Сущность гидромеханических методов разработки грунта гидромониторами и земснарядами?

Разрабатывать грунт гидромеханическим способом можно в надводных и подводных забоях. Сухой грунт размывают гидромонитором, который представляет собой стальной ствол с насадкой и коленами, обеспечивающими вращение ствола в вертикальной и горизонтальной плоскостях для направления водяной струи. Гидромониторы монтируют на рамах, позволяющих перемешать их в забое. Ода поступает к гидромонитору по трубопроводу под значительным давлением. Выходя из насадки с большой скоростью, вода ударяет в грунт и разрушает его, образуя пульпу (размытый грунт). В зависимости от рода грунта и высоты забоя расход воды на 1 м³ разрабатываемого грунта составляет 3-15 м³. Плотный грунт размывают гидромонитором преимущественно встречным забоем, рыхлый несвязанный грунт – попутным забоем.

В первом случае обеспечивается высокая производительность гидромонитора из-за периодических обвалов грунта, нависающего над зоной подмыва (вруба). Этот эффект достигается при отбойке грунта высоконапорной водой или при взрывании грунта. Так как гидромонитор может оказаться среди потоков пульпы, ее следует направлять в обход гидромонитора.

При попутных забоях производительность гидромонитора ниже, но перемещается он по сухому грунту, а поток пульпы, приобретая от водяной струи достаточную начальную скорость, обеспечивает интенсивный сток.

Расстояние гидромонитора от забоя зависит от рода грунта, но должно быть не менее для песка, суглинка и глины L=H, при лессовидных грунтах L=2H.

При благоприятном рельефе местности размытый гидромонитором грунт по трубопроводу или лоткам самотеком направляется к месту образования насыпи. При неблагоприятном рельефе пульпа сначала поступает по канавам в зумпф, снабжен центробежным насосом большой мощности, который может пропускать камни диаметром 100-400 мм.

Размыв грунта встречным забоем начинают с подрезки уступа. Так как эта операция является наименее производительной, то высота вруба, а следовательно, и его объем должны быть минимальными. Смыв обрушенного грунта начинают в зоне, ближайшей к пульпосточной канаве. Не следует резко перебрасывать струю гидромонитора с одного участка на другой, т.к. это нарушает равномерное поступление пульпы в зумпф и вызывает заиливание грунта в канаве.

В подводных забоях грунт разрабатывают землесосным способом, при котором грунт всасывается землесосным снарядом и перекачивается к месту укладки в виде пульпы.

Со дна водоема грунт всасывается при помощи всасывающей трубы землесоса, подвешенной к специальной стреле. Стрела соединена с мачтой, установленной на барже.

При разработке плотных грунтов всасывающую трубу снабжают специальной вращающейся рыхлительной головкой или вибрационным рыхлителем. Земснаряд соединяют с магистральным пульпопроводом, проложенным по берегу, при помощи плавучего пульпопровода, смонтированного на плашкоутах, что позволяет ему передвигаться по забою вслед за движением земснаряда.

Разработка начинается с заглубления всасывающей трубы, на глубину снимаемого за одну проходку слоя. Затем воронку расширяют путем периодического отвода земснаряда назад и в сторону, следя за тем, чтобы при этом не прекратился контакт всасывающей части с грунтом.

Намыв грунта происходит в результате оседания частиц грунта из пульпы, когда скорость движения ее становится ниже критической. Возводимую насыпь разбивают в плане на захватки, на которых поочередно выполняют намыв грунта и подготовительные работы к намыву следующего слоя. По контуру очередной захватки бульдозером возводят земляной вал на высоту намываемого слоя пульты и наращивают установленный ранее в пределах захватки водосбросный колодец с выпускаемой трубой.

Когда магистральный пульпопровод на участке намыва размещают на эстакаде, превышающей по высоте возводимую насыпь, и выдают из него пульпу поочередно на захватки (карты) намыва, мы имеем дело с эстакадным способом подачи пульпы. При безэстакадном способе магистральный пульпопровод укладывают вдоль основания возводимой насыпи. Через каждые 20-30 м на трубопроводе устанавливают специальные выпускные патрубки, через которые пульпа поступает на карту намыва. В первом случае возведение эстакады представляет собой относительно дорогую и трудоемкую работу, зато в дальнейшем дополнительные работы сводятся к минимуму, а процесс намыва значительно ускоряется. При втором способе стоимость и трудоемкость начальной проходки трубопровода незначительны, но в дальнейшем приходится периодически наращивать и перемонтировать выпускные патрубки, что задерживает процесс намыва.

Возведение насыпей методом намыва обеспечивает значительную плотность грунта, поэтому прибегать к искусственному уплотнению грунта не надо. На последующую усадку насыпи придают небольшой запас высоты: 1,5% при суглинистых и супесчаных грунтах и 0,75% при песчаных.

Схемы намыва грунта с помощью землесосных снарядов

Плавучие землесосные установки (земснаряды) помещают на понтонах или специальных судах - баржах.

Намыв производится или со стороны откосов по направлению к оси сооружения (двусторонний намыв), или от оси насыпи к откосам (односторонний намыв).

При двустороннем намыве посредине намываемой дамбы образуется так называемый прудок, в котором осаждаются мелкие частицы грунта. Осветленная в прудке пульпа из колодца сбрасывается по трубам в пониженное место.

При одностороннем способе намыва призмы обвалования и пульповод устраивают вдоль одного откоса насыпи. Никаких сбросных сооружений при этом способе не требуется, так как осветленная пульпа стекает по свободному откосу.

Классификация свай по различным признакам

Сваи принято классифицировать по способу передачи нагрузок, материалу, форме ствола, поперечного сечения и методам производства работ.

По методам производства работ сваи делят на погружаемые и набивные. Погружаемые сваи заранее изготовляют на поверхности земли и затем ударным или безударным способом погружают в грунт в вертикальном или наклонном положении. Набивные сваи устраивают непосредственно в самом грунте.

Наиболее важным признаком является способ заглубления свай, который оказывает большое влияние на их несущую способ­ность по грунту.
Специфической особенностью свай любого типа является пере­дача нагрузки на грунт их нижним концом и боковой поверх­ностью. В зависимости от характера напластования и физико-ме­ханических свойств грунтов сваи могут передавать всю восприни­маемую нагрузку на грунт преимущественно нижним концом или боковой поверхностью. В соответствии с этим сваи подразделяют на два основных типа: сваи-стойки, передающие нагрузку нижним концом или уширением (уширенной пятой) на любые малосжимаемые грунты; сваи висячие, передающие нагрузку на любые грунты боковой поверхности и нижним концом. Кроме перечисленных основных типов, можно еще назвать сваи уплотнения с наклонной боковой поверхностью (конические, пирамидальные, клиновид­ные); сваи трения, передающие нагрузку только трением по боковой поверхности (анкерные, воспринимающие растягивающие усилия).
По способу устройства различают: сваи, изготавливаемые за­ранее и погружаемые в грунт в готовом виде; сваи, сооружаемые (бетонируемые) в грунте, на месте возведения фундамента; ком­бинированные, состоящие из свай первых двух типов.

В зависимости от применяемого материала сваи бывают дере­вянные, бетонные, железобетонные, стальные и комбинированные.

Технологии и средства механизации погружения готовых свай

Ударный метод.

Забивка осуществляется молотами разных типов с ударной частью весом, обычно 1,8 - 12 тонн, смонтированными на тяжелую, как правило гусеничную технику (копры, гусеничные краны, троссовые и гидравлические экскаваторы). Сваи погружают в грунт приложением вертикальной (иногда наклонной) нагрузки.

Базовая машину служит для того, чтобы зацепить сваю, поднять ее и завести в наголовник молота, двигающийся по направляющей мачты. Дальше молот сбросом ударной части забивает сваю в грунт.

Забивку сваи начинают несколькими легкими ударами с последующим увеличением силы ударов до максимальной. При отклонении положения сваи от вертикали более чем на 1 % сваю исправляют подпорами, стягиванием и т.п., или вытягивают и забивают снова. Забивка сваи продолжается до получения заданного проектом отказа — величины погружения сваи от одного удара молотом после окончания забивки.

Метод вдавливания.

Метод вдавливания свай применяется при реконструкции зданий, которые нельзя сносить, так как они представляют собой историческую ценность и охраняются законом.

Наиболее эффективной областью применения технологии вдавливания свай является погружение железобетонных свай и шпунтов вблизи или внутри существующих зданий и сооружений в условиях плотной застройки и т. д.

Данный метод осуществляется с помощью специальных установок, действующих на сваю либо массой, либо массой и вибрацией одновременно. Для погружения свай методом статического вдавливания используют установки, состоящие из двух тракторов, оборудованные направляющей рамой, опорной плитой, наголовником для передачи давления, соединенным с вдавливающим полиспастом. На одном из тракторов смонтирована 5-тонная лебедка, на другом ляебедки с тяговым усилием.

Трактор с мачтой устанавливают над местом погружения свай и с помощью малой лебедки опускают на землю опорную плиту. После этого на опорную плиту устанавливают пригрузочный трактор. Предварительно с помощью малой лебедки сваю помещают в проем мачты трактора, находящегося на грунте. Усилия от большой лебедки передаются на наголовник и он начинает перемещаться по направляющим, обеспечивая тем самым вдавливание сваи.

Вибрационный метод — погружение свай (шпунта) при помощи вибрации.

Метод вибропогружения эффективен при погружении свай в водонасыщенные песчаные и малосвязные грунты. При этом происходит разжижение песчаного грунта и резко уменьшаются силы трения по боковой поверхности. После прекращения вибрации эти силы трения восстанавливаются.

Вибропогружатель - возбудитель колебаний вдоль оси сваи. Устройство с вращателем и пригрузом со смещенным центром тяжести с приводом от электродвигателя, либо гидростанции подвешивается на оголовке сваи. За счет значительного веса вибропогружателя и колебаний, свая (шпунт) погружается в грунт. Вибропогражатели, в отличие от молотов, имеют определенные ограничения по типам грунтов, в которых можно работать. Также, при вибропогружении часто применяют лидерное бурение.

Метод завинчивания

Применяют главным образом при устройстве фундаментов под мачты электропередачи, радиосвязи и других сооружений, где в достаточной мере могут быть использованы несущая способность винтовых свай и их сопротивление выдергиванию При этом завинчивают стальные и железобетонные сваи со стальными наконечниками с помощью установок, смонтированных на базе автомобилей или автомобильных тягачей. Эти установки имеют рабочий орган, четыре гидравлических аутригера, привод вращения и наклона рабочего органа, гидросистему, пульт управления вспомогательного оборудования.

Сваю погружают в грунт путем вращения с одновременным использованием осевого усилия.

Буронабивные сваи.

Буронабивные сваи. Характерной особенностью устройства буронабивных свай является предварительное бурение скважин до заданной глубины.

Изготовление свай включает следующие операции:

-пробуривание скважины;

-опускание в скважину обсадной трубы;

-извлечение из скважины осыпавшегося грунта;

-заполнение скважины бетоном отдельными порциями;

-трамбование бетона этими порциями;

-постепенное извлечение обсадной трубы.

В пробуренную до проектной отметки (5...12 м) скважину осторожно опускают трубу диаметром 25...40 см и далее загружают бетонной смесью. После заполнения скважины на глубину около 1 м бетонную смесь трамбуют и медленно поднимают вверх обсадную трубу до тех пор, пока высота смеси в трубе не уменьшится до 0,3...0,4 м. Снова загружается бетонная смесь и процесс повторяется. Учитывая, что диаметр скважины больше диаметра обсадной трубы и поверхность пробуренного грунта оказывается неровной, шероховатой, при наполнении бетонной смесью обсадной трубы, ее подъеме и уплотнении смеси, бетон заполнит весь свободный объем, включая и зазор между стенками скважины и обсадной трубой. Часть бетона и цементного молока проникнет в грунт, повысив его прочность.

Недостатки способа — невозможность контролировать плотность и монолитность бетона по всей высоте сваи, возможность размыва не схватившейся бетонной смеси грунтовыми водами.

Армирование свай производят только в верхней части, где на глубину 1,5...2,0 м в свежеуложенный бетон устанавливают металлические стержни для их последующей связи с ростверком.

В зависимости от грунтовых условий буронабивные сваи устраивают одним из следующих способов:

-сухим способом (без крепления стенок скважин),

-с применением глинистого раствора (для предотвращения обрушения стенок скважины)

-с креплением скважины обсадной трубой

Сухой способ применим в устойчивых грунтах (просадочные и глинистые твердой полутвердой и тугопластичной консистенции), которые могут держать стенки скважины. Скважина необходимого диаметра разбуривается методом вращательного бурения в грунте на заданную глубину. После приемки скважины в установленном порядке при необходимости в ней монтируют арматурный каркас и бетонируют методом вертикально перемещающейся трубы.

Сухим способом по рассмотренной технологии изготовляют буронабивные сваи диаметром от 400 до 1200 мм, длина свай достигает 30 м.

Применение глинистого раствора. Устройство буронабивных свай в слабых водонасыщенных грунтах требует повышенных трудозатрат, что обусловлено необходимостью крепления стенок скважины для предохранения их от обрушения. В таких неустойчивых грунтах для предотвращения обрушения стенок скважин применяют насыщенный глинистый раствор бентонитовых глин плотностью 1,15...1,3 г/см³, который оказывает гидростатическое давление на стенки, хорошо временно скрепляет отдельные грунты, особенно обводненные и неустойчивые, при этом хорошо удерживает стенки скважин от обрушения. Этому же способствует образование на стенках скважины глинистой корки вследствие проникновения раствора в грунт

Скважины бурят вращательным способом. Глинистый раствор готовят на месте выполнения работ и по мере бурения подают в скважину по пустотелой буровой штанге под давлением. По мере бурения находящийся под гидростатическим давлением раствор от места забуривания, встречая сопротивление грунта, начинает подниматься вверх вдоль стенок скважины, вынося разрушенные бурами грунты, и выходя на поверхность, попадает в отстойник-зумпф, откуда снова насосом подается в скважину для дальнейшей циркуляции.

Глинистый раствор, находящийся в скважине под давлением, цементирует грунт стенок, тем самым препятствуя проникновению воды, что позволяет исключить применение обсадных труб. После завершения проходки скважины в нее при необходимости устанавливается арматурный каркас, бетонная смесь из вибробункера по бетонолитной трубе попадает на дно скважины, поднимаясь вверх, бетонная смесь вытесняет глинистый раствор. По мере заполнения скважины бетонной смесью производят подъем бетоновода.

Крепление скважин обсадными трубами. Устройство свай этим методом возможно в любых гидрогеологических условиях; обсадные трубы могут быть оставлены в скважине или извлечены из нее в процессе изготовления сваи. Обсадные трубы соединяют между собой при помощи замков специальной конструкции (если это инвентарные трубы) или на сварке. Пробуривают скважины вращательным или ударным способом. Погружение обсадных труб в грунт в процессе бурения скважины осуществляют гидродомкратами.

После зачистки забоя и установки арматурного каркаса скважину бетонируют методом вертикально перемещаемой трубы. По мере заполнения скважины бетонной смесью могут производить извлечение и инвентарной обсадной трубы. Специальная система домкратов, смонтированных на установке, сообщает трубе возвратно-поступательное движение, за счет чего бетонная смесь дополнительно уплотняется. По завершении бетонирования скважины осуществляют формирование головы сваи.

Буронабивные сваи с уширенной пятой. Диаметр таких свай 0,6...2,0 м, длина 14...50 м. Существуют три способа устройства уширений свай. Первый способ — распирание грунта усиленным трамбованием бетонной смеси в нижней части скважины, когда невозможно оценить качество работ, форму (какой стала пята уширения), насколько бетон перемешался с грунтом и какова его несущая способность.

При втором способе скважину пробуривают станком, имеющим на буровой колонке специальное устройство в виде раскрывающегося ножа, для образования уширения скважины диаметром до 3 м. Нож раскрывается гидравлическим механизмом, управляемым с поверхности земли. После завершения бурения скважины на проектную глубину буровую колонку с уширителем извлекают, в скважину устанавливают арматурный каркас. 'Бетонирование ведут методом вертикально перемещающейся трубы, ко­гда одновременно в трубу подают бетонную смесь и поднимают ее.

Взрывной способ устройства уширений. В пробуренную скважину устанавливают обсадную трубу. На дно скважины опускают заряд взрывчатого вещества расчетной массы и выводят провода от детонатора к взрывной машинке, находящейся на поверхности. Скважину заполняют бетонной смесью на 1,5...2,0 м, поднимают на 0,5 м обсадную трубу и производят взрыв. Энергия взрыва уплотняет грунт и создает сферическую полость, которая заполняется бетонной смесью из обсадной трубы. После этого порциями и с необходимым уплотнением заполняют обсадную трубу бетонной смесью доверху.