Методы виброштампования и виброформирования

Лекция 6.

ТЕХНОЛОГИЯ УСТРОЙСТВА НАБИВНЫХ СВАЙ. ПРОДОЛЖЕНИЕ

Метоы виброштампования и виброформирования

Грунтобетонные и бурозавинчивающие сваи.

Технология устройства ростверков

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

Методы виброштампования и виброформирования

Нашел применение метод выштамповывания с использовани­ем станка ударно-канатного бурения (рис. 6.1). Сначала на глубину до '/₂ длины будущей сваи пробуривают скважину-лидер, затем скважину пробивают ударным снарядом на требуемую глубину. Загружают в нижнюю часть скважины жесткую бетонную смесь столбом 1, 5...2 м и ударами трамбовки устраивают в основании сваи уширенную пяту. В устье скважины устанавливают обсадную трубу, монтируют арматурный каркас и осуществляют бетонирование верхней части сваи.

Метод виброформирования свай характерен наличием виброформователя. Его полый наконечник имеет лопасти в нижней части и соеди­няется через жесткую штангу с вибропогружателем. Под действием последнего наконечник погружается в грунт и образует скважину, ко­торая по мере погружения наконечника заполняется бетонной смесью из бункера, установленного над устьем скважины. После пробуривания скважины наконечник немного приподнимают, при этом его лопа­сти раскрываются, сквозь полость наконечника бетонная смесь попада­ет на дно скважины. Вместо самораскрывающихся створок может быть использован теряемый чугунный башмак.

Рис. 6.1. Технологическая схема устройства буронабивных свай с выштампованной

пятой:

а - бурение скважины; б - установка в скважину обсадной трубы; в - засыпка в скважину жесткой бетонной смеси; г - втрамбовывание бетонной смеси в основание; д - извлечение обсадной трубы и установка арматурного каркаса; е - бетонирование ствола сваи с уплотнением глубинным вибратором; ж - устройство опалубки оголовка сваи; 1 - буровая машина; 2 - рабочий механизм с навесным оборудованием для устройства уширенной пяты; 3 - обсадная труба; 4 - лоток для за­грузки жесткой бетонной смеси; 5 - трамбовка; 6 - стреловой кран; 7 - арматурный каркас; 8 -бадья с бетонной смесью; 9 - воронка; 10 - выштампованная уширенная пята; 11 - опалубка ого­ловка

Вытрамбованные сваи используют в сухих связанных грунтах. В пробуренную скважину с помощью вибропогружателя, закрепленно­го на экскаваторе, погружают до проектной отметки стальную обсад­ную трубу, имеющую на конце съемный железобетонный башмак. По­лость трубы заполняют на 0, 8...1, 0 м бетонной смесью, уплотняют ее с помощью специальной трамбующей штанги, подвешенной к вибро­погружателю (рис. 6.2).

В результате башмак вместе с бетонной сме­сью вдавливается в грунт, при этом образуется уширенная пята. Обсадная труба заполняется бетонной смесью порциями с постоянным уплотнением. По мере заполнения скважины бетонной смесью осуще­ствляется подъем обсадной трубы экскаватором при работающем виб­ропогружателе, который значительно снижает адге-зию трубы с бето­ном в процессе ее извлечения.

Рис. 6.2. Технологическая схема устройства вытрамбованных свай: а - образование скважины; б - укладка первой порции бетонной смеси; в - уплотнение бетонной смеси трамбующей штангой, жестко соединенной с вибропогружателем; г - укладка и уплотнение последующих слоев бетонной смеси; д - извлечение обсадной трубы и установка арматурного каркаса в голове сваи	Частотрамбованные сваи устраивают путем забивки обсадной трубы в пробу-ренную скважину вместе с надетым на конце чугунным башмаком, который остается в грунте (рис. 6.3.). Загружение бетонной смеси в обсадную трубу осуществляют порциями за 2...3 приема. Сечение сваи формируется и обсадная труба извлекается из скважины с помощью молота двойного действия, передающего усилия через об­садную трубу. Обсадную трубу с чугунным башмаком под действием ударов мо­лота погружают в грунт до проектной отметки. Погружаясь, труба раз­двигает частицы грунта и уплотняет его. Когда труба достигает ниж­ней точки в ее полость опускают арматурный каркас (при необходимо­сти), далее через воронку из вибробадьи подают в полость
Pис. 6.3. Технологическая схема устройства частотрамбованных свай: а - погружение обсадной трубы; б - установка арматурного каркаса; в - подача бетонной смеси в полость трубы; г - извлечение обсадной трубы с одновременным уплотнением бетонной смеси; 1 - обсадная труба; 2 - копер; 3 - молот двойного действия; 4 - арматурный каркас; 5 – бадья с бетонной смесью; б - приемная воронка; 7 - чугунный башмак	обсадной трубы жесткую бетонную смесь с осадкой конуса 8... 10 см. После заполнения обсадной трубы на высоту 1 м ее начинают под­нимать, при этом башмак соскальзывает под действием давящей на него бетонной смеси, которая начинает заполнять скважину. Молот двойного действия, соединенный с обсадной трубой при этом произво­дит частые парные удары, направленные попеременно вверх и вниз. От ударов, направленных вверх за 1 мин труба извлекается из грунта на 4...5 см, а от ударов, направленных вниз, труба осаживается на 2...3 см. Трамбование бетонной смеси, поступающей в скважину под действием собственной массы, осуществляется за счет ударов нижней кромки обсадной трубы и трения бетона о стенки трубы в результате вибрационного воздействия молота, в связи с чем вся

бетонная смесь постоянно находится в процессе вибрации и в итоге оказывается хорошо уплотненной. В результате уплотняется грунт в нижней части скважи­ны, часть бетонной смеси впрессовывается в стенки скважины, повы­шая их прочность.Такое трамбование бетона в обсадной трубе продолжают до полно­го извлечения трубы из грунта. При необходимости на извлекаемую обсадную трубу закрепляют наружные вибраторы, которые позволяют более качественно уплотнить верхние слои бетонной смеси. Частотрамбованные сваи можно изготовлять армированными. Армирование осуществляется по расчету, но в большинстве случаев арматурный каркас применяют только в верхней части сваи для соединения с арми­рованием монолитного ростверка. Если армирование предусмотрено на всю высоту сваи, то арматурный каркас опускают в обсадную трубу до начала бетонирования.

Песчаные набивные сваи - наиболее дешевый способ уплотнения слабых грунтов. Стальная обсадная труба с башмаком погружается в грунт с помощью вибропогружателя (рис. 6.4). Достигнув проект­ной отметки, она частично заполняется песком, при подъеме обсадной трубы за счет массы песка она отделяется от башмака, и с помощью вибро-погружателя извлекается на поверхность, при этом грунт от виб­росотрясений уплотняется. Допол-нительное и эффективное уплотнение может быть достигнуто проливом

Рис. 6.4. Схема устройства песчаных (грунтовых) набивных свай: а - погружение обсадной трубы; б - извлече­ние трубы; в - раскрывающийся наконечник; 1 – вибро-погружатель; 2 -обсадная труба; 3 - шарнир; 4 - створка наконечника; 5 -кольцо

скважины водой. Применяют трубы диаметром 32...50 см; при извлечении в трубе всегда должен находить­ся слой песка высотой 1, 0..1, 25 м. Способ применим для скважин глу­биной до 7 м. . 2. 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.

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.

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

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.