Владимирский С.Р. Механизация строительства мостов

Подождите немного. Документ загружается.

в2

= (3329 - 435)/2,83 = 1023 кН,

где

= (3,4 · 8 + 3,0 · 4 + 1,5 · 4)/16 = 2,83;

;/5,9

1400

2510

1023

в2

собn 

;/5,506

9,5435

10232

смкНW 





= 1,15/435 = 0,0026 м;

.36

435)0,5-(2547,59,50,0026120-506,515

8,0435)0,5-(3329

минt 







Вследствие большого бокового сопротивления сваи погружение на второй заходке

сильно замедлилось. Выход состоит в погружении сваи с опережающим забоем.

Пересчитаем параметры на этот случай:

б2

= (377,2 + 2343,7) · 5,02/(5,02 + 4,27) = 1470 кН;

= 1,0 · (1250 + 150) · 0,558 + 1470 = 2251 кН;

в2

= (2251 - 435)/2,83 = 642 кН;

;/0,6

1400

2510

642

в2

собn 

;/8,315

6,0435

6422

смкНW 





.8,6

)4355,01470(0,60026,01208,31515

0,8435)0,5-(2251

минt 







Заходка 3 — производят наращивание сваи еще одной секцией длиной 8 м. Проходят

часть слоя 3 толщиной 8 м l

= 8 м), также с опережающим забоем.

В конце погружения реализуется полная несущая способность сваи-оболочки (см.

выше):

= 3710 кН; Р

= 1,0 · (1700 + 150) · 0,558 + 3710 = 4742 кН;

= 450 + 135 = 585 кН;

в3

= (4742 - 585)/2,38 = 1747 кН;

;/2,16

1400

2510

1747

в3

собn 

;/644

2,16585

17472

смкНW 





= 1,15/585 = 0,002 м;

585)0,5-(371016,20,002120-64415

8,0585)0,5-(4742







t

Знак «минус» в знаменателе показывает, что время погружения стремится к

бесконечности, т. е. погружения не происходит. Таким образом, расчет подтверждает, что

режимы с более высокими частотами менее эффективны для погружения оболочек, а

погружающая способность гидровибропогружателей ниже, чем традиционных машин с

электромеханическим низкочастотным приводом.

Проверим, что будет, если на заходке 3 производить погружение оболочки спаренным

вибратором (см. рис. 20):

= 450 + 450 = 900 кН;

в3

= (4742 - 900)/2,38 = 1614 кН;

;/3,6

1400

6000

1614

в3

собn 

;/9,918

3.6900

16142

смкНW 





= 2 · 1,15/900 = 0,0026 м;

.7,4

)0090,5-(37103,60,0026120-9,18915

8,0)0090,5-(4742

минt 







Полное (чистое) время погружения одной сваи-оболочки (при выполнении всех

предусмотренных выше технологических мероприятий) равно

= 5,4 + 6,8 + 4,7 = 17 мин.

Заметим, что в общем времени t

погр

цикла погружения оболочки, определяемом по

формуле (21), чистое время погружения составляет весьма незначительную часть, так как

остальные компоненты формулы исчисляются часами. Тем не менее, изложенная выше

методика прогнозирования вибропогружения свай играет важную роль. Она позволяет

оценить погружающую способность вибраторов и проверить возможность применения

различных технологических приемов, улучшающих процесс погружения.

5.3. Агрегаты для возведения фундаментов из буронабивных свай

Особенностью технологии работ по сооружению свай этого типа является монолитное

подводное бетонирование свай непосредственно в грунте в проектном положении.

Сначала в грунте тем или иным способом делают скважину (при необходимости с

уширениием), затем устанавливают в нее арматурный каркас и укладывают бетонную

смесь (рис. 21).

Рис. 21. Технологическая схема устройства буронабивных свай:

I — бурение скважины; II — разбуривание уширения; III — установка арматурного

каркаса; IV — заполнение скважины бетонной смесью

Рис. 22. Виды бурильного инструмента и оборудования:

а — лопастной бур; б — шнековый бур; в — ковшовый бур; г — грейфер;

д — ударное долото; е — обсадная труба; ж — шарошечное долото

Предложенный в 1899 году русским инженером Страуссом способ устройства

буронабивных свай получил распространение преимущественно в зарубежных странах.

Известно много разновидностей этого способа — «симплекс», «вибро», «стерн», «вит»,

«атлас», «франки» и др.

Скважины для свай в нескальных грунтах устраивают забивкой, вибропогружением,

задавливанием инвентарных или оставляемых в грунте стальных обсадных труб с

закрытым или открытым нижним концом. В связных грунтах бурить можно без обсадных

труб, используя гидростатическое давление глинистого раствора или воды для

предотвращения обрушения грунта в скважине. При этом применяют разное

механическое бурильное оборудование, которое выбирается в зависимости от вида грунта

(рис. 22, а—г). При устройстве обычных в мостостроении скважин диаметром 0,8—1,7 м

и глубиной до 50 м используют открытые снизу инвентарные трубы, погружаемые

задавливанием гидродомкратами (рис. 22, е). Для разбуривания уширений применяют

вращающиеся уширители с раскрывающимися лопастями, режущими грунт, и с

ковшовым буром (рис. 23, табл. 13). При строительстве опор на акватории буровой

агрегат устанавливают на подмости (см. рис. 10).

Разработку скальных грунтов в скважинах производят ударным способом при помощи

долота (рис. 22, д) или вращательным бурением шарошечным инструментом (рис. 22, ж).

Рис. 23. Уширитель к бурильным машинам фирмы Kato (Япония)

Долото подвешивают на канате к мачте агрегата ударно-канатного бурения и

сбрасывают с высоты. Буровой шлам удаляют из скважины, промывая ее специальным

устройством (рис. 24).

Бурение скважин шарошечным инструментом производят при помощи агрегатов с

погружными забойными двигателями, оснащенных турбобурами или электробурами.

Агрегаты, смонтированные на базе серийных турбобуров Т12РТ-240, которые

используются в горной промышленности, позволяют производить разбуривание скважин

диаметром до 1,3 м на глубину до 30 м. Агрегат с реактивно-турбинным буром РТБ2600

осуществляет проходку скважин диаметром 2,6—2,83 м неограниченной глубины (рис.

25). Агрегат состоит из четырех турбобуров, смонтированных на единой раме и

снабженных трехшарошечными долотами, которые вращает с частотой около 600 об./мин

реактивная струя воды. Забой скважины очищается от выбуренного грунта потоком

жидкости, выходящей из долот, с прямой промывкой скважины и периодическим

эрлифтированием.

Таблица 13

Техническая характеристика уширителей к бурильным машинам

Диаметр

обсадной

Диаметр

уширения

Наружный

диаметр

Высота

Н/Н

max

Высота

ковша Н

Вместимост

ь ковша, м

Масса, кг

трубы, мм D, мм D

, мм мм мм

Уширители отечественного производства

1000/920 2650 800 4020/4780 1365 0.3 3170

1180/1100 2650 980 4020/4780 1365 0.55 3240

1500/1400 2650 1270 4040/4800 1380 1.0 3640

1680/1580 3500 1510 4040/4800 1380 1.7 4180

Уширители фирмы Kato (Япония)

1000/920 2000 850 730 - - 1200

1180/1100 2500 1050 930 - - 1300

1480/1380 3000 1320 1200 - - 2000

1680/1580 3500 1520 1400 - - 2500

Мощность турбобуров больше, чем мощность станков ударно-канатного бурения.

Поэтому РТБ целесообразно использовать при устройстве значительного числа скважин

большого диаметра. Вместе с тем, бурильные агрегаты с турбобурами обладают низким

к. п. д., требуют большого расхода чистой воды, имеют низкий крутящий момент на

буровом инструменте. Агрегаты с погружным электрическим двигателем более

эффективны, чем турбобуры.

Рис. 24. Устройство для удаления бурового шлама из скважины:

1 — скважина в скальной породе; 2 — нож оболочки; 3 — железобетонная оболочка;

4 — водоподводящая труба; 5 — центратор трубы; 6 — шлакоприемный бункер; 7 —

труба для создания кольцевого зазора; 8 — кольцевые щели; 9 — центральное отверстие;

10 - отражатель; 11 - буровой шлам

Рис. 25. Агрегат с реактивно-турбинным буром РТБ-2600:

1— электролебедка; 2 — долото диаметром 750 мм; 3 - вертлюг; 4 — вышка; 5 —

турбобуры; 6 — верхние центраторы; 7 — пригруз; 8 — нижние центраторы; 9 - долото

диаметром 490 мм; 10 — оболочка; 11— грунт; 12 — скальная порода

В частности, подвесной бурильный агрегат отечественного производства с

четырехшпиндельным укороченным электробуром применяют для вращательного

шарошечного бурения с промывкой вертикальных скважин диаметром 1,3-1,65 м

глубиной до 56 м (рис. 26). Подводное бетонирование обычно производят способом

вертикально перемещающейся трубы (ВПТ) [7], который, однако, не позволяет получать

требуемые классы по прочности и водонепроницаемости и необходимое качество бетона

буронабивных свай. Из-за этого возникает необходимость применения особых

технологий. Неоднократно предпринимались попытки подводной укладки бетонной

смеси с вибрированием. В последние годы отечественными инженерами разработан и

применяется комплект бетонолитного оборудования с использованием виброштампа

(рис. 27).

Рис. 26. Агрегат подвесной бурильный с четырехшпиндельным укороченным

электробуром:

1 — планетарный редуктор с бурильными инструментами; 2 — центратор; 3 —

переходник; 4 — бурильная штанга; 5 — реактивная рама; 6 — наголовник; 7 —

токоподводящий кабель

При этом способе подача бетонной смеси по вертикальной бетонолитной трубе может

производиться как из бункера, так и бетононасосом. По мере подачи бетонной смеси и

проработки ее виброштампом обсадную трубу постепенно извлекают из скважины.

Применение установки для укладки с вибрированием позволяет повысить прочность

бетона сваи в 1,2—1,5 раза, а также несущую способность свай по грунту на 20-30%.

Рис. 27. Схема бетонированя скважин при помощи виброштампа:

1 — накопительный бункер; 2 и 3 — секции бетонолитной и инвентарной обсадной

труб; 4 — виброштамп; 5 — режущая коронка обсадной трубы; 6 — арматурный каркас;

7 и 8 — демонтируемые звенья бетонолитной и обсадной труб

За рубежом, как правило, используют специальные буровые машины на гусеничном

ходу. Все операции по бурению скважин производят одной машиной, оборудованной

комплектом бурового инструмента для разных грунтов, уширителем, домкратной уста-

новкой для погружения и извлечения обсадных труб, бетононасосом для подачи бетона в

скважину (рис. 28, табл. 14).

В СССР (России), начиная с работ проф. Е. Л. Хлебникова 1955— 1957 гг., применяют

в основном навесное оборудование на копры и гусеничные машины, а также легкие

бурильно-крановые машины (рис. 29, табл. 15).

Заметим, что, хотя по техническим возможностям отечественные буровые машины

вполне удовлетворительны, они существенно проигрывают мировым образцам в

надежности. Поэтому сейчас преимущественное распространение получила буровая

техника японских фирм Kato (PF1200 и 50ТНС), Sanva Kisai (буро-шнековы машины

D120H-PY и др.), Kensetsu Kikai Tesa (виброгрейферы). Так же популярны машины

немецких фирм Bauer, Bade, итальянские Kasagrande, финские Junttan.

При подводном бетонировании скважин способом ВПТ в качестве ведущей машины,

выступающей в партнерстве с буровым агрегатом, применяют стреловой самоходный

кран с бункером или бетононасос.

Рис. 28. Бурильные машины 50ТНС-VSIII и 50THC-VSV фирмы Kato (Япония):

1 — ходовая часть; 2 — поворотная платформа; 3 — лебедки; 4 — растяжки; 5 —

мачта; 6 — оголовок мачты; 7 — люнет штанги; 8 — вертлюг; 9 — гусек мачты; 10 —

бурильная штанга; 11 — гидроцилиндр подачи вращателя; 12 — вращатель; 13 — кольцо

штанги; 14 — кабина; 15 — направляющее кольцо штанги; 16 — механизм качания

обсадной трубы; 17, 18 — передние и задние выносные опоры; 19 — вторая кабина

Рис. 29. Навесное оборудование МБС-1.7А:

1 — кран-экскаватор; 2 — стрела; 3 — телескопическая штанга; 4 — ротор с

электроприводом; 5 — грейфер; 6 — ковшовый бур

Таблица 14

Техническая характеристика буровых машин зарубежного производства

Показатели

Tellbor

фирмы

Bade

Германия

BG-14

фирмы

Bauer

Германия

B220

фирмы

Casagrand

Италия

PF1200-

YSII

фирмы

Kato

Япония

30THC-VS

фирмы

Kato

Япония

50THC-

VSIII

фирмы

Kato

Япония

Базовая машина

навесное

оборудован

ие на кран

экскаватор

R962T

Liebherr

специ-

альная

гусеничная

специ-

альная

гусеничная

экскаватор

Комацу-

Каминдз

специ-

альная

гусеничная

Метод бурения

враща-

тельный,

ударный

враща-

тельный,

враща-

тельный,

враща-

тельный,

ударный

враща-

тельный,

ударный

Диаметр скважины, м 0,9-2,0 1,2; 1,5; 1,8 1,5; 2,5 1; 1,2 1,2; 1,5; 1,7 1,5;1,7

Диаметр уширения, м - - - 2,5 - 3; 3,5

Глубина бурения, м 40 60 68 24; 20 40; 30; 24 50; 40

Максимальный

наклон оси скважины

- - - 5:1 - 5:1

Габариты, м:

высота - 20,35 21,55 22,5 13,3 22,5

длина - 7,725 9,35 10,65 9,45 11,07

ширина - 3,8 3,0 4,06 3,2 4,06

Ходовая часть, м:

колея

- 3,05 4,4 2,62 3,2 2,62

ширина

башмака

гусеницы

- 0,75 0,8 0,6 0,6 0,6

база

- 4,4 5,398 3,94 3,524 3,94

Масса, т

4,9-17,0 80 70 52 39 67

Таблица 15

Техническая характеристика буровых машин отечественного производства

Показатели МБНА-1М МБУ-1,2 МБС-1,7А БС-2 БМ-3061 БМ-4001

Базовая машина

автомобиль

КРАЗ-250К

кран-

экскаватор

Э-1258

гусенич-

ный кран

ДЭК-251

специ-

альная

гусеничная

экскаватор

ЭО-

5123

экскаватор

ЭО-

6123-1

Метод бурения

враща-

тельный,

ударный

враща-

тельный,

враща-

тельный,

враща-

тельный,

ударный

враща-

тельный,

ударный

Диаметр скважины, м 1,0 1,2 1,3; 1,7 1,0 0,6-1,5 1,2; 1,5; 1,7

Диаметр уширения, м - - 3,5 - 2,5; 3,5 2,65; 3,5

Глубина бурения, м 20 32 28; 30,5 200 15-30 40; 30; 24

Пред. наклон оси

скважины

5:1 - - - - 5:1

Габариты, м:

высота 16,09 20 24,7 15,05 19,7 24,85

длина 11,6 10,17 12,44 7,24 9,0 10,46

ширина 4,85 3,8 4,76 3,9 3,08; 5,2 3,8

Продолжение табл. 15

Показатели МБНА-1М МБУ-1,2 МБС-1,7А БС-2 БМ-3061 БМ-4001

Ходовая часть, м:

колея

- 3,1 3,73 2,6 2,51 3,1

ширина

башмака

гусеницы

- 0,7 0,625 0,42 0,63 0,7

база

- 3,7 4,186 3,55 3,12 3,7

Масса, т

29 62 60 31 67 70

5.4. Вспомогательное оборудование

При сооружении свайных фундаментов в качестве вспомогательного оборудования

применяют устройства для погружения и извлечения шпунта; для облегчения погружения

свай в грунт; для срезки голов свай; для откачки воды из котлованов, водопонижения и

др.

Устройства для погружения и извлечения шпунта бывают двух основных типов:

вибромолоты и домкратные установки.

Вибромолоты основаны на принципе преобразования вибрационных воздействий в

ударные (рис. 30). При синхронном вращении эксцентриков в разные стороны возникает

направленная по оси погружаемого элемента периодическая вынуждающая сила, под дей-

ствием которой ударная часть колеблется на пружинах, нанося удары по наковальне.

Ударные импульсы передаются погружаемому элементу через наголовник. При

извлечении шпунта используются вибрация и направленная вверх вынуждающая сила,

создаваемые вращением эксцентриков в сторону, обратную погружению.

Рис. 30. Вибромолот:

1 — рама; 2 — ударная часть; 3 — электромотор; 4 — эксцентрик; 5 — пружина; 6 —

плита; 7 — наковальня; 8 — наголовник