Технология устройства свайных фундаментов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Карагандинский Государственный Индустриальный Университет

Факультет «Металлургия и Строительство»

Кафедра «Строительство и Теплоэнергетика»

Контрольная работа

На тему «Технология устройства свайных фундаментов»

Темиртау, 2013

Содержание

Введение

1. Технология погружения заводских свай

1.1 Забивка

1.2 Вдавливание

2. Технология устройства буронабивных свай

2.1 Технология с использованием проходного шнека

2.2 Устройство свай под защитой обсадных труб

2.3 Технология, реализуемая за счет двойного вращения рабочих элементов

2.4 Технология с погружением обсадной трубы с теряемым

башмаком

2.5 Технологии устройства набивных свай с вибрационным погружением обсадной трубы

2.6 Технология с уплотнением (вытеснением), раскаткой околосвайного грунта

3. Задача

Список использованных источников

Введение

Рассмотрим этапы выбора технологии устройства свай на примере инженерно-геологических условий Санкт-Петербурга, характеризующихся мощной толщей четвертичных грунтов, образовавшихся в основном после ледникового периода, подстилающихся неровной поверхностью нижнекембрийских и верхне-протерозойских отложений.

Будем рассматривать две свайные технологии, широко применяемые в Санкт-Петербурге: погружение готовых заводских железобетонных свай и устройство буронабивных свай непосредственно в грунте в условиях строительной площадки.

Каждая технология в конкретных инженерно-геологических условиях строительной площадки имеет свои преимущества и недостатки, представленные в табл. 1.

Проанализировав опыт устройства свайных фундаментов в Санкт-Петербурге, можно заключить, что применение любой технологии представляет опасность для окружающей застройки, так как технологические процессы, связанные с производством работ, оказывают негативные воздействия на ближайшие здания и сооружения.

В этой связи выбор свайных технологий следует выполнять в зависимости от расположения участка строительства относительно окружающей застройки и инженерно-геологических характеристик его разреза. Будем рассматривать следующие варианты производства работ по расположению участка строительства:

1) в исторической части города;

2) в квартале нового строительства;

3) в современном застроенном квартале.

В технологической карте рациональные технологии устройства свай по каждому варианту следует принимать по табл. 2.

Таблица 1

Качественная характеристика технологий устройства свайных фундаментов

Технология	Преимущества	Недостатки
Сваи заводского изготовления
Ударная	100 %-ный контроль качества материала ствола сваи возможен до погружения Нет дополнительного сезонного удорожания работ при устройстве свай Высокая технологичность	Энергопотери при упругих деформациях сваи Динамические и шумовые воздействия Проектные нагрузки и размеры свай ограничены номенклатурой заводов-изготовителей Возможен выпор грунта
Вдавливания	Погружение свай с минимальными энергозатратами Нет шумовых воздействий Высокая точность погружения Возможность определения несущей способности сваи на основании анализа усилия вдавливания В условиях реконструкции при использовании малогабаритного оборудования возможно погружать малоразмерные составные сваи из подвалов зданий	Значительная масса установки Требуется обеспечение стройплощадки существенным источником электроэнергии (до 200 кВт) Необходимо дополнительное щебеночное основание для обеспечения устойчивости установки на поверхности грунта Возможен выпор или перемятие грунта в процессе погружения свай
Буронабивные сваи
Буронабивная	Возможность изготовления свай высокой несущей способности (свыше 200 т) Отсутствие шумового воздействия В условиях реконструкции при использовании малогабаритного оборудования возможно работать из подвалов зданий	Отсутствие надежных методов контроля качества ствола сваи Сезонное удорожание Повышенная материалоемкость Вероятность извлечения завышенного объема грунта Загрязнение территорий при транспортировании извлеченного грунта и глинистого раствора Перерасход бетона в слабых грунтах Подсос грунта в скважину при несвоевременной подаче бетонной смеси в момент отрыва шнека от забоя Возможен выпор грунта (при вдавливании обсадных труб) Ограничение при работе в плотных грунтах

Таблица 2

Обоснование выбора технологии устройства свай

Рациональная технология	Примечание
I. Историческая часть города
Вдавливание заводских свай	В примыкании к существующим конструкциям крайний ряд свай вдавливается в лидерные скважины
Буронабивные сваи: под защитой обсадных труб с ввинчиванием обсадной трубы с теряемым башмаком с уплотнением (вытеснением) околосвайного грунта	Обсадная труба погружается с опере- жением выборки грунта В примыкании к существующим кон- струкциям крайний ряд свай устраи- вается в скважинах с предварительно разрыхленным грунтом
II. Квартал нового строительства
Забивка заводских свай (длина свай до 32 м, расчетная нагрузка до 140 тс)
Буронабивные сваи в зависимости от расчетных параметров свай В слабых грунтах: с двойным вращением рабочих элементов, с ввинчиванием обсадной трубы с теряемым башмаком, с вибрационным погружением обсадной трубы, с уплотнением (вытеснением) околосвайного грунта. В плотных грунтах: проходной шнек, под защитой обсадных труб, с двойным вращением рабочих элементов
III. Современный застроенный квартал
Погружение заводских свай на расстояниях до 20 м от существующих зданий
Вдавливание или вибропогружение	В примыкании к существующим конструкциям крайний ряд свай погружается в лидерные скважины
От 20 до 30 м от существующих зданий
Забивка	Погружение свай в лидерные скважины для снижения динамического воздействия на грунты
Свыше 30 м от существующих зданий
Забивка
Буронабивные сваи вне зависимости от расстояний до зданий Наиболее рациональны при расчетных нагрузках свыше 140 тс (см. п. II настоящей таблицы)

1. Технологии погружения заводских свай

Нормативными документами сваи заводского изготовления по технологии погружения подразделяются на следующие виды:

а) погружаемые в грунт без его выемки или в лидерные скважины с помощью молотов, вибропогружателей, вибровдавливающих, виброударных и вдавливающих устройств, а также железобетонные сваи-оболочки диаметром до 0,8 м, заглубляемые вибропогружателями без выемки или с частичной выемкой грунта и не заполняемые бетонной смесью;

б) сваи-оболочки железобетонные, заглубляемые вибропогружателями с выемкой грунта и заполняемые частично или полностью бетонной смесью.

В Санкт-Петербурге при устройстве фундаментов зданий и сооружений наиболее часто используются железобетонные сваи призматических сечений 30Ч30, 35Ч35, 40Ч40 см, изготавливаемые по серии 1.011.1-10 Фундаментпроект (выпускаются сваи сечением 20Ч20, 25Ч25 см). Длины свай представлены в табл. 3.

Таблица 3

Длины и сечения заводских железобетонных свай по серии 1.011.1-10

Сторона квадратной сваи, см	Длина свай, м
	Цельная свая	Составная свая
		Нижняя секция	Верхняя секция
30	От 4 до 12	От 8 до 12	От 6 до 12
35	От 4 до 16	От 6 до 14	От 8 до 14
40	От 4 до 16	От 6 до 14	От 8 до 14

Из табл. 3 видно, что сваи длиной свыше 16 м выполняются из отдельных секций в основном на стыке свариваемых закладных деталей и металлических оголовков (рис. 1).



Рисунок 1 - Устройство сварного

Рисунок 2 - Устройство стаканного стыка составных свай: стыка составных свай

1 - накладки размерами от 10Ч160Ч200

до 10Ч220Ч250 мм;

2 - центральная прокладка 150Ч150Ч4 м;

3, 4 - верхняя и нижняя секции свай соответственно

После сварки стальных элементов стыков проводят антикоррозийную обмазку стыков. Типовой серией предусмотрено также изготовление стаканного стыка свай, который в настоящее время массово не используется (рис. 2). Соединение секций свай осуществляется за счет плотной посадки рифленого железобетонного выступа верхней секции в цилиндрической металлической полости закладного изделия нижней секции.

1.1 Забивка

При забивке сваи происходит превращение потенциальной энергии молота в кинетическую энергию удара, приводящую к упруго-пластическим перемещениям сваи в грунте. При этом энергия удара молота частично теряется при соударении, колебаниях окружающего грунта и только часть вызывает перемещение сваи (ее продавливание).

Рисунок 3 - Принципиальная схема копра

1 - базовая машина; разных типов:

2 - подкосы с гидроцилиндрами изменения а - полноповоротный копер с

угла наклона мачты; дизельным молотом; б - копер

3 - мачта, подкосы; 4 - гусек; со стоечной мачтой с механич-

5 - молот; 6 - трос подъема сваи; ким молотом свободного

7 - свая; 8 - лебедки; падения;

9 - дополнительные опоры (аутригеры) в - копер на базе автомобиля; г - универсальный копер с гидравлическим молотом

Рисунок 4 - Общий вид копров

Основным агрегатом, использующимся для погружения свай, является молот, характеризующийся массой, высотой сброса и частотой удара. Молот для погружения свай перемещается по мачте копра. Копер состоит из базовой машины, мачты и подкосов, устройства для крепления мачты, лебедок (рис. 4).

Основным недостатком ударного способа погружения свай является динамическое воздействие на окружающую среду: грунт, конструкции зданий и сооружений, людей. В этой связи особые условия налагаются на определение технологических параметров погружения свай в условиях городской среды. На третьем этапе выбор окончательной технологии рекомендуется выполнять по блок-схеме рис. 5.



Рисунок 5 - Алгоритм выбора типа сваебойного оборудования и способа погружения свай: L - расстояние от края свайного поля до существующих зданий и сооружений

1.2 Вдавливание

Опыт эксплуатации установок вдавливания заводских свай (УВС) в Санкт-Петербурге показал их эффективность при работе на расстояниях до 1,2 м от конструкций существующих зданий и сооружений (при условии погружения свай в предварительно разрыхленный грунт); вблизи коммуникаций; в слабых грунтах, как альтернатива буронабивным технологиям, при рисках развития недопустимых деформаций грунтов.

Рисунок 6 - Принципиальные схемы УВС по способу передачи вдавливающего усилия на сваю:

а - установки с циклическим процессом вдавливания сваи;

б - то же с непрерывным вдавливанием; 1 - грунт; 2 - свая; 3 - зажимное устройство;

4 - гидроцилиндры перемещения зажимного устройства; 5 - тяговая лебедка; 6 - тяговый трос;

7 - погружатель (дополнительно может оснащаться вибрационным погружателем или гидравлическим молотом); 8 - блок; 9 - мачта (стойка) УВС

Для УВС непрерывного действия с передачей вдавливающего усилия на верхний торец сваи технологическая последовательность вдавливания аналогична забивному способу: подтаскиваение и подъем сваи на мачту УВС, вдавливание сваи до проектной отметки и перемещение установки на следующую точку погружения (рис. 6, б).

Рассмотрим последовательность циклического вдавливания

свай (рис. 6, а):

1) подъем и заводка сваи краном в зажимное устройство УВС (рис. 7, а);

2) фиксация сваи гидравлическим цилиндром зажимного устройства (рис. 7, б);

3) вертикальное перемещение вниз зажимного узла со сваей с помощью двух цилиндров (рис. 7, в);

4) при достижении крайнего нижнего положения цилиндр зажимного устройства разжимается, высвобождая сваю, и вдавливающий узел поднимается в исходное верхнее положение, и далее цикл повторяется (рис. 7, г).

Рисунок 7 - Технологическая последовательность вдавливания свай УВС циклического действия: а - подъем и заводка сваи краном в зажимное устройство; б, в - фиксация и вдавливание сваи; г - подъем вдавливающего узла в исходное положение



Рисунок 8 - Установка вдавливания свай УСВ 160:

1, 7 - задний и передний аутригер; 2 - сварная несущая рама;

3 - гусеничная тележка экскаватора ЭО 6122; 4 - площадка для копровщика при наведении сваи и выполнении стыка составных свай;

5 - гидроцилиндры перемещения зажимного устройства;

6 - зажимное устройство

Рисунок 9 - Установка вдавливания свай СО 450:

1 - грузовая рама (при вдавливании свай на плечи с двух сторон укладываются инвентарные металлические грузы массой по 5 т);

2 - гидроцилиндры;

3 - рабочая площадка с ограждением

2. Технологии устройства буронабивных свай

В нормативных документах различают следующие технологии устройства буронабивных свай:

а) набивные бетонные и железобетонные, устраиваемые в грунте строительной площадки путем укладки бетонной смеси в скважины, образованные в результате принудительного вытеснения грунта;

б) буровые железобетонные, устраиваемые в грунте путем заполнения заранее пробуренных скважин бетонной смесью.

Набивные сваи по способу устройства подразделяют:

а) на устраиваемые путем погружения инвентарных труб, нижний конец которых закрыт оставляемым в грунте металлическим башмаком или бетонной пробкой, с последующим извлечением этих труб по мере заполнения скважин бетонной смесью;

б) виброштампованные, устраиваемые в скважинах путем заполнения скважин жесткой бетонной смесью, уплотняемой виброштампом в виде трубы с заостренным нижним концом и закрепленным на ней вибропогружателем;

в) в выштампованном ложе, устраиваемые путем выштамповки в грунте скважин пирамидальной или конусной формы с последующим заполнением их бетонной смесью.

Буровые сваи по способу устройства подразделяют на следующие виды:

а) сплошного сечения с уширениями или без них, бетонируемые в скважинах, пробуренных с креплением стенок скважин извлекаемыми обсадными трубами и без них;

б) полые круглого сечения, устраиваемые с применением многосекционного вибросердечника;

в) с уплотненным забоем, устраиваемым путем втрамбовывания в забой скважины щебня;

г) с камуфлетной пятой, устраиваемые путем бурения скважин с последующим образованием уширения взрывом или за счет использования инвентарного уширителя с последующим заполнением скважин бетонной смесью;

д) буронабивные диаметром 0,15-0,25 м, устраиваемые в пробуренных скважинах путем нагнетания (инъекции) в них мелкозернистой бетонной смеси или цементно-песчаного раствора, или буроинъекционные с уплотнением окружающего грунта путем обработки скважины по разрядно-импульсной технологии (сваи РИТ);

е) буроинъекционные, устраиваемые полым шнеком.

Номенклатура буронабивных свай согласно СП 50-102-2003 приведена в табл. 4.

Таблица 4

Номенклатура буронабивных свай

Тип сваи	Способ изготовления сваи	Диаметр сваи*,мм	Класс бетона	Длина сваи, м
БСС	Вращательным бурением в устойчивых глинистых грунтах без закрепления стенок скважин	500/1200 1600	В15-В22,5	10-30
		800/1800 1000 1200	В15-В22,5 В15 В15
БССм	То же	400, 500	В15	2-4
БСВг	Вращательным бурением в неустойчивых грунтах с закреплением стенок скважин глинистым раствором	600/1600	В15-В22,5	8-20
БСВо	Вращательным или ударно-канатным бурением в неустойчивых грунтах с закреплением стенок скважин трубами, оставляемыми в грунте	600/1600 800/1800	В15-В22,5	8-30
БСИ	То же, с извлечением инвентарных обсадных труб	880; 980 1080; 1180	В15	8-50

В Санкт-Петербурге применяют следующие технологии:

1. Буровые:

а) проходной шнек - скважина устраивается с помощью непрерывного проходного (полого) шнека. Грунт извлекается на поверхность посредством винтовой лопасти, наваренной по всей длине сердечника шнека. Бетон подается на забой под давлением через внутреннюю полость трубы шнека;

б) устройство свай под защитой обсадных труб. Трубы погружаются вращением и одновременным вдавливанием гидравлическим домкратом. Обсадная труба состоит из нескольких жестко соединенных секций. По мере погружения трубы из нее извлекают грунт и трубу наращивают следующей секцией. Для предотвращения попадания воды в скважину стыки секций герметизируют рулонными вставками. В качестве бурового инструмента используется шнек, закрепленный на конце телескопической штанге Келли, ковшебуры, колонковые буры, грейферы и ударные желонки;

в) технология двойного вращения. Скважина бурится под защитой вращающейся обсадной трубы, внутри которой в другую сторону вращается полый шнек;

2. Набивные технологии:

а) с ввинчиванием полой обсадной трубы с теряемым башмаком. По мере извлечения труба заполняется бетоном;

б) с вибрационным погружением буровой трубы с теряемым башмаком;

в) с ввинчиванием полой буровой трубы, оснащенной эллипсоидным шнеком. При извлечении в полость трубы под давлением подается бетонная смесь, вытесняющая грунт из скважины (технологию также называют «сваи вытеснения»).

Технологические особенности перечисленных технологий представлены в табл. 5.

Таблица 5

Сравнительные характеристики буронабивных технологий

Технология	Вспомогательное оборудование	Рабочий орган, формирующий скважины	Способ подачи бетона	Макс. диаметр сваи, мм	Макс. длина сваи, м
Проходной шнек	Кран, вибратор, бетоновоз, бетононасос, экскаватор	Полый шнек	Через полость шнека	1400	33
Устройство свай под защитой обсадных труб	Кран, бетононасос, бетоновоз, экскаватор	Обсадная труба с армированным нижним торцем	ВПТ,Бетонолитные трубы	2000	60
Двойное вращение	Кран, бетоновоз, бетононасос, экскаватор	Буровая труба со шнеком внутри	Через полость шнека	1000	26
Ввинчивание обсадной трубы с теряемым наконечником	Кран, бетоновоз, бадья	Буровая труба	ВПТ или сброс в трубу	700	32
Вибрационное погружение обсадной трубы	Кран, вибратор, бетоновоз, бетононасос	То же	То же	900	30
Сваи уплотнения	То же	То же	Подача под давлением через трубу	800	30

2.1 Технология с использованием проходного шнека

Сваи, устраиваемые непрерывным (проходным) полым шнеком, состоят из элементов длиной 1,5-6,0 м. Наружный диаметр шнеков 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200 мм, диаметр внутреннего отверстия трубы шнека 100-125 мм. Грунт извлекается на поверхность при подъеме шнека посредством винтовой лопасти, наваренной по всей длине сердечника трубы шнека (рис.10). Шнек перемещается внутри направляющего очистителя, установленного на направляющей стойке, и оснащен буровыми наконечниками для рыхлых, связных и твердых грунтов.

Рисунок 10 - Установка, реализующая технологию проходного шнека: а - общий вид установки; б - вид нижней части шнека и очистителя; 1 - полый проходной шнек;

2 - направляющая стойка (буровая мачта);

3 - ротор (вращатель);

4 -очиститель шнека от грунта; 5 - базовая машина

Технологический цикл устройства свай по рассматриваемой технологии состоит из следующих операций (рис. 11):

1) геодезическая разметка планового положения сваи;

2) наводка установки на точку устройства сваи;

3) погружение шнековой колонны на заданную проектную отметку, при необходимости производят наращивание шнека (рис.11, а, б);

4) постепенное извлечение шнека с одновременной подачей на забой бетонной смеси бетононасосом через полость шнека. Бетон закачивается под давлением примерно 2 кг/смІ для выдавливания заглушки из отверстия в нижнем торце трубы. В дальнейшем давление устанавливается в пределах 1-1,5 кг/смІ. При бетонировании шнековая колонна должна быть постоянно заполнена бетонной смесью. При подъеме шнековой колонны ее нижний конец должен быть заглублен в бетон не менее чем на 1 м (рис. 11, в).

Шнек поднимается без вращения или медленным вращением в том же направлении, что и при движении вниз;

5) зачистка экскаватором устья скважины от извлеченного грунта;

6) установка арматурного каркаса в бетонный ствол c помощью вибратора или под действием силы тяжести на крюке крана, ковше экскаватора или с использованием вспомогательной лебедки установки (рис. 11, г);

7) формирование оголовка сваи; в случае необходимости погружение дополнительного арматурного каркаса;

8) перемещение установки на следующую точку устройства сваи.

По представленной технологии можно изготавливать сваи максимальным диаметром 1200 мм, длиной до 32 м.



Рисунок 11 - Технологические операции по устройству набивных свай с помощью проходного шнека: а, б - забуривание шнека на проектную отметку; в - извлечение шнека с одновременным заполнением бетоном скважины;

г - вибрационная установка арматурного каркаса в бетонный ствол; 1 - несущий слой грунта;

2 - проходной шнек; 3 - заполненная бетоном скважина в грунте;

4 - направление подачи бетона в скважины через полость шнека;

5 - арматурный каркас; 6 - вибратор на крюке-кране

2.2 Устройство свай под защитой обсадных труб

Технология под защитой обсадных труб наиболее рациональна для устройства свай большого диаметра (в основном до 2 м). Обсадную трубу погружают вращателем через закрепленный на трубе хомутом и одновременном вдавливании гидравлическим домкратом (рис. 12). Обсадная труба состоит из нескольких жестко соединенных секций. По мере погружения трубы из нее извлекают грунт и наращивают следующую секцию. Стыки секций обсадных труб дополнительно герметизируют. В качестве бурового инструмента применяют разнообразные инструменты, такие как шнеки, ковшебуры, колонковые буры, желонки, грейферы, закрепленные на конце телескопической штанги Келли, раздвигающейся при углублении скважины (рис. 13,14).



Рисунок 12 - Установка, реализующая технологию устройство свай под защитой обсадных труб: 1 - ходовая часть; 2 - вращатель; 3 -устройство изменения вылета мачты; 4 - переходник со шнеком; 5 - штанга Келли; 6 - вспомогательный гусек;

7 - канат штанги Келли; 8- вспомогательный оголовок; 9 - цилиндр натяжения каната системы вертикальной подачи; 10 - буровой привод-вращатель; 11 - устройство наклона мачты; 12 - лебедка вертикальной подачи; 13 - вспомогательная лебедка; 14 - лебедка штанги Келли; 15 - поворотная платформа

Рисунок 13 - Буровой инструмент:

а, в, г - для пластичных грунтов;

б, д - для плотных скальных грунтов



Рисунок 14 - Телескопическая штанга Келли: а - внешний вид штанги;

б - поперечный разрез;

в - схема работы замкового соединения

Технологический цикл устройства свай состоит из следующих операций (рис. 15):

1) геодезическая разметка планового положения сваи;

2) наводка установки на точку устройства сваи;

3) последовательное погружение секций обсадной трубы и извлечение грунта с дальнейшей его эвакуацией. Процесс начинается с опережающего бурения скважины обсадной трубой с армированным наконечником (кольцевой коронкой).

4) по достижении проектной глубины выполняется извлечение бурового инструмента из колонны обсадных труб, зачистка забоя от шлама, установка и фиксация арматурного каркаса (рис. 15, ж);

5) бетонирование сваи методом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ). Бетонную смесь подают в бетонолитную трубу из лотка автобетоносмесителя или бетононасосом (рис. 15, з);

6) по мере бетонирования из скважины извлекаются обсадные трубы и секции бетонолитных труб. При подъеме труб необходимо обеспечить погружение нижних обсадной и бетонолитной трубы в бетоне на 1,0-1,5 м (рис. 15, и, к).

По рассматриваемой технологии можно изготавливать сваи максимальным диаметром до 2000 мм и длиной до 80 м.

Рисунок 15 - Технологический цикл устройства свай в обсадных трубах:

а, б - монтаж первых секций обсадных труб; в, г - вращательное погружение труб; д, е - очищение обсадных труб от грунта коротким шнеком с последующим его извлечением на поверхност

2.3 Технология, реализуемая за счет двойного вращения рабочих элементов

Скважина бурится под защитой вращающейся обсадной трубы, внутри которой в другую сторону вращается проходной шнек, извлекающий грунт на поверхность (рис. 16).

Рисунок 16 - Установка, реализующая технологию двойного вращения:

а - внешний вид буровой установки с бетононасосом; б - разрез бурового инструмента (обсадная труба с шнеком); в - экскавация грунта из трубы

Технологический цикл устройства свай состоит из следующих операций (рис. 17):

1) геодезическая разметка планового положения сваи;

2) наводка установки на точку устройства сваи (рис. 17, а);

3) бурение на заданную проектную отметку с одновременным погружением непрерывного проходного шнека (вращение вправо) и обсадной трубы (влево) (рис. 17, а, б);

4) постепенное извлечение буровой колонны с одновременной подачей на забой бетонной смеси бетононасосом через полость в шнеке (рис. 17, в);

5) извлечение грунта из обсадной трубы при левом вращении шнека (рис. 17, в);

6) перемещение экскаватором извлеченного грунта;

7) установка арматурного каркаса c помощью вибратора на кране (рис. 17, г);

8) перемещение установки на следующую точку устройства сваи;

9) формирование оголовка, погружение в случае необходимости дополнительного арматурного каркаса в верхнюю часть сваи.

По данной технологии можно изготавливать сваи максимальным диаметром 900 мм, длиной до 25 м.

Рисунок 17 - Технологическая последовательность устройства сваи:

а, б - бурение на проектную отметку; в - извлечение шнека с одновременным заполнением бетоном скважины; г - вибрационная установка арматурного каркаса в бетонный ствол; 1 - несущий слой грунта; 2 - обсадная труба с проходным шнеком; 3 - заполненная бетоном скважина в грунте; 4 - направление подачи бетона в скважины через полость шнека; 5 - арматурный каркас; 6 - вибратор на крюке кране

2.4 Технологии с погружением обсадной трубы с теряемым башмаком

В грунт ввинчивается и одновременно задавливается полая обсадная труба с теряемым башмаком с последующим заполнением ствола бетоном и извлечением трубы (рис. 15, 18).

Рисунок 18 - Технологическое оборудование: а - бадья для заполнения бетоном обсадной трубы; б - буровая установка

Технологический цикл устройства свай по представляемому способу состоит из следующих операций (рис. 19):

1) геодезическая разметка планового положения сваи;

2) наводка установки на точку устройства сваи;

3) установка теряемого наконечника и соединение его через гидроизолирующую прокладку с обсадной трубой;

4) устройство скважины на заданную проектную отметку путем погружения трубы за счет крутящего момента и осевого вдавливания (рис. 19, а);

5) по завершении погружения трубы на проектную отметку выполняется визуальная проверка герметичности полости трубы на отсутствие в ее полости грунтовых вод;

6) установка арматурного каркаса в полость буровой трубы (рис. 19, б);

7) подача в трубу порцию праймера (300 л), состоящего из цемента, песка и воды (1 : 1 : 1);

8) заполнение трубы бетоном через верхний торец с помощью бадьи (рис. 19, а, б);

9) извлечение трубы обратным вращением (рис. 19, в). Для облегчения извлечения трубы допускается порционное заполнение трубы пластичным бетоном через бетонолитные трубы и постепенное извлечение трубы на величину бетонного столба;

10) перемещение установки на следующую точку устройства сваи;

11) формирование оголовка; при необходимости погружение в случае необходимости дополнительного арматурного каркаса в верхнюю часть сваи.

Рисунок 19 - Технологическая последовательность устройства сваи:

1 - плотный грунт; 2 - теряемый башмак; 3 - обсадная труба;

4 - подача бетона бадьей или бетононасосом; 5 - арматурный каркас; 6 - направление вращения обсадной трубы; 7 - свая в грунте

Известны следующие технологии, применяемые в настоящее время в Санкт-Петербурге: «Фундекс», «Атлас», «Омега». Приведем их принципиальные отличия:

1. «Фундекс» - используется теряемый чугунный башмак диаметром, превышающим наружный диаметр обсадной трубы. Толщина стенки труб 16-20 мм, длина секций до 12 м. Трубы свариваются до необходимой длины сваи в горизонтальном положении на специальном стенде строительной площадки (максимальная длина труб-свай до 35 м). Соответствие применяемых для устройства свай диаметров буровой трубы и теряемого в грунте бурового наконечника приведено в табл. 6. При извлечении трубы бетонщик находится на площадке около верхнего торца трубы и выполняет приемку бетона (рис. 19).

Таблица 6

Параметры буровых труб системы «Фундекс»

Маркировка сваи	Наружный диаметр буровой трубы (бетоновода), мм	Диаметр теряемого бурового наконечника, мм
356/406	356	406
406/457	406	457
457/508	457	508
508/558	508	558
558/610	558	610
620/660	620	660

Рисунок 20 - Общий вид вращателя (ротора) и мачты установки, рабочей площадки бетонщика

2. «Атлас» - диаметр теряемого башмака равен диаметру трубы, при этом буровая труба снизу оснащена винтовой режущей поверхностью (рис. 21). Режущий наконечник выпускают диаметром 360, 410, 460 и 510 мм с винтовыми лопастями диаметром 530, 610, 670 и 720 мм соответственно. Длина свай до 25м. Получаемая свая имеет характерную винтовую форму ствола (рис. 21, б). На верхнем торце буровая труба жестко соединена с приемным бункером длиной 2,4 м. В некоторых случаях каркас опускают в заполненную бетоном скважину, как в технологии проходного шнека.

Рисунок 21 - Технология «Атлас»: а - буровая установка; б - тело сваи в грунте; в - теряемый наконечник

3. «Омега» - по аналогии с технологией «Атлас» буровая труба на нижнем торце имеет винтовой режущий наконечник в виде конуса с винтовой лопастью, шаг которой увеличивается с удалением от острия.

По этим технологиям можно изготавливать сваи максимальным диаметром 540, 720 и 610 мм, длиной до 30 м.

2.5 Технологии устройства набивных свай с вибрационным погружением обсадной трубы

Обсадная труба с теряемым башмаком плоской или конусообразной формы (могут изготавливаться из металла или из железобетона) погружается в грунт за счет вибрационного воздействия, создаваемого вибрационным погружателем, жестко закрепленным на верхнем торце обсадной трубы (рис. 22,23). Труба также может изготавливаться с раскрывающимся створками (рис. 22, г). После погружения в трубу устанавливается арматурный каркас и подается бетонная смесь; при подъеме трубы под давлением бетона башмак отрывается от трубы (раскрываются створки), и образующаяся полость заполняется бетоном.

При вибропогружении в водонасыщенных песках в зоне контакта трубы с грунтом происходит разжижение песка и резкое снижения сил сопротивления погружению. При погружении в маловлажные пески происходят удары башмака о грунт, который при этом уплотняется и выпирается в стороны. При погружении трубы в глинистые грунты снижение сопротивления погружению происходит за счет разупрочнения водно-коллоидных пленок и ослабления связей между частицами грунта .

Набивные сваи изготовляют погружением обсадной трубы с теряемым башмаком в песчаные грунты со степенью влажности 0,5 < G < 1 и глинистые - c показателем консистенции 0,5 < IL < 0,75 или путем пробивки скважины трубой с конусным наконечником в песчаных грунтах со степенью влажности G < 0,5 и глинистых - с показателем консистенции 0,25 < IL < 0,5, а также в лессовых грунтах.



Рисунок 22 - Оборудование для осуществления технологии с вибрационным погружением обсадной трубы: а - общий вид установки с вибропогружателем на мачте копра; б - этапы установки плоского теряемого башмака на торец буровой трубы через герметизирующую прокладку; в - конусообразный башмак из железобетона; г - обсадная труба с раскрывающимся створками



Рисунок 23 - Общий вид буровой установки для изготовления набивных свай по вибрационной технологии: 1 - механизм изменения вылета стрелы; 2 - механизм поворота мачты; 3 - механизм вертикальной регулировки мачты; 4 - мачта (стойка); 5 - вибропогружатель; 6 - оголовок мачты с блоками; 7 - канатная система спуска-подъема вибропогружателя; 8 - вспомогательная лебедка; 9 - механизм поперечного наклона мачты; 10 - опорная балка мачты; 11 - механизм продольного наклона мачты; 12 - рама опорной балки; 13 - базовая машина

Технологический цикл устройства свай состоит из следующих операций (рис. 24):

1) геодезическая разметка планового положения сваи;

2) наводка установки на точку устройства сваи;

3) установка теряемого наконечника и соединение его через гидроизолирующую прокладку с обсадной трубой (рис. 24, б);

4) устройство скважины на заданную проектную отметку путем вибрационного погружения обсадной трубы (рис. 24, а);

5) визуальная проверка герметичности полости трубы на отсутствие в ней грунтовых вод;

6) заполнение обсадной трубы бетоном через верхний торец с помощью бадьи или растворонасоса (с использованием при необходимости бетонолитной трубы) (рис. 24, б);

7) уплотнение бетонной смеси в стволе скважины при вибрационном извлечении трубы (рис. 24, в);

8) вибрационное погружение арматурного каркаса в свежеуложенный бетон сваи, каркас допускается устанавливать в трубу до ее заполнения бетоном;

9) перемещение установки на следующую точку устройства сваи.

По данной технологии можно изготавливать сваи максимальным диаметром 900 мм, длиной до 30 м.

Рисунок 24 - Технологические этапы устройства вибронабивной сваи: 1 - плотный грунт; 2 - обсадная труба; 3 - вибропогружатель; 4 - теряемый башмак; 5 - подача бетона бадьей или бетононасосом; 6 - ствол скважины, заполненный бетоном; 7 - вибратор на кране для погружения арматурного каркаса; 8 - арматурный каркас; 9 - свая в грунте

2.6 Технологии с уплотнением (вытеснением), раскаткой околосвайного грунта

При технологии вытеснения в грунт ввинчивается обсадная труба, оснащенная эллипсоидным шнеком-раскатчиком (рис. 25).

При погружении рабочего органа грунт вытесняется в сторону и вокруг скважины образуется уплотненная зона, размер которой зависит от свойств грунта, скорости погружения, размеров и конструкции рабочего органа.

Рисунок 25 - Установка, реализующая набивную технологию вытеснения: а - общий вид установки; б - рабочий наконечник обсадной трубы

Технологический цикл устройства свай состоит из следующих операций (рис. 26):

1) геодезическая разметка планового положения сваи;

2) наводка установки на точку устройства сваи;

3) устройство скважины на проектную отметку путем вращательно-вдавливающего погружения бурового инструмента раздвигающего и уплотняющего грунт (рис. 26, а, б);

4) извлечение трубы с одновременным заполнением под давлением скважины бетонной смесью через отверстие в торце трубы (рис. 26, в);

5) установка арматурного каркаса c помощью вибратора на кране (рис. 26, г);

6) перемещение установки на следующую точку устройства сваи;

7) формирование оголовка, погружение в случае необходимости дополнительного арматурного каркаса в верхнюю часть сваи.

По технологиям, использующим вращение обсадных труб, можно изготавливать сваи максимальным диаметром 800 мм, длиной до 32 м.

Рисунок 26 - Технологическая последовательность устройства сваи уплотнения: 1 - плотный грунт; 2 - обсадная труба; 3 - скважина, заполняемая бетоном; 4 - подача бетона бетононасосом; 5 - вибратор, подвешиваемый на стрелу крана; 6 - арматурный каркас; 7 - свая в грунте

3. Задача

Составить расчет уплотнения основания грунтовыми сваями, исходя из следующих данных: фундамент закладывается на глубине Н_ф=2,4м, от поверхности земли; площадь подошвы фундамента А_ф =12,0·2,0м; коэффициент природной пористости грунта е_н=0,82; расчетный коэффициент пористости грунта после уплотнения е_к=0,6.

Решение:

Расчетная площадь искусственного основания определяется по выражению:

А_осн=(а+2с)·(b+2с)=(12+1)(2+1)=39м²,

Где с=0,1b?0,5м

Рис. 1 - Схема определения размеров искусственного основания в плане.

Площадь отверстий на 1м² основания:

Тогда

Принимаем для уплотнения сваи с расчетным диаметром d =0,4 м, получаем общее количество грунтовых свай

Расчетное расстояние в осях свай по выражению:

Принимаем расстояние между сваями L=190см и между рядами свай L_р=110см. При этих условиях получаем 3 ряда по 9 сваи и 2 ряда по 8 свай. Всего получаем 43 сваи, что несколько больше расчетного количества.

свая буронабивной грунт шнек

Список использованных источников

1. Верстов В.В., Гайдо А.Н. «Технология устройства свайных фундаментов» - учеб. пособие СПбГАСУ - СПб., 2010. - 180 с.

2. Веселов В.А. «Проектирование оснований и фундаментов» - изд. 2-е, перераб. и доп. - Москва Стройиздат, 1978.

3. Б.И. Долматов «Механика грунтов, основания и фундаменты» Л.; Стройиздат, 1988,-415с

4. Ухов С.Б., Семенов В.В., Знаменский В.В., Тер-Мартиросян 3. Г., Чернышев С. Н «Механика грунтов, основания и фундаменты» - изд. АСВ, 1994 г.

Размещено на Allbest.ru

...