуючи вагу існуючої будівлі, можна 
виробляти занурення паль. Корпус підйому -  П-подібна рама.
36
К л а с и ф ік а ц ій  у п о р н и х  е л е м е н т ів
Н а я в н іс т ь  п р о с т о р у  В ід с у т н іс т ь  п р о с т о р у Н а я в н іс т ь  в іл ь н о г о  Н а я в н іс т ь  с у с ід н іх
П Щ  y f io p H H W  , ' 11 ! | : | ! ! | і1 И ; В І 8 1 д о с т у п у  д о 1 1 1 1 1 1 l l l l t  1 1 11 І І І 1 Ш  і
І  l l l l l l l o M е л е м е н т о м у м о в и
а :: о  б м е ж е  н  и х  у м е  в )
і
1 1 І
1 І
П і д д щ ф ф : У п о р н а  Т и м ч а с о  В д а в л ю - , Д в і  СТІНИ О д н а
Іс м у в а л ь ” г к а в і в а н т а ж ! в а л ь н і  І | у  с т ін а
а г р е г а т и
ф у н д а м е  
; н т у г
Попереч Тачка на Є«ж»;і .Зонду-1|| Збірні Моноліт- Збірний
на рельсово мобільні дальна | | і  (інвен ні з/б (інвентар
му КСД,' машини установка тарні) упорні ний)
упорні елементи упорний
елемент' елемент
— 1 u - 1
ШЩЯ9Ш Двох- ОДио- Двохйон- ШтшМШ Екскава Сталева ;ОдНОфІФІ: Плита ШШШ:| | | і : сОДНО-СрД;;.
стороння стороння КОНСОЛЬНІ сольні о Інвен тор, ферма літна силовауфд ЖДИ СОЛЬНУ;;
тар ні трактор .........■ ■ : ' сбалШій - ЇФФдФ"’ Ф на балка'
Мал. 1.8 Класифікація упорних елементів
Мал. 1.9. Посилення фундаментів гуртожитку в м. Київ установкою УБПС -  660 
а) Пристрій стикового з ’єднання; б) Буріння технологічних отворів в монолітній 
залізобетонній плиті станками ІЄ 1806.
37
При посиленні основ існуючих будівель і споруд у обмежених умовах за 
площею та висотою (при виробництві робіт з підвалу) найбільш ефективним і 
простим рішенням залишається вдавлювання складових елементів паль за 
допомогою гідродомкрата. Домкратом марки ДГС 63-315 були втиснуті 
додаткові палі під існуючу будівлю, побудовану на палях у м. Томську, для 
запобігання нерівномірних осідань [ЗО]. Вдавлювались металеві труби 
довжиною 500 мм (і добірні по 400 мм і 200 мм), які стикувались на зварюванні. 
Одним з різновидів методів вдавлювання паль під експлуатованими спорудами є 
їхнє додавлювання до міцного ґрунту.
Інститут "Укргідроспецбудпроект" (м. Київ) розробив установки для 
безударного занурення паль за допомогою гідроциліндрів, що відрізняються від 
відомих аналогів тим, що дозволяють вдавлювати збірні залізобетонні елементи 
перетином 200x200 мм і трубобетонні секції паль малого діаметра (мікропалі):
90... 250 мм крізь отвори в залізобетонних плитах та стрічках фундаментів без 
використання установок із спеціальним вантажем, з упором у ростверк, плиту, 
конструкції будівлі. Зусилля передаються через торець чи бічну поверхню палі, 
а реакції вдавлювання сприймаються вагою плит чи стрічок. Нині запроваджено 
кілька типів таких установок: УБПС-3 (ЗА); УЄПС-350; УБПС-640; УБПС-660; 
УСВ-800 із зусиллям вдавлювання 250...800 кН. М аса установок невелика і 
становить 0,4...1,1 т., а габарити їх дозволяють вдавлювати палі з кроком
450...600 мм при роботах у обмежених умовах по висоті (підвалу будівлі). 
Спосіб застосовувався при реконструкції та посиленні фундаментів низки 
цивільних та промислових будівель у містах Київ, Херсон, Умань, Кременчук.
Експериментально встановлено, що застосування методу безударного 
занурення паль дозволяє скоротити витрати бетону на 25-42%, сталі на 6-55%, а 
також знизити витрати праці на 37-54% і вартість фундаментів - на 36-52%.
Незважаючи на досвід застосування способу вдавлювання, звертає на себе 
увагу те, що при використанні цього методу для посилення фундаментів відсутні
38
систематизовані вказівки з розрахунку, проектування, технології пристрою, 
випробувань і приймання фундаментів з мікропаль, що вдавлюються.
1.5. Основні чинники, що впливають на несучу здатність паль, занурених 
методом вдавлювання
Фактична ефективність застосування пальових фундаментів залежить від 
оптимального вибору параметрів паль, що можливе лише при достовірному 
визначенні їхньої несучої здатності.
Найбільш достовірну інформацію про несучу здатність вдавлюваних паль 
можна отримати шляхом статичних випробувань. Однак, такі випробування 
трудомісткі та тривалі у часі.
У зв'язку з цим ряд авторів звернули увагу на закономірності між несучою 
здатністю палі та параметрами її занурення [27].
Можливість безпосереднього контролю (оцінки) несучої здатності 
вдавлюваних паль у процесі занурення по кінцевому зусиллю дозволяє 
скоротити або повністю виключити дорожчі статичні випробування. В.П. Буров 
та Б.В. Гончаров досліджуючи несучу здатність призматичних і пірамідальних 
вдавлюваних паль з однаковим поперечним перетином біля голови в зв'язних 
ґрунтах отримали приблизно однакові значення кінцевого зусилля вдавлювання 
та несучої здатності паль [27]. З їхньої точки зору це пояснюється однаковим 
обсягом ґрунту, що залучається палями в роботу і дозволяє зробити висновок 
про доцільність застосування (з метою економії матеріалу) пірамідальних паль. 
Інші автори пропонують використовувати статистичний підхід до оцінки 
несучої здатності вдавлюваної палі відразу ж після вдавлювання її в ґрунт, 
пояснюючи неможливістю суворого обліку впливу неоднорідності властивостей 
ґрунтів та їх зміни в результаті внутрішніх процесів у ґрунті, що супроводжують 
занурення паль, зважаючи на їх випадковий характер. На підставі статистичного 
аналізу даних, що відносяться до різних у геологічному відношенні 
майданчиків, були отримані залежності, що дозволяють оцінити несучу 
здатність вдавленої палі за величиною кінцевого зусилля вдавлювання. Всі палі,
39
що розглядаються, мали перетин 300x300 мм. Експериментальні дані показали, 
що граничне навантаження на палю може бути як більшим, так і меншим, ніж 
кінцеве зусилля вдавлювання. Зменшення граничного навантаження палі 
порівняно з кінцевим зусиллям вдавлювання, що спостерігається при 
заглибленні вістря палі у водонасичені піщані ґрунти, пояснюється деяким 
розущільненням ґрунту навколо вістря палі, пов'язаним із поступовим 
відтисканням води із зони протягом часу відпочинку палі.
Аналіз даних, підданих статистичній обробці, показує, що функціональна 
залежність між граничним навантаженням Епр і кінцевим вдавлюючим зусиллям 
ІЧк може бути прийнята лінійною
Fnp agTai ■ Nk (1.1)
де а0 та аі - безрозмірні параметри, які оцінюються методом найменших 
квадратів.
Рядом авторів (Е.М. ЕІерлей, С.В. Едалін та ін.) запропонована формула 
для оцінки несучої здатності паль, занурених вдавленням, по кінцевому зусиллю 
вдавлювання:
Ту, Тс - тривалість відповідно прискорених і стандартних випробувань паль 
осьовим навантаженням, що вдавлює; 
п - показник, що залежить від виду ґрунту;
К х- коефіцієнт "засмоктування", що враховує збільшення опору забивних паль у 
часі в кінці інтенсивного періоду зміцнення Т. При Ту - 0,5 год, Тс -50 год.
Ку=(0,5/50)п =0,01" (1.4.)
Значення отримані з емпіричних формул:
-для глинистих ґрунтів
К т=1+ЬТрТь (1.5.)
де Ь = 16,5 - емпіричний коефіцієнт;
Ір -  середнє значення числа пластичності за довжиною палі; 
-для дрібних та пилуватих піщаних ґрунтів
Кт = 1-а/Кф (1.6.)
40
де а = 0, 02 - емпіричний коефіцієнт,
Кф - коефіцієнт фільтрації, м/доб.
Відомий інтерес представляють визначення несучої здатності палі, що 
занурюється вдавлюванням, і отримання перехідних коефіцієнтів від зусилля 
вдавлювання до несучої здатності палі з урахуванням ефекту засмоктування, 
характерного для слабких глинистих ґрунтів.
Такі розрахунки проводилися при випробуваннях вдавлюючим 
навантаженням тензометричної висячої палі перетином 30 х 30 см та довжиною 
4 м в обводнених супіщаних ґрунтах. Занурення палі здійснювалося 
пальовдавлюючою установкою з вакуумним анкером конструкції НДІБВ 
Держбуду України на майданчику будівництва гуртожитків КНУБА в Києві. 
При зіставленні несучої спроможності палі із зусиллями вдавлювання були 
визначені перехідні коефіцієнти. Для граничного навантаження (при зриві та 
осіданні до 13... 15 мм) коефіцієнт переходу дорівнює 1,14, для критичного 
навантаження (при осіданні понад 20 мм) - 1,52.
Зазначається, що між зусиллям вдавлювання і несучою здатністю палі 
існує залежність, яка для глинистих ґрунтів може бути в першому наближенні 
прийнята лінійною з перехідним коефіцієнтом, рівним 0,85, а для піщаних - 0,9.
Несучу здатність паль, що занурюються вдавлюванням в лідерні 
свердловини під окремі опори при кількості паль не більше трьох, на осьове 
стискальне навантаження визначають за формулою:
Р = к т т к • (0,5ЯП • Б+иІфп *1і)-1,1 -Оф, (1.7)
де К - коефіцієнт однорідності ґрунту, рівний 0,85;
ш - коефіцієнт умови роботи, що приймається залежно від виду фундаменту; 
шк - коефіцієнт умови роботи палі в кущі, рівний 0,9 при двох палях в куттті і 0,8 
при трьох;
К" - розрахунковий опір ґрунту під вістрям палі;
Б -  площа поперечного перерізу палі; 
ц - периметр поперечного перерізу палі;
£"•- розрахунковий опір і-го шару ґрунту на бічній поверхні палі;
1; - товщина і-го шару;
в ф - вага палі та частини ростверку, що припадає на одну палю.
Значну складність представляє розрахунок багатосекційних паль та
фундаментів з них за несучою здатністю ґрунтів основи при посиленні
41
деформованих та реконструйованих будівель. Так як в цьому випадку крім 
визначення несучої здатності палі, необхідно передбачити передачу 
навантаження на завзятий елемент (зазвичай конструкції самої будівлі), а також 
врахувати зміну несучої здатності основи будівлі в процесі експлуатації.
Подібні питання розглянуті в «Інструкції з посилення фундаментів аварійних та 
реконструйованих будівель багатосекційними палями" [56], розробленими 
НДІпромбудом, в якій наведено формули для визначення:
- нестачі несучої здатності Фдоп основ та фундаментів деформованих будівель:
Ф д о п  =  Ф т р - Ф о  ( 1 . 8 )
де Фхр - необхідна несуча здатність основи або паль з умови опору ґрунту;
Ф0 - фактична несуча здатність основи або паль з умови опору ґрунту;
- несучої здатності основи або паль з умови опору ґрунту деформованої (або 
реконструйованої) будівлі за фактичними міцнісними та деформативними 
властивостями ґрунтів:
Ф0 =ФП- Д Ф ,  (1.9)
де Фп - первісна проектна несуча здатність основи або паль існуючого будинку 
до його будівництва;
ДФ - частка збільшення або зниження несучої здатності основи за період 
будівництва та експлуатації будівлі.
- несучої здатності багатосекційних паль та фундаментів по ґрунту:
Ж і щ Ф / к ^ Р д о п ,  ( 1 . 1 0 )
де N  - розрахункове навантаження, що передається на палю;
Ф - несуча здатність палі (за даними статичного зондування ґрунтів);
т і  - коефіцієнт умов роботи багатосекційної палі: для палі залізобетонної з
болтовим стиком т і  =1,0; для палі сталевої трубчастої або коробчастої, що
заповнюється розчином (бетоном) т і =  1,1;
для палі залізобетонної зі штировим стиком пц =0,95;
К н - коефіцієнт надійності, рівний 1,1;
Рдоп - розрахункове навантаження, що допускається на палю.
42
Реактивного навантаження на упорні елементи, що допускається, залежно від 
міцнісних властивостей матеріалів (бетон; цегляна кладка тощо) та 
конструктивних особливостей упорного елемента з урахуванням його зносу:
т ^ - С Ь ^ п ^ Ф !  (1.11)
де т  - коефіцієнт надійності, який дорівнює 0,5 ... 0,7;
% - прискорення вільного паді• ння, що дорівнює 9,8 м/с2 ;
(/>і - маса існуючого фундаменту, стін та інш., що припадає на один домкрат при 
вдавлюванні паль;
N ^ 1̂ - граничне зусилля вдавлювання паль; Фі- несуча здатність палі, що 
приймається за ДСТУ. Однак, дана Інструкція [56] не дозволяє попередньо 
оцінити величину максимального зусилля (Рвдтах).
Одним з важливих факторів, що характеризують процес вдавлення паль, є 
швидкість вдавлювання.
Є роботи, що вказують як зростання опору ґрунту зі збільшенням 
швидкості занурення зонда, так і на можливість зменшення опору ґрунту зі 
збільшенням швидкості. Більшістю авторів [51] отримані результати, що 
свідчать про незначну зміну опору ґрунту при швидкостях зондування від 0,1 до 
2,0 м/хв.
Б.В. Гончаров [43] зазначає, що зниження опору ґрунту по бічній поверхні 
вдавлюваної палі діаметром 300 мм відбувається при швидкостях занурення 
більше 1 м/хв. і робить висновок про те, що при зануренні паль вдавлюванням у 
тугопластичні та м'якопластичні глинисті ґрунти оптимальними є швидкості 
занурення порядку 1,2... 1,4 м/хв [44].
Дослідження, проведені Є.М. Перлеєм та іншими авторами на будівельних 
об'єктах Омська, дозволили встановити діапазони оптимальних швидкостей 
вдавлювання паль, при яких опір зануренню та зусилля вдавлювання мінімальні: 
для призматичних паль - 1,14...1,38 і для конічних - 1,5...2 м/хв.
При процесі вдавлювання паль у глинисті ґрунти, встановлено вплив 
показника плинності ґрунту на відношення зусилля вдавлювання до граничного
43
навантаження [43; 45]. Дослідження, проведені в НДІпромбуді показали: 
відношення зусилля вдавлювання до граничного навантаження на палю зі 
збільшенням показника плинності глинистих ґрунтів зменшується. 
Використовуючи цю закономірність, обравши оптимальну робочу швидкість 
вдавлювання, і знаючи паспортні дані вдавлюючої установки, можна оцінити її 
роботу в тих чи інших ґрунтових умовах.
Відмінною особливістю паль, що застосовуються при посиленні 
фундаментів експлуатованих будівель установкою безударного занурення паль 
(УБПО), розробленою в інституті "Укргідроспецбудпроект" (м. Київ) є їх 
невеликий діаметр (150... 190 мм) порівняно із забивними (300 ...350 мм).
В даний час опубліковано ряд експериментальних робіт, в яких 
відзначається вплив перерізу (діаметру) паль і зондів на величину питомих сил 
опору ґрунту по бічній поверхні та питомий лобовий опір. Випробування 
мікропаль, які проведені в КНУБА буровою установкою ЛБУ-50 [40] 
підтвердили висновки НДІпромбуду про те, що несуча здатність висячих паль 
рівної довжини в однакових ґрунтових умовах пропорційна периметрам 
перерізів паль.
Досліджуючи залежність питомого лобового опору і питомого тертя від 
перерізу палі методом статичного зондування ґрунту зондами діаметром 36; 50; 
74 і 100 мм, зануреними в непросадочні глинисті ґрунти, можна дійти до 
висновку про те, що величини питомого лобового опору і питомого тертя за 
інших рівних умов залежать від діаметра зонда і зростають з його збільшенням. 
Починаючи з діаметра 120 мм вони практично не змінюються.
Аналіз опублікованих робіт з цього питання за кордоном показує, що 
питомий лобовий опір під вістрям палі, зануреної в пісок, в граничному стані 
менший, ніж під конусом зонда і знижується зі збільшенням площі перерізу палі. 
Ю.В. Ізбаш та Ю .Г. Лупан [55] зменшення питомих сил опору ґрунту по бічній 
поверхні зондів зі збільшенням їх діаметрів пояснюють залежністю сил опору 
ґрунту по бічній поверхні паль та зондів від нормального тиску та параметрів
44
опору ґрунту зсуву. Також відзначається вплив діаметра на величину тиску 
обтиснення стовбура зондів у глинистих ґрунтах. На підставі даних польових і 
лабораторних експериментів ним встановлено, що збільшення тиску обтиснення 
стовбура відбувається при збільшенні діаметра до величини 120 ... 150 мм, при 
великих значеннях діаметрів, тиск обтискання стабілізується. Незважаючи на
залежність сил опору ґрунту по бічній поверхні палі від її перетину, при
визначенні*   несучої здатності•  реальних паль (Р>150 см 2 ) впливом цього фактору
можна знехтувати. З наведених вище даних слід зробити висновок про
доцільність додаткового розгляду цього питання.
Під час експериментів з вдавлювання паль у лондонські глини можна
звернути увагу на наявність залишкових напруг, що виникають в результаті
різного ступеня мобілізації опору по гострю та бічній поверхні палі і припустив,
що не тільки опір, а і осідання палі під навантаженням залежить від залишкових
напруг, що виникають при зануренні палі.
Аналіз робіт, у яких проводилося порівняння несучої здатності паль,
занурених методом вдавлювання та ударним методом [29, 42 та ін.] дозволяє
зробити висновок про те, що в цьому питанні єдиного рішення немає, так що
несуча здатність паль залежить від багатьох факторів: способів занурення,
ґрунтових умов і навіть кваліфікації робітників.
Висновки за розділом 1.
Аналіз матеріалів обстеження дефектних будівель дозволив зробити такі 
висновки:
1. Переважна кількість випадків пошкоджень будинків спричинено комплексом 
причин.
2. Порушення статичної стійкості значної кількості обстежених будівель 
відбувається у результаті нерівномірних деформацій основ.
3. Однією з основних причин, що зумовлюють появу тріщин у конструкціях та 
інших ознак "відмови" експлуатованих будівель є зміна фізико-механічних 
характеристик ґрунтів основи, яка спричинена незадовільною експлуатацією 
будівель.
45
4. При виявленні причин деформацій та призначенні заходів щодо посилення 
визначальними є дані по динаміці розвитку осідань. Проте, далеко не завжди за 
будівлями, що деформуються, ведуться тривалі інструментальні спостереження: 
у 5 зі 100 випадків (за досвідом обстеження будівель у Києві). Це призводить до 
розробки не завжди ефективних методів посилення.
5. У 52% випадків, що вимагають посилення фундаментів, зроблено висновок 
про можливість застосування вдавлених паль.
6. В обмежених умовах виконання робіт одним з найбільш ефективних способів 
посилення фундаментів можна рекомендувати вдавлювання паль малого 
діаметра (або мікропаль). Відсутність шуму, вібрації та інших впливів на 
конструкції будівлі у процесі виконання дозволяє виконувати посилення, не 
припиняючи експлуатації будівлі.
7. Застосування методу вдавлювання паль при посиленні фундаментів, 
стримується недоліком необхідних комплектів обладнання та нормативної 
літератури.
8. Різноманітність причин, що викликають різного роду пошкодження будівель 
та споруд вимагає детального розгляду даного питання в кожному конкретному 
випадку при призначенні заходів щодо посилення конструкцій фундаментів або 
зміцнення основ.
9. Традиційні методи посилення фундаментів (пристрій обойм; підведення 
додаткових конструктивних елементів; перебудову фундаментів та ін.) та 
закріплення основ (термічне, хімічне, електрохімічне та інше) будівель та 
споруд мають ряд недоліків, що обмежують область їх застосування: значний 
обсяг земляних робіт; висока вартість; закріплення у вузькому діапазоні Грунтів; 
тривалість процесу посилення; трудомісткість робіт; необхідність відселення 
людей під час посилення.
10. Досвід застосування паль, що вдавлюються, показує їх надійність і 
ефективність при влаштуванні пальових фундаментів у обмежених умовах 
міської забудови і при посиленні фундаментів експлуатованих будівель. Цей 
метод виключає динамічні навантаження на занурену палю та конструкції 
будівлі, шум і загазованість повітря, дозволяє проводити роботи без відселення 
людей, вдавлювати палі у будь-яких ґрунтах.
11.3 аналізу технічної літератури випливає, що при використанні цього методу 
для посилення фундаментів не виявлено картину розподілу питомого опору по 
бічній поверхні палі та по п'яті в загальному навантаженні на палю при 
вдавленні та при статичному випробуванні, не проводилися дослідження 
технології вдавлювання.
46
РОЗДІЛ 2. АНАЛІЗ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТІВ ТА КОМПЛЕКСНИХ  
ДОСЛІДЖ ЕНЬ ФУНДАМ ЕНТІВ, ПОСИЛЕНИХ ВДАВЛЮ ВАНИМИ  
ПАЛЯМИ
2.1. Аналіз основних характеристики ґрунтів будівельних майданчиків
Просадними лісовими ґрунтами зайнято близько 75% території України. 
Деформації великої кількості будівель міста Києва, побудованих на лесових 
просадних ґрунтах 1 типу, викликані нерівномірними просіданнями підстав 
внаслідок їх замочування. Зволоження основ у більшості випадків відбувається 
за рахунок витоків із систем водонесучих комунікацій, порушення вимощення, 
неорганізованого відведення дощової та талої води від стін будівлі, підйому 
рівня ґрунтових вод тощо.
Аналіз причин деформацій низки об'єктів у містах Київ (житлові будинки), 
Умань (котельна), Херсон (школа № 3), Кременчук (житлові будинки) показав, 
що до аварійного стану будівель призвела недооцінка просадних властивостей 
ґрунтової основи.
Одним з найбільш ефективних методів усунення наслідків аварійних 
просідань ґрунтів під фундаментами експлуатованих будівель є посилення 
фундаментів за допомогою паль, що вдавлюються.
Проте, недостатній досвід застосування паль, що вдавлюються, викликає 
певні труднощі при їх проектуванні. Проведення досліджень різних аспектів 
роботи таких паль в умовах лесових ґрунтів є важливою передумовою 
розширення застосування цього методу. Програмою передбачалося проведення 
серії досліджень роботи вдавлюваних паль у пилувато-глинистих (у тому числі 
лесових просадних) ґрунтах.
Як експериментальний майданчик № 1 послужила будівля відділення 
хімводоочищення в м. Умань Черкаської області. Причиною аварійних 
деформацій стало систематичне замочування просадних ґрунтів у результаті 
витоків з водонесучих комунікацій та резервуарів.
Середні значення фізико-механічних характеристик ґрунтів наведено у 
табл.2.1.
47
Основою фундаментів служать лесоподібні суглинки загальною висотою
10,4...11.„7 м, просідкові, на поверхні яких відбувається утворення тимчасового 
водоносного горизонту (верховодки). На глибині 12,4... 13,5 м залягають глини 
червоно-бурі напівтвердої консистенції.
Відносна просадність суглинків при тиску Р=0,2 М Па за результатами 
компресійних випробувань становить 0,08. Для суглинків ґрунтові умови 
майданчика відносяться до 1 типу за просадністю. Майданчик № 4 знаходився у 
м. Києві під житловим будинком по вул. Героїв Дніпра, 59 при посиленні 
фундаментів. (Дані інституту ’’Укргідроспецбудпроект”).
Таблиця 2.1.
Середні значення фізико-механічних характеристик ґрунтів майданчика № 1
Вид ґрунту Глибина, Р> Рэ, V/ Зі е Е,
м т/м3 т/м3 МПа
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Суглинок 2,4-4,9 1,66 2,70 0,3 0,74 0,55 ЇД І 5,2
м ’якопластичний
Суглинок 4,9-6,8 1,81 2,72 0,31 0,88 0,45 0,96 8,4
тугопластичний
Суглинок 6,8-10,5 1,81 2,67 0,28 0,84 0,24 0,89 8,7
полутвердий
Суглинок 10,5-12,8 1,82 2,68 0,27 0,83 0,26 0,87 10,0
тугопластичний
Глина полутверда 12,8-16,0 2,03 2,75 0,2 0,82 0,25 0,63 24,5
Глина полутверда 16,0-18,0 2,01 2,74 0,18 0,80 0,1 0,61 25,8
Таблиця 2.2. Середні значення фізико-механічних характеристик ґрунтів 
майданчика №  2
Вид ґрунту Глибина, Р, Рэ, ’\У Зі е Е,
м т/м3 т/м3 МПа
1 2 3 4 5 7 8 9
Супісок твердий 2,0-11,1 1,82 2,68 0,19 0,1 0,75 9,9
Суглинок туго 11,1-16,2 1,7 2,69 0,2 0,31 0,90 10,5
пластичний
Пісок дрібний 16,2-18,0 1,99 2,64 0,20 “ 0,59 40,0
щільний
48
Таблиця 2.3. Середні значення фізико-механічних характеристик ґрунтів 
майданчика №  З
Вид ґрунту Глибина, Р, Рб, Бг Ф е Е,
м т/м3 т/м3 МПа
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Супісок 3,0-7,0 1,69 2,69 0,17 0,53 0,73 0,86 5
пластичний
Суглинок 7,0- 11,5 1,80 2,70 0,16 0,58 0,75 0,74 11
текучопластичний
Пісок дрібний 11,5-15,0 1,87 2,64 0,10 0,45 0,60 40
середньої
щільності
Інженерно-геологічний розріз майданчика представлений такими ґрунтами: 
пісок намивний висотою 3,6 м; суглинок бурий лесовидний висотою 1,5-2,2 м; 
супісок сірувато-жовтий м'якопластичний висотою 0,8-1,0 м; пісок середньої 
густини водонасичений висотою 2,0-2,5 м; суглинок заторфований висотою 2,0- 
2,2 м; дрібний пісок. Ґрунтові води зустрінуті на глибині 6,0-7,0 м. Середні 
значення фізико-механічних характеристик ґрунтів майданчика представлені в 
таблиці 2.4.
Таблиця 2.4. Середні значення фізико-механічних характеристик ґрунтів 
майданчика № 4
Вид ґрунту Глибина, Р, Рз, V/ Эг її е Е,
м т/м3 т/м3 МПа
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Пісок намивний 0,4-4,0 1,83 2,61 0,18 0,69 - 0,68 36,0
Суглинок 4,0-6,0 1,78 2,70 0,25 0,75 0,75 0,90 6,9
текучопластичний
Супісок м ’яко 6,0-7,0 1,73 2,70 0,23 0,68 0,72 0,92 7,8
пластичний
Пісок середньої 7,0-9,5 1,91 2,65 0,23 0,87 “ 0,70 38,0
щільності
Суглинок 9,5-11,2 1,65 2,38 0,28 0,80 0,75 0,85 1,85
заторфований
Пісок дрібний 11,2-13,0 1,87 2,66 0,10 0,48 - 0,56 42,0
щільний
49
Відносна просадність супіску при тиску Р=0,2 М Па становить 0,08. Ґрунтові 
умови майданчика відносяться до 1 типу за просадністю.
2.2. Аналіз програми та методики досліджень на прикладі будівельного 
майданчика.
Програмою було намічено провести випробування:
а) одиночної втиснутої трубобетонної палі, що працює на вертикальне 
стискаюче навантаження в пилувато-глинистих ґрунтах;
б) дослідити розподіл зусиль з нижнього кінця та бічної поверхні вдавлених 
паль та їх зміна зі збільшенням глибини занурення.
Метою експериментальних досліджень є визначення несучої здатності 
втиснутих паль перетином (159; 219 мм); аналіз зміни зусилля вдавлювання 
роздільно по нижньому кінці та бічній поверхні в процесі занурення та 
статичного випробування в пилувато-глинистих ґрунтах; виявлення впливу 
поперечних розмірів палі на зусилля вдавлювання та їх несучу здатність. 
Накопичення таких матеріалів дозволяє уточнити існуючі формули розрахунку, 
а також призначати раціональну технологію посилення фундаментів будівель, 
що експлуатуються, методом вдавлювання паль.
Методика проведення експерименту.
Для визначення розрахункових навантажень, що допускаються на палі, що 
вдавлюються, і відповідності їх проектному значенню, прийнятому рівним 250 
кН були проведені статичні випробування двох дослідних паль.
Для посилення фундаментів відділення хімводоочищення Уманського ПЕО були 
запроектовані вдавлювані багатосекційні складові трубобетонні палі діаметром 
159 мм довжиною 13-14,5 м, які влаштовані (вертикально) через тіло існуючого 
стрічкового фундаменту дрібного закладення, які прорізають шари просадних 
ґрунтів і заглиблюються в глину на 1.0. ..1,5 м.
Дослідні палі ОС-1 і ОС-2 складалися як і інші робочі палі, з 
трубобетонних елементів діаметром 159 мм і довжиною 1 м, що зварюються по 
торцю в процесі вдавлювання, яке виконувалося установкою типу УБПС-640.
З метою виявлення дійсної величини несучої здатності вдавлених паль при 
посиленні фундаментів проведені експериментальні дослідження процесу 
вдавлювання і випробування паль відповідно до програми статичних 
випробувань. Випробуваннями передбачалося визначення несучої здатності 
вдавлюваних паль у лесових водонасичених ґрунтах. У дослідах вимірювалися 
також зусилля нижнього кінця палі, що виникають у процесі занурення. Для 
цього були випробувані дві дослідні палі, аналогічні робочим, які складалися з 
секцій типу ”СД”(секція з датчиком) та ”СК”(секція для пропуску кабелю) 
(мал.2.1). Це дозволило проаналізувати зміну опору ґрунту по бічній поверхні і 
нижньому кінці палі в процесі вдавлювання та проведення статичних 
випробувань.
Секція "СД" складається з труби, в якій перед бетонуванням зафіксовано 
електроакустичний датчик типу ДЛДС-400 (датчик лінійних деформацій з базою 
400 мм струнний) та поліетиленова трубка для пропуску кабелю з інших 
датчиків (мал.2.1). Датчик ДЛДС-400 конструкції тресту 
"Спеценергоавтоматика" є високочутливим струнним деформометром, 
призначеним для довготривалих вимірювань деформацій бетонних і 
залізобетонних конструкцій. Кожен датчик має заводський тарувальний графік у 
координатах "відносна деформація - період коливань струни, мкс”. Точність 
вимірів 1,1-5 одиниць відносної деформації. Вимірювання періодів коливань 
струни датчика проводилися приладом типу ШЩ-1 (періодомір цифровий).
Секція "СК" є трубобетонним елементом з трубкою для пропуску кабелю, 
але без датчика (мал.2.1).
51
00-1 00-2
Сі)
23
о.:;
22
■■/"6м с
21
20 \
\
' " і  " 8  м  \  з
Г 7
1 - І
€0 м
17
г
14
Мал. 2.1. Схема розташування датчиків у дослідних палях: 1-трубобетонні секції 
дослідних паль /пронумеровані від до 24/; 2 - датчик ДЛДС-400; 3 - 
поліетиленова трубка діаметром 100 мм; 4 - отвір для пропуску кабелю; 5- 
кабель; б-поліетиленовий мішок; 7-прокладка; 8 - шаблон з отвором під трубку; 
9- рисочки на трубі по осі отвору; / -  довжина відвідного кабелю від кожного 
датчика.
Виготовлення секцій ”СД” та ”СК” дослідних паль відбувалося на 
виробничій базі інституту "Гідроспецбудпроект". Ш аблон одягався на нижній 
кінець поліетиленової трубки, яка вставлялася в трубчасту секцію дослідної 
палі, встановлену вертикально на вібромайданчику. Секція бетонувалася з
52
періодичним уточненням положення трубки за шаблоном. Для ущільнення 
бетону використовувалися вібратори. Після схоплювання бетону до кінців 
кабелю кожного датчика була припаяна двопровідна лінія з монтажного дроту, 
який потім проштовхувався у трубку. Торець секції ”СД” закривався м'якою 
прокладкою та захищався поліетиленовим мішком.
Тарування секцій з датчиком ”СД” проводилося шляхом їхнього 
одновісного стиснення в пресі з метою отримання графіків залежностей 
"зусилля стиснення - період коливань струни, мкс". Навантаження до секцій 
прикладали ступенями через 50 кН до максимального зусилля 300 кН 
(моделюючи процес стиснення трубобетонних елементів при вдавлюванні), такі 
самі ступені зберігали при розвантаженні. Тарування секції з датчиком "ОД" за 
допомогою преса та періодоміру. Перед утиском секцій ”СК” кабель від нижчих 
датчиків пропускався через поліетиленову трубку зі суворим дотриманням 
співвісності трубок в суміжних секціях. Дослідні палі занурювалися без 
лідирування до позначки нижнього кінця робочих паль. Схеми розташування 
дослідних паль та випробувального стенду на об'єкті наведено на мал. 2.2.
Статичні випробування проводилися відповідно до ДСТУ "Палі. Методи 
польових випробувань”, при цьому навантаження дослідних паль вироблялося 
навантаженнями величиною 100; 150; 200; 250; 300; 350; 400; 450; 500; 550; 600 
Кн. На кожній ступені навантаження витримувалося до умовної стабілізації 
деформацій, рівних 0,1 мм протягом останньої години спостережень. На 
кожному ступені завантаження, крім осідання паль, записувалися показання 
струнних датчиків на початку і в кінці кожного ступеня навантаження за 
допомогою періодометра типу ПЦП-1 (періодометр цифровий). Навантаження 
на палю визначалося за допомогою манометра з ціною поділу 10 кгс/см2. 
Осідання палі визначалася за допомогою двох прогиномірів (індикаторів) 
Максимова, з ціною поділу 0,1 мм.
53
СХЕМА РОЗТАШУВАННЯ ДОСЛІДНИХ ПАДЬ
Мал.2.2. Схема розташування дослідних паль та схема випробування дослідної 
палі ОС-1: 1 -  існуючий стрічковий фундамент; 2 -  монолітна анкерна 
балка; 3 - дослідна паля; 4 - анкерна свердловина (анкер умовно не 
показаний); 5 -  реперна балка; 6 -  прогиномір; 7 -  гідродомкрат 
вдавлювального агрегату; 8 - кабель від датчиків до вимірювального 
приладу П Ц П -1.
Вимірювання зусиль по довжині паль дозволили проаналізувати зміну 
опору ґрунту на бічній поверхні паль і визначити роздільний опір ґрунту на 
бічній поверхні та під нижнім кінцем палі. За рахунок сил бокового тертя ґрунту 
на кожній ділянці змінюються поздовжні деформації палі та, відповідно,
54
поздовжні зусилля. Відповідно до цієї методики зміна сил опору ЛРі (на кожній 
ділянці палі (зверху вниз) визначається, як ДР; =Р2 -Р і ; ДР2 =Рз
А Р П = Р ( п + і )  - Р п  ( 2 - І - )
Отже, зусилля, що сприймається ґрунтом під нижнім кінцем палі (Р0) 
визначиться, як
Р0 = N - 2 ^ ,  (2.2.)
де ІЧ- прикладене зусилля.
Опір ґрунту під вістрям палі можна визначити за формулою
Я=Р0/А (2.3)
де А - площа поперечного перерізу палі.
Знаючи величину опору ґрунту на кожній ділянці палі в абсолютному значенні
(тс, кН) можемо визначити цю величину на м 2 бі® чної поверхні•: б  =ДРі /иіц; ї2 
=ДР2 /и1і2
ґп =ДРП /иЬп (2.4)
де и - зовнішній периметр перерізу палі;
1ц.. .1іп- відстань між перерізами, в яких встановлені датчики (1ц=Ь2=Ііп)
1іп -  висота секції палі.
2.3. Аналіз роботи вдавлюваної палі в зв’язних глинистих ґрунтах.
Після виконання робіт з вдавлювання паль (всього 51 шт.) було проведено 
обробку результатів. Спостереження за ходом занурення паль з визначенням 
зусилля вдавлювання на кожен метр занурення елементів показало незначну 
зміну загального зусилля вдавлювання до глибини 4-6 метрів (мал.2.3), яке 
можна пояснити геологічними умовами майданчика (табл.2.1), зниженням 
несучої здатності лесоподібних суглинків через їх замочування. Збільшення 
зусилля при продовженні занурення елементів палі відбулося в результаті 
включення в роботу бічної поверхні палі (мал.2.4, а).
Крива зміни вдавлювального зусилля палі № 26 (мал.2.3) показує низьку 
несучу здатність ґрунту до 8 метрів внаслідок суфозїї ґрунту.
На мал. 2.4 - 2.6 наведено графічні матеріали з дослідження розподілу зусиль з 
бокової поверхні паль і з їх нижнього кінця в дослідних палях, що вдавлюються. 
З графіків розподілу зусиль у дослідних палях ОС-1 і ОС-2 (мал.2.5), виміряних 
у процесі занурення, видно, що в початковий момент вдавлювання (до глибини 
4...6 метрів) домінує зусилля по нижньому кінцю (мал.2.4, 2.5). Однак, у міру 
занурення секцій, в результаті збільшення площі бічної поверхні, інтенсивність 
наростання зусилля по вістрю знижується, по бічній поверхні палі зусилля з 
глибиною продовжують зростати, за рахунок збільшення бічної поверхні.
1 0 0  Ш 0  3 0 0  4 0 0 .  Р #К Н
\
1
'
\
■
................ . А ...
\
V
к
\
1
;  |
N ■
- і :
• ч
і
: ■ ! ч
: і .! X
: !
,
Мал. 2.3. Графік зміни зусилля, що вдавлює, в залежності від глибини
занурення робочих паль: 1,10, 26 - номера паль за журналом вдавлювання
змінений вдаалювального
Мал. 2.4 Змінення зусилля Мал. 2.5 Змінення зусилля 
вдавлювання, кН:1 - зусилля по вдавлювання по Р0 та Рб0к,%: 1 - 
нижньому кінці палі; 2 - зусилля по нижньому кінці палі; 2 - 
зусилля з бокової поверхні; 3 -  зусилля з бокової поверхні; 3 — 
загальне зусилля вдавлювання. загальне зусилля вдавлювання.
57
Мал. 2.6 Співвідношення зусиль по п'яті Р0 та бічній поверхні палі Рбок при 
статичних випробуваннях:
а) для дослідної палі ОС-1; б) для дослідної палі ОС-2.
Слід зазначити те, що зміна зусиль з бічної поверхні і нижньому кінці палі з 
глибиною відбувається стрибкоподібно, що пояснюється неоднорідністю ґрунту. 
Цей висновок добре ілюструється малюнками 2.5, а, б, де видно, як частка 
зусиль по п'яті зі збільшенням глибини занурення зменшується, а частка зусилля 
по бічній поверхні палі зростає, причому при проходженні більш щільних шарів, 
наприклад, суглинків (6...8м і 10...11м) (мал.2.5 б), співвідношення зусиль 
змінюється, відбувається зростання зусилля по п'яті по відношенню до зусилля 
по бічній поверхні. Стрибкоподібний характер кривої розвитку питомих значень 
нижнього кінця вдавленої палі, також говорить про неоднорідність ґрунтів [28].
58
Однак, на основі проаналізованих графіків (мал.2.5), можна зробити 
висновок про загальну тенденцію збільшення зусилля по бічній поверхні палі зі 
збільшенням глибини її занурення та переважання частки зусилля по бічній 
поверхні над часткою п'яти. До такого ж висновку дійшли при проведенні 
дослідження процесу вдавлювання моделей складових паль діаметром 100 мм, 
довжиною секції 600 мм у напівнатурних умовах занурення їх на глибину до 3,6 
м.
Для визначення впливу навантаження Р, що вдавлює, на зусилля під нижнім 
кінцем (Р0) і по бічній поверхні (Рбок) були проведені статичні випробування 
дослідних паль. На підставі випробувань побудовані графіки змін зусиль 
(мал.2.7). Як видно з графіків, при розчленуванні їх на складові навантаження, 
включення в роботу бічної поверхні та нижнього кінця палі відбувається
одночасно, але з різною інтенсивністю.
ч
Р б о к ,Р о ,Т О
23,6
22,3
19,8 / 2 2
Рбок X 19,5
17,3
13,2
9,9
6,9 /Т о
3,3 5,2
а
6,6 13,2 19,8 26,4 33,0 39,6 Д/,їЄ
Мал. 2.7 Графік змін зусиль під нижнім кінцем Р0 і по бічній поверхні Рбок 
дослідної палі в залежності від навантаження, що вдавлює
V» _
На ранніх ступенях навантаження основна частина зовнішнього навантаження 
(близько 70%) передається на ґрунт через бічну поверхню палі, зі збільшенням 
вдавлювального навантаження величина зусиль під нижнім кінцем і з бічної 
поверхні збільшується. Причому, значення Рбок перевищують Р0(мал. 2.7,6) в 2 ... 
З (мал. 2.7,а) рази при нарастанні вдавлюючого навантаження від 0 до 0,7 Ркр 
(максимального вдавлювального навантаження). При подальшому збільшенні 
навантаження, що вдавлює, крутизна графіка Р0 збільшується, а Рбок 
зменшується. Це говорить про те, що вдавлена паля основне навантаження 
сприймає боковою поверхнею, але при збільшенні зусилля, що вдавлює, до 
деякого значення (0,7 ... 0,9) Ркр настає вичерпання несучої здатності по бічній 
поверхні палі. В цей час частина навантаження перерозподіляється на нижній 
кінець палі. Це викликано, очевидно тим, що в процесі занурення палі під її 
підошвою (і частково по бічній поверхні) утворюється зона ущільненого ґрунту, 
причому його фізико-механічні характеристики при цьому суттєво зростають. 
Так мал. 2.7 ілюструє принцип роботи вдавлювальних паль, коли в 
передмірному стані зростання опору ґрунтів по бічній поверхні починає 
сповільнюватися, а опір під нижнім кінцем зростатиме інтенсивніше. У 
граничній стадії п'ята приймає більшу частину навантаження, (до 60%) після 
чого настає зрив.
Зусилля у стовбурі палі зменшуються зверху вниз за рахунок того, що 
частина навантаження сприймається опором ґрунту з бічної поверхні палі (Ц).
Вимірювання показали, що величина Ц отримана за формулами (2.1) і (2.4)
становить у момент вдавлювання ві« д 1,1 до 7,3 тс/м 2, що більше за
розрахунковий опір.
Опір ґрунту під вістрям (Я) при максимальному навантаженні (46,2 т), що
вдавлює, визначене за формулами (2.2) і (2.3) склало ві• д 1075 тс/м 2 (для ОС-1) до 
1265 м2 (для ОС-2), що також більше за розрахунковий опір ґрунтів.
60
На мал. 2.8 та 2.9 наведено графіки залежності 8=1'(Р) для дослідних паль 
ОС-1 та ОС-2, з яких випливає, що розрахункове навантаження на палю може 
бути збільшено в порівнянні з розрахунком за існуючими методами.
На підставі даних по фактичному опору ґрунтів при вдавлюванні паль 
(табл.2.5) отримані коефіцієнти окремо для бічної поверхні і нижнього кінця, що 
дозволяють на стадії проектування визначати вдавлюючі зусилля в пилувато- 
глинистих ґрунтах при значеннях £ і Я, прийнятих за формулою:
Р^кД А +кщ Е ґф і (2.5.)
де Я і Гг значення ДСТУ. 
кг =1,5; к ґ -1,1 -  коефіцієнти.
Мал.2.8. Графік залежності осідання палі ОС-1 від навантаження під час 
статичних випробувань
61
Мал.2.9. Графік залежності осідання палі ОС-2 від навантаження під час 
статичних випробувань.
Таблиця 2.5. Характеристики опору ґрунту
Опір грунту під п’ятою та по бічній Розрахунковий опір грунту по 
поверхні ДСТУ Коефіцієнти
Ро
сер> Рб сер? Т, Рб,
Ро,кН Рб,кН кН кН Я, кПа кПа Ро,кН кН кг Кг
24,
4 26/23 7/10 5 8,5 980 9,0 19,6 18 1,25 0,50
5 39/33 27/33 36 30 1650 26,5 33 31 1,10 0,97
6 61/51 71/15 56 43 1725 28 35 45 1,60 0,96
7 75/57 123/75 66 99 3800 51,5 76 71 0,90 1,39
8 112/69 152/63 91 108 3950 53 79 973 1,15 1,10
9 154/64 176/68 109 123 4100 54 82 124 1,30 1,30
10 181/84 215/114 132 164 4250 55,5 85 152 1,60 1,10
11 185/97 211/167 141 189 4360 56,7 87 180 1,60 1,10
12 258/123 204/207 190 206 4470 57,9 90,8 209 2,10 0,99
13 239/156 223/240 197 232 4580 59,1 92 238 2,10 0,97
14 -/215 -/247 215 247 7460 70,0 150 273 1,43 0,90
Глибина занурення 
паль, м
62
Примітки: 1. Над рискою надано значення для дослідної палі ОС-1, під рискою - 
для дослідної палі ОС-2.
2. Цифри, які позначені зірочкою, це дані, які виключені з розрахунку.
Кг=(1,25+1,1+1,6+0,9+1,15+1,30+1,6+1,6+2,1+2,1+1,43)/11=1,45; приймаємо Кг - 
1,5;
Кг=(0,97+0,96+1,39+1,1+1,3+1,1+1,1+0,99+0,97+0,9)/10=1,08 приймаємо Кр1,1.
З порівняння графіків “зміни вдавлюючого зусилля за глибиною занурення 
паль” (мал.2.10, в), які отримані за експериментальним даними та обчислених за 
формулою (2.5), видно, що вони мають однаковий характер. Різниця значень не 
перевищує 20%.
З у с и л л я  в д а в л ю в а н н я
& ) „  4 0  8 0  1 2 0  1 4 0  1 6 0  2 0 0  2 4 0  х Н
V
\1
•
.
■'
V
10 1
д ч
12 \
2\
1м4 & .....
і )  0 4 0 1 2 0  1 4 0  1 6 0  2 0 0  2 4 0  к В
2 1
4  \\„
6
а
8
10 1
12
ЧЧ'г,.
і
\ \ і
4 4
^ 2
10 1
Ч
12 Ч ;
Ч ' 4 |
1м4 ч -
Мал.2.10. Опір ґрунтів вдавлюванню паль
63
Таким чином, в результаті проведення експерименту простежено частку питомої 
ваги опору по бічній поверхні паль і під нижнім кінцем у загальному 
навантаженні на палю, виявлено картину їх розвитку як при вдавлюванні, так і 
при статичному випробуванні. Отримані коефіцієнти, що дозволяють 
попередньо оцінити зусилля, що вдавлює.
З метою виявлення впливу діаметра палі на зусилля вдавлювання побудовані 
графіки зміни вдавлюючого зусилля, які отримані при зануренні паль на 
майданчиках № 1 (мал. 2.11,6), № 3 (мал. 2.11, а), № 4 (мал. 2.12).
На мал. 2.12 чітко видно залежність зусилля, що вдавлює, від інженерно- 
геологічних умов майданчика: при проходженні більш щільних шарів ґрунту 
зусилля, яке необхідне для занурення палі, збільшується в 2 ...З рази, причому 
практично незалежно від діаметра елемента, що занурюється (168 мм або 219 
мм). Цей малюнок дозволяє проаналізувати залежність зусилля, що вдавлює, від 
діаметра паль в однакових ґрунтових умовах. При проходженні шарів ґрунту з 
невисокими фізико-механічними характеристиками (суглинок водонасичений; 
суглинок заторфований) опір ґрунту занурення для палі діаметром 219 мм 
більше, ніж для палі діаметром 168 мм на 20%. У супісях та піску ця величина 
збільшується до 30%.
64
Зусилля вдавлювання при зануренні паль
а) 0 100 200 300 400 500 600 кН
О 100 200 300 400 500 600 кН
М ал.2.11. Зусилля вдавлювання при зануренні паль.
а -  майданчик № 3: палі діаметром 152 мм; б -  майданчик № 2: палі діаметром 
219мм; лідерна свердловина діаметром 127 мм, завглибшки 9 м; № 3, № 23, № 
22,№ 29 - номер палі за журналом вдавлювання.
65
х
Мал.2.12. Графік зміни зусилля, що вдавлює, в залежності від глибини 
занурення палі: Ї4- зусилля занурення елементів палі, кН; Н - глибина занурення 
елементів палі, м: 1 - трубобетонна багатосекційна паля; 2,3 - зміна зусилля 
вдавлювання при зануренні відповідно палі №3 та№ 1 (діаметр 219 мм, довжина 
кожного елемента 300 мм);: 4,5 - зміна зусилля вдавлювання при зануренні паль 
№6 та №18 (діаметр 168 мм, довжина кожного елемента 300 мм) [28].
66
2.4. Аналіз програми та методики досліджень на прикладі другого 
майданчику.
Програмою проведення експерименту було заплановано:
а) досліджувати перерозподіл навантажень від надземних конструкцій будівлі, 
що передаються через підошву фундаментів та вдавлюваних паль на основу у 
процесі посилення;
б) досліджувати вплив устрою лідерних свердловин при зануренні паль 
вдавлюванням на зусилля вдавлювання та несучу здатність паль.
Метою експериментальних досліджень є вивчення характеру взаємодії 
фундаментів, посилених палями, що вдавлюються, з ґрунтовою основою, впливу 
технології посилення на конструкції будівлі.
Наявність істинної картини розподілу напруг у фундаменті дозволить більш 
обґрунтовано призначати переріз і кількість арматури в залізобетонних 
конструкціях, а також технологію посилення, що сприятиме підвищенню 
надійності проектних рішень, що приймаються, посилення основ 
експлуатованих будівель, а в деяких випадках забезпечувати економію 
матеріалів.
Експериментальні роботи проводились у процесі посилення фундаментів 
житлової п'ятиповерхової будівлі на вул. Київській, 53 у місті Кременчук. 
Панельна будівля, яка побудована на пальових фундаментах (довжина паль 5 ... 
7 м), що не прорізають просадної товщі, одержало деформації в стінових 
панелях з розкриттям тріщин 3 ... 5 мм в результаті замочування просадних 
лесових ґрунтів 1 типу. Значення фізико-механічних характеристик ґрунтів 
майданчика наведено в табл.2.2.
Проект посилення основи передбачав підведення монолітної залізобетонної 
плити 6,0 х 3,0 м товщиною 600 мм окремими ділянками (у шаховому порядку) 
під існуючий ростверк. Через отвори, які залишені в плиті, вдавлювалися 
трубобетонні палі діаметром 219 мм і довжиною 15 м. Палі занурювалися в 
лідерні свердловини діаметром 127 мм, глибиною до 9 м.
Для визначення напруги під плитою в місцях контакту "плита - ґрунтовий 
масив" до укладання арматури та бетонування плити встановлювалися 7 
гідравлічних датчиків, розроблених КНУБА.
67
Робота гідравлічного датчика здійснювалася в такий спосіб. За допомогою 
насоса масло станції через напірний трубопровід в робочу камеру датчика 
подається олія. Тиск рідини підвищується до тих пір, поки не настане рівновага 
між тиском рідини в камері і тиском ґрунту на штамп (2). У момент рівноваги 
між кульковим клапаном та його гніздом утворюється зазор, через який масло 
витікає у відвідний трубопровід. Підвищення тиску в цей момент припиняється і 
манометр фіксує тиск рідини в камері, що відповідає тиску ґрунту.
Вдавлювання паль здійснювалося в такий спосіб. На першій точці 
вдавлювання монтували установку УСВ-800. Нижні кінці анкерів (4) установки 
пропускали в отвори (3), які залишені за допомогою пройомоутворювачів, в 
плиті (1), а верхні (б) фіксувалися на жорсткій траверсі установки (2) (мал.2.13). 
Подавався трубчастий елемент (діаметр 219 мм, довжина 1 м), гідроциліндрами 
установки здійснювалося вдавлювання до тих пір, доки верхній кінець елемента 
не виступав на 200...250 мм над поверхнею плити. Після чого проводилось 
стикування наступного елементу палі за допомогою ручного дугового 
зварювання. Зусилля вдавлювання контролювалося за манометром маслостанції 
установки. Осада плити вимірювалася індикатором годинникового типу.
Графіки напружень під плитою по ТДКГ"
б', МПа
0,4 [ 4Ііа
і 1 г  і
А 0 ,4
{
0,3 /А \ .. У к о  і к \
/М \\ ч\\
1 У \ 4 -1 0 ,3
.1/...  і1  \
п о \ ЇГ.-У'І
* -• •4” / 5 б; к
І . . .
5І  і 2 '" V І 0 2
.....// і '
о , 1 п І
///  '  І'  0 ,1
/ . // і /
І  Я Ш І У с1 І  Іі ГУ П Ш ІУ
СОУ напруження під плитою . ід  іу . етапи завантаження;
1,2...7 номера датчиків контактного тиску
Мал.2.13. Графіки напруги під плитою по "ГДКД" на вузлі анкерування 
палевдавлювальної установки.
68
2.5. Аналіз перерозподілу зусиль від наземних конструкцій, що передаються 
через підошву фундаменту та вдавлені палі.
З метою більш детального вивчення характеру перерозподілу зусиль, що 
передаються через підошву плити та вдавлені палі у процесі посилення основи, 
розглядалася взаємодія елементів системи на чотирьох етапах навантаження. 
Перший етап -  підведення монолітної залізобетонної плити; другий - вступ 
плити до роботи; третій - вдавлювання паль через отвори, які залишені в плиті за 
допомогою пройомоутворювачів (плита використовується як упорний елемент); 
четвертий - спільна робота плити та вдавлених паль.
Через ЗО днів після закінчення бетонування плити (І етап) за допомогою 
гідравлічних датчиків контактного тиску (ГДКД) визначався тиск під плитою 
(табл. 2.6).
Слід зазначити, що у тілі плити існують одночасно зони розтягування та
стиснення. Тиск під плитою на І етапі навантаження виявився практично
однаковим у будь-які• й точці• . Збі• льшення тиску на 0,1...0,2 кг/смт  спостері•галося
у центральній частині плити по зрівнянню з тиском по її периметру. Це можна 
пояснити наявністю технологічних отворів у плиті, розташованих по периметру, 
що зменшують її власну вагу. Величина тиску, що дорівнює своїй вазі плити 
вказує на те, що плита на даному етапі в роботу не включилася.
Через два місяці після зведення плити (II етап) датчики показали вступ її до 
роботи (табл.2.6). Плита сприйняла до 50% всього навантаження від будівлі 
(табл.2.7) у аналізованому перетині. Решта навантаження (50%) передалася 
через існуючі конструкції фундаментів: палі забивні (довжина 7 м) та 
залізобетонний ростверк.
На другу добу після закінчення вдавлювання десяти паль, передбачених 
проектом на досліджуваній карті (III етап), спостерігається зменшення тисків під 
плитою-ростверком (табл. 2.6) порівняно з останнім виміром (до вдавлювання 
паль). Це пояснюється впливом реактивного тиску, що виникає при 
вдавлюванні, на елементи системи "паля - плита - будівля".
69
Наступні ЗО днів (IV етап) показали перерозподіл тиску під плитою таким, що у 
середньому 32 % навантаження сприйняла плита-ростверк, а 29% вдавлені палі 
(табл.2.7). Наявність тиску на основу під плитою (по ГДКД) означає про вступ 
плити до роботи. Подібне явище можна пояснити тим, що в початковий період 
після завершення вдавлювання все навантаження від будівлі сприймали палі. 
Процес "засмоктування" та перерозподілу напруг у ґрунті викликав осідання 
паль. У цей час розпочала роботу плита.
На мал.2.13 представлені графіки вертикальної напруги, що виникають під 
плитою на різних етапах навантаження.
У процесі вдавлювання паль контролювалося зусилля вдавлювання на 
кожному метрі занурення (мал.2.11).
З графіків видно, що розподіл напруг у плиті неоднорідний:
I етап - напруги у центрі на 10... 13 % більше, ніж по периметру плити;
II етап - напруги у центрі плити на 20...22 % менше, ніж у її периметру;
III етап - напруги на межі "плита - ґрунт” у центрі плити на 12... 17 % менше, ніж 
по периметру;
IV етап - напруга у центральній частині плити на 18... 19 % менша, ніж по 
периметру.
Таблиця 2.6. Аналіз показання датчиків
ГДКД Показання датчиків, МПа (кг/сіуЙ)
№  п \п 1 етап II етап щ  етап IV етап
і 0,14 (1,4) 0,37 (3,7) 0,22 (2,2) 02,4 (2,4)
2 0,16 (1.6) 0,31 (ЗД) 0,19 (1,9) 02,1 (2Д)
3 0,15 (1.5) 0,33 (3,3) 0,20 (2,0) 02,2 (2,2)
4 0,13 (1,3) 0,38 (3,8) 0,23 (2,3) 02,5 (2,5)
5 0,14 (1,4) 0,39 (3,9) 0,24 (2,4) 02,5 (2,5)
6 0,14 (1,4) 0,38 (3,8) 0,23 (2,3) 02,4 (2,4)
7 0,15 (1,5) 0,40 (4,0) 0,24 (2,4) 02,5 (2,5)
Середнє 0,144 (1,44) 0,366 (3,66) 0,221 (2,21) 0,237 (2,37)
70
Результати аналізу статичних випробувань вдавлених паль наведено на мал.2.14. 
Таблиця 2.7. Перерозподіл навантаження в елементах системи "плита(ростверк) 
- палі"
№ п/п Етапи Напруги під Навантаження в елементах 
навантаження підошвою системи, кН
плити, КПа
підошва плити вдавлені палі
1. Підведення 366,0 6588/49,5
плити під 
ростверк
2. Фундамент, 237,0 4266/32 3900/29
посилений
палями
Примітка: У знаменнику показано відсоткове відношення до навантаження.
а.
Мал.2.14. Графіки залежності осідання в від навантаження Р при статичних 
випробуваннях вдавлених паль.
71
Мал.2.15. Схема установки для випробування вдавлених паль статичним 
навантаженням; 1 - випробувана паля; 2 -  анкер; 3 - реперна система з 
прогиномірами; 4 -  домкрат з манометром; 5 -  металева балка; 6 -  монолітна 
залізобетонна плита.
Зіставлення несучої здатності палі з зусиллями вдавлювання (за даними 
статичних випробувань на різних об'єктах) дозволило визначити перехідний 
коефіцієнт Кр (табл.2.8). Отриманий перехідний коефіцієнт дає можливість 
визначати несучу здатність мікропалі в пилувато-глинистих ґрунтах за відомою 
величиною зусилля, що вдавлює, в першому наближенні за формулою:
Рсі=КрР, (2.6)
де Беї -  несуча здатність палі, кН; Кр - перехідний коефіцієнт; Р -  зусилля 
вдавлювання, кН.
72
Таблиця 2.8. Співвідношення між несучою здатністю та зусиллям вдавлювання 
Кр, обчислені за натурними та експериментальними даними
№ п/п Об’єкт Довжи Діа Зусилля Розрахун Несу к Р
на палі, метр вдавлю кове ча
м (пере вання, кН наванта здат
різ) ження на ність
палі, палю палі,
мм кН
1 2 3 4 5 6 7 8
1 Умань, (станція 15 159 462 250 396 0,86
ХВО)
2 м. 45 219 486 380 400 0,82
Кременчук(житл. 
будинок № 52 вул. 
Київська
3 м. Кустанай 13 159 510 370 420 0,82
(житл. будинок, 
вул.. Гоголя)
4 м. Київ(житл. 10 168 1135 500 860 0,76
будинок № 59 вул. 
Героїв Дніпра)
5 м. Київ(вул. Героїв 10 219 1465 600 1025 0,70
Дніпра)
6 м. Київ (театр 12 168 500 300 400 0,8
опери та балету)
7 м. Київ 6,5 89 160 100 130 0,81
(посилення 
фундаменту під 
котел 6,5 ДКВР на 
ХФЗ ім. 
Ломоносова)
Кр=(0,86+0,82+0,82+0,76+0,7+0,8+0,81)/7=0,799, 
приймаємо Кр = 0,8
Дослідження роботи вдавлених паль у пилувато-глинистих ґрунтах дозволили 
проаналізувати та визначити:
- несучу здатність паль;
- розподіл зусиль з нижнього кінця і з бічної поверхні палі;
- вплив методу посиленням вдавлення паль на конструкції будівлі;
73
- розподіл напруг від надземних конструкцій, що передаються через підошву 
фундаментів та вдавлені палі на ґрунтову основу в процесі посилення та 
експлуатації будівлі;
- залежність зусилля вдавлювання від діаметра палі;
- вплив пристрою лідерних свердловин на зусилля вдавлювання.
Висновки за розділом 2.
Аналіз результатів досліджень дозволяє зробити наступні висновки:
У процесі вдавлювання паль малогабаритними установками типу УСВ (УБПС) 
при використанні плити як елемент, що сприймає реактивне зусилля 
вдавлювання, відбувається часткове місцеве розвантаження основи. Це 
положення необхідно враховувати при посиленні методом вдавлювання паль з 
передачею реактивного зусилля на конструкції будівлі (наприклад, існуючий 
фундамент). У тому випадку, якщо будівля має значні деформації 
конструкцій.(II...V  ступеня), або незначне навантаження на 1 пог. м (одно- 
триповерхові) реактивне зусилля при вдавлюванні паль може викликати 
додаткові деформації конструкцій. Тому, при посиленні «легких» будівель 
даним методом необхідно влаштовувати залізобетонну плиту під будівлею (або 
балки) для перерозподілу напруг, що виникають при вдавлюванні.
Аналіз результатів показав, що при посиленні фундаментів вдавленими 
палями 32% навантаження від будівлі сприймає плита-ростверк, і 29% палі 
(частина навантаження - ЗО ... 40% перерозподілилося на основу через існуючі 
конструкції фундаментів.
Дослідження розподілу зусиль по бічній поверхні та нижньому кінці палі 
показало, що при зануренні палі через бічну поверхню на ґрунт передається 60- 
80% навантаження.
При статичних випробуваннях на ранніх ступенях навантаження основна 
частина навантаження (близько 70%) передається на ґрунт через бічну поверхню 
палі. У граничному стані зростання опору ґрунтів по бічній поверхні починає
74
сповільнюватися, а опір під нижнім кінцем зростати більш інтенсивно. У 
граничній стадії вістря приймає більшу частину навантаження (до 60%), після 
чого настає зрив.
Порівняння результатів занурення паль (діаметром 219 мм на глибину 15 
м) без лідирування і в попередньо влаштовані свердловини (діаметром 127 мм на 
глибину до 9 м), показало зменшення вдавлюючого зусилля від 35 до 55% при 
влаштуванні лідерних свердловин.
При збільшенні діаметра палі від 168 до 219 мм величина опору ґрунту 
вдавлюванню збільшується: в слабких ґрунтах на 20 %, у тугопластичних 
суглинках і твердих супісках - до ЗО...35 %%, що можна пояснити збільшенням 
зони ущільнення ґрунту.
На підставі даних по фактичному опору ґрунтів (при вдавлюванні паль у 
пилувато-глинисті ґрунти) отримані коефіцієнти, що дозволяють попередньо 
оцінити зусилля, що вдавлює.
Зіставленням зусиль вдавлювання паль з несучою здатністю визначено 
перехідний коефіцієнт, що дорівнює 0,8.
75
РОЗДІЛ 3. АНАЛІЗ СПОСОБІВ РЕКОНСТРУКЦІЇ ФУНДАМЕНТІВ  
М ЕТОДОМ ВДАВЛЮ ВАННЯ ПАЛЬ З ДЕКІЛЬКОМ А СЕКЦІЯМИ  
ЗЛ. Аналіз дослідження напружено-деформованого стану ґрунту в основі 
вдавленої палі.
З метою вивчення особливостей роботи вдавленої палі в пилувато- 
глинистих просадних ґрунтах проведено чисельне моделювання напружено- 
деформованого стану ґрунту основи палі.
Ґрунт є складним середовищем, що володіє змінними фізико-механічними 
властивостями. Прояв цих властивостей істотно залежить від виду та стану 
ґрунту, умов його навантаження та багатьох інших факторів. Спроби створити 
модель ґрунту на підставі мікроструктурного підходу поки що не увінчалися 
успіхом. Перспективним у цьому плані є застосування феноменологічних 
моделей ґрунтового середовища, що відображають її основні властивості і в той 
же час мають обмежену кількість вихідних параметрів та їх чіткий фізичний 
зміст, що визначаються за розробленими методиками з достатньою точністю.
М етодика та програмний комплекс чисельного моделювання взаємодії 
палі з основою з урахуванням нелінійного деформування розроблено у 
Київському національному університеті будівництва та архітектури колективом 
авторів [24]. У цій роботі за основу прийнятом атематичну модель ґрунту, що
базується над илатансійній теорії. В рамках цієї моделі осідання ґрунтового
середовища визначається, в основному, проявом його пружних сІєе1 і пластичних 
с!єрІ властивостей, так що відповідні їм збільшення пружних і пластичних 
деформацій на кожному кроці навантаження складаються в збільшення повних 
деформацій:
сіє = сієе! + бєр1, (3.1)
де сіє® визначається із узагальненого закону Гука; с!єр -  на основі неасоційованого 
закону пластичного перебігу,
с!єр= (Щ бШ є), (3.2)
де сІХ, -  малий скалярний множник.
76
Замість явного завдання функції пластичного потенціалу приймається так звана 
дилатансійна умова, що пов'язує особливим чином збільшення об'ємних бе і 
зсувних 6ХР пластичних деформацій:
бєр1,=уібур, (3.3)
де ц  - змінний коефіцієнт дилатансїї.
За критерій граничного стану ґрунту приймається модифікована умова Мізеса -  
Ш лейхера -  Боткіна:
ф Н Т + ст^у-Е , стт > Р0
ї=Т+?^£\\і-т5, о т < Р0 (3.4)
де Т і стт - відповідно інтенсивність дотичних напруг та середній 
(гідростатичний) тиск; т8 - параметр зчеплення; \|/ - кут тертя на октаедричному 
майданчику; Р= 2,0 М Па -  параметр ґрунту [24].
Умові (3.4) у просторі головних напруг відповідає комбінована гранична 
поверхня, що є поєднанням конуса і циліндра.
Практичне застосування описаної моделі можливе тільки на основі чисельних 
методів розрахунку з наступною реалізацією на ЕОМ. Найбільш прийнятним 
для вирішення цих задач є метод кінцевих елементів (МКЕ), що дозволяє 
моделювати складну ґрунтову основу, зміна її властивостей по глибині.
Запропонована методика дозволяє вирішувати різні завдання механіки 
ґрунтів шляхом конкретизації початкових умов та запровадженням додаткових 
підпрограм. Це положення застосоване до вивчення роботи вдавлених мікропаль 
у водонасичених пилувато-глинистих ґрунтах.
Як розрахункова схема (мал. 3.1) прийнята область ґрунтового масиву 2,2 
м і глибиною 28 м. У центрі цього масиву розташована паля діаметром 0,159 м і 
довжиною 14 м. При визначенні напружено-деформованого стану підстави палі 
були взяті реальні ґрунтові умови експериментального майданчика № 1, фізико- 
механічні характеристики ґрунтів якого наведено у табл. 3.1.
Максимальне переміщення палі при моделюванні задавали значеннями, 
рівними тим, які були отримані при статичному випробуванні їх на майданчику
77
№ 1. На кожному кроці вимірювали відпір ґрунту на основі палі і будували 
графік "навантаження - осідання”.
Як видно з графіків "навантаження - осідання" (мал. 3.2), на перших 
етапах переміщення палі відбувається збільшення відсічі ґрунту, графік 
близький до лінійного. При переміщенні палі, починаючи з 1,2 мм (чисельний 
розрахунок), збільшення відпору ґрунту не відбувається, спостерігається навіть 
деяке його зменшення. Це пояснюється вичерпанням палею несучої здатності по 
бічній поверхні. Н а  цьому етапі зміщення по периметру палі відбувається 
досягненням кутом внутрішнього тертя його критичного значення, що означає 
відсутність зміцнення. В результаті цього відбувається зривання палі по бічній 
поверхні. Після зриву палі по бічній поверхні збільшення відпору йде за рахунок 
роботи нижнього кінця палі.
При вдавлюванні палі в непорушений ґрунт у роботу залучаються не 
тільки частинки, що знаходяться на границі "бічна поверхня палі - ґрунт", а й 
область на деякому видаленні. Загальне уявлення про характер деформування 
дає креслення векторів переміщень у ґрунтовій основі, наприклад, в області 
п'яти вдавленої палі (мал.3.3). По ньому, зокрема, можна чітко виділити активну 
зону деформування. Даний малюнок дозволяє зробити висновок про те, що 
безпосередньо під підошвою вдавленої палі спостерігається збільшення 
щільності за рахунок вертикальних переміщень частинок ґрунтового масиву. 
Одночасно спостерігається процес деформування горизонтальних складових 
векторів переміщень Утворення ущільненого ядра в області п’яти в процесі 
занурення палі веде до утворення зсувних деформацій. З мал.3.3 слідує, що 
горизонтальні зміщення частинок ґрунту при вдавлюванні палі відбуваються на 
відстані трьох її діаметрів.
78
Розрахункова схема та сітка МКІ чисельного моделювання
насипний 
грунт 
суглинок 
лесовидний 
суглинок 
лесовидний 
іР~  18,' кН/м"
суглинок
лесовидний
18.1 кН/м3 
суглинок
лесовидний
18.1 кН/м3
глини полу-
твердої консис
тенції
глини твердої 
консистенції 
Е=15,8 МПа
Мал. 3.1. Розрахункова схема та сітка МКІ чисельного моделювання НДС 
основи.
79
Мал. 3.2. Графік навантаження -  осідання дослідної палі: Р ,  Р 1  - загальне 
навантаження на палю; Р ^ Р о 1 - навантаження на вістрі палі; Р б о к  - навантаження 
по бічній поверхні палі. Р , Р 0 , Р б о к  - результати статичних випробувань; 
Р^Ро^Р 'бок -результати чисельного моделювання.
793
г т
-4—
4 - .... -
Т1V -.
V
ш
\ \ \
Мал. 3.3. Вектори переміщень фрагментів Ф2 та ФЗ.: 1 - дослідна паля ОС-2 (1/2 
діаметра).
З порівняння графіків "навантаження - осідання", які отримані зі 
статичних випробувань і за результатами чисельного моделювання, видно, що 
вони мають однаковий характер. Несуча здатність палі при б = 8 мм (мал. 3.2) в 
першому випадку становить 330 кН, а в другому - 300 кН. Різниця цих значень
80
10% Таку розбіжність можна вважати прийнятною, так як вона знаходиться в 
межах точності експериментального визначення вихідних параметрів [28]. 
Дослідження напружено-деформованого стану ґрунту в основі вдавленої палі 
значно розширює уявлення про роботу таких паль у пилувато-глинистих 
ґрунтах. Отримано додаткові дані про роботу бічної поверхні цих паль, а також 
уточнено розташування площини зсуву по бічній поверхні.
3.2. Загальна характеристика роботи вдавлених паль та методика 
розрахунку.
Роботу вдавленої палі відрізняють такі особливості:
занурення (вдавлювання) паль виконується статичними навантаженнями; 
розрахунковий опір ґрунту по бічній поверхні трубобетонної палі, який 
отриманий при проведенні натурних випробувань та чисельного моделювання, 
перевищує нормативні дані. Докладно це питання висвітлено в розд. З, 4; 
існує можливість оцінки несучої здатності вдавленої палі в процесі її занурення 
по кінцевому зусиллю.
Паля розраховується за двома групами граничних станів: за несучою 
здатністю основи та за деформаціями.
Розрахункова схема підсилюваного фундаменту, що включає існуючий 
фундамент і багатосекційні палі, вибирається з урахуванням необхідної несучої 
здатності, типу фундаменту, фізичного стану будівлі та умов виконання робіт.
Стіни та фундаменти будівлі, а також інші конструкції, що 
використовуються як анкерні, повинні розраховуватися на зминання, вигин, 
висмикування з ґрунту та інші види силових впливів, що виникають у процесі 
вдавлювання при навантаженні, що дорівнює максимальному зусиллю, що 
вдавлює (Рвд).
Армування паль виконується зварними каркасами і окремими стрижнями, 
в трубобетонних палях роль арматури виконує трубчаста оболонка.
81
Проектування та розрахунок основи, що включає існуючий та посилений 
багатосекційними вдавленими палями фундамент, виконується відповідно до 
нормативних вимог.
3.3. Методика розрахунку фундаментів, що реконструюються, які посилені 
вдавленими палями
Виконані аналізи натурних досліджень і чисельні розрахунки дозволили 
встановити закономірності роботи вдавлених паль у складі конструкцій 
фундаментів, що посилюються, у тому числі розподіл навантажень, що 
передаються ними на основу. Зафіксовано, що вдавлена паля по бічній поверхні 
може сприймати від 60 до 80 % накладеного на неї навантаження і (у разі 
посилення основи) до 30 % загального навантаження на фундамент. Однак ця 
частка не є постійною, а залежить від ряду факторів: від довжини палі та її 
перерізу, способу її занурення (у непорушений ґрунт, у лідерні свердловини, у 
попередньо замочену основу), характеру інженерно-геологічних умов та інш.
Алгоритм проектування фундаментів із багатосекційних вдавлених паль 
представлений на мал.3.4.
Оцінка фізичного стану будівлі та матеріалу фундаментів проводиться за 
чинними нормативними документами.
Недостатня несуча здатність основи Бд або паль встановлюється після 
аналізу матеріалів інженерно-геологічних вишукувань, робочих креслень 
фундаментів та виконавчих документів з улаштування основ та фундаментів, а 
також на підставі візуального огляду конструкцій будівлі, технічної діагностики 
та проведення додаткових інженерно- геологічних вишукувань.
Несуча здатність паль у першому наближенні (на стадій технічного 
проекту) визначається за даними статичного зондування або розрахунковим 
шляхом за ДБН.
Розрахунок посилення фундаментів виконується за співвідношенням фактичних 
і очікуваних навантажень і несучої здатності фундаментів до і після посилення.
82
Передачу навантаження на упорний елемент у момент вдавлювання можна 
оцінити по зусиллю, що вдавлює Гвд. Розрахункове значення зусилля, що 
вдавлює, дозволяє правильно підібрати параметри вдавлюваних паль.
Попередня оцінка максимального зусилля вдавлювання мікропаль для пилувато- 
глинистих ґрунтів виконується за формулою (3.5 розд.3.3).
Допустиме реактивне навантаження на упорні елементи визначається залежно 
від фізичного зносу конструкцій будівлі, міцнісних властивостей матеріалів 
(цегляна кладка, бетон і т.п.) і конструктивних особливостей упорного елемента 
з урахуванням його зносу.
Оцінка загальної стійкості підсилюваної ділянки будівлі (або будівлі в 
цілому) виконується зіставленням фактичних навантажень, що припадають на 
фундамент, що підсилюється, і зусиль, створюваних пальовдавлюючою 
установкою при вдавлюванні палі.
Фактична несуча здатність втиснутих паль визначається за результатами 
статичних випробувань або фактичного максимального зусилля вдавлювання 
(розд.3.5).
Алгоритм проектування фундаментів із багатосекційних вдавлених паль, 
що використовуються як елементи посилення.
Оцінка загальної стійкості ділянки, що посилюється (або всієї) будівлі.
83
Мал.3.4 Алгоритм проектування фундаментів із багатосекційних 
вдавлених паль, що використовуються як елементи посилення.
84
3.4. Аналіз дослідження посилення основ будівель та споруд з 
використанням методу вдавлювання паль, що складаються з декількох 
секцій.
Найбільш ефективним конструктивним заходом щодо посилення існуючих 
фундаментів є передача навантаження від будівлі на несучі шари ґрунту, які 
розташовані нижче підошви цих фундаментів, за допомогою паль, що 
вдавлюються, Основну складність представляє занурення паль з внутрішньої 
сторони фундаменту, тобто з боку внутрішніх приміщень чи підвалу існуючих 
будівель.
В даний час відомо кілька типів малогабаритних установок безударного 
занурення паль (УБПС-З(ЗА); УБПС350; УБПС3000,УБПС-640; УБПС-660; 
УСВ-800).
Даний спосіб посилення фундаментів, а також установки, що його 
реалізують, використані на ряді цивільних об'єктів у містах Київ, Херсон, 
Умань, Кременчук. Вище перераховані установки та технології посилення 
дозволяють вдавлювати елементи паль (мал.3.5):
а) через спеціально влаштовану залізобетонну плиту зі сприйняттям реактивного 
зусилля вдавлювання плитою та вагою будівлі; перекриттям підвального 
поверху;
б) з-під існуючого фундаменту зі сприйняттям реактивного зусилля 
фундаментом та вагою будівлі;
в) через тіло існуючого фундаменту з передачею реактивного зусилля на несучі 
конструкції будівлі (фундаменти, стіни).
3.4.1 М алогабаритні палевдавлювальні агрегати.
Перші малогабаритні установки безударного занурення паль (типу УБПС- 
3 та УБПС-ЗА) були розроблені в інституті ’’Укргідроспецбудпроект” у 1981-82 
рр. для посилення фундаментів під підлоги корпусу фрез Львівського 
інструментального об'єднання.
Установка УБПС-250, яка призначена для занурення збірних залізобетонних 
елементів перетином 200x200 мм та довжиною 800 мм, розроблена для 
посилення фундаментів школи по вул. Васильківська, 15 у Києві. Вона 
складалася з верхньої опорної плити, рухомої траверси, опорних стійок та двох
85
силових гідроциліндрів (мал.3.6). Вдавлювання елементів здійснювалося через 
торець з упором у ростверк.
З'єднання елементів здійснювалося за допомогою спрямовуючого кільця та 
отвори. Після досягнення палею проектної позначки (12 м) установка 
демонтувалася, витягувався кондуктор і проводилася розклинка металевими 
пластинками залізобетонних елементів з плитою ростверку та омонолічування 
вузла. Розрахункове навантаження на палю склало 150 кН.
Для посилення фундаментів під житловий будинок по вул. Героїв Дніпра, 59 
(район ’Оболонь" Києва) було розроблено встановлення УБПС-3000 із зусиллям 
занурення до 3000 кН.
Збірними залізобетонними елементами були відрізки труб діаметром 219 і 168 
мм і довжиною 300 мм, заповнені бетоном 28. Для фіксації елементів один 
відносно одного до труби були приварені коротуни з арматури діаметром 16 мм.
А • Ту '
о) Д е  р А  - ф  - Д .
3 7 іД/
и>: 7 3 р >
ДЗИГ 'І'-Ку... /у
-С Д ь>ї■± Х.АЇм ДД Уі « Г "г
Т. ЗГт
несучий шар несучий шар
и
Мал. 3.5 Схеми сполучення вдавлюваних паль з фундаментами, що підсилюються.:
а), б) - через монолітну залізобетонну балку; в) - через розширення залізобетонного 
фундаменту; г) - при підведенні паль під підоптву фундаменту; д) - створенням 
обойми, що перешкоджає бічним деформаціям ґрунту, розташованого між підошвою 
фундаменту і несучим шаром: 1 - паля, що вдавлюється; 2 - фундамент, що 
посилюється; 3 -  монолітна залізобетонна балка; 4 -  стіна; 5 -  металева пластина; 6 -  
отвори для пропуску паль; 7 - монолітна бетонна шпонка.
86
Для досягнення проектної позначки необхідно було завантажити близько 
ЗО елементів (загальна довжина складової палі 10-10,5 м).
Розрахункове навантаження на таку палю становило 500-600 кН.
При посиленні фундаменту під котел ДКВР-10-13 на хімфармзаводі ім. 
Ломоносова в Києві для сприйняття реактивного зусилля при зануренні паль в 
тілі фундаменту виконувалися спеціальні горизонтальні анкери для закріплення 
установки.
Елементи складової палі являли собою секції труби 89x6 довжиною 500 мм з 
циліндричним з ’єднанням. Час влаштування однієї палі з підготовчими 
операціями становив 3 , 5 - 4  години.
У 1984... 1985 p.p. інститутом "Укргідроспецбудпроект" була розроблена більш 
досконала установка УБПС-640 з максимальним зусиллям вдавлювання 640 кН), 
яка використовувалась для зведення фундаментів у підвальному приміщенні при 
реконструкції театру опери та балету ім. Т.Г.Ш евченка у Києві.
Перед улаштуванням паль була виготовлена залізобетонна плита ростверку із 
наскрізними отворами [10].
Мал.3.6. Установка УБПС-250: а) Загальний вигляд установки;
б) Процес посилення фундаментів будівлі школи у Києві установкою УБПС-250
Палі були прийняті діаметром 168 мм і довжиною 12 м (із заглублениям їх 
у глини твердої консистенції). Довжина однієї секції труби Зм., з'єднання секції 
на зварюванні.
Після занурення першої секції труби під центральну палю виконували 
занурення інших у бік від середини плити до її країв. При зануренні труби через
87
центральний отвір реактивне зусилля вдавлювання сприймалося масою 
ростверку і вищерозташованих конструкцій. Потім, при зануренні через 
периферійні отвори працювати включалися раніше вдавлені секції труби.
Після вдавлювання першої секції труби всіх паль приступали до занурення 
інших в аналогічній послідовності. Після досягнення проектної позначки 
всередину труби вводили арматуру (трубу діаметром 63 мм) і закачували 
бетонну суміш.
Розрахункова здатність паль 300 кН. Допустиме навантаження на палю за 
результатами статичних випробувань дорівнює 400 кН.
У 1985 р. було виготовлено установку УШС-660 з максимальним зусиллям 
вдавлювання 660 кН, призначену для використання при посиленні фундаментів 
великопанельного житлового будинку в Херсоні.
За допомогою цієї установки також були посилені у 1986-88 p.p. 
фундаменти гуртожитку на вул. Лебедєва-Кумача у Києві. Посилення 
виконували складовими палями зі збірних трубобетонних елементів діаметром 
160 мм, що вдавлюються з підвального приміщення. Анкером було перекриття 
підвального поверху [28].
3.4.2. Приклади посилення фундаментів за допомогою малогабаритних 
пальовдавлюючих установок.
Розглянемо найхарактерніші випадки посилення фундаментів.
Майданчик 1. Житловий будинок № 59 на вул. Героїв Дніпра в Києві. 
Деформації надземних конструкцій будівлі вимагали посилення його 
фундаментів. Ґрунти основи описані у розділі 3.1.
При техніко-економічному порівнянні розглядалися такі варіанти посилення:
1.-з використанням буронабивних паль діаметром 820 мм. Дві палі об'єднуються 
поверх ригелем, і останній заводиться під існуючий ростверк. Палі мають 
довжину 16 м і виконуються комплектом обладнання роторно-обертального 
буріння. Внаслідок наявності на майданчику нестійких ґрунтів, буріння ведеться 
з обсадкою труб, що залишаються в ґрунті, діаметром 820 мм. Усього необхідно 
виконати 16 пар паль із ригелем.
2. - збірні трубобетонні палі діаметром 219 або 168 мм довжиною кожного 
елемента 300 мм, що занурюються за допомогою установки безударного 
занурення паль (УБПС). При цьому реактивне зусилля сприймається існуючим 
ростверком. Після досягнення проектної позначки проводиться розклинка 
елементів палі та ростверку металевими пластинами. Після фарбування останніх 
приямок засипається ґрунтом із пошаровим ущільненням.
Найбільш раціональним виявилося застосування другого варіанта з закладенням 
нижніх кінців паль у пісок середньої крупності. Загальна кількість паль 18 штук. 
Розрахункове навантаження прийнятих паль за ДСТУ 500 кН. Максимальне 
зусилля занурення палі на необхідну глибину дорівнювало 1400 кН.
Для виконання робіт із вдавлювання була використана установка УБПС- 
3000 із зусиллям занурення до 3000 кН.
По порівнянню з варіантом посилення буронабивними палями,— 
застосований варіант дав можливість скоротити терміни й одержати 
економічний ефект у вигляді 47,85 тис. у.од. Крім того, було скорочено витрату 
цементу на 115 т. і сталі на 12 т..
89
Майданчик 2. Зведення фундаментів під колони сценічної частини під час 
реконструкції Державного театру опери та балету ім.Т.Г. Ш евченка у Києві. 
Складність виконання робіт полягала в тому, що фундаменти повинні були 
влаштовуватися в підвальних приміщеннях театру. Майданчик складений до 
глибини 4-6 м від підлоги підвалу просадними лісоподібними супісками та 
суглинками від м'якопластичних до тугопластичних. Підстилаються 
напівтвердими і твердими моренними глинами.
Порівнювалися два варіанти:
1. - буронабивні палі діаметром 468 мм у вигляді паль-стійок на глибину 16 м із 
заглибленням на 0,5 м у строкаті глини твердої консистенції. У зв'язку з 
неможливістю використання установок для буріння свердловин, повинні були 
застосувати ручне буріння з кріпленням обсадними трубами, що залишаються в 
ґрунті. Допускаєме навантаження на палю прийнято 75 кН. Усього необхідно 
виконати 72 палі. 2. - варіант вдавлювання секцій труб діаметром 168 мм 
(довжина секції 3 м) установкою занурення паль максимальним зусиллям 
вдавлювання до 640 кН (УБПС-640). Загальна довжина паль-12 м із 
заглибленням їх у глини твердої консистенції. З'єднання секцій паль 
здійснювали зварюванням по периметру з подальшим армуванням ствола. Перед 
улаштуванням паль була виготовлена залізобетонна плита-ростверк із 
наскрізними отворами для закладних деталей [10], що мають дві межі похилі, а 
дві - вертикальні.
Продуктивність вдавлювання паль установкою УБПС-640 склала 2 ...З палі 
довжиною 12-15 м за зміну. Всього на даному об'єкті вдавлено 64 палі на 
глибину 9, 10,12 та 15 м.
Критичне навантаження на палю склало 550...600 кН.
Вартість робіт з улаштування пальового фундаменту при реконструкції 
сценічної частини - 37 тис. ум.од, а економічний ефект від використання даного 
способу - 40 тис. ум од. в порівнянні з фундаментами з буронабивних паль.
90
М айданчик 3- Посилення фундаментів відділення хімводоочищення котельні 
Уманського підприємства електричних мереж у м. Умань Черкаської області.
У 1989 -  1990 p.p. інститутом ’’Укргідроспецбудпроект” проведено посилення 
фундаментів, викликане появою крену будівлі хімводоочищення, що перевищує 
допустимий.
Відділення хімводоочищення розташоване в триповерховій будівлі, що 
примикає безпосередньо до шестиповерхової будівлі котельної. Стіни 
прибудови цегляні, монолітні перекриття, в рівні кожного поверху є монолітні 
залізобетонні пояси. Фундаменти стрічкові на природній підставі шириною 
підошви 3,0...3,3 м по поздовжніх стінах і 2,0 по поперечних, з відносною 
відміткою підошви - 2,500 м. Безпосередньо під підошвою фундаментів 
залягають лісоподібні ґрунти.
Причиною аварійних деформацій стало систематичне замочування просадної 
товщі суглинків внаслідок витоків із систем водонесучих комунікацій та 
резервуарів.
Однією з вимог до процесу посилення, висунутим адміністрацією 
підприємства було проведення робіт без припинення експлуатації будівлі. Як 
остаточний варіант посилення прийнятий метод вдавлювання багатосекційних 
трубобетонних паль з підвалу (всередині будівлі) і по зовнішньому периметру 
будівлі за допомогою установки безударного занурення паль (УБПС-640). 
Вдавлювання виконувалося через отвори, влаштовані до початку занурення в 
стрічках існуючого фундаменту і спеціально підведені залізобетонні конструкції 
- балки (через відсутність доступу до нижнього ступеня фундаменту). Палі 
складалися з трубобетонних елементів діаметром 169 мм і довжиною 1000 мм, 
що зварюються в процесі вдавлювання по торцю.
Розрахункове навантаження, що допускається на палю, за проектом дорівнює 
250-300 кН. Зусилля вдавлювання наприкінці занурення палі (при досягненні 
проектної позначки) становило 458-466 кН.
91
Роботи з влаштування паль виконувались у наступному порядку: - уривка 
траншеї до верхнього обрізу стрічкового фундаменту по периметру будівлі;
- буріння робочих та технологічних отворів діаметром 160 мм, глибиною 700 мм 
у залізобетонній фундаментній стрічці;
- монтаж установки на першій точці вдавлювання;
- занурення елементів паль з виробництвом електрозварювальних робіт при 
стиковці трубобетонних елементів;
- переміщення установки на наступну точку втискання;
- будову розширень (пазух) над оголовком паль під фундаментною плитою;
- бетонування отворів.
Майданчик 4. Посилення фундаментів житлового будинку № 62 по вулиці 
Київській у місті Кременчук. Великопанельний п'ятиповерховий житловий 
будинок з поперечними несучими стінами зведений на пальових фундаментах 
(палі С7-30), що не прорізають товщу просадних лісових ґрунтів. Внаслідок 
замочування (із систем водонесучих комунікацій) ґрунтів у районі сходових 
клітин (у місцях сполучення стінових панелей) утворилися тріщини. З метою 
посилення основи були запроектовані палі, що вдавлюються, діаметром 219 мм і 
довжиною 16 м. Для сприйняття реактивних навантажень, що виникають при 
зануренні паль, під існуючий ростверк була підведена залізобетонна плита- 
ростверк 6,0x3,Ом висотою 600 мм у шаховому порядку, так, щоб після 
завершення посилення, навантаження від будівлі рівномірно перерозподілилося 
через елементи посилення на основу.
Роботи з посилення виконувались з підвалу будівлі без відселення мешканців.
За проектом несуча здатність паль дорівнює 380 кН. Зусилля вдавлювання 
наприкінці занурення палі склало 480.,.490 кН. З метою зменшення 
вдавлюючого зусилля, перед зануренням паль виконувалося лідерне буріння. 
Технологія виконання робіт:
- виїмка ґрунту з-під існуючого ростверку окремими захватками;
92
влаштування монолітної залізобетонної плити із закладкою 
пройомоутворювачів у місцях занурення паль та встановлення інвентарних 
анкерів;
- монтаж установки на першій точці вдавлювання;
- занурення елементів паль з виробництвом електрозварювальних робіт при 
стиковці трубобетонних елементів;
- переміщення установки на наступну точку вдавлювання;
- бетонування оголовків паль.
3.5. Технологія виконання робіт реконструкції при посиленні фундаментів 
методом вдавлювання паль
На підставі наявного досвіду можна рекомендувати наступну технологію 
виконання робіт при посиленні фундаментів методом вдавлювання 
багатосекційних паль (мал.3.7; 3.8):
1. Влаштування траншеї зовні і всередині (при необхідності) будівлі з 
кріпленням стін дерев'яними інвентарними щитами.
Відкопування траншеї до нижнього обрізу ростверку або подушки існуючого 
фундаменту (у разі використання його як завзятого елемента і при виробництві 
робіт по зовнішньому периметру будівлі) проводиться механізованим способом 
з доведенням до проектної позначки вручну. Риття траншей у підвальній частині 
здійснюється вручну з кріпленням стінок інвентарними щитами, які є опалубкою 
монолітних фундаментних балок (при передачі реактивного зусилля 
вдавлювання на балки).
Розміри траншеї вибираються з конкретних умов виробництва робіт, розмірів 
УБПС та з урахуванням розміщення робітників.
2. Буріння технологічних отворів у існуючому фундаменті (при посиленні через 
тіло фундаменту) або встановлення арматурних каркасів та пройомоутворювачів 
в опалубку (при бетонуванні балок або плити).
93
В опалубці збирають арматурні каркаси. Встановлюють і фіксують 
пройомоутворювачі в місцях розташування технологічних отворів (для 
вдавлювання паль та анкерування установки).
Укладання суміші при влаштуванні балок або плити проводиться з пошаровим 
ущільненням вібратором. Для бетонування застосовується бетонна суміш класу 
С 20, з крупністю щебеню 5 ... 10 мм, ОК= 8.. .  10 см.
Вдавлювання паль слід починати не раніше 28 діб після закінчення бетонування 
балок (плити).
3. Монтаж та анкерування установки УБПС на точці вдавлювання та підготовка 
до вдавлювання трубобетонних елементів.
Опорна реакція вдавлювання передається через спеціальні металеві анкери на 
конструкцію існуючого фундаменту, монолітну балку або плиту.
При підготовці трубчастих елементів лінія різу повинна бути перпендикулярна 
до поздовжньої осі елемента. Після бетонування елемента поверхні повинні бути 
заглажені і в торцях елемента не доходити до рівня краю труби на 5... 10 мм (для 
забезпечення якісного стикування секцій).
4. Занурення вдавлюванням пальових елементів з улаштуванням стикових 
з'єднань.
Занурення складових паль проводиться циклами до позначок, відповідних 
заданим, або до розрахункового навантаження вдавлювання. Навантаження 
вдавлювання контролюється манометром маслостанції. Максимальна величина 
занурення за один цикл дорівнює робочому ходу поршня гідроциліндра 
установки. Після кожного циклу занурення поршень повертається в початкове 
положення і процес повторюється доти, поки верхній торець пальового елемента 
не буде виступати над обрізом існуючого фундаменту (балкою або плитою) на
200...250 мм. Після чого проводиться стикування елементів паль ручним 
дуговим зварюванням.
Складовим елементам паль присвоюються порядкові номери з «1» до «п», 
починаючи з нижнього кінця палі.
94
5. Демонтаж установки. Установку демонтують і переміщують на наступну 
точку вдавлювання, після чого всі операції повторюють.
6. Розклинювання пальового елемента у тілі існуючого фундаменту, балки чи 
плити (мал.3.9).
7. Розбирання кріплень стінок котлованів, зворотне засипання з пошаровим 
ущільненням пневмотрамбуванням (висота шару 20 см).
Несуча здатність паль може бути проконтрольована випробуванням..
До початку проведення робіт з посилення необхідно провести комплексне 
обстеження конструкцій будівлі з визначенням ступеня їх пошкодження та 
виявлення найбільш небезпечних (деформованих) ділянок.
Роботи щодо посилення фундаментів будівель проводяться в послідовності, 
встановленій проектом, на підставі матеріалів інженерно-геологічних 
вишукувань; з урахуванням стану конструкцій будівлі; особливостей установки 
безударного занурення паль; конструкцій фундаментів; маси будівлі (з метою 
оцінки можливості передачі реактивного зусилля при вдавлюванні).
Технологія посилення фундаментів розробляється виходячи з характеристик 
пальовдавлювальних агрегатів (максимальне зусилля вдавлювання, габарити, 
маса), ґрунтових умов і способу сприйняття реактивного зусилля в процесі 
вдавлювання палі.
Упорним елементом можуть бути: існуючий фундамент, фундаментна балка, 
спеціально влаштовані залізобетонні елементи та інші конструктивні рішення 
(мал.3.10).
Вибір упорних елементів залежить від обмеженості умов виконання робіт, маси 
будівлі, конструктивних особливостей будівлі.
97
8-2
і,.:.:..... ....... і... .: 3*~3
\Руи~ 7
ууА і1
1 іШ  !
у
з . ..і / X 21,
Мал. 3.9. Вузли сполучення трубобетонних мікропаль, що вдавлюються, з плитою (балкою), 
а - фрагмент монолітної балки (плити); б, в - фрагмент існуючого фундаменту (ростверк, 
стрічковий дрібного закладення);
1 - монолітна балка, плита чи розширення існуючого фундаменту; 2 - отвір для пропуску 
секцій паль (після вдавлювання останньої секції заповнюється бетоном); 3 - оголовок палі; 4 -  
металевий пройомоутворювач; 5 - металева пластина 1 = 14...20 мм); 6 - сітка арматурна.
10
в!
V
іти 2-8
Ті г і/... 8 ] .... __с|
1 ^ . І /
і П" і:
і П 8 / М
і 8ч  і Iі;і
........ .....ІІ.1~. і!. ...........^~-------"Ч < !
...
8............. І Мі
-у4 ,3 М у
Мал. 3.10. Варіанти анкерування палевдавлювальних установок: 
а -  анкерні стрижні; б - пір'яний анкер (інвентарний);
1 -  балка, плита, існуючий фундамент; 2 - отвір для пропускання секцій паль; 3 - 
оголовок палі; 4 -  робоча арматура плити (балки); 5 -  анкерний стрижень; 6 -  рама 
установки; 7 -  гайка; 8 -  технологічні отвори для пропускання анкерів; 9 - пір'яний 
анкер (у робочому положенні поворот на 90°); 9(а) - пір'яний анкер у робочому 
положенні; 10 - опорні сталеві пластини; 11 - арматурний стрижень для фіксації 
пластин у проектному положенні.
98
Вибір раціональної технології посилення фундаментів та основ будівель та 
споруд у обмежених умовах виконання робіт.
Призначення методу посилення фундаменту існуючої будівлі вимагає 
врахування багатьох факторів: стану конструкцій будинку, умов виконання 
робіт з посилення, ґрунтових умов, можливостей будівельної організації 
(наявність машин та обладнання тощо), а також пов'язане з вирішенням 
складних завдань з обґрунтування техніко-економічно ефективного варіанту 
посилення.
З метою забезпечення раціонального вибору варіанта посилення 
фундаментів існуючих будівель розроблено алгоритм вирішення завдань, в 
основу якого було покладено принцип мінімальних питомих вартісних витрат. 
Вибір та порівняння альтернативних варіантів фундаментів проводиться 
виходячи з таких основних положень:
1. Комплексний облік соціально-екологічних чинників, ґрунтових умов, умов 
виконання робіт, характеристик використання машин та механізмів, обладнання 
та технології посилення фундаментів.
2. Використання для інформаційного забезпечення САПР системи нормативних 
документів (ДБН, ДСТУ), а також спеціальних каталогів на відповідні 
конструкції, вироби та обладнання.
3. Здійснення вибору (раціонального) варіанта посилення на основі техніко- 
економічних показників (загальна вартість) робіт, питомі вартості витрат, 
трудовитрати з пріоритетом у необхідних випадках одному з цих показників з 
урахуванням особливостей об'єкта та можливостей будівельної організації.
Вибір варіанта посилення фундаментів можна реалізувати комплексом програм. 
Робота проводиться у діалоговому режимі. По кожному виду посилення при 
машинній обробці фіксується і аналізується ряд параметрів, що описують 
обсяги, умови виконання робіт і ґрунтові умови.
Визначення варіанта посилення фундаментів проводиться за наступним 
алгоритмом (мал.3.11): стан несучих конструкцій будівлі - чотири варіанти 
посилення - вартість робіт - працезатрати - вибір кращої технології за 
найкращими техніко-економічними показниками.
99
1. В в е з е н н я  парам етрі» , що о п и сую  і ь фіч Ш Ш Е Й И И Ш Я И Ш Ш В Ш Е З ^ В И И И І  
Є КІН} Оу ІІК.Й І ІІОЮ ПееуЧІІХ К(
^ Ш.. і ............... і... і........... . ..
Ш Н Н Н І
2. 1 Іабіп можзиіиі.х кн п іа іп ік  п о с іи с ж ія
. .. І................................................ 1.......
\
м — ^ ^ — і
ж
ф
І Н Н № — | -  — —|
1і
^ ^ а ^ ^ ^ ^ м З і В В і а Н ^ І ^ а з ^ ^ І ^ і з
*
  І   І .
111  : 1
Мал. 3.11. Алгоритм вибору оптимального варіанта посилення фундаментів 
будівель в обмежених умовах виконання робіт
100
Висновки за розділом З
1. В результаті проведених чисельних розрахунків встановлено закономірності 
процесу формування несучої здатності вдавлених паль. Погодження чисельних 
результатів з експериментальними даними (розбіжність за графіком 
"навантаження - осідання" яке вбирається у 10... 12 %) підтвердило достовірність 
чисельних розрахунків.
2. Досліджено характер розвитку зсувних деформацій, що виникають при 
зануренні вдавлюваної палі.
3 . Зафіксовано, що внаслідок розміцнення ґрунту у смузі локалізації деформацій 
відбувається падіння відсічі ґрунту та утворення так званої "спадаючої гілки" 
графіка "навантаження - осідання".
4. Численні розрахунки показали, що опір ґрунту по бічній поверхні вдавленої 
палі при статичних випробуваннях розподіляється плавно. При цьому різниця 
між максимальним і мінімальним значеннями граничних опорів не перевищує 
20%.
5. Уточнено методику розрахунку фундаментів з багатосекційних вдавлених 
паль, яка забезпечить вибір раціональних розмірів паль при посиленні 
фундаментів.
6. Проаналізовано використання побудованого алгоритму вибору оптимального 
варіанта посилення фундаментів будівель в обмежених умовах виробництва 
робіт.
7. Контроль несучої здатності палі в процесі занурення на будь-якій ступені 
застосування навантаження дозволяє скоротити або виключити статичні 
випробування.
8. Технологія використовувалася при посиленні фундаментів станції 
хімводоочищення Уманської ПЕС Черкаської області, при реконструкції 
фундаментів житлового будинку по вул. Гоголя міста Кустаная республіки 
Казахстан, при посиленні фундаментів житлового будинку № 52 на вул. 
Київській міста Кременчук Полтавської області.
ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
