16. Механизация работ при устройстве набивных свай

В современном фундаментостроеиии встречается немало объ­ектов, для которых по экономическим и конструктивным сооб­ражениям целесообразны свайные фундаменты, а по грунтовым или иным условиям забивные сваи применить не представляется возможным. В этих случаях обычно используют буронабивные сваи различных конструкций *.

Подбор комплекса механизмов при устройстве набивных свай определяется технологией свайных работ, зависящей от геологических и гидрогеологических условий строительной пло­щадки. Применяют три способа устройства таких свай: без специальных мероприятий по креплению стенок скважин; с обес­печением устойчивости стенок от обрушения избыточным дав­лением глинистого раствора или воды; с креплением стенок неизвлекаемыми или инвентарными обсадными трубами.

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

Сваи, выполняемые в неустойчивых обводненных грунтах с закреплением стенок скважин глинистым раствором, имеют ограниченное применение из-за трудности контроля качества их бетонирования, загрязненности строительной площадки от­работанным глинистым раствором, ограничений по погодным условиям. При температуре ниже минус 10 °С такие сваи не изготовляют, так как глинистый раствор замерзает и в устье скважины образуется наледь.

Вместо раствора или воды для крепления стенок скважины применяют инвентарные или не извлекаемые металлические об­садные трубы. Обсадку скважин в зависимости от условий их проходки производят частично или на всю глубину. Погружают трубы ударными или вибрационными механизмами посекци­онно с наращиванием очередной трубы. Обсадную трубу погру­жают в грунт вслед за забоем или с опережением его.

Для изготовления буронабивных свай в последнее время создан ряд машин и специализированного оборудования. Все установки для устройства буронабивных свай можно разделить на две группы: установки, предназначенные только для буре­ния скважин, и установки для выполнения комплекса работ по изготовлению таких свай под защитой инвентарных обсадных труб.

Первая группа установок по конструктивной схеме может быть по аналогии с копрами разделена на установки с навес­ным и подвесным оборудованием. При монтаже установок с навесным оборудованием необходимы некоторые изменения конструкции базовой машины. При их эксплуатации вспомога­тельные подъемно-транспортные операции выполняют другие машины. Подвесное оборудование крепится на крюке базовой машины и после окончания бурения может быть легко снято, а базовая машина использована для подачи арматуры и бе­тонной смеси в скважину.

По способу бурения скважин, виду рабочих органов и спо­собу транспортировки разбуренного грунта оборудование для устройства буронабивных свай включает:

установки вращательного бурения с периодическим извлече­нием разрушенного грунта в замкнутом объеме рабочего ор­гана; грунт разрушается ножами, расположенными в нижней части рабочего органа, приводимого буровой штангой или не­посредственно двигателем, вынесенным к рабочему органу; по этому принципу работают также некоторые механизмы для об­разования уширений;

установки ударного бурения; в них рабочими органами яв­ляются грейфер, шарошка, долото, желонка;

установки шнекового бурения с периодическим извлечением разбуриваемого грунта на поверхность, где рабочие органы ос­вобождаются от него, и с непрерывным извлечением разбури­ваемого грунта. В последнем случае разрушенный грунт пода­ется из забоя на поверхность по спирали шнека; при этом раз­рушение грунта в забое сочетается с транспортировкой его на поверхность, что обусловливает более высокую производитель­ность установок рассматриваемого типа, чем цикличного дей­ствия;

установки вибрационного бурения, которыми скважины про­буривают погружением обсадной трубы с закрепленной снизу желонкой, упирающейся в специальные сухари, препятствую­щие ее перемещению вверх под влиянием реакции со стороны забоя. Труба погружается под действием виброимпульсов от вращающихся дебалансов, расположенных вокруг трубы внутри встроенных камер хомута. Хомут может передвигаться вдоль трубы по мере ее погружения. После заполнения желонки раз­рушенным грунтом сухари отводятся в стороны и желонка из­влекается на поверхность для опорожнения. Установки данного типа пока не нашли широкого применения;

установки всасывающего бурения с обратной промывкой скважин; машины этого типа целесообразно выделить в само­стоятельную группу, так как рабочие органы для проходки скважин имеют особую конструкцию. Схема транспортировки разрушенной породы из забоя принципиально отличается от описанных выше. Стенки скважин удерживаются от обрушения давлением столба воды в скважине или инвентарными обсадными трубами. Такие установки применяют при устройстве от­дельных опор, фундаментов, противофильтрационных стенок и т. п. Работы могут вестись в несвязных, глинистых и даже ска­льных грунтах.

В перечисленных установках используют следующие виды механизмов перемещения: гусеничный, пневматический, шагаю­щий, рельсовый, катки, понтоны и комбинированные. Установки могут иметь электрический привод; приводом может служить также двигатель внутреннего сгорания.

К установкам ударного действия относят машины, позволя­ющие устраивать скважины под набивные сваи без выемки грунта способом пробивки или вытрамбовывания.

Для устройства набивных свай путем вытрамбовывания скважин применяется специальное навесное оборудование на базе крана-экскаватора, состоящее из инерционного ударника и направляющей штанги. Ударник представляет собой полый кор­пус в форме усеченного конуса, заполненный чугунными ша­рами, с помощью которых ударный импульс «растягивается» во времени и повышается коэффициент полезного действия удара при пробивке скважин. Такое оборудование позволяет образовывать вытрамбованные скважины диаметром до 0,85 м и глубиной 3м

Уширение оснований набивных свай производят специаль­ными механизмами — уширителями. В зависимости от грунто­вых и местных условий используют различные методы и сред­ства образования уширений.

Механические уширители оснащены рабочим органом режу­щего или вдавливающего типа и могут быть как цикличного, так и непрерывного действия. Последние делятся на два вида: сухого бурения с шнековой транспортировкой и бурения с про­мывкой. К немеханическим способам устройства уширений от­носятся термический, газодинамический и камуфлетный. Наи­большее распространение получили механические уширители, позволяющие стабилизировать процесс уширения, гарантиро­вать заранее определенную площадь и форму уширения.

Уширители применяются как при сухом бурении, так и при цир­кулирующем глинистом растворе, которым удаляют буровой шлам.

В ряде случаев более целесообразно производить уширение вдавливанием или раскатыванием. Рабочий орган уширителей для вдавливания грунта имеет плиты, которые с помощью шар­нирной системы раздвигаются; эта система приводится в действие либо гидродомкратом, либо электромеханически. Расширя­ющий «лепесток», состоящий из пяти пар плит, позволяет уст­раивать уширение в мягкопластичных глинистых грунтах. Для увеличения площади опирания и уменьшения количества грунта, попадающего внутрь шарнирной системы, отдельные модели имеют не один, а два ряда плит— по пять пар в каждом ряду.

Уширение скважин производят и газодинамическим спосо­бом. Уширитель при этом состоит из разрядной го­ловки, в которой трансформируется скорость выхлопа сжатого воздуха через выхлопные каналы. Струи воздуха, движущиеся с большой скоростью, уплотняют грунт, образуя необходимую полость.

Механизация бетонирования является одним из определяю­щих факторов качества и трудоемкости работ при устройстве буронабивных свай, так как операции, связанные с бетонирова­нием, составляют 60—70 % общей продолжительности возведе­ния фундаментов. К таким операциям относятся установка арматурных каркасов, подача и укладка бетонной смеси в сква­жины, ее уплотнение, формование оголовков свай, установка опалубки и бетонирование ростверка.

В строительстве применяют следующие способы бетонирова­ния: свободным сбросом через горловину воронки, методом ВПТ (вертикально перемещающейся трубы), контейнерами и при помощи бетононасосов. Применение метода свободного сброса бетонной смеси в скважину ограничено СНиП.

Сваи глубокого заложения, во избежание расслоения, бе­тонируются с использованием бетонолитных труб. При устрой­стве буронабивных спай в слабых и водонасыщенных грунтах, где требуются дополнительные мероприятия по обеспечению устойчивости стенок скважины, бетонирование можно выполнять методом ВПТ. При этом методе бетонолитная труба в про­цессе бетонирования скважины поднимается вверх.

Наиболее распространено в строительстве бетонирование скважин с помощью кранов и поворотных бадей, загружаемых бетонной смесью из автосамосвалов на строительной площадке. При производстве работ зимой бадьи оснащают приспособлени­ями для электроразогрева смеси до 60—80 "С, Для быстрой и полной загрузки смеси на поворотные бадьи устанавливают пло­щадочные вибраторы. Перед бетонированием над скважинами размещают переставные воронки, диаметр которых соизмерим с размерами затворов поворотных бадей, что облегчает вы­грузку смеси в скважины.

Головные части набивных свай формуются в быстроразъемных оголовках-кондукторах, конструкция которых позволяет быстро их разбирать и собирать без значительных затрат труда.

Самым эффективным является бетонирование набивных свай непосредственно из транспортных средств. При данном методе бетонная смесь подается в скважины непосредственно из автобетоносмесителей без перегрузки в про­межуточное транспортное средство, что исключает использова­ние кранов и обеспечивает высокое качество бетонного тела свай.

В отечественной и зарубежной практике для бескрановои укладки бетонной смеси широко применяют бетононасосы, обес­печивающие равномерную подачу смеси с заполнителем круп­ностью до 50 мм по бетоноводу на расстояние до 400—500 м; они исключают расслоение бетонной смеси и воздействие атмо­сферных осадков в процессе подачи, обусловливают высокую производительность при ее укладке, способствуют повышению уровня механизации бетонных работ и снижению затрат труда.

Требования к бетонным смесям, предназначенным для бето­нирования набивных свай, по удобоукладываемости, пластич­ности, гранулометрическому составу и расходу цемента сходны с требованиями, предъявляемыми к бетонным смесям, транспор­тируемым бетононасосами.

Бетонная смесь нагнетается в скважины восходящим пото­ком снизу вверх под давлением, создаваемым бетононасосом. При этом методе смесь, как и при бетонировании методом ВПТ, заполняет скважину снизу вверх; однако скважина в этом слу­чае заполняется под воздействием принудительного давления, создаваемого бетононасосами, а не гидростатическим напором столба бетонной смеси.

Давление на входе в бетоновод диаметром 125 мм получа­ется в четыре-пять раз выше, чем при традиционном способе ее подачи; это позволяет применять бетонные смеси с осадкой конуса 16—22 см. При этом методе на 15—-20 % повышается прочность бетона на сжатие, на 100—120 кг/см³ можно снизить расход цемента, в два-три раза повысить производительность труда и темпы бетонирования.

Уплотнение жестких бетонных смесей в скважинах, как пра­вило, производится вибрационными методами. В ряде случаев вибрационные воздействия осуществляются через бетонолитнуто трубу, благодаря чему можно использовать жесткие бетонные смеси, что сокращает расход цемента до 100 кг на 1 m^s смеси.

Интенсивное уплотнение как подвижных, так и жестких бе­тонных смесей достигается применением глубинных вибраторов. Под действием вибрации бетонная смесь заполняет все прост­ранство между арматурным каркасом и стенками скважины. Содержащиеся в смеси воздушные пузырьки удаляются, и смесь уплотняется.