Механические способы бурения

Технологический процесс механического бурения складывается из операций по разрушению породы, подаче ее на поверхность, обеспечению устойчивости стенок буровых выработок и вспомогательных операций. Грунт в забое разрушают резанием, истиранием, ударами, сколом и комбинированным воздействием (например, истиранием и ударом).

Измельченный грунт транспортируют на поверхность двумя методами: гидравлическим, при котором грунт удаляют путем вымывания его водой, направляемой в выработку под давлением, и сухим, когда измельченный грунт удаляют сжатым воздухом или винтовым конвейером.

Механическое бурение ведут тремя основными способами: вращательным, ударным и вибрационным.

При вращательном способе бурения грунт забоя разрушают вращением бурового инструмента, при ударном способе — нанося удары по грунту буровым снарядом, при вибрационном — воздействием колебаний высокой частоты (до 2500 колебаний в 1 мин). В некоторых случаях для получения наибольшей эффективности при бурении пользуются комбинированными способами — ударно-вращательным или вибровращательным.

Механическое бурение выполняют буровыми станками и машинами. Ручное бурение ведут при незначительных объемах работ, в мягких грунтах с глубиной бурения не более 5 м.

Вращательный способ бурения характеризуется высокой производительностью (в 3...5 раз превышающей производительность ударного бурения), более низкой стоимостью буровых работ, возможностью бурения вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин. При вращательном способе бурения порода забоя истирается, ее режут или скалывают буровым инструментом, жестко закрепленным на нижнем конце вращающейся штанги.

 

Разборно-переставная деревянная опалубка.

Состоит из готовых элементов (щитов, коробов), снимаемых с форму­емых изделий после достижения бетоном прочности, при которой допускается распалубливание. Разборно-переставную опалубку применяют для основных видов бетонных и железобетонных работ. Выполняют ее в виде мелких или крупнопанельных щитов и унифицированных инвентарных щитов. Мелкие щиты изготовляют из досок толщиной 25-32 мм, иногда из досок толщиной 19 мм. Доски скрепля­ют планками посредством гвоздей.

Деревянную опалубку прямоугольных и ступенчатых фундаментов под колонны (рис. 3) собирают из щитов 2 типов - накрывных (боковых) и закладных (торцовых). Щиты изнутри фиксируют в проектном положении распор­кой и проволочной стяжкой, а снаружи - кольями, забитыми в грунт. Опалубку фундаментов под колонны устанавливают следующим образом. Разбивают геодезические оси колонн и натягивают проволоку. Над коробом временно навеши­вают отфугованные рейки и по ним находят ось колонны. При установке опалубки для прямоугольного фундамента положение короба определяют с помощью отвесов, опу­щенных с проволочных осей. Шнуры отвесов должны ка­саться отфугованных реек. После установки и выверки ко­роба в проектном положении и закрепления его кольями, забитыми в грунт, временные рейки снимают.

Опалубку колонн устанавливают следующим образом. Вначале на фундаменте (подколеннике) размечают оси ко­лонн. В процессе бетонирования в фундаменты были за­ложены деревянные пробки.

После разметки осей колонн на фундамент кладут рам­ку таким образом, чтобы ее оси совпали с осями колонны, прочерченными на фундаменте, и закрепляют гвоздями за деревянные пробки. Затем подносят щиты и приступают к сборке короба, устанавливая его в рамку.

Далее проверяют внутренние размеры, совпадение осей арматуры колонны с осями опалубки, вертикальность опа­лубки. Собранные короба, установленные в рамки, в про­ектном положении при высоте колонн до 6 м закрепляют расшивками. После раскрепления колонны ее основание очищают от мусора и промывают через дверку.

 

Трамбованные сваи

В целях улучшения качества бетонных свай и ускорения процесса их изготовления набивку обсадной трубы бетоном делают с помощью механического трамбования. В этом случае сваи носят название частотрамбованных или вибросвай.
В частотрамбованных сваях забивают обсадную трубу с башмаком для уплотнения грунта вокруг сваи. Стык между концом обсадной трубы и башмаком должен быть водонепроницаемым, для чего на уступ башмака укладывается в три полных оборота просмоленный канат диаметром не менее 12 мм. Загрузка бетона происходит сразу на 0,6 длины сваи, но объем бетона каждой порции не должен превышать 1 куб. м. В случае наличия воды в скважине производится ее откачка. Если применяется автоматическое трамбование бетона с помощью молота, то оно должно быть совмещено с извлечением трубы на всю ее высоту, причем автоматическое перераспределение ударов молота регулируется таким образом, чтобы при ударе, направленном вверх по серьгам, труба извлекалась бы из грунта на 4—5 см. Вследствие этого бетонная смесь выходит из трубы в скважину и ударами молота, направленными вниз по трубе, осаживается на 2—3 см, в результате чего бетон уплотняется. Число ударов молота должно быть не менее 70—80 в минуту.
Уплотненная зона около частотрамбованной сваи увеличивает ее несущую способность.
Частотрамбованные сваи рекомендуется применять в случае стесненной территории строительной площадки и если по расчету сваи не требуется армирования.

 

Технология раскатки скважин

Отличие отечественной техники и технологии от зарубежных аналогов состоит в том, что в качестве инструмента для проходки скважин под коммуникации применяются раскатчики, а не буровой инструмент. Раскатчики не извлекают грунт из скважины, а уплотняют (раздвигают) его в радиальном направлении. В результате отпадает необходимость применения бентонитового раствора для укрепления стенок скважины и выноса грунта на поверхность, следовательно, не нужно дополнительное дорогостоящее оборудование для приготовления бентонитового раствора и его подачи в забой. Кроме того, по сравнению с буровым инструментом раскатчик обеспечивает высокую несущую способность стенок скважины за счёт образования вокруг неё уплотнённой зоны грунта, что позволяет исключить просадку грунта над и под коммуникациями, благодаря этому повышается срок их службы.

Раскатчики скважин могут найти широкое применение не только для бестраншейной прокладки и ремонта коммуникаций (реновации), а также: сооружения «стены в грунте»; устройства набивных свай; устройства скважин для анкерных креплений; возведения столбчатых фундаментов; сооружения экранов в скважинах для захоронения радиоактивных отходов; образования скважин для погружения в них железобетонных свай; уплотнения слабых водонасыщенных грунтов; формирования профильных скважин; других технологиях, где есть повышенные требования к устойчивости скважины. На наш взгляд наиболее широкое применение раскатчики скважин могут найти при устройстве набивных свай для подготовки основания фундаментов промышленных и гражданских зданий и сооружений. Практика показывает, что набивные сваи, изготовленные с применением раскатчиков скважин, имеют значительно большую несущую способность по сравнению с набивными сваями, изготовленными в пробуренных скважинах - за счёт образования уплотнённой зоны грунта вокруг сваи. Набивные сваи в раскатанных скважинах имеют большее преимущество также и перед забивными сваями. Технология изготовления набивных свай с применением раскатчиков скважин позволяет изготавливать сваи практически любого диаметра на любую глубину и любого профиля (с уширенной пятой, с винтовой нарезкой и пр.).   51. Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами В промышленном и гражданском строительстве применяют экскаваторы с ковшом вместимостью от 0,15 до 4 м3. При выполнении больших объемов земляных работ на гидротехническом строительстве применяются более мощные экскаваторы с вместимостью ковша до 16 м3 и более. Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами ведется проходками. Число проходок, забоев и их параметры предусматриваются в проектах и технологических картах производства земляных работ для каждого конкретного объекта в соответствии с параметрами земляных сооружений (по рабочим чертежам) с оптимальными рабочими размерами оборудования экскаваторов. Одноковшовые экскаваторы относятся к машинам цикличного действия. Время рабочего цикла определяется суммой отдельных операций: продолжительность заполнения ковша, поворот на выгрузку, разгрузку и поворот в забой. Наименьшие затраты времени на выполнение рабочего цикла обеспечиваются при следующих условиях:ширина проходок (забоев) принимается с таким расчетом, чтобы обеспечить работу экскаватора со средним поворотом не более 70 градусов; глубина (высота) забоев должна быть не меньше длины стружки грунта, необходимой для заполнения ковша с шапкой за один прием копания; длина проходок принимается с учетом возможно меньшего числа вводов и выводов экскаватора в забой и из забоя. Забоем называется рабочая зона экскаватора. К этой зоне относится площадка, где размещается экскаватор, часть поверхности разрабатываемого массива и место установки транспортных средств или площадка для укладки разрабатываемого грунта. Геометрические размеры и форма забоя зависят от оборудования экскаватора и его параметров, размеров выемки, видов транспорта и принятой схемы разработки грунта. По мере разработки грунта в забое экскаватор перемещается, отработанные участки называются проходками. По направлению движения экскаватора относительно продольной оси выемки различают продольный (с лобовым или торцовым забоем) и поперечный (боковой) способы разработки. Продольный способ состоит в разработке выемки проходками, направление которых выбирается по наибольшей стороне выемки. Экскаваторы отрывают котлованы и траншеи на глубину, несколько меньшую проектной, оставляя так называемый недобор. Недобор оставляют, чтобы избежать повреждения основания и не допускать переборов грунта, он составляет обычно 5-10 см. Для повышения эффективности работы экскаватора применяют скребковый нож, насаженный на ковш. Это приспособление позволяет механизировать операции по зачистке дна котлованов и траншей и вести их с погрешностью не более плюс-минус 2 см, что исключает необходимость ручных доработок. Экскаватор, оборудованный обратной лопатой, применяется при разработке грунта ниже уровня стоянки и наиболее часто используется при рытье траншей для укладки подземных коммуникаций и небольших котлованов под фундаменты и другие сооружения. При работе с обратной лопатой также применяют торцовый или боковой забой.     52. Классификация бурения по характеру образования буровых выработок и по характеру разрушения горных пород Классификация способов Б. По характеру разрушения породы, применяемые способы Б. делятся на: механические — буровой инструмент непосредственно воздействует на горную породу, разрушая её, и немеханические — разрушение происходит без непосредственного контакта с породой источника воздействия на неё (термическое, взрывное и др.). Механические способы Б. подразделяют на вращательные и ударные (а также вращательно-ударные и ударно-вращательные). При вращательном бурении порода разрушается за счёт вращения прижатого к забою инструмента. В зависимости от прочности породы при вращательном Б. применяют буровой породоразрушающий инструмент режущего типа (см. Долото буровое и Коронка буровая); алмазный буровой инструмент; дробовые коронки, разрушающие породу при помощи дроби (см. Дробовое бурение). Бурение классифицируется по характеру образования буровых выработок. Оно может осуществляться сплошным забоем и колонковое. В первом случае всю породу в скважине сначала разрушают и удаляют в разрушенном виде. При колонковом бурении разрушение породы происходит лишь по кольцевой поверхности забоя, а внутреннюю часть породы в виде цилиндра (керна) извлекают из скважины целиком. Колонковое бурение обычно применяется в разведывательных целях, так как оно позволяет исследовать породу ненарушенной структуры.   53. Транспортирование бетонных смесей В общем виде транспортный процесс включает прием смеси из раздаточного бункера бетоносмесительной установки, доставку (перемещение) ее различными транспортными средствами к объекту бетонирования, последующую подачу смеси к месту укладки или же перегрузку ее на другие транспортные средства или приспособления, доставляющие смесь в блок бетонирования. Блоком бетонирования называют подготовленную к укладке бетона конструкцию или ее часть с установленной опалубкой и смонтированной арматурой. На практике процесс доставки бетонной смеси в блок бетонирования осуществляют по двум схемам: от места приготовления до места разгрузки непосредственно в блок бетонирования; от места приготовления до места разгрузки у бетонируемого объекта и последующей подачи в блок бетонирования. Эта схема предусматривает промежуточную перегрузку бетонной смеси. Автомобильные перевозки бетонной смеси осуществляют в самосвалах, автобетоновозах, автобетоносмесителях, а также контейнерах или бадьях, устанавливаемых в кузова бортовых автомобилей.Объем перевозок бетонной смеси в автосамосвалах достигает 80%. Кузова автосамосвалов мало приспособлены для этих целей. В результате 1...2% смеси теряется в пути (выплескивается при движении по плохим дорогам и при спуске в котлованы, вытекает в щели заднего борта). При разгрузке кузова приходится очищать вручную, бетонная смесь в самосвалах расслаивается, летом она теряет воду, а зимой быстро охлаждается. Для транспортирования бетонной смеси в городских условиях, а также на большие расстояния (до 70 км) особенно целесообразно применять автобетоносмесители. В смесительный барабан на бетонном заводе загружают сухую бетонную смесь, а воду подают перед прибытием на объет (или непосредственно на объекте). Готовую смесь выгружают путем вращения смесительного барабана в обратную сторону. Наличие откидного выгрузочного лотка позволяет производить порционную разгрузку, а также подавать смесь непосредственно в конструкцию. Применение автобетоносмесителей позволяет существенно увеличить допустимые расстояния перевозки бетонных смесей без снижения их качества Транспортирование бетонной смеси автотранспортом в контейнерах (или бадьях) применяют редко ввиду недоиспользования на 20... 30% грузоподъемности транспортных средств и необходимости создания большого оборотного парка контейнеров, что снижает экономическую эффективность этого метода. Стоимость перевозки бетонной смеси в автобетоновозах и автобетоносмесителях на 10... 15% ниже, чем в автосамосвалах, и поэтому они должны найти преимущественное применение в современном строительстве.

 

Катучая опалубка

Катучая — горизонтально перемещаемая опалубка периоди­чески передвигается в горизонтальном направлении по мере приобретения бетоном достаточной прочности. Ее применяют для бетонирования линейно протяженных сооружений, возво­димых открытым способом, имеющих постоянное поперечное сечение и типовые повторяющиеся элементы ячейки: подпорные стенки, туннели и коллекторы для подземных сооружений и коммуникаций. В зависимости от типа и объемно-планиро­вочного решения сооружения катучая опалубка может иметь свои технологические особенности, но в целом основное кон­структивное решение не меняется.

Главный смысл данной опалубки заключается в непрерыв­ности бетонирования (допустимы незначительные перерывы). Возможны два варианта технологии: непрерывное скольжение опалубочных щитов по поверхности возводимой конструкции и последовательная перестановка щитов с предварительным их отрывом от бетона на предыдущей захватке.

Современные типы опалубок позволяют перемещать опалу­бочные щиты вдоль оси бетонируемой конструкции, подни­мать их по вертикали для поярусного бетонирования, регули­ровать уклон бетонируемых поверхностей.

Катучая опалубка для бетонирования линейно-протяженно­го сооружения (коллектора) состоит из внутренней и наруж­ной частей Нижняя внутренняя часть опалубки, смонтированная на рельсовом пути, состоит из тележки с за­крепленными на ней подъемными устройствами — домкратами двух типов (подъемно-опускными опорами), которые несут инвентарную опалубку.

Щиты опалубки мо­гут иметь длину до 8 м, они закреплены на перемещающемся портале. Портал позволяет иметь разную толщину стен — до 800 мм. Щиты можно перемещать вверх по направляющим портала для перестановки на следующий ярус бетонирования. Щиты опалубки отрывают от бетона и перемещают горизонта­льно с помощью домкратов, а поднимают и опускают с помо­щью тросов.

56. ПОДВОДНОЕ БЕТОНИРОВАНИЕ
Подводным бетонированием называют укладку бетонной смеси под водой без производства водоотливных работ. Для успешного подводного бетонирования необходимо решить две задачи: предотвратить свободное падение бетонной смеси через слой воды и предохранить свежеуложенный бетон от размывающего действия воды.
Методы подводного бетонирования - метод вертикально перемещающейся трубы и метод восходящего раствора. При ведении работ этими способами бетонную смесь или раствор укладывают в пространство, огражденное шпунтовыми рядами, или в специально изготовленную и установленную опалубку, имеющую форму пространственного блока.
Метод вертикально перемещающейся трубы (ВПТ) применяют при глубинах до 50 м и при необходимости высокой прочности и монолитности подводного сооружения. Для производства работ над бетонируемым сооружением на сваях устраивают рабочую площадку. На площадке устанавливают траверсу, к которой подвешивают трубу диаметром не менее 200 мм с загрузочной воронкой, собранную из звеньев длиной до 1 м с легкоразъемными соединениями. Подвеска и рабочая лебедка должны обеспечивать вертикальный подъем трубы с точностью 30-50 мм и возможность ее мгновенного опускания на 30-40 см, что требуется для предотвращения выдачи бетонной смеси в воду. Сначала трубу опускают до дна с минимальным зазором, допускающим свободный выход смеси. В полость трубы вводят пакет из мешковины, а через загрузочную воронку подают бетонную смесь, под тяжестью которой пыж опускается к основанию трубы и вытесняет из нее воду. последующим удалением слабого верхнего слоя. Метод восходящего раствора (ВР) подразделяется на безнапорный и напорный. При безнапорном в центре бетонируемого блока устанавливают шахту с решетчатыми стенками, в которую опускают на всю глубину стальную трубу диаметром 90-100 мм, собранную из звеньев длиной до 1 м с водонепроницаемыми легкоразъемными соединениями. В пространство, ограниченное опалубкой, отсыпают каменную наброску (крупностью 150-400 мм для бутобетонной кладки и 40-150 мм - для бетонной), пустоты которой заполняют раствором, подаваемым через трубу. Заливку каменной наброски при бутобетонной кладке производят цементным раствором состава 1:1 - 1:2, а при бетонной - цементным тестом. Цементный раствор и цементное тесто, подаваемые в шахту через трубу, должны свободно растекаться и обволакивать заполнитель, поэтому для приготовления раствора применяют мелкие пески. Трубы необходимо заглублять в раствор не менее чем на 0,8 м. По мере повышения уровня укладываемого раствора трубы поднимают, демонтируя их верхние звенья. Уровень раствора доводят на 10-20 см выше проектной отметки. Когда прочность кладки достигнет 2-2,5 МПа, излишек раствора удаляют.