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: 303
Скачиваний: 5
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
§ 2. Буроинъекционные (корневидные) сваи
Одним из эффективных способов усиления оснований и фундаментов является метод, предложенный итальянской фирмой «Фон-дедиле». Сущность его заключается в усилении существующих фундаментов пропущенными через укрепляемые конструкции вертикальными и наклонными сваями, которые называют за рубежом корневидными, а в отечественной практике — буроинъекцконными. Разработанная фирмой технология и оборудование получили значительное распространение в различных странах.
Сваи переносят большую часть нагрузки на более плотные нижележащие слои грунта. Метод позволяет выполнять работу без отрывки котлована и обнажения фундаментов.
Буроинъекционные сваи изготовляют длиной до 30 м, диаметром 0,08—0,25 м. Усилить фундамент можно как с помощью ростверка, так и без него.
Специальные установки вращательного бурения позволяют пробуривать скважины через вышерасположенные конструкции и фундаменты (бутовую и кирпичную кладку, бетон, железобетон). При этом конструкция не подвергается динамическим воздействиям.
Обычно для бурения используют станки типа СБА-500, но можно применять любые другие малогабаритные буровые станки. В комплект кроме станка входят растворонасосы (СО-48 или СО-49), ситогидроциклонная установка, приемные емкости и раствора-воды.
Выбор инструмента бурения (шнек, шарошечное долото или колонковая труба) определяется грунтовыми условиями, а диаметр бура принимают в зависимости от марки станка с учетом требуемой несущей способности сваи. Чтобы не нарушать устойчивость стенок скважины, используют обсадные трубы или бентонитовую суспензию. При проходке каменной кладки и бетонных конструкций разбуренный материал удаляется сжатым воздухом.
Арматурный каркас, устанавливаемый в скважину, состоит из отдельных секций длиной до 3 м (в зависимости от высоты подвала), стыкуемых с помощью сварки. На каркасе предусматривают специальные фиксаторы, предупреждающие отклонения от оси скважины. После установки каркаса (или одновременно) в скважину опускают инъекционную трубу для нагнетания под давлением до 3 ат цементно-песчаного раствора. Институт Гидроспецпроект рекомендует оптимальный состав раствора по массе компонентов цемент—песок—вода 1 : (1—1,5) : (0,5—0,7).
Важной особенностью корневидных свай является их высокое сопротивление трению по боковой поверхности по сравнению с обычными бетонными сваями как из-за повышенной шероховатости ствола, так и вследствие частичной цементации прилегающего к свае грунта.
В зависимости от характера работы корневидные сваи армируют на всю глубину или только верхнюю часть. Для воспринятая сваей нагрузок необходимо армировать верхнюю часть на участке, равном 5—10 диаметрам сваи (1,5—3 м). Однородный состав раствора и сжатие, которому он подвергается в процессе набивки, придают стволу сваи высокую прочность.
На 12.2 показаны характерные схемы применения корневидных свай: для усиления фундамента существующего здания, фундамента под оборудование, укрепления мостовой опоры, для закрепления существующей подпорной стенки, сооружения новой «решетчатой» стенки.
Корневидные сван устраивают также для фундаментов новых сооружений, особенно в тех случаях, когда необходима осторожность в процессе выполнения работ.
В зарубежном строительстве во многих случаях применяют корневидные сваи для укрепления фундаментов. Например, на металлургическом заводе близ Неаполя для монтажа нового прокатного стана были усилены существовавшие фундаменты во время постепенного демонтажа старого прокатного стана (12.3). Эксплуатация находящихся вблизи машин не прекращалась. Корневид-
ные сваи были пропущены сквозь толщу существующих бетонных фундаментов. Для воспринятая значительных горизонтальных усилий, возникающих при прокате слябов, большая часть свай установлена наклонно.
Представляет интерес опыт применения корневидных свай в качестве подпорной стенки при прокладке линий метрополитена в Милане открытым способом. Котлован тоннеля был расположен почти вплотную к зданиям, причем подошва котлована залегает значительно ниже фундаментов соседних домов. Эти фундаменты требовалось усилить. Как видно из 12.4, задача была решена применением решетчатой системы корневидных свай, заглубленных ниже отметки котлована метро. Сваи, пропущенные через фундаменты домов, укрепили их.
Некоторый опыт устройства буроинъекционных свай накоплен во всесоюзном объединении Гидроспецстрой. Так, проект усиления фундаментов одного из административных зданий ВЦСПС, построенного в XIX в., предусматривает устройство с обеих сторон несущих стен 768 свай длиной в среднем 25 м при диаметре 127 и 146 мм с заделкой концов свай в известняки.
Другим примером применения буроинъекционных свай для усиления фундаментов могут служить фундаменты здания МХАТ им. А. М. Горького (12.5). Сваи диаметром 150 мм прорезали фундаменты и 16—18-метровую толщу глинистых и песчаных грунтов и имеют несущую способность 25—42 тс. Сваи воспринимали 30%
нагрузок на здания до их реконструкции и полностью дополнительные, возникшие в результате реконструкции.
Одним из основных преимуществ буроинъекционных свай является их способность обеспечивать минимальную осадку усиливаемого фундамента. Поэтому такие сваи весьма эффективны при реконструкции сооружений при малой величине допускаемых осадок, например при использовании высокоточного технологического оборудования. Так, для эксплуатации формовочного автомата на Рязанском заводе «Центролит» необходимо было обеспечить, что-
бы осадка фундамента автомата ие превышала 5 мм. Расчеты показали, что осадка фундамента, выполненного в виде железобетонной плиты площадью 8X12 м и толщиной 2 м на насыпных грунтах, при эксплуатации смоитированного на нем формовочного автомата должна была достичь 30—40 мм. Для предотвращения таких осадок фундамент был усилен 68 буроинъекционными сваями диаметром 15 см и длиной 18 м.
Сваи прорезали насыпныетрунты, суглинки и на 4 м входили в полутвердые глины. Несущая способность свай составляет 24 т при осадке 4 мм.
§ 3. Виброштампованные сваи
Разработанные в Советском Союзе вибрационные методы погружения свай используют в стране и за рубежом для устройства виброштампованных свай.
На Украине применяют комплекты оборудования для устройства виброштампованных свай длиной до 10 м при диаметре 0,5 м в связных неводонасыщенных грунтах, в частности в лёссовых просадочных. Бетонную смесь при этом уплотняют виброштампом.
На 12.6 показана последовательность устройства виброштампованных свай. Для образования скважин на украинских стройках применяют три варианта механизации: бурильные машины для скважин глубиной до 3,5 м, виброжелонки или комплект оборудования для пробивки скважин при большой глубине разработки. Последние два вида оборудования навешивают на краны-экскаваторы.
В оборудование для пробивки скважин (12.7) входят обсадная труба 1, направляющая плита 5, молот 4 и виброустройство для извлечения трубы 3. Направляющая плита обеспечивает вертикальность погружения обсадной трубы и служит основанием для гидродомкратов при извлечении трубы из грунта. На практике для устройства свай большой длины часто применяют комбинированный способ образования скважин: до глубины 2,5—3,5 м. Их проходят бурильной машиной, а при большей глубине используют виб-
рожелонку или обсадную трубу. Перед бетонированием на устье скважины устанавливают тяжелый металлический кондуктор, полая направляющая труба которого имеет диаметр на 10 мм больший, чем диаметр виброштампа.
Массу кондуктора выбирают из расчета, чтобы его давление на грунт было не менее 4—5 кг/см2. Это условие необходимо для для удержания бетонной смеси в скважине.
Скважину заполняют бетоном с помощью самоходного бетоноукладчика. Виброштамп для уплотнения бетона представляет собой трубу диаметром 0,31 м, нижний конец которой закрыт металлическим конусом. Верхний конец вибростержня прикрепляют к мощному вибратору (ВПП-2, ВПП-4 или В-401). Длина вибростержня превышает глубину скважины на 0,8 м, благодаря чему при бетонировании сваи грунт под ее основанием дополнительно уплотняется.
Виброштамп погружают в бетон краном при включенном вибраторе. При погружении в смесь виброштамп создает давление, превышающее несущую способность грунта. Вследствие этого образуется уширенное основание и дополнительно уплотняется прилегающий грунт. Диаметр пяты сваи обычно больше диаметра сваи
на 30—40%.
Операцию по бетонированию с применением виброштампа повторяют несколько раз. После извлечения вибростержня в бетоне образуется трубчатая полость, которую заполняют смесью до отметки —0,7 м. Полости в длинных сваях остаются только на глубине 2,5—3 м. В эти полости для сопряжения с ростверком вставляют металлический каркас, а затем бетонируют вместе с ростверком.
На виброштампованных сваях в Днепропетровской области построены жилые дома высотой от 5 до 12 этажей, промышленные корпуса с нагрузками на колонны от 150 до 1000 т. Такие сваи применяют и в сельском строительстве. В основном эти объекты сооружают на лёссовых грунтах I и II категорий просадочности, как с прорезкой просадочной толщи, так и без нее.
Применение виброштампованных свай в промышленном строительстве по сравнению со сборными железобетонными фундаментами позволяет сократить трудовые затраты почти в 3 раза и снизить стоимость фундаментов в 2 раза (табл. 12.1).
Фундаменты на виброштампованных сваях целесообразно устраивать также для жилых домов. Хотя рассматриваемый тип набивных свай сложнее в устройстве по сравнению с другими, он дает возможность применять жесткий бетон и обеспечивает высокое качество бетонных работ.
На 12.8, а показана принципиальная схема пневмонабивных -свай. Обсадную толстостенную трубу / диаметром 10" погружают бурением или забивкой, после чего в нее вставляют оболочку 2 из 1 — 1,5-миллиметровой листовой стали с наконечником 3. В оболочку вставляют деревянный сердечник 4, с помощью которого ее опускают в обсадную трубу и загоняют в грунт.
После извлечения сердечника оболочку заполняют бетоном, а зазор—пластичным раствором. Затем к верхней части обсадной трубы привинчивают муфту 6 с колпаком 5. Под колпак нагнетается воздух, газ или вода под давлением 40 ат, в результате чего бетон и раствор впрессовываются в оболочки, а свая погружается на I—1,5 м. Одновременно под действием того же давления обсадная
труба поднимается вверх, и вокруг кожуха образуется цементная оболочка диаметром большим, чем у обсадной трубы, и неправильной формы вследствие различной плотности грунта.
Изготовляют сваи Вольфсхольтца в порядке, указанном на 12.8, б. Обсадную трубу, находящуюся в буровой скважине, закрывают герметичной крышкой, через которую пропускают три трубы. По одной из них подают раствор из специальной емкости или выпускают воду и воздух, по другой подается сжатый воздух давлением 10 кг/см2; на третьей трубе имеется кран, манометр и редуцирующий вентиль. Вторая и третья трубы соединены между собой и с резервуаром сжатого воздуха.
12.9. Шлюзовой аппарат Мостотреста для бетонирования пневмосвай
Порядок работы можно проследить по схеме на 12.8, б. Сжатым воздухом из обсадной трубы удаляется вода (7), и в трубу под давлением подается порция бетона (II). Повышенным давлением бетон ;впрессовывают в грунт, в результате чего при подъеме трубы в нижележащем грунте образуется уширенное основание (III). В зависимости от длины сваи этот цикл повторяется несколько раз (IV).
При изготовлении свай таким способом требуется тщательно фракционированный мелкий щебень. Кроме того, процесс бетониро-рования нужно вести непрерывно, чтобы предотвратить схватывание бетона (раствора) в трубопроводах. Учитывая недостатки этого способа, немецкая фирма «Грюн и Бильфингер» применнла"особую конструкцию — шлюз, работающий по принципу кессонного, позволяющую подавать в обсадную трубу обычный бетон. Шлюз позволил отказаться от шлангов.
Отечественные специалисты (Г. Л. Медведев и др.) в довоенный период создали рациональную конструкцию шлюза для устройства пневмосвай. Созданный ими аппарат в форме цилиндра несколько большего диаметра, чем обсадная труба, снабжен двухклапанным устройством, беспрепятственно пропускающим бетон в трубу без понижения давления внутри нее (12.9).
Бетон загружают в верхнюю камеру /, выравнивают давление в камере // до наружного. После этого рычагом открывают верхний клапан
Одним из эффективных способов усиления оснований и фундаментов является метод, предложенный итальянской фирмой «Фон-дедиле». Сущность его заключается в усилении существующих фундаментов пропущенными через укрепляемые конструкции вертикальными и наклонными сваями, которые называют за рубежом корневидными, а в отечественной практике — буроинъекцконными. Разработанная фирмой технология и оборудование получили значительное распространение в различных странах.
Сваи переносят большую часть нагрузки на более плотные нижележащие слои грунта. Метод позволяет выполнять работу без отрывки котлована и обнажения фундаментов.
Буроинъекционные сваи изготовляют длиной до 30 м, диаметром 0,08—0,25 м. Усилить фундамент можно как с помощью ростверка, так и без него.
Специальные установки вращательного бурения позволяют пробуривать скважины через вышерасположенные конструкции и фундаменты (бутовую и кирпичную кладку, бетон, железобетон). При этом конструкция не подвергается динамическим воздействиям.
Обычно для бурения используют станки типа СБА-500, но можно применять любые другие малогабаритные буровые станки. В комплект кроме станка входят растворонасосы (СО-48 или СО-49), ситогидроциклонная установка, приемные емкости и раствора-воды.
Выбор инструмента бурения (шнек, шарошечное долото или колонковая труба) определяется грунтовыми условиями, а диаметр бура принимают в зависимости от марки станка с учетом требуемой несущей способности сваи. Чтобы не нарушать устойчивость стенок скважины, используют обсадные трубы или бентонитовую суспензию. При проходке каменной кладки и бетонных конструкций разбуренный материал удаляется сжатым воздухом.
Арматурный каркас, устанавливаемый в скважину, состоит из отдельных секций длиной до 3 м (в зависимости от высоты подвала), стыкуемых с помощью сварки. На каркасе предусматривают специальные фиксаторы, предупреждающие отклонения от оси скважины. После установки каркаса (или одновременно) в скважину опускают инъекционную трубу для нагнетания под давлением до 3 ат цементно-песчаного раствора. Институт Гидроспецпроект рекомендует оптимальный состав раствора по массе компонентов цемент—песок—вода 1 : (1—1,5) : (0,5—0,7).
Важной особенностью корневидных свай является их высокое сопротивление трению по боковой поверхности по сравнению с обычными бетонными сваями как из-за повышенной шероховатости ствола, так и вследствие частичной цементации прилегающего к свае грунта.
В зависимости от характера работы корневидные сваи армируют на всю глубину или только верхнюю часть. Для воспринятая сваей нагрузок необходимо армировать верхнюю часть на участке, равном 5—10 диаметрам сваи (1,5—3 м). Однородный состав раствора и сжатие, которому он подвергается в процессе набивки, придают стволу сваи высокую прочность.
На 12.2 показаны характерные схемы применения корневидных свай: для усиления фундамента существующего здания, фундамента под оборудование, укрепления мостовой опоры, для закрепления существующей подпорной стенки, сооружения новой «решетчатой» стенки.
Корневидные сван устраивают также для фундаментов новых сооружений, особенно в тех случаях, когда необходима осторожность в процессе выполнения работ.
В зарубежном строительстве во многих случаях применяют корневидные сваи для укрепления фундаментов. Например, на металлургическом заводе близ Неаполя для монтажа нового прокатного стана были усилены существовавшие фундаменты во время постепенного демонтажа старого прокатного стана (12.3). Эксплуатация находящихся вблизи машин не прекращалась. Корневид-
ные сваи были пропущены сквозь толщу существующих бетонных фундаментов. Для воспринятая значительных горизонтальных усилий, возникающих при прокате слябов, большая часть свай установлена наклонно.
Представляет интерес опыт применения корневидных свай в качестве подпорной стенки при прокладке линий метрополитена в Милане открытым способом. Котлован тоннеля был расположен почти вплотную к зданиям, причем подошва котлована залегает значительно ниже фундаментов соседних домов. Эти фундаменты требовалось усилить. Как видно из 12.4, задача была решена применением решетчатой системы корневидных свай, заглубленных ниже отметки котлована метро. Сваи, пропущенные через фундаменты домов, укрепили их.
Некоторый опыт устройства буроинъекционных свай накоплен во всесоюзном объединении Гидроспецстрой. Так, проект усиления фундаментов одного из административных зданий ВЦСПС, построенного в XIX в., предусматривает устройство с обеих сторон несущих стен 768 свай длиной в среднем 25 м при диаметре 127 и 146 мм с заделкой концов свай в известняки.
Другим примером применения буроинъекционных свай для усиления фундаментов могут служить фундаменты здания МХАТ им. А. М. Горького (12.5). Сваи диаметром 150 мм прорезали фундаменты и 16—18-метровую толщу глинистых и песчаных грунтов и имеют несущую способность 25—42 тс. Сваи воспринимали 30%
нагрузок на здания до их реконструкции и полностью дополнительные, возникшие в результате реконструкции.
Одним из основных преимуществ буроинъекционных свай является их способность обеспечивать минимальную осадку усиливаемого фундамента. Поэтому такие сваи весьма эффективны при реконструкции сооружений при малой величине допускаемых осадок, например при использовании высокоточного технологического оборудования. Так, для эксплуатации формовочного автомата на Рязанском заводе «Центролит» необходимо было обеспечить, что-
бы осадка фундамента автомата ие превышала 5 мм. Расчеты показали, что осадка фундамента, выполненного в виде железобетонной плиты площадью 8X12 м и толщиной 2 м на насыпных грунтах, при эксплуатации смоитированного на нем формовочного автомата должна была достичь 30—40 мм. Для предотвращения таких осадок фундамент был усилен 68 буроинъекционными сваями диаметром 15 см и длиной 18 м.
Сваи прорезали насыпныетрунты, суглинки и на 4 м входили в полутвердые глины. Несущая способность свай составляет 24 т при осадке 4 мм.
§ 3. Виброштампованные сваи
Разработанные в Советском Союзе вибрационные методы погружения свай используют в стране и за рубежом для устройства виброштампованных свай.
На Украине применяют комплекты оборудования для устройства виброштампованных свай длиной до 10 м при диаметре 0,5 м в связных неводонасыщенных грунтах, в частности в лёссовых просадочных. Бетонную смесь при этом уплотняют виброштампом.
На 12.6 показана последовательность устройства виброштампованных свай. Для образования скважин на украинских стройках применяют три варианта механизации: бурильные машины для скважин глубиной до 3,5 м, виброжелонки или комплект оборудования для пробивки скважин при большой глубине разработки. Последние два вида оборудования навешивают на краны-экскаваторы.
В оборудование для пробивки скважин (12.7) входят обсадная труба 1, направляющая плита 5, молот 4 и виброустройство для извлечения трубы 3. Направляющая плита обеспечивает вертикальность погружения обсадной трубы и служит основанием для гидродомкратов при извлечении трубы из грунта. На практике для устройства свай большой длины часто применяют комбинированный способ образования скважин: до глубины 2,5—3,5 м. Их проходят бурильной машиной, а при большей глубине используют виб-
рожелонку или обсадную трубу. Перед бетонированием на устье скважины устанавливают тяжелый металлический кондуктор, полая направляющая труба которого имеет диаметр на 10 мм больший, чем диаметр виброштампа.
Массу кондуктора выбирают из расчета, чтобы его давление на грунт было не менее 4—5 кг/см2. Это условие необходимо для для удержания бетонной смеси в скважине.
Скважину заполняют бетоном с помощью самоходного бетоноукладчика. Виброштамп для уплотнения бетона представляет собой трубу диаметром 0,31 м, нижний конец которой закрыт металлическим конусом. Верхний конец вибростержня прикрепляют к мощному вибратору (ВПП-2, ВПП-4 или В-401). Длина вибростержня превышает глубину скважины на 0,8 м, благодаря чему при бетонировании сваи грунт под ее основанием дополнительно уплотняется.
Виброштамп погружают в бетон краном при включенном вибраторе. При погружении в смесь виброштамп создает давление, превышающее несущую способность грунта. Вследствие этого образуется уширенное основание и дополнительно уплотняется прилегающий грунт. Диаметр пяты сваи обычно больше диаметра сваи
на 30—40%.
Операцию по бетонированию с применением виброштампа повторяют несколько раз. После извлечения вибростержня в бетоне образуется трубчатая полость, которую заполняют смесью до отметки —0,7 м. Полости в длинных сваях остаются только на глубине 2,5—3 м. В эти полости для сопряжения с ростверком вставляют металлический каркас, а затем бетонируют вместе с ростверком.
На виброштампованных сваях в Днепропетровской области построены жилые дома высотой от 5 до 12 этажей, промышленные корпуса с нагрузками на колонны от 150 до 1000 т. Такие сваи применяют и в сельском строительстве. В основном эти объекты сооружают на лёссовых грунтах I и II категорий просадочности, как с прорезкой просадочной толщи, так и без нее.
Применение виброштампованных свай в промышленном строительстве по сравнению со сборными железобетонными фундаментами позволяет сократить трудовые затраты почти в 3 раза и снизить стоимость фундаментов в 2 раза (табл. 12.1).
Фундаменты на виброштампованных сваях целесообразно устраивать также для жилых домов. Хотя рассматриваемый тип набивных свай сложнее в устройстве по сравнению с другими, он дает возможность применять жесткий бетон и обеспечивает высокое качество бетонных работ.
На 12.8, а показана принципиальная схема пневмонабивных -свай. Обсадную толстостенную трубу / диаметром 10" погружают бурением или забивкой, после чего в нее вставляют оболочку 2 из 1 — 1,5-миллиметровой листовой стали с наконечником 3. В оболочку вставляют деревянный сердечник 4, с помощью которого ее опускают в обсадную трубу и загоняют в грунт.
После извлечения сердечника оболочку заполняют бетоном, а зазор—пластичным раствором. Затем к верхней части обсадной трубы привинчивают муфту 6 с колпаком 5. Под колпак нагнетается воздух, газ или вода под давлением 40 ат, в результате чего бетон и раствор впрессовываются в оболочки, а свая погружается на I—1,5 м. Одновременно под действием того же давления обсадная
труба поднимается вверх, и вокруг кожуха образуется цементная оболочка диаметром большим, чем у обсадной трубы, и неправильной формы вследствие различной плотности грунта.
Изготовляют сваи Вольфсхольтца в порядке, указанном на 12.8, б. Обсадную трубу, находящуюся в буровой скважине, закрывают герметичной крышкой, через которую пропускают три трубы. По одной из них подают раствор из специальной емкости или выпускают воду и воздух, по другой подается сжатый воздух давлением 10 кг/см2; на третьей трубе имеется кран, манометр и редуцирующий вентиль. Вторая и третья трубы соединены между собой и с резервуаром сжатого воздуха.
12.9. Шлюзовой аппарат Мостотреста для бетонирования пневмосвай
Порядок работы можно проследить по схеме на 12.8, б. Сжатым воздухом из обсадной трубы удаляется вода (7), и в трубу под давлением подается порция бетона (II). Повышенным давлением бетон ;впрессовывают в грунт, в результате чего при подъеме трубы в нижележащем грунте образуется уширенное основание (III). В зависимости от длины сваи этот цикл повторяется несколько раз (IV).
При изготовлении свай таким способом требуется тщательно фракционированный мелкий щебень. Кроме того, процесс бетониро-рования нужно вести непрерывно, чтобы предотвратить схватывание бетона (раствора) в трубопроводах. Учитывая недостатки этого способа, немецкая фирма «Грюн и Бильфингер» применнла"особую конструкцию — шлюз, работающий по принципу кессонного, позволяющую подавать в обсадную трубу обычный бетон. Шлюз позволил отказаться от шлангов.
Отечественные специалисты (Г. Л. Медведев и др.) в довоенный период создали рациональную конструкцию шлюза для устройства пневмосвай. Созданный ими аппарат в форме цилиндра несколько большего диаметра, чем обсадная труба, снабжен двухклапанным устройством, беспрепятственно пропускающим бетон в трубу без понижения давления внутри нее (12.9).
Бетон загружают в верхнюю камеру /, выравнивают давление в камере // до наружного. После этого рычагом открывают верхний клапан