30. Палеві фундаменти: види, способи влаштування, ефективність.

Об'єми земляних робіт скорочуються на 70…75%, об'єм бетону менше на 25…30%, трудомісткість зведення підземних частин будівель та споруд менша в 1,5…2 рази у порівнянні з традиційним фундаментом.

Палі класифікують за способом передачі навантаження (висячі та стійки), матеріалом (залізобетонні, металеві, дерев'яні і ін.), формою ствола (прямокутні, круглі, полі), за методами виконання робіт (занурювані, набивні) (рис. 2.9).

Занурювані палі виготовляють на заводах будіндустрії та привозять на будівельні майданчики. Бетонну суміш для ростверків готують на заводах або безпосередньо на будівельних майданчиках. Способи занурювання: ударом, вібрацією, вдавлюванням, загвинчуванням, підмивом.

Рис. 2.8. Захист ґрунту від промерзання та розморожування мерзлого ґрунту: а ‑ методом перелопачування; б ‑ методом підгортання (/, // ‑ проходки); в ‑ установка для розморожування ґрунту рідким паливом; г ‑ схема розміщення парових голок; д ‑ водяна голка; е ‑ електрична голка; є ‑ горизонтальні електроди; ж ‑ вертикальні електроди для прогрівання ґрунту способом знизу вверх; 1 ‑ початкова проходка; 2 ‑ осі проходки; 3 ‑ додаткова проходка; 4 ‑ паливний бак; 5 ‑ секції короба; 6 ‑ шланг для подавання палива; 7 ‑ форсунка; 8 ‑ головна секція короба; 9 ‑ утеплювач; 10,11 ‑ зовнішня та внутрішня сталеві труби; 12 ‑ електронагрівальна ніхромова спіраль; 13 ‑ електроди; 14 ‑ верхній шар утеплювача; 15 ‑ шар тирси; 16 ‑ мерзлий ґрунт; 17 ‑ сніговий покрив; 18 ‑ немерзлий ґрунт; Вк, Вв ‑ ширина котловану та виїмки

Будівельний майданчик оснащують необхідним обладнанням і енергоресурсами. Після планування до позначки низу ростверка осі виносять на обноску та переносять на місцевість, закріплюючи місцезнаходження кожної палі кілочками. Розкладають палі так, щоб їх можна було захвачувати та ставити в проектне положення перед забиванням копром. Спочатку виконують пробну забивку, щоб уточнити правильність запроектованих параметрів, контролюючи відмову та довжину палей.

Рис. 2.9. Різновиди паль: І ‑ виготовлені заздалегідь, з подальшим заглибленням їх у грунт; ІІ ‑ монолітні, виготовлені на місці їхньої експлуатації; III ‑ комбіновані; а ‑ циліндричні та призматичні; б ‑ малопірамідальні; в ‑ пірамідальні; г ‑ із жорстким потовщенням ствола; д ‑ із розширенням ствола, що розкривається; е ‑ із гвинтовим розширенням; є ‑ буронабивні; ж ‑ пневмотрамбовані; з ‑ частотрамбовані; и ‑ буронабивні з поліпшеною основою; і ‑ буронабивні з розширенням ствола; ї ‑ камуфлетні; й ‑ у витрамбованих котлованах; к ‑ буроопускні; л ‑ комбіновані камуфлетні; м ‑ ін'єкційні анкери; 1 ‑ жорстке потовщення ствола знизу; 2 ‑ жорстке потовщення ствола зверху; 3 ‑ наконечник, що розкривається; 4 ‑ гвинтове розширення; 5 ‑ свердловина; 6 ‑ штанга; 7 ‑ трамбівка; 8 ‑ бетонна суміш; 9 ‑ обсадна труба; 10 – шлюзова камера; 11 ‑ наконечник обсадної труби; 12 ‑ збірні забивні елементи; 13 ‑ розбурене розширення ствола; 14 ‑ камуфлетне розширення; 15 ‑ витрамбований котлован; 16 ‑ опускний елемент; 17 ‑ вібратор; 18 ‑ цементний розчин; 19 ‑ бур-ін'єктор

Найбільш поширений ударний метод занурювання палей. Застосовують молоти механічні, пароповітряні; останнім часом найчастіше – дизель-молоти, бо вони найбільш продуктивні та надійні в роботі. Дизель-молоти розміщуються на копрових установках, які найчастіше є навісним оснащенням до тракторів, екскаваторів або гусеничних і пневмоколісних кранів (рис. 2.10). Самостійні копрові установки баштового типу, які переміщуються по спеціально влаштованих на шпалах рейках, застосовуються рідко, тільки у разі великого фронту робіт.

Рис. 2.10. Забивання палей самохідними палебійними агрегатами, змонтованими: а – на тракторі; б – на автомобілі; в – на екскаваторі; 1 – трактор; 2 – гідроманипулятор для підйому молота і палі; 3 – гідравлічні підкоси; 4 – щогла; 5 – головка з блоками; 6 ‑ молот; 7 – стріла для заведення палі під молот; 8 – паля; 9 – рама; 10 – нижній відвідний блок; 11 – автомобіль; 12 – гідроциліндри для підйому молота і палі; 13 – опори щогли (для транспортного положення); 14, 15, 16 – гідроциліндри для нахилу щогли, висунення стріли та переміщення щогли; 17 – виносні опори; 18 – поліспаст; 19 – канат молота; 20 – канат для палі; 21 – канат для стріли; 22 – наголовник; 23 – стріла екскаватора; 24 – телескопічна розпорка

Копер оснащується стрілою, щоб спростити захват палі за оголовок, її підтягнення та підйом і встановлення на місце занурювання. Для довгих палей може застосовуватися автокран, яким підтримують палі за нижню скобу під час волочіння. У дизель-молотах ударна частина піднімається робочим ходом двотактного двигуна. У штангових молотах циліндр переміщується по направляючих штангах. Під час удару по поршню в камері згорання спалюється суміш палива та повітря, енергією якого циліндр підкидається вгору. У трубчатих молотах ударною частиною є поршень, який також підкидається вгору під час згорання палива в сферичній частині циліндра. Кількість ударів дизель-молотів 60 за хвилину. Енергія удару трубчатих молотів у 2…3 рази більша від штангових, тому маса ударної частини трубчатих ‑ 0,5…0,7, а штангових ‑ 1,25 від маси палі. Тип молота вибирають за коефіцієнтом використання:

де – маса молота, кг;

– маса палі з наголовником, кг;

– енергія удару (паспорт).

Для підвісних молотів К = 3, парових і штангових дизель-молотів одиничної дії К = 5, подвійної дії та трубчатих дизель-молотів К = 6.

Відмова (глибина занурювання) від застави (10 ударів або кількість їх за одну хвилину). Проектна відмова ‑ коли паля матиме проектну несучу здатність (це динамічні випробування), тоді палю перестають далі занурювати, бо вона може розрушитися. За проектною відмовою здійснюють головний вид контролю якості, а також за місцезнаходженням (допуск), вертикальності занурення, відсутності тріщин та ін., за операційним контролем якості.

Вібраційний метод – за допомогою віброзанурювача, але останні 15…20 см – ударним методом, щоб підвищити несучу здатність. Частота коливань 1500 за хвилину. Вібраційний метод найбільш ефективний на водонасичених незв'язних грунтах. Він також використовується якщо ударний метод використати не можна. Глибина занурювання ‑ до проектної відмови. Якщо проектна відмова досягається при глибині занурювання менше 85% проектної, то необхідне погодження з проектувальниками.

Занурювання підмивом ‑ грунт частково вимивають під напором із спеціальних трубок, які закріплюють на палі, щоб знизити опір занурюванню. Як правило, використовують для довгих та палей-оболонок. Але останні 1…2 м занурюють без підмиву.

Методи вдавлювання, загвинчування, опускання в підготовлену свердловину застосовуються рідко, коли забивання неможливе (розрушуються будівлі, споруди, комунікації, що знаходяться неподалік).

Буронабивні палі. Бурять свердловину (рис. 2.11) проектних розмірів, якщо необхідно – розбурюють уширену п’яту, але надійніше витрамбуванням або вибухом. У міцному грунті бурові роботи можуть виконуватися без закріплення стінок, але найкраще з їх закріпленням суспензією із бентонітової глини, а ще краще – обсадними трубами. Вибурену свердловину приймають із складанням акта на закритті роботи. Потім вставляють каркас, на якому обов’язково повинні бути фіксатори для забезпечення захисного шару бетону. Подають бетонну суміш по бетонолітній трубі через спеціальний завантажувальний бункер або приймальну воронку. Вібратор закріплюють у верхній частині.

Не можна скидати бетонну суміш вільним падінням з висоти більше трьох метрів. При бетонуванні в захисному розчині бентонітової глини процес ведуть методом піднімання труби. Бетонолітну трубу із торцем, закритим пижом, вставляють на дно свердловини, після чого подають бетонну суміш, витискуючи більш легку суспензію бентонітової глини. Трубу поступово підіймають, але так, щоб її кінець обов’язково залишався в бетонній суміші. Бетонування обов’язково вести безперервно до повного заповнення свердловини.

Рис. 2.11. Установка для улаштування буронабивних палей: 1 – базова машина; 2 – ролик для нахилу стійки; 3 – стійка-оголовок; 5 – електропривід; 6 – каретка; 7 – бурова колона зі шнеком; 8 – очищувач; 9 – шнек; 10 – кондуктор; 11 –домкрат; 12 – рама

Потім трубу виймають, верхній шар бетонної суміші, змішаної з глиняною суспензією, знімають до чистої бетонної суміші, ставлять опалубку-кондуктор оголовка та закінчують бетонування. Більш продуктивне бетонування за допомогою бетононасоса, бо менше витрат на витягування та розмонтовування ланок бетонолітної труби. Останні процеси бетонування виконуються аналогічно. Надійніший захист від обвалювання стінок свердловини забезпечує обсадна труба, яка, як і бетонолітна, повинна складатися з окремих ланок секцій довжиною 2…3 м, але її діаметр повинен бути рівним діаметру свердловини, а повна довжина – глибині свердловини, оскільки вона повинна вставлятися до самого дна свердловини.

У міру заповнення свердловини обсадна труба виймається, її ланки розмонтовуються для зручності заповнення свердловини бетонною сумішшю. Ефективне влаштування п’яти палі камуфлетним вибухом. Заряд закладають на дно, щоб він знаходився в товщі бетонної суміші. Після закінчення бетонування свердловини, обов’язково до початку схвачування бетонної суміші, заряд підривають.

У результаті ущільнення грунту створюється утовщення палі в опорній частині. Об’єм п’яти (утовщення) контролюють за висотою осадки (об’єму) бетонної суміші в палі. Після вибуху закінчують бетонування палі одночасно з улаштуванням оголовка в спеціальному кондукторі (опалубці). Буронабивні палі влаштовують довжиною (глибиною) до 35 метрів, діаметром від 400 до 1200 мм, можна пустотілі (палі-оболонки).

Ростверки влаштовують збірні або монолітні. Їх з’єднують спочатку випусками арматури оголовків палей з арматурою цих ростверків відповідно до робочих креслень. Занурювані (збірні) палі перед улаштуванням ростверка укорочують до проектної позначки. Застосовують пневматичні відбійні молотки або спеціальні установки, арматуру обрізають автогеном або іншими різаками. Основу ростверка вирівнюють піском на проектній позначці. На неї установлюють збірні ростверки або опалубку та арматуру для влаштування монолітних ростверків. При влаштуванні збірних ростверків стики з’єднання з палями омонолічують.

Якість виконання робіт контролюють відповідно до вимог нормативних документів і робочих креслень. Роботи повинні виконуватися за розробленими ПВР та технологічними картами з детально відпрацьованим операційним контролем якості. Обов’язкові також акти на закриті роботи з улаштування свердловин, армування, позначок ростверка; ведення журналу робіт, сертифікати на використані матеріали. Потрібен ретельний контроль за бетонуванням, необхідно виключити можливість обвалень стінок свердловин. Якість бетону визначається за зразками, які виготовляють із відібраних проб із кожної партії бетонної суміші, зберігають у тих же умовах, що і твердіючий бетон палей та випробовують у проектному віці (28 діб звичайних і 90 діб гідротехнічних бетонів). Особливу увагу приділяють місцеположенню палей: допустимі відхилення в плані від проектного положення у разі однорядного розташування не більше 0,2 діаметра (перерізу) палі, при 2…3-рядному – не більше 0,3 діаметра. Вертикальні позначки ростверка ±50 мм монолітного, ±30 мм збірного.

По завершенні робіт роблять виконавчу схему з прийманням робіт комісією до початку виконання наступних робіт. Роботи в зимових умовах з улаштування занурюваних палей майже не відрізняються від виконання таких робіт у звичайних умовах. У промерзлому грунті вибурюють лідируючу свердловину на глибину промерзання, а далі занурюють звичайними методами палю. При влаштуванні буронабивних палей головну увагу приділяють недопущенню попадання снігу та наледі в свердловини ‑ їх закривають після улаштування. Дуже важливо також не допустити замерзання бетонної суміші під час бетонування та витримати необхідний термо-вологісний режим на період твердіння, закриваючи термоізоляційними матеріалами відкриті поверхні.