Устройство буронабивных свай и способ «стена в грунте»

патрубком, после чего буровым станком бурят скважину на проектную глубину и для направленного бурения последующих скважин производят обсадку стенок скважины лидернонаправляющей трубой (рис. 6.15).

Рис. 6.15. Лидернонаправляющие трубы:

а – общий вид; б – план расположения лидернонаправляющих труб при разработке траншеи

После сооружения несущих стен и набора прочности бетона до 100% начинают работы по разработке грунта между возведенными стенами котлована, установке расстрелов или анкеров и монтажу внутренних сооружений и свода перекрытия. Организация работ зависит от размеров сооружения и гидрогеологических условий строительства.

При глубине котлована до 15,0 м работы обычно осуществляются в такой последовательности. Экскаватором обратная лопата разрабатывает грунт на глубину до 5,0 м с погрузкой в автосамосвалы. Второй уступ высотой 10 м разрабатывается экскаватором типа драглайн с оставлением откосов у стен котлована. К закладным деталям в стене привариваются монтажные столики, на них собираются пояса из двух двутавров и устанавливаются расстрелы из труб диаметром 630 мм, после чего производится разработка грунта откосов бульдозером с передвижением его в зону работы экскаватора.

В настоящее время возможно применять и гидромеханизированную разработку грунта, которая производится гидромонитором послойно. При этом землесосы устанавливают непосредственно на грунт или на понтоны.

Эффективно использовать также комбинированную схему разработки грунта бульдозеров в сочетании с гидромеханизацией.

Устройство буронабивных свай. Технология сооружения буронабивной сваи включает в себя следующие процессы (рис. 6.16):

бурение в грунте скважины, крепление ее стенок, разработка и удаление из забоя грунта;

опускание в скважину арматурного каркаса; заполнение скважины бетонной смесью, обычно методом вертикально

перемещаемой трубы (ВПТ).

Способ разработки грунта в скважине определяется видом грунта: несвязные грунты можно разрабатывать эрлифтом;

300

Рис. 6.17. Способы крепления стенок скважины:

a – избыточным давлением воды; б – глинистым раствором; в – обсадной трубой

При использовании избыточного давления воды в скважине необходимо поддерживать уровень воды на 5–6 м выше уровня грунтовых вод или уровня воды в реке. Столб воды создает избыточное давление на стенки скважины:

р = γв·h,

где h – высота столба воды над уровнем естественного горизонта воды в скважине;

γв – плотность воды.

Глинистый раствор имеет плотность 1,05–1,3 г/см3, что выше плотности воды, окружающей скважину. Эта разница обеспечивает гидростатическое противодействие горному давлению грунта в скважине.

Первые два способа дешевы и просты, но грунт может вывалиться в скважину: ее качество не гарантируется.

Достоинство обсадной трубы заключается в том, что она обеспечивает идеальную форму скважины и гарантирует ее качество. Обсадные трубы – инвентарные конструкции многоразового использования. Они состоят из стыкуемых на резьбовых пробках секций длиной до 6 м и подлежат обязательному извлечению из грунта.

Стадии сооружения буронабивной сваи под защитой обсадной трубы наглядно показаны на рис. 6.18.

302

Рис. 6.18. Стадии сооружения буронабивной сваи под защитой обсадной трубы: a – погружение обсадной трубы; б – разработка грунта скважины; в – армирование и бетонирование сваи

Для предотвращения обрушения грунта в верхней части скважины часто устраивают инвентарную трубу-патрубок длиной до 5–10 м. Патрубок заглубляют в верхние слои неустойчивых грунтов, после чего разрабатывают скважину под глинистым раствором или при избыточном давлении воды.

Погружение обсадной трубы при бурении скважины осуществляется, как правило, ее задавливанием при вращении в горизонтальной плоскости («качании»). Угол вращения («качания») трубы, наращиваемой в процессе погружения, составляет около 20°, ход погружения (подъема) трубы за одно «качание» составляет около 0,5 м.

Инвентарные или оставляемые в грунте стальные обсадные трубы (с закрытым или открытым нижним концом) можно погружать в грунт и забивкой, и вибропогружателем.

Скважину заполняют бетонной смесью после подвески арматурного каркаса не позднее чем через 16 ч после окончания буровых работ.

Если невозможно уложить бетонную смесь насухо, следует применить подводную кладку методом ВПТ при осадке конуса 16-20 см.

Толщина защитного слоя в буронабивных сваях, бетонируемых методом ВПТ, должна быть не менее 10 см.

Метод ВПТ не обеспечивает высокой прочности бетона, потому приходится прибегать к особым технологиям. Например, используется укладка в скважину бетонной смеси с вибрированием. По другой технологии применяется комплект бетонолитного оборудования с использованием виброштампа (рис. 6.19). При этом способе бетонная смесь подается по вертикальной бетонолитной трубе, как из бункера, так и бетононасосом.

303

Рис. 6.19. Бетонирование скважины при помощи виброштампа:

1 – накопительный бункер: 2, 3 – секции бетонолитной и инвентарной обсадной труб; 4 – виброштамп; 5 – режущая коронка обсадной трубы; 6 – арматурный каркас; 7, 8 – демонтируемые звенья бетонолитной и обсадной труб соответственно

По мере подачи бетонной смеси и проработки ее виброштампом обсадная труба постепенно извлекается из скважины. Прочность бетона сваи при укладке с вибрированием повышается в 1,2–1,5 раза.

В состав бурового комплекта обычно входят:

гусеничный кран (например, Liebherr грузоподъемностью 120 т) как базовая машина с гидросистемой и узлом для крепления стола;

качательный механизм – стол, предназначенный для погружения и извлечения обсадной трубы (например, стол VRM массой 63 т, обеспечивающий создание крутящего момента 1100 тсм и усилие подъема 725 тс);

буровой инструмент, например, грейфер или для разработки твердых пород грейфер с зубьями и долотом массой 10-13 т;

обсадные трубы, состоящие из отдельных секций со стыками на конических пробках;

приемный бункер; бетонолитные трубы с секциями по 6 м и фланцевыми стыками; стреловой кран (например, РДК-400) для обслуживания бурового комплекса; бетононасос для укладки бетонной смеси в скважину; погрузчик для уборки грунта от скважины.

В табл. 6.3 приведены технические характеристики некоторых моделей отечественного бурового оборудования для использования в практике строительства мостов с буронабивными сваями.

304

Табл. 6.3. Технические характеристики отечественного бурового оборудования

Буровое оборудование МБУ-1,2 навешивается на кран Э-1258. Вращение телескопической штанги, подвешенной к стреле крана, обеспечивается консолью с ротором, шарнирно закрепленной у основания стрелы (рис. 6.20).

Оборудование МБС-1,7А (МБС-1,7) также навешивается на гусеничный кран, и вращательное бурение ведется аналогичным образом (рис. 6.21). С помощью уширителя, раскрывающегося под весом штанги и закрывающегося под собственным весом, весом ковша и разбуренного грунта, устраивают уширение. Скорость бурения в нескальных грунтах достигает 3–5 м/ч.

Буровую машину МБНА-1 применяют при устройстве не только вертикальных, но и наклонных скважин диаметром до 1,0 м.

Рис. 6.20. Навесное оборудование МБУ-1,2 на кране:

1 – ковшовый бур; 2 – консоль; 3 – ротор с электроприводом; 4 – телескопическая штанга; 5 – вертлюг: 6 – кран; 7 – инвентарный патрубок: 8 – скважина

305

Рис. 6.21. Навесное оборудование МБС-1.7А:

1 – кран-экскаватор; 2 – стрела; 3 – телескопическая штанга: 4 – ротор с электроприводом; 5 – грейфер; 6 – ковшовый бур

В отечественной практике для буровых столбов обычно используют навесное оборудование на гусеничные краны и легкие бурильно-крановые машины. Вполне удовлетворительные по техническим возможностям, они заметно уступают лучшей зарубежной технике в надежности.

На наших стройках в последние годы широко применяется импортная буровая техника, характерной особенностью которой является оборудование буровой машины комплектом бурового инструмента для различных грунтов, уширителем скважины, домкратной установкой для погружения и извлечения обсадных труб, бетононасосом. Агрегаты фирмы Kato, пользующиеся большой популярностью у мостостроителей, позволяют разрабатывать грунт в скважинах специальными грейферами. Для устройства скважин с наклоном до 8:1 используются обсадные трубы длиной, равной глубине скважины. Известны бурошнековые машины и виброгрейферы других японских фирм. Кроме японской техники, в отечественных фирмах используются буровые машины фирм Bauer (рис. 6.22), Bade и др. (табл. 6.4).

306

Современные буровые машины – вращательного или ударного действия. На рис. 6.23 показан гусеничный кран с оборудованием ударного действия (масса ударного грейфера – 9,1 т). Диаметр скважины – 150–200 см, глубина бурения – до 70 м. Бурение ведется под защитой обсадной трубы, угол вращения (качания) которой – 25°, а ход погружения (подъема) – 0,4–0,5 м.

Рис. 6.23. Кран с ударным грейфером массой 9,1 т

После бурения в скважину опускают (подвешивают) арматурный каркас, и сразу же (или с минимальным перерывом во времени) скважину заполняют бетонной смесью. Бурить соседние скважины до бетонирования пробуренной не рекомендуется. Скважину заполняют чаще всего методом ВПТ. Если не пользуются методом виброуплотнения, применяют литые бетонные смеси высокой подвижности с осадкой конуса 16–20 см. Когда необходима укладка в скважину жесткой бетонной смеси, к нижнему концу бетонолитной трубы крепят 1–2 вибратора.

Интенсивность укладки бетонной смеси в скважину должна быть высокой. Назначается она из условия заполнения скважины не менее чем 4 пог. м/ч по высоте. Перерывы в бетонировании не должны превышать 1 ч летом и 0,5 ч зимой. Используют цемент марки не ниже 400, расход цемента на 1 м должен быть не менее 400 кг. Основное условие успешной работы – бетонолитная труба всегда должна быть заглублена в бетонную смесь не менее чем на 1 м.

Сооружение опор мостов и эстакад с фундаментами на буронабивных сваях-столбах производится в определенной последовательности с использованием комплекта строительных машин (рис. 6.24).

308