Возведение плитных и массивных фундаментов
Фундаменты в виде массивов и плит применяют под различные инженерные сооружения (здания повышенной этажности, башни, дымовые трубы, доменные печи, силосные корпуса, блоки декомпозеров и др.), а также под технологическое оборудование (прокатные станы, компрессоры, реакторы, прессы и т. п.).
Массивные фундаменты могут быть сосредоточены на сравнительно небольшой площади (башни, трубы) или занимать значительную площадь и состоять из нескольких объемов, объединенных более тонкими плитами и другими конструктивными элементами.
Объем фундаментов сооружений и технологического оборудования составляет десятки тысяч кубических метров, а глубина их заложения или высота может достигать 10 м и более. При строительстве комплекса крупного прокатного цеха, состоящего из нагревательных колодцев, блюминга, станов и другого оборудования, объемы фундаментов нередко превышают 100 тыс. м.
Фундаментные плиты толщиной 0,5-2 м могут быть плоскими (безбалочными) и ребристыми. Форма плит в плане может быть прямоугольная, круглая или иная.
При возведении массивных фундаментов затраты труда в зависимости от их конструктивных особенностей и технологии производства работ распределяются следующим образом: опалубочные работы-10-20; арматурные - 35-40; укладка бетонной смеси 25-50 %. Удельный расход опалубки находится в пределах 0,2-1,5 м на 1 м бетона.
Для возведения массивных фундаментов применяется разборно-переставная мелкощитовая и крупнощитовая опалубка, а также унифицированная (универсальная) опалубка из инвентарных щитов.
Удельный расход материалов на опалубки фундаментов дымовых труб увеличивается с уменьшением объема фундамента (рис.20). Характер этой зависимости нелинейный, что объясняется затратами материалов на устройство дополнительных лесов, подмостей и креплений с увеличением высоты фундамента, а также увеличением толщины опалубки, вследствие возрастания давления бетонной смеси на опалубку. С увеличением размеров опалубочных щитов себестоимость Со и трудоемкость То их изготовления возрастает нелинейно их площади, при этом интенсивность возрастания Со и То снижается, что говорит об эффективности использования щитов большой площади.
Рис.20. Зависимость удельного расхода материалов на устройство опалубки от объема фундамента под дымовые трубы
а - опалубка из отдельных досок, б - щитовая опалубка, в - стальная опалубка, 1 - с учетом расхожи материалов на подмости
В качестве наружной и внутренней опалубок монолитных плит целесообразно использовать стальную сетку из проволоки диаметром 0,7 мм с ячейкой 5х5 см. Такую сетку крепят к арматуре плиты вязальной проволокой или зажимами.
При возведении массивных фундаментов сооружений и технологического оборудования получила распространение несъемная опалубка в виде железобетонных плоских и ребристых плит, унифицированных дырчатых блоков, армоцементных и стеклоце-ментных плит.
Железобетонные опалубочные плиты монтируют с помощью кранов и закрепляют к армокаркасам путем соединения петель-выпусков или арматурных выпусков с армокаркасами скрутками, тяжами или сваркой закладных деталей и накладок.
Унифицированные дырчатые блоки (УДБ) представляют собой железобетонные элементы (рис.21) длиной 2-6 м, высотой 0,4-0,5 м и толщиной 0,3-0,4 м. При применении УДБ не требуется устройство дополнительных опор и поддерживающих устройств, так как в них имеются сквозные каналы, в которые после монтажа устанавливают арматурные каркасы, и производят бетонирование. Укладка бетона в опалубку из УДБ разрешается через 3-7 сут после бетонирования каналов в зависимости от высоты стены из УДБ. Применение УДБ упрощает устройство опалубки.
Рис.21. Опалубка из унифицированных дырчатых блоков:
а - дырчатый блок, б - фрагмент опалубки массивного фундамента из УДБ, 1 - УДБ; 2 -сквозной канал, 3 - окно для образования шпонки, 4 - арматурный каркас, 5 - монолитный бетон
Фундаментные плиты армируют сварными сетками в два и более слоев. Армокаркасы могут быть образованы различными способами: ряд сеток типа "лесенка" объединяют в пространственный каркас приваркой поперечных стержней, устанавливают сетки типа "лесенка" и к ним приваривают дополнительные горизонтально расположенные плоские сетки; укладывают горизонтальные сетки и устанавливают поддерживающие каркасы, предварительно объединяют плоские горизонтальные сетки и поддерживающие каркасы в пространственный самонесущий армоблок.
Армоблоки устанавливают с зазорами, которые перекрывают одним или двумя рядами плоских горизонтальных сеток, опирающихся на армоблоки.
Балочные плиты армируют в пролете цельными или узкими сварными сетками. При армировании безбалочных плит в пролетах устанавливают во взаимно перпендикулярных направлениях узкие сборные сетки в два (или более) слоя. Надопорная арматура выполняется в виде полос узких сеток, устанавливаемых по рядам колонн.
При армировании массивных конструкций сварными сетками их стыкуют нахлесточным соединением или путем установки дополнительных стыковых сеток с перепуском на расстояние, равное 30-50 диаметрам арматуры, но не менее 250 мм При установке нескольких сеток по ширине их стыки располагают вразбежку.
Особенности возведения фундаментов под технологическое оборудование связаны с большими объемами работ, наличием в массиве фундамента каналов, трубных разводок, закладных деталей, анкерных болтов и требованиями непрерывного бетонирования Опалубка фундаментов под оборудование имеет сложные очертания в плане и переменную высоту. Опалубку, арматуру, кондукторы и анкерные болты устанавливают по возможности сразу на весь фундамент, чтобы выполнить точную геодезическую проверку до бетонирования
Подача бетонной смеси в массивные и плитные фундаменты может осуществляться башенными, стреловыми и мостовыми кранами, бетоно-укладчиками, бетононасосами, ленточными конвейерами, непосредственно с автотранспорта с использованием бе-тоновозных мостов и эстакад.
Башенные и стреловые краны целесообразно использовать при бетонировании массивов большой протяженности и темпах бетонирования более 50 м в смену (рис.22).
Рис.22. Технологические схемы возведения массивных фундаментов под оборудование:
а - с применением бетоновозных мостов и стрелового крана, б - с применением бетоновозного моста, в - с применением стрелового крана, 1 - ярусы бетонирования, 2 - УДБ, 3 - виброжелоб, 4 - автосамосвал, 5 - бетоновозный мост, 6 - звеньевой хобот, 7 - бадья, 8 - кран РДК 25, 9 - дренажное устройство, 10 - подбетонка, 11 - технологический подвал
Мостовые краны применяют для бетонирования фундаментов под оборудование, которые находятся внутри здания. Для бетонирования массивных фундаментов следует применять бадьи вместимостью 2 м и более.
Перспективен метод доставки бетонной смеси автобетоновозами непосредственно к месту укладки, при котором отпадают ограничения по темпу бетонирования. Однако в большинстве случаев приходится пользоваться временными устройствами в виде бетоновозных эстакад и передвижных мостов, устанавливаемых над бетонированным фундаментом для движения автобетоновозов. Для подачи бетонной смеси к месту укладки применяют вибробункеры, звеньевые хоботы, вибролотки и желоба.
Бетоновозные эстакады и мосты применяют при бетонировании фундаментов доменных печей, фундаментов под мощное технологическое оборудование и фундаментных плит (рис.23).
Рис.23. Возведение фундаментных плит с применением подвижных мостов (а) и бетоновозных эстакад (б):
1 - бетонируемая плита, 2 - передвижной мост, 3 - автосамосвал, 4- рельсовый путь, 5 - промежуточные опоры, 6 - бетоновозная эстакада, 7 - стреловой кран, 8 - бадья
Бетоновозная эстакада состоит из металлических опор, расположенных на забетонированных подушках. Стойки эстакад используют для подвешивания арматуры и установки кондукторных устройств. По мере бетонирования стойки остаются в массиве. На эстакаде размещают вибробункеры, к которым подвешивают звеньевые хоботы для подачи бетонной смеси. Въезды на эстакаду устраивают в виде пандусов. Автобетоновозы сгружают бетонную смесь в приемные вибробункеры. Для размещения бункеров посредине проезжей части оставляют полосу 1-1,3 м без настила.
Иногда целесообразно применять передвижные мосты, что позволяет охватить большой фронт работ (рис.23, а). Передвижные мосты применяются при пролетах до 20-40 м. При больших пролетах их применять нецелесообразно, так как на их устройство расходуется большое количество металла, а их передвижение имеет значительную трудоемкость. Мосты передвигаются по рельсам, уложенным по дну или по бровкам котлована.
Бетонирование массивных фундаментов может выполняться с использованием бетоноукладчиков, оборудованных на базе тракторов или экскаваторов.
При сосредоточенных объемах работ в массиве и темпах бетонирования 50-100 мв смену могут быть использованы стационарные бетононасосы.
Подвижность бетонной смеси для массивных и плитных фундаментов должна соответствовать осадке конуса 30-60 см.
Массивные малоармированные фундаментные плиты и фундаменты под оборудование выполняют из жестких бетонных смесей. При бетонировании, размеры которых устанавливают так, чтобы максимально снизить вредное влияние деформаций, вызванных повышением температуры бетона при его твердении. Замыкающий блок бетонируют после усадки и охлаждения ранее забетонированных блоков.
Если задана интенсивность подачи бетонной смеси и характеристики вибраторов, то размеры блока в плане устанавливают по формуле
A=Qt/h, (8)
где Q- интенсивность подачи бетонной смеси;
t - максимально допустимый промежуток времени до перекрытия слоя ранее уложенного бетона, ч;
h - толщина укладываемого слоя, м.
Обычно А не должно превышать 60 м, а высота блока 4,5 м.
Блоки могут располагаться в несколько ярусов. Верхняя поверхность промежуточных ярусов не заглаживается для лучшего сцепления блоков. Разравнивают бетонную смесь в блоках вручную или с помощью малогабаритных бульдозеров, а уплотняют пакетными вибраторами, подвешенными на стреле крана, или плоскостными виброизлучателями. Верхнюю поверхность фундаментов выравнивают и уплотняют виброрейками или поверхностными вибраторами, а затем заглаживают правилом в уровень с верхними гранями направляющих или маячных досок.
Для экономии цемента разрешается укладывать в бетон отдельные камни ("изюм"), размеры которых должны быть не менее 150 мм и не более одной трети наименьшего размера конструкции, бетонируемой без перерыва.
Высота предельного свободного сбрасывания бетонной смеси до 5 м. Если бетонируемый блок находится на большой глубине, следует во избежание расслоения бетонной смеси обеспечить медленное ее сползание по виброжелобам или применить звеньевые хоботы. С помощью виброхоботов, снабженных вибраторами-побудителями, можно опускать бетонную смесь на глубину 10-80 м.
При ступенчатом бетонировании сначала укладывают первый слой, затем второй и т. д. Ширина разрыва между каждым слоем 4-5 м. Зоны подачи, разравнивания и уплотнения последовательно переходят со слоя на слой.
При бетонировании густоармированных плит бетонную смесь рекомендуется укладывать непрерывно на всю высоту плиты. Плиты толщиной менее 0,5 м бетонируют картами шириной по 3-4 м. При большей толщине плит карты делают шириной 5-10 м с разделительными полосами в 1-1,5 м. Чтобы обеспечить непрерывную укладку смеси на всю высоту, плиту разбивают на блоки без разрезки арматуры, с ограждением блоков металлическими сетками.
Фундамент, воспринимающие динамические, знакопеременные, горизонтальные и выдергивающие нагрузки, должны бетонироваться без перерыва. Расположение и конструкция рабочих швов должны быть предусмотрены проектом.
Пример. Технология возведения фундаментных плит под блоки декомпозеров алюминиевых заводов.Плиты представляют собой массивы толщиной 1,5 м, шириной 42-52 м и длиной 61-72 м. Подошва плиты расположена на отметке -4,700 м. На плитах предусмотрены монолитные столбы под декомпозеры. Общий расход бетона на плиту составляет 5800-6000 м.
По различной технологии возведено несколько таких плит. При возведении одной плиты бетонная смесь укладывалась с двух стационарных мостов, выполненных вдоль котлована с таким расчетом, чтобы рабочие зоны стреловых кранов, перемещаемые по мостам, не пересекались (рис.23, б). Бетонная смесь к кранам подавалась автомобилями-самосвалами.
При возведении второй плиты бетонная смесь подавалась автомобилями-самосвалами с передвижного моста, устанавливаемого поперек котлована (рис 23, а), что позволило сократить расход стали на устройстве моста более чем в 2 раза.
Для передвижения моста использовалось пять ручных лебедок грузоподъемностью по 3 т, установленных на противоположной стороне котлована. В проезжей части по всей длине предусматривались отверстия - бункеры для выгрузки бетонной смеси из автосамосвалов. Передвигался мост по пяти ниткам рельсового пути две из которых находились на бровках котлована, а три были выполнены на опорах из двутавровых балок и установлены в котловане.
Третья фундаментная плита возводилась в очень стесненных условиях, которые не позволяли использовать передвижные мосты. Для возведения этой плиты был разработан способ укладки бетонной смеси стреловыми кранами РДК-25 и К-161 с одновременной засыпкой плиты по мере ее бетонирования.
Фундамент армировали верхней и нижней сетками и плоскими вертикальными каркасами, соединенными между собой диагональными и горизонтальными стержнями (рис.24 и 25).
Рис.24. Технологическая схема производства арматурных работ при возведении фундаментной плиты:
1 - существующее здание, 2 -существующая галерея; 3 - нижняя арматурная сетка, 4 - вертикальные каркасы, 5 - эстакада трубопровода, 6 - стреловой кран, 7 - автомобиль для перевозки арматурных каркасов, 8 - пандус, 9 - шпунт, 10 - канализационный коллектор, 11 - насосная станция, 12 - зyмnф
Рис.25. Арматурные изделия для армирования фундаментной плиты:
а - плоский вертикальный каркас I типа; б - то же II типа; в - поперечное сечение каркасов; г - сечение установленных каркасов; д - причальный разрез смонтированной арматуры (фрагмент), I - верхний продольный стержень каркаса диаметром 28 мм из стали А-III; 2 - стойка каркаса диаметром 18 мм из стали A-I; 3 - нижний продольный стержень каркаса диаметром 36 мм из стали A-III; 4 - рабочий стержень верхней сетки диаметром 28 мм из стали А-III; 5 - вертикальные плоские каркасы; 6 - рабочий стержень нижней сетки диаметром 36 мм из стали А-III; 7 - стержни диаметром 10 мм; 8 - пластинка
На бетонную подготовку укладывали вдоль длинной стороны фундамента нижнюю сетку с шагом рабочим стержней 200 мм из стали класса A-II диаметром 36 мм. Для распределительной арматуры использовали стержни диаметром 12 мм из стали класса A-I, расположенные с шагом 1200 мм. На нижнюю сетку перпендикулярно основным стержням устанавливали плоские каркасы, высотой 1300 mм. На каркасы укладывали с шагом 200 мм рабочие стержни верхней сетки из стали класса A-III. Нижнюю и верхнюю сетки вязали на месте из стержней, предварительно соединенных в мастерской с помощью станка МСР-100 в плети длиной 20-25 м.
Ввиду того, что при монтаже плоских каркасов требовалась большая точность, их изготовляли в двух качающихся кондукторах. В то время, когда на одном кондукторе каркас собирали, на другом производили сварку. Готовые каркасы грузили краном на автомобиль МАЗ-501 с прицепом-роспуском и доставляли к месту установки.
Для сварки рабочих стержней сеток использовали инвентарные медные формы (рис.26).
Рис.26. Устройство для крепления медной формы при сварке стыков верхних стержней:
1 - форма, 2 - свариваемые стержни, 3 - швеллер, 4 - петли; 5 - фиксирующий штырь; 6 - клинья
Арматуру устанавливали с помощью крана К-124 со стрелой 18 м, расположенного в котловане на бетонной подготовке. Сначала укладывали нижнюю сетку, затем устанавливали вертикальные каркасы и после этого - арматуру столбов под опоры декомпозеров. Плоские каркасы монтировали в три смены. Звенья рабочих состояли из трех электросварщиков 4 и 5-го разрядов и трех арматурщиков 3, и 4-го разрядов. В дневную смену 6 арматурщиков вязали нижние и верхние сетки и устанавливали арматуру столбов.
Укладку бетона начали после того, как было смонтировано около 70 % арматуры. Фундаментную плиту бетонировали с помощью стреловых кранов РДК-25 и К-161 одновременно по всему фронту, начиная от ряда Т (рис.27).
Рис.27. Схема организации бетонных работ:
1 - арматура столбов, 2 - фундаментная плита, 3 - щебеночная засыпка; 4 - кран К-161, 5 - бадьи для бетона, 6 - автомобиль-самосвал, 7 - подмости, 8 - опалубка фундамента под декомпозер, 9 - шпунтовая стенка, 10 - кран РДК-25, 11 - бульдозер, 12 - готовый фундаментный столб под декомпозер, 13 - арматура плиты, 14 - полоса бетонирования
Для подачи бетонной смеси использовали две бадьи вместимостью по 2 м и шесть бадей по 0,8 м Бетонную смесь укладывали слоями толщиной 0,3-0,4 м, что позволило укладывать последующий слой до начала схватывания предыдущего. Осадка конуса составляла 3-4 см. Уплотняли бетон вибраторами с гибким валом. В сутки укладывали 210-220 м. Бетонирование велось непрерывно в течение 28 дн. Суточный объем бетона определяли, исходя из условий непрерывного бетонирования и производительности стреловых кранов.
После того, как была забетонирована полоса шириной 9 м, начинали установку инвентарной опалубки столбов.
При достижении прочности бетона столбов 3-4 МПа, а плиты 6-8 МПа производили гидроизоляцию их поверхности и засыпали на фундаментную плиту щебень, который разравнивали и уплотняли с помощью бульдозера. На засыпанную часть плиты перемещали стреловые краны.
Бетонные работы выполняла бригада из 24 чел., распределенных на четыре звена. В каждое звено входило три бетонщика 3-го разряда и три 4-го разряда. В дневную смену на установке и разборке опалубки работала бригада из 14 плотников.
Звенья бетонщиков и плотников работали таким образом, чтобы в зоне действия стрелового крана находилось только одно звено, выполняющее операции, связанные с краном. С этой целью плита была разделена на две условные захватки; на одной из них укладывали бетонную смесь, на другой - устанавливали и разбирали опалубку.
Принятая технология и организация труда позволили выполнить весь комплекс работ по бетонированию устройству опалубки и засыпке щебня за 30 дн. Выработка на одного бетонщика составила 15 м в смену.
При бетонировании фундаментной плиты описанным способом нет необходимости в устройстве громоздких бетоновозных мостов и эстакад.
Исследования показывают, что даже при сравнительно высоком удельном весе работ с применением машин и механизмов ручной труд на возведении железобетонных массивных монолитных фундаментов остается весьма значительным и составляет 70- 80 % общих затрат труда, что требует изыскания более совершенных методов производства работ и прогрессивных решений конструкций фундаментов.