Тема 5основні положення по технології процесів улаштування паль

5.1Загальні відомості про пальові фундаменти. Види паль, призначення та область застосування.

Палі — це стержневі конструкції фундаменту, які переда­ють навантаження від споруди на грунт.

За характером статичної роботи розрізняють палі-стояки та висячі палі.

Палі-стояки - це стрижневі конструкції, які опираються нижнім кінцем на скелю для передавання навантаження.

Висячі палі заглиблюють у пружні ґрунти, що можуть стискатись, тоді навантаження передається на ґрунти як нижнім кінцем, так і боковими поверхнями паль.

Залежно від типу будівлі і навантажень, які треба передати на грунт, палі розміщують рядами, кущами або рівномірно розподіляють під усім об¢єктом, створюючи палеве поле.

Верхні торці паль в одному рівні з¢єднують плитою з монолітного залізобетону – ростверком.

Палі виготовляють із дерева, бетону, залізобетону, металу, а також з різноманітних комбінацій цих матеріалів.

За технологією влаштування фундаментів палі розрізняються як виготовлені заздалегідь з подальшим зануренням їх у грунт і палі, які виготовляють на місці експлуатації, а також комбіновані.

Палі, виготовлені заздалегідь. До таких паль відносять палі, виготовлені на заводах, полігонах, у майстернях; їх доставляють потім на будівельний майданчик і тим чи іншим методом занурю­ють у грунт. Серед них розрізняють циліндричні, призматичні, пі­рамідальні, з жорстким потовщенням ствола, з розширенням, що розкривається, гвинтовим розширенням.

Циліндричні палі (рис. 5.1, а) можуть бути виготов­лені із дерева, залізобетону та металу з поперечним перерізом у вигляді круга або кільця. Довжина таких паль 6...16м без стиків, а зі стиками—до 30 і навіть 90м. Діаметр паль може бути від 10...15см до 60см. Якщо діаметр кільцевих паль перевищує 60см, то їх називають оболонками. Палі з кільцевим поперечним пере­різом занурюють у грунт як з відкритим, так і з закритим нижнім кінцем.

Призматичні палі (рис. 5.1, а) здебільшого виготов­ляють із залізобетону. Слід зазначити, що метал застосовують тільки після економічного обгрунтування або при будівництві тим­часових споруд. Залізобетонні призматичні палі найчастіше бува­ють завдовжки 4...16 м без стиків з різними поперечними перері­зами.

Палі з квадратним поперечним перерізом зі стороною 25...40 см, як правило, армують чотирма поздовжніми стержнями і попереч­ними охоплюючими хомутами. Внаслідок такого насиченого арму­вання (50...150кг/м³) фундаменти із таких залізобетонних паль менш економічно ефективні, ніж інші типи підвалин. Застосовують та­кож залізобетонні палі, армовані одним стержнем, який поперед­ньо напружують. У них на 1 м³ бетону витрачається 5...12 кг ме­талу.

Застосовують та­кож палі прямокутного, трикутного, таврового та двотаврового перерізу.

Бувають палі пірамідальні: серед них виділяють малопірамідальні і пірамідальні. Малопірамідальні палі з конусністю 3...8% (рис. 5.1, в, б). близькі за формою до призматичних, але в хороших грунтах за несучою здат­ністю вони спроможні сприйняти вертикальне навантаження на 40...60% більше, ніж призматичні.

Пірамідальні палі з розмірами основ 80Х80см та 10Х10см і довжиною 2,8...3,2м успішно експлуатують у грунтах з високою щільністю. Найбільший ефект ці палі дають при роботі на гори­зонтальні навантаження, особливо у спорудах, де виникає розпір (наприклад, тришарнірні арки та рами).

Палі з жорстким потовщенням ствола (рис. 5.1, г) використовують як спеціальні. Розширення ствола в ниж­ній частині використовують при вертикальному навантаженні у шаруватих грунтах з дуже слабким поверхневим шаром. Розши­рення ствола у верхній частині збільшує несучу здатність палі на горизонтальні зусилля при міцному і твердому верхньому шарі грунту.

Палі з розширенням ствола, що розкривається (рис. 5.1, д), дають змогу використовувати можливість грунту краще працювати під нижнім кінцем палі, ніж по її бічній поверхні. Такі палі мають різноманітні конструктивні варіанти, але основна суть цих конструкцій зводиться до того, що до нижнього кінця палі на шарнірах прикріплюють 2...4 плити (лопаті) з металу або залізобетону, які формують спеціальний наконечник.

Наконечник розкриває оператор за допомогою спеціальної штан­ги або троса. Розкритий наконечник збільшує площу нижнього торця палі в 2...3 рази, і відповідно підвищується його несуча здат­ність. Якщо застопорити розкритий наконечник, то така паля мо­же успішно працювати на виривання.

Палі з гвинтовим розширенням (рис. 5.1, е) ви­готовляють в основному з металу. В нижньому кінці палі роблять гвинтову спіраль в 1,5...2 оберти із листового металу. Діаметр роз­ширення може досягати 1,2 м, а довжина палі— 10м. Для вгвин­чування таких паль виготовляють спеціальні машини і оснащення.

Рис. 5.1. Різновиди паль, виготовлених заздалегідь, і їх перерізи:

а — циліндрична і призматична; б — слабопірамідальна; в — пірамідальна; г — з жорстким потовщенням ствола внизу і вгорі; д — з розширенням ствола, що розкривається; е — з гвинто­вим розширенням;

5.2Методи занурення паль (ударний, статичного вдавлювання, вібраційний та віброударний методи, метод підмиву, загвинчування)

Палі, виготовлені заздалегідь заби­вають (ударний), вдавлюють у грунт, занурюють за допомогою вібрації або розмиву грунту водою та вгвинчують.

Машини, які підтримують палі в потрібному положенні, я також робочий орган (обладнання), за допомогою якого заглиблюють палі, називають копром. Копри бувають у вигляді спеціальних мостів на рековому ходу, змонтовані на автомобілях, тракторах, екскаваторах та стрілових кранах.

1. Зміст ударного метода полягає втому, що палі забивають молотами.

Для забивання паль застосовують молоти, які підвішують як і палю на копрі: механічні, пароповітряні, дизельні штангові та трубчасті молоти, гідравлічні.

Механічний молот — це важка чавунна виливка, який за до­помогою лебідки підіймається в напрямних стріли копра на по­трібну висоту, а потім, відчепившись від крюка, у вільному падінні б'є по палі. Маса таких молотів 8-10 т. Механічні молоти через низьку продуктивність праці (10...15 ударів за 1 хв.) використовуються рідко (в основному при невеликому обсязі робіт).

Пароповітряні молоти – це замкненийпорожній вертикальний циліндр, в якому рухається (вгору-вниз) поршень масою 1,25-6 т і б¢є по палі. Він робить більш як 200 ударів за хвилину. Амплітуда руху 1,3-1,5 м. У дію його приводить стиснене повітря або пара.Можуть бути одиничної дії, якщо ударна частина молота падає тільки під дією своєї маси, і подвійної, як­що до сили удару падаючої маси додається тиск повітря або пари.

Дизельні (штангові та трубчасті) молоти об'єднують переваги пер­ших двох молотів, вони ефективніші від пароповітряних за рахунок автономності та використовуються більш широко. Дизель-молоти найбільш високо продуктивні, автономні, та мають низьку вартість робіт. Автономність забезпечується шляхом піднімання ударної частини за рахунок двохтактного двигуна, який єскладовою частиною дизель-молота.

У штангових дизель-молотів - рухливій циліндр, що відкритий знизу та

пересувається по направлених штангах. Коли циліндр падає на нерухомий поршень (толок), то в камері горіння запалюється суміш повітря і палива. Енергія, що утворюється в результаті запалювання, підкидає циліндр вверх, після чого відбувається новий удар. Паливо надходить у форсунку по трубам.

В трубчатих - нерухомий циліндр, що має шабот (п'яту) та виконує роль направляючого. Ударна частина - рухомий поршень з головкою. Розповсюдження палива і запалювання суміші відбувається під час удару головки поршня по поверхні сферичної западини циліндра, куди паливо подає помпа низького тиску, яка дозує суміш. Перевага трубчатого дизеля над штанговим полягає в тому, що при однаковій масі ударної частини вони мають більшу енергію удару (у 2...3 разі).

Гідравлічний молот — це аналог пароповітряного, але енергоно­сієм є робоча рідина, яка працює в замкненій системі. Гідравлічний привід має можливість створювати значний тиск (30...60 МПа). При рівних площах робочих поверхонь поршнів цей молот у порівнянні з пароповітряним розвиває в 10...100 разів більшу енергію удару по палі. Такі молоти найбільш екологічно чисті.

Недоліки ударного способу – низький коефіцієнт корисної дії обладнання, потреба в міцних конструкціях паль.

2. Статичне вдавлювання палі здійснюється за допомогою спеціальних пристроїв, що діють на палю своєю масою.

Вдавлюють палі у тих місцях, де недопустимі динамічні навантаження на грунт та на будівлі, які знаходяться поряд. Оскільки цей метод застосовують рідко, то машини для цьо­го виготовляють спеціально. Раніше для цього пристосову­вали платформи з навантажен­ням у вигляді штучних вантажів або будівельних машин, здебільшого тракторів.

Для вдавлювання паль використовують спеціальне оснащення, яке закріплюється на масивних ростверках і за допомогою гідродомкратів вдавлює палі крізь отвори в ростверку.

3. Під час вібраційного методу палю занурюють за допомогою вібраційних машин, які передають на палю вібраційну дію. Ці дії допомагають палі перебороти як бічний, так і лобовий опори грунту.

Дія віброзаглиблювача заснована на принципі, завдяки якому горизонтальні центрально-бігові сили взаємно зникають, а вертикальні - сумуються.

Цей метод ефективний при незв'язаних водонасичених грунтах. Найбільш універсальним є віброударний метод з допомогою вібромолотів. Вони поділяються на електричні, пневматичні, гідравлічні і вібромолоти з двигуном внутрішнього згорання. Найбільш розповсюджений пружинистий вібромолот.

За допомогою вібрації занурюють палі з малим поперечним перерізом, шпунт або трубчасті палі-оболонки з відкритим нижнім кінцем. Крім вібрації, використовують привантаження, тобто спеціально збільшують масу вібратора або ж через поліспастову систему передають на палю частину маси копрової установки.

4. У водонасичених грунтах занурення паль відбувається також під впливом вібрації і удару — віброударний метод. Принцип ро­боти вібромолота — це синхронне обертання двох неврівноважених мас.

5. Занурення паль за допомогою підмиву виконують здебільшого в гідротехнічному будівництві. Потужні струмені води із сопел, закріплених на вістрі палі, розмивають грунт, і паля занурюється в грунт під дією своєї маси. Вода подається під тиском 0,5 МПа із трубок діаметром 38...62 мм. Під час подавання води грунт пом'якшується, а вода, що піднімається вверх повздовж палі, розмиває грунт і усуває силу тертя між поверхнями.Після занурення порожнину навколо палі замивають грунтом або палю трохи добивають, тим самим збільшують якість використання. Велика трудомісткість при застосуванні цього метода не дозволяє його широко застосовувати Використовують цей спосіб здебільшого при роботі на плаву та з великою вагою палі.

6. Методзагвинчування. Застосовують його під башти ліній електропередач, радіозв'язку, де потрібні великі зусилля проти виривання палі. Загвинчують крицеві і залізобетонні палі з крицевими наконечниками з допомогою пристроїв, змонтованих на базі автомобіля. Він має чотири аутригери, редуктори віднімання зусиль двигуна на робочий орган, який знаходиться на кінці палі і передає повертаючі зусилля через інвентарну металічну оболонку.

Склад палевих робіт

Палі транспортуються на автомобілях з причепами, а розвантажують їх будівельними кранами. Ділянки для складування визначаються проектом виробництва робіт з урахуванням необхідного запасу, мінімальних трудовитрат і часу для відтягування палі до робочого устаткування. Бетонну суміш для ростверків привозять з найближчих заводів або виготовляють на пересувних станціях. До початку робіт ділянку забезпечують водою, електроенергією, повітрям. Якщо роботи ведуться у вечірню пору, то повинно бути освітлення, якщо потрібно - то прокладають рейкову колію.

Геодезичну розбивку палевих рядів виконують після планування ділянки. Спочатку по периметру роблять обнесення, по якій по осям палевих рядів напинають дріт (взаємно перпендикулярно). В місцях перетину цього дроту забивають дерев'яні кілочки, які виступають над поверхнею землі на 10...12 см.

Розбивку поля перевіряють разом з авторським наглядом і оформляють відповідні документи (акт на приховані роботи). Розраховують місця для складування паль так, щоб вони були розташовані як найближче до осі руху агрегатам щоб піднімати палі і підтягувати їх без сторонньої допомоги. Рух їх повинен бути прямолінійним і найменшим числом повертів. Процес забивання палі складається з наступних операцій:

1. переміщення палезабійного апарату до місця занурення палі;

2. встановлення в робоче положення та перевірка, орієнтація в плані;

3. підтягування, піднімання і встановлення палі в плані в проектне положення;

4. забивання паль.

Підтягування і піднімання залізобетонної палі - найбільш трудомісткий процес. В комплект механізмів рекомендується включати автомобільний кран, який підтримує палю за нижню скобу, поступово наближаючись до копра. В цей час голова палі піднімається за верхню петлю піднімаючого пристрою, якій є на копрі

Після того як палеве поле готове, зайві оголовки паль зрізують (пневмолотами, вогневим способом). Арматуру, яка залишилась від палі, загинають і зварюють з арматурою всього ростверку. Роблять опалубку і вкладають бетонну суміш.