Файл: Свайные работы [учебное пособие]..pdf

На практике для свай большой глубины часто применяют комби­ нированный способ образования скважин: до глубины 2,5—3,5 м применяют бурильную машину, а для углубления — виброжелонку или обсадную трубу. Перед бетонированием на устье скважины ус­ танавливают тяжелый металлический кондуктор, полая направляю-

Рис. 13.7. Оборудование для пробивки скважин под виброштампованные сваи:

а — общий вид; б — схема устройства; 1 — обсадная труба; 2 — упор; 3 — виброустройство для извлечения обсадной трубы; 4 — мо­ лот; 5. — направляющая плита; 6 — шарнирное соединение

щая труба которого имеет диаметр на 10 мм больший, чем у вибро­ штампа.

Вес кондуктора подбирают из расчета, чтобы его давление на грунт составляло не менее 4—5 кГ/см2. Это условие необходимо для удержания бетонной смеси в скважине.

Скважину заполняют бетоном при помощи самоходного бето­ ноукладчика. Бетон уплотняют виброштампом, представляющим со-

280

бой трубу диаметром 0,31 м, нижний конец которой закрыт метал­ лическим конусом. Верхний конец вибростержня прикрепляют к мощному вибратору ВПП-2 или ВПП-4. Длина вибростержня пре­ вышает глубину скважины на 0,8 м, благодаря чему при бетониро­ вании сваи грунт под ее основанием дополнительно уплотняется.

Виброштамп погружают в бетон передвижным краном при вклю­ ченном вибраторе. Погружаясь в бетон, виброштамп создает давле­ ние, превышающее несущую способность грунта. В результате обра­ зуется уширенное основание и дополнительно уплотняется приле­ гающий грунт.

Диаметр пяты превышает диаметр сваи на 30—40%. Операцию по бетонированию с применением виброштампа по­

вторяют несколько раз. После извлечения вибростержня в бетоне об­ разуется трубчатая полость, которая заполняется бетоном до отмет­ ки 0,7 м. Полость в длинных сваях остается только в верхней поло­ вине сваи на высоту 2,5—3,0 м. В эту полость для сопряжения с ростверком вставляется металлический каркас, а затем полость бе­ тонируется вместе с ростверком.

На виброштампованных сваях в Днепропетровской области по­ строены жилые дома высотой от 5 до 12 этажей, промышленные корпуса с нагрузками на колонны в диапазоне от 150 до 1000 Т, а также ряд зданий сельского строительства. В основном эти объек­ ты сооружены на лёссовых грунтах I и II категории просадочности как с прорезкой просадочной толщи, так и без прорезки.

Применение виброштампованных свай в промышленном строи­ тельстве по сравнению со сборными железобетонными фундамента­ ми позволяет сократить трудовые затраты почти в 3 раза и снизить стоимость фундаментов в 2 раза (табл. 13.1).

281

Фундаменты на виброштампованных сваях целесообразны так­ же для жилых домов (например, серии 1-480).

Хотя рассматриваемый тип набивных свай сложнее в устройстве по сравнению с другими типами, он дает возможность применять жесткий бетон и обеспечивает высокое качество бетонных работ.

4. Пневмонабивные и гидропрессованные сваи

мании. Сваи системы Шенайха устраивают путем бетонирования под давлением воздуха в пространстве между двумя оболочками, вставленными с небольшим зазором друг в друга. При извлечении внешней оболочки внутренняя, заполненная бетоном, остается в качестве арматуры. При этом она защищена от коррозии цементной рубашкой, образовавшейся в результате заполнения раствором за­ зора между оболочками.

На рис. 13.8, а показана принципиальная схема пневмонабивных свай. Обсадную толстостенную трубу А диаметром 10" погружают бурением или забивкой, после чего в нее вставляют оболочку Б из 1 —1,5 мм листовой стали с наконечником Е. В оболочку вставляют деревянный сердечник В, при помощи которого она опускается в об­ садную трубу и загоняется в грунт.

После извлечения сердечника оболочка заполняется бетоном, а зазор — пластичным раствором. Затем на верх обсадной трубы на­ винчивают муфту Г с колпаком Д. Под колпак нагнетается воздух, газ или вода под давлением 40 ат, в результате чего бетон и раствор впрессовываются в оболочки, а свая погружается на 1 —1,5 м. Одно­ временно под действием того же давления обсадная труба подни­ мается вверх, образуя вокруг кожуха цементную оболочку диамет­ ром большим, чем обсадная труба, и неправильной формы вследст­ вие различной плотности грунта.

2 8 2

Изготовление свай Вольфсхольтца производится в порядке, ука­ занном на рис. 13.8, б. Обсадную трубу, находящуюся в буровой скважине, закрывают герметичной крышкой, через которую про­ пущены три трубы. По одной из них подают раствор из специаль­ ной емкости или выпускают воду и воздух, по другой подается сжа­ тый воздух давлением 10 кГ1см2, а на третьей имеется кран, мано­ метр и редуцирующий вентиль. Вторая и третья трубы соединены между собой и с резервуаром сжатого воздуха. Порядок работы можно проследить по схеме. Сжатым воздухом из обсадной трубы

Рис. 13.8. Пневмонабивные сваи:

а — системы Шенайха; б — системы Вольфсхольтца

Удаляется вода / и в трубу под давлением подается порция бето­ на 2. Повышенным давлением бетон впрессовывают в грунт, в ре­ зультате чего при подъеме трубы 3 в нижележащем грунте обра­ зуется уширенное основание. В зависимости от длины сваи этот цикл повторяется несколько раз (поз. 4).

При изготовлении свай таким способом требуется тщательно фракционированный мелкий щебень. Кроме того, процесс бетониро­ вания нужно вести непрерывно во избежание схватывания бетона (раствора) в трубопроводах. Учтя недостатки этого способа, немец­ кая фирма «Грюн и Бильфингер» применила конструкцию — шлюз, работающий по принципу кессонного, позволяющую подавать в об­ садную трубу обычный бетон. Шлюз позволил отказаться от шлан­ гов.

283

Отечественные специалисты (проф. Г. Л. Медведев, инж. Боженков и Гузеев, проф. Е. В. Платонов) в довоенный период созда­ ли рациональную конструкцию шлюза для пневмосвай.

Созданный ими аппарат — цилиндр несколько большего диамет­ ра, чем обсадная труба, снабжен двухклапанным устройством, обес­ печивающим беспрепятственный пропуск бетона в трубу без понижения давления внутри нее (рис. 13.9).

Цилиндр имеет три ка­ меры: верхнюю А для за­ грузки бетона, среднюю Б с переменным давлением воздуха и нижнюю В, об­ щую с внутренней поло­ стью обсадной трубы. К камере В подсоединяется компрессор, подающий воздух под давлением 3— 5 ат. Сжатый воздух отжи­ мает грунтовую воду и полностью осушает по­ лость трубы.

Бетон загружают в верхнюю камеру А, вырав­ нивают давление в камере Б до наружного при помо­ щи крана Д. После этого рычагом открывают верх­ ний клапан, и бетонная смесь заполняет среднюю камеру. Краном / подают

в среднюю камеру сжатый воздух, предварительно закрыв кран 2 . Когда давление в средней и нижней камере, а также в трубе урав­ нивается, бетон через нижний клапан проваливается в трубу.

Силой сжатого воздуха одновременно уплотняется бетонная смесь, которая вдавливается в грунт, и обсадная труба поднимает­ ся, что в значительной мере облегчает ее извлечение из скважины.

В процессе изготовления пневмонабивных свай обсадные трубы при погружении в грунт заполняются бетоном, который внедряет­ ся под давлением сжатого воздуха в прилегающий грунт. Затем об­ садные трубы удаляют из скважины.

Погружать обсадные трубы можно бурением или забивкой. Об­ садные трубы в пневмосваях можно забить в грунт с закрытым или

•открытым конусом. В первом случае отпадает необходимость уда­ ления грунта из обсадной трубы, а в процессе забивки грунт уплот­

няется.

В песчаных грунтах, оказывающих значительное сопротивление погружению свай, забивать обсадные трубы с наконечниками весь­ ма затруднительно, особенно в мелких песках, насыщенных водой. В такие грунты целесообразнее забивать открытые снизу трубы, а

284

грунт из них удалять с помощью водяной струи, поступающей из подмывных трубок, опущенных внутрь трубы.

В агрессивных грунтовых водах в буровую скважину рекомен­ дуется опускать готовые железобетонные сваи, покрытые снаружи изолирующим слоем, и нагнетать бетон только в промежуток между сваями и грунтовыми стенками скважины.

Бетонируют сваи в несколько приемов. Первая порция бетона должна быть небольшой, чтобы заполнить трубу по высоте на 1,5— 2 м. Это необходимо .для облегчения первого подъема обсадной трубы, которая засасывается в песчаных грунтах очень быстро. По­ следующие порции бетона увеличивают в 2—3 раза. Бетонирование следует вести без перерывов во избежание нарушения монолитнос­ ти сваи. Каждую последующую порцию бетона загружают в обсад­ ную трубу до начала схватывания ранее уложенной порции. Для устройства пневмосвай применяют бетон литой консистенции.

При подъеме обсадной трубы нужно тщательно следить за уров­ нем бетона, не допуская понижения высоты пробки менее 1 м, так как сжатый воздух может выбросить бетон и даже привести к раз­ рыву сваи.

Шлюзование бетона производят только на величину, необходи­ мую для преодоления притока грунтовой воды. После этого подачу сжатого воздуха прекращают и, открыв оба клапана, укладывают бетонную смесь непосредственно в трубу.

При изготовлении свай в водоносных грунтах непрерывное со­ держание обсадной трубы под давлением обязательно — в против­ ном случае при снижении давления грунтовые воды немедленно на­ полнят трубу.

Пневмонабивные сваи армируют на всю длину или только в верхней части. В первом случае заранее заготовленный арматурный каркас опускают в обсадную трубу до начала бетонирования; во втором случае сваи армируют в процессе бетонирования после до­ стижения сваей соответствующего уровня. Для этого шлюзовой ап­ парат снимают, каркас опускают в обсадную трубу, после чего ап­ парат снова устанавливают на место.

Сжатый воздух, удаляющий из обсадной трубы грунтовые воды, обеспечивает значительное уплотнение бетона и окружающего грунта, а также облегчает подъем обсадной трубы по ходу бетони­ рования.

Длина пневмонабивных свай, ограничиваемая методами погру­ жения обсадных труб, может достигать 30 м. Если пневмонабивные сваи длиной 18—20 м и сечением 50—60 см погружены в плотные грунты на значительную глубину, они обладают несущей способно­ стью 100—150 Т. Это дает возможность уменьшить в 3—4 раза ко­ личество свай в основании сооружения по сравнению с забивными сваями и соответственно уменьшить объем ростверка.

Недостатками пневмонабивных свай являются сравнительная сложность их изготовления в связи с применением сжатого воздуха для шлюзования бетона в обсадную трубу и для удаления трубы из скважины по ходу бетонирования и низкие темпы производства

285

работ. Кроме того, необходим тщательный контроль на всех стади­ ях изготовления, таких свай.

Сваи Вольфсхольтца применяются в зарубежной строительной практике. В отечественном строительстве пневмосваи применяли для первой очереди Московского метрополитена и при сооружении мостовых опор (например, эстакада Краснохолмского моста через Москва-реку).

Ниже приведены основные данные по устройству двух береговых опор же­ лезнодорожного моста на пневмонабивных сваях. Каждый из устоев моста (рис. 13.10) расположен на 53 пневмонабивных сваях длиной 12 м при диаметре обсадных труб 60,5 см, погруженных в мелкозернистые илистые пески. Средний диаметр пневмонабивных свай составил 70 см. Сваи расположены в плане в шах­ матном порядке: расстояние между ними принято 155 см, что составляет 2,5 диа­ метра обсадной трубы. Все сваи погружены с наклоном 1/16 в сторону насыпи. Верхняя часть свай на высоту 3—3,5 м армирована 8 стержнями диаметром

Рис. 13.10. Опора на пневмонабивных сваях:

а — фасад; б — вид устоя со стороны пролета; в — вид устоя со стороны насыпи

16 мм; расчетная нагрузка на сваю по проекту составляла 67 Т, фактически несу­ щая способность — 100 Т.

Средний расход бетона на одну сваю составил 5,84 м3, что соответствует ко­ эффициенту уширения сваи, равному 1,74.

В Польской Народной Республике в послевоенный период пневмонабивные сваи широко применялись наряду с системой Франки. По свидетельству И. А. Ганичева, сваи Вольфсхольтца в Польше, начиная с 1960 г., применяют меньше. В настоящее время их ис­ пользуют, главным образом, при недостатке места для установки тя­ желого оборудования, при производстве работ в тяжелых грунто­ вых и местных условиях (работы внутри помещения, вплотную к зданию и т. п.) и в случаях небольшого количества и значительной

286