#G0

Возведение фундаментов и подземной части зданий и сооружений глубокого заложения Устройство глубоких буровых опор

В сложных грунтовых условиях под здания и сооружения, чувствительные к неравномерным осадкам и передающие на фундамент значительные нагрузки, необходимы надежные основания из малосжимаемых пород, которые, как правило, залегают на большой глубине. В этих условиях в ряде случаев целесообразно применять фундаменты глубокого заложения в виде буровых опор. Буровые опоры аналогичны буронабивным сваям, но отличаются размерами: диаметр их составляет 0,8-3,5 м, уширения - 2,5-5 м, а глубина достигает 100 м и более. Технология возведения опор глубокого заложения аналогична технологии возведения буронабивных свай.

Вначале буровые опоры в СССР применяли преимущественно в мостовом строительстве. Наиболее известными являлись так называемые сваи Е.Л.Хлебникова, относящиеся к буровым опорам, которые можно было выполнять как под защитой обсадных труб, так и под избыточным давлением воды или глинистого раствора.

Буровые опоры глубокого заложения наиболее эффективно можно выполнять с помощью специальных комплексных агрегатов, предназначенных для бурения различными способами, погружения и извлечения обсадной трубы, удаления пород и бетонирования различными методами.

В настоящее время существующие машины позволяют механизировать все процессы работ по устройству опор диаметром ствола 1-3 м и уширенной пятой 2,5-5 м.

Рассмотрим некоторые установки, применяемые в настоящее время для возведения опор глубокого заложения.

Установка БСО-1обеспечивает изготовление опор глубиной до 70 м и диаметром 820-1220 мм при скорости проходки скважин до 6 м/ч.

Буровая установка СО-1200/2000служит для устройства буровых опор длиной до 24 м и диаметром 800-1500 м с уширением основания до трех диаметров ствола сваи. У этой установки днище бурового ковша укреплено на шарнире и в закрытом положении фиксируется защелкой. На днище бурового ковша смонтированы ножи для разрушения грунта в забое скважины. Разбуренный грунт поступает в окна забора днища.

Буровая установка УРП-1предназначена для устройства опор длиной до 37 м и диаметром до 1400 мм с уширением основания. В качестве базовой машины используют кран МКГ-25 или экскаватор Э-1254. Рабочим органом является ковшовый бур. При устройстве уширения ковшовый бур заменяют буровым расширителем циклического действия.

Буровая установка МБС-1,7может быть использована для устройства буровых опор глубиной до 28 м, диаметром ствола 1,3 и 1,7 м и диаметром уширения до 3,5 м в любых грунтовых условиях с креплением стенок скважин глинистым раствором. В качестве базовой машины используется кран-экскаватор Э-1258Б, оснащенный консольной площадкой с ротором-вращателем. Сквозь него проходит телескопическая квадратная штанга с укрепленным на ней рабочим органом (буровыми ковшами, шнеками и уширителями). Установка оснащена дополнительной стрелой, которая используется для ударного бурения грейфером или долотом. Основной отличительной особенностью установки является возможность принудительной подачи рабочего органа на забой, а также быстро переходить с одного вида бурения на другой.

Установки ЕДФ-55французской фирмы "Беното" позволяют делать буровые опоры диаметром до 2100 мм и глубиной до 120 м в сложных грунтовых условиях. Скорость проходки скважин до 6 м/ч. Оборудование позволяет выполнять все операции по устройству буровых опор. Проходку скважины ударным бурением ведут с помощью грейфера "Хаммер-Граб". Особенностью разработки скважин стенками "Беното" является оригинальный способ обуривания забоя обсадной трубой, которая внедряется в забой, совершая возвратно-вращательные движения и одновременно поступательное движение на забой.

Водонасыщенные пески и ил pазрабатывают желонкой.

Уширение разбуривают расширителем "Сегби", ножи которого раскрываются с помощью гидропривода. Грунт извлекается из скважины при сомкнутых режущих ножах. По окончании бурения дно скважины очищают от грунта грейфером. Бетонирование свай выполняют методов ВПТ или контейнерным способом.

В Японии получили широкое распространение фундаменты в виде мощных бетонных опор глубокого заложения с большой несущей способностью, сооружаемых с помощью специальных станков. Диаметр опор достигает 2-3,5 м. Наиболее часто бетонные опоры выполняют машинами, выпускаемыми фирмой "Като" (рис.1). Установки 20-ТН фирмы "Като" при скорости проходки грейфером 3-5 м/ч и ротором до 18 м/ч обеспечивают получена опор диаметром до 1200 мм, глубиной до 27 м.

Рис.1. Технологическая схема устройства буровых опор системы "Като" I - установка бурового станка, // - проходка скважины, /// - зачистка забоя, /V - установка арматурного каркаса, V - установка бетонилитной трубы, VI - бетонирование опоры; 1 - буровая установка, 2 - обсадная труба, 3 -грейферный ковш, 4 - арматурный каркас, 5 - бетонолитная труба

Разработка грунта осуществляется с помощью грейферного ковша и погружаемой обсадной трубы. Во время разработки грунта нижний конец трубы должен быть ниже забоя скважины. Зачистка забоя производится грейферным ковшом. Ствол сваи формуется из бетонной смеси, поднимаясь по трубе под напором.

Независимо от применяемого оборудования при возведении буровых опор следует соблюдать ряд технологических правил.

Перерыв между окончанием буровых работ и началом укладки бетонной смеси в скважины в неустойчивых грунтах не должен превышать 8 ч. Если по условиям производства работ возможна задержка с началом подачи бетонной смеси, бурение неустойчивых грунтов рекомендуется приостановить, не доводя дно скважины до проектной отметки на 1-2 м, а уширение не разбуривать.

Дно необсаженных скважин после установки в них арматурного каркаса должно быть дополнительно защищено от грунта, который мог обрушиться в процессе опускания каркаса.

В случае наращивания каркаса по мере опускания его в скважину продольные стержни стыкуют путем взаимного перепуска их концов не менее 30 d при арматуре периодического профиля и 50 d при гладкой арматуре, где d - диаметр стержня.

Для повышения жесткости в каждом арматурном каркасе, кроме продольных стержней и спирали, равномерно по его длине на расстоянии около 2 м друг от друга устанавливают наружные кольца стержней такого же диаметра, что и продольная арматура (рис.2). Каждое кольцо соединяют с продольными стержнями четырьмя стальными фасонками. Чтобы обеспечить предусмотренную проектом толщину защитного слоя бетона, к трем продольным стержням каркаса в местах их пересечения с кольцами жесткости приваривают фиксирующие коротыши из полосовой стали сечением не менее 6080 мм. Для каркасов наклонно расположенных столбов взамен коротышей к двум нижним арматурным стержням приваривают направляющие полозья из уголковой или полосовой стали.

Рис.2. Арматурные каркасы буровых опор

а - с фиксирующими коротышами; б - с направляющими уголками; 1 - стержни продольной арматуры; 2 - спиральная арматура; 3 - кольца жесткости; 4 - коротыши; 5 - уголки

Непосредственно перед укладкой бетонной смеси в скважины диаметром до 1,5 м, пробуренные в скальном грунте, или при зачистке бетона столба после вынужденного перерыва следует промыть дно водой через подмывные трубки, укрепленные на бетонолитной трубе, нижний конец которой при этом должен быть опущен до дна. Давление воды при промывке 0,8-1 МПа, расход 150-300 /ч. Промывку ведут в течение 5-15 мин до исчезновения остатков шлама, что оценивается по цвету воды, переливающейся через край оболочки. Промывку необходимо прекращать только в момент начала движения бетонной смеси в бетонолитной трубе. Для очистки дна скважин диаметром более 1,5 м, пробуренных в скальном грунте, следует использовать подмывное устройство.

В процессе бетонирования методом ВПТ необходимо регулировать заглубление низа бетонолитной трубы в бетонную смесь так, чтобы уровень смеси в трубе был выше уровня воды или глинистого раствора в скважине. При опускании уровня смеси ниже рекомендуемого необходимо осадить трубу. Трубу следует поднимать только при заполненной бетонной смесью воронке.

Для подачи жестких бетонных смесей рекомендуются бетонолитные трубы диаметром 200-300 мм из цельнотянутых труб со стенкой толщиной 6-10 мм. К нижнему звену бетонолитной трубы жестко закрепляют два вибратора ИВ-60 для облегчения движения смеси по трубе, уплотнения ее и извлечения трубы из уложенной смеси. Интенсивность укладки смеси через трубы диаметром 200 мм- 4,5-5 /ч, диаметром 300 мм-10-11/ч. Жесткие смеси укладывают с соблюдением следующих требований. В скважины в начале бетонирования при отключенных вибраторах бетонолитной трубы укладывают слой бетонной смеси с осадкой конуса 18-20 см на высоту не менее 1 м, а затем подают малоподвижную смесь с осадкой конуса 6-12 см при включенных вибраторах. Уровень бетонной смеси следует постоянно поддерживать вблизи приемной воронки, изменяя заглубление трубы в бетонную смесь и периодически включая при этом вибраторы. Максимальное заглубление трубы с работающими вибраторами в несхватившуюся смесь допускается не более 10 м. Если предстоит перерыв между укладкой очередных порций смеси более 1 ч, то трубу при работающем вибраторе необходимо приподнять, оставив заглубление ее низа в уложенную смесь не свыше 2 м. Вынужденный перерыв бетонирования не должен превышать 1,5 ч.

При бетонировании опор методом ВПТ особое внимание должно быть уделено обеспечению интенсивности и непрерывности подачи бетонной смеси. При этом к концу бетонирования глинистый раствор и загрязненная бетонная смесь должны быть полностью вытеснены из скважины. Верхний слой бетонной смеси, поднимающийся из скважины, удаляют на высоту загрязнения его глинистым раствором.

Уширенные пяты в основании опор глубокого заложения могут быть получены механическим разбуриванием, энергией взрывов или комбинированным способом путем сочетания механического разбуривания с последующим камуфлированием или вибротрамбованием.

Массу заряда ВВ для образования уширенной пяты комбинированным способом, кг, следует определять по формуле

, (1)

где - коэффициент сопротивления грунта, отжатого взрывом, определяемый в зависимости от вида грунта, кг/; D - конечный диаметр уширенной пяты, м;-диаметр разбуренной полости механическим путем, м.

При устройстве опор в водных акваториях глубиной до 4 м для установки бурового агрегата выполняют искусственные островки; при большей глубине воды бурение ведут с подмостей или плавучих средств через инвентарную обсадную трубу, погружаемую предварительно в дно на 2 м ниже уровня возможного размыва.