Особенности погружения свай в мерзлые грунты

В зимних условиях, в зависимости от глубины промерзания грунта применяются следующие способы погружения свай:

если толщина мерзлого слоя не превышает 0,7 м, используют более мощное сваебойное оборудование;

при толщине мерзлого слоя более 0,7 м бурят лидирующие скважины, разрыхляют или протаивают грунт в местах располо­жения свай огневым способом, электро- или паропрогревом и др. (см. п. 5.11),

Для предотвращения замерзания грунта места погружения свай можно заблаговременно утеплять опилками, листьями и другими подручными материалами.

Вечномерзлые грунты в ненарушенном состоянии обладают высокой несущей способностью. Поэтому основная задача при погружении свай — внести в эти грунты как можно меньше раз­рушений, а в местах, где эти разрушения все же произошли, сваи должны быть как можно быстрее «вморожены» в грунт.

В отличие от обычных условий, свайные работы в условиях веч­ной мерзлоты целесообразнее выполнять при мерзлом состоянии грунта, поскольку верхний слой грунтов при оттаивании затруд­няет использование сваебойных и буровых установок, несмотря на подсыпку в местах расположения механизмов.

Существует два способа погружения свай в вечномерзлые грун­ты: в оттаянный грунт (рис. 6.4, а) или в пробуренные скважины, В первом случае грунт в местах погружения свай на захватке можно оттаивать с помощью паровых игл в первой половине рабочей сме­ны, а во второй половине — производить погружение. Как показы­вает практика, через несколько часов сваи прочно «вмерзают» в грунт скважины. Свая оказывается заделанной в толщу вечномерз-лого грунта и приобретает высокую несущую способность.

Метод погружения свай в пробуренные скважины можно вы­полнять с применением обсадной трубы и без нее. В процессе вы­полнения работ с обсадной трубой (рис. 6.4, 6) осуществляют: бурение скважины, установку обсадной трубы и закачивание пес-чано-глиняного раствора в объеме, необходимом для заполнения зазоров между стенками скважины и сваи после ее погружения; погружение сваи с выжиманием раствора; подъем обсадной тру­бы. Работы без обсадной трубы (рис. 6.4, в) предусматривают: буре-

 

	Ь-
т	л
		\ V

Рис, 6.4. Схемы погружения свай в вечномерзлые фунты: a — в оттаянный грунт; б — r скважину с обсадной трубой; в — забивка в лидиру­ющую скважину; / — паровая игла; 2 — свая; 3 — обсадная труба; 4 — песчано-глиняный раствор; 5— подсыпка; 6— лидер

ние лидирующей скважины диаметром меньше на J... 2 см диамет­ра сваи и забивку сваи с отжиманием грунта к стенкам сваи.

Применение лидирующих скважин позволяет повысить точность установки свай, обеспечивает погружение их на проектную глу­бину, предохраняет сваи от поломок при погружении.

Устройство набивных свай

Основной недостаток забивных свай — перерасход материаль­ных и трудовых ресурсов за счет срубки оголовков свай («попов»), которые образуются в результате неодинаковых отказов. Достоин­ство набивных свай — экономия материалов. Имеется также допол­нительная возможность изготовления свай различной несущей спо­собности без значительного изменения технологии работ. Возможно производство работ вблизи зданий и сооружений, поскольку они не сопровождаются значительными динамическими воздействия­ми на окружающую среду в отличие от погружения готовых свай.

Набивные сваи изготавливают непосредственно на площадке в проектном положении методом устройства скважин и заполнения их бетонной смесью или другими материалами.

Первоначально устраивались набивные бетонные трамбован-ные сваи (сваи Страуса) в результате бурения скважин и укладки бетонной смеси с трамбованием. На этой основе разработаны и применяются следующие виды набивных свай.

Вибротрамбованные сваи (рис. 6.5) устраивают в сухих связных трунтах. В грунт погружают обсадную трубу с башмаком, которая

 

 

Рис. 6.5. Технологическая схема устройства вибротрамбованных свай: — устройство скважины; б, г — укладка бетонной смеси; в — уплотнение бетонной смеси; д — окончание бетонирования

предохраняет ее внутреннюю полость от попадания грунта. Загру­жают порцию бетонной смеси и трамбуют ее с помощью трамбую­щей штанги, подвешенной к вибропогружателю; при трамбовании образуется уширенная пята сваи. Укладывают и трамбуют последу­ющие слои. Извлекают обсадную трубу при работающем вибро­погружателе и устанавливают арматурный каркас для связи с рост­верком.

Конические сваи в выштампованном ложе (рис. 6.6) получают в процессе образования конической скважины после забивки лиде­ра, заполнения скважины бетонной смесью (Б) или щебнем (Щ), повторного выштамповывания конической скважины, установки арматурного каркаса и бетонирования сваи.

Частотрамбованные сваи (рис. 6.7) образуются в результате за­бивки обсадной трубы с металлическим башмаком, установки арматурного каркаса и укладки высокоподвижной бетонной сме­си с одновременными возвратно-поступательными ударами мо­лота, чтобы обсадная труба при каждом цикле ударов поднима­лась на 4...5 см, затем опускалась на 2...3 см и таким образом уплотняла бетонную смесь. Далее обсадную трубу извлекают.

Рис. 6.6. Технологическая схема устройства набивных конических свай

в выштампованном ложе:

а — образование конической скважины; б — заполнение скважины жесткой бетон­ной смесью или щебнем; в — выштамповывание конической скважины повторным погружением лидера; г — установка арматурного каркаса и бетонирование сваи; 1 — базовая машина; 2— мачта; 3 — падающий груз; 4 — конический лидер; 5 — гидрав­лическое устройство для извлечения лидера; 6 — гидроцилиндр; 7 — коническая скважина; 8~ жесткая бетонная смесь или щебень; 9— бетонная смесь, втрамбо­ванная в стенки скважины; 10 — вибратор; // — арматурный каркас

и

Рис, 6.7. Технологическая схема устройства частотрамбованных свай: а — устройство скважины; б — установка арматурного каркаса; в — укладка бетон­ной смеси; г — извлечение обсадной трубы; д — нижняя часть обсадной трубы с

теряемым башмаком

Пнеемонабивные сваи устраивают в обводненных грунтах, для чего после бурения скважины устанавливают арматурный каркас, сжатым воздухом вытесняют грунтовую воду, порциями уклады­вают бетонную смесь методом пневматического бетонирования с одновременным подъемом обсадной трубы, в которой постоянно поддерживается повышенное давление воздуха (0,2---0,3 МПа).

Песчаные и грунтовые сваи устраивают обычно в целях укреп­ления слабых грунтов (рис. 6.8, а). При изготовлении песчаных

Рис. 6.8. Схемы устройства грунтовых свай:

а — устройство грунтоггесчаных свай; 6 — раскрытие наконечника; в ~ изготов­ление грунтобетонных свай

Рис. 6.9. Варианты использования грунтовых свай в качестве: и — укрепления оснований фундаментов; б — защиты коммуникаций от грунто­вых вод; в — зашиты от обрушения грунта; г ~ шпунтового ограждения

свай пользуются вибронабивным способом, для чего обсадную тру­бу с закрытым наконечником погружают и заполняют песком. При подъеме трубы с вибрированием кольцо с наконечника трубы спадает (рис. 6.8, б), и песок заполняет скважину.

Если устроить скважину (рис. 6.8, в) бурением, а затем подать в нее водоцементную суспензию, то при обратном движении бура грунт перемешивается, насыщается водоцементной суспензией, затвердевает. Такие грунтобетон ные сваи распространены в Евро­пе из-за достаточной прочности и низкой себестоимости. Вариан­ты применения грунтовых свай приведены на рис. 6.9.

Буронабиеные сваи наиболее широко распространены из-за эко­номичности и высокой несущей способности. Сваи могут бетони­роваться без обсадной трубы: в открытой скважине («сухой» спо­соб) или с заполнением скважины глинистым раствором; а также с обсадной трубой.

Скважина устраивается вытрамбовыванием, вращательным или ударным бурением.

Основное отличие машин для устройства скважин — способ извлечения грунта из скважины (рис. 6.10). При выштамповыва-нии скважины с помощью пробойника-лидера или обсадной тру­бы грунт не извлекается. Шнековый бур поднимает грунт наверх благодаря вращению винтового шнека. В случае применения ков­шовых и грейферных буров грунт поднимается в закрытых буро­вых снарядах.

С извлечением грунта скважины диаметром до 2 м могут выбу­риваться на глубину 40 м. Для бурения тяжелых пород на большую глубину можно применять трубовкручивающие установки.

Сухой способ устройства буронабивных свай без обсадной тру­бы можно применить в устойчивых грунтах по следующей техно­логической схеме (рис. 6.11, а): I — бурение скважины; // — удаление кондуктора; III — установка арматурного каркаса; IV '— установка бункера; V — укладка бетонной смеси с уплотнением вибратором, установленным на бстонолитной трубе; VI — снятие бункера; VII — бетонирование оголовка сваи.

Бетонолитная труба извлекается из скважины по мере укладки бетонной смеси.

При устройстве свай без обсадных труб в неустойчивых обвод­ненных грунтах в скважину после бурения закачивается раствор бентонитовой глины, который, циркулируя по скважине, выно­сит разрушенный буром грунт и укрепляет стенки скважины. По трубе (способом подводного бетонирования) в скважину подают бетонную смесь и одновременно поднимают трубу. Соприкасаясь с глинистым раствором цемент из смеси не вымывается, и бетон после этого не теряет своей проектной прочности.

Работы ведутся по следующей технологической схеме (рис. 6.11, б): VIII — устройство скважины; IX — уширение площади опирания

 

в г

Рис. 6.10. Способы устройства скважин с применением: о — забиваемого лидера; б — шнекового бура; в — грейферного бура; г — ковшо­вого бура

сваи; X — установка арматурного каркаса; XI — установка бетоно-литной трубы и бункера; XII — укладка бетонной смеси; XIII ~ формирование оголовка сваи.

VII

XIII

 

Рис. 6.11. Технологическая схема устройства буронабивных свай «сухим

способом» (а) и под глинистым раствором (б):

/ — скважина; 2 — буровой агрегат; 3 — насосная установка; 4 — глиносмеситель; J— отстойник; 6 — уширитель; 7 — коцдуктор; 8 — арматурный каркас; 9— кон­тейнер для пульпы; 10— бетонолитная труба; II — клапан; 12 — рукав бетоновода; 13, 14 — оголовок и тело сваи

Устройство буронабивных свай в обсадной трубе с извлечени­ем грунта (рис. 6.12) можно осуществлять в любых условиях, по­этому такая технология доминирует в передовых зарубежных стро­ительных фирмах.

Сначала с помощью лебедки и погружателя устанавливают и погружают две секции обсадной трубы, используя момент враще­ния и продольное усилие погружателя; затем поочередно устанав­ливают и погружают все секции трубы. С помощью бурового сна­ряда извлекают грунт из обсадной трубы, периодически опорожняя

<$

W д

Рис. 6.12. Технологическая схема устройства буронабивных свай в обсад­ной трубе с извлечением грунта:

о — монтаж секций трубы; б — погружение и наращивание трубы; в — разгрузка грунта; г — установка арматурного каркаса и укладка бетонной смеси; д — извле­чение трубы; е — демонтаж секций трубы; М — момент вращения; F — усилие

от грунта защитный кожух; устанавливают арматурный каркас и производят бетонирование. Используя момент вращения и извле­кающее продольное усилие погружателя, извлекают обсадную трубу собственной лебедкой. Секции обсадной трубы демонти­руют.

Уширение площади опирания сваи на грунт можно осуществить: специальными уширителями, втрамбовыванием бетонной смеси в дно скважины и камуфляжным взрывом заряда ВВ.

Устройство ростверков

Назначение ростверков — объединение отдельных свай в об­щий свайный фундамент. Ростверки бывают монолитными и сбор­но-монолитными различной высоты и формы (рис. 6.13, табл. 6.1).

■to

а 6

Рис. 6.13. Схемы устройства ростверков:

а — варианты устройства опалубки ростверков рядовых, кустовых свай и свайных полей (план); б — схема сопряжения балки сборного ростверка со сваей

Процесс возведения ростверка мало отличается от традицион­ных схем бетонирования плит. По отметкам срубаются оставшие­ся после забивки части свай и оголяется продольная арматура свай. На глубину 0,10...0,15 м ниже планировочных отметок снимается грунт и укладывается слой шлака, щебня или песка. Устанавлива­ются и закрепляются щиты опалубки. Арматура ростверка и свай соединяется. Бетонируются плиты (балки) ростверка; опалубка снимается.

Таблица 6,1 График производства работ при устройстве монолитного ростверка

 

 

Наименование операций	Продолжительность работ, дни
Срубка голов свай Устройство песчаной подготовки Установка опалубки Армирование Бетонирование Снятие опалубки					=

6.6. Контроль качества и приемка работ

Работы по устройству свайных фундаментов и шпунтовых ог­раждений относятся к числу скрытых работ и судить об их каче­стве можно только по документам технической отчетности. По этой причине приемочной комиссии должны быть представлены

следующие документы: утвержденный проект и рабочие чертежи; паспорта готовых свай и элементов сборных ростверков; журналы бурения скважин, погружения свай, бетонирования набивных свай и ростверков; акты лабораторных испытаний прочности бетона и приемки арматуры, стыков и сопряжений; данные геодезической разбивки и исполнительные планы; данные контрольных испыта­ний нагрузкой (погружаемых свай — статической и динамиче­ской; набивных — статической).

В процессе приемки проверяют соответствие примененных ма­териалов и изделий проекту, соблюдение технологии работ, несу­щую способность свай и их соответствие проектному положению.

Приемка оформляется актом, в котором должны быть отмече­ны все выявленные дефекты, указаны сроки их устранения, дана оценка качества выполненных работ.

При приемке могут быть допущены некоторые отклонения от проектного положения свай, однако эти отклонения не должны превышать значений, нормируемых СНиПом и приведенных в прил. 4.

Если у приемочной комиссии возникают сомнения в несущей способности свай или если в проекте имеются специальные ука­зания, то должны быть проведены контрольные испытания конт­рольной добивкой или статической нагрузкой. При контрольной добивке производят 3...5 ударов молота и определяют фактиче­ский отказ свай. Испытание статической нагрузкой выполняют гид­равлическими домкратами, укладкой дополнительного груза, на­тяжными муфтами или лебедками.