1462

УДК 624.137

ОГРАЖДЕНИЯ КОТЛОВАНОВ ИЗ БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ МЕТОДОМ «СТЕНА В ГРУНТЕ»

И.Б. Балуев, Н.В. Кошелев

Открытое акционерное общество «Пермдорстрой», Пермь, Россия

Изложена технология устройства ограждения стен котлованов бетонными буронабивными сваями методом «стена в грунте».

Ключевые слова: стена в грунте, буронабивная свая (БНС), армирующий элемент БНС, бетон, класс бетона, обводненный грунт, прочность при изгибе.

Область применения. Стена в грунте из армированных или неармированных бетонных буронабивных секущих свай применяется: для укрепления стенок котлована в слабых или обводненных грунтах [1], крепления котлована в стесненных условиях [2], строительства набережных, подпорных стенок. Стена в грунте может одновременно служить фундаментом и стенами подземных помещений надземного здания.

Производство работ. Проекты разработки котлованов составляют при глубине котлована более 2 м, если для его устройства требуется применение защитных мероприятий. Буронабивные сваи (БНС) в России были разработаны в 50-х гг. ХХ в. в качестве фундаментов глубокого заложения при строительстве опор мостов (альтернатива кессонных), а рекомендации применения секущих БНС (стена в грунте) в ограждениях котлованов изложены в работе [3].

В настоящее время широкое применение секущие БНС находят: при ограждении котлованов вблизи существующих фундаментов промышленных и гражданских зданий, которые не оказывают вибрационных и ударных нагрузок, не нарушают водный режим в грунтах существующих фундаментов; при ограждении котлованов взамен металлического шпунта, когда невозможно устройство анкерного крепления.

Современные машины со сменным оборудованием могут выполнять устройство БНС диаметром от 300 до 1600 мм, длиной до 50 м в зависимости от назначения. В зависимости от давления грунта на сте-

314

ну БНС может усиляться армирующими элементами: стальной трубой, двутавром, швеллером или арматурным каркасом и т.д. Стена в грунте из БНС формируется за счет сближения центров смежных свай. Например, проектный диаметр ряда БНС равняется 600 мм, а расстояние между центрами смежных БНС устанавливается через 500 мм, т.е. боковые поверхности смежных БНС секутся по 50 мм каждая.

Принципиальная схема устройства стены в грунте из БНС по технологии непрерывного шнека без обсадной трубы описана ниже: геодезическая разбивка и закрепление штырями центров каждой БНС, установка буровой машины на центр БНС, в режиме вертикального бурения заглубгление шнека до проектной отметки. В целях предупреждения образования «пробок» в бетонопроводе через приемный бункер бетононасоса закачивается специальный пластифицирующий раствор – пусковая смесь типа Slick-Pak, которая вытесняет воздух из полости пробуренной скважины и промывает стенки бетонопровода. Полнота заполнения пусковой смесью бетонопровода и скважины определяется по датчику уровня буровой машины, после чего через бетонопровод в скажину до ее нижней точки закачивается бетонная смесь. О достижении бетонной смесью нижней точки скважины сигнализирует датчик буровой машины. Одновременно автоматически включается режим подъема шнека (без его вращения), вытеснения из скважины грунта к устью и заполнения полости скважины бетонной смесью. В случае отсутствия бетонной смеси в бункере бетононасоса подъем шнека отключается до пополнения бункера. Вытесненный из скважины грунт непрерывно удаляется в отвал для последующей отвозки. После полного заполнения бетонной смесью полости скважины буровая колонна машины отводится в сторону и специальным грузоподъемным устройством в центр скважины подается армирующий элемент БНС. По направляющему устройству на начальном этапе армирующий элемент опускается в бетонную смесь под собственным весом, а, когда погружение прекращается, дальнейшее опускание армоэлемента выполняется вибропогружателем буровой машины. Класс бетонной смеси, марка по морозостойкости, водонепроницаемости и подвижности назначается проектом. Каждой БНС присваивается порядковый номер.

По технологии, описанной выше, в первую смену (около 12 ч) выполняют устройство БНС с нечетными номерами (через одну), а во вторую смену, через 12 ч, выполняется устройство БНС с четными номерами (между раннее выполненными). При этом бетон БНС с нечетными

315

номерами частично срезается буровой колонной с последующим заполнением срезов свежей бетонной смесью, за счет чего формируется герметичная стена в грунте.

Пример расчета подпорной стенки:

Величину нагрузок, действующих на БНС, выполняем по методике, изложенной в разделе «Боковое давление грунтов в подпорной стенке» работы [4].

Исходные данные:

БНС600 мм: длина – 10 м, бетон В22.5, Wx = 21 195 см3, армирующий элемент – стальная двутавровая балка № 25Б1 по ГОСТ 19 425: Wx = 285,3 см3, линейная плотность 25,7 кг/м, h = 248 мм, b = 124 мм, t = 8 мм (по сортаменту балки).

Грунты погружения БНС600, высотные отметки верха и низа БНС и УГВ представлены на рисунке.

Рис. Расчет подпорной стенки

316

Максимальная глубина котлована (свободная высота БНС600) – отрезок АВ = 99,0 – 94,11 = 4,89 м, глубина заделки БНС600 в грунт – отрезок ВС = 94,11 – 89,0 = 5,11 м.

Проверочный расчет принятой конструкции ведем для 1-го случая загружения стенки на 1 метр погонной длины по формуле

где Е – равнодействующая активного давления грунта на стенку; v – вес 1 м3 грунта, v = 1,8 т/м3; h – расчетная высота активного давления грун-

та на стенку, h = 3,89 м; ke = tg2 (45° – γ/2) = 0,27 (по табл. 206 [4]); z = 1/3h по §42 для 1-го случая загружения стенки [4]; γ – средняя величина угла внутреннего трения грунта за стенкой, γ = 0,27 по табл. 205 [4].

Подставляем в формулу (1) числовые значения:

Е = 0,5 · 1,8 · 3,892 · 0,27 = 3,69 т.

Определяем максимальный изгибающий момент в БНС в поперечном сечении В:

Мmах = z · E,

где z – плечо равнодействующей силы Е.

Подставляем числовые значения: Мmах = 1,30 · 3,69 = 4,80 т·м. Определяем напряжение растяжения БНС при изгибе в сечении В

по формуле

где W – момент сопротивления БНС, см3; š – напряжение, см2. Момент сопротивления одной БНС600 определяем по формуле для

круга:

W1 = π · d 3/32,

где d 3 – диаметр БНС, d 3 = 60 см , π = 3,14.

W1 = 3,14 · 603/32 = 21 195 см3.

На 1 метр погонной длины стены входят 2 шт. БНС600. Общий момент сопротивления W2 = 21 195 · 2 · 0,9 = 38 151. Подставляем в формулу (2) численные значения:

š = 4,8 · (1000 кг) · (100 см) / 38 151 = 12,58 кг/см2.

Вывод: Допускаемое напряжение при изгибе бетона класса В22.5 составляет 9 кг/см2, следовательно, требуется армирование ГЦС.

317

УДК 625.731.811

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ИЗ КРУПНООБЛОМОЧНЫХ ГРУНТОВ

И.Б. Балуев, Н.В. Кошелев

Открытое акционерное общество «Пермдорстрой», Пермь, Россия

Изложена технология устройства насыпей автомобильных дорог и методы контроля уплотнения крупнообломочных грунтов. Внедрена в ОАО «Пермдорстрой с 2009 г.

Ключевые слова: крупнообломочные грунты – аргеллиты, алевролиты, доломиты, известняки, осадочная марка, технологическая карта.

Крупнообломочные грунты как материалы для сооружения насыпей автомобильных дорог, должны иметь однородную, плотную (монолитную) структуру, устойчивую к воздействию атмосферных осадков в условиях эксплуатации.

Условиями формирования оптимальной структуры крупнообломочных грунтов, способствующими повышению устойчивости возводимых насыпей в изменяющемся влажностном режиме, являются следующие:

–гранулометрический состав, обеспечивающий получение плотной грунтовой смеси;

–возможно большее количество контактов между скелетными частицами;

–оптимальная (или близкая к ней) влажность мелкозема (грунт

сразмером частиц менее 2 мм) в процессе уплотнения;

–степень уплотнения грунта при возведении насыпей в соответствии с проектом.

Плотность и устойчивость уложенного грунта повышаются при содержании мелкозема в количестве, достаточном для заполнения пространств между более крупными обломками [1]. Оптимальным является состав крупнообломочного грунта с содержанием 65–70 % обломочной составляющей.

Наиболее неблагоприятными с точки зрения обеспечения длительной устойчивости насыпей автомобильных дорог (в условиях возможного увлажнения атмосферными водами) являются крупнообломочные

319

грунты, содержащие обломки легко выветривающихся размягчаемых скальных пород (например, аргиллитов и алевролитов).

При устройстве насыпей из аргиллитовых и алевролитовых крупнообломочных грунтов предпочтение следует отдавать грунтам, содержащим 30–40 % мелких фракций (размером мельче 2 мм) [2].

Образование достаточного количества мелкозема достигается уплотнением предварительно увлажненного и размягченного аргиллитового и алевролитового грунта.

Всостав работ по возведению земляного полотна из аргиллитов и алевролитов входят следующие операции: подготовительные работы, геодезические и разбивочные работы, возведение земляного полотна (разработка, транспортировка, отсыпка и разравнивание грунта, планировка верха и откосов земляного полотна, уплотнение грунта).

Вцелях предотвращения увлажнения ядра насыпи за счет капиллярного поднятия при близком залегании уровня грунтовых вод (или возможного застоя поверхностных вод) в основании возводимой насыпи устраивают капилляропрерывающие или водоизолирующие слои

(рис. 1).

Рис. 1. Конструкция дорожного полотна: 1 – капилляропрерывающий слой; 2 – ядро насыпи из аргиллитового грунта; 3 – защитный слой на откосе; 4 – рабочий слой; 5 – слой укрепления на поверхности откоса

Снижение просадочности крупнообломочных грунтов, содержащих обломки аргиллита или алевролита, достигается их уплотнением.

Откосы насыпей из легко выветривающихся размягчаемых пород (аргиллитов и алевролитов) следует закрывать глинами и суглинками толщиной слоя не менее 20 см.

Для уплотнения крупнообломочных грунтов, как правило, следует применять комбинированные кулачковые виброкатки [3].

320