Строительство мостов (Курлянд) методичка

11

По опыту мостостроителей для средних грунтовых условий при забивке призматических железобетонных свай и свай-оболочек Ø60 см в зависимости от длины и массы свай рекомендуется применять дизель-молоты:

Применяются также гидромолоты (например, фирмы UNNTAN) с ударной частью массой 6...7 т. Гидромолоты экологически чище и эффективнее дизель-молотов по скорости забивки в 3 раза, имеют плавно регулируемую высоту подъема ударной части (0,1…1,2 м) и могут производить удары с разной частотой - от одиночных до 100 ударов в минуту. Гидромолоты не надо заводить, они не глохнут в начальный период бойки при больших отказах. У современных гидромолотов ударная часть движется по трем направляющим и состоит из литой оболочки, заполненной металлическим балластом до желаемого веса. Заполнитель оказывает положительное влияние на ударные свойства и звуковое гашение. Большой вес ударной части позволяет работать с низкой подъемной высотой и тем самым держать скорость удара на низком уровне, что особенно важно при работе с железобетонными сваями. Ударная энергия может плавно регулироваться от 10% до 100%. Машинист сам выбирает оптимальную высоту падения в зависимости от плотности грунта. Поэтому гидромолотом с успехом забивают призматические сваи длиной 6…14 м, цилиндрические сваи длиной 12…16 м, а также стальной шпунт. Молот приводится в действие непосредственно несущей установкой или через отдельный приводной агрегат. При применении соответствующих направляющих молот может работать на всех видах копров вертикально или под углом с максимальным уклоном 1:1.

При затруднениях забивки в плотные песчаные грунты применяют подмыв, а в плотных глинистых грунтах пробуривают лидерные скважины Ø250…350 мм.

12

Расчетный отказ определяют по формуле Н.М. Герсеванова:

где для железобетонной сваи: n = 0,015 тс/м2;

F - площадь, ограниченная контуром сваи; Еp - расчетная энергия удара молота;

Р = νkN – предельная несущая способность сваи, где: νk - коэффициент надежности;

N – расчетная нагрузка на сваю;

m1, m2, m3 – масссы молота, наголовника и подбабка.

Для трубчатых дизель-молотов расчетная энергия удара рассчитывается, как Еp =0,9GH, где:

G– вес ударной части;

H– высота падения ударной части.

При забивке фактический отказ определяют как среднее значение погружения сваи от последних 10 ударов молота.

Перед проведением основных свайных работ забивают пробные сваи. Погружение пробных свай производят теми же механизмами, что и в последующей свайной бойке.

Сваи погружают до расчетного отказа, вычисленного по формуле Н.М. Герсеванова.

Пробные сваи после окончания их забивки подвергают динамическому испытанию в следующие сроки:

•для свай, забитых в средне- и крупнозернистые пески по истечении двух суток с момента окончания забивки;

•для свай, забитых в другие грунты, по истечении не менее

10…15 суток.

Сущность динамического испытания свай заключается в определении их отказа при добивке несколькими ударами того же молота, которым были забиты сваи, по истечении указанного промежутка времени с момента окончания забивки. При динамическом испытании ди- зель-молотом или гидромолотом производят пять четких ударов молота при той же высоте подъема, при которой производилось определение отказа сваи при забивке. Величину погружения сваи от пяти

13

ударов измеряют с точностью до 1 мм, а величину отказа сваи от одного удара определяют как среднее арифметическое погружение от пяти ударов. Полученный отказ сравнивают с отказом при забивке.

Орезультатах динамического испытания свай составляют акт,

ккоторому прилагают: план места забивки пробной сваи, геологический разрез места забивки сваи и журнал забивки сваи.

В тех случаях, когда сваи должны быть подвергнуты статическому испытанию, оно может быть проведено непосредственно после окончания динамических испытаний. При этом сначала проводятся испытания на вертикальную нагрузку, а после него, если требуется, на горизонтальную нагрузку. Для испытаний на вертикальную нагрузку используют гидравлические домкраты, которые упираются в специальные траверсы или другие нагрузочные устройства (рис. 1.4). Загружение свай испытательной нагрузкой ведут ступенями по 5…15 тс, соответствующими 1/10…1/15 ожидаемой величины предельного давления (критической нагрузки) на сваю. Для измерения величины осадки сваи под действием статической испытательной нагрузки применяют механические, оптические и лазерные приборы, дающие возможность наблюдать осадку порядка 0,1 мм. По результатам испытаний составляют графики осадок сваи (загружение-разгрузка) в зависимостиотнагрузкиивремени(рис. 1.5).

В процессе свайной бойки оформляется «Журнал забивки свай», в котором приводят следующие сведения:

•тип копра;

•характеристики молота (тип, общий вес, энергия одного удара);

•характеристики сваи (материал, длина, сечение, вес, отметка поверхности грунта, отметка острия сваи, глубина погружения, отказ от одного удара при последнем залоге, начало забивки, конец забивки).

«Журналы» в составе исполнительной документации предъявляют Заказчику при приемке моста в постоянную эксплуатацию и все время службы моста хранят в эксплуатирующей организации.

Для погружения свай могут применяться также вибропогружатели с гидроприводом.

На третьей стадии сооружают железобетонную плиту свайного ростверка, которая для надежной работы под эксплуатационными нагрузками объединяет все сваи в единую конструкцию.

14

Рис. 1.4. Схема статического испытания свай: 1 - испытваемая свая; 2 - балка для упирания домкрата; 3 - противовес; 4 - гидродомкрат; 5 - прибор для измерения осадки сваи

Рис. 1.5. График зависимости «нагрузка-осадка» при статических испытаниях сваи на вдавливание

Обычно при забивке не удается для всех свай обеспечить одинаковую отметку верха свай, поэтому лишние верхние куски (головы) свай срубают.

Перед установкой опалубки на дне котлована отсыпают щебеночную подушку толщиной 20 см и проливают ее жидким цементнопесчаным раствором.

15

Рис. 1.6. Способы заделки свай в плиту ростверка: а - с заделкой концов свай

на глубину более двух диаметров свай; б - с «распушкой» арматуры свай и заделкой арматуры на глубину 30 диаметров продольной арматуры свай; 1 - железобетонная монолитная плита ростверка; 2 - нижняя арматурная сетка каркаса плиты ростверка; 3 - свая; 4 - арматура сваи

Заделка свай в плите ростверка осуществляется по двум вариантам (рис. 1.6):

1)голова сваи заводится в плиту ростверка на глубину не менее двух диаметров свай (для свай сечением 35х35см >70см);

2)голова свай разбивается, ствол сваи заводится в плиту на глубину 15…20 см, арматура сваи заделывается на длину не менее 30 диаметров стержня.

1.3.Фундаменты опор мостов на буронабивных сваях

Буронабивные сваи (БНС) сооружают путем устройства в грунте скважин с последующим заполнением их армированным бетоном. В мировой практике строительства БНС нашли широкое применение при больших нагрузках и большой глубине залегания проч-

16

ных грунтов (до 120 м). В России преимущественно применяют буровые сваи Ø620…1500 мм и длиной до 70 м в виде отдельных столбов, кустов и стенок с наклоном до 1:5… 1:4.

Буронабивные сваи по характеру работы в грунте подразде-

ляют на сваи-стойки и висячие сваи.

К стойкам относятся сваи, опирающиеся на практически несжимаемые грунты (скальные, крупнообломочные породы с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупности плотные, глинистые грунты твердой консистенции). Такие сваи передают нагрузку на грунт через пяту (сопротивление грунта по боковой поверхности ствола в расчетах их несущей способности не учитывается).

Висячие сваи, заглубленные в сжимаемые грунты, воспринимают нагрузку через боковую поверхность и пяту.

Для сооружения буронабивных свай применяют:

бетон по ГОСТ 26633-91 с осадкой конуса для различных способов укладки:

•10…16 см – для метода вертикально перемещаемой трубы (ВПТ);

•14…24 см – при укладке под напором;

•3…7 см – при сбрасывании через бункер с направляющей трубой; арматурная сталь классов А-I, А-II, А-III по ГОСТ 5781-82 в соответствии с рабочей документацией.

На проведение работ разрабатывают ППР. Технология привязывается к местным условиям и зависит от геологического строения, конструкции фундаментов опоры, имеющегося оборудования и прочих факторов. При сооружении буронабивных свай должны соблюдаться требования нормативов [12].

Внастоящее время в России используют буровые машины япон-

ских и европейских фирм KATO, BAUER, JUNTTAN, LIEBHERR,

которые могут осуществлять ударное и вращательное бурение. В России также начат выпуск буровых машин. В индексах буровых машин цифры обозначают максимальный диаметр обсадной трубы в мм.

Для различных грунтовых условий применяют сменные рабочие органы буровых машин и дополнительное оборудование:

•ковшовый бур для бурения в сухих и обводненных нескальных

породах и уборки разрыхленных скальных грунтов объемом

0,8…1м3;

17

•шнековый бур для бурения в связных (глинистых) грунтах и рыхления полускальных;

•тяжелый ударный грейфер массой 3…8 т и объемом 0,5…0,8 м3 для бурения в песках и гравии;

•долото-ударное крестовое с зубьями или с прямыми резцами массой 3…8 т для скальных пород;

•адаптер-переходник для вкручивания, вдавливания в скважину (и извлечения) обсадных труб вращателем бурового органа при небольшой глубине и небольших сопротивлениях обсадки;

•буровой стол-механизм для погружения и подъема обсадных труб путем их качания (вращения) на угол 15…25° с одновременным вдавливанием или извлечением осевым усилием;

•инвентарные стальные плиты толщиной 40...50 мм, подкладываемые под буровой стол для возможности извлекать обсадную трубу с расчетным усилием на мягком грунте;

•вибропогружатели для погружения обсадных труб с приводом от базовой машины;

•уширители - устройства для увеличения площади опирания свай

впластичных глинистых грунтах и снижения эффекта разуплотнения грунта при бурении, например, буронабивные сваи Ø1,2 м

могут иметь уширение Ø до 2,25 м при длине сваи до 40 м.

При строительстве фундаментов мостов применяют технологию CFA (Continuous flight augers) устройства буронабивных свай с помощью бурошнековой установки с полым шнеком (рис. 1.7). Этим оборудованием укомплектованы буровые машины BAUER. Суть метода заключается в следующем:

•забуривается скважина буровой машиной, оснащенной полым шнеком длиной до 30 м с закрытым снизу затвором, который препятствует попаданию внутрь трубы воды и грунта во время бурения (рис. 1.7, а);

•после забуривания шнека на проектную глубину через трубу полого шнека в скважину бетононасосом подается бетонная смесь, затвор шнека открывается под давлением бетонной смеси, одновременно шнек извлекают из грунта без вращения

(рис. 1.7, б);

18

•извлекаемый из скважины грунт очищают специальным устройством и вывозят в отвал;

•с помощью лебедки буровой установки в бетонную смесь забетонированной скважины погружают арматурный каркас сваи под собственным весом или с помощью вибропогружателя, который также входит в комплект оборудования буровой маши-

ны (рис. 1.7, в).

Данное оборудование обеспечивает устройство буронабивных свай Ø0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2 м с максимальной длиной 30 м и производительностью до 300 м бурения в сутки одной буровой установкой (до 15 свай), что в 2-3 раза превышает средние темпы сооружения буронабивных свай с применением обсадных труб. Буровая установка оборудована бортовой системой контроля параметров процесса бурения и бетонирования свай, что гарантирует высокое качество работ.

Применяется также технология бурения с защитой стенок скважин от обрушения путем заполнения ее специальным глинистым раствором (рис. 1.8, а, б, в, г):

•устье скважины укрепляют короткой обсадной трубой;

•производится извлечение грунта из скважины под защитой бентонитового глинистого раствора;

•в скважину устанавливают арматурный каркас;

•скважину бетонируют методом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ).

Бурение скважин свай под защитой инвентарных обсадных труб наиболее часто применяют для фундаментов мостов.

Для крепления стен скважин используют инвентарные стальные обсадные трубы диаметром 1,2; 1,5; 1,7; 2,0 м. Они состоят из стыкуемых резьбовыми конусными пробками промежуточных секций длиной 2, 4 и 6 м и ножевой секции с режущей коронкой с зубьями.

При применении этой технологии сначала проводят подгото-

вительные работы:

•срезку бульдозером с погрузкой в автосамосвалы с помощью погрузчиков и складирование в отведенное место растительного слоя грунта, планировку рабочей площадки и устройство подъездов;