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: 298
Скачиваний: 5
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
§ 5. Погружение свай в сезонно-мерзлые грунты
На погружение свай в сезонно-мерзлые грунты требуются дополнительные затраты труда и средств механизации. Поэтому при разработке ППР необходимо стремиться погружать сваи в талый грунт или до промерзания его на глубину 20—30 см. Для промерзания грунта на такую глубину при температуре наружного воздуха —30° С требуется 6—10 дней, т. е. времени, достаточного для погружения 100—150 шт. свай. Следовательно, при разработке ППР целесообразно совмещать подготовительные мероприятия по устройству свайного основания без проведения специальных работ по погружению свай в сезонно-мерзлые грунты.
Если необходимо выполнять свайные работы в сезонно-мерзлым грунтах, обязательно проводят мероприятия, обеспечивающие целостность конструкции свай и требуемую точность их погружения.
Механическая прочность сезонно-мерзлых грунтов зависит от содержания в них воды, от температуры наружного воздуха, связности частиц и физико-механических свойств грунтов. Так, при температуре наружного воздуха —10° С временное сопротивление мерзлых суглинков составляет 35—50, супесей — 55—80 и песков — чо 120 кг/см2.
При наличии достаточно мощных сваепогружающих механизмов можно пробить сваей толщину мерзлых грунтов, однако при этом в них образуются трещины, околы, размеры и направления которых не поддаются закономерностям и не позволяют заранее определить направление сваи при ее погружении.
скважин в точках погружения или в оттаивании грунта на глубину его промерзания.
Наиболее прогрессивный и распространенный способ образования лидирующих скважин — применение трубчатой лидирующей желонки, предложенной в 1961 г.
Лидирующая желонка (4.17) состоит из корпуса 1, изготовленного из стальной трубы толщиной 12—19 мм, верхняя часть трубы заглушена пластинкой 2. Режущая часть желонки (узел А) с ножевым окончанием
имеет утолщение на высоту 7,5 см. В трубе сделано отверстие и к внутренней полости приварен отражатель 3.
Наружный диаметр трубчатой желонки на 1—2 см меньше наибольшей стороны сваи, длина ее на 40 см больше нормативной глубины сезонного промерзания грунта в данном районе. Ножевая часть желонки утолщена путем наварки по всему периметру трубы полосы из высокопрочной стали толщиной 10—12 мм.
Погружение и все последующие операции по устройству лидирующей скважины осуществляются тем же копровым агрегатом, который применяется для погружения свай.
Во время погружения желонки происходит разрыхление мерзлого грунта, который по мере заглубления желонки выталкивает имеющийся в ней рыхлый грунт через отражатель наружу. Извлечение желонки из грунта облегчается за счет того, что диаметр образованной скважины на 2—3 см более диаметра ствола желонки.
Погружать лидирующую желонку необходимо на глубину, равную 0,8—0,85 глубины промерзания грунта. В этом случае обеспечивается вытаскивание желонки из грунта и очистка ее после окончания работы. При погружении желонки в талый грунт в полости трубы образуется грунтовая пробка высокой плотности, которую весьма затруднительно потом освободить из желонки.
Лидирующие скважины рекомендуется устраивать перед началом работы смены копровщиков в объеме, предусмотренном для сменной производительности копрового агрегата по погружению свай.
На строительных площадках с толщей из смерзшихся насыпных грунтов (смесь строительного мусора и грунтовых отвалов) применение трубчаток лидирующей желонки может оказаться неэффективным. В этих случаях рекомендуется использовать подпружинный клин конструкции НИИ Промстроя (4.19).
Для проходки лидирующих скважин под сваи отдельных конструкций (под опоры ЛЭП, линии связи, эстакады под наружные трубопроводы) можно применять различные буровые машины вращательного и вибрационно-ударного бурения. Производительность этих машин в значительной мере зависит от конструкции режущего инструмента. Наиболее эффективны режущие буры с резцами из твердых сплавов. При расположении резцов с интервалом в 25— 30 мм можно скалывать грунт вместо резания его, что облегчает режим работы агрегата. Наличие съемных резцов вместо сплошного режущего ножа упрощает ремонт бура и повышает эффективность его применения.
Наиболее сложна операция установки агрегата на точку, особенно при многорядном или кустовом расположении свай. По этой причине применять такие машины в условиях гражданского и промышленного строительства нецелесообразно. В табл. 4.7 приведены затраты времени на-устройство лидирующих скважин разными механизмами.
В табл. 4.8 приведены данные об экономической эффективности устройства лидирующих скважин различными механизмами при сменной производительности 20 шт. свай сечением 30x30 см на глубину 1,5 м.
В тех случаях, когда по различным причинам лидирующие желонки невозможно использовать
, целесообразен метод отогрева грунта. Сущность способов оттаивания сезонно-мерзлых грунтов заключается в передаче от теплоносителей к грунту тепловой энергии, вызывающей расплавление льда, содержащегося в мерзлых грунтах.
Для устройства лидирующих скважин рекомендуются методы электропрогрева грунта электродами, тепловыми электронагревателями (ТЭНы) и прогревания его с помощью газовых горелок и др.
В зависимости от применяемого метода прогрева грунт можно оттаивать по схеме «снизу — вверх» или «сверху — вниз».
Для отогрева сезонно-мерзлых грунтов применяют вертикальные ТЭНы, перед установкой которых в грунтах бурят шпуры диаметром 40—80 мм на глубину не менее 4/s толщины слоя мерзлого грунта. Бурение шпуров производят буровыми установками, термобурами, ручными или колонковыми электросверлами. Для этих же целей можно использовать ручные электросверла, смонтированные на одноосном прицепе (4.20).
ТЭН (трубчатый электронагреватель) состоит из V-образной стальной трубки диаметром 12 мм с вмонтированными нагревательными элементами (нихромовая спираль)7"изолированными от стальной трубки магнезиальной набивкой. Выводы спирали подведены к клеммам, защищенным фарфоровыми изоляторами (4.21).
ТЭНы, установленные в шпуры, не следует засыпать песком, а рекомендуется прикрывать различными утеплителями, что улучшает теплообмен между ними и массивом грунта.
Процесс оттаивания грунта в диаметре 35—40 см протекает в течение 8 ч, после чего производится четырехчасовое термосное выдерживание грунта при отключенных ТЭНах. Грунт может оттаивать и более длительное время. Для этих случаев рекомендуется процесс: прогрев 8 ч+термосное выдерживание 4 ч+прогрев и т. д. Стоимость оттаивания 1 м3 мерзлого грунта 0,9—1,5 руб.
Подключать ТЭНы следует через понижающие или сварочные трансформаторы. При отсутствии последних ТЭНы можно подключать к городской электросети напряжением 220/380 В.
Для оттаивания мерзлых грунтов применяют также электронагреватели инфракрасного излучения, которые устанавливают в предварительно пробуренные шпуры.
§ 6. Погружение свай-колонн
Свайные опоры под промышленные здания даже при небольших нагрузках обычно размещают кустами не менее чем из двух свай в каждом. Для такой конструкции требуется устраивать ростверк в качестве основания под колонну.
В 1967 г. Главмособлстрой в содружестве с ЦНИИПсельстроем предложили для зданий сельскохозяйственного назначения безрост-верковую конструкцию свай-колонн. Благодаря высокой эффективности на строительстве промышленных объектов, особенно сельскохозяйственного назначения, сваи-колонны широко применяют для многих объектов. Типовые проекты разработаны с их использованием.
На объекте, где должны быть применены сваи-колонны для разработки технической документации, инженерно-геологические изыскания должны быть выполнены в объеме, предусмотренном СКиП П-17—77, причем количество буровых скважин на одном объекте при наличии однородных грунтов необходимо делать не менее трех. При неоднородных грунтах число скважин должно обеспечить исследование свойств грунтов и установить кровлю залегания несущих' слоев с целью определения несущей способности свай и их длины.
Длину свай-колонн назначают из условия, что острие их должно, быть заглублено в несущий малосжимаемый слой грунта не менее 2,5 м от отметки подошвы рандбалки и 3 м от отметки пола. В табл. 4.9 приведены показатели несущей способности свай-колонн в различных грунтовых условиях (схема индексов показана на 4.22).
В качестве свай-колонн применяют типовые сваи квадратного сечения, полнотелые или с круглой полостью с дополнительными закладными деталями для крепления опорных металлических столиков под стеновые панели, фермы покрытий, для монтажа связей и других ограждающих конструкций. ,
Сваи-колонны с круглыми полостями используют в- грунтах средней плотности, глинистых грунтах при консистенции /^ = 0,25—0,5, а полнотелые — в любых грунтовых условиях.
Практика показала, что наиболее рациональны сваи-колонны длиной до 8 м с несущей способностью в пределах 15—23 т. При таких нагрузках имеется возможность с большой точностью погрузить сваи до требуемой отметки и обеспечить необходимое плановое положение ее. После погружения рабочих свай-колонн необходимо провести динамические испытания их (не более 5 одиночных ударов в залоге). Размеры расчетных отказов свай-колонн приведены в табл. 4.10.
Для большинства зданий сельскохозяйственного назначения с пролетами 15—21 м расчетные нагрузки на сваю-колоину увеличены до 40 тс. На таких объектах широкое применение нашли сваи-колонны с консолями, забиваемыми в грунт.
расчетные сопротивления грунта под консолями, тс/м2, сваи, погружаемых на глубину 0,5—1,0 м, принимаемые по табл. 4.11; FK — площадь проекции консолей на горизонтальную плоскость, м2.
Статические и динамические испытания таких свай-колонн, в том числе на слабых и просадочных глинистых грунтах с консистенцией 0,45—0,65, показали, что они воспринимают вертикальную нагрузку в 1,5—2 раза большую, чем призматические сваи.
Практика показала, что при внедрении в грунт забивных консолей в момент забивки свай-колонн в 5—10 раз уменьшается скорость погружения, что способствует повышению точности забивки их. С 1980 г. в Ростовской, Московской, Новосибирской областях, в Узбекской ССР фундаменты под трехшарнирные рамы для строящихся предприятий сельскохозяйственного назначения выполняют из свай таврового сечения (4.24). Такие сваи изготовляют длиной от 3 до 5 м, высота ребер и ширина полки колеблется от 0,5 до 0,8 м, вылет консоли равен 0,4 м.
Опирание пяты рамы с эксцентриситетом относительно центра тяжести сваи позволяет почти вдвое снизить максимальный изгибающий момент, возникающий в стволе сваи. В конструкции ош-
ловка сваи имеется выступ, предназначенный для погружения сваи с помощью стандартных наголовников.
Погружают сваи таврового сечения по технологии и требованиям, предъявляемым к погружению свай-колонн.
Применять эти сваи целесообразно в районах с высоким уровнем грунтовых вод, большой глубиной промерзания грунта при непродолжительном строительном сезоне. По сравнению с устройством фундаментов использование свай таврового сечения позволяет снизить трудовые затраты почти в 3 раза.
Несущую способность свай таврового сечения на вертикальную составляющую нагрузку необходимо определять по формуле (2.4), применяемой при расчете висячих забивных свай. Расчетные сопротивления свай таврового сечения в песчаных и глинистых грунтах указаны в табл. 22 изменений и дополнений к СНиП II-17—77, опубликованных в «Бюллетене строительной техники», 1981 г., № 10.
В проектах фундаментов на сваях-колоннах с погруженными в грунт консолями и на сваях таврового сечения должны быть указаны мероприятия для противодействия силам морозного пучения грунтов основания, определяемые на основании расчетов.
Основными" механизмами для погружения свай-колони являются дизель-молоты различных модификаций с массой ударной части. от 600 до 2500 кг.
Молоты для погружения свай-колонн в относительно слабые грунты выбирают на одну ступень ниже по сравнению с молотами,, требуемыми для погружения свай в соответствии с рекомендациями СНиП П-17—77.
Для выбора базовых машин можно рекомендовать материалы гл. 3, в которой даны технические характеристики копров, и § 2 данной главы, в которой приведены технологические рекомендации по выбору копровых агрегатов.
Объекты, на которых применяют сваи-колонны, сооружаются без заглубления фундаментов с поверхности. Это условие определяет объемы подготовительных работ и методы их выполнения.'
На погружение свай в сезонно-мерзлые грунты требуются дополнительные затраты труда и средств механизации. Поэтому при разработке ППР необходимо стремиться погружать сваи в талый грунт или до промерзания его на глубину 20—30 см. Для промерзания грунта на такую глубину при температуре наружного воздуха —30° С требуется 6—10 дней, т. е. времени, достаточного для погружения 100—150 шт. свай. Следовательно, при разработке ППР целесообразно совмещать подготовительные мероприятия по устройству свайного основания без проведения специальных работ по погружению свай в сезонно-мерзлые грунты.
Если необходимо выполнять свайные работы в сезонно-мерзлым грунтах, обязательно проводят мероприятия, обеспечивающие целостность конструкции свай и требуемую точность их погружения.
Механическая прочность сезонно-мерзлых грунтов зависит от содержания в них воды, от температуры наружного воздуха, связности частиц и физико-механических свойств грунтов. Так, при температуре наружного воздуха —10° С временное сопротивление мерзлых суглинков составляет 35—50, супесей — 55—80 и песков — чо 120 кг/см2.
При наличии достаточно мощных сваепогружающих механизмов можно пробить сваей толщину мерзлых грунтов, однако при этом в них образуются трещины, околы, размеры и направления которых не поддаются закономерностям и не позволяют заранее определить направление сваи при ее погружении.
скважин в точках погружения или в оттаивании грунта на глубину его промерзания.
Наиболее прогрессивный и распространенный способ образования лидирующих скважин — применение трубчатой лидирующей желонки, предложенной в 1961 г.
Лидирующая желонка (4.17) состоит из корпуса 1, изготовленного из стальной трубы толщиной 12—19 мм, верхняя часть трубы заглушена пластинкой 2. Режущая часть желонки (узел А) с ножевым окончанием
имеет утолщение на высоту 7,5 см. В трубе сделано отверстие и к внутренней полости приварен отражатель 3.
Наружный диаметр трубчатой желонки на 1—2 см меньше наибольшей стороны сваи, длина ее на 40 см больше нормативной глубины сезонного промерзания грунта в данном районе. Ножевая часть желонки утолщена путем наварки по всему периметру трубы полосы из высокопрочной стали толщиной 10—12 мм.
Погружение и все последующие операции по устройству лидирующей скважины осуществляются тем же копровым агрегатом, который применяется для погружения свай.
Во время погружения желонки происходит разрыхление мерзлого грунта, который по мере заглубления желонки выталкивает имеющийся в ней рыхлый грунт через отражатель наружу. Извлечение желонки из грунта облегчается за счет того, что диаметр образованной скважины на 2—3 см более диаметра ствола желонки.
Погружать лидирующую желонку необходимо на глубину, равную 0,8—0,85 глубины промерзания грунта. В этом случае обеспечивается вытаскивание желонки из грунта и очистка ее после окончания работы. При погружении желонки в талый грунт в полости трубы образуется грунтовая пробка высокой плотности, которую весьма затруднительно потом освободить из желонки.
Лидирующие скважины рекомендуется устраивать перед началом работы смены копровщиков в объеме, предусмотренном для сменной производительности копрового агрегата по погружению свай.
На строительных площадках с толщей из смерзшихся насыпных грунтов (смесь строительного мусора и грунтовых отвалов) применение трубчаток лидирующей желонки может оказаться неэффективным. В этих случаях рекомендуется использовать подпружинный клин конструкции НИИ Промстроя (4.19).
Для проходки лидирующих скважин под сваи отдельных конструкций (под опоры ЛЭП, линии связи, эстакады под наружные трубопроводы) можно применять различные буровые машины вращательного и вибрационно-ударного бурения. Производительность этих машин в значительной мере зависит от конструкции режущего инструмента. Наиболее эффективны режущие буры с резцами из твердых сплавов. При расположении резцов с интервалом в 25— 30 мм можно скалывать грунт вместо резания его, что облегчает режим работы агрегата. Наличие съемных резцов вместо сплошного режущего ножа упрощает ремонт бура и повышает эффективность его применения.
Наиболее сложна операция установки агрегата на точку, особенно при многорядном или кустовом расположении свай. По этой причине применять такие машины в условиях гражданского и промышленного строительства нецелесообразно. В табл. 4.7 приведены затраты времени на-устройство лидирующих скважин разными механизмами.
В табл. 4.8 приведены данные об экономической эффективности устройства лидирующих скважин различными механизмами при сменной производительности 20 шт. свай сечением 30x30 см на глубину 1,5 м.
В тех случаях, когда по различным причинам лидирующие желонки невозможно использовать
, целесообразен метод отогрева грунта. Сущность способов оттаивания сезонно-мерзлых грунтов заключается в передаче от теплоносителей к грунту тепловой энергии, вызывающей расплавление льда, содержащегося в мерзлых грунтах.
Для устройства лидирующих скважин рекомендуются методы электропрогрева грунта электродами, тепловыми электронагревателями (ТЭНы) и прогревания его с помощью газовых горелок и др.
В зависимости от применяемого метода прогрева грунт можно оттаивать по схеме «снизу — вверх» или «сверху — вниз».
Для отогрева сезонно-мерзлых грунтов применяют вертикальные ТЭНы, перед установкой которых в грунтах бурят шпуры диаметром 40—80 мм на глубину не менее 4/s толщины слоя мерзлого грунта. Бурение шпуров производят буровыми установками, термобурами, ручными или колонковыми электросверлами. Для этих же целей можно использовать ручные электросверла, смонтированные на одноосном прицепе (4.20).
ТЭН (трубчатый электронагреватель) состоит из V-образной стальной трубки диаметром 12 мм с вмонтированными нагревательными элементами (нихромовая спираль)7"изолированными от стальной трубки магнезиальной набивкой. Выводы спирали подведены к клеммам, защищенным фарфоровыми изоляторами (4.21).
ТЭНы, установленные в шпуры, не следует засыпать песком, а рекомендуется прикрывать различными утеплителями, что улучшает теплообмен между ними и массивом грунта.
Процесс оттаивания грунта в диаметре 35—40 см протекает в течение 8 ч, после чего производится четырехчасовое термосное выдерживание грунта при отключенных ТЭНах. Грунт может оттаивать и более длительное время. Для этих случаев рекомендуется процесс: прогрев 8 ч+термосное выдерживание 4 ч+прогрев и т. д. Стоимость оттаивания 1 м3 мерзлого грунта 0,9—1,5 руб.
Подключать ТЭНы следует через понижающие или сварочные трансформаторы. При отсутствии последних ТЭНы можно подключать к городской электросети напряжением 220/380 В.
Для оттаивания мерзлых грунтов применяют также электронагреватели инфракрасного излучения, которые устанавливают в предварительно пробуренные шпуры.
§ 6. Погружение свай-колонн
Свайные опоры под промышленные здания даже при небольших нагрузках обычно размещают кустами не менее чем из двух свай в каждом. Для такой конструкции требуется устраивать ростверк в качестве основания под колонну.
В 1967 г. Главмособлстрой в содружестве с ЦНИИПсельстроем предложили для зданий сельскохозяйственного назначения безрост-верковую конструкцию свай-колонн. Благодаря высокой эффективности на строительстве промышленных объектов, особенно сельскохозяйственного назначения, сваи-колонны широко применяют для многих объектов. Типовые проекты разработаны с их использованием.
На объекте, где должны быть применены сваи-колонны для разработки технической документации, инженерно-геологические изыскания должны быть выполнены в объеме, предусмотренном СКиП П-17—77, причем количество буровых скважин на одном объекте при наличии однородных грунтов необходимо делать не менее трех. При неоднородных грунтах число скважин должно обеспечить исследование свойств грунтов и установить кровлю залегания несущих' слоев с целью определения несущей способности свай и их длины.
Длину свай-колонн назначают из условия, что острие их должно, быть заглублено в несущий малосжимаемый слой грунта не менее 2,5 м от отметки подошвы рандбалки и 3 м от отметки пола. В табл. 4.9 приведены показатели несущей способности свай-колонн в различных грунтовых условиях (схема индексов показана на 4.22).
В качестве свай-колонн применяют типовые сваи квадратного сечения, полнотелые или с круглой полостью с дополнительными закладными деталями для крепления опорных металлических столиков под стеновые панели, фермы покрытий, для монтажа связей и других ограждающих конструкций. ,
Сваи-колонны с круглыми полостями используют в- грунтах средней плотности, глинистых грунтах при консистенции /^ = 0,25—0,5, а полнотелые — в любых грунтовых условиях.
Практика показала, что наиболее рациональны сваи-колонны длиной до 8 м с несущей способностью в пределах 15—23 т. При таких нагрузках имеется возможность с большой точностью погрузить сваи до требуемой отметки и обеспечить необходимое плановое положение ее. После погружения рабочих свай-колонн необходимо провести динамические испытания их (не более 5 одиночных ударов в залоге). Размеры расчетных отказов свай-колонн приведены в табл. 4.10.
Для большинства зданий сельскохозяйственного назначения с пролетами 15—21 м расчетные нагрузки на сваю-колоину увеличены до 40 тс. На таких объектах широкое применение нашли сваи-колонны с консолями, забиваемыми в грунт.
расчетные сопротивления грунта под консолями, тс/м2, сваи, погружаемых на глубину 0,5—1,0 м, принимаемые по табл. 4.11; FK — площадь проекции консолей на горизонтальную плоскость, м2.
Статические и динамические испытания таких свай-колонн, в том числе на слабых и просадочных глинистых грунтах с консистенцией 0,45—0,65, показали, что они воспринимают вертикальную нагрузку в 1,5—2 раза большую, чем призматические сваи.
Практика показала, что при внедрении в грунт забивных консолей в момент забивки свай-колонн в 5—10 раз уменьшается скорость погружения, что способствует повышению точности забивки их. С 1980 г. в Ростовской, Московской, Новосибирской областях, в Узбекской ССР фундаменты под трехшарнирные рамы для строящихся предприятий сельскохозяйственного назначения выполняют из свай таврового сечения (4.24). Такие сваи изготовляют длиной от 3 до 5 м, высота ребер и ширина полки колеблется от 0,5 до 0,8 м, вылет консоли равен 0,4 м.
Опирание пяты рамы с эксцентриситетом относительно центра тяжести сваи позволяет почти вдвое снизить максимальный изгибающий момент, возникающий в стволе сваи. В конструкции ош-
ловка сваи имеется выступ, предназначенный для погружения сваи с помощью стандартных наголовников.
Погружают сваи таврового сечения по технологии и требованиям, предъявляемым к погружению свай-колонн.
Применять эти сваи целесообразно в районах с высоким уровнем грунтовых вод, большой глубиной промерзания грунта при непродолжительном строительном сезоне. По сравнению с устройством фундаментов использование свай таврового сечения позволяет снизить трудовые затраты почти в 3 раза.
Несущую способность свай таврового сечения на вертикальную составляющую нагрузку необходимо определять по формуле (2.4), применяемой при расчете висячих забивных свай. Расчетные сопротивления свай таврового сечения в песчаных и глинистых грунтах указаны в табл. 22 изменений и дополнений к СНиП II-17—77, опубликованных в «Бюллетене строительной техники», 1981 г., № 10.
В проектах фундаментов на сваях-колоннах с погруженными в грунт консолями и на сваях таврового сечения должны быть указаны мероприятия для противодействия силам морозного пучения грунтов основания, определяемые на основании расчетов.
Основными" механизмами для погружения свай-колони являются дизель-молоты различных модификаций с массой ударной части. от 600 до 2500 кг.
Молоты для погружения свай-колонн в относительно слабые грунты выбирают на одну ступень ниже по сравнению с молотами,, требуемыми для погружения свай в соответствии с рекомендациями СНиП П-17—77.
Для выбора базовых машин можно рекомендовать материалы гл. 3, в которой даны технические характеристики копров, и § 2 данной главы, в которой приведены технологические рекомендации по выбору копровых агрегатов.
Объекты, на которых применяют сваи-колонны, сооружаются без заглубления фундаментов с поверхности. Это условие определяет объемы подготовительных работ и методы их выполнения.'