Тонкостенные оболочки и буровые опоры

 

Тонкостенная оболочка представляет собой пустотелый цилиндр из обычного или предварительно напряженного ж/б. Они начали широко применяться только с появлением мощных вибропогружателей, позволяющих погружать в грунт элементы больших размеров.

 

 

Рис.13.10. Конструкция типовой оболочки диаметром 1,6м

Оболочки выпускаются секциями длиной от 6 до 12м и наружным диаметром от 1 до 3м. Длина секций кратна 1м, толщина стенок составляет 12см. На рис 13.10 в качестве примера показана секция оболочки диаметром 1,6м.

Наилучшими типами стыков являются сварной, применяемый для предварительной сборки на строительной площадке, и фланцевый на болтах, используемый для наращивания оболочек в процессе погружения. (рис.13.11)

 

 

Рис.13.11. Стыки секций оболочек:

а – сварной стык; б – фланцево-болтовой стык; 1 – стержень продольной арматуры; 2 – ребро; 3 – обечайка; 4 – сварной шов; 5 – стальной стержень; 6- болт

 

Погружение оболочек в грунт осуществляется, как правило, вибропогружателями. Для облегчения погружения, а также для предотвращения разрушения оболочки при встрече с твердыми включениями конец нижней секции снабжается ножом.

Обычно для повышения сопротивления оболочки действию значительных внешних усилий обычно ее полость после погружения до заданной глубины заполняется бетоном. При погружении в песчаные грунты внизу оставляют уплотненное песчаное ядро высотой не менее 2м. (рис.13.12а)

 

 

Рис.13.12 Конструкция сборных железобетонных оболочек:

а – оболочка с уплотненным песчаным ядром; б – усиленная оболочка с несущей диафрагмой; в – оболочка, заделанная в скалу; г – оболочка с уширенной пятой; 1 – оболочка; 2 – бетонное заполнение; 3 – нож; 4 – несущая диафрагма; 5 – арматурный каркас; 6 – буровая скважина в скальной породе; 7 – уширенная пята

Благодаря этому сохраняется естественная плотность песчаного грунта в основании оболочки, что обеспечивает лучшее использование его несущей способности.

Чтобы снизить объем укладываемого бетона или вообще исключить производство бетонных работ на строительной площадке, разработаны конструкции оболочек с утолщенными до 16…20 см стенками ­– усиленные оболочки.

Разновидностью усиленных оболочек являются оболочки с несущей диафрагмой. Диафрагма устраивается в нижней секции оболочки на высоте одного – двух ее диаметров и имеет центральное отверстие для извлечения грунта из ее полости при погружении (рис. 13.12 б).

В нескальных грунтах увеличение несущей способности оболочки по грунту достигается устройством внизу уширенной плиты.

Достоинства тонкостенных оболочек:

· индустриальность их изготовления;

· высокая сборность и механизация всех работ;

· лучшее использование прочностных свойств материала фундамента.

Наиболее рационально тонкостенные оболочки применять при больших вертикальных и горизонтальных нагрузках. Такие сочетания нагрузок наиболее характерны для мостов, гидротехнических и портовых сооружений.

Буровые опоры

Буровые опоры представляют собой бетонные столбы, которые возводят путем укладки бетонной смеси в предварительно пробуренные скважины. Укладка бетонной смеси производится под защитой либо глинистого раствора, либо обсадных труб, извлекаемых при бетонировании.

Технология устройства буровых опор та же, что и буронабивных свай. По существу, они представляют собой буронабивные сваи большого сечения (d >80см).

Нижние концы буронабивных опор обязательно доводят до плотных грунтов, поэтому они работают как стойки. Иногда их делают с уширенной пятой.

Буровые опоры обладают значительной несущей способностью (≥1000т) и рассчитываются как сваи-стойки.

 

Стена в грунте

Этот способ предназначен для устройства фундаментов и заглубленных в грунт сооружений (рис. 13.13).

Рис.13.13. Конструкции, сооружаемые способом «стена в грунте»: а – котлованы в городских условиях; б – подпорные стенки; в – тоннели; г – противофильтрационные диафрагмы; д – подземные резервуары

 

Способ заключается в том, что сначала по контуру будущего сооружения в грунте отрывается узкая глубокая траншея (b=60…100 см, H≤40…50 м) с помощью жесткого грейфера или механизированного траншеекопателя на проектную глубину с врезкой в водоупор, которая затем заполняется бетонной смесью или сборными железобетонными элементами.

Возведенная таким образом стена может служить конструктивным элементом фундамента, ограждением котлована или стеной заглубленного помещения.

Помимо заглубленных сооружений способом «стена в грунте» можно устраивать противофильтрационные завесы. Устройство «стены в грунте» наиболее целесообразно в водонасыщенных грунтах при высоком уровне подземных вод. Способ особенно эффективен при заглублении стен в водоупорные грунты, что позволяет полностью отказаться от водоотлива или глубинного водопонижения.

Существенным достоинством способа является возможность устройства глубоких котлованов и заглубленных помещений вблизи существующих зданий и сооружений без нарушения их устойчивости, что особенно важно при строительстве в стесненных условиях, а также при реконструкции сооружений.

Технология устройства «стены в грунте».

1. Сооружение «стена в грунте» начинается с устройства сборной или монолитной форшахты, которая служит направляющей для землеройных машин, опорой для подвешивания армокаркасов, бетолитных труб, сборных железобетонных панелей и т.п. и обеспечивает устойчивость стенок в верхней части.

2. Отрывка котлована отдельными захватками. Откопав первую захватку, на всю глубину стены по ее торцам устраивают ограничители, арматурный каркас и укладывают бетонную смесь.

3. Затем переходят к захватке «через одну», а после ее устройства – к промежуточной и т.д., в результате получается сплошная стена (рис. 13.14).

Рис.13.14. Последовательность возведения «стены в грунте»:

а – первая очередь работ; б – вторая очередь работ; 1 – форшахта; 2 – базовых механизм; 3 – бетонолитная труба; 4 – глинистый раствор; 5 – грейфер; 6 – траншея под одну захватку; 7 – арматурный каркас; 8 – бетонная смесь; 9 – забетонированная секция; 10 – готовая «стена в грунте»

Такой метод называется методом последовательных захваток или секционным методом.

Для удержания стен захватки против обрушения по мере углубления в нее подливают тиксотропный глинистый раствор.

Для приготовления глинистых растворов используют бентонитовые глины (глина, содержащая большой процент монтмориллонита). Глинистые частицы раствора не только смачиваются водой, но вода проникает внутрь кристалла и глина разбухает, значительно увеличиваясь в объеме. Монтмориллонитовая глина обладает свойством тиксотропии, т.е. при динамическом воздействии – это раствор, а при отсутствии воздействия через 4…6 часов золь превращается в гель, что позволяет удерживать стенки траншеи.

Уровень раствора должен быть выше уровня подземных вод, чтобы исключить фильтрацию воды из грунта в траншею, также давление от раствора должно быть больше давления окружающей среды (ξ∙γ_z).

После отрывки захватки и заполнения ее бетонной смесью вытесненный глиняный раствор, содержащий частицы разрабатываемой породы, идет на очистку (регенерацию) и снова поступает в траншею (с некоторой потерей ~10%).

После возведения «стены в грунте» по всему периметру сооружения (т.е. конструкция замыкает в плане будущее сооружение) поэтапно удаляют грунт из внутреннего пространства. При необходимости на каждом этапе по периметру устраивают грунтовые анкера или распорки. Если крепления не изготавливаются, то устойчивость стены при удалении грунта обеспечивается ее заделкой в основание. После полного удаления грунта из внутреннего пространства до проектной отметки возводят внутренние конструкции.

А. Грунтовые анкера

Анкеры представляют собой устройства, служащие для передачи выдергивающих усилий от строительных конструкций на грунтовую толщу. Их используют для закрепления ограждений котлованов, стен подземных сооружений, опускных колодцев, откосов и склонов, фундаментов дымовых труб, мачт, башен и т. п. (рис. 13.15).

Рис.13.15. Применение анкерных устройств:

а – крепление котлована; б – крепление днища и стенок дока или шлюза; в, г – восприятие выдергивающих сил в фундаментах дымовых труб и мачт ЛЭП; д – крепление откоса; е – усиление подпорной стенки; ж – крепление свода подземного перехода; з – противодействие взвешивающему давлению грунтовой воды на тоннели; и – восприятие опрокидывающего момента от перекрытия ангара

Анкера препятствуют всплытию заглубленных сооружений, что позволяет делать их более легкими, сокращает расход материалов.

Анкера можно использовать в различных грунтах, за исключением набухающих, просадочных и сильносжимаемых грунтов, илов, торфов и глин текучей консистенции.

Широкое использование анкеров объясняется исключительно положительным эффектом их применения. Так, при устройстве глубоких котлованов применение анкеров позволяет не только сделать окружающую конструкцию более легкой, но и вести строительные работы рядом с существующими сооружениями, не опасаясь развития в них чрезмерных деформаций. Кроме того, применение анкеров позволяет полностью освободить внутреннее пространство котлована от распорок и стоек, тем самым значительно упростив и ускорив производство строительных работ.

Конструкции анкеров и технология их устройства.

Конструкция анкера зависит от вида возводимого сооружения, его назначения и срока службы, геологических и гидрогеологических условий строительной площадки и ряда других факторов.

По сроку службы анкера подразделяются на временные и постоянные.

Временные анкера устраивают на срок выполнения строительно-монтажных работ или для крепления временных сооружений (шпунтовые стенки).

Постоянные анкера являются составной частью конструкции и устраиваются на весь срок службы капитального сооружения. Постоянные анкера отличаются от временных усиленной антикоррозионной защитой.

Грунтовые анкера находятся внутри массива и работают за счет сопротивления грунта.

Конструкция анкера состоит из трех основных частей: оголовка, анкерной тяги и анкерной заделки – корня анкера. Оголовок воспринимает усилие от конструкции, которую крепит анкер, анкерная тяга передает это усилие на безопасное расстояние в толщу грунта, анкерная заделка обеспечивает дальнейшую передачу усилия с тяги на окружающий грунт.

В зависимости от способа устройства заделки (корня) грунтовые анкера бывают:

- засыпными;

- буровыми;

- инъекционными;

- забивными;

- завинчивающимися и т.д.

В качестве тяжей применяются сплошные металлические стержни, трубы, тросы и т.д..

При подаче раствора в корень анкера (при инъектировании) подъему раствора из зоны заделки вверх по скважине препятствует особое устройство ­– пакер (рис. 13.16).

Рис.13.16. Инъекционный анкер:

1 – головка; 2 – анкеруемая конструкция; 3 – скважина; 4 – анкерная тяга; 5 – пакер; 6 – зона инъекцированного грунта (корень); 7 – состав для защиты тяги от коррозии

Предварительное натяжение анкеров производят для предотвращения или максимального ограничения перемещений анкеруемой конструкции. Натяжение обычно осуществляют с помощью домкратов.

При устройстве анкеров проводят пробные контрольные и приемочные испытания.

· Пробные испытания проводят для определения применимости выбранного типа и конструкции анкера, уточнения технологии устройства и его несущей способности. Испытанию подвергаются 3…5 анкеров.

· При контрольных испытаниях определяют соответствие фактической несущей способности рабочих анкеров расчетной нагрузке, заложенной в проекте. Контрольным испытаниям подвергается не менее 10 % от общего числа установленных анкеров.

· При приемочных испытаниях определяют пригодность анкера к эксплуатации. Если при выдержке во времени на испытательной нагрузке превышающей рабочую, разность деформаций в интервалах времени остается одинаковой или уменьшается, то анкер считается пригодным. Приемочным испытаниям подвергаются все анкеры, кроме прошедших контрольные испытания.

Допускаемые усилия на анкер определяются прочностью материала анкерной тяги и несущая способность заделки анкера в грунте.

Ориентировочно несущую способность анкера по грунту можно определить по методике расчета несущей способности свай как сумму сопротивлений по торцу и боковой поверхности зоны заделки:

,

где γ_с, γ_CR, γ_сf – коэффициенты условий работы по СНиП 2.02.03-85;

D_k – диаметр корня анкера, м, после инъектирования;

R и f – удельные сопротивления по торцу и по боковой поверхности корня, кПа, принимаемые как для свай по СНиП;

l_k – длина заделки анкера, м.

Есть рекомендации определять несущую способность анкера, пренебрегая сопротивлением грунта по торцу заделки, а сопротивление трению по ее боковой поверхности принимать с учетом напряженного состояния окружающего анкер грунта, которое зависит от избыточного давления при инъектировании цементного раствора:

,

k =0,6 – коэффициент однородности грунта;

m_p – коэффициент, учитывающий напряженное состояние грунта в зависимости от давления при инъектировании и принимаемый для песков 0,5, для глин различной консистенции 0,4…0,2;

d_c – диаметр скважины;

F_k – избыточное давление в зоне заделки при инъектировании;

φ_I – расчетное значение угла внутреннего трения грунта в зоне заделки анкера.

Изложенные методики определения несущей способности анкеров по грунту используют только для предварительных расчетов. Окончательные размеры зоны заделки (длины корня анкера) назначаются после проведения испытаний опытных анкеров. Как правило, она принимается в пределах 4…5 м в песчаных грунтах и 5…7 м в глинистых. Расстояние между анкерами в зоне заделки принимается не менее 1,5 м, с тем, чтобы их взаимное влияние не слишком сказывалось на несущей способности анкеров.

 

 

СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ