Технология производства свайных работ

Забивка свай в сезоннопромерзающие грунты при глубине промерзания до 0,7 м при использовании мощных молотов и вибромолотов отличается от забивки в летних условиях только некоторым снижением производительности установок. При большей глубине промерзания и при менее мощных механизмах для забивки свай используют тот же арсенал мероприятий, что и для разработки грунта в зимних условиях.

Если имеется возможность, то предотвращают или уменьшают глубину промерзания мерзлых грунтов за счет заблаговременного утепления мест забивки свай подручными материалами (опилками, соломой,ветками, листвой и т.п.). Допустимо разрушение мерзлого грунта в месте забивки механическими методами, нарезанием прорезей до глубины промерзания грунта с помощью буровых машин с последующим оттаскиванием блоков с места забивки. Применимо устройство в грунте лидирующих скважин бурильными машинами и виброударными установками, применяют и другие методы.

Для вечномерзлых грунтов имеются некоторые особенности погружения свай. Эта грунты в естественном состоянии и с ненарушенной структурой имеют высокую несущую способность. Поэтому при погружении свай в такие грунты необходимо максимально сохранить вечномерзлые грунты в естественном состоянии. На участках, где эта структура нарушена в результате забивки, следует восстановить первоначальные свойства данных грунтов. Это достигается вмерзанием свай, или смерзанием сваи по поверхности с грунтом, что приводит к тому, что они начинают составлять одно целое, совместно приобретают высокую несущую способность.

Метод вмерзания широко применяется для твердомерзлых грунтов, у которых среднегодовая температура на глубине 5-10 м составляет -0,6-1,5°С. Погружают сваи в твердомерзлые грунты в основном двумя методами: в оттаявший грунт (рис. 6) или в пробуренные скважины, диаметр которых превышает наибольший размер поперечного сечения сваи. При погружении сваи в оттаявший грунт первоначально нужно этот грунт оттаять, затем погрузить сваи в образовавшуюся в мерзлом грунте полость разжиженного грунта. Грунт оттаивают с помощью паровой иглы, перфорированной в нижнем сечении. Под действием пара при давлении 0,4-0,8 МПа, в зоне перфорированной части иглы происходит разжижение фунта до текучего состояния; в такой грунт и осуществляют погружение готовой сваи до проектной глубины.

В грунтах с небольшим количеством льда можно получить полость нужных размеров в короткое время (за 1-3 ч). В грунтах с большим насыщением льдом процесс получения полости растягивается на 6-8 ч. Скорость погружения иглы в грунт определяют с таким расчетом, чтобы диаметр растаявшей полости превышал наибольший размер сваи в поперечном сечении в 2-3 раза. После погружения сваи на проектную глубину в грунте начинает восстанавливаться состояние вечномерзлости, свая оказывается вмерзшей в грунт, заделанной в толщу вечномерзлого грунта, приобретает необходимую несущую способность.

Для оттаивания мерзлого грунта при погружении свай с использованием стержневых электронагревателей район забивкисвай разбивают на три захватки. На первой захватке пробуривают скважины, на второй - скважины уже пробурены и осуществляется их утепление и отогрев, на третьей захватке производят погружение свай в скважины. Интервал между отогревом скважины и погружением в нее сваи не должен превышать одной смены.

Метод погружения сваи в пробуренные скважины включает в себя ряд последовательно выполняемых операций:

ь бурение скважины до необходимой глубины;

ь заполнение скважины песчано-глинистым раствором на 1/12 высоты;

ь погружение сваи в этот раствор с частичным выжиманием его из устья скважины;

ь извлечение обсадной трубы.

В результате вмерзания раствора в естественный грунт, а сваи в этот раствор, свая приобретает необходимую несущую способность.

В пластичномерзлые высокотемпературные грунты со среднегодовой температурой выше -1°С готовые сваи погружают забивным или бурозабивным методом. Методы погружения в оттаявший грунт или в пробуренные скважины, приемлемые для твердомерзлых грунтов, здесь не подходят из-за относительно высокой температуры грунтов и медленного процесса вмерзания в них свай.

Забивку сваи выполняют в песчаные, супесчаные грунты, пылеватые суглинки и только в период сезонного оттаивания, так как зимой грунты деятельного слоя охлаждаются до -5-10°С и становятся твердомерзлыми.

Бурозабивным методом сваи погружают в два этапа. Первоначально пробуривают лидирующую скважину, диаметр которой принимают на 1...2 см меньше максимального размера сваи. Далее сваю погружают в эту скважину с помощью вибромолота или дизель-молота. В процессе забивки происходит некоторое деформирование грунта и благодаря тепловой энергии от работающего молота - выжимание и перераспределение грунта по периметру сваи. После окончания забивки свая быстро вмерзает в грунт. Применение лидирующих скважин позволяет повысить точность установки свай, обеспечить погружение ее на проектную глубину, исключить поломки свай от попадания под острие камней, валунов и др.

4.4 Особенности технологии свайных работ в условиях реконструкции. Специфика производства свайных работ

При реконструкции и техническом перевооружении предприятий нередко возникает необходимость усиления фундаментов или повышения их несущей способности. В этих условиях применяют различные способы подведения дополнительных свай, метод «стена в грунте», модифицированный метод опускного колодца.

Подведение дополнительных свай. При данном способе обычно применяют буронабивные и вдавливаемые многосекционные сваи, погружаемые по углам фундамента и воспринимающие нагрузку через устраиваемую по его периметру железобетонную обойму -- ростверк. Однако более эффективным решением является устройство свай из укрепленного грунта или набивных свай непосредственно под подошвой существующего фундамента с использованием «струйной технологии». Эта технология устройства свай включает следующие основные процессы:

ь бурение до грунтового основания скважин диаметром 100-150 мм через нижнюю ступень фундамента по его углам, а при необходимости и между углами

ь опускание через пробуренное отверстие в фундаменте струйного монитора и последующая проходка скважины небольшого диаметра в грунте на проектную глубину посредством разрушения грунта высоконапорной струей от монитора;

ь расширение скважины до проектного сечения путем постепенного подъема монитора, через сопло которого поступает размывающая струя воды или укрепляющий грунт раствор, в результате чего образуется свая из укрепленного фунта.

Возможна установка в скважину арматурного каркаса, выходящего в существующий фундамент, последующее заполнение скважины бетонной смесью при недостаточной несущей способности грунтовых свай.

При подведении грунтовых свай под фундаменты по струйной технологии возможны три ее варианта: одно-, двух- и трехкомпонентная, отличающиеся числом составляющих, составом оборудования и несущей способностью получаемых фунтовых свай.

Однокомпонентная технология предусматривает размыв грунта одной или двумя противоположно направленными струями укрепляющего раствора. Раствор можно приготовить заранее (цементно-песчаный или цементно-глинистый), или получить необходимый состав путем раздельной подачи к соплам его составляющих. Смешение будет происходить непосредственно при выходе из сопла (жидкое стекло и отвердитель, цементно-песчаный раствор и химические добавки-ускорители твердения и др.). При однокомпонентной струйной технологии грунт размывается в радиусе 200-350 мм от сопла, диаметр столба грунтовой сваи составляет 0,5-0,7 м.

Двухкомпонентная струйная технология осуществляется одновременной подачей струи укрепляющего раствора и концентричной ей кольцевой струи воздуха. Размыв грунта растворно-воздушной струей происходит в радиусе 1,0-1,5 м, а диаметр грунтовой сваи достигает2-3 м. В трехкомпонентной технологии дополнительно в грунт подаются добавки, ускоряющие процесс формирования сваи.

При струйной технологии можно получать сваи различного сечения. винтовые, корневидные, с поперечными дисками-диафрагмами и др. За счет развитой боковой поверхности несущая способность свай выше в 1,5-1,8 раза, чем у свай круглого поперечного сечения.

Винтовые сваи устраивают путем подъема монитора, имеющего одно или несколько боковых сопл, расположенных одно над другим с одновременным разворотом вокруг его вертикальной оси. Число винтовых лопастей на таких сваях соответствует числу сопл на мониторе, шаг винтовых лопастей определяется скоростью подъема монитора.

Вдавливание многосекционных свай. Многосекционные сваи обычно состоят из трех и более сборных коротких элементов-секций. Эти секции последовательно стыкуют по мере вдавливания их в грунт домкратами или другими механизмами до положения, при котором обеспечивается проектная несущая способность. Домкрат устанавливают под подошву существующего фундамента, под специальную балку или инвентарное упорное устройство, анкеруемое за неподвижные конструкции и соседние здания. Для устройства многосекционных свай используют стальные трубы диаметром 245-400 мм с башмаком или заваренным нижним концом. Секции свай длиной около 1 м по мере вдавливания стыкуются сваркой. После вдавливания полость сваи заполняют бетонной смесью. Применяют железобетонные секции свай сечением 30х30 и длиной 60, 90 и 120 см со штыревым стыком секций.

Достоинства многосекционных свай в том, что вдавливание производится в режиме статического испытания свай, отсутствуют динамические воздействия при погружении свай, обеспечивается высокая надежность усиления конструкций и постоянный контроль несущей способности сваи в процессе погружения.

Модифицированный метод опускного колодца. Этот метод позволяет повысить несущую способность массива грунта под существующим фундаментом за счет заключения грунта в железобетонную оболочку, где грунт может воспринимать большие давления, так как находится в замкнутом объеме опускного колодца и подвергается трехосному напряженному состоянию. Модифицированный метод опускного колодца отличается от традиционного тем, что грунт разрабатывается снаружи, а не внутри опускного колодца. После выемки грунта до уровня нижней ступени фундамента устраивают оболочку колодца (сборную или монолитную), опускают ее с разработкой грунта по наружному контуру, и далее стенки оболочки наращивают. Работы выполняют последовательно до погружения оболочки на проектную отметку.

5. ТЕХНОЛОГИЯ УСТРОЙСТВА РОСТВЕРКОВ

При устройстве свайных фундаментов применяют железобетонные монолитные и сборные ростверки, на которые опирают несущие конструкции, а так же безростверковые решения.

Конструкция ростверков - в виде балок (ленточный ростверк), в виде плиты (кустовой или сплошной плитный ростверк), либо в виде подколонника (столбчатый ростверк). Глубину заложения подошвы свайного ростверка назначают в зависимости от конструктивных решений подземной части здания (наличие подвала или технического подполья), геологических условий грунта, а так же высоты ростверка, определяемой расчётом.

Монолитные ростверки выполняют из железобетона с применением бетона класса не ниже В12,5 и горячекатаной арматуры класса А-III.

При наружных стенах зданий без подвалов подошву ростверка (его нижнюю плоскость) устраивают на 100-150 мм ниже планировочных отметок. Монолитные ростверки сооружают по подготовке из тощего бетона толщиной 100 мм, уложенной по грунту между сваями. На подготовку укладывают готовые арматурные каркасы, в которые заводят выпуски арматуры свай (если это предусмотрено проектом).

Сопряжение ростверка со сваями предусматривается шарнирным или жестким.

При шарнирном варианте сваю заделывают в тело монолитного ростверка на глубину 50 мм без арматурных выпусков таким образом, чтобы рабочая сетка ростверка проходила выше свай.

При жестком сопряжении головы свай заделывают в ростверк не менее чем на 250 мм. В случае неточной забивки по вертикали головы свай срубаются так, чтоб были на 50 мм выше подошвы ростверка, а обнаженная при этом рабочая арматура заделывается в монолитный ростверк на глубину не менее 250 мм.

При применении трубчатых свай заделка их в монолитный ростверк выполняется аналогично жесткому примыканию сплошных забивных свай. При этом могут применяться дополнительные арматурные стержни, заводимые в бетон ростверка и бетонную пробку трубчатой сваи.

Сборным ростверкам отдаётся предпочтение при большом количестве однотипных элементов фундаментов, при необходимости устройства фундаментов на забивных сваях в зимнее время, а также при устройстве их выше поверхности грунта.

Одно из необходимых условий применения сборного ростверка - тщательная забивка свай по проекту. Во всех вариантах конструкций ростверка предполагается, что сваи не погружаются точно по вертикали до проектной отметки. Так как срезка голов большого количества свай не может быть выполнена точно до единой необходимой отметки, то выравнивание голов свай осуществляется сборными оголовками. Применение оголовков позволяет компенсировать и отклонение свай в плане в допустимых пределах.

Для точной установки оголовков применяют инвентарные металлические рамки, предварительно монтируемые на головах свай в уровне проектных отметок.

В панельных зданиях применяют сборные высокие ростверки с использованием железобетонных консольных балок ростверка, опирающихся на оголовки свай. При жестком креплении сборного ростверка к оголовкам свай предусматривается установка закладных деталей на оголовках и балках ростверка и их сварка при помощи накладок из листовой стали. Балки между собой соединяются сваркой арматурных выпусков.

В панельных зданиях с перекрытиями из плит размером на конструктивную ячейку применяют экономичный вариант конструкции - безростверковый фундамент, при котором плиты перекрытий опирают по контуру на точно установленные сборные оголовки свай.

Конструкцию ростверка и технологию его устройства принимают в зависимости от типа свай. Ростверки объединяют группу свай в одну конструкцию и распределяют на них нагрузки от сооружения. Они чаще всего представляют собой непрерывную ленту по всему контуру здания в плане, включая внутренние стены. При использовании железобетонных свай ростверки могут быть выполнены из монолитного и сборного железобетона. В зависимости от типа здания или сооружения ростверки разделяют навысокие и низкие. При забивных сваях, головы которых после забивки могут оказаться на разных отметках, перед устройством ростверка необходимо выполнить трудоемкие операции по выравниванию голов свай. Для этого необходимо под определенный уровень срубить (срезать) бетон свай, обрезать или задуть их арматуру.

Срезка свай. Деревянные сваи и шпунт срезают механическими или электрическими пилами, стальные сваи - автогеном или бензорезом, в железобетонных сваях бетон оголовков разрушают обычно с помощью пневматических отбойных молотков. Более эффективно для этих целей применять пуансоны - установки для срезания голов свай, состоящие из жесткой замкнутой станины, опускаемой и зажимаемой на свае, подвижной рамы, съемных зубьев и гидродомкрата с поршнем. В комплект установки входит несколько пар пуансонов для свай с различными размерами поперечного сечения. Максимальное рабочее усилие 200 т, рабочий ход от 10 до 50 см, производительность установки - обрезка голов 15-20 свай в час.

Сваи при погружении иногда отклоняются в плане, при многорядном или кустовом расположении свай эти отклонения не вызывают осложнений при устройстве ростверков. Если же имеется однорядное расположение свай и часть сечения отдельных свай выходит за границы будущего ростверка, то в этом случае необходимо устраивать монолитный ростверк и специальные выступы в ростверке для включения в него этих свай.

При подготовке голов набивных свай к устройству сборных ростверков проверяют верхнюю поверхность по нивелиру и при необходимости выравнивают опорную поверхность свай с помощью бетонной смеси или цементного раствора. Сами же балки железобетонного ростверка устанавливают на выравнивающую подсыпку из песка или шлака, начиная от угла здания, и выполняют монтажные работы строго по захваткам. Элементы сборного ростверка соединяют со сборными короткими сваями на сварке с омоноличиванием стыков.

6. ВЫБОР МЕТОДОВ ПОГРУЖЕНИЯ СВАЙ И СВАЕПОГРУЖАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

При погружении свай основными факторами, определяющими выбор метода, являются физико-механические свойства грунта, объем свайных работ, вид свай, глубина погружения, производительность применяемых сваепогружающих установок и свайных погружателей.

Объемы работ чаще всего измеряют числом свай или метрами суммарной длины погруженной части свай, а шпунтового ряда -- метрами длины шпунтового ряда той или иной глубины погружения. В соответствии с этим производительность оборудования измеряют за час или чаще за смену.

Усредненные данные о нормах времени на погружение свай различными установками для разных типов молотов и погружателей, а также составы рабочих звеньев приведены в ЕНиРах. Однако многообразие и сложность действующих факторов в большинстве случаев требуют установить общие зависимости для определенной скорости и продолжительности погружения свай в грунт для конкретных условий. Для этого выполняют пробное погружение свай в пределах площади свайного поля тем же оборудованием, которое предполагается использовать. По данным пробного погружения не менее чем пяти свай в различных местах участка устанавливают среднюю продолжительность погружения и расчетную производительность сваепогружающего оборудования для конкретных условий каждого объекта.

Тип выбираемой сваепогружающей установки во многом зависит от объема свайных работ. Это объясняется тем, что для копров башенного типа, мостовых сваебойных и некоторых других установок необходимы рельсовые пути, которые целесообразно укладывать только при большом числе погружаемых свай. Кроме того, монтаж копра является более трудоемким, чем подготовка мобильной установки.

Число машин, необходимых для выполнения свайных работ, определяют, исходя из эксплуатационной сменной производительности сваепогружающей установки:

Псм =kв 492/(t0+tв), (1)

Где kв --коэффициент использования установки по времени (можно принимать 0,9); 492--продолжительность смены, мин; to -- выполнение основной операции -- погружения свай, мин; tв-- продолжительность вспомогательных операций, включая перемещение установки, мин.

ЗнаяПсм и установленный срок производства свайных работ, получим необходимое число сваепогружающих установок:

N=s/(Псмt), (2)

Где N -- число свай в свайном сооружении; t -- установленный срок производства свайных работ.

Для выбора сваепогружающих установок, исходя из годовой их выработки, в которой учтены затраты времени на ремонты, профилактику, демонтаж, монтаж и перебазировку машин, применяют метод, предусматривающий решение задачи в два этапа. На первом этапе определяют число сваепогружающих установок заданных параметров, на втором отбирают те типы установок, которые обеспечивают выполнение заданного объема работ с минимальными затратами.

7. ПРИЕМКА СВАЙНЫХ РАБОТ. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА

Приемка свайных работ сопровождается освидетельствованием свайного основания, проверкой соответствия выполненных работ проекту, инструментальной проверкой правильности положения свай или шпунта, контрольными испытаниями свай. Отклонение положения сваи от проектного не должно превышать в ростверке ленточного типа одного диаметра сваи, в свайных полях двойных размеров сваи.

При осуществлении контроля качества в процессе и при окончании устройства свайных фундаментов руководствуются следующими критериями:

ь от качества выполнения свайных работ зависит несущая способность свайных фундаментов, что имеет важнейшее значение для всего здания или сооружения

ь устройство свай относится к скрытым работам, требующим пооперационного контроля качества в процессе их устройства.

В общем случае контролируют:

ь соответствие поступающих на строительную площадку изделий и материалов проекту

ь соблюдение утвержденной технологии погружения забивных или устройства набивных свай

ь несущую способность свай

ь соответствие положения свай в плане геодезической разбивке.

Основным контролируемым параметром является обеспечение несущей способности свай.

Несущую способность погруженных свай определяют статическим и динамическим методами, а набивных - только статическим.

Определение несущей способности сваи. Для свай-стоек, опирающихся на прочный грунт, главным фактором является прочность материала сваи, так как их забивают в плотные грунты до проектной отметки. Для висячих свай их несущую способность определяют способами пробных нагрузок и динамическим.

Статическим методом несущую способность определяют после окончания работ по забивке всех свай. Для этого на сваю сверху воздействуют гидравлическими домкратами до момента смещения ее относительно окружающего грунта. При этом способе пробных нагрузок на сваю передают нагрузку, возрастающую ступенями в 1/10-1/15 предельной расчетной нагрузки, измеряют осадки и строят график зависимости между ними. За предельно допустимую нагрузку принимают ступень, предшествующую нагрузке, в результате которой свая погрузилась в грунт на величину, более чем в 5 раз превышающую предыдущее погружение. Этот способ надежен, но весьма трудоемок и для оценки прочностных характеристик свайного поля требуется большой промежуток времени (4-12 суток).

Динамический метод основан на косвенной оценке несущей способности забиваемой сваи по значению отказа, поэтому для погружаемых свай этот метод вполне заменяет статический. Динамический способ основан на равенстве работы, совершаемой молотом при падении, и сваей на пути ее погружения. За основу принимают контрольный отказ, назначаемый проектной организацией. Отказы замеряют отказомерами, которые можно ставить на грунт или подвешивать на сваю с помощью хомута. Отказомер представляет собой мерную линейку, вдоль которой перемещаются указатели отказов. При погружении сваи в грунт один из указателей движется вниз и показывает на мерной линейке суммарное значение остаточного отказа. При наличии обратного движения сваи вверх за счет упругой реакции грунта второй указатель также перемещается вверх и показывает на мерной линейке суммарное значение упругого отказа. При отсутствии отказомеров величину отказа сваи при забивке за расчетный отрезок времени можно определить нивелиром, гидравлическим уровнем, натянутой над уровнем земли проволокой.

Учитывая, что в процессе забивки сваи грунт находится в напряженном состоянии, следует иметь в виду, что несущая способность сваи оказывается завышенной. Проверку несущей способности свай производят после отдыха свай и стабилизации грунта, а именно: в супесях - через 5-8 суток, в суглинках - через 15-25 суток и в глинистых грунтах - через 30-35 суток.

При контроле положения сваи в плане следят, чтобы не были превышены допустимые отклонения: - 0,2d для забивных свай при их однорядном расположении и 0,3d при расположении свай в два и три ряда в лентах или кустах свай (d - диаметр круглой или максимальный размер прямоугольной сваи). Приемка готовых свайных фундаментов оформляется актом с приложением следующих документов:

ь паспорта на сваи и сборный ростверк заводов-изготовителей;

ь паспорта на бетон набивных свай и монолитных ростверков;

ь приемка арматурных каркасов набивных свай и монолитных ростверков;

ь акты сдачи свайного поля и готового ростверка;

ь результаты динамических или статических испытаний свай.

Все работы должны выполняться согласно СНиП 2.02.03-85"Свайные фундаменты".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В пояснительной записке представлены виды свай, способы устройства свайных фундаментов в обычных, и сложных грунтах, формулы для выбора методов устройства свай и сваепогружающего оборудования.

Существует огромное количество методов устройства свайных фундаментов и ростверков, и необходимо для каждого здания и сооружения производить свои расчёты, выбирать правильное оборудование, и метод погружения свай. Нужно пользоваться указаниями СНиП 2.02.03-85"Свайные фундаменты", соблюдать проектные решения. Не соблюдение всех правил может повлечь за собой жертвы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Технология строительных процессов А.А. Афанасьев, 2001

2. Технология строительных процессов В.И. Теличенко, 2002

3. Архитектурное конструирование В.А. Пономарёв, 2008

4. Технология строительных процессов Н.Н. Данилов, 1997

5. Сваи и свайные фундаменты Н.С. Метелюк, 1977

6. http://www.stroitelstvosovety.ru

7. http://www.drevostroy.ru

8. http://vintosvai.ru

Размещено на Allbest.ru