Свайные работы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Свайные работы

1. Назначение, виды и состав свайных работ

Сваи предназначаются для передачи нагрузки от здания или сооружения на грунты, повышения несущей способности слабых грунтов, ограждения пространств от доступа воды, предотвращения осыпания или сползания грунтов.

Сваи классифицируют по способу передачи нагрузок, материалу изготовления, их форме и методам производства работ.

По методам производства работ сваи бывают погружаемые и набивные. Погружаемые сваи заранее изготовляют на поверхности земли и затем ударными или безударными методами (а также их комбинацией) погружают в грунт в вертикальном или наклонном положении. Набивные сваи устраивают непосредственно в самом грунте.

2. Мероприятия по подготовке к производству свайных работ

При строительстве железобетонные и деревянные сваи, стальные обсадные трубы и шпунтовые сваи поступают к месту работ в подготовленном к погружению виде. Погрузку и разгрузку выполняют с помощью автомобильных кранов. Места складирования свай и шпунтов определяются в проектах производства работ.

При малом объеме свайных работ и отсутствии доставки бетонной смеси для изготовления свай железобетонные сваи изготавливают на полигонах у строящегося объекта. Шпунтовые сваи из прокатных профилей и укрупнения их в пакеты изготавливают в мастерской, оборудованной краном.

До начала свайных работ прокладывают необходимые коммуникации (паро- и воздухопроводы, линии электропередач и др.), производят ревизию сваебойного оборудования. При применении агрегатов на рельсовом ходу укладывают участки рельсовых путей.

До начала погружения свай выполняются планировка площадки и геодезическая разбивка сооружения, при необходимости - перенесение коммуникации. При подготовительных работах производят пробное погружение заранее изготовленных свай; изготавливают набивные пробные сваи и испытывают их для уточнения несущей способности. На строительных объектах свайные работы следует вести только по утвержденному ППР после получения в установленном порядке разрешения на производство работ.

3. Методы и средства погружения заранее изготовленных свай и шпунтов

Применение свайных фундаментов из заранее изготовленных железобетонных свай позволяет по сравнению с ленточными и столбчатыми фундаментами уменьшить: объемы земляных работ в 2-5 раз, расход бетона на 30-50% и трудоемкость работ на 10-40%. Недостаток свайных фундаментов: повышенный расход стали.

Методы погружения свай и шпунтов.

Ударный метод основан на забивке свай молотами - механическими, паровоздушными одиночного и двойного действия и дизель-молотами, которые сагрегированы с копрами или мобильными копровыми (сваебойными) установками. Этим методом можно погружать различные железобетонные сваи, а также деревянные сваи и шпунты, стальные шпунты.

Трудоемкость и продолжительность перемещения, установки и выверки сваебойной установки зависят от ее конструкции. Универсальные металлические копры башенного типа имеют большую грузоподъемность и большую собственную массу (до 20 т). Для монтажа и демонтажа этих копров применяют свай длиной более 12 м при большом объеме свайных работ на объекте.

Наиболее распространенные в промышленном и гражданском строительстве сваи длиной 6-10 м забивают с помощью самоходных сваебойных установок.

При забивке длинных свай универсальным копром включают в комплект механизмов автомобильный кран, который поддерживает сваю за нижнюю скобу, постепенно приближаясь к копру. Современные сваебойные агрегаты имеют устройства, механизирующие процесс подтаскивания и подъема свай, а также установку головы сваи в наголовнике. Сваи небольшой длины (6-8 м) подтаскивают так, чтобы ее острие скользило по грунту.

Эффективность операции забивки свай зависит от: типа свайного молота, соответствия системы молота характеру грунта и воздействия его на голову сваи.

Механические (подвесные) молоты из-за низкой производительности (10-15 ударов в минуту) применяют лишь при небольших объемах свайных работ.

Паровоздушные молоты бывают простого и двойного действия. Молоты простого действия имеют массу ударной части 1,25-6 т, число ударов в минуту не превышает 30. Молот двойного действия может производить более 200 ударов в минуту, с помощью которых забивают сваи в грунты различной плотности в вертикальном и наклонном положении. Масса ударной части паровоздушных молотов двойного действия составляет 15-25% общей массы молота, а масса ударной части молотов одиночного действия 65-76%.

Широко применяемые дизель-молоты по сравнению с паровоздушными молотами отличаются более высокой производительностью, простотой в эксплуатации, автономностью действия, и низкой стоимостью.

На стройках применяют штанговые и трубчатые дизель-молоты. Ударная часть штанговых дизель-молотов - подвижный цилиндр, открытый снизу и перемещающийся в направляющих штангах.

В трубчатых дизель-молотах неподвижный цилиндр, имеющий шабот (пяту), является направляющей конструкции. Ударная часть молота - подвижной поршень с головкой. Число ударов в минуту у штанговых дизель-молотов 50-60, у трубчатых 47-55.

Главное преимущество дизель-молота трубчатого типа по сравнению со штанговыми дизель-молотами состоит в том, что при одинаковой массе ударной части они обладают значительно большей (до 2-3 раз) энергией удара. В зимнее время штанговые дизель-молоты работают более эффективно, чем трубчатые молоты; их можно запустить при температуре 30°С, что очень затруднительно для запуска трубчатого дизель-молота.

Несмотря на ряд достоинств, применять дизель-молоты при забивке свай в мягкие податливые грунты и грунты с сильно сжимаемыми прослойками, а также для забивки свай под водой нецелесообразно.

При выборе типа молота (в зависимости от массы свай и характера грунтов) учитываются «коэффициенты применимости» К, которые определяются по формуле:

(1)

где Q - масса молота, кг;

q - масса сваи с наголовником, кг;

W - энергия удара согласно паспорту.

Для забивки железобетонных свай с помощью подвесных молотов

К = 3; с помощью молотов одиночного действия и штанговых дизель-молотов K = 5; для молотов двойного действия и трубчатых дизель-молотов К = 6.

Наголовники, необходимые для закрепления сваи в направляющих сваебойной установки и предохранения головы сваи от разрушения ударами молота, являются неотъемлемой частью дизель-молота. При забивке свай подвесными и паровоздушными молотами применяют металлические сварные и литые наголовники, имеющие внутри амортизационную прокладку.

Забивку сваи начинают путем медленного опускания молота на наголовник после установки сваи на грунт и ее выверки. Чтобы обеспечить правильное направление сваи, первые удары производят при небольшой высоте подъема молота (не более 0,4-0,5 м). При применении молотов и дизель-молотов замеряют время работы молота, расходуемое на каждый метр погружения сваи, число ударов в минуту, а в молотах двойного действия - давление пара (воздуха).

В конце забивки с помощью подвесных молотов и паровоздушных молотов одиночного действия забивку производят «залогами» по 10 ударов в каждом.

Сваи, не давшие контрольного отказа после перерыва продолжительностью в 3-4 дня, подвергаются контрольной добивке. Если глубина погружения сваи не достигла 85% проектной, а на протяжении трех последовательных залогов получен расчетный отказ, необходимо выяснить причины этого явления.

Динамические испытания свай производят в целях определения их несущей способности. Более точным, но в то же время более дорогим и трудоемким является способ статических нагрузок. При динамическом способе определяют величину несущей способности сваи в зависимости от энергии удара свайного погружателя при ее забивке. Отказы при этом способе определяются с помощью отказомеров.

Основная операция (забивка) продолжается 10 мин, а 15 мин (60% общей продолжительности цикла) - вспомогательные операции. При несамоходных копрах и производстве свайных работ в зимних условиях вспомогательные операции занимают 70-80% всего времени.

В системах, автоматизирующих процесс забивки свай, осуществляется автоматизация как основных операций (запуск дизель-молота, выключение его при достижении острием сваи проектной отметки), так и вспомогательных операций.

Вибрационный и виброударный методы погружения свай. При вибрационном методе сваю погружают с помощью вибрационных машин, оказывающих на нее динамические воздействия, преодолевающие сопротивление трения на боковой поверхности сваи, лобовое сопротивление грунта, возникающее под острием сваи.

Вибропогружатель подвешивают к мачте сваепогружающего агрегата и соединяют наголовником со сваей. Действие вибропогружателя основано на дебалансе вибратора горизонтальной центробежной силы взаимного ликвидирования, в то время как вертикальные суммируются.

Амплитуда колебаний и масса вибросистемы (вибропогружатель, наголовник и свая) должны обеспечить разрушение структуры грунта с необратимыми деформациями.

При выборе низкочастотных погружателей (420 колебаний в минуту), необходимо чтобы момент эксцентриков в кГ-м превосходил массу вибросистемы не менее чем в 7 раз для легких грунтов и в 11 раз для средних и тяжелых грунтов.

Для погружения легких (массой до 3 т) свай и металлического шпунта в грунты применяются высокочастотные (1500 и более колебаний в 1 мин) вибропогружатели с подрессоренной пригрузкой, состоящие из вибратора и присоединенного к нему с помощью системы пружин дополнительного груза и приводного электродвигателя.

Применение вибрационного метода при погружении свай в маловлажные плотные грунты возможно лишь при устройстве лидирующих скважин.

Более универсальным является виброударный метод погружения свай при помощи вибромолотов, разделяющиеся по виду привода на электрические, пневматические, гидравлические и вибромолоты с двигателем внутреннего сгорания.

Наиболее распространенными являются пружинные вибромолоты, увеличивающие энергию удара с увеличением сопротивления грунта погружению свай. Масса ударной части (вибровозбудителя) вибромолота для погружению железобетонных свай должна быть 650-1350 кг (не менее 50% массы сваи).

Статическое и вибрационное вдавливание свай осуществляют с помощью специальных установок, воздействующих на сваю либо массой, либо массой и вибрацией одновременно.

Для погружения свай методом статического вдавливания используют агрегаты, состоящие из двух тракторов, оборудованные направляющей рамой, опорной плитой, наголовником для передачи давления, соединенным с вдавливающим полиспастом.

Технология вдавливания свай следующая: трактор с мачтой устанавливают над местом погружения свай и с помощью малой лебедки опускают на землю опорную плиту, на которую устанавливают пригрузочный трактор. Усилия от большой лебедки передаются на наголовник, и он начинает перемещаться по направляющим, обеспечивая тем самым вдавливание сваи.

Установка развивает усилие вдавливания до 350 кН и может погрузить за смену 13-15 свай длиной до 6 м. Точность установки сваи обеспечивается «лидирующими» направляющими скважинами, устраивающимися при помощи буровых станков на глубину, меньшую, чем проектная отметка погружаемых свай на 0,5-1 м. Достоинства данного метода - простота монтажа агрегата на строительной площадке, недостаток - низкая производительность из-за малой маневренности.

Более эффективным является метод динамического (вибрационного) вдавливания свай с помощью вибровдавливающих агрегатов, когда свая погружается от комбинированных воздействий вибрации и статической пригрузки. Вибровдавливающий агрегат состоит из двух рам - на задней раме установлены электрогенератор, работающий от тракторного двигателя, и двухбарабанная лебедка, на передней раме - направляющая стрела с вибропогружателем и блочки, через которые проходит к вибропогружателю вдавливающий канат от лебедки.

Метод вдавливания не требует устройства путей для рабочих передвижек, исключает возможность разрушения свай и эффективен при погружении коротких свай длиной до 6 м.

При погружении свай с помощью подмыва грунт разрыхляют и частично вымывают струями воды, вытекающими под давлением из нескольких трубок. При этом сопротивление грунта у острия сваи снижается, а поднимающаяся вдоль ствола вода размывает грунт, уменьшая трение по боковым поверхностям сваи. Расположение подмывных труб может быть боковым, и центральным. При боковом расположении подмывные трубы крепятся так, чтобы наконечники находились у свай на 30-40 см выше острия, у оболочек на 150-200 см выше ножа. При погружение свай с подмывом выполняют следующие дополнительные операции: крепление к сваям подмывных труб с наконечниками; присоединение верхних концов подмывных труб при помощи гибких шлангов к разводящему трубопроводу; включение и выключение мотора насоса; извлечение подмывных труб, использующихся многократно.

Дополнительные операции увеличивают трудоемкость и стоимость работы, в связи с чем подмыв применяется довольно редко.

Погружение свай с помощью электроосмоса применяется при погружении свай в глинистые грунты. В этом случае после кратковременного действия постоянного тока вокруг забиваемой сваи, подключенной в сеть в качестве катода, влажность грунта возрастает, и в нем возникают водонасыщенные зоны.

Дополнительные операции при погружении железобетонных свай связаны с оснащением свай полосами стали - электродами, площадь которых 20-50% боковой поверхности свай. Эта операция отпадает при погружении металлических свай, в частности при применении метода завинчивания.

Погружение свай методом завинчивания применяется главным образом при устройстве фундаментов под мачты линий электропередач, радиосвязи и других сооружений, где в достаточной мере могут быть использованы как несущая способность винтовых свай, так и их сопротивление выдергиванию. Звинчивают стальные и железобетонные сваи со стальными наконечниками с помощью агрегатов, имеющих рабочий орган, четыре гидравлических аутригера, привод вращения и наклон рабочего органа, гидросистему, пульт управления и вспомогательное оборудование.

Рабочие операции при погружении свай аналогичны операциям при погружении свай методом забивки или вибропогружении, где вместо установки и снятия наголовника здесь используют оболочки.

При погружении свай в зимних условиях приходится выполнять дополнительные операции или отдельные процессы, увеличивающие трудоемкость и продолжительность свайных работ. Без дополнительных операций обходиться при погружении свай мощными молотами и вибромолотами, если глубина промерзания не превышает 0,7 м. В остальных случаях следует создавать условия, близкие к летним.

Перед исполнением контрольного динамического испытания сваи (после ее «отдыха») устраняют воздействие смерзания свай с грунтом.

При выборе способа подготовки слоя мерзлого грунта в местах забивки свай необходимо учитывать трудоемкость и стоимость процесса, а также что при устройстве лидирующих скважин несущая способность висячих свай может снижаться на 15-20%, при оттаивании несущая способность сваи повышается на 10-15%.

Последовательность погружения свай зависит от расположения свай в свайном поле и параметров сваепогружающего оборудования. Следует учитывать последовательность выполнения процесса, т.е. устройства свайного ростверка -- конструкции из плит или балок, венчающей головы группы свай и передающей на сваи нагрузки от здания или сооружения. Порядок погружения свай определяется ППР.

Наибольшее распространение имеет рядовая система погружения свай, применяющаяся как при прямолинейном расположении свай отдельными рядами, так и при забивке кустов свай.

Спиральная система погружения свай предусматривает погружение их концентрическими рядами от краев к центру свайного поля; она позволяет в ряде случаев получить минимальную протяженность пути сваепогружающего агрегата.

4. Виды и способы устройства набивных свай

Набивные сваи устраивают на месте проектного положения путем укладки (набивания) бетонной смеси или песка (грунта) в полости (скважины), образуемые в грунте. Сваи часто делают с уширенной нижней частью - пятой, которую получают путем разбуривания грунта специальными бурами, распирания грунта усиленным трамбованием бетонной смеси в нижней части скважины или взрывания заряда взрывчатого вещества.

В зависимости от способов создания в грунте полости и методов укладки и уплотнения материала набивки сваи подразделяют на буронабивные, пневмонабивные, вибротрамбованные, частотрамбованные, песчаные и грунтобетонные.

Буронабивные сваи. Характерной особенностью технологии устройства буронабивных свай является предварительное бурение скважин до заданной отметки и последующее формирование ствола сваи.

В зависимости от грунтовых условий буронабивные сваи устраивают одним из следующих трех способов: без крепления стенок скважин (сухой способ), с применением глинистого раствора для предотвращения обрушения стенок скважины, с креплением скважин обсадными трубами.

Сухой способ (рис. 4.1) применим в устойчивых грунтах (просадочные и глинистые твердой, полутвердой и тугопластичной консистенции). По достижении проектной отметки при необходимости нижнюю часть скважины расширяют с помощью специальных расширителей. Принцип работы расширителя следующий: давление, передаваемое через штангу, раскрывает шарнирную систему ножей расширителя; при вращении штанги ножи срезают грунт, попадающий в бадью, расположенную под расширителем.

Глинистый раствор, для удержания стенок скважин от обрушения, применяют при устройстве буронабивных свай в неустойчивых обводненных грунтах, при этом скважины бурят вращательным способом.

Устройство буронабивных свай с креплением стенок скважин обсадными трубами (рис. 4.2) возможно в любых геологических и гидрогеологических условиях. Секции обсадных труб соединяют стыками специальной конструкции или с помощью сварки и погружают в процессе бурения скважины гидродомкратами, а также посредством забивки в грунт или вибропогружением. После зачистки забоя и установки в скважине арматурного каркаса скважину бетонируют методом вертикально перемещаемой трубы (ВПТ). Для устройства уширений в основаниях свай применяют взрывной способ. Для этого в пробуренной скважине устанавливают обсадную трубу так, чтобы ее нижний конец был за преде лами действия камуфлетного взрыва. В нее на дно скважины опускают заряд взрывчатки расчетной массы и выводят проводники от детонатора к подрывной машине. Трубу заполняют бетонной смесью и взрывают. Энергия взрыва уплотняет грунт и создает сферическую полость, заполняющуюся бетонной смесью из обсадной трубы. Окончательно заполняют скважину описанным выше способом.

Рис. 4.1. Технологическая схема устройства буронабивных свай сухим способом: а - бурение скважины; б - устройство уширенной полости; в - установка арматурного каркаса; г - установка бетонолитной трубы с вибробункером; д - заполнение вибробункера бетонной смесью; е - бетонирование скважины методом ВПТ; ж - утепление оголовка сваи в зимних условиях; 1 - шнековая бурильная установка; 2 - расширитель; 3 - кран грузоподъемностью 10-12 т.; 4 - бетонолитная труба; 5 - загрузочный бункер

Рис. 4.2. Технологическая схема устройства буронабивных свай с применением обсадных труб: а - монтаж ротора и забуривание скважины с одновременным погружением обсадной трубы; б - проходка скважины; в - зачистка забоя скважины; г - установка арматурного каркаса; д - заполнение скважины бетонной смесью, извлечение обсадной трубы; е - формование головы сваи в инвентарном кондукторе

В нашей стране буронабивные сваи изготовляют диаметром 880-1200 мм, длиной до 35 м. Для устройства буронабивных свай используют литую бетонную смесь с осадкой конуса 16-20 см.

Частотрамбованные сваи. Сваи устраивают путем забивки обсадных труб, опирающихся на металлический наконечник. Частотрамбованные сваи устраивают специально оборудованным копром. На копер лебедкой поднимают паровоздушный молот двойного действия и обсадную трубу. На нижний конец обсадной трубы насаживают металлический башмак со смоляным канатом. Под действием удара молота ее погружают до проектной отметки. Затем молот поднимают, а в полость трубы опускают арматурный каркас (если сваи армируются). Из вибробадьи через воронку подают в полость обсадной трубы бетонную смесь с осадкой конуса 8-10 см. Параллельно с укладкой смеси извлекают обсадную трубу из грунта, причем металлический башмак остается в основании сваи. В это время молот двойного действия, вновь соединенный с обсадной трубой, уплотняет бетонную смесь. При этом сила его погружающего удара в два раза меньше выдергивающих усилий, передаваемых на обсадную трубу. При ударах молота, направленных вверх, труба должна извлекаться на 4-5 см из грунта, а при ударах, направленных вниз, - погружаться на 2-3 см.

Пневмотрамбованные сваи. Сваи применяют при устройстве фундаментов с большим притоком воды. В этом случае бетонную смесь укладывают в полость обсадной трубы при постоянном повышенном давлении воздуха (0,25-0,3 МПа), который подается от компрессора через ресивер.

Вибротрамбованные сваи. Сваи используют в сухих связных грунтах, в которых можно укладывать бетонную смесь в открытую скважину глубиной 4-6 м. Такие сваи устраивают следующим образом (рис. 4.3). В грунт с помощью вибропогружателя, подвешенного к экскаватору, погружают стальную обсадную трубу, имеющую на конце съемный железобетонный башмак.

Песчаные и грунтобетонные сваи. Данные свай применяют для уплотнения слабых грунтов. В этом случае используют специальные приспособления в виде стальной обсадной трубы с коническим четырехлопастным раскрывающимся наконечником. Трубу заполняют песком (грунтом) и с помощью вибропогружателя погружают на проектную глубину. В последние годы стали устраивать грунтобетонные сваи, для чего применяют бурильно-крановые машины с пустотелой буровой штангой, имеющей на конце смесительный бур с режущими и перемешивающими лопастями.

Рис. 4.3. Технологическая схема устройства вибротрамбованных 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

Размещено на Allbest.ru