Шпальный распределитель (ШР) является современной разновидностью гати или лежней, применяемых с древних времен в качестве искусственных оснований фундаментов зданий и сооружений, возводимых на слабых, прежде всего водонасыщенных, грунтах.
ШР применяется для горизонтального армирования сжимаемой зоны грунтовых оснований ленточных, отдельно стоящих и плитных фундаментов строящихся, реконструируемых и аварийных зданий и сооружений жесткими протяженными элементами – шпалами.
В качестве шпал применяются протяженные (длиной до 40 м) монолитные и сборные железобетонные элементы различного по форме сечения, а так же жестко соединенные между собой секции из бесшовных стальных труб диаметром от 150 до 320 мм (для особых условий – 420 мм), заполненные бетонной смесью, и т.п.
Назначение шпального распределителя:
- повышение несущей способности грунтов сжимаемой зоны основания фундаментов;
- распределение напряжений на прилегающие к сжимаемой зоне грунты между фундаментного пространства;
- обеспечение единой пространственной работы системы «основание — фундамент» здания в целом.
В плане фундаментов здания ШР выполняется по определенной конструктивной схеме, выбор которой зависит от технического состояния здания, грунтовых условий, стесненности прилегающей территории для производства работ.
Технология устройства ШР при новом строительстве
При новом строительстве ШР представляет собой искусственное основание под ленточные, отдельностоящие или плитные фундаменты, состоящее из горизонтально расположенных по определенной конструктивной схеме жестких протяженных элементов (шпал).
Конструктивные схемы устройства ШР в плане основания фундаментов:
а) продольная
б) поперечная
в) диагональная
Конструкция искусственного основания из ШР включает:
- жесткие протяженные элементы (шпалы),
- подстилающий слой (если шпалы располагаются выше отметки дна котлована)
- буферный (распределительного) слой
Основные параметры конструкции ШР:
1 – фундамент,
2 – шпала,
3 – буферный слой,
4 – подстилающий слой;
h – толщина буферного слоя,
c – толщина подстилающего слоя,
а – высота сечения шпалы,
d – ширина подошвы сечения шпалы,
L – длина шпалы,
b – расстояние между шпалами,
Н1 – глубина заложения подошвы фундаментов,
Н – глубина котлована.
В качестве шпал могут применяться
- сборные железобетонные изделия (Способ устройства основания фундаментов сооружений с горизонтальным армированием сборными железобетонными элементами)
- монолитные железобетонные изделия, изготовляемые непосредственно на строительной площадке (Способ устройства основания фундаментов сооружений с горизонтальным армированием монолитными железобетонными элементами).
Шпалы не имеют жесткой связи с фундаментом и разделены с ним буферным (распределительным) слоем из песка не менее средней крупности или щебня твердых пород (допускается применять литой шлаковый щебень ОАО НЛМК) фракции 10-40 мм.
| А | Б |
 |  |
Конструктивная схема устройства ШР в основании ленточных фундаментов из:
а) сборных железобетонных шпал;
б) монолитных железобетонных шпал;
1 — фундамент;
2 — буферный слой;
3 — шпала.
Поперечные сечения шпал, расположенных:
а) на отметке дна котлована,
б) ниже отметки дна котлована.
1 – шпала,
2 – отметка дна котлована,
3 – буферный слой,
4 – отметка заложения подошвы фундамента,
5 – подстилающий слой,
6 – заполнение трубы бетоном.
Проведенные исследования и накопленный опыт применения ШР показывают, что он занимает промежуточное место между монолитной плитой и ленточным фундаментом, обладая их положительными свойствами.
Основные преимущества ШР:
- перераспределяет по площади основания напряжения, возникающие в грунтах от передаваемых на них нагрузок;
- значительно, в несколько раз, снижает глубину сжимаемой зоны основания;
- устраняет неравномерное развитие краевых зон предельного состояния грунта в основании плитных фундаментов, влияющих на крен зданий;
- не имеет жесткой связи с фундаментом и, поэтому, создает условия равномерной работы искусственного основания в плане подошвы ленточных фундаментов здания в целом.
По сравнению с забивными висячими сваями применение ШР исключает динамическое (вибрационное) воздействие на близко расположенные здания и сооружения; не оказывает влияния на изменение гидрологических условий на застраиваемой территории; снижает материальные и энергетические затраты в 2,5-4 раза; сокращает сроки устройства основания в 1,2 – 1,8 раз.
Технология устройства ШР при реконструкции и восстановлении надежности зданий и сооружений
Усиление оснований фундаментов реконструируемых объектов, а также восстановление эксплуатационной надежности системы «основание – фундамент» аварийных зданий ШР осуществляется способом горизонтального продавливания шпал в сжимаемую зону основания (Способ усиления основания фундаментов аварийных и реконструируемых зданий).
Схема горизонтального продавливания в сжимаемую зону основания фундаментов:
1 – фундамент;
2 – шпала;
3 – уплотненная зона около шпального пространства;
4 – продавливающая установка.
Продавливание шпал осуществляется по определенной конструктивной схеме в зависимости от поставленной задачи (повышение несущей способности основания, устранение крена, исключение влияния неравномерных осадок и др.).
Конструктивные схемы расположения ШР в плане фундаментов здания:
а) поперечная;
б) продольная;
в) лучевая;
г) комбинированная;
д) диагональная.
В качестве шпал применяются жестко соединенные между собой секции из бесшовных стальных труб диаметром от 150 до 420 мм, заполненные бетонной смесью.
Заполнение бетонной смесью осуществляют после продавливания шпалы на проектную длину, либо каждую секцию шпал заполняют бетоном до продавливания.
Длина секций назначается в зависимости от: рабочего хода гидродомкратов и габаритных размеров продавливающей установки (ПУ); стесненности площадки по условиям производства работ, в т.ч. из-за наличия подземных коммуникаций; ширины котлована для производства работ. Общая длина шпал составляет до 40 м.
К достоинствам способа усиления оснований фундаментов ШР следует отнести то, что шпальный распределитель:
- формирует в основании фундаментов горизонтальный пространственный диск, усиливающий систему «основание – фундаменты» здания в целом
- устраняет или стабилизирует крен здания
- не оказывает влияния на близко расположенные здания и изменение гидрогеологических условий территории
- позволяет выполнять усиление системы «основание – фундамент» и реконструкцию зданий без отселения жильцов
- повышает несущую способность системы «основание – фундамент» в 1,8 – 3,3 раза.
Установки для устройства шпального распределителя (ШР)
С целью усиления сжимаемой зоны основания фундаментов реконструируемых и аварийных зданий осуществляется бестраншейная прокладка шпал — продавливание без разработки грунта (прокол).
Для продавливания шпал диаметром до 320мм длиной до 40м применяется специализированная установка УПШ-1.