Буровые столбы в опорах мостов и путепроводов.

Термины и определения.

Свая-столб или буровой столб (б.с.) — элемент с размером поперечного сечения (диаметром) 0,8м и более, сооружаемый путем устройства в грунте скважины с последующим заполнением ее бетоном.

F_d — несущая способность столба по грунту, тс; R- расчетное сопротивление грунта по подошве столба, тс/м²

F_d= RxA где А - площадь поперечного сечения б.с.,м²

При заделке б.с, не менее, чем на 0,5 м в невыветрелый скальный грунт

, где R_nc - предел прочности на сжатие образца скального грунта на сжатие в водонасыщенном состоянии, тс/м² (кгс/см²); 1,4 - коэффициент надежности по грунту - кг (см пункт условия применения б.с.); l_d - длина заделки б.с. в скальном грунте; d - диаметр заделки - диаметр б.с., м.
Из формулы следует, что с увеличением заделки б.с. увеличивается R и можно увеличить расчетную нагрузку на
б.с. — N, тс.

, где k - коэффициент надежности фундамента, может иметь значения от 1,25 до 1,75, в общем случае для предварительных, оценочных расчетов можно принять к = 1,4. G — вес бурового столба, тс.
Площадь сечения и погонный вес б.с.

ø1,2 А = 1,13м2	ø1,5 А==1,77м2	ø2,0 А=3,14м2
g = 2,8тc/м	g = 4,4тс/м	g=7,85тс/м

Бетон б.с. принимают М300 (В22,5) и М350 (В27,5). При расчете б.с. по прочности материала расчетное сопротивление бетона, уложенного подводным способом с инвентарными обсадными трубами, принимают с понижающим коэффициентом 0,8. Напряжение в бетоне б.с., как правило, не более 70 - 80 кгс/см² (700 - 800 тс/м), следовательно, минимальная вертикальная нагрузка на б.с. по использованию свойств материала должна быть не более N₆ = 700xA (тс), или 800 тс на б.с. ø 1,2м и более 1200 тс на б.с. ø 1,5м.

На практике имеет место нагрузка на б.с. ø 1,2м - 500 - 800 тс, на б.с. ø 1,5м - 800 -1200 тс.

Приняв среднюю нагрузку на на б.с. ø 1,5м (вместе с собственным весом) N_с = 1000 тс определимся с предельной несущей способностью скального грунта R_пc, с тем насколько большой прочности должен быть грунт под эту нагрузи, при заделке в него на 0,5 м.

,

Если по геологическим изысканиям скальный грунт менее прочный, например 400 тс/м², увеличим заделку до 2-х метров, тогда:

,

и расчетная нагрузка на б.с. за минусом собственного веса: N = N_с - 4,4L, где L - длина 6.с., м; 4,4 тс/м - погонный вес 6.с.. Нагрузку на б.с. - N можно увеличить на 10%, при определении несущей способности б.с. по результатам штамповых испытаний грунта, тогда коэффициент надежности принимается равным 1,25 вместо 1,4. При опирании б.с. на сжимаемые грунты, включая пески средней плотности и полутвердые глины, а также на малосжимаемые, включая плотные крупнообломочные грунты и твердые глины, несущую способность б.с. по фунту - F_d определяют как для висячих свай, учитывай передачу нагрузки нижним концом и боковой поверхностью при меньшем (к = 0,6-0,7), чем у забивной сваи расчетным сопротивлением по боковой поверхности.

Условия применения б.с.

При рассмотрении целесообразности б.с. следует учитывать то, что по площади сечения б.с. ø1,5 м составляет 14,4 сваи, а ø1,2 м - 9,2 сваи сечением 35x35 см, каждая из которых может нести нагрузку от 60 до 100 тс, следовательно, в общем случае, с учетом указания п.7.3 СНиП 2.02.03 - 85, буровой столб должен нести сопоставимую, по числу заменяемых свай, нагрузку. Хотя устройство б.с. является более сложной и дорогостоящей технологией, чем забивка свай, есть много случаев, когда приходится выбирать вес же б.с., а именно: когда по технологическим условиям забить сваи весьма затруднительно или невозможно; при глубине забивки более 15 - 18 м и больших глубинах воды; когда нельзя или нецелесообразно развивать свайный ростверк по условиям подземных коммуникаций, иди при большой несущей способности б.с. по грунту; когда недопустимо динамическое воздействие от забивки свай на здания и сооружения, или недопустим шум свайного молота на месте работ.

Определения ослабленных скальных грунтов, используемых для опирания б.с.

Выветривание - ослабление скального грунта под воздействием физических и химических природных процессов на поверхности и в толще земли. Коэффициент выветривания К_в - отношение плотности выветрелого грунта к плотности монолитного грунта. Невыветрелый скальный грунт К_в=1, коэффициент надежности по грунту К_г= 1,4.

Слабовыветрелый скальный грунт 1 > К_в > 0,9 коэффициент надежности по грунту К_г=1,4/0,6=2,35.

Выветрелый скальный грунт 0,9 > К_в > 0,8 включительно, коэффициент надежности по грунту К_г= 1,4/0,3=4,7.

0,6*;0,3* - смотри приложение №24 СНиП 2.05.03-84.

Машины для устройства б.с.

Парк буровых машин (Б.М.) Мостотреста 2000 г. состоит из современных Б.М. вращательного и ударного действия. В территориальных фирмах завершают свою работу отечественные и импортные (30ТНС, 30ТНД) машины выпуска 70-х, начала 80-х годов.

В настоящее время в Мостотресте работают восемь высокопроизводительных Б.М. специального назначения фирмы «Бауэр» на базе гусеничных экскаваторов и кранов фирмы «Либхер» и фирмы «Зенебоген», машины 50ТНС фирмы «Като» на спец. гусеничном ходу с гидроприводом; универсальные машины фирмы «Юнттан» РМ - 25 и РМ - 26, которые могут производить забивку свай мощными гидравлическими молотами и производить вращательное бурение скважин диаметром 1,2 м и 1,5м; 120 т гусеничный кран фирмы «Либхер» НС-883 с оборудованием ударного действия и механизмом погружения обсадных труб фирмы «Леффер» может работать как мощная буровая машина, в таблице на стр 45 приведены, как начало отсчета, технические данные Б.М. - БМ-4001 выпуска 1987 г на базе 2,5 кубового Воронежского гидравлического экскаватора ЭО - 6123.

Термины и определения Б.М.

мачта - направляющая и силовая конструкция Б.М. высотой Н от земли, по которой перемещается вращатель. вращатель - гидравлическое обустройство, вращающее буровую штангу, передающее напор (давление) на забой и отрыв от забоя на подъеме. Для Б.М. фирмы «Бауэр» величина крутящего момента вращателя в том соответствует индексу машины: БГ-14, БГ - 25 (14,25 тсм) буровая штанга - (штанга Келли) трубчатая телескопическая конструкция расчетной длиной - A в сложенном виде и длиной - В с полностью выдвинутыми секциями.

Обозначается дробью, например, 3/30 - в числителе число секций, в знаменателе расчетная глубина бурения, м.

рабочий орган - буровой инструмент, присоединяемый к б.штанге или канату.

Сменные рабочие органы Б.М.:

Ковшевой бур для бурения сухих и обводненных нескальных и уборки разрыхленных скальных грунтов. Объем ковша бура от 0,8 до 1,2 м³.

Шнековый буp для бурения связанных (глинистых) грунтов и рыхления полускальных.

Колонковый бур для проходки кольцевых прорезей (с отрывом и без отрыва керна) в полускальных, малой и средней прочности скальных грунтах.

Тяжелый ударный грейфер (одно- или двухканатный) масса 3 - 8 тн, обьем 0,5-0,8м³.

Долото ударное крестовое с зубьями или прямыми резцами, масса 3 - 8 тн.

Адаптер (дретеллер) - переходник для вкручивания, задавливания в скважину (и извлечения) обсадных труб вращателем бурового органа при небольшой глубине и небольших сопротивлениях обсадки.

Буровой стол (б.ст.) - механизм для погружения и подъема обсадных труб путем их качания на угол 15-25° с одновременным задавливанием или извлечением осевым усилием. В индексах Б.ст. БВ1500, БВ2000, ВРМ-2000 цифры обозначают максимальный диаметр обсадной трубы в мм, которую можно погружать этим столом, имеющим соответствующий крутящий момент - М_кр, осевое усилие - N и усилие зажима трубы - 3.

Инвентарные обсадные трубы - для закрепления стен скважины, состоят из стыкуемых резьбовыми конусными пробками промежуточных секций длиной от 2 до 6 м и ножевой с режущей коронкой и зубьями, соответствующими прочности проходимого грунта.

Производитель обсадных труб	Ж, мм	Мкр, тсм	N, тс	3, тс
Люберецкий завод
фирма "Леффер"
фирма "Леффер"

Во избежание выхода из строя стыковых соединений, нагрузки на обсадные трубы не должны превышать предельные значения, указанные в таблице (путем установки предохранительных клапанов Б.ст. на меньшее рабочее давление). В зависимости от высоты мачты Н буровые машины вращательного бурения комплектуются буровыми штангами такой длины, которая позволяет после присоединения рабочего органа завести его в скважину. Расчетную длину буровой штанги находят: А = Н-1,7-2,0-ΔН, где 1,7 м - высота бурового органа

2,0 м - высота от верха мачты до торца буровой штанги вверхнем положении («Бауэр»).

ΔН = 0,5 м - при проходке скважины без бурового стола или без обсадных труб.

ΔН =1,5 м - при наличии бурового стола и продолжении проходки без обсадки.

 

ΔН = 5,5- 6,0м - при бурении с наращиванием - погружением обсадных труб с помощью бурового стола. Для оптимального соответствия глубине и условиям бурения буровую машину оснащают двумя - тремя штангами разной длины А и разным числом секций, отвечающих по прочности крутящему моменту вращателя (при одинаковом числе секций и одинаковой длине буровые штанги машины БГ-Зб на 35% тяжелее штанги БГ-25 с менее мощным вращателем).

Вылет а, м	L = 17	L = 26	L = 35	L = 47
Р	Н	Р	Н	Р	Н	Р	Н
	100,9	15,5	-	-	-	-	-	-
		15,2	74,8	24,5	-	-	-	-
	59,1		58,9	24,3	57,8	33,6	-	-
	41,1	14,3	40,8		40,5	33,2	33,4	45,3
	35,5	13,7	35,2	23,6	34,9		32,4	45,2
	27,7	12,2	27,3	22,7		32,4	26,4	44,8
	22,4	10,3	22,1	21,8	21,8	31,7	21,1	44,2
	18,8		18,4	20,5	18,1	30,8	17,4	43,8
			15,6		15,3	29,9	14,6
	-	-	13,4		13,1	28,7	12,4
	-	-	10,3		10,0	25,8	9,3

При бурении скважин глубиной до 70 м в обсадных трубах ø2м машина НС-883 работает с бур. столом УНМ-3000 для труб ø до 3,0 м, со следующими характеристиками: момент качания 835 тсм и сила подъема - 725 тс при давлении 310 МПа, сила погружения до 50 тс, угол качания - 21", масса - 52 т, габариты 9,2 х 4,6 х 2,7 м; комплект усиленных труб ø 2,0 м фирмы Леффер.