13.7. ПІЩАНІ І ҐРУНТОВІ ПОДУШКИ

Штучні основи влаштовують для заміни слабкого стисливого ґрунту під підошвою фундаментів. Для цього в розроблений котлован чи траншею укладають з ущільненням шари місцевого піщаного або глинистого ґрунту. Це дає можливість знизити глибину закладання фундаментів, збільшити міцність основи, зменшити осідання.

Метод дістав назву влаштування піщаних або ґрунтових подушок. Піщані подушки використовують для заміни насипних, слабких піщаних

або глинистих ґрунтів вище від рівня ґрунтової води і нижче від розрахункової глибини промерзання ґрунту. Матеріалом для таких подушок є крупні піски або піски середньої крупності.

Після розроблення котловану на глибину, яка складається з глибини закладання фундаменту та висоти самої подушки, на дно відсипають шарами 20– 40 см пісок, його зволожують, ущільнюють вібраторами або механічними трамбівками. Слід використовувати чисті піски без органічних домішок та мерзлих уключень.

Котлован для влаштування подушок розробляють ширшим, ніж ширина фундаменту, який може бути стрічковим, окремим, перехресним або з суцільної залізобетонної плити.

Піщані подушки розподіляють тиск від фундаменту на більшу площу і завдяки розсіюванню напружень зменшують його вплив на слабкий підстильний шар. У водонасиченому ґрунті, який погано утримує укоси і не сприймає горизонтального навантаження, подушки передбачають значно більшої ширини, ніж підошва фундаменту, тому в таких умовах доцільно подушку влаштовувати між бічними шпунтовими стінками.

Висоту піщаної подушки визначають з урахуванням розрахункового опору слабкого ґрунту на рівні підошви подушки.

Повинна задовольнятися умова

де σzg.н – тиск від власної ваги ґрунту на глибині, що дорівнює відстані від поверхні до рівня підошви подушки, кПа; σzp.н – додатковий тиск на рівні підошви, кПа; Rwb – розрахунковий опір слабкого ґрунту на глибині z, кПа.

Для визначення висоти подушки можна використати графічні прийоми. На рис. 13.21 показаний один із таких прийомів. Висоту подушки визначають за точкою перетину епюри сумарного тиску σzg+σzp з епюрою розрахункового опору слабкого ґрунту.

Висоту подушки можна також визначити за графіком. Його використовують для попередніх розрахунків подушки під окремі квадратні або прямокутні фундаменти, а також стрічкові фундаменти.

Послідовність визначення висоти піщаної подушки за допомогою графіка

така:

1. За проектним значенням щільності піщаної подушки і типом піщаного ґрунту за таблицею 1 додатка 1 до СНиП 2.02.01-83 встановлюють кут внутрі-

361

ґрунт, раніше вийнятий із котловану, вкладають шарами завтовшки 0,2–0,3 м на дно, обробляють котками або трамбівками до щільності сухого ґрунту ρd,s=1,6...1,7 т/м3. При цьому вологість ґрунту повинна бути близькою до вологості на межі розкочування: W0≈Wp.

Товщина подушки призначається залежно від умови повної ліквідації можливості просідання в її межах, а також з урахуванням того, що загальна деформація основи (просідання й осідання) не може перевищувати граничні деформації за нормами. Товщину подушки hs можна визначити за формулою

де Р та Psℓ – відповідно середній тиск на рівні підошви подушки і початковий тиск просадочності, кПа.

Розміри подушок приймають залежно від розмірів фундаментів, їх окреслень у плані, тиску, який діє на ґрунт. Якщо ґрунтову подушку використовують для ліквідації властивостей просідання, габарити подушки можна визначати за формулами

де b та ℓ – ширина і довжина фундаменту, м; Kh – коефіцієнт розподілення горизонтальної деформації, Kh=0,3...0,4 залежно від величини тиску; bs та ℓs – ширина й довжина подушки в її нижній частині.

Ширина ґрунтової подушки на рівні підошви фундаменту згідно з правилами проектування повинна бути більшою за ширину підошви фундаменту не менше ніж на 0,6 м.

Досить поширений графічний прийом визначення розмірів ґрунтової подушки для ліквідації шкідливого впливу просідання. Для цього на геологічний розріз у масштабі наносять обриси фундаменту і, починаючи від його підошви, будують графік зростання деформацій осідання та просідання S+Ssℓ. Залежно від геологічної будови нижня межа цього графіка може розміщуватись на рівні межі стисливої товщі або на рівні підошви просадочного ґрунту.

Потім від найбільшої ординати деформації віднімають у масштабі величину граничної деформації згідно з нормами і залежно від типу будови. Якщо тепер із цієї точки поставити перпендикуляр, то точка перетину його з епюрою деформацій по вертикалі буде знаходитися від підошви фундаменту на відстані, яка дорівнює товщині подушки hs.

Масове застосування ґрунтові подушки дістали у 60-их роках у Нікополі, Запоріжжі на об’єктах промислового та громадського призначення. Метод зарекомендував себе як дешевий, високомеханізований відносно простими агрегатами, з досить надійною системою контролю якості ущільнення.

У Таджикистані ВНДІГІМ запроваджено метод улаштування подушок із лесу, який перероблено гідровібруванням. За допомогою потужних гідровібраторів (маса 2,5 т, частота 1450 коливань за хвилину) і насосних станцій лесовий ґрунт розмивають силою водного струменя, який під тиском 0,6–0,7 МПа спрямовують під вібратор, а потім ущільнюють вібруванням. Опускають та піднімають вібратор кранами. Відстань між точками ущільнення – 1,2–1,4 м.

363

14. ФУНДАМЕНТИ І ШТУЧНІ ОСНОВИ, ЯКІ ВИГОТОВЛЯЮТЬ БЕЗ ВИЙМАННЯ ҐРУНТУ

14.1.РІЗНОВИДИ ЗБІРНИХ ФУНДАМЕНТІВ

ІСХЕМИ ЇХ ЗАНУРЕННЯ В ҐРУНТ

Традиційний спосіб улаштування основ і фундаментів полягає у проходці котловану, спорудженні фундаментів і зворотному їх засипанні. Проте паралельно з цим способом із давніх-давен фундаменти влаштовують зануренням у ґрунт забивних паль. Об’єм земляних робіт при цьому значно скорочується або навіть повністю виключається. З розвитком будівельної техніки значно розширюється застосування фундаментів, що споруджуються без виймання ґрунту. Це передусім забивні палі й блоки різної форми поперечного перерізу і поздовжнього профілю. Їх типові представники: залізобетонні забивні призматичні, пірамідальні палі та блоки. Набивні палі і фундаменти виготовляють на місці в пробитих або виштампуваних свердловинах (ложах), витрамбуваних котлованах. Штучні основи споруджують шляхом поверхневого трамбування ґрунтів важкими трамбівками, глибинного віброущільнення, влаштування піщаних та ґрунтових паль, вибухом тощо.

Забивні палі з постійним перерізом стовбура. Найбільш поширені приз-

матичні суцільні залізобетонні палі квадратного перерізу в плані (рис. 14.1, а). Такі палі рекомендується застосовувати при будь-яких стисливих ґрунтах, які підлягають прорізанню, за винятком насипів з уключенням залишків кам’яних, бетонних і залізобетонних конструкцій або ґрунтів природного складу з твердими включеннями, які часто зустрічаються. Ці палі можуть сприймати вертикальні вдавлюючі і висмикуючі навантаження, горизонтальну силу й згинальний момент. Армують такі палі поздовжньою та поперечною арматурою. Поздовжня арматура може бути попередньо напруженою.

На рис. 14.1, б, в, г, д, е, є наведені нетипові вирішення залізобетонних суцільних паль, спрямовані на збільшення площі поперечного перерізу і поверхні стовбура при більш економному витрачанні матеріалів на їх виготовлення порівняно з палями квадратного перерізу. Поздовжня арматура таких паль може бути напруженою або ненапруженою, з поперечним чи без поперечного армування стовбура. Застосування забивних призматичних паль квадратного перерізу з круглою порожниною з попередньо напруженою поздовжньою і без поперечної арматури (рис. 14.1, ж) дозволяє зменшити витрати бетону до 20 % порівняно із суцільними призматичними палями. Забивні залізобетонні круглі палі діаметром від 400 до 800 мм та палі-оболонки (трубчасті) діаметром до 1600 мм, довжиною від 4 до 12 м (рис. 14.1, з) використовують для прорізання слабких ґрунтів з опиранням на ґрунти, спроможні сприймати вертикальні, горизонтальні й моментні навантаження. Занурюються вони із закритим або відкритим нижнім кінцем. Застосування таких паль дає можливість зменшити витрати бетону в два рази порівняно із суцільними палями.

Забивні палі з перемінним перерізом стовбура. Відрізняють такі типи

364

Рис. 14.1. Забивні палі з постійним перерізом стовбура:

а – квадратним; б – трикутним; в – трапецієподібним; г – прямокутним; д – ромбоподібним; е – двотавровим; є – хрестоподібним; ж-з – із круглою порожниною; з – трубчаста

паль із змінним перерізом:

1. Пірамідальні палі квадратного поперечного перерізу (рис. 14.2, а) зі стороною 200 мм біля вістря і 400, 430, 460 мм – зверху, з кутом між вертикаллю й гранню палі α=1…4°, завдовжки 3-8 м армують ненапруженою або попередньо напруженою арматурою. Аналогічними їм, по суті, є опори контактної мережі, котрі використовують як палі. Їх виготовляють за допомогою центрифуги. Застосування таких паль ефективне за наявності глинистих ґрунтів із коефіцієнтом водонасичення Sr ≤0,75, а також піщаних ґрунтів будь-якого ступе-

ня водонасичення пухких і середньої щільності. При занурюванні пірамідальних паль ґрунти інтенсивно ущільнюються. Ущільнена зона ґрунту сприяє підвищенню несучої здатності паль.

2.Короткі пірамідальні забивні залізобетонні палі квадратного поперечного перерізу з кутом між вертикаллю і гранню палі α=4…12° (рис. 14.2, б). У зв’язку з більшою конічністю стовбура цих паль вони формують при занурюванні більш розвинуту зону ущільненого ґрунту.

3.Забивні залізобетонні фундаментні блоки. Їх виготовляють як суцільні, так і з циліндричною порожниною. Занурюють у ґрунт і розширеним кінцем, і звуженим (рис. 14.2, в).

4.Забивні залізобетонні палі із забивними оголовками (шайбами) різної конструкції. Найчастіше застосовують забивні порожнисті блоки (рис. 14.2, г). Наявність оголовка підвищує опір палі горизонтальним і моментним навантаженням.

5.Забивні залізобетонні призматичні палі з розширенням у нижній частині стовбура (рис. 14.2, д). Застосовуються при прорізанні товщ слабких ґрунтів (мулів, торфів, текучих глинистих), які чинять незначний опір тертя за бічною поверхнею паль, з опиранням на відносно щільні ґрунти. Іноді розширення

365

Рис. 14.2. Забивні палі зі змінним перерізом стовбура:

а – пірамідальна паля з малим кутом конічності; б – коротка пірамідальна; в – забивний блок; г – паля з наголовником; д – булавоподібна; е – козлова

може утворюватись завдяки наконечнику, що розкривається. У них знижено опір горизонтальним і моментним навантаженням.

6. Забивні залізобетонні козлові та віялоподібні палі. Їх влаштовують як призматичні палі з однобічним загостренням і занурюють попарно (рис. 14.2, е). При занурюванні таких паль за рахунок виникнення реактивного опору ґрунту за нахиленою поверхнею палі виникає момент, який розвертає палю в ґрунті відносно шарнірно закріпленої голови в спеці-

акабестана МЗС-75 із крутним моментом 750 кН·м. При статичних випробуваннях навантаження на одну

366

1

Рис. 14.4. Копер на рейковому ходу:

1 – стріла; 2 – молот; 3 – паля; 4 – кран; 5 – склад паль

металевого стовбура залізобетонним суцільним або пустотілим. Це дозволило скоротити витрати металу при спорудженні фундаментів на таких палях.

Занурювання збірних фундаментів і паль може здійснюватись різними способами, відпрацьованими багаторічною будівельною практикою: забиванням, віброзаглиблюванням, загвинчуванням, удавлюванням. Кожен із згаданих способів виконується з використанням відповідних механізмів та снарядів.

Основні механізми й снаряди для занурювання паль і фундаментів: копри і підйомні крани для підняття та встановлення занурювачів і паль; молоти різних конструкцій; наголовники; віброзанурювачі; пневмопробійники; кобестани; устаткування для буріння лідируючих свердловин; устаткування для підмивання паль водяним струменем.

Копри вибирають залежно від маси й довжини занурюваних паль, умов будівельного майданчика (сухий майданчик або наявність глибокої води). Кількість копрів установлюють відповідно до намічених строків проведення робіт і продуктивності одного копра. На рис. 14.4 показана схема рейкового копра. Нерідко навісне копрове устаткування встановлюється на важких автомобілях, тракторах, екскаваторах – це так звані самохідні копрові установки.

Молоти застосовують різних конструкцій: механічні, пароповітряні одиночної і подвійної дії; дизель-молоти трубчасті і штангові. Механічний молот складається з чавунного виливка масою 2-4,5 т (рис. 14.5). Перевагою механічних молотів є простота конструкції, що дає мінімальні витрати на обслуговування, але продуктивність таких молотів невисока. У сільському будівництві в Україні широке розповсюдження дістала копрова установка на базі трактора С-100 із механічним молотом масою 3 т для занурювання забивних блоків та

367

1

Рис. 14.5. Механічний молот:

1 – вушко; 2 – захват; 3 – вантажний гак

Рис. 14.6. Загальний вигляд ме-

ханічного молота для занурювання пірамідальних паль на базі трактора Т-100

коротких пірамідальних паль (рис. 14.6).

Дизель-молоти складаються з нерухомого поршня й падаючого циліндра (ударної частини). Залежно від конструкції напрямної розрізняють штангові і трубчасті (рис. 14.7) дизель-молоти. Перед запуском ударну частину молота лебідкою копра піднімають угору, потім її відчіплюють, і вона вільно падає вниз. У момент зіткнення циліндра з поршнем подається дизельне паливо, яке в результаті стискання повітря запалюється й згоряє. В цей момент молот досягає нижнього положення і, вдарившись об плиту, забиває палю. Горючі гази, які утворюються при запаленні, підкидають ударну частину молота вгору, поршень звільняється та гази видаляються. Цей процес повторюється при кожному ударі.

При слабкому ґрунті і на початку забивання паля входить у ґрунт легко, внаслідок чого не досягається достатньої компресії й молот не заводиться. У таких випадках необхідно повторити підняття ударної частини лебідкою зі скиданням доти, поки паля не зайде в ґрунт достатньо щільно і молот не почне працювати. Перевага дизель-молотів порівняно з іншими системами полягає в його компактності, швидкості монтажу, малій витраті пального. Вони не мають потреби у громіздких силових агрегатах, як парові і пневматичні молоти. У будівництві широко застосовують дизель-молоти з ударною частиною масою

1,2-3,5 т.

368

370

371

372

ченко В. И., Феклин В. И. Технология возведения подземной части зданий и сооружений. – М.: Стройиздат, 1990.

14.2. РІЗНОВИДИ ФУНДАМЕНТІВ, ЯКІ ВИГОТОВЛЯЮТЬСЯ В ПОПЕРЕДНЬО ВЛАШТОВАНИХ ПОРОЖНИНАХ,

ІСХЕМИ ЇХ УЛАШТУВАННЯ

Умасовому будівництві монолітні фундаменти за своїми технікоекономічними показниками, як правило, переважають збірні. Найдешевші фундаменти – це фундаменти, виконані у витрамбуваних, пробитих або продавлених свердловинах. Вони вирізняються високим ступенем використання несучої здатності ґрунтів основ. Найбільш ефективне їх застосування в сухих зв’язних ґрунтах, однак при правильній організації робіт їх успішно використовують у піщаних ґрунтах, а також у глинистих (нижче від рівня ґрунтових вод).

Частотрамбовані палі виготовляють шляхом забивання в ґрунт інвен-

тарної труби діаметром 40-60 см із закритим нижнім кінцем. Для цього використовують залізобетонний наконечник, який при вийманні інвентарної труби залишають у ґрунті (рис. 14.13, а). У трубу подають бетон, що ущільнюється падаючою сигароподібною трамбівкою. Так само влаштовують розширення в нижній частині палі (рис. 14.13, б).

Фундаменти в пробитих свердловинах уперше у вітчизняній літературі були описані Є. В. Платоновим як палі “компресоль” системи Дюлака (рис. 14.13, в). Їх улаштовували шляхом утворення отворів у ґрунті падаючою бабою (рис. 14.14). При виконанні робіт застосовували три види трамбівок. Для пробивання свердловин використовували конічну трамбівку (рис. 14.14, а) з кутом при вершині 30°, діаметром 0,85 м, масою 2,2 т. Трамбівка такої форми дозволяє ущільнювати ґрунт лише в стінках свердловини, начебто розсовуючи їх.

Рис. 14.13. Фундаменти, які споруджують у попередньо влаштованій порожнині:

а – частотрамбовані; б – частотрамбовані з розширенням; в – паля “Компресоль”; г – конічний; д – козловий; е – у витрамбованому котловані; ж – у пробитій свердловині

373

Ефективність фундаментів, улаштованих у котлованах із похилими стінками шляхом витиснення (а не виймання) ґрунту, була вперше встановлена при зведенні конічних набивних паль системи “Раймонд” на початку XX ст. Пізніше цей спосіб був удосконалений Штерном, який запропонував спосіб ущільнення ґрунтів шляхом занурювання забивних конічних паль.

Тепер метод улаштування котлованів змінного по висоті перерізу (конічних, клиноподібних, пірамідальних, із розширенням у нижній частині тощо) здобув поширення в будівництві. Відомі такі способи влаштування витрамбуваних котлованів і пробитих свердловин: витрамбовування падаючою по напрямній трамбівкою різної форми; забиванням палебійним агрегатом лідера відповідних розмірів із наступним його вилученням (виштамповування); занурюванням лідера за допомогою віброзанурювача (віброштампування).

Устаткування для витрамбовування котлованів і свердловин вирізняється простотою. Трамбівку занурюють у ґрунт шляхом вільного падіння. Для кож-

374

ного удару трамбівку вилучають із котловану. Це призводить до деяких відхилень у розмірах одержаних котлованів. При виштамповуванні лідер занурюють дизель-молотом на проектну глибину з наступним його вилученням різними конструктивними пристроями. Жорсткий лідер можна вийняти лише за допомогою значного вертикального зусилля, яке розвивають гідроциліндри. При цьому часто руйнуються стінки котловану. Найефективнішим із точки зору якості котлованів у різних ґрунтах є спосіб віброштампування. Лідер занурюють і вилучають із ґрунту за допомогою віброзанурювача. У зв’язку з одноразовим занурюванням підвищується точність улаштування котловану, а виймання лідера вібруванням забезпечує цілісність стінок котловану.

Згідно з набутим досвідом витрамбовування й штампування ці способи успішно застосовуються не тільки при влаштуванні котлованів та свердловин у просадочних ґрунтах, а також і в ґрунтах, насичених водою. При проходженні слабких водонасичених ґрунтів для укріплення стінок котлованів використовують щебінь, утрамбовують по всій їх поверхні на глибину 50-100 мм. Цим забезпечується стійкість стін, а шорсткість, яка утворюється при цьому, перешкоджає виникненню вакууму при вийманні трамбівки.

При влаштуванні котлованів у піщаних ґрунтах використовують глинистий ґрунт, який утрамбовують у стінки й забезпечують їх стійкість і водонепроникність на відповідний період, необхідний для влаштування фундаментів.

На рис. 14.13 наведені конструкції фундаментів, які влаштовують у витрамбуваних котлованах і пробитих свердловинах: конічний набивний фундамент (рис. 14.13, г) споруджується шляхом бетонування в розпір котловану, влаштованого одним із описаних вище способів; козловий набивний фундамент (рис. 14.13, д) улаштовують за допомогою спеціальної трамбівки; фундамент у витрамбуваному котловані з розширенням у нижній частині з утрамбованого щебеню (рис. 14.13, є); витрамбовування котловану і втрамбовування щебеню здійснюють трамбівкою, яка має форму усіченої піраміди; фундамент у пробитій свердловині з розширенням у нижній частині з утрамбованого щебеню (рис. 14.13, ж); пробивання свердловини і втрамбовування щебеню здійснюють циліндричною трамбівкою.

Фундаменти у витрамбуваних котлованах, які виготовляють за допомогою падаючої трамбівки, що має форму усіченої піраміди з шестикутником в основі, широко застосовують в усіх видах будівництва. При масі трамбівки до 4 т глибина котловану становить 2,5 м із діаметром по верху до 1 м. Утрамбовування в дно котловану щебеню об’ємом до 3 м3 для влаштування жорсткого розширення значно підвищує розрахункове навантаження, яке допускається на фундамент. При вказаних розмірах фундаменту в лесових ґрунтах центральної частини України ця величина N=1,0…1,5 МН. Наявність похилих граней фундаменту дозволяє при оцінюванні його несучої здатності враховувати розпір уздовж бічної поверхні. Проте несуча здатність такого фундаменту визначається, головним чином, об’ємом утрамбованого щебеню, тобто величиною розширення.

Фундаменти в пробитих свердловинах улаштовують шляхом пробивання свердловин у ґрунті циліндричною трамбівкою діаметром 0,5-0,6 м, масою 4 т

375

або забивними штампами з наступним заповненням їх ґрунтобетоном, бетоном, залізобетоном. Для збільшення опору вертикальному навантаженню в їх нижній частині влаштовується розширення з утрамбованого щебеню.

Указані вище параметри трамбівок для влаштування витрамбуваних котлованів і пробитих свердловин відповідають технічним можливостям базової машини, що найширше застосовується для цієї мети – екскаватора-драглайна типу Е-10011. Тепер намітилась тенденція збільшення розмірів витрамбуваних котлованів і пробитих свердловин за рахунок збільшення маси трамбівок. У Черкасах, зокрема, при влаштуванні таких фундаментів використовували трамбівки масою 10 т на крані РДК-25. За кордоном (Італія) розроблено машини з трамбівкою масою до 50 т.

Із порівняння фундаментів у витрамбуваних котлованах і пробитих свердловинах при приблизно однаковій масі трамбівок видно, що несуча здатність обох видів фундаментів визначається розмірами розширення й при їх однакових об’ємах приблизно однакова, а площа поперечного перерізу фундаменту в пробитій свердловині втричі менша за площу середнього перерізу фундаменту у витрамбуваному котловані. Це дає змогу більш повно використовувати несучу здатність бетону при його роботі на стиснення, а також при однаковій гл и- бині закладання зменшити витрату бетону при влаштуванні фундаментів у пробитих свердловинах. При значній потужності слабких ґрунтів пройти їх можна лише фундаментом у пробитій свердловині. Нахилені грані у трамбівки для влаштування витрамбуваних котлованів не дозволяють вести роботи за наявності шару мерзлого ґрунту завтовшки понад 0,5 м, а циліндрична трамбівка, навпаки, пробиває мерзлий ґрунт і при дальшому заглибленні свердловини не взаємодіє з ним; це дає можливість вести роботи з улаштування фундаментів у пробитих свердловинах при наявності шару мерзлого ґрунту завтовшки 1,3 м. Невелика глибина закладання фундаментів у витрамбуваних котлованах порівняно з фундаментами в пробитих свердловинах ставить їх у невигідне положення за наявності підземних комунікацій, фундаментів під устаткування (обладнання) тощо. Це дозволяє зробити висновок про досконалість фундаментів у пробитих свердловинах.

На рис. 14.15 показана технологічна схема влаштування фундаментів у пробитих свердловинах із розширенням у нижній частині з утрамбованого щебеню. Базовою машиною тут є екскаватор-драглайн із фрикційною лебідкою вантажопідйомністю 16 т. Використовується циліндрична трамбівка масою 5 т, яка падає з висоти 6 м. Такий агрегат має досить високу продуктивність (до 20 свердловин за зміну) і застосовується здебільшого на великих об’єктах, тому що перевезення його з майданчика на майданчик пов’язане з витратами часу й використанням додаткових машин.

На рис. 14.16 показано мобільну установку для влаштування фундаментів у пробитих свердловинах на базі трактора Т-150К. Маса трамбівки – близько 2,5 т, висота падіння – 5 м. З об’єкта на об’єкт установка переміщується самостійно зі швидкістю до 40 км/год. Установка створена в Полтавському НТУ. Її застосовують у різних видах будівництва в Полтавській, Сумській, Харківській та інших областях.

376

377

Рис. 14.16. Загальний вигляд мобільної установки для

влаштування фундаментів у пробитих свердловинах на базі трактора Т-150

У Дніпропетровську здобув поширення метод пробивання свердловин шляхом занурення спеціального снаряда дизель-молотом. Для довільного вилучення снаряда із свердловини використано принцип рухомого кільця. На рис. 14.17 показано процес улаштування фундаментів у пробитих свердловинах таким способом. Як видно із схеми, діаметр свердловини відповідає діаметру рухомого кільця, котре при переміщенні пристрою вниз зберігає горизонтальне положення. При піднятті пристрою рухоме кільце сповзає з вістря й займає вертикальне положення, повиснувши на кріпленні. У такому положенні пристрій довільно вилучається із свердловини. Щоразу при опусканні снаряда у свердловину необхідно встановити рухоме кільце в робоче положення. Описаний спосіб пробивання свердловин менш енергомісткий, ніж спосіб із падаючою трамбівкою, і дозволяє широко використовувати для цієї мети виготовлені серійно копри та молоти.

В останні роки пробиті свердловини різного призначення виготовляють за допомогою пневмопробійників – пневматичних машин ударної дії, які самі пересуваються у ґрунті.

Серійне виробництво реверсивних пневмопробійників в Україні проводить Одеський завод будівельно-опоряджувальних машин. При влаштуванні й реконструкції основ та фундаментів пройшли перевірку і використовуються у практиці машини, дані яких наведені у таблиці 14.2.

Схема влаштування набивних паль за допомогою пневмопробійників показана на рис. 14.18. Для надання пневмопробійникові напрямку руху використовується так званий стартовий пристрій (рис. 14.18, а). Він обладнаний направляючою, яка може змінювати кут нахилу до вертикалі при виготовленні похилих свердловин. Для сприяння його підійманню на поверхню пневмопробійник тросом закріплюється до ручної лебідки. За допомогою стартового пристрою виконується центрування майбутньої пробитої свердловини.

378

рухоме кільце; 2 – вістря; 3 – кріплення кільця; 4 – корпус снаряда; 5 – ковадло; 6 – наголовник; 7 – молот; 8 – екскаватор; 9 – лотік; 10 – порція щебеню; 11 – розширення; 12 – автобетонозмішувач; 13 – глибинний вібратор; 14 – ствол; 15 – ростверк

379

Таблиця 14.2. Пневмопробійники для влаштування і реконструкції основ та фундамен-

тів

Подаванням стислого повітря крізь шланг і патрубок від компресора пневмопробійнику надається робочий хід (на рис. 14.18 умовно не показано компресор та шланг). Пневмопробійник занурюється в ґрунт у напрямку, який було задано стартовим пристроєм. При цьому за рахунок ущільнення і часткового випинання ґрунту утворюється свердловина діаметром рівним діаметру пневмопробійника (рис. 14.18, б). Стійкість стінок свердловини забезпечується у твердих – тугопластичних глинистих ґрунтах. При досягненні вістрям пневмопробійником проектної позначки за допомогою реверса він переводиться на зворотний хід і піднімається на поверхню з використанням лебідки стартового пристрою. Після цього при забезпеченні стійкості стінок свердловини до неї можна встановити арматурний каркас та заповнити литим бетоном класу В15.

Маємо звичайну набивну палю діаметра 95-155 мм довжиною 2-10 м. За необхідності довжина палі може бути більшою. Розрахункове навантаження на

Рис. 14.18. Схема влаштування набивних паль за допомогою пневмопробійників:

а – центрування пневмопробійника; б – пробивання свердловини; в – заповнення свердловини бетоном; г – улаштування бетонної оболонки; д, е – влаштування розширення; ж – установлення арматурного каркаса; з – готова паля з ростверком; 1 – стартовий пристрій; 2 – пневмопробійник; 3 – свердловина; 4 – бетон; 5 – бетонна оболонка; 6 – розширення; 7 – арматурний каркас; 8 – залізобетон; 9 – ростверк.

380

таку палю в указаних раніше ґрунтах складе N = 20-100 кН. Швидкість занурення пневмопробійника 0,1-0,5 м/хв, витягання – 0,3-0,8 м/хв. За робочу зміну (8 годин) можна зробити 50-80 п.м таких паль.

У м’якопластичних глинистих ґрунтах стійкість стінок свердловини забезпечується не завжди. Виникає необхідність їх закріплення. Для цього свердловину заповнюють жорстким бетоном класу В10,5 і знову проходять її пневмопробійником (рис. 14.18, г). Навколо свердловини у ґрунті утворюється бетонна оболонка товщиною 1-2 см. Вона закріплює стінки свердловини і відповідно збільшує загальний діаметр палі. Цю процедуру можна повторювати кілька разів, при цьому збільшується діаметр палі та її розрахункове навантаження. Влаштування бетонної оболонки з метою збільшення несучої здатності палі можливо й у твердих – тугопластичних глинистих ґрунтах. Після того, як оболонка сформована, у свердловину вставляють арматурний каркас і заповнюють литим бетоном. У текучопластичних глинистих ґрунтах вище від рівня ґрунтових вод бетонну оболонку навкруги свердловини можна робити ділянками за довжиною по ходу пробивання свердловини. Довжина ділянки дорівнює довжині пневмопробійника і менше. Наявність бетонної оболонки збільшує розрахункове навантаження на палю на 10-20% за рахунок кожного шару бетону.

Збільшити несучу здатність набивної палі можливо за допомогою влаштування розширення. На рис. 14.18, д, е показана схема влаштування розширення у нижній частині свердловини. Для цього у свердловину порціями по 0,005-0,015 м3 подається жорсткий бетон класу В10,5 чи гранітний щебінь фракції 10…20 мм. Порція втрамбовується одним проходом пневмопробійника. При втрамбовуванні 8 порцій жорсткого бетону (щебеню) діаметр розширення складе 2-2,5 діаметра свердловини. Розрахункове навантаження на такі палі в залежно від стану ґрунту може скласти N=100-500 кН, що перевершує, навіть, несучу здатність такої палі за матеріалом. Схема постановки арматурного каркаса показана на рис. 14.18, ж. Готовий фундамент із набивними палями показаний на рис. 14.18, з.

Спосіб пробивання свердловин використовується і для встановлення в них збірних фундаментів. На рис. 14.19 показано процес улаштування опори ЛЕП із конічною фундаментною частиною. Попередньо за допомогою металевого лідера вібровиштамповують свердловину розмірами, що відповідають розмірам фундаментної частини опори. Занурення лідера в ґрунт здійснюють віброзанурювачем, який з’єднаний із конічним захватом. Для зменшення вібраційних впливів на стрілу крана при вилученні лідера між крюком крана і віброзанурювачем підвищують амортизатор із пружин.

Стінки свердловини закріплюють додатковим уштамповуванням: у глинистих водонасичених ґрунтах – щебеню, а в пісках – глини. Опори в свердловини встановлюють краном за допомогою гнучких стропів, які дозволяють підняти опору у вертикальне положення. Закріплення опори в свердловині відбувається одночасно з її вивірянням. Такий спосіб закладання опори в ґрунт дає змогу збільшити її опір по ґрунту на сумісну дію вертикальних і горизонтальних навантажень у 1,3 разу порівняно з опорами, закріпленими в пробуреній свердловині. Опори контактної мережі з конічною опорною частиною викорис-

381

тані при електрифікації Південно-Західної залізниці.

Для влаштування набивних паль може бути використано й розроблений спеціалістами Придніпровської ДАБА метод гвинтового продавлювання сверд-

ловин спіралеподібними снарядами (рис. 14.20). За допомогою приводу здійснюється обертання снаряда. Одночасно з обертанням на снаряд передається осьове зусилля, яке здійснюється вагою снаряду, бурової колони, приводу, а також привантаженням чи зусиллям, що утворюється натягненням канату спеціальною лебідкою. При зануренні снаряда ґрунт витискується в боки за рахунок спеціальної геометрії снаряда. Бетонування паль здійснюють за технологією виготовлення паль сухим способом. У слабких ґрунтах несучу здатність паль можна підвищити шляхом багаторазової прохідки і заповнення свердловини ґрунтом чи іншим матеріалом (цементно-піщана суміш, розчин, пісок). На останньому етапі свердловину заповнюють бетонною сумішшю з ущільненням. Перед бетонуванням у свердловину встановлюють арматурний каркас.

Для занурення спіралеподібних снарядів використовують бурові установки з обертальним приводом БУК-600, СО-2 тощо. Швидкість проходження све-

Рис. 14.20. Технологічна схема влаштування набивних паль методом гвинтового прода-

влювання: I – проходження свердловини спіралеподібним снарядом; II – установка арматурного каркаса; III – бетонування палі; IV – готова паля при одноразовому проходженні свердловини; V – заповнення свердловини ґрунтом або цементно-піщаним розчином; VI – повторна проходка свердловини; VII – готова паля при дворазовому проходженні свердловини; 1 – спіралеподібний снаряд; 2 – зона ущільнення ґрунту при одноразовому проходженні свердловини; 3 – штанга; 4 – бурова установка; 5 – обертальний привід; 6 – свердловина; 7 – арматурний каркас; 8 – кран; 9 – приймальна воронка; 10 –баддя; 11 – свердловина, заповнена матеріалом ущільнення; 12 – грейферний ківш; 13 – зона ущільнення ґрунту при дворазовому проходженні свердловини

383