Предохранение грунта от промерзания

Применяют два способа: укрытие поверхности грунта термоизоляционными материалами; рыхление грунта.

а) укрытие поверхности грунта термоизоляционными материалами: древесные листья, стружки, опилки, шлак и другие укладывают слоями 20 40 см на грунт. Применяется при выполнении работ на небольших площадях;

б) рыхление грунта вспахиванием и боронованием. Сначала производится вспашка тракторными плугами или рыхлителями на глубину до 30 см, а затем боронование на глубину 20 см. После такой обработки верхний слой грунта получает рыхлую структуру с замкнутыми пустотами, приобретая тем самым термоизоляционные свойства.

Предварительное рыхление мерзлого грунта

С последующей разработкой

Механический способ рыхления. Применяют два вида воздействия: статический и динамический:

а) сущность статического воздействия заключается в том, что непрерывное режущее усилие в мерзлом грунте создается специальным рабочим органом – зубом трактора-тягача. Мерзлый грунт рыхлят послойно толщиной 0,3 0,4 м продольными и поперечными проходками с шагом 0,5 м. Производительность рыхлителя 15 20

Для статического рыхления используют гидравлический экскаватор, снабженный зубом-рыхлителем.

б) динамическое воздействие. Мерзлый грунт разрушают молотами свободного падения (раскалывание), молотами направленного действия (скол). Молоты свободного падения – шар-молот. Высота сбрасывания шара весом до 5 т – 6 8 м. Молоты направленного действия – дизель-молоты. Глубина разрушения грунта – до 1,3 м.

в) рыхление взрывом – рекомендуется при глубине промерзания до 1,5 м и более. Используют шпуровой или щелевой метод; при больших глубинах – скважинный или щелевой метод. Щели с шагом 0,9 1,2 м нарезают баровыми машинами, машинами фрезерного типа. Из каждых трех соседних щелей зарядами ВВ заряжается средняя, а крайние служат для компенсации сдвига мерзлого грунта и снижения сейсмического воздействия. В щели укладывают заряды удлиненные или сосредоточенные и заполняют песком.

Разработка мерзлого грунта. Используют два способа: блочный и механический.

а) блочный. Сущность состоит в том, что мерзлый грунт разрезают на блоки как правило по двум взаимно перпендикулярным направлениям. Глубина прорезаемых щелей – 0,8 глубины промерзания; расстояние между щелями должно быть на 10 15 % меньше ширины зева ковша экскаватора. Используют экскаваторы с обратной лопатой емкостью ковша ³ 0,5 м³.

б) механический. Механическое или комбинированное (сочетание с ударным, вибрационным) воздействие. За счет избыточного режущего усилия экскаваторы большой мощности емкостью ковша более 1 м³ разрабатывают мерзлый грунт.

Оттаивание мерзлого грунта. Применяемые способы подразделяют по направлению распространения и по виду теплоносителя.

По виду теплоносителя:

– огневой способ;

– электропрогрев;

– паропрогрев;

– оттаивание электронагревателями.

а) огневой способ, применяется для рытья небольших траншей. Используют звеньевой агрегат, состоящий из ряда металлических коробов, разрезанных по продольной оси усеченных конусов (рис. 5.3). В первом коробе находится камера сгорания твердого или жидкого топлива, а в последнем – вытяжная труба: последняя обеспечивает тягу и продукты сгорания, проходя вдоль цепочки коробов (галереи), прогревают находящийся под ней грунт. После прогрева, грунт засыпают опилками. Дальнейшее оттаивание происходит за счет аккумулированной в грунте теплоты.

 

 

Рис. 5.3. Звеньевой агрегат: 1 – камера сгорания; 2 – вытяжная труба;

3 – обсыпка талым грунтом

б) электропрогрев – пропуск электрического тока через мерзлый грунт электродами. Схема прогрева: горизонтальная и вертикальная.

Горизонтальная схема. Электроды стержневые и полосовые укладывают на поверхность грунта; концы отгибают на 15 20 см для подключения к проводам. Поверхность грунта покрывают слоем опилок толщиной 15 20 см, смачивают солевым раствором. Слой опилок, первоначально являясь токопроводящим элементом, нагревается, и происходит отогрев верхнего слоя грунта. Этот способ применяется при глубине промерзания до 0,7 м. Расход электроэнергии на 1 м³ отогреваемого грунта – 150–300 МДж.

Вертикальная схема. Используются стержневые электроды. Применяют при глубине промерзания до 2 м. Используют два направления прогрева: сверху вниз и снизу вверх.

При оттаивании сверху вниз электроды забивают на 20 30 см в мерзлый грунт; по мере оттаивания верхних слоев электроды погружают на большую глубину. При прогреве снизу вверх в начале бурят скважины в шахматном порядке (в плане) на глубину ниже глубины промерзания грунта на 10 20 см, а затем погружают электроды. Прогрев снизу вверх более эффективен, чем сверху вниз; при этом расход электроэнергии на 1 м³ грунта снижается в 2 3 раза.

в) паропрогрев, осуществляют с помощью паровых игл: металлическая труба диаметром 25 50 мм и длиной 2 м; на нижнюю часть трубы насажен наконечник с отверстиями диаметром 2 3 мм. Иглы соединены с паропроводом гибкими резиновыми шлангами с кранами. Иглы опускают в скважины на глубину 0,7 глубины оттаивания. Пар подают под давлением 0,06 0,07 МПа. Иглы располагают в шахматном порядке в плане с шагом 1 1,5 м. Этот метод более дорогой, т. к. требует тепла на 1 м³ грунта в два раза больше, чем метод глубинных электродов.

г) оттаивание электронагревателями. Электронагреватели – это электроиглы: стальные трубы диаметром 50 мм и длиной 1 м, погружаемые в мерзлый грунт. Внутри иглы находится нагревательный элемент, изолированный от корпуса трубы. Нагреваясь, элемент передает тепло через стальной корпус мерзлому грунту.

 

Лекция № 6

Свайные работы

План лекции

1. Общие положения

2. Методы погружения свай:

– ударный метод

– вибрационный метод

– метод завинчивания

3. Последовательность погружения свай

 

Общие положения

Сваи используют для устройства фундаментов под различные здания и сооружения, повышения несущей способности слабых грунтов, а также для укрепления стенок котлованов от обрушения.

В строительном производстве сваи классифицируют по следующим признакам, определяющим или влияющим на методы устройства свайных фундаментов:

– по характеру работы в грунте – сваи-стойки, опирающиеся на несжимаемые грунты, и висячие сваи, заглубленные в сжимаемые грунты;

– по материалу – железобетонные, бетонные, деревянные, стальные;

– по виду армирования железобетонных свай – с напрягаемой и ненапрягаемой продольной арматурой, с поперечным армированием и без него;

– по конструкции – квадратные, прямоугольные и многоугольные, круглые, с уширением и без него, цельные и составные, призматические и конические, пустотелые, сплошного сечения, винтовые сваи-колонны;

– по методам устройства свайных фундаментов – погружаемые и набивные. Погружаемые сваи изготовляют на поверхности земли и затем погружают в грунт в вертикальном или наклонном положении. Набивные сваи устраивают непосредственно в самом грунте.

Свайные фундаменты, состоящие из нескольких свай, образующих общую группу, называют свайным кустом, а плиту, которая их соединяет, – ростверком.

Технология погружения свай

С предприятий стройиндустрии или с баз комплектации строительных организаций железобетонные и деревянные сваи, стальные трубы и шпунтовые сваи доставляют к месту работ в подготовленном виде.

Сваи погружают ударом, вибрацией, вдавливанием, завинчиванием, с использованием подмыва и электроосмоса, а также комбинациями этих методов. Эффективность применения того или иного метода зависит в основном от грунтовых условий.

1. Ударный метод. Метод основан на использовании энергии удара (ударной нагрузки), под действием которой свая нижней заостренной частью внедряется в грунт. По мере погружения она смещает частицы грунта в стороны, частично вниз, частично вверх (на дневную поверхность). В результате погружения свая вытесняет объем грунта, практически равный объему ее погруженной части, и таким образом дополнительно уплотняет грунтовое основание. Зона заметного уплотнения грунта вокруг сваи распространяется в плоскости, нормальной к продольной оси сваи, на расстояние, равное 2...3 диаметрам сваи.

а б Рис. 6.1. Схемы передачи погружающих сил на сваипри использовании дизель-молотов: а – штангового; б – трубчатого.

Ударную нагрузку на оголовок сваи создают специальными механизмами – молотами самых разных типов, основными из которых являются дизельные.

На строительных площадках применяют штанговые и трубчатые дизель-молоты.

Ударная часть штанговых дизель-молотов (рис. 6.1 а) – подвижный цилиндр, открытый снизу и перемещающийся в направляющих штангах. При падении цилиндра на неподвижный поршень в камере сгорания энергия смеси подбрасывает цилиндр вверх, после чего происходит новый удар и цикл повторяется.

В трубчатых дизель-молотах (рис. 6.1 б) неподвижный цилиндр, имеющий шабот (пяту), является направляющей конструкцией. Ударная часть молота – подвижный поршень с головкой. Распыление топлива и воспламенение смеси происходит при ударе головки поршня по поверхности сферической впадины цилиндра, куда подается топливо. Число ударов в 1 мин у штанговых дизель-молотов 50...60, у трубчатых – 47…55.

2. Вибрационный метод. Метод основан на значительном уменьшении при вибрации коэффициента внутреннего трения в грунте и сил трения по боковой поверхности свай. Благодаря этому при вибрировании для погружения свай требуется усилий иногда в десятки раз меньше, чем при забивке. При этом наблюдается также частичное уплотнение грунта (виброуплотнение). Зона уплотнения составляет 1,5...3 диаметра сваи (в зависимости от вида грунта и его плотности).

При вибрационном методе сваю погружают с помощью специальных механизмов – вибропогружателей. Вибропогружатель, представляющий собой электромеханическую машину вибрационного действия, подвешивают к мачте сваепогружающей установки (рис. 6.2 а) и соединяют со сваей наголовником.

Действие вибропогружателя основано на принципе, при котором вызываемые дебалансами вибратора горизонтальные центробежные силы взаимно ликвидируются, в то время как вертикальные суммируются.

Амплитуда колебаний и масса вибросистемы (вибропогружатель, наголовник и свая) должны обеспечить разрушение структуры грунта с необратимыми деформациями.

При выборе низкочастотных погружателей (420 кол/мин), применяемых при погружении тяжелых железобетонных свай и оболочек (трубчатых свай диаметром 1000 мм и более), необходимо, чтобы момент эксцентриков превышал вес вибросистемы не менее чем в 7 раз для легких грунтов и в 11 раз для средних и тяжелых грунтов.

При вибрационном погружении в глину или тяжелый суглинок под нижним концом сваи образуется перемятая глинистая подушка, которая вызывает значительное (до 40 %) снижение несущей способности сваи. Чтобы устранить возникновение этого явления, сваю погружают на заключительном отрезке длиной 15...20 см ударным методом.

 

а б в г

 

Рис. 6.2. Погружение свай вибрационным методом:

а – сваепогружающая установка: 1 – вибропогружатель (вибромолот); 2 – экскаватор; 3 – свая; б – вибропогружатель с подрессоренной пригрузкой: 1 – электродвигатель; 2 – перегрузочные плиты; 3 – вибратор; 4 – дебалансы; в – схема вибромолота: 1 – ударная часть с электродвигателем; 2 – дебалансы; 3 – боек; 4 – пружины; 5 – наковальня; г – схема погружения сваи способом вибрационного вдавливания; 1 – канат и блочки для подъема вибропогружателя; 2 – вибропогружатель; 3 – вдавливающий канат и его блочки; 4 – двухбарабанная лебедка; 5 – рама стрелы.

 

Для погружения легких (массой до 3 т) свай и металлического шпунта в грунты, не оказывающие большого лобового сопротивления под острием сваи, применяют высокочастотные (1500 колебаний в 1 мин и более) вибропогружатели с подрессоренной пригрузкой, которые состоят из вибратора и присоединенного к нему с помошью системы пружин дополнительного груза и приводного электродвигателя (рис. 6.2 б).

Вибрационный метод наиболее эффективен при несвязных водонасыщенных грунтах. Применение вибрационного метода для погружения свай в маловлажные плотные грунты возможно лишь при устройстве лидирующих скважин, т. е. при предварительном выполнении другого процесса, требующего буровых механизмов.

Более универсальным является виброударный способ погружения свай с помощью вибромолотов.

3. Погружение свай завинчиванием. Метод основан на завинчивании стальных и железобетонных свай со стальными наконечниками с помощью установок, смонтированных на базе автомобилей или автомобильных тягачей.

 

а	в
б

 

Рис. 6.3. Схема процесса завинчивания свай:

а – конструкция наконечника при погружении в мягкие грунты;
б – то же, в плотные грунты; в – схема погружения свай; 1 – рабочий орган; 2 – редуктор наклона рабочего органа; 3 – аутригеры; 4 – свая; 5 – наконечник сваи.

 

Метод (рис. 6.3) применяют главным образом при устройстве фундаментов под мачты линий электропередачи, радиосвязи и других сооружений, где в достаточной мере могут быть использованы несущая способность винтовых свай и их сопротивление выдергиванию. Эти установки имеют рабочий орган, четыре гидравлические выносные опоры, привод вращения и наклона рабочего органа, гидросистему, пульт управления и вспомогательное оборудование.

Конструкция рабочего органа позволяет выполнять следующие операции: втягивать винтовую сваю внутрь трубы рабочего органа (предварительно на сваю надевают инвентарную металлическую оболочку), обеспечивать заданный угол погружения сваи в пределах 0...45° от вертикали, погружать сваю в грунт путем вращения с одновременным использованием осевого усилия, при необходимости вывертывать сваю из грунта. Вращение рабочего органа и его наклон осуществляют от коробки отбора мощности автомобиля через соответствующие редукторы.

Рабочие операции при погружении сваи методом завинчивания аналогичны операциям, выполняемым при погружении свай методом забивки или вибропогружением. Только вместо установки и снятия наголовника здесь надевают и снимают оболочки.

4. Последовательность погружения свай. От расположения свай в свайном поле и параметров сваепогружающего оборудования зависит порядок погружения свай. Кроме того, следует учитывать последующие процессы по устройству свайного ростверка.

Наибольшее распространение имеет рядовая система погружения свай (рис. 6.4), применяемая при прямолинейном расположении их отдельными рядами или кустами.

 

 

+ – места погружения свай Å – забитые сваи

 

Рис. 6.4. Схема рядовой системы погружения свай:

а – при прямолинейном расположении свай отдельными рядами;

б – при расположении свай кустами; 1–15 – сваи.

Спиральная система предусматривает погружение свай концентрическими рядами от краев к центру свайного поля; она позволяет в ряде случаев получить минимальную протяженность пути сваепогружающей установки. Если расстояние между центрами свай менее пяти их диаметров (или соответственно размеров сторон поперечного сечения), то грунт в середине свайного поля может уплотняться, что усложняет процесс. При этом бывают случаи, когда невозможно погрузить сваи, расположенные в этой зоне. В этом случае погружать сваи надо от центра к краям свайного поля.

При больших расстояниях между сваями порядок погружения определяется технологическими соображениями, прежде всего использованием эффективного оборудования. Так, у некоторых копров башенного типа мачты опираются на выдвижные рамы, расположенные над платформами-тележками и смещающиеся примерно на 1 м. Этими копрами можно забивать сваи двух рядов с одной стоянки копра. Для сооружения подземной части жилых домов применяют специальные краны, оснащенные навесным копровым оборудованием, двухбарабанной лебедкой для подъема молота и сваи и дизель-молотом. Такие краны могут забивать сваи длиной 8 м, перемещаясь по рельсовому пути, уложенному примерно на нулевой отметке вдоль бровок котлована строящегося здания.

При устройстве свайных фундаментов жилых и промышленных зданий большой протяженности весьма эффективно забивать сваи с помощью мостовой сваебойной установки. Эта установка представляет собой передвижной мост, по которому перемещается тележка с копром. Сваи длиной 8...12 м забивают дизель-молотом. Так как мачта копра опускается ниже пола рабочей площадки копра, то можно забивать сваи ниже рамы моста. Данная установка является своего рода координатным устройством, облегчающим выполнение разбивки мест погружения сваи, при этом можно устанавливать сваи с большой степенью точности. Расположение сваи в зоне действия мостовой установки позволяет сократить продолжительность операций по подтаскиванию сваи, что, в свою очередь, повышает производительность всего процесса.

Устройство шпунтовых ограждений из металлических и деревянных шпунтов начинают с погружения маячных свай, к которым в 2...3 яруса крепят схватки, служащие направляющими при забивке шпунта.

При погружении свай зимой с использованием стержневых электронагревателей для оттаивания мерзлого грунта район забивки свай разбивают на три участка-захватки: на первом – бурят скважины, на втором – скважины уже заранее пробурены и утеплены сверху, на третьем – сваи погружают. Интервал между отогревом скважины и погружением в нее сваи не должен превышать одной смены. Примерно так же с разбивкой на захватки устанавливают порядок погружения свай, если устройство ростверков начинают до завершения погружения всех свай под здание или сооружение.

 

Лекции № 7, 8

Возведение буронабивных

Свайных фундаментов

 

План лекций

1. Технология изготовления буронабивных свай "сухим способом"

2. Технология изготовления буронабивных свай под глинистым раствором

3. Машины и оборудование для изготовления буронабивных свай

4. Контроль качества изготовления буронабивных свай

 

Из всех видов набивных свай получили наибольшее распространение буронабивные сваи. Их устраивают в скважинах, образуемых в грунте бурением и извлечением грунта из скважины.

В скважину, независимо от того, есть ли горизонтальные усилия на сваю или нет, может устанавливаться арматурный каркас. В готовые скважины производится укладка бетонной смеси. Буронабивные сваи, в зависимости от их диаметра и передаваемой нагрузки на основание (грунт), могут изготавливаться с уширением и без него.

 

Технология изготовления буронабивных свай "сухим способом"

Буронабивные сваи "сухим" способом изготавливают в грунтах, где грунтовая вода отсутствует или расположена значительно ниже пяты сваи.

Бурение скважины может выполняться с креплением стенок скважины и без крепления (рис. 7.1).

Скважины бурят методами вращательного бурения с помощью шнекового бура (сваи диаметром 400–600 мм) или ковшового бура (сваи большого диаметра, d ≤ 800 м).

Скважину бурят в два этапа: сначала на глубину 1,5–2 м. После укрепления стенок скважины фартуком, с целью исключения осыпания грунта из устья в скважину, продолжают бурить скважину до пяты сваи. Если необходимо по проекту, то с помощью уширителей скважину внизу расширяют.

После приемки скважины производят установку арматурного каркаса. Затем переходят к формованию бетонного ствола.

Для бетонирования сваи используют литую бетонную смесь с осадкой конуса 14–22 см. Укладку бетонной смеси ведут методом вертикально-перемещающейся трубы (ВПТ). Подачу бетонной смеси в скважину осуществляют по бетонолитной трубе, которая состоит из звеньев длиной 6,0 м. В качестве бетонолитных труб используют стальные трубы диаметром 200, 273 мм. Перед бетонированием монтируют бетонолитную трубу на всю длину скважины. На нее устанавливается приемная воронка, через которую подается бетонная смесь из автобетоносмесителя.

 

 

Рис. 7.1. Методы бурения скважины

I – бурение скважины шнеком; II – разбуривание уширенной полости; III – установка арматурного каркаса; IV – установка бетонолитной трубы с вибробункером; V – бетонирование скважины методом ВПТ; VI – подъем бетонолитной трубы: 1 – буровая установка; 2 – привод; 3 – шнековый рабочий орган; 4 – скважина; 5 – расширитель; 6 – уширенная полость; 7 – арматурный каркас; 8 – стреловой кран; 9 – кондуктор-патрубок; 10 – вибробункер; 11 – бетонолитная труба; 12 – бадья; 13 – уширенная пята.

 

По мере заполнения скважины бетонной смесью, бетонолитную трубу постепенно поднимают краном и демонтируют звеньями.