Способы погружения свай в грунт
СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ
В тех случаях, когда с поверхности залегают слои слабых грунтов, которые не могут служить основанием для фундаментов мелкого заложения проектируемого сооружения, возникает необходимость передачи нагрузки на более плотные слои, расположенные на глубине. В подобных ситуациях чаще всего прибегают к устройству свайного фундамента.
Сваей называют погруженный в готовом виде или изготовленный в грунте стержень, предназначенный для передачи нагрузки от сооружения на грунт основания.
Распределительные плиты или балки, объединяющие головы свай, выполняются, как правило, из железобетона и называются ростверками. Ростверк воспринимает, распределяет и передает на сваи нагрузку от расположенного выше сооружения.
· По способу заглубления в грунт различают следующие виды свай:
а) предварительно изготовленные забивные и вдавливаемые железобетонные, деревянные и стальные, погружаемые в грунт без его разбуривания или в лидерные скважины с помощью молотов, вибропогружателей, виброустройств, 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, погружаемые вибропогружателями с выемкой грунта из их полости и заполняемые частично или полностью бетонной смесью;
|
|
|
в) набивные бетонные и железобетонные, устраиваемые в грунте путем укладки бетонной смеси в скважины, образованные в результате принудительного вытеснения – отжатия грунта;
г) буровые железобетонные, устраиваемые в грунте путем заполнения пробуренных скважин бетонной смесью или установки в них железобетонных элементов. Набивную сваю, скважина которой получена бурением, принято называть буронабивной.
· Забивные железобетонные сваи размером поперечного сечения до 0,8 м включительно и сваи-оболочки диаметром 1 м и более следует подразделять:
По конструктивным признакам сваи классифицируются:
по форме поперечного сечения — квадратные, круглые, прямоугольные, треугольные, трапецеидальные, трубчатые, переменного поперечного сечения (сваи с профилированной боковой поверхностью и т. п.);
по длине — цельные и составные (из отдельных секций);
по материалу ствола — железобетонные, бетонние, металлические, деревянные, грунтобетонные, комбинированные (например, стальная или асбестоцемент-ная оболочка, заполненная бетоном н т. п.), при этом ствол сваи — сплошной или пустотелый;
по способу армирования — армирование сваи в зависимости от проектируемого сооружения, внешних нагрузок и инженерно- геологических условий производится на полную длину, на часть длины или только в верхней части с ростверком с ненапрягаемой продольной арматурой, круглой или периодического профиля, предварительно напряженной стержневой, проволочной арматурой, с поперечным армированием ствола либо без него. Продольная рабочая арматура в свае может быть расположена по углам или по периметру сечении; сваи могут иметь центральное армирование одним предварительно напряженным стержнем в центре ствола или пирамидальное — в голове стержни расположены по периметру сечения и сходятся в пучок в острие сваи;
|
|
|
по конструкции нижнего конца — сваи с острым или тупым концом, с закрытым или открытым нижним концом (для полых свай), с уширением в одном или в нескольких уровнях. Уширение может быть образовано разбуриванием полости, вытрамбовыванием тяжелыми трамбовками, раскрытием специального наконечника (сваи с лучевидной пятой), взрывом (камуфлетные уширении).
· Набивные сваи по способу устройства подразделяют на:
а) набивные, устраиваемые путем погружения (забивкой, вдавливанием или завинчиванием) инвентарных труб, с последующим извлечением этих труб по мере заполнения скважин бетонной смесью;
|
|
|
б) набивные виброштампованные, устраиваемые в пробитых скважинах путем заполнения скважин жесткой бетонной смесью, уплотняемой виброштампом;
в) набивные 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:
а) буронабивные сплошного сечения с уширениями и без них, бетонируемые в скважинах, без крепления стенок и с закреплением стенок скважин
глинистым раствором или инвентарными извлекаемыми обсадными трубами;
Набивную сваю, скважина которой получена бурением, принято называть буронабивной.
б) буронабивные с применением технологии непрерывного полого шнека;
в) баретты - буровые сваи, изготавливаемые технологическим оборудованием типа плоский грейфер или грунтовая фреза;
г) буронабивные с камуфлетной пятой, устраиваемые путем бурения скважин с последующим образованием уширения;
д) буроинъекционные диаметром 0,15-0,35 м, устраиваемые в пробуренных скважинах
путем нагнетания (инъекции) в них мелкозернистой бетонной смеси;
|
|
|
е) буроинъекционные диаметром 0,15-0,35 м, выполняемые с уплотнением окружающего грунта путем обработки скважины по разрядно-импульсной технологии (серией разрядов импульсов тока высокого напряжения - РИТ);
ж) сваи-столбы, устраиваемые путем бурения скважин с уширением или без него диаметром 0,8 м и более;
з) буроопускные сваи с камуфлетной пятой, отличающиеся от буронабивных свай с камуфлетной пятой тем, что после образования и заполнения камуфлетного уширения в скважину опускают железобетонную сваю.
Способы погружения свай в грунт
· Забивка
При забивке свай в обезвоженные плотные песчаные и супесчаные грунты для повышения производительности забивки осуществляется подмыв. За счет подачи воды (под большим напором) под нижний конец сваи, грунт размывается, что значительно уменьшает сопротивление погружению
· Вибропогружение
Наиболее эффективно при насыщенных водой песках. В этом случае вертикальные колебания, создаваемые вибратором, передаются сваей грунту, который разжижается, что приводит к резкому уменьшению сил трения по боковой поверхности и она легко погружается в грунт. После прекращения вибрирования структура грунта быстро восстанавливается и трение по боковой поверхности сваи увеличивается.
· Вдавливание
свай осуществляется с помощью мощных гидродомкратов и применяется тогда, когда нельзя использовать забивку или вибропогружение (вблизи существующих зданий), также применяется при усилении существующих фундаментов.
· Ввинчивание
свай, снабженных на конце винтовыми лопастями (винтовые сваи), осуществляется особыми механизмами, называемыми кабестанами.
По расчетной схеме сваи подразделяют на жесткие, или короткие, изгибом которых можно пренебречь, и конечной жесткости (средней жесткости и гибкие), или длинные, для которых необходим учет влияния изгиба.
Скважину для погружения сваи, помимо бурения, можно получить и другими способами:
- пробить инвентарным сердечником, трубой с закрытым нижним концом;
- вытрамбовать специальной трамбовкой;
- взрывом гирлянды зарядов взрывчатого вещества в лидерной скважине.
Такой способ формирования скважин приводит к значительному уплотнению грунта основания, что повышает несущую способность изготавливаемых свай.
· По условиям взаимодействия с грунтом сваи следует подразделять
на сваи-стойки и висячие (сваи трения).
К сваям-стойкам следует относить сваи всех видов, опирающиеся на скальные грунты, а забивные сваи, кроме того, - на малосжимаемые грунты. Силы сопротивления грунтов, за исключением отрицательных (негативных) сил трения, на боковой поверхности свай-стоек в расчетах их несущей способности по грунту основания на сжимающую нагрузку не учитываются.
К висячим сваям (сваям трения) следует относить сваи всех видов, опирающиеся на сжимаемые грунты и передающие нагрузку на грунты основания боковой поверхностью и нижним концом. К малосжимаемым грунтам относятся крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем средней плотности и плотным, а также глины твердой консистенции в водонасыщенном состоянии с модулем деформации 50 МПа.
Взаимодействие свай с окружающим грунтом носит сложный характер и зависит от процессов происходящих в грунте при изготовлении и при их работе под эксплуатационными нагрузками. Процессы оказывают влияние на несущую способность и осадки свайного фундамента, от их правильного учета во многом зависит точность расчета и экономическая эффективность применения свай.
Современные типы свай
На сегодняшний день на отечественном строительном рынке представлено достаточно большое количество компаний, специализирующихся на устройстве различных типов свайных фундаментов. Эти предприятия предлагают различные технологии выполнения свай, различное их качество и цены. Выбор той или иной технологии зависит от конкретных геологических и гидрогеологических условий, схемы и конструкции возводимого или реконструируемого сооружения, окружающей застройки и ее технического состояния.
СВАИ, УСТРАИВАЕМЫЕ ПО ТЕХНОЛОГИИ ДВОЙНОГО ВРАЩАТЕЛЯ (DOUBLE ROTARY)
Устройство свай по технологии двойного вращателя (DoubleRotary) заключается в бурении скважины с использованием непрерывного проходного шнека под защитой инвентарной обсадной трубы (рисунок 1). Особенность технологии заключается в том, что бурение скважины происходит при одновременном правом вращении непрерывного проходного шнека внутри обсадной трубы и левом вращении трубы.
Рисунок 1. Схема устройства свай по технологии DoubleDrilling
Технология устройства свай методом бурения с использованием двойного вращателя (DoubleRotary) состоит из следующих операций (рис. 1):
• установка бурового станка на точку бурения (а);
• бурение скважины (б) на требуемую глубину с одновременным погружением шнека (правое вращение) и обсадной трубы (левое вращение);
• бетонирование скважины через сердечник шнека с одновременным подъемом шнека и обсадной трубы (в);
• смещение буровой установки относительно скважины и выгрузка грунта из обсадной трубы при левом вращении шнека (г);
• погружение арматурного каркаса в скважину, заполненную бетоном, с помощью вибратора, подвешенного к стреле крана (д);
• формирование оголовка сваи для связи с ростверком (е).
Рисунок 2. Вид буровой установки RTG 21 BAUER (а) и двойного вращателя (б)
Опыт применения технологии устройства свай с использованием двойного вращателя показывает, что она незаменима при работах в застроенной части города и может использоваться как для изготовления несущих свай под конструкции здания, так и для выполнения ограждения котлована методом секущихся или соприкасающихся свай. Сегодня используются буровые машины с двойным вращателем (DoubleRotary), позволяющим изготавливать сваи диаметром до 520 мм и глубиной до 25 м.
К преимуществам технологии можно отнести следующее:
• она применима для всех видов дисперсных грунтов (несвязные плотные грунты, илы, твердые глины);
• отсутствие шума и значимых вибрационных воздействий позволяет устраивать сваи вблизи существующих зданий;
• высокая производительность за счет простого извлечения грунта шнеком;
• высокое качество заполнения скважины бетоном за счет подачи бетона под давлением;
• параметры бурения контролируются высокоточным бортовым компьютером.
БУРОНАБИВНЫЕ СВАИ, ИЗГОТАВЛИВАЕМЫЕ НЕПРЕРЫВНЫМ ПРОХОДНЫМ ШНЕКОМ (CFA)
Технология устройства буронабивных свай с использованием непрерывного проходного шнека CFA (Continuous Flight Auger). Данная технология изготовления свай заключается в погружении рабочего органа — полого проходного шнека — на необходимую глубину. Грунт извлекается в объеме разбуриваемой скважины и доставляется на поверхность посредством реборд, наваренных по спирали по всей длине трубы.
Рисунок 4. Схема устройства свай непрерывным проходным шнеком
Технология устройства свай непрерывным проходным шнеком (рис. 4) включает в себя следующую последовательность операций:
• установка бурового станка на точку предполагаемого устройства сваи (а);
• погружение шнековой колонны до проектной отметки (б);
• постепенное извлечение шнека из скважины с одновременным ее заполнением бетонной смесью, подаваемой через полый шнек бетононасосом (в);
• перемещение станка на следующую точку бурения (г);
• погружение в скважину, заполненную бетонной смесью арматурного каркаса с помощью вибратора (д);
• формирование оголовка сваи для связи с ростверком (е).
При внедрении проходного шнека происходит частичное уплотнение грунта, а также некоторое разупрочнение контактной зоны «свая-грунт» в процессе разрушения грунта бурением. Технология положительно показала себя при использовании в грунтах, имеющих слои, существенно различающиеся по прочности. Особенно эффективна она при проходке большой толщи песков, полутвердых и тугопластичных суглинков, когда применение технологии изготовления свай уплотнения невозможно.
Недоучет тиксотропного разупрочнения водонасыщенных пылевато-глинистых грунтов, возникающего в околосвайном массиве грунта при устройстве свай по данной технологии, при последовательном изготовлении свай без «отдыха» приводит к существенному перерасходу бетонной смеси (в 2–7 раз).
Повышенный расход бетонной смеси, как правило, имеет место, когда в инженерно-геологическом разрезе площадки присутствуют значительные по толще слои текучих, текучепластичных суглинков и супесей с низкими прочностными характеристиками.
Необходимо обратить внимание на тот момент, что при устройстве свай по данной технологии происходит тиксотропное разупрочнение грунта в околосвайном массиве, следствием чего является ограничение по использованию данной технологии вблизи существующих зданий, если модуль деформации грунта меньше 5 МПа, а угол внутреннего трения меньше 10.
Огромными преимуществами технологии являются высокая производительность и высокое качество заполнения скважины бетоном благодаря тому, что бетонная смесь подается, во-первых, под давлением, а во-вторых, при помощи бетононасоса.
Буронабивные сваи, выполненные по данной технологии, при испытаниях несущей способности по грунту статической нагрузкой показывают, как правило, результаты выше проектных.
БУРОНАБИВНЫЕ СВАИ, УСТРАИВАЕМЫЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОРОТКИХ ПРОХОДНЫХ ШНЕКОВ
Технология устройства свай с использованием коротких проходных шнеков заключается в бурении скважины с использование малогабаритных буровых станков с последовательным наращиванием шнековой колонны. Соединение шнеков осуществляется при помощи специальных замковых соединений. Эта технология получила широкое распространение в геотехническом строительстве вследствие ее простоты, мобильности и возможности применения в стесненных условиях при реконструкции. Для изготовления свай могут применяться буровые станки отечественного производства СБУ-100, ПБУ-50 и зарубежные станки, которые позволяют устраивать буронабивные сваи диаметром до 450 мм и длиной до 25–35 м (рис. 6).
Рисунок 6. Схема устройства свай короткими проходными шнеками
Технологическая последовательность устройства свай с использованием коротких проходных шнеков включает в себя:
• установку бурового станка на точку предполагаемого устройства сваи (а);
• погружение шнека до проектной отметки (б);
• постепенное извлечение шнека из скважины с одновременным ее заполнением бетонной смесью, подаваемой через полый шнек бетононасосом (в);
• перемещение станка на следующую точку бурения (г);
• погружение в скважину, заполненную бетонной смесью арматурного каркаса с помощью вибратора (д). В качестве преимуществ данной технологии можно назвать:
• отсутствие значимых вибрационных воздействий позволяет устраивать сваи вблизи существующих зданий;
•малые габариты буровых станков (рис.7) позволяют работать в стесненных условиях и использовать технологию при усилении фундаментов.
Рисунок 7. Установка Klemm KR-70 для устройства свай короткими шнеками
Следует, однако, отметить, что технология устройства свай с использованием коротких проходных шнеков имеет жесткие технологические требования по обеспечению сплошности ствола выполняемой сваи. Данное условие обеспечивается определенным сочетанием скорости подъема снаряда при заполнении скважины бетоном и давления подачи бетонной смеси на забой. Мы рекомендуем при выполнении данных свай проверять их на сплошность методом SIT.
ГРУНТОЦЕМЕНТНЫЕ СВАИ
Технология струйной цементации грунтов появилась практически одновременно в трех странах - Японии, Италии, Англии. Инженерная идея оказалась настолько плодотворной, что в течение последнего десятилетия технология струйной цементации мгновенно распространилась по всему миру, позволяя не только более эффективно решать традиционные задачи, но и найти новые решения иных многочисленных сложных проблем в области подземного строительства.
Сущность технологии заключается в использовании энергии высоконапорной струи цементного раствора для разрушения и одновременного перемешивании грунта с цементным раствором в режиме "mix-in-place" (перемешивание на месте). После твердения раствора образуется новый материал – грунтобетон, обладающий высокими прочностными и деформационными характеристиками.
Рисунок 8. Высоконапорная струя цементного раствора.
По сравнению с традиционными технологиями инъекционного закрепления грунтов струйная цементация позволяет укреплять практически весь диапазон грунтов – от гравийных отложений до мелкодисперсных глин и илов. Другим важным преимуществом технологии является чрезвычайно высокая предсказуемость результатов укрепления грунтов. Это дает возможность уже на этапе проектирования и заключения подрядных договоров достаточно точно рассчитать геометрические и прочностные характеристики создаваемой подземной конструкции (свая, участок подпорной стенки и т.д.), а соответственно – трудозатраты, материалы и стоимость подрядных работ.
Для объективности отметим, что в начале 80-х годов в нашей стране также были сделаны попытки развития технологии, однако в связи с отсутствием отечественных цементировочных насосов строительные организации так и не смогли выйти за рамки научных и производственных экспериментов.
Область применения:
- Устройство одиночных свайных фундаментов.
- устройство ленточных фундаментов и сплошных фундаментных плит из взаимно пересекающихся грунтоцементных свай.
- сооружение подпорных стен для повышения устойчивости склонов и откосов.
- закрепление слабых и обводненных грунтов вокруг строящихся поземных городских сооружений – колодцев, коллекторов, тоннелей.
- Сооружение противофильтрационных завес.
К преимуществам технологии относится:
- высокая скорость сооружения грунтоцементных свай;
- возможность работы в стесненных условиях – в подвальных помещениях, вблизи существующих зданий, на откосах и т.д. В этом случае на объекте устанавливается только малогабаритная буровая установка, а весь инъекционный комплекс располагается на более удобной удаленной площадке;
- отсутствие ударных нагрузок, так как в отличие от забивания железобетонных свай устройство грунтоцементных свай не сопровождается негативным ударным воздействием на фундаменты близко расположенных зданий исооружений.
Сущность технологии:
Устройство свай из грунтобетона выполняют в два этапа – в процессе прямого и обратного хода буровой колонны.
Во время прямого хода производят бурение лидерной скважины до проектной отметки. Буровой раствор поступает через открытый прямой клапан в буровой наконечник для удаления шлама в процессе бурения. В качестве бурового раствора используется вода, бентонитовый или цементный раствор.
В процессе обратного хода в сопла монитора, расположенного на нижнем конце буровой колонны, подают под высоким давлением цементный раствор и начинают подъем колонны с одновременным ее вращением.
При создании высокого давления прямой клапан закрывается, преграждая проникновение цементного раствора в буровой наконечник, поэтому весь цементный раствор поступает исключительно в сопла монитора.
Технологическое оборудование:
Так как разрушение и замешивание грунта требует высоких значений кинетической энергии струи раствора, для реализации схемы струйной цементации необходимо применение мощного высоконапорного цементировочного насоса. Практика показала, что давление нагнетания должно составлять от 400 до 700 атм., а мощность двигателя должна быть не ниже 350 л.с.
Другой "изюминкой" технологического оборудования является монитор, оснащенный обратным и прямым клапаном, а также соплами. Назначение сопел – преобразование высокого давления раствора, развиваемого цементировочным насосом, в кинетическую энергию струи. В связи с высокими абразивными свойствами цементного раствора сопла изготавливаются из специального металлокерамического состава. Диаметр сопел составляет 1,6-3,0 мм. Для получения высокой однородности грунтобетона количество сопел в мониторе составляет 2-6 шт.
Все части напорной магистрали (резинометаллические шланги, клапана, вертлюг, буровые штанги) должны выдерживать с высокое давление, а также абразивное воздействие цементного раствора.
К сожалению, отечественная промышленность не производит вышеперечисленное оборудование для струйной цементации, а приобретение подобного оборудования в полном комплекте у ведущих зарубежных фирм является достаточно дорогостоящим мероприятием.
Дата добавления: 2020-12-22; просмотров: 64; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!