Проектирование устройства буронабивных свай

Проектирование устройства буронабивных свай

Проектирование устройства буронабивных свай

Введение

Свайные фундаменты за последние несколько десятилетий нашли в России широкое применение. При этом, однако, основной объем свайных забот приходился на забивные сваи.

В последние годы в связи с ростом количества строительных объектов с большимы сосредоточенными вертикальными и горизонтальными нагрузками, а также более интенсивным освоением районов и площадок со слабыми и просадочными грунтами появилась тенденция к увеличению применения буронабивных свай.

Буронабивные сваи применяются при строительстве в районе распространения просадочных грунтов, возведении высотных зданий в крупных городах, при сооружении ряда крупных тепловых электростанций и при строительстве мостов и развязок.

Принцип изготовления буронабивных свай, предложенный более 100 лет назад отечественными инженерами, в настоящее время благодаря разработкам российских и зарубежных ученых значительно усовершенствован.

В России разработана технология изготовления буронабивных свай под защитой глинистого раствора, в том числе свай с уширенной пятой, созданы специализированные станки для устройства буронабивных свай большого диаметра и разработаны механизмы для устройства пяты набивных свай методом вдавливания лопастей уширителя в грунт.

Однако технология устройства буронабивных свай является более сложной, чем технология устройства забивных свай, а поэтому для обеспечения хорошего качества их изготовления требуется более квалифицированные кадры.

1 Военно-инженерная оценка района строительства

1.1 Общая характеристика района строительства

Ленинградская область – одна из северо-западных областей Российской Федерации. Она расположена на северо-западе Восточно-Европейской равнины и прилегает к Финскому заливу Балтийского моря на протяжении 330 км.

На западе область граничит по реке Нарве с Эстонией, а на северо-западе с Финляндией – это государственные границы Российской Федерации.

На юго-западе Ленинградская область граничит с Псковской областью, на юге и юго-востоке – с Новгородской областью, на востоке - с Вологодской областью и на северо-востоке – с Республикой Карелией. Город Санкт-Петербург является центром Ленинградской области, однако не входит в ее состав, будучи самостоятельным субъектом Российской Федерации.

Рельеф равнинный со следами деятельности ледника. Большую часть области занимают низменные пространства: Прибалтийская низменность, Приневская, Вуоксинская, Свирская низины, Приладожская низменность. Речная сеть густая, почти все реки относятся к бассейну Балтийского моря. Важнейшие реки – Нева, Волхов, Свирь, Вуокса, Нарва, Сясь, Луга – обладают значительными гидроэнергоресурсами, используются для судоходства и лесосплава.

Почвы преобладают подзолистые и болотного типа. Большая часть почв характеризуется избыточным увлажнением, повышенной кислотностью и нуждается в мелиорации.

Леса занимают 54% площади области (преобладают сосна, ель, береза, осина), болота 11,9%, луга 3,2%. Общие запасы древесины 480 млн. м3 .

Население – русские (92% в 1970 г.), украинцы, финны, белорусы, вепсы, евреи, эстонцы, татары, карелы. Средняя плотность населения области (с Ленинградом) – 65,5 чел. На 1кв.км.

1.2 Климатические условия района строительства

Климат переходный от морского к континентальному. Зима умеренно теплая, температура самого холодного месяца января от -7 до -11 ºС. Лето прохладное, температура самого теплого месяца июля от 15 до 17,5 ºС. Территория области располагается в зоне избыточного увлажнения, количество осадков 550-850 мм в год. Снежный покров – 120-160 сут. Продолжительность вегетационного периода 150-170 сут.

Температура наружного воздуха приведена в табл.1. Направление и скорость ветра приведены в табл.2.

Таблица 1.

Температура наружного воздуха, ºС.

Таблица 2.

Направление и скорость ветра.

В числителе: повторяемость направлений ветра, в %; в знаменателе: скорость ветра, м/с.

Рис.1. Роза ветров на январь.

Рис.2. Роза ветров на июль.

1.3 Экономическая оценка района строительства

Город Санкт-Петербург один из наиболее развитых городов России. Промышленность города и Ленинградской области носит многоотраслевой характер. Широко используется местная сырьевая база, имеется наличие отраслей общесоюзного значения.

На территории Ленинградской области находится атомная электростанция, расположенная в Сосновом бору, 50% электроэнергии вырабатывается тепловыми электростанциями.

На территории области имеются крупные цементные заводы, которые производят 4,4% цемента от общероссийского производства. Имеются стекольные и кирпичные заводы, завод железо-бетонных изделий (ЖБИ), механические и ремонтные заводы, завод по производству металлоконструкций.

Основные виды транспорта: автомобильный и железнодорожный. Протяженность железных дорог 2,8 тыс. км., почти 1/3 из них электрифицированы.

Большое значение имеет водный транспорт в виду большого количества рек и озер, а так же Финский залив. Главную роль играет Балтийский водный путь.

Район строительства можно оценить как промышленно развитый. Энергоснабжение объекта осуществляется от ДЭС, вода на объекта доставляется автотранспортом.

2 Анализ существующих способов устройства буронабивных свай и выбор технологической схемы

2.1 Анализ существующих способов устройства буронабивных свай

Набивные сваи после их зобретения и устройства в России в 1899 г. широко применяют во всем мире.

Такие сваи целесообразно устраивать на площадках со сложными инженерно – геологическими условиями, затрудняющими или делающими невохможным применение забивных свай; на площадках с большой толщей просадочных грунтов; застроеных районах, где погружение забивных свай может привести к деформациям элементов несущих конструкций или оборудования. Кроме того, при устройстве набивных свай исключается шум, вызываемой работой молотов.

При устройстве набивных свай легко решаются вопросы увеличения диаметра ствола (до 1,5 м и более) при глубине заложения до 60 м и более для передачи на них больших сосредоточенных нагрузок до 500...1000 т на сваю и более и армирование ствола сваи на расчетном участке. Набивные сваи, как правило, устраивают по индивидуальным проектам в соответствии с нормативно – инструктивными документами. В настояшие время в практике отечественного фундаментостроения применяют буронабивные сваи с уширением и без.

Технология изготовления таких свай зависит от геологических и гидрогеологических условий строительной площадки. Применяют в основном три известных способа устройства свай: без специальных мероприятий по крепления стенок скважины; с обеспечением устойчивости стенок скважины от обрушения избыточным давлением глинистого раствора или воды; с креплением стенок скважины неизвлекаемыми или инвентарными обсадными трубами.

При строительстве зданий на водонасышенных неоднородных глинестых грунтах текучей консистенции с прослойкой песков и суписей буронабивные сваи длинной до 50 м можно применять с применением свай – оболочек. Иногда такие сваи называют трубобетонными.

Для повышения несущей способности буронабивных свай в их основании устраивают уширения. Такие уширения образуют энергией взрыва (в этом случае сваи называют буронабивными с комуфлетным уширением), механическим разбуриванием полости пяты, путем вдавливания грунта в стенки скважины, а также путем втрамбовывания в основание скважины жесткой бетонной смеси или забивкой в основание скважины группы свай малого размера.

Способ изготовления буронабивных свай без крепления стенок скважины рекомендуется применять при прорезании устойчивых связных грунтов (глинистые грунты твердой, полутвердой, тугопластичной консистенции, в том числе просадочные и набухающие); при залегании грунтовых вод в период строительства ниже пяты сваи.

Изготовляют буронабивные сваи сухим способом в соответствии с технологической схемой, приведенной на Рис.1.

Бурение скважин для свай ведется вращательным и ударно – канатным способом, с применением шнеков, буровых цилиндров или желонок. При необходимости разбуривания уширения к станку вместо бурового органа присоединяют уширитель. После окончания бурения устанавливают кондуктор – опалубку с обсадным патрубком и вращением цилиндрической бадби с прорезями и откидным днищем зачищают забой (дно скважины).

В скважинах без уширений вместо зачистки забоя допускается уплотнение основания втрамбовыванием слоя щебня или жесткого бетона толщиной 15...20 см с помощью балансира, долота или виброштампа. При этом стенки скважины должны быть закреплены инвентарной обсдной трубой.

Кондуктор с обсадной опалубкой можно не ставить в случаях, когда в устье скважины связный грунт достаточно устойчив, поверхность земли очищена от рыхлого грунта и обсыпание его исключено, воронка (бункер) с бетонолитной трубой опирается непосредственно на поверхность земли, обжимая грунт в устье скважины, и армирование ствола производится отдельными стержнями (без хомутов) в свежеуложенный бетон сваи.

Перед бетонированием в скважину опускают арматурный каркас, продольные стержни которого должны быть выпущены выше отметки верха сваи на длину, указанную в проекте. Короткие арматурные каркасы подвешивают к кондуктору. Для бетонирования подают бетонную смесь через воронку (бункер) с бетонолитной трубой диаметром не менее 273 мм.

Длина бетонолитной трубы зависит от зазора между нижним концом трубы и забоем скважины. Зазор до бетонирования должен быть в пределах 20...50 см.

Бетонная смесь поступает в воронку (бункер) непосредственно из автобетоносмесителя или вибробадьи с секторным затвором, которую подают стреловым краном.

Объем бетонной смеси, подаваемой через бетонолитную трубу, должен быть достаточным для заполнения скважины с небольшим превышением отметки головы сваи, чтобы компенсировать понижение уровня бетона при извлечении трубы за счет заполнения затрубного пространства и усадки при твердении.

Бетонирование буронабивных свай должно производится без перерывов. Если бетонирование ствола прерывается на 2 часа и более, бетонолитную трубу оставляют в теле сваи, а бетонирование завершают после доставки бетонной смеси независимо от продолжительности перерыва. Если при прерывании бетонирования бетонолитная труба будет поднята выше уровня бетона в скважине или полностью извлечена, а затем ствол добетонирован без очистки поверхности бетона от обсыпающейся земли и без усиления стыка, то такая свая признается дефектной и взамен ее должна быть назначена дополнительная.

Способ устройства сваи под защитой глинистого раствора целесообразно применять при проходке скважин в водонасыщенных неустойчивых грунтах (глинистые, мягкопластичной и текучепластичной консистенции), осыпающихся или оплывающих в незакрепленных скважинах.

Буронабивные сваи с применением глинистого раствора изготавливают в соответствии с технологической схемой, приведенной на Рис.2 . Поддготовка к свайным работам включает также работы по организации глинистого хозяйства.

Глинистое хозяйство состоит из глиномешалки для приготовления раствора, грязевого насоса, зумпфов для чистого и отработанного глинистого раствора и системы траншей для сброса раствора, в который он поступает через жолоба. Сток осуществляется следующим образом: по контуру котлована роют траншею, в которую укладывают деревянный желоба сечением 40х40 см с уклоном в сторону зумпфа 1:100. От каждого куста свай подводится такой же желоб к магистральному. Объем зумпфов для глинистого раствора определяют из расчета нормальной работы без вывоза отработанного раствора в течении 3...4 дней, что составляет 150...200 м3. Зумпфы следует размещать за пятном здания. В противном случае их приходится переносить в процессе производства работ. Необходимо предусматривать транспортные средства для вывоза отработанного раствора и место его сброса.

Бурение скважин и разбуривание уширений с применением воды вместо глинистого раствора допускается в связных грунтах (суглинках и глинах) только в том случае, если устойчивость стенок скважины и свода уширений установлена опытным изготовлением свай и обусловлена проектом.

Бурение скважин под глинистым раствором осуществляется станками ударно – канатного и вращательно – всасывающего бурения; для разбуривания уширения рабочий орган заменяют уширителем специальной конструкции.

Во избежания размыва устья скважины циркуляционным потоком глинистого раствора во всех случаях необходимо устанавливать кондуктор или специальный контейнер с обсадным патрубком длинной 1...1,5 м.

Состав глинистого раствора задается проектом и подбирается в лаборатории в зависимости от характеристики промерзаемых грунтов и применяемой глины. Глинистый раствор приготовляют из бетонита или местных глин. Уровень глинистого раствора в скважине независимо от способа бурения должен превышать уровень грунтовых вод не менее чем на 1 м пр наличии обсадной трубы, при отсутствии обсадки – должен быть не ниже устья скважины.

После разбуривания уширения скважины промывают тем же глинистым раствором до полного выноса бурового шлама, но не менее 10 минут.

Перерывы при бурении скважины, а также между окончанием бурения скважины и разбуриванием уширения допускаются не более 8 часов при условии поддержания в скважине уровня глинистого раствора на отметки поверхности земли или подошвы отводяшего лотка.

Перерым между окончанием разбуриания уширения с промывкой и началом бетонирования сваи допускается для песков и супесей не более 2, для суглинков и глин не более 4 часов. При перерывах большей продолжительности с помощью уширителя производится контрольная проверка сохранности уширения, а также повторная промывка глинистым раствором. При перерывах более 8 часов пригодность буровой скважины устанавливает комиссия с участием представителя технадзора заказчика.

Состав бетонной смеси также подбирается в строительной лаборатории. Он должен удовлетворять требованиям действующих ГОСТов на гидротехнический бетон. Прочность бетона при подборе его состава принимается на 10 % предусмотренной проектом.

Бетонирование уширенной полости ствола сваи осуществляется методом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ). Для подачи бетона применяют стальные бесшовные трубы диаметром 273...300 мм. Трубы могут быть цельными или собранными из отдельных секций. Цельные трубы рекомендуется применять при глубине скважины до 12 м и расходе бетонной смеси до 4 м3 на 1 сваю. При применении труб, собранных из отдельных секций, необходима герметизация всех стыков.

Верхние концы бетонолитных труб следует снабдить жесткими металлическими воронками (бункерами), для загрузки бетонной смеси, которые изготовляют из листовой стали толщиной 3...5 мм с металлической обвязкой из угловой стали. К воронке (бункеру) прикрепляют площадку с ограждением и лестницей.

Бетонирование методом ВПТ рекомендуется производить с применением вибраторов, укрепленных на трубах или воронках.

Для подъема и опускания труб, а также их наращивания или укорочения применяются стреловые краны необходимой грузоподъемности или инвентарные металлические вышки с электрическими лебедками. Вышку ставят над устьем скважины и предназначают для: заполнения воронки (бункера) и трубы бетонной смесью в любом рабочем положении; подъема и опускания трубы; убержания трубы при снятии верхних звеньев; предохранения трубы от горизонтальных смещений и перекосов во время бетонирования; наблюдения за режимом бетонирования (заполнением трубы, ее заглублением и т.д.).

Механизмы для подъема и опускания труб должны обеспечивать их вертикальное перемещение и возможность быстрого опускания трубы на 50...100 см.

При первоначальном заполнении трубы бетонной смесью применяют пробки, предохранительные клапаны, изолирующие бетонную смесь от смешивания с глинистым раствором или водой.

Во избежание растекания глинистого раствора на рабочей площадке над устьем скважины устанавливают бездонный металлический ящик с отверстием над отводящим лотком. Бетонирование ведется с выпуском раствора через верх кондуктора – опалубки.

Уровень бетонной смеси в скважине и величину заглубления трубы проверяют с помощью стандартного уровнемера или лота, опускаемого в зазор между стенкой скважины и трубой. В зависимости от результатов измерений устанавливают предельно возможную высоту подъема трубы.

Интенсивность укладки бетонной смеси должна быть не менее 4 м3/ч в летних условиях и 5 м3/ч – в зимних, но не менее 4 пог.м. ствола в час. Перерывы в бетонировании не должны быть более 1 ч.

В случае прорыва глинистого раствора или воды в трубу (при неосторожном ее подъеме или недостаточном заглублении), о чем судят по падению уровня глинистого раствора или воды в скважине, бетонирование следует немедленно прекращать.

Свая признается дефектом, если при ее бетонировании образовался разрыв между бетонной смесью и бетонолитной смесью и бетонолитной трубой и в смесь попал шлам, а бетонирование продолжалось без его удаления. Пониженную несущую способность такой сваи компенсируют устройством дополнительной сваи.

Страницы: 1, 2, 3, 4