Файл: Книга предназначается для студентов специальности Промышленное и гражданское строительстве.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.11.2023
Просмотров: 308
Скачиваний: 5
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
§ 3. Погружение свай в вечномерзлые грунты
Способ погружения свай в вечномерзлые грунты выбирают с учетом физико-механических свойств грунтов, их среднегодовой; температуры, района строительства, времени года, требований к точности погружения свай и т. п.
Температура вечномерзлого грунта на глубине до 10—15 м в течение года изменяется, оставаясь все время отрицательной. Эти колебания температуры грунта происходят около некоторой среднегодовой величины.
Среднегодовую температуру вечномерзлого грунта определяют замером на глубине 10 м, где сезонные колебания незначительны.. С учетом этой температуры вечномерзлые грунты условно подразделяют на низкотемпературные (ниже —1,5° С) и высокотемпературные (от 0° до —1,5е С). Б зависимости от этого выбирают способ устройства свайных фундаментов, продолжительность вмерза-
ния свай и восстановления расчетных температур грунта около-них, возможность и срок передачи на сваи расчетных нагрузок.
В условиях низкотемпературных (твердомерзлых) грунтов целесообразно использовать основания в мерзлом состоянии. Несущая способность сваи в них значительно выше, чем в высокотемпературных, а сроки вмерзания сваи и начала загрузки фундаментов значительно меньшие.
При устройстве фундаментов на высокотемпературных вечно-мерзлых грунтах'(в основном пластичномерзлых) требуется соблюдать особые меры предосторожности и до начала строительства проводить мероприятия с целью понижения температуры грунтов. При устройстве скважин большого диаметра требуется искусственно охлаждать грунт для вмораживания сваи, ибо естественное вмерзание их может продолжаться несколько месяцев, что удлиняет сроки строительства.
На 7.2 приведен график среднемесячных температур для районов с низкотемпературными вечномерзлыми грунтами, характерный для Якутска и Норильска, и рекомендуемые в этих условиях способы погружения свай.
На 7.3 показан график среднемесячных температур с высокотемпературными вечномерзлыми грунтами с большой амплитудой колебания температур на поверхности и перечислены рекомендуемые методы погружения свай в эти грунты.
Погружение свай в предварительно подготовленные •скважины с диаметром на 5 см больше диаметра сваи с заливкой скважин грунтовым раствором производят в технической/последовательности, указанной ниже: 1) бурят скважины при /температуре в зоне заделки сваи не выше —0,5° С, при большей температуре
работы допустимо выполнять при условии искусственного охлаждения грунта; 2) заливают грунтовый раствор в скважину при температуре, равной летней температуре наружного воздуха, или подогревают его до 20—40° С в зимний период; 3) после заполнения скважины грунтовым раствором в нее сразу погружают сваи. При работе летом и осенью для исключения заплывания скважин грунтом их устья следует обсаживать на глубину, равную толщине оттаявшего слоя мерзлого грунта. Сваи, погруженные в скважины, рихтуют для обеспечения проектного и высотного положения.
Глубина проходки скважины должна быть
равна длине сваи или несколько большей. Излишний грунт можно заменять песком, щебнем или другим сыпучим малосжимаемым материалом.
Для заливки скважин применяют глинистые растворы с песчаными заполнителями. Раствор должен состоять из 1 части глинистого грунта и 4—12 частей песка, влажность раствора составляет 25—40%, осадка конуса 10—16 см. Раствор заливают до погружения сваи. Качество заполнения пазух скважин контролируется отжимаемым на поверхность раствором.
От подбора состава глинистого раствора зависит продолжительность вмерзания свай и сроки начала передачи нагрузок на сваи. При температуре грунтов —5° и ниже глинистый раствор замерзает несколько дней, при температурах же грунтов в зоне за-
делки —0,5—1° С вмерзание свай может длиться несколько месяцев..
Прочность смерзания сваи с грунтовым раствором эквивалентна, характеристикам несущей способности сваи; она зависит от состава и влажности раствора, а также температуры грунта.
Желательно, чтобы прочность смерзания сваи с грунтами естественного сложения была не меньше прочности смерзания ее с грунтовым раствором. Если прочность смерзания сваи с грунтами естественного сложения будет меньше, чем с грунтовым раствором, появится прослойка более слабого грунтового раствора, снижающая несущую способность сваи.
В мерзлых песчаных грунтах применение глинистых растворов-снижает несущую способность сваи на 25—30% вследствие уменьшения сопротивления по боковой поверхности при полном использовании высокой прочности песчаных грунтов в торце сваи.
Размельченный и разжиженный грунт (буровой шлам), извлекаемый в летнее время из скважин ударно-канатными машинами., применяют в качестве глинистого раствора. Если буровой шлам. состоит из песка, в раствор добавляют глину.
В районах с низкотемпературными грунтами погружать сваи с оттаиванием мерзлого грунта можно в течение всего года В тех районах, где температура грунта близка к —1° С, работы вести допускается с января по сентябрь, когда температура грунта в зоне свай превышает —1,5° С. В период с октября по декабрь погружать. сваи с оттаиванием грунта нецелесообразно, так как нижняя часть их будет находиться в зоне с температурой около —1° С и процесс вмерзания будет проходить длительно.
При промерзании грунта сверху может возникнуть опасность выпучивания грунта снизу вместе со сваей.
Скважины для установки свай можно образовывать методом оттаивания. Оттаивают грунт с применением пара, воды открытыми или закрытыми нагревателями.
В закрытых нагревателях вода или пар не поступают в грунт„ а циркулируют в замкнутых системах, погружаемых в пробуренные скважины диаметром 10—15 см.
В пластичномерзлые грунты для небольшой глубины оттаивания (до 6—7 м) нагреватели можно погружать в мерзлый грунт забивкой.
Паровая игла для оттаивания вечномерзлого грунта обычно погружается под действием собственной массы, а в песчаные грунты— от усилия 1—2 рабочих. Поступающий пар оттаивает мерзлый грунт и перемешивает его. При температуре у наконечника порядка 90° С разогреваемый грунт, соприкасаясь с мерзлым, как бы омывает его, вызывая интенсивное оттаивание. Сравнительно быстрый процесс оттаивания грунта мало влияет на температуру окружающих грунтов (7.4)
Процесс погружения свай в оттаянные грунты в два раза де< шевле, чем в пробуренные скважины. Но процессом оттаивания грунта трудно управлять: сваи вмерзают неравномерно и медленно. Ориентировочные сроки продолжительности вмерзания свай приведены в табл. 7.3.
Увеличить несущую способноеть сваи можно повышением прочности смерзания грунтового раствора со сваей, что до 25% увеличивает сопротивление по ее боковой поверхности.
Бурозабивные сваи погружают в пластичномерзлые грунты в образованные лидирующие скважины при температуре грунта не ниже —0,3° С для пылеватых песков, —0,8° — для супесей, —1°— для суглинков и —1,2° С — для глин.
Расчетную несущую способность бурозабивных свай определяют по нормативным сопротивлениям мерзлого грунта сдвигу и нормальному давлению. При этом целесообразна выборочная проверка фактической несущей способности с помощью статического испытания свай.
Применение бурозабивных свай позволяет уменьшить объем буровых работ, исключает мокрые процессы, обеспечивает точное
погружение сваи в плане. Облегчить погружение бурозабивных свай можно предварительным оттаиванием грунта у стенок скважины на несколько сантиметров.
Метод погружения забивных свай в вечномерзлые грунты наиболее экономичен. Для этих целей используют машины ударного или виброударного действия на базе трактора Д-804. Погружать забивные сваи можно на площадках, где над несущим слоем грунта залегают пластичномерзлые глинистые грунты без крупнообломочных включений. Забивные сваи погружаются под действием ударов, от влияния которых лед под острием сваи плавится и одновременно уменьшается прочность грунта. Образующийся вокруг тела сваи тонкий слой оттаявшего грунта облегчает погружение и одновременно ускоряет процесс вмерзания сваи в грунт.
Вследствие сложности возведения свайных фундаментов на вечномерзлых грунтах авторский (или заказчика) контроль необходимо вести на всех стадиях производства работ с оформлением промежуточных актов их приемки.
Шпунтовые ограждения
Шпунтовые ограждения устраивают при строительстве гидротехнических сооружений и на площадках, где необходимо обеспечить сохранность зданий и сооружений, а также для предохранения зоны работ от поступления вод. В зависимости от назначения и условий работ шпунтовые ограждения выполняют из деревянных, железобетонных или металлических шпунтовых свай.
§ 1. Виды и конструкции шпунтовых свай
Водонепроницаемые ограждения из шпунтовых свай устраивают для защиты котлованов на площадках с высоким уровнем грунтовых вод, когда всдопонижение экономически нецелесообразно или вообще неэффективно.
В зависимости от размеров котлована, а также свойств грунта, находящегося ниже его дна, применяют различные схемы шпунтовых, ограждений (8.1).
Первоначально устраивали только деревянные шпунтовые ограждения, а затем начали устраивать ограждения из стальных и железобетонных свай.
Материал для изготовления шпунтин выбирают с учетом ряда условий. Забитые деревянные шпунтовые ограждения почти невозможно извлечь обратно из грунта без значительных поломок, т. е. повторное использование деревянных шпунтин практически исключено. Такие . неинвентарные ограждения ложатся большим накладным расходом на строительство.
Металлические (стальные) шпунтины можно многократно забивать и извлекать из грунта. Они удобны для перевозки и в целом более рентабельны, нежели деревянные.
Железобетонные шпунтины не извлекают для повторной забивки— их используют как составную часть (внешнюю оболочку), фундамента.
Различные виды шпунтовых свай показаны на 8.2 и 8.3. Деревянные шпунтины изготовляют из брусков, выбирая паз и гребень, или делают составными, сбитыми из досок на гвоздях.
Конструкции железобетонных шпунтин недостаточно совершенны. Их применяют главным образом в сооружениях по укреплению берегов и в строительстве мостов. Б плане железобетонные шпунтовые сваи имеют прямоугольную форму с трапециевидными пазом и гребнем. Длина таких свай обычно не превышает 15 м. При большей длине во время их транспортирования могут образоваться, трещины.
Стальной шпунт выпускают трех различных профилей: плоский, корытиый и типа «Ларсен». Тип шпунта выбирают в основном в зависимости от глубины ограждаемого котлована: чем глубже он, тем больше должен быть момент инерции сечения шпунта. В табл. 8.1 приведен сортамент стального шпунта по ГОСТ 4781—55 и техническим условиям 5154—55.
Шпунтовые ограждения представляют собой тонкие подпорные стенки, устойчивость которых обеспечивается глубокой заделкой в грунт. Благодаря заиливанию зазоров в замках шпунтовые ограждения вскоре после возведения становятся практически водонепроницаемыми.
По характеру работы шпунтовые ограждения подразделяют на заанкеровакные, незаанкерованные (свободно защемленные в грунте) и с распорками. Последние применяют только в узких котлованах.
В сравнительно неглубоких котлованах (порядка 2—3 м) при прочном грунте ниже дна устойчивость шпунтового ряда обеспечивается за счет защемления свай. В глубоких котлованах шпунтовую стенку при помощи тяг соединяют с анкерами, которыми могут служить уложенные горизонтально сваи и плиты. Число тяг по высоте стенки, зависящее от условий ее статической работы, определяют расчетом. Анкерные тяги размещают так, чтобы максимальный положительный момент в шпунтовой стенке был примерно равен максимальному отрицательному моменту, возникающему от давления грунта.
§ 2. Расчет шпунтовой стенки
Усилие, воспринимаемое анкерной тягой, находят из уравнения суммы проекций всех сил на горизонтальную ось. По найденному усилию подбирают поперечное сечение анкерной тяги.
Если плотный грунт не позволяет забить шпунтовое ограждение на необходимую глубину или, наоборот, в основании котлована залегают слабые грунты (ил, торф), устраивают двуханкерное шпунтовое ограждение. Второе анкерное закрепление делают на уровне дна котлована, а шпунтовую стенку несколько заглубляют в грунт основания.
Способ погружения свай в вечномерзлые грунты выбирают с учетом физико-механических свойств грунтов, их среднегодовой; температуры, района строительства, времени года, требований к точности погружения свай и т. п.
Температура вечномерзлого грунта на глубине до 10—15 м в течение года изменяется, оставаясь все время отрицательной. Эти колебания температуры грунта происходят около некоторой среднегодовой величины.
Среднегодовую температуру вечномерзлого грунта определяют замером на глубине 10 м, где сезонные колебания незначительны.. С учетом этой температуры вечномерзлые грунты условно подразделяют на низкотемпературные (ниже —1,5° С) и высокотемпературные (от 0° до —1,5е С). Б зависимости от этого выбирают способ устройства свайных фундаментов, продолжительность вмерза-
ния свай и восстановления расчетных температур грунта около-них, возможность и срок передачи на сваи расчетных нагрузок.
В условиях низкотемпературных (твердомерзлых) грунтов целесообразно использовать основания в мерзлом состоянии. Несущая способность сваи в них значительно выше, чем в высокотемпературных, а сроки вмерзания сваи и начала загрузки фундаментов значительно меньшие.
При устройстве фундаментов на высокотемпературных вечно-мерзлых грунтах'(в основном пластичномерзлых) требуется соблюдать особые меры предосторожности и до начала строительства проводить мероприятия с целью понижения температуры грунтов. При устройстве скважин большого диаметра требуется искусственно охлаждать грунт для вмораживания сваи, ибо естественное вмерзание их может продолжаться несколько месяцев, что удлиняет сроки строительства.
На 7.2 приведен график среднемесячных температур для районов с низкотемпературными вечномерзлыми грунтами, характерный для Якутска и Норильска, и рекомендуемые в этих условиях способы погружения свай.
На 7.3 показан график среднемесячных температур с высокотемпературными вечномерзлыми грунтами с большой амплитудой колебания температур на поверхности и перечислены рекомендуемые методы погружения свай в эти грунты.
Погружение свай в предварительно подготовленные •скважины с диаметром на 5 см больше диаметра сваи с заливкой скважин грунтовым раствором производят в технической/последовательности, указанной ниже: 1) бурят скважины при /температуре в зоне заделки сваи не выше —0,5° С, при большей температуре
работы допустимо выполнять при условии искусственного охлаждения грунта; 2) заливают грунтовый раствор в скважину при температуре, равной летней температуре наружного воздуха, или подогревают его до 20—40° С в зимний период; 3) после заполнения скважины грунтовым раствором в нее сразу погружают сваи. При работе летом и осенью для исключения заплывания скважин грунтом их устья следует обсаживать на глубину, равную толщине оттаявшего слоя мерзлого грунта. Сваи, погруженные в скважины, рихтуют для обеспечения проектного и высотного положения.
Глубина проходки скважины должна быть
равна длине сваи или несколько большей. Излишний грунт можно заменять песком, щебнем или другим сыпучим малосжимаемым материалом.
Для заливки скважин применяют глинистые растворы с песчаными заполнителями. Раствор должен состоять из 1 части глинистого грунта и 4—12 частей песка, влажность раствора составляет 25—40%, осадка конуса 10—16 см. Раствор заливают до погружения сваи. Качество заполнения пазух скважин контролируется отжимаемым на поверхность раствором.
От подбора состава глинистого раствора зависит продолжительность вмерзания свай и сроки начала передачи нагрузок на сваи. При температуре грунтов —5° и ниже глинистый раствор замерзает несколько дней, при температурах же грунтов в зоне за-
делки —0,5—1° С вмерзание свай может длиться несколько месяцев..
Прочность смерзания сваи с грунтовым раствором эквивалентна, характеристикам несущей способности сваи; она зависит от состава и влажности раствора, а также температуры грунта.
Желательно, чтобы прочность смерзания сваи с грунтами естественного сложения была не меньше прочности смерзания ее с грунтовым раствором. Если прочность смерзания сваи с грунтами естественного сложения будет меньше, чем с грунтовым раствором, появится прослойка более слабого грунтового раствора, снижающая несущую способность сваи.
В мерзлых песчаных грунтах применение глинистых растворов-снижает несущую способность сваи на 25—30% вследствие уменьшения сопротивления по боковой поверхности при полном использовании высокой прочности песчаных грунтов в торце сваи.
Размельченный и разжиженный грунт (буровой шлам), извлекаемый в летнее время из скважин ударно-канатными машинами., применяют в качестве глинистого раствора. Если буровой шлам. состоит из песка, в раствор добавляют глину.
В районах с низкотемпературными грунтами погружать сваи с оттаиванием мерзлого грунта можно в течение всего года В тех районах, где температура грунта близка к —1° С, работы вести допускается с января по сентябрь, когда температура грунта в зоне свай превышает —1,5° С. В период с октября по декабрь погружать. сваи с оттаиванием грунта нецелесообразно, так как нижняя часть их будет находиться в зоне с температурой около —1° С и процесс вмерзания будет проходить длительно.
При промерзании грунта сверху может возникнуть опасность выпучивания грунта снизу вместе со сваей.
Скважины для установки свай можно образовывать методом оттаивания. Оттаивают грунт с применением пара, воды открытыми или закрытыми нагревателями.
В закрытых нагревателях вода или пар не поступают в грунт„ а циркулируют в замкнутых системах, погружаемых в пробуренные скважины диаметром 10—15 см.
В пластичномерзлые грунты для небольшой глубины оттаивания (до 6—7 м) нагреватели можно погружать в мерзлый грунт забивкой.
Паровая игла для оттаивания вечномерзлого грунта обычно погружается под действием собственной массы, а в песчаные грунты— от усилия 1—2 рабочих. Поступающий пар оттаивает мерзлый грунт и перемешивает его. При температуре у наконечника порядка 90° С разогреваемый грунт, соприкасаясь с мерзлым, как бы омывает его, вызывая интенсивное оттаивание. Сравнительно быстрый процесс оттаивания грунта мало влияет на температуру окружающих грунтов (7.4)
Процесс погружения свай в оттаянные грунты в два раза де< шевле, чем в пробуренные скважины. Но процессом оттаивания грунта трудно управлять: сваи вмерзают неравномерно и медленно. Ориентировочные сроки продолжительности вмерзания свай приведены в табл. 7.3.
Увеличить несущую способноеть сваи можно повышением прочности смерзания грунтового раствора со сваей, что до 25% увеличивает сопротивление по ее боковой поверхности.
Бурозабивные сваи погружают в пластичномерзлые грунты в образованные лидирующие скважины при температуре грунта не ниже —0,3° С для пылеватых песков, —0,8° — для супесей, —1°— для суглинков и —1,2° С — для глин.
Расчетную несущую способность бурозабивных свай определяют по нормативным сопротивлениям мерзлого грунта сдвигу и нормальному давлению. При этом целесообразна выборочная проверка фактической несущей способности с помощью статического испытания свай.
Применение бурозабивных свай позволяет уменьшить объем буровых работ, исключает мокрые процессы, обеспечивает точное
погружение сваи в плане. Облегчить погружение бурозабивных свай можно предварительным оттаиванием грунта у стенок скважины на несколько сантиметров.
Метод погружения забивных свай в вечномерзлые грунты наиболее экономичен. Для этих целей используют машины ударного или виброударного действия на базе трактора Д-804. Погружать забивные сваи можно на площадках, где над несущим слоем грунта залегают пластичномерзлые глинистые грунты без крупнообломочных включений. Забивные сваи погружаются под действием ударов, от влияния которых лед под острием сваи плавится и одновременно уменьшается прочность грунта. Образующийся вокруг тела сваи тонкий слой оттаявшего грунта облегчает погружение и одновременно ускоряет процесс вмерзания сваи в грунт.
Вследствие сложности возведения свайных фундаментов на вечномерзлых грунтах авторский (или заказчика) контроль необходимо вести на всех стадиях производства работ с оформлением промежуточных актов их приемки.
Шпунтовые ограждения
Шпунтовые ограждения устраивают при строительстве гидротехнических сооружений и на площадках, где необходимо обеспечить сохранность зданий и сооружений, а также для предохранения зоны работ от поступления вод. В зависимости от назначения и условий работ шпунтовые ограждения выполняют из деревянных, железобетонных или металлических шпунтовых свай.
§ 1. Виды и конструкции шпунтовых свай
Водонепроницаемые ограждения из шпунтовых свай устраивают для защиты котлованов на площадках с высоким уровнем грунтовых вод, когда всдопонижение экономически нецелесообразно или вообще неэффективно.
В зависимости от размеров котлована, а также свойств грунта, находящегося ниже его дна, применяют различные схемы шпунтовых, ограждений (8.1).
Первоначально устраивали только деревянные шпунтовые ограждения, а затем начали устраивать ограждения из стальных и железобетонных свай.
Материал для изготовления шпунтин выбирают с учетом ряда условий. Забитые деревянные шпунтовые ограждения почти невозможно извлечь обратно из грунта без значительных поломок, т. е. повторное использование деревянных шпунтин практически исключено. Такие . неинвентарные ограждения ложатся большим накладным расходом на строительство.
Металлические (стальные) шпунтины можно многократно забивать и извлекать из грунта. Они удобны для перевозки и в целом более рентабельны, нежели деревянные.
Железобетонные шпунтины не извлекают для повторной забивки— их используют как составную часть (внешнюю оболочку), фундамента.
Различные виды шпунтовых свай показаны на 8.2 и 8.3. Деревянные шпунтины изготовляют из брусков, выбирая паз и гребень, или делают составными, сбитыми из досок на гвоздях.
Конструкции железобетонных шпунтин недостаточно совершенны. Их применяют главным образом в сооружениях по укреплению берегов и в строительстве мостов. Б плане железобетонные шпунтовые сваи имеют прямоугольную форму с трапециевидными пазом и гребнем. Длина таких свай обычно не превышает 15 м. При большей длине во время их транспортирования могут образоваться, трещины.
Стальной шпунт выпускают трех различных профилей: плоский, корытиый и типа «Ларсен». Тип шпунта выбирают в основном в зависимости от глубины ограждаемого котлована: чем глубже он, тем больше должен быть момент инерции сечения шпунта. В табл. 8.1 приведен сортамент стального шпунта по ГОСТ 4781—55 и техническим условиям 5154—55.
Шпунтовые ограждения представляют собой тонкие подпорные стенки, устойчивость которых обеспечивается глубокой заделкой в грунт. Благодаря заиливанию зазоров в замках шпунтовые ограждения вскоре после возведения становятся практически водонепроницаемыми.
По характеру работы шпунтовые ограждения подразделяют на заанкеровакные, незаанкерованные (свободно защемленные в грунте) и с распорками. Последние применяют только в узких котлованах.
В сравнительно неглубоких котлованах (порядка 2—3 м) при прочном грунте ниже дна устойчивость шпунтового ряда обеспечивается за счет защемления свай. В глубоких котлованах шпунтовую стенку при помощи тяг соединяют с анкерами, которыми могут служить уложенные горизонтально сваи и плиты. Число тяг по высоте стенки, зависящее от условий ее статической работы, определяют расчетом. Анкерные тяги размещают так, чтобы максимальный положительный момент в шпунтовой стенке был примерно равен максимальному отрицательному моменту, возникающему от давления грунта.
§ 2. Расчет шпунтовой стенки
Усилие, воспринимаемое анкерной тягой, находят из уравнения суммы проекций всех сил на горизонтальную ось. По найденному усилию подбирают поперечное сечение анкерной тяги.
Если плотный грунт не позволяет забить шпунтовое ограждение на необходимую глубину или, наоборот, в основании котлована залегают слабые грунты (ил, торф), устраивают двуханкерное шпунтовое ограждение. Второе анкерное закрепление делают на уровне дна котлована, а шпунтовую стенку несколько заглубляют в грунт основания.