Проектирование устройства буронабивных свай

При бетонировании свай методом ВПТ необходимо обеспечить интенсивную и непрерывную подачу бетонной смеси. При этом к концу бетонирования глинистый раствор и загрязненная бетонная смесь должны быть полностью удалены из скважины.

Признаком качественного завершения бетонирования является выход на поверхность земли незагрязненного бетона с наличием в щебня или гравия такой же крупности, какая была в примененной бетонной смеси.

При устройстве буронабивных свай под слоем глинистого раствора возникает ряд технологических трудностей, а главное, не всегда обеспечивается требуемое качество их стволов. Поэтому вместо раствора для крепления стенок скважины применяют инвентарные или неизвлекаемые металлические обсадные трубы. Обсадку скважин в зависимости от условий их проходки производят частично или на всю глубину.

Скважина образуется вдавливанием обсадной трубы с одновременным извлечением грунта из ее внутренней полости. Вдавливание трубы производится с помощью гидродомкратов, сообщающих ей вращательно – поступательное движение, что значительно облегчает ее погружение.

Извлекают грунт из скважины установками вращательного и ударно – вращательного бурения. Применять такой метод целесообразно лишь в тех случаях, когда в процессе бурения встречается неустойчивый обводненный грунт с твердыми прослойками и включениями.

Наличие обсадных труб не исключает притока в скважину грунтовых вод. В ряде случаев приходится проходить пески – плывуны, которые, обладая большой подвижностью, поднимаются вверх по обсадной трубе и препятствуют работе. Для предотвращения этого яявления в обсадную трубу заливают воду, которая позволяет создать гидростатическое давление и предотвратить поступление песка – плывуна в трубу. В этом случае скважину бетонируют методом ВПТ, а обсадную трубу извлекают так, чтобы ее нижний конец был заглублен в слой бетона на 1,5...2,0 метра. Крепят стенки скважины обсадными трубами в ряде случаев не на всю высоту, а только в пределах неустойчивой части грунта.

Для крепления нижней части скважины последнюю бурят несколько большего диаметра, чем у обсадной трубы. В изготовленную скважины до самого конца опускают обсадную трубу (неизвлекаемую или инвентарную), которую заполняют бетоном.

Слабые грунты могут оказаться на любой глубине образуемой скважины. Если стенки скважины устойчивы не по всей длине, вначале скважину бурят без обсадной трубы. При этом диаметр образуемой скважины делают несколько больше, чем у обсадной трубы. Затем трубу до дна скважины заполняют бетоном и при необходимости извлекают ее краном.

Когда известно, что слабые грунты распологаются в нижней части скважины, ее бурят вначале без обсадной трубы. Затем ее вставляют в пробуренный участок скважины. Дальше погружают трубы при помощи пригруза массы рабочего органа буровой установки.

В случаях расположения слабых грунтов только в верхних частях скважин скважины бурят с применением обсадной трубы лишь в пределах участка слабых грунтов. Извлекают обсадную трубу тогда с помощью гидравлического выдергивателя, который работает в комплексе с инвентарной обсадной трубой и вибратором. Закреплять стенки скважин можно также железобетонными кольцами, большинство которых имеет одинаковые с металлическими трубами размеры наружного диаметра, но стоимость их в несколько раз меньше последних.

Буронабивные сваи повышенной несущей способности в сложных инженерно – геологических условиях можно устраивать с использованием свай – оболочек, широко применяемых в транспортном строительстве. В грунт сваи – оболочки погружаются одним из трех способов: без выборки грунта из оболочки, с выборкой грунта, а также в предварительно пробуренные скважины.

Для погружения сваи по первому способу не требуется вырабатывать грунтовое ядро внутри оболочки. Для погружения таких оболочек применяют ударные или вибрационные механизмы. Этот способ применяют для проходки однородных слабых грунтов, если представляется без нарушения прочности ствола сваи образовать и уплотнить грунтовое ядро.

При проходке неоднородных грунтов с твердыми скоплениями в сложных инженерно – геологических условиях, в которых сваи оболочки испытывают со стороны грунта значительные сопротивления, их рекомендуется погружать с удалением грунта из ее полости. В этих случаях сваи погружают с помощью колцевого вибратора, имеюшего отверстие для погружения рабочего органа, вырабатывающего грунт внутри оболочки. При указанном способе могут возникать большие лобовые и боковые напряжения.

Прочность оболочки в этом случае определяют нагрузками не от сооружения. А от сопротивления грунта. Это обстоятельство приводит к излишнему увеличению прочности тела сваи. Этого недостатка не имеет способ погружения свай – оболочек в предварительно пробуренные скважины. При этом можно легко заделывать низ сваи – оболочки в плотный грунт, а также устраивать бетонную пробку или уширенную пяту.

Для увеличения несущей способности сваи по грунту и более полного использования прочностных характеристик материала, основание сваи уширяют или уплотняют. При необходимости делают и то и другое.

Для устройства уширений свай применяют специальные устройства – уширители. Рабочим органом таких утройств являются уширители режущего или вдавливающего типа. Уширители первого типа оснащены ножами, и в процессе образования полости уширения обеспечивается выдача разработанного грунта на поверхность непрерывно или циклично.

Устройство полости уширения и ее форма зависят от направления раскрытия режущих рабочих органов, а также от расположения шарниров вращения дают возможность открывания рабочих органов вверх. Полученная при этом полость уширения имеет вид усеченного конуса. Такая форма особенно целесообразна при разработке несвязных грунтов, когда устойчивость образованных обратных откосов обеспечивается с помощью глинистого раствора.

Уширителем с нижним расположением шарниров вращения можно образовать сферический свод с примыкающим основанием в виде перевернутого конуса. Применять уширители этого типа целесообразно только в связных грунтах, так как сводчатое нависание грунта при разработке несвязных грунтов даже с закреплением глинистым раствором более опасно, чем обратный откос.

Для ряда грунтовых условий целесообразно устраивать уширения методом вдавливания. С этой целью можно использовать уширитель свай гидравлический (УСГ) или уширитель свай механический (УСМ).

2.2 Выбор технологической схемы

Исходя из геологических условий строительства возведение свай будет производиться при помощи обсадных труб.

где i1 – снятие растительного слоя;

i2 – предварительная планировка;

i3 – устройство основания;

i4 – укладка дорожных плит;

i5 – бурение;

i5’ – вывоз изъятого грунта;

i6 – монтаж арматуры;

i7 – бетонирование;

i8 – отрывка котлована под ростверк.

До начала устройства буронабивных свай должны быть выполнены следующие работы:

- разбиты и закреплены на местности оси опор и свай в свайном поле;

- устроена площадка из железобетонных плит ПАГ по песчаному основанию для стоянки и перемещения буровой установки;

- очищены от налипшего грунта и цементного молока внутренние поверхности секций инвентарных обсадных труб.

В связи с близким расположением буронабивных свай в каждой «полуопоре» устройство буронабивных свай, в основании промежуточных опор, должно производиться поочередно в каждой «полуопоре», согласно схеме Рис.5.

Бурение скважины ведется под защитой обсадной трубы, входящей в комплект оборудования буровой установки. Обсадная труба состоит из секций длинной 1, 2 и 3 метра и режущего наконечника. Режущий наконечник монтируется на нижнем фланце первой секции обсадной трубы.

Проходка скважин производится вращательным способом бурения и начинается с бурения скважины обсадной трубой, соединенной с ротором буровой установки, до погружения трубы на глубину 2...2,5 метра, что обеспечивает требуемую вертикальность скважины.

Грунтовая пробка извлекается из обсадной трубы короткими рейсами бурового шнека, закрепленного на телескопической штанге установки. Дальнейшее погружение обсадной трубы производится за счет возвратно – вращательно – поступательного движения создаваемого с помощью обсадного стола.

После погружения первой секции обсадной трубы бурение скважины продолжается на глубину, равную половине длины следующей обсадной трубы. Рабочий орган извлекается из скважины, производится наращивание обсадной трубы и она погружается на глубину забоя.

В аналогичной последовательности ведется проходка скважины до проектной отметки.

При достижении рабочим органом буровой машины проектной отметки погружение обсадной трубы прекращается во ибежание разрыхления грунта в забое скважины. Контроль за глубиной проходки осуществляется с помощью бортового компьютера, находящегося в кабине буровой установки.

3 Выбор комплекса машин

Исходя из технологической схемы производства работ произведем подбор комплекса машин.

Исходные данные:

1.                 Размеры площадки под устройство опоры моста – 25х25 м;

2.                 Диаметр скважины – 1500 мм;

3.                 Глубина скважины – 23 м;

4.                 Заглубление за одну проходку – h = 1...1,5 м;

5.                 Объем грунта, извлекаемого из скважины за одну проходку - Vгр=2,64 м3;

6.                 Общий объем грунта, извлекаемый из одной скважины – Vгро=34,5 м3.

3.1 Срезка растительного слоя

Размер площадки – 25х25 м.

, м3 ;

где - толщина растительного слоя, =0,25 м.

Для сравнения расчитаем два бульдозера ДЗ-110 и ДЗ-384. По приведенной стоимости машино-часа выберем марку бульдозера:

, руб/м2;

где - стоимость машино-часа работы бульдозера (719,95 руб. для ДЗ-110 и 1700,81 руб. для ДЗ-384); [ ].

  - эксплуатационная часовая производительность бульдозера.

Эксплуатационная часовая производительность бульдозера ДЗ-110:

, м2 /ч.

где - норма времени, ч., =1,4 ч. на площадь S=1000 м2 (ЕНиР 2-1-5).

 м2 /ч.

При работе бульдозеров в переувлажненных грунтах, в которых буксуют или вязнут гусеницы тракторов, Н. вр. и Расц. умножать на 1,15.(Е2-1-22).

 руб/м2.

Эксплуатационная часовая производительность бульдозера ДЗ-384:

где =1,3 ч. на площадь S=1000 м2 (ЕНиР 2-1-5).

 м2 /ч.

 руб/м2.

По минимальной приведенной стоимости машино-часа работ выбираем бульдозер ДЗ-110.

Срезка растительного слоя бульдозером 156,25 м3 .

Планово – учетная стоимость машино – часа работы бульдозера, С=719,95 руб.

Найдем сменную производительность бульдозера:

, м2 /см.

Где - коэффициент использования по времени, =0,8 (Е2 прил.4);

 м2 /см;

Определим продолжительность работ бульдозера:

,

где -площадь разрабатываемо котлована по верху.

 см.;

Срезку растительного слоя бульдозер произведет за 1 смену.

Определим стоимость работ бульдозера:

, руб.;

 принимаем равной 1.

 руб

Растительный слой не вывозится – складируется около площадки для последующей укладки около готовой опоры моста.

3.2 Устройство основания

Рассчитаем необходимый объем песка для устройства песчаной подготовки:

, м3 ;

где - толщина слоя песчаной подсыпки, =0,15 м.

 м3 .

Доставка песка осуществляется из с.Манушкино Всеволожского района (плечо возки 20 км.).

Произведем выбор автосамосвала по приведенной стоимости машино-часа между двух самосвалов: МАЗ 5516-030 и КамАЗ-55111.

;

где - стоимость машино-часа работы автосамосвала (377,61 руб. для МАЗ 5516-030, КамАЗ-55111);

 - эксплуатационная часовая производительность автосамосвала.

Эксплуатационная часовая производительность автосамосвала МАЗ 5516-030:

 м3 /ч.;

где -объем кузова автосамосвала, =10 м3 ;

 - время одного рейса, , где:

  - время погрузки и разгрузки автосамосвала, =1,75 мин.;

 -время транспортирования грунта, , S-дальность транспортирования, S=20 км.(задаемся); - скорость груженого автомобиля, =48 км/ч.

 Дорога I категории – дороги с усовершенствованным покрытием (ЕНВ стр. 19, табл. 14).

, мин.;

где - норма времени по ЕНВ на 1 ткм. Стр. 23 табл. 16

- грузоподъемность автосамосвала, т.

;

 мин;

 ч.

 м3 /ч.;

 руб/м3.

Эксплуатационная часовая производительность автосамосвала КамАЗ-55111:

 м3 /ч.;

Где -объем кузова автосамосвала, =6,6 м3 ;

- время одного рейса, , где:

 - время погрузки и разгрузки автосамосвала, =2,10 мин.;

-время транспортирования грунта, , S-дальность транспортирования, S=20 км.- задаемся; - скорость груженого автомобиля, =48 км/ч.

 Дорога I категории – дороги с усовершенствованным покрытием (ЕНВ стр. 19, табл. 14).

, мин.;

где - норма времени по ЕНВ на 1 ткм. Стр. 23 табл. 16

 - грузоподъемность автосамосвала, т.

;

 мин;

 ч.

 м3 /ч.;

 руб/м3.

По приведенной стоимости машино-часа работ подходит МАЗ 5516-030 - будем его использовать при транспортировании песка из карьера.

Сменная производительность автосамосвала:

, м3 /см;

 м3 /см.

Часовая производительность бульдозера при разравнивании песка:

, м3 /ч.

, м3 /ч.

Найдем сменную производительность бульдозера:

, м3 /см

Где - коэффициент использования по времени, =0,7 (Е2 прил.4);

 м3 /см;

Определим продолжительность работ бульдозера:

,

 см.;

 принимаем равной 1.

Определим стоимость работ бульдозера:

, руб.;

 руб

Определим количество машин необходимое для вывозки песка из карьера. Для устройства основания необходимо 93,75 м3 – одна машина перевезет необходимое колличество песка за одну смену.

3.3 Расчет крана для укладки дорожных плит, подачи обсадных труб и армокаркасов

Для устройства основания применяются плиты ПАГ-14.

Размеры:

- в плане – 2х6 м.;

- толщина – 14 см.;

- масса – 4,2 т.

Применяются обсадные трубы длинной 1,2 и 3 м., массой 4.5, 3 и 1,5 т., соответственно.

Армокаркасы длинной 12 м., и массой 1,5 т.

1.                 Расчетная грузоподъемность крана Q вычисляем по выражению:

где Рк – масса монтируемой конструкции, т;

 Ргп – масса грузозахватных (монтажных) приспособлений, т;

 Рмо – масса монтажного оборудования, т; принимаем Рмо=0;

 Руп – масса усиливающих приспособлений, т; принимаем Руп=0.

В качестве грузозахватных приспособлений принимаю четырехветьевой строп 4СК – 5/4300 (масса 100 кг, высота 4,3 м).

Значение величины Q:

- для плит Qп = 4,2 +0,1 = 4,3 т;

- для обсадных труб Qо = 4,5 + 0,1 = 4,6 т;

- для армокаркасов Qа = 3 + 0,1 = 3,1 т.

Максимальная высота подъема крюка будет при подаче армокаркасов к скважине и будет равна Н = 12 + 4,3 = 16,3 м.

Расчет вылета крюка самоходного стрелового крана определяем графоаналитическим способом, пользуясь рис.7.

Исходя из размеров и массы обсадных труб и армокаркасов принимаем кран РДК – 250 – 2 со стрелой 22,5 м.

3.4 Бурение и вывоз изъятого грунта

Согласно исходным данным за одну проходку шнек заглубляется на h=1,5 м, тогда объем изъятого грунта за эту же проходку:

Выберем экскаватор для удаления изъятого грунта.

Произведем выбор экскаватора по приведенной стоимости машино-часа сравнив два экскаватора ЭО-4121 и ЭО-3322.

 руб/м3;

где - стоимость машино-часа работы экскаватора (686,74 руб. для ЭО-4121 и 447,23 руб. для ЭО-3322);

  - эксплуатационная часовая производительность экскаватора.

Эксплуатационная часовая производительность экскаватора ЭО-4121:

, м3 /ч.

где =2,1 часа на 100 м3 грунта (Е2-1-11 с.37).

, м3 /ч.

 руб/м3.

Эксплуатационная часовая производительность экскаватора ЭО-3322:

, м3 /ч.

где =3,2 часа на 100 м3 грунта (Е2-1-11 с.37).

, м3 /ч.

 руб/м3.

Сравнивая производительность и стоимость машино - часа двух экскаваторов целесообразней принять ЭО-4121, но так как бурение одной скважины занимает порядка 20 часов (связано с чисткой рабочего оборудования, наращивания обсадных труб и т.д.) принимаем по меньшей стоимости машино-часа ЭО – 3322.

Для вывоза грунта будем использовать МАЗ 5516-030.

3.5 Бетонирование свай

1)                Вид слоев бетонирования – горизонтальный.

2)                Определяем площади слоев бетонирования :

, м2 ;

где - диаметр скважины, =1,5 м;

 м2;

3)                Исходя из технологии производства бетонных работ высота столба бетона в скважине на каждом этапе должна не менее чем на 2 м превышать общую длину удаленных секций обсадной трубы. Тогда максимальная толщина слоя бетонирования равна  м;

4)                Рассчитываем объем бетонной смеси в слое:

, м3;

 м3 .

5)                Определяем продолжительность укладки бетонной смеси:

, ч;

где - время начала схватывания бетонной смеси; принимаем =2 ч;

 - время транспортирования бетонной смеси, определяемое по формуле:

, ч,

где  - время погрузки автобетоновоза, =0,1 ч;

- время доставки бетонной смеси к месту укладки,

ч;

- время разгрузки автобетоновоза, =0,025 ч.

ч.

6)                Рассчитываем поток бетонной смеси:

, м3/ч,

 м3/ч.

По рассчитанному потоку бетонной смеси принимаем автобетононасос марки SCHWING BPL - 900, максимальная производительность которого 12 м3/ч.

7)                Определим время укладки бетонной смеси автобетононасосом:

, ч;

где - количество слоев,

,

где  - высота сваи, =23 м ;

  - высота слоя, =5 м ;

  - время укладки одного слоя бетонной смеси, =1,75 ч.

слоя.

Страницы: 1, 2, 3, 4