книги из ГПНТБ / Крыльцов, Е. И. Современные железобетонные мосты [монография]

рыми залегают слои суглинков и тугопластичных глин мощностью 25—26 ж, подстилаемых толщей тяжелых моренных глин.

Взамен опускных колодцев строителями было предложено осно­ вание на буровых сваях. Для восприятия значительных усилий от постоянной нагрузки железобетонного пролетного строения длиной 84 ж необходима площадь передачи давления на грунт не менее 144 ж2, что обеспечивалось устройством на каждой свае уширения диаметром 3,5 ж. Под одну из опор было погружено 15 свай, а под вторую 13 диаметром 1,6 ж с уширением в основании до 3,5 ж.

Сваи сооружали буровым агрегатом УБС-1 (рис. VII.9), состоя­ щим из трех объединенных между собой металлических вышек 3, на общей самоходной платформе 1, передвигаемой по рельсовому пути колеей 4880 мм. На вышках смонтирована буровая колонка 2 с механизмом для вращения, грейфер 4 и ударное литое долото 5 массой около 3 т. Основные рабочие органы агрегата — фреза диаметром 1,6 ж емкостью около 2 ж3 и уширитель, обеспечиваю­ щий гидравлическое раскрытие ножей до диаметра 3,5 ж. Общая масса агрегата 104 т. Установленная мощность всех электродвига­ телей 132 кет.

Агрегат УБС-1 монтировали на насыпном островке.

Глубина реки в местах островков составляла в межень от 1,5 до 2,5 ж. Устье скважины разбуривали под защитой обсадной трубы длиной 2,5—3 м, которая исключала возможные наплывы на контак­ те материкового и насыпного грунта островка. Диаметр инвентар­ ной трубы— 1,75 ж, т. е. на 15 см больше диаметра фрезы.

402

дало экономию в 75 тыс. руб. Ряд проведенных испытаний буровых свай показал, что применяемые методы расчета буровых свай весь­ ма приближенны, в результате чего фактическое сопротивление сваи по грунту значительно превышает расчетные данные.

Буровые столбы особенно выгодны при устройстве уширений их основания, позволяющих сократить их общее количество, полностью использовать прочностные свойства материала ствола и, следова­ тельно, существенно повысить их экономическую эффективность.

Отечественный опыт крепления скважин глинистым раствором, успешно примененный на ряде строек, по сравнению с зарубежным имеет то преимущество, что в нем глинистый раствор используется только для крепления от обрушения стенок скважины и уширения, а разбуренная порода извлекается в процессе бурения буровой фре­ зой. Это исключает необходимость в громоздком и энергоемком оборудовании, необходимом для циркуляции и очистки раствора от разбуренной породы, что существенно снижает стоимость буровых работ и упрощает их производство в зимних условиях.

Уширители, применяемые в СССР, имеют перед зарубежными то преимущество, что их расположение над рабочей фрезой позволяет тщательно очищать нижнюю часть уширения от разбуренной поро­ ды, а система гидропривода раскрытий ножей уширителя обеспечи­ вает контроль за размерами разбуриваемого уширения непосредст­ венно в процессе производства работ.

В ряде з а р у б е ж н ы х с т р а н фундаменты из буровых и набив­ ных свай успешно конкурируют с фундаментами из забивных свай и оболочек, особенно в области промышленно-гражданского и гидро­ технического строительства. Наряду с буровыми сваями из моно­ литного бетона используют готовые сваи, погружаемые различными способами в пробуренные скважины (табл. VII. 1).

403

Во Франции, ФРГ, Италии, Японии, а также в Америке, Англии и в других странах наиболее распространен способ, при котором бу­ рение скважины, устройство уширения в ее основании и заполнение ее бетонной смесью производят под защитой обсадных труб или по­ лых шнековых валов, препятствующих обвалу и сползанию стенок грунта скважины. В процессе бетонирования разбуренной скважи­ ны извлекают обсадные трубы.

Образование вертикальных и наклонных скважин таким спосо­ бом возможно в любых гидрогеологических условиях, поскольку обсадная труба надежно удерживает стенки скважины от обруше­ ния в процессе бурения; работать можно на открытой воде без при­ менения островков. Кроме того, можно разрабатывать грунт удар­ ным и роторным бурением с удалением грунта периодически или непрерывно. Одно из преимуществ способа — возможность уплотне­ ния бетонной смеси в стволе сваи при извлечении обсадной трубы, существенно повышающего несущую способность ствола сваи по грунту и исключающего попадание грунта в бетон сваи. К недостат­ кам относятся: необходимость восприятия реактивных сил при по­ гружении или извлечении обсадной трубы, что в ряде случаев услож­ няет оборудование и производство работ на открытой воде; необхо­ димость использования бурового агрегата в процессе бетонирования свай или извлечения обсадной трубы, что существенно снижает его производительность.

Принцип действия применяемого здесь оборудования для погру­ жения и извлечения обсадных труб — ударно-вращательный, инер­ ционно-пневматический и ударный. Примером может служить япон­ ская машина Като, представляющая собой наиболее универсаль­ ную буровую машину, работающую по принципу ударного, враща­ тельного и всасывающего бурения с креплением скважин обсадны­ ми трубами или гидравлическим способом.

В Италии, Франции, Японии и других странах распространен также способ разбуривания скважин с креплением грунта стенок скважин гидравлическим противодавлением глинистого раствора или противодавлением избыточного подпора воды. Крепление сте­ нок скважины глинистым раствором надежно обеспечивает их от оплывания и вывалов грунта. Кроме того, глинистый раствор, обла­ дая структурной вязкостью, обеспечивает очистку забоя от довольно крупных фракций разбуренной породы. Однако такой способ креп­ ления требует специального громоздкого и энергоемкого оборудо­ вания для приготовления, нагнетания и очистки глинистого раство­ ра от разбуренной породы. Эксплуатация такого оборудования осо­ бо усложняется в зимних условиях. Недостатком является и необходимость установки жесткой защитной оболочки (стальной или железобетонной) при сооружении буровых свай на открытой воде или в илистых разжиженных грунтах, что в какой-то мере на­ рушает единообразие технологического процесса.

Крепление стенок скважины водой, находящейся на повышенном (3—4 м) уровне против горизонта воды в реке, основано на том, что избыточный подбор воды создает гидродинамический поток из сква-

405

ных случаях способ обратной промывки скважин водой использует­ ся и в Японии.

В Америке и Англии ввиду часто встречающихся благоприятных гидрогеологических условий (наличие плотных связных грунтов без включения валунов и отсутствие грунтовых вод) широко распро­ странено бурение винтовыми бурами и бетонирование скважин, а в отдельных случаях и уширения, без раскрепления стенок какимлибо специальным креплением устья скважин.

Для устройства уширений в основании свай за рубежом приме­ няют специальные уширители, большинство из них съемные, что является существенным недостатком. Уширители вращают обычно буровой штангой. Исключение представляет уширитель Беното (Франция), вращаемый автономным электроприводом.

В США находит применение уширитель (рис. VII.10), представ­ ляющий собой двухстворчатый ковш с режущими зубьями, шарнир­ но закрепленными вверху на ползуне, перемещающемся под давле­ нием буровой штанги в прорезях корпуса уширителя.

При устройстве в США и Англии набивных свай, которые услов­ но относятся к буровым сваям по общему признаку их устройства непосредственно в грунте, обычно в грунт погружают не сваю, а за­ щитную неизвлекаемую оболочку, выполняемую после погружения бетонной смесью. При необходимости в оболочку устанавливают арматуру.

К положительным качествам таких свай относятся: эффективное уплотнение грунта при погружении оболочек, что существенно по­ вышает несущую способность сваи; возможность погружения обо­ лочек в плотных грунтах на значительную глубину, не достижимую для забивных железобетонных свай при тех же сваебойных молотах; возможность устройства свай в пределах открытой воды и в разжи-

406

женных грунтах. Недостаток набивных свай в тонкостенных сталь­ ных оболочках — их повышенная стоимость.

Набивные сваи Раймонд применяют преимущественно двух ти­ пов. Первый тип — сваи в конических (коничность 1 : 30 с уширением кверху) оболочках с диаметром нижнего конца 20 см, имеющих оболочки длиной до 11 ж. Их монтируют из отдельных звеньев дли­ ной 1,2 и 2,4 м из тонколистовой волнистой стали и армируют спи­ ралью с шагом 7,5 см. Второй тип — сваи в ступенчатых оболочках, набираемых до необходимой длины (до 33 м) из тонкостенных стальных гофрированных секций различного диаметра, стыкуемых на переходных муфтах. Диаметр нижней секции от 21,5 до 33 см; нижний конец ее закрыт стальным башмаком.

Погружают конические оболочки при помощи специального ме­ таллического сердечника с центральным стержнем. Сердечник плотно прилегает к стенкам оболочки, не допуская деформации сваи, и легко извлекается вследствие коничности оболочки.

Для погружения ступенчатых оболочек применяют сердечник, скомплектованный из отдельных полых секций, соединенных между собой фланцевыми стыками и обжатых центральным натянутым тросом. Диаметр и длина секции сердечника соответствуют секциям оболочки. Сочетание фланцевых соединений секции сердечника с его обжатием центральным тросом обеспечивает устойчивость и жесткость погружаемой тонкостенной оболочки, а также разборность сердечника и возможность многократного его использования.

Во Франции защитную тонкостенную оболочку делают из ленты, спирально навиваемой на центральный стержень сердечника. В по­ следние годы в Англии, Франции, Японии и других странах запа­ тентованы оболочки из гибких синтетических материалов, тканей, пропитанных различными смолами, и из каучука, опускаемые в про­ буренные скважины и заполняемые бетоном.

Применяются за рубежом и комбинированные способы.

§ 35. ОПУСКНЫЕ КОЛОДЦЫ

Устройство фундаментов при помощи опускных колодцев — от­ носительно простой способ, применяемый в грунтах различной плот­ ности без твердых включений (крупных валунов, скальных просло­ ек). Колодцы погружают обычно под действием собственного веса (как правило, массивной конструкции), достаточного для преодоле­ ния сил трения грунта о боковую поверхность в процессе погруже­ ния. Глубина погружения колодцев обычно колеблется от 5 до 15 м. Имеются отдельные случаи использования их для фундаментов, за­ кладываемых на глубину до 30—40 м.

В о т е ч е с т в е н н о м м о с т о с т р о е н и и м о н о л и т н ы е и с б о р н ы е к о л о д ц ы последних лет, как правило, применяли на суходолах, а для погружения их в русле рек устраивали искусствен­ ные островки. Наплавные колодцы почти не применяли, за исключе­ нием совмещенного моста через р. Волгу, где для фундаментов двух речных опор использованы колодцы комбинированной

407

уровня отсыпки 2 и дна реки колодец погружали путем увеличения его веса за счет бетонирования стенок и удаления грунта из его шахт. Колодцы были погружены на 15 ж ниже дна реки и заложе­ ны в слое глинистых мергелей. Из шахт колодцев аллювиальные грунты вынимали эрлифтами и грейфером без водоотлива, а при прохождении грунтов шахты удалось осушить.

Устройство фундаментов на опускных колодцах в ряде случаев может быть экономичным решением. Однако от них иногда отказы­ ваются из-за возможного зависания колодцев в грунте, что чаще всего случается в плотных глинистых или гравелистых грунтах. По­ этому в отдельных случаях (например, для мостов через реки Оя и Хемчик) предварительно разрабатывали экскаватором грунт на значительную глубину вокруг колодца, что нельзя считать удачным решением, так как оно связано с возможностью больших отклонений колодца от проектного положения и даже опрокидывания.

408

погружали обычным способом до их зависания, которое ликвидиро­ вали при помощи взрывов. После извлечения грунта в случае необ­ ходимости весь цикл повторяли. В среднем от каждого взрыва (оптимальная масса заряда 300 г) колодец погружался на 20 см, а среднее опускание в смену составило 40 см. Скорость опускания ко­ лодца зависела только от производительности грейфера. Наплыв грунта в колодец не превышал 10%.

В последние годы находят применение сборно-монолитные и сборные конструкции опускных колодцев. Например, сборно-моно­ литная конструкция применена для большого числа опускных колод­ цев мостов через реки Иман и Уссури. Колодцы (рис. VII.13) бето­ нировали на месте опускания в опалубке 1 из железобетонных щи­ тов заводского изготовления, ставших элементами конструкции колодца после укладки монолитного бетона 2. При заклинивании в процессе опускания массу колодца увеличивали путем наращивания наружных щитов и заполнения водой образовавшегося пространст­ ва (с предварительным перекрытием шахт).

Сборные опускные колодцы изготавливают обычно из плоских секций. Для автодорожных мостов в Криворожье при размерах ко­ лодцев в плане 2,9 X 4,5 м и высоте 4,5 м их монтировали из секции высотой 40 см. Нижняя ножевая секция имела высоту 50 см и раз­ меры в плане на 20 см больше остальных, за счет чего образовались выступы по 10 см. В каждую секцию закладывали вертикальные трубки диаметром 75 мм для пропуска при сборке колодца сталь­ ных тяжей, при помощи которых секции соединяли. Секции массой по 6 тизготавливали на полигоне, доставляя их на трейлерах к мес­ ту сборки. Монтировали колодец на слое глиноземистого цемента при помощи крана грузоподъёмностью 10 тза одну рабочую смену, а одновременное погружение двух колодцев для каждого фундамен­ та за шесть рабочих смен.

409

СССР стали применять новый способ погружения опускных ко­ лодцев в т и к с т р о п н ы х р у б а ш к а х , которые обеспечивают устойчивость грунтовой стенки и устраняют силы трения боковой поверхности о грунт. Этот способ применения глинистых растворов для погружения опускных колодцев был предложен и запатентован в 1945 г. инж. Н. В. Озеровым. Эффективность способа подтверди­ лась опытом применения его у нас и за рубежом. За время с 1965 по 1967 г. в промышленном строительстве было погружено 17 ко­ лодцев диаметром от 11 до 36 ж на глубину от 8,8 до 17,5 ж. Все колодцы были тонкостенными из сборного железобетона.

При этом способе стены в нижней части колодца на высоту 2— 3,5 ж делают на 10—15 см толще, чем верхней части за счет умень­ шения наружных размеров верхней части. В результате между на­ ружной поверхностью стен колодца и грунтом при погружении соз­ дается кольцевая щель, после заполнения которой глинистым раствором образуется так называемая тикстропная рубашка. Силы трения при опускании колодца в пределах тикстропной рубашки значительно снижаются. Необходимо преодолеть в основном только

410

силы трения, которые возникают на небольшой высоте поверхности ножевой части колодца (2—3,5 м), соприкасающейся с грунтом. Кроме того, здесь исключается возможность заклинивания колодца грунтом в процессе погружения. Толщина стен колодца может быть значительно уменьшена. Глинистый раствор проникает на неболь­ шую глубину в толщу грунта и тем самым служит изоляцией.

В 1952 г. в Венгрии для сравнения способов снятия трения под­ мывом и тикстропной рубашкой был проведен опыт. Два одинако­ вых по форме колодца в одних и тех же геологических условиях по­ гружали один с подмывом, а другой с применением тикстропной ру­ башки. Колодец с подмывом удалось опустить на 12 м, дальнейшее погружение без дополнительной пригрузки было невозможно. Ко­ лодец с тикстропной рубашкой легко прошел глубину в 26 м и, его. можно опустить даже на глубину до 30—35 м.

Опыт показывает, что применение бетонитовых глин для устрой­ ства тикстропной рубашки не обязательно. Однако раствор из мест­ ных глин в большинстве случаев нужно обрабатывать химическими реагентами —•едким натром или пальпированной содой. Производ­ ство работ в зимнее время при температуре воздуха минус 15—20° С и ниже с применением тикстропной рубашки возможно, необходимо! лишь утепление насоса, труб, форшахты и растворного узла.

В отечественной и зарубежной практике известны случаи, когда колодцы при опускании зависали, несмотря на то что тивстропный раствор был хорошего качества. Такие трудности возникали пре-

411