Многоканальный номер
+7 (967) 282-70-79
e-mail: info@bkdelta.ru

Буронабивные сваи с уширением.

Р. А. Мангушев, А. В. Ершов, А. И. Осокин. Учебное пособие "Современные свайные технологии"

Внимание!!! Инновационный способ устройства свай с уширеним - реальная альтернатива забивным сваям
Читать описание метода >>                                                                                                               смотреть видео>>

 

Способы образования уширения

Для образования уширения поперечного сечения буронабивной сваи используют различные способы. К ним относятся разбуривание, вдавливание или раскатывание грунта, обработка бетонной смеси электрическими разрядами. Уширение пяты буронабивной сваи может быть также создано в результате взрыва заряда или трамбования жесткой бетонной смеси в забое скважины. Разбуривание предусматривает образование уширения в скважине за счет срезания грунта специальным снарядом - уширителем. Уширитель имеет ножи, которые при его вращении срезают грунт. Срезаемый грунт попадает в грунтосборник уширителя и извлекается из скважины на поверхность. На рис. 2.13, а изображен бур-расширитель, который представляет собой цилиндр с выдвижными лопастями. Диаметр цилиндра соответствует диаметру скважины под сваю. Две режущие лопасти смонтированы внутри цилиндра и соединены между собой системой рычагов. После того как скважина для сваи готова, в нее опускают бур-расширитель, закрепленный на конце буровой штанги. Во время погружения режущие лопасти находятся внутри цилиндра. Как только цилиндр опирается на дно скважины, к буровой штанге прикладывают вдавливающее усилие. Буровая штанга давит на систему рычагов и режущие лопасти расходятся в стороны, выходя за пределы цилиндра. Затем к буровой штанге прикладывают крутящий момент, под действием которого начинается вращение бура. При вращении грунт срезается и попадает в цилиндр. После заполнения цилиндра его извлекают на поверхность и разгружают. Вдавливаемые уширения создают за счет впрессовывания грунта в стенки скважины плитами-штампами уширителя (рис. 2.13, б). Также используют оболочки, которые при нагнетании в них цементного раствора под давлением расширяются в объеме.

Рис. 2.13. Приспособления для уширения скважин разбуриванием (а) и статическим вдавливанием (б) грунта:

1 - цилиндр бура-расширителя; 2 - лопасть; 3 - электрический мотор установки лучевидного уширения скважин; 4 - опорная рама; 5 - шток; б - плиты-штампы

При образовании уширения раскатыванием нагрузку на грунт передают перекатывающиеся ролики специальных снарядов. Эти снаряды используют как сменные рабочие органы установок вращательного бурения. На рис. 2.14 представлен раскатывающий уширитель скважин УРС-1М, разработанный в Казахстанском проектнотехнологическом институте фундаментостроения. Он позволяет выполнять уширения диаметром 1200 мм на любой глубине скважины диаметром 600 мм. Уширитель УРС-1М включает квадратную штангу, проходящую сквозь отверстие в буровом ставе, и шарнирную систему с двумя парами роликов - раскатывающих и прикатывающих. Шарнирная система имеет также опорные катки, перемещающиеся по направляющим обоймы, сквозь которую проходит штанга. Для перемещения прикатывающих роликов применены шарнирносвязанные рычаги, раскрывающиеся при перемещении бурового става вниз под действием осевого усилия. Обойма имеет две пары сухарей, фиксирующих ее на штанге во время работы уширителя и фиксирующих штангу в буровом ставе при извлечении уширителя из скважины. Ось шарнирной системы совместно с втулкой может продольно перемещаться относительно обоймы и штанги. Втулка посредством затвора соединена с буровым ставом.

Рис. 2.14. Конструкция снаряда для уширения скважин раскатыванием:

1 - диск; 2 - сухари штанги; 3 - рычаг шарнира; 4 - обойма; 5 - коромысла шарнира; 6 - опорный каток; 7 - втулка; 8 - буровой став; 9 - затвор; 10 - ось; 11 - шарнирная система; 12 - раскатывающие ролики; 13 - прикатывающие ролики; 14 - сухари обоймы; 15- штанга; 16- центрирующая опора.

Сваи с лучевидным уширением.

Лучевидные уширения буронабивных свай могут быть получены разбуриванием или вдавливанием грунта. Для разбуривания используют буры-расширители (см. рис. 2.13, а) или уширители пантографного типа. Вдавливание грунта в стенки скважины выполняют специальными снарядами, снабженными плитами- штампами (см. рис. 2.13, б). Пантографный уширитель (рис. 2.15) состоит из режущего механизма и грунтосборника. Режущий механизм представляет собой систему с шарнирно-соединенными лопастями, закрепленную на конце буровой штанги. После погружения уширителя в забой скважины к буровой штанге прикладывают вдавливающее усилие, под действием которого режущие лопасти наконечника раздвигаются. Затем, вращая штангу, начинают резание грунта. Для отбора срезаемого грунта под режущим механизмом монтируется цилиндрическая бадья. Днище бадьи имеет зачистные ножи. Недостатком буров-расширителей и пантографных уширителей является цикличность процесса, при котором до 30% времени занимают спускоподъемные работы.


Рис. 2.15. Разбуривание грунта уширителем пантографного типа:

а — положение уширителя в скважине до разбуривания грунта; б - то же после разбуривания; 1 - скважина; 2 - режущие ножи уширителя; 3 - грунтосборник; 4 - штанга; 5 - уширение

Сваи с камуфлетной пятой.

При взрывном способе уширение полости в скважине образуется в результате камуфлетного взрыва. Размеры полости зависят от свойств грунта, количества и вида взрывчатого вещества. Уширение основания свай камуфлетным взрывом впервые было осуществлено Вильгельми в 1901 г. Скважины для свай Вильгельми проходили под защитой обсадной трубы. После извлечения из трубы грунта в забой скважины опускали заряд взрывчатого вещества и скважину заполняли бетонной смесью. Обсадная труба выполняла роль забойки. В результате взрыва образовывалась уширенная полость. Затем заканчивали бетонирование сваи и извлекали обсадную трубу. Чтобы исключить трудоемкую операцию по удалению грунта из обсадной трубы, А. А. Луга в 1941 г. предложил другой способ изготовления сваи с камуфлетным уширением. Согласно предложенной технологии в грунт погружали металлическую оболочку с закрытым концом, а заряд помещали в центр конического наконечника оболочки (рис. 2.16). При расчете заряда А. А. Луга дополнительно учитывал необходимость взрыва наконечника оболочки. Взрыв производился после заполнения оболочки бетонной смесью. Далее в скважину погружали каркас и заполняли оставшуюся часть скважины бетонной смесью. Эти сваи применялись в нашей стране в середине XX в. при сооружении опор мостов как сваи глубокого заложения. Со временем технология претерпела некоторые изменения в зависимости от способности грунта держать стенку скважины, глубины заложения, материалов и конструкции сваи, однако принципиальная последовательность выполнения работ осталась прежней.

Рис. 2.16. Технологическая схема А. А. Луги для изготовления свай с камуфлетной пятой:

1 - полая оболочка; 2 - конический наконечник; 3 - взрывная сеть; 4 - заряд взрывчатого вещества; 5 - бетонная смесь; 6 - камуфлетное ушире ние; 7 - арматурный каркас; 8 - свая

Буроопускные сваи с камуфлетной пятой.

Для повышения надежности буровой сваи в скважину, частично заполненную бетонной смесью, после взрыва погружают сваю заводского изготовления. Последовательность работ по изготовлению таких свай показана на рис. 2.17. Камуфлетное уширение рекомендуется выполнять, когда нижняя часть сваи находится в устойчивом связном грунте. В несвязных и малосвязных грунтах обязательна обсадка скважин инвентарными трубами. Обсадные трубы следует опускать не на всю глубину скважины, а на 0,8... 1,2м выше забоя во избежание деформации конца трубы во время взрыва. Камуфлетное уширение невозможно в водонасыщенных пылеватых песках, текучих и текучепластичных глинистых грунтах, а также в крупнообломочных и скальных грунтах.

Рис. 2.17. Технологическая схема изготовления буроопускных свай с камуфлетным уширением:

1 - заряд; 2 - провод к подрывной машине; 3 - обсадная труба; 4 - воронка; 5 - бетонная смесь; б — бадья; 7 — камуфлетное уширение; 8 - вибропогружатель; 9 - железобетонная свая

Преимуществом технологии является повышение несущей способности свай за счет камуфлетного уширения, увеличивающего площадь опирания сваи на грунт.Технология имеет ряд недостатков, которые значитель но снижают область применения свай камуфлетным уширением. Так, например, их нельзя использовать в условиях стесненной застройки и вблизи взрывоопасных производств. Для хранения взрывчатых веществ на строительной площадке необходимо создание склада. Технология не позволяет осуществить надежный контроль качества изготовления камуфлетного уширения. После взрыва возможно обрушение верхних сводов уширения и расслоение бетонной смеси. Для изготовления свай с камуфлетным уширением необходимо разрешение на взрывные работы, которые должна выполнять специализированная организация. Сваи, изготавливаемые с использованием разрядно-импульсной технологии. Применение способа электрозарядной технологии в геотехнике для уплотнения водонасыщенных песков, супесей и лессовидных суглинков предложил Г. М. Ломизе. Большой вклад в решение проблемы уплотнения водонасыщенных песков мгновенным динамическим воздействием внес П. Л. Иванов. Основы технологии изготовления свай с использованием электрогидравлического эффекта были разработаны в Ленинградском инженерно-строительном институте в 1978-1981 гг.

Сущность разрядно-импульсной технологии заключается в том, что скважину, заполненную мелкозернистым бетоном или цементным раствором, обрабатывают серией высоковольтных электрических разрядов. При этом возникает электрогидравлический эффект, в результате которого формируются ствол сваи или корень анкера, цементируется и уплотняется окружающий грунт. Первоначальный диаметр скважины (130...300 мм) в результате обработки расчетной серией разрядов может быть увеличен более чем в 2 раза, в зависимости от энергии, подаваемой в скважину, и гидрогеологических условий площадки. Окружающие грунты уплотняются, а пористость в зоне воздействия ударного импульса снижается. Для обработки бетонной смеси или цементного раствора электрическими разрядами используют генератор импульсных токов (ГИТ), включающий трансформатор, выпрямитель, накопитель энергии, коммутатор и блок управления. Генератор соединяют с излучателем энергии, установленным в скважине, заполненной бетонной смесью (рис. 2.18). Разряд создают следующим образом. Электрическая энергия постоянного тока напряжением 220...380 В повышается до 10 кВ. Электрическая энергия постоянного тока и высокого напряжения накапливается в накопителе энергии, который представляет собой блок конденсаторных батарей. Эту энергию направляют к излучателю, погруженному в бетонную смесь или цементно-песчаный раствор. При подаче электроэнергии на электроды излучателя в межэлектродном промежутке создается высокая плотность энергии и происходит пробой с образованием плазменного канала разряда, где за 10'4...10'5 с повышается температура до 104...105 оС и давление до 108...1013 Па. При этом в окружающей среде образуются и распространяются волны сжатия. На этой стадии происходит преобразование запасенной электрической энергии в энергию электродинамических возмущений, что приводит к расширению канала разряда в парогазовую полость. Когда давление в полости станет меньше гидростатического давления бетонной смеси, начинается схлопывание полости. После разряда оценивают степень уплотнения грунта по осадке бетонной смеси относительно устья скважины.

Рис. 2.18. Формирование уширения сваи с использованием разрядно-импульсной технологии:

1 - машина для подачи бетонной смеси; 2 - генератор импульсных токов; 3 - скважина до обработки; 4 - зона цементации грунта; 5 — зона уплотнения грунта; б - камуфлетное уширение в основании сваи; 7 - излучатель

Для изготовления свай и уплотнения грунта используют энергию электрического разряда 20...60кДж на импульс, а частоту разрядов 3...20 импульсов в минуту. При цементации контактной зоны «фундамент - основание» энергию электрического разряда назначают от 5 до 15 кДж.При использовании энергии разрядных импульсов до 60 кДж динамические воздействия, возникающие за пределами зоны обработки, незначительны и не оказывают вредного воздействия на усиливаемые конструкции и стоящие рядом здания. Разрядноимпульсная технология экологически безвредна; позволяет выполнять сваи и анкера различной формы, с уширением в одном или нескольких уровнях. Изготовленные по этой технологии сваи получили сокращенное наименование «сваи РИТ». Инструкция по использованию разрядно-импульсной технологии при изготовлении свай разработана НИИОСП им. Герсеванова в 1993 г. В 1997 г. выпущены «Рекомендации по применению буроинъекционных свай», в которых регламентированы технология устройства и методика расчета данных свай.

Технология изготовления свай РИТ включает следующие операции:

  1. Бурение скважины.
  2. Заполнение скважины бетонной смесью или цементным раствором.
  3. Обработка бетонной смеси или цементного раствора с использованием электроразрядной технологии на необходимых глубинах.
  4. Погружение арматурного каркаса в скважину.

Преимущества разрядно-импульсной технологии:

  • применение легких малогабаритных установок позволяет вести работы из подвала (высотой не менее 2,4 м), цокольного или первого этажей, не создавая неудобств жителям вышележащих этажей и окружающих зданий;
  • возможна проходка без обсадных труб в неустойчивых грунтах при оплывании стенок скважины.
  • Несущая способность свай РИТ в 1,5...2,5 раза выше, чем у буровых свай, изготовленных с использованием традиционных технологий.
  • Высокая несущая способность свай РИТ обусловлена расширением ствола сваи; уплотнением грунта вокруг ствола и под пятой сваи; частичной цементацией песчаных грунтов вокруг ствола.
  • Сопротивление грунта под пятой сваи увеличивается в 1,3...2,0 раза, а по боковой поверхности - в 1,2... 1,5 раза.
  • Одна из разновидностей электроразрядной технологии - магнитно-импульсная обработка бетонной смеси, которая позволяет существенно повысить прочность и однородность мелкозернистого бетона, качество и надежность сваи.
  • Сваи РИТ с успехом применяются при реконструкции существующих и строительстве новых зданий и сооружений. Рекомендуемый наклон свай к вертикали не более 20°.

Область применения свай РИТ:

  1. Возведение свайных фундаментов при новом строительстве в стесненных условиях в непосредственной близости от существующих зданий.
  2. Возведение ограждающих конструкций, аналогичных стенкам из касательных свай и стенам в грунте.

Использование свай РИТ в ограждающих конструкциях позволяет при минимальном извлечении грунта при бурении получить конструкцию, по жесткости и проницаемости практически не устудающую стене в грунте и способную, кроме того, нести достаточно большую вертикальную нагрузку. Благодаря тому, что грунт вокруг свай уплотняется, а пески к тому же и цементируются, появляется возможность устройства свай на относительно большом расстоянии друг от друга. Усиление существующих фундаментов путем передачи на сваи всей или части нагрузки от сооружения при изменении архитектурно-планировочных и конструктивных решений существующих зданий (надстройке, увеличении пролетов и нагрузок, увеличении высоты подвального этажа). В случае необходимости разрядно-импульсная технология может быть использована для цементации кирпичной и бутовой кладки фундаментов, при этом энергию электрического разряда назначают в диапазоне от 0,3 до 1,5 кДж, а частоту разрядов - от 10 до 150 в минуту. При усилении существующих, фундаментов конструктивные решения аналогичны тем, что используются для буроинъекционных свай. Конструктивные решения устройства свай РИТ при новом строительстве особенностей не имеют. Отличительной чертой применения свай РИТ в новом строительстве и при усилении существующих фундаментов является возможность получения высокой несущей способности сваи при минимальных буровом диаметре и длине. Несущая способность свай с буровым диаметром 150...250 мм не меньше, чем у забивных свай сечением 300x300 мм той же длины.








Яндекс.Метрика