Грунтобетонные и бурозавинчивающие сваи

Грунтобетонные сваи. Нашли применение грунтобетонные сваи, которые устраивают с помощью бурильных установок с пус­тотелой буровой штангой, имеющей на конце смесительный бур со специальными режущими и одновременно перемешивающими смесь лопастями. После пробуривания скважины в слабых песча­ных грунтах до нужной отметки в пустотелую штангу под давле­нием из растворосмесительной установки подают водоцементную суспензию (раствор). Буровая штанга медленно при обратном вра­щении начинает подниматься вверх, грунт насыщается цементным раствором и дополнительно уплотняется буром. В результате полу­чается цементно-песчаная свая, изготовленная на месте без выемки грунта.

Бурозавинчивающиеся сваи. Нередко котлованы под заглуб­ленные сооружения приходится устраивать вблизи существующих зданий. Забивка свай и шпунта может привести к их деформациям из-за возникающих динамических воздействий. При устройстве буронабивных свай, где погружение обсадной трубы происходит с опережающей выборкой грунта из полости трубы, возможна утечка грунтового массива из-под рядом стоящих фундаментов, что также может привести к деформациям существующих строе­ний. Использование методов «стена в грунте» или применение гли­нистого раствора для погружения труб приводит к удорожанию проекта.

Рис. 6.5. Схема бурозавинчивающейся сваи: 1 - металлическая труба; 2 - сварка навивки с трубой; 3 — навивка из арматуры диаметром 10... 16 мм с шагом 200...400 мм; 4 - крестооб­разный глухой или теряемый наконечник; 5 - крестовина; 6 - диск из металла

При этих методах происходит нарушение ес­тественной подземной среды и ее равновесия, ко­торое может привести к нежелательным результа­там или к серьезному удорожанию строительства. В случаях плотной застройки целесообразно применять метод бурозавинчивающихся свай. Сущность метода в том, что металлическая труба не забивается в грунт, а завинчивается (рис. 6.5). На трубу в заводских условиях навивается узкий шнек из арматуры диаметром 10... 16 мм с шагом 200...500 мм. В зависимости от грунтовых усло­вий труба может быть оснащена заглушкой с рыхлителями, глухими или теряемыми, позво­ляющими при необходимости не допустить воду в тело трубы. При за­винчивании трубы окружающий грунт частично уплотняется, около 15...25% его выдавливается наружу. Если труба в нижней части глухая, то после завинчивания до про­ектной отметки в нее вставляется арматурный каркас и она заполня­ется бетонной смесью. Для труб с теряемым наконечником в нее вставляется арматурный каркас, труба заполняется бетоном, в про­цессе схватывания бетона труба вывинчивается, в грунте остается башмак, на который опирается железобетонная буронабивная свая. При особо плотных грунтах возможно предварительное пробуривание скважины на несколько меньшую глубину (до 1м) и диаметр скважины должен быть меньше диаметра трубы. Диаметр

завинчи­ваемых труб 300...500 мм, длина от 4 до 20 м. Важно, что технология позволяет выполнять работы вблизи существующих зданий при высо­те в 5 этажей на расстоянии около 40 см, при большей высоте - око­ло 70 см.

В последние годы получили широкое распространение фундаменты в виде мощных опор глубокого заложения с большой несущей способ­ностью, сооружаемых с помощью специальных станков (рис. 6.6.).

Рис. 6.6. Технологическая схема устройства буронабивных свай диаметром 2...3,5 м: а - установка бурового станка; б - проходка скважины; в - зачистка забоя; г - установка арматур­ного каркаса; д - установка бетонолитной трубы; е - бетонирование сваи; 1- буровая установка; 2 - обсадная труба; 3 - грейферный ковш; 4 - арматурный каркас; 5 - бетонолитная труба

Разработка грунта осу-ществляется с помощью грейферного ковша внут-ри опускаемой обсадной трубы. Во время разра-ботки грунта ниж­ний конец трубы должен быть ниже забоя скважины. Зачистка забоя производится грейферным ковшом. После установки в скважину арматурного каркаса осуществляется бетонирование методом вертикально перемещае-мой трубы; заглубление бетонолитной трубы в бетонную смесь должно быть не менее 1м.

3. Технология устройства ростверков

Конструкцию ростверка и технологию его устройства принимают в зависимости от типа свай. Ростверки объединяют группу свай в одну конструкцию и распределяют на них нагрузки от сооружения. Они чаще всего представляют собой непрерывную ленту по всему контуру здания в плане, включая внутренние стены. При использовании желе­зобетонных свай ростверки могут быть выполнены из монолитного и сборного железобетона (рис. 6.7).

Рис. 6.7. Соединение сваи с ростверком: а - свободное опирание; б - жесткое опирание;1 - свая; 2 - ростверк; 3 - арматурная сетка; 4 -песчаная подготовка; 5 - выпуск арматуры из сваи

В зависимости от типа здания или сооружения ростверки разделяют на высокие и низкие. При забивных сваях, головы которых после забивки могут оказаться на разных от­метках, перед устройством ростверка необходимо выполнить трудоем­кие операции по выравниванию голов свай. Для этого необходимо под определенный уровень срубить (срезать) бетон свай, обрезать или за­гнуть их арматуру.

Срезка свай. Деревянные сваи и шпунт срезают механическими или электрическими пилами, стальные сваи - автогеном или бензоре­зом, в железобетонных сваях бетон оголовков разрушают обычно с по­мощью пневматических отбойных молотков. Более эффективно для этих целей применять пуансоны - установки для срезания голов свай (рис. 6.8), состоящие из жесткой замкнутой станины, опускаемой и зажимаемой на свае, подвижной рамы, съемных зубьев и гидродом­крата с поршнем. В комплект установки входит несколько пар пуансо­нов для свай с различными размерами поперечного сечения. Макси­мальное рабочее усилие 200 т, рабочий ход от 10 до 50 см, производи­тельность установки - обрезка голов 15...20 свай в час.

Рис. 6.8. Схема установки для срезки голов свай: 1 - свая; 2 — зубья; 3 - рама установки; 4 - поршень; 5 - гидродомкрат; б - станина

Сваи при погружении иногда отклоняются в плане, при многоряд­ном или кустовом расположении свай эти отклонения не вызывают ос­ложнений при устройстве ростверков. Если же имеется однорядное расположение свай и часть сечения отдельных свай выходит за грани­цы будущего ростверка, то в этом случае необходимо устраивать мо­нолитный ростверк и специальные выступы в ростверке для включе­ния в него этих свай.

При подготовке голов набивных свай к устройству сборных рост­верков проверяют верхнюю поверхность по нивелиру и при необходи­мости выравнивают опорную поверхность свай с помощью бетонной смеси или цементного раствора. Сами же балки железобетонного рост­верка устанавливают на выравнивающую подсыпку из песка или шла­ка, начиная от угла здания, и выполняют монтажные работы строго по захваткам. Элементы сборного ростверка соединяют со сборными ко­роткими сваями на сварке с омоноличиванием стыков.

 

4. Вспомогательные процессы при производстве земляных работ (временное укрепление стенок выемок)

Временное укрепление стенок выемок. При возведении подземной части зданий и сооружений особые требования предъявляются к откосам и стенкам выемок. Необходи­мость их крепления, а также конструкции крепления зависят от гид­рогеологических условий и конструкции подземной части возводимо­го сооружения.

Вертикальные стенки в грунтах естественной влажности при отсут­ствии грунтовых вод допускаются без крепления: при глубине выемок в песчаных и крупнообломочных грунтах не более 1 м, в супесях -1,25 м, в суглинках и глинах - 1,5 м, в особо плотных грунтах -2 м.

При больших глубинах для предотвращения обвалов и оползней стенок выемок устраивают откосы, параметры которых определяются и регламентируются СНиПом. Необходимость устройства откосов ве­дет к значительному увеличению габаритов земляного сооружения и соответственно объемов разработки грунта, повышению материальных и трудовых затрат.

Для уменьшения объемов земляных работ, а также в случаях, когда разработка выемок с откосами невозможна из-за стесненности площад­ки или наличия грунтовых вод, устраивают выемки с вертикальными стенками.

Временное крепление стенок земляного сооружения может быть выполнено в виде деревянного или металлического шпунта, деревян­ных щитов с опорными стойками при подкосном креплении стенок (рис. 6.9).

Шпунтовое ограждение является наиболее надежным, но и самым дорогим из существующих способов. Применяют шпунт при разработ­ке выемок в водонасыщенных грунтах вблизи существующих зданий и сооружений. Шпунт, металлический или деревянный, забивают в грунт на глубину, превышающую глубину будущего котлована на 2...3 м (величина расчетная), чем обеспечивают устойчивое и естест­венное состояние грунта за пределами выемки. В качестве металличе­ских стоек используют прокатные профили (швеллер, двутавр, трубы) или специально выпускаемый прокат (рис. 6.9, д).

Шпунт может быть сплошным в виде единой стенки, если шпунт прерывистый, то между стойками по мере отрывки котлована забива­ют деревянную забирку - щиты, отдельные доски, брусья.

Рис. 6.9. Способы крепления стенок выемок:

а - подкосное; б — анкерное; в - консольное; г -консольное из буронабивных свай или «стены в грунте»; д - из различных типов стальных шпунтов; е - распорное с горизонтальными щитами и прозорами; ж - консольно-распорное; з - инвентарная трубчатая распорная рама; и - инвентар­ные щиты ограждений (забирка); 1 - стойка; 2 - забирка из досок; 3 - подкос; 4 - бобышка; 5 -анкер; 6 - оттяжка; 7 - шпунтовая стенка; 8 - буронабивные сваи; 9 - то же, в обсадной трубе; 10 - типы шпунта; 11, 13 — распорки; 12 - стойка распорной рамы; 14,15 - наружная и внутрен­няя трубы; 16 - стяжная муфта; 17 - щиты забирки

 

Распорное крепление применимо для узких траншей (рис. 9.9, ж) глу­биной 2...4 м в сухих и маловлажных грунтах и состоит из вертикальных стоек, горизонтальных досок, дощатых (сплошных или несплошных) щи­тов и распорок, прижимающих стойки и щиты к стенкам траншеи. Стойки, как и распорки, устанавливают по длине траншеи через 1,5... 1,7 м одна от другой и по высоте - через 0,6...0,7 м. При связных фунтах естественной влажности и глубине до 3 м горизонтальную забирку устраивают из досок толщиной 5 см с прозорами на ширину доски, при большей глубине за­бирку делают сплошной из щитов. Распорное крепление трудоемко и за­трудняет производство работ в траншее, особенно при прокладке коммуни­каций, если позволяют условия, то применяют другие виды креплений.

Вместо деревянных стоек и раскосов используют стальные трубча­тые стойки и телескопические распорки, длина которых изменяется за счет вращения винтовых муфт. Эти инвентарные распорные рамы эф­фективны ввиду их малой массы, легкого монтажа и демонтажа. Ме­таллические трубчатые стойки по высоте имеют отверстия для крепле­ния распорок. Распорка телескопического типа (рис. 6.9, з) состоит из наружной и внутренних труб, поворотной муфты и опорных частей. В зависимости от ширины траншеи расстояние между стойками уста­навливают путем выдвижения внутренней трубы из наружной, которое фиксируется болтом-стопором, вставляемым в совмещенное отверстие труб. Полное прижатие щитов к стенкам выемки осуществляют пово­ротом до упора муфты с винтовой нарезкой.

Анкерное крепление. Для восприятия опрокидывающих момен­тов, возникающих от действия грунта на шпунтовые, свайные и другие ограждения выемок, применяют анкерные устройства (грунтовые анке­ры). Анкеры устраивают в одном или нескольких уровнях по высоте откоса под углом к горизонту до 25°.

Основная деталь анкера -растягиваемый элемент (тяга) выполняется из металла. Анкерную тягу одним концом крепят к конструкции стенки, а другим - в грунтовой массив за пределы возможной призмы обрушения и закрепляют там при помощи инъецируемого в грунт рас­твора (рис. 6.9, б). Грунтовой анкер устраивают следующим образом.

После разработки котлована до определенной отметки под углом к го­ризонту забуривают скважину диаметром 20...30 см и глубиной 8...20 м, часто применяя при этом обсадные трубы. Тягу заводят в скважину, после чего в нее инъецируют раствор, замоноличивая анкер по всей длине или только в нижней его части. Когда раствор затвердеет, анкер натягивают. Грунтовые анкеры располагают через 3...5 м.

Конструкции анкеров отличаются материалом, из которого изго­товлена тяга, несущей способностью и способом закрепления в грунте.

Наиболее простое и часто встречаемое анкерное крепление выполня­ется следующим образом. На уровне дна котлована или траншеи вдоль стенок забивают с шагом 1,5...2,0 м (в зависимости от глубины котлована и влажности грунта) стойки на глубину 0,5... 1,0 м ниже уровня дна кот­лована. Эти стойки на уровне верха котлована оттягивают анкерными тя­гами в виде двух пластин, на расстояние, превышающее угол естествен­ного откоса и прикрепляют эти пластины к наклонно забитому анкеру. За установленными и закрепленными стойками укладывают щиты или до­щатую забирку. Анкерные тяги несколько заглубляют в грунт, чтобы они не мешали передвижению людей по бровке котлована.

Подкосное крепление обычно устраивают при отрывке широких котлованов с расположением внутри котлована. Крепление состоит из щитов или досок, прижатых к грунту стойками, раскрепленными под­косами с защемлением с помощью упоров. Вертикальные стойки при­обретают устойчивость за счет наклонных подкосов и горизонтальных распорок, при этом получившийся треугольник устойчив от скольже­ния благодаря забиваемым наклонным анкерам в угле соединения рас­порки и подкоса. Дощатые щиты устанавливают между стенками кот­лована и стойками, свободное расстояние между ними засыпают зем­лей для создания цельной единой конструкции, которая всегда будет устойчивой. Подобное крепление используют ограниченно, так как подкосы и упоры, расположенные в котловане, усложняют производст­во основных работ.

По мере выполнения или окончания работ крепление котлованов и траншей разбирают снизу вверх.