Зоценко Н.Л. Инженерная геология. Механика грунтов, основания и фундаменты

Подождите немного. Документ загружается.

370

Наголовник служить для фіксації палі віднос-

но копрової щогли. За його допомогою енергія за-

нурювання передається фундаменту. На рис. 14.8

показано зварний наголовник, що складається з

двох гнізд. У верхньому гнізді розташовано сталеве

ковадло на амортизаторах із канатів, а в нижньому,

призначеному для голови палі, встановлюють амо-

ртизатор із сухої деревини твердих порід (берези,

модрини), який захищає палю від руйнування. При

виборі типу і ваги молота слід віддавати перевагу

більш важким молотам при невеликій висоті падін-

ня. Як правило, маса молота не повинна бути мен-

шою за масу палі з наголовником.

Віброзанурювачі діють, використовуючи вла-

стивість деяких ґрунтів при вібрації наближатися

за станом до в’язкої рідини; при цьому занурювання паль значно полегшується.

Цей спосіб занурювання шпунта був запропонований Д. Ф. Барканом, а його

успішно використовують і для паль.

Віброзанурювач (рис. 14.9) складається з вібратора й електродвигуна,

жорстко з’єднаного з вібратором; останній складається із зварного корпусу, в

якому є вали з дебалансами, що обертаються попарно в протилежні сторони.

Найбільш раціонально застосовувати віброзанурювачі у водонасичених піща-

них ґрунтах.

Вібромолоти (рис. 14.10) працюють у віброударному режимі, при якому

обертання в протилежні боки роторів електродвигунів із дебалансами спричи-

нюють не тільки вимушені коливання паль, а й коливання вібромаси молота,

верхньої плити, закріпленої на пружинах визначеної жорсткості. Коливання ві-

бромаси супроводжуються синхронними їх ударами об нижню плиту, що ство-

рює більш сприятливі умови для занурювання паль у ґрунт, ніж при роботі із

звичайними занурювачами. Параметри пружин підбирають таким чином, щоб

двом обертам роторів електродвигунів відповідав у часі один удар, унаслідок

чого здійснюється періодичний рух системи. Вібромолоти ефективні при зану-

рюванні паль у піщані та гравійні ґрунти.

Удавлювання паль звичайно здійснюють потужними гідродомкратами й

використовують тоді, коли не можна застосувати забивання чи віброзанурення

(влаштування пальових фундаментів поблизу від існуючих споруд, при поси-

ленні існуючих фундаментів чи в ґрунтах, які ущільнюються під впливом коли-

вань тощо). Приклад установки для статичного вдавлювання паль, яка склада-

ється з двох тракторів, направляючої рами та опорної плити, подано на

рис. 14.11.

Процес удавлювання паль полягає в наступному. Трактор із щоглою

встановлюють над місцем заглиблення паль і за допомогою лебідки на поверх-

ню землі опускають опорну плиту, на яку потім установлюють привантажую-

чий трактор. Попередньо лебідкою палю розміщують у проріз щогли трактора,

що знаходиться на ґрунті. Зусилля від лебідки передають на наголовник, і він

Рис. 14.10. Схема вібромолота,

жорстко з’єднаного з палею:

1 – віброзанурювач; 2 –

паля;

3 – пружини; 4 – наголовник

371

починає переміщуватись за направ-

ляючими, вдавлюючи палю в ґрунт.

Установка розвиває зусилля

вдавлювання до 350 кН і може за-

нурити за зміну 10-15 паль довжи-

ною до 6 м. Недоліком цього мето-

ду є невисока продуктивність, гро-

міздкість обладнання, що знижує

маневреність, і невелика глибина

занурення паль.

Більш ефективним зарекоме-

ндувало себе обладнання для вдав-

лювання паль із вакуумним анке-

ром СВО-В-1 конструкції НДІБК

(м. Київ). Базовими машинами

служать крани РДК-25, МГК-25БС,

МГК-25БР тощо. Максимальне зу-

силля вдавлювання складає 1150

кН при швидкості занурення палі 1-

2 м/хв.

Для умов неоднорідних основ

(у тому числі з великоуламковими

включеннями) спеціалістами вла-

дивостоцького ДальНДІБ впрова-

джена безвідхідна технологія занурення паль, яка полягає у тому, що палі виго-

товляються одного розміру – модульні (найчастіше круглого поперечного пере-

різу довжиною 3 і 6 м). Розміри модуля підбираються так, щоб найбільш ефек-

тивно використовувати обладнання для занурення паль. Модуль виконують зі

стикованим вузлом. Робочі операції складаються із: занурення складеної палі з

модулів до визначеної глибини; зрізання лишку палі; переміщення його на нове

місце і занурення зі стикуванням з новими модулями (див. рис. 14.12). Познач-

ки занурення паль визначають за допомогою статичного зондування відповідно

величинам необхідної їх несучої здатності.

Нерідко занурювання паль на проектну позначку утруднене внаслідок

значного опору ґрунту. Збільшення енергії занурювання при цьому призводить

до їх руйнування. Такі явища спостерігаються при занурюванні паль у піщані

ґрунти. У цих випадках палі занурюють із підмиванням водяним струменем. Із

цією метою до вістря палі підводяться дві труби діаметром 50 мм, які мають

наконечник з отвором 12 мм. Довжина труби, що підмиває ґрунт, повинна бути

не меншою за довжину палі, а наконечник завжди нижче на 0,25 м від вістря

палі.

Для піщаних ґрунтів при глибині підмиву до 8 м тиск води становить 0,3-

0,4 МПа, а для суглинку та глини – 0,5-1 МПа. Під дією струменя води ґрунт

біля вістря розпушується, і паля легко занурюється в утворений простір.

У деяких ґрунтах занурювання палі з підмивом здійснюється лише під її

Рис. 14.11. Схема занурення паль статичним уда-

влюванням : 1 – лебідка і тяговий канат для опу-

скання опорної плити й підйому наголовника;

2 – розтяжка стріли; 3 – блоки; 4 –

рама стріли;

5 – наголовник із блоками для вдавлюючого ста-

левого каната; 6 – канат для вдав

лювання;

7 – лебідка для вдавлювання; 8 –

опорна плита;

9 – відвідний блок удавлюючого каната; 10 – па-

ля; 11 – рама; 12 – трактор

372

власною вагою. У Кременчу-

цькому спеціалізованому

управлінні для занурювання

забивних паль у піщані ґрунти

було застосовано метод про-

мивання свердловин, який по-

лягає в тому, що на стрілі кра-

на підвішують трубу діаметром

100 мм і довжиною, що дорів-

нює глибині занурювання паль.

Нижній кінець труби обладну-

ють наконечником з прямими

та бічними отворами. В трубу

під тиском 0,3 МПа подають

воду, і вона опускається у

ґрунт під власною вагою до

позначки вістря палі. Потім, не

припиняючи подавання води в

трубу, її піднімають у верхнє

положення. Операцію повто-

рюють 2-3 рази. Далі без зволі-

кання в цю точку, за допомогою дизель-молота занурюють залізобетонну палю.

Занурювання паль здійснюють без утруднень. Несуча здатність паль, занурених

у піщані ґрунти за допомогою підмивання і наступним забиванням молотом,

дещо нижча за несучу здатність паль, занурених без підмиву.

В умовах водонасичених слабких ґрунтів для полегшення заглиблення

паль, особливо металевих, і шпунта мається позитивний досвід використання

явища електроосмосу (про це мова піде в розділі 15).

У просадочних ґрунтах палями необхідно пройти всю просадочну товщу і

заглибити їх кінці в непросадочний ґрунт. Нерідко здійснити прорізання твер-

дих супісків і суглинків палями не вдається. Для полегшення процесу занурю-

вання паль у тверді глинисті ґрунти застосовують лідирування. Лідируючі

свердловини можна влаштовувати двома способами: 1) за допомогою металево-

го лідера з поперечним перерізом, розмір якого трохи менший, ніж у палі (на-

приклад, для палі перерізом 30x30 см переріз лідера 25x25 см); такий лідер за-

нурюють у ґрунт молотом, а виймають за допомогою гідравлічних домкратів

або поліспастів; 2) шляхом буріння свердловини меншого діаметра, ніж діаметр

палі. Глибина лідируючої свердловини призначається меншою на 1/3 глибини

занурення палі. Для полегшення занурювання палі в лідируючу свердловину за

добу заливають 20-40 л води.

Несуча здатність паль, занурених у пробурені лідируючі свердловини,

дещо менша, ніж паль, занурених у пробиті металевим лідером свердловини

або без лідирування.

Більш докладно з технологічними особливостями влаштування цих видів

паль і фундаментів ми радимо ознайомитись у посібнику: Штоль Т. М., Тели-

Рис. 14.12. Схема безвідхідної технології занурення

паль: а – занурення модульної палі; б –

стикування.

занурення й обрізання другого модуля палі; в – зану-

рення паль при похилому несучому шарі; 1 –

копер;

2 – дизель-молот; 3 – модуль палі; 4 – пр

истрій для

обрізання паль; 5 – залишок модуля палі; 6 –

несучий

шар ґрунту; 7 – стик модулів палі

373

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,

І СХЕМИ ЇХ УЛАШТУВАННЯ

У масовому будівництві монолітні фундаменти за своїми техніко-

економічними показниками, як правило, переважають збірні. Найдешевші фун-

даменти – це фундаменти, виконані у витрамбуваних, пробитих або продавле-

них 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 викори-

стовують залізобетонний наконечник, який при вийманні інвентарної труби за-

лишають у ґрунті (рис. 14.13, а). У трубу подають бетон, що ущільнюється па-

даючою сигароподібною трамбівкою. Так само влаштовують розширення в ни-

жній 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 про-

бивання свердловин використовували конічну трамбівку (рис. 14.14, а) з кутом

при вершині 30°, діаметром 0,85 м, масою 2,2 т. Трамбівка такої форми дозво-

ляє ущільнювати ґрунт лише в стінках свердловини, начебто розсовуючи їх.

VII-VII

I-I

II-II III-III

IV-IV

V-V

VI-VI

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

374

Для розширення підошви використову-

ють трамбівку з краплеподібним загост-

ренням (рис. 14.14, б) масою 2 т і діамет-

ром 0,8 м. Така трамбівка рівномірно

ущільнює матеріал у боки і в днище, фо-

рмуючи розширення в нижній частині

свердловини. Бетон у стовбурі ущільню-

ють трамбівкою (рис. 14.14, в) із плоскою

підошвою масою 1,5 т. Ця трамбівка ущі-

льнює бетон по вертикалі, а деякий роз-

виток діаметра свердловини відбувається

за рахунок бічного розширення бетону

при трамбуванні. Такі фундаменти мо-

жуть бути застосовані в ґрунтах невели-

кої вологості. При доступі води під час

утворення свердловини слід утрамбову-

вати глину, яка, вдавлюючись у стінки

свердловини, дає можливість деякий час

стримувати натиск води. Фундаменти та-

кого типу можуть бути виготовлені гли-

биною до 15 м. При діаметрі трамбівки

0,85 м досягали розширення до 150 см.

Перші публікації про застосування паль “компресоль” з’явились у 1904 р.

Результати статичних випробувань таких паль наведені в таблиці 14.1.

Таблиця 14.1. Дані про несучу здатність паль “компресоль”

Місце ви-

пробування

Ґрунт

Розміри паль, м

Наванта-

ження, кН

Осідан-

ня, см

Варшава

Туніс

Насипний і гравійний

ґрунт, водонасичений пісок

Слабкий мул

Довжина 5,59 м, сере-

дній діаметр 1,25 м

Довжина 11 м, серед-

ній діаметр 1,6 м

1802,8

1030

4,44

Ефективність фундаментів, улаштованих у котлованах із похилими стін-

ками шляхом витиснення (а не виймання) ґрунту, була вперше встановлена при

зведенні конічних набивних паль системи “Раймонд” на початку XX ст. Пізні-

ше цей спосіб був удосконалений Штерном, який запропонував спосіб ущіль-

нення ґрунтів шляхом занурювання забивних конічних паль.

Тепер метод улаштування котлованів змінного по висоті перерізу (коніч-

них, клиноподібних, пірамідальних, із розширенням у нижній частині тощо)

здобув поширення в будівництві. Відомі такі способи влаштування витрамбу-

ваних котлованів і пробитих свердловин: витрамбовування падаючою по на-

прямній трамбівкою різної форми; забиванням палебійним агрегатом лідера ві-

дповідних розмірів із наступним його вилученням (виштамповування); занурю-

ванням лідера за допомогою віброзанурювача (віброштампування).

Устаткування для витрамбовування котлованів і свердловин вирізняється

простотою. Трамбівку занурюють у ґрунт шляхом вільного падіння. Для кож-

Рис. 14.14. Послідовність улаштування

палі “компресоль”:

а – пробивання свердловини; б – улашту-

вання розширення; в – ущільнення бетону

375

ного удару трамбівку вилучають із котловану. Це призводить до деяких відхи-

лень 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 допо-

могою 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 занурю-

ють і вилучають із ґрунту за допомогою віброзанурювача. У зв’язку з одноразо-

вим 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 використову-

ють щебінь, утрамбовують по всій їх поверхні на глибину 50-100 мм. Цим за-

безпечується стійкість стін, а шорсткість, яка утворюється при цьому, перешко-

джає виникненню вакууму при вийманні трамбівки.

При влаштуванні котлованів у піщаних ґрунтах використовують глинис-

тий ґрунт, який утрамбовують у стінки й забезпечують їх стійкість і водонепро-

никність на відповідний період, необхідний для влаштування фундаментів.

На рис. 14.13 наведені конструкції фундаментів, які влаштовують у ви-

трамбуваних котлованах і пробитих свердловинах: конічний набивний фунда-

мент (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 проби-

тій 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 допомо-

гою 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. Утрамбо-

вування в дно котловану щебеню об’ємом до 3 м

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 фун-

даменту дозволяє при оцінюванні його несучої здатності враховувати розпір

уздовж бічної поверхні. Проте несуча здатність такого фундаменту визначаєть-

ся, головним чином, об’ємом утрамбованого щебеню, тобто величиною розши-

рення.

Фундаменти в пробитих свердловинах улаштовують шляхом пробивання

свердловин у ґрунті циліндричною трамбівкою діаметром 0,5-0,6 м, масою 4 т

376

або забивними штампами з наступним заповненням їх ґрунтобетоном, бетоном,

залізобетоном. Для збільшення опору вертикальному навантаженню в їх ниж-

ній частині влаштовується розширення з утрамбованого щебеню.

Указані вище параметри трамбівок для влаштування витрамбуваних кот-

лованів 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 трам-

бівки 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 свер-

дловинах при приблизно однаковій масі трамбівок видно, що несуча здатність

обох видів фундаментів визначається розмірами розширення й при їх однако-

вих 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 несу-

чу здатність бетону при його роботі на стиснення, а також при однаковій гли-

бині закладання зменшити витрату бетону при влаштуванні фундаментів у про-

битих 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 наявно-

сті шару мерзлого ґрунту завтовшки понад 0,5 м, а циліндрична трамбівка, на-

впаки, пробиває мерзлий ґрунт і при дальшому заглибленні свердловини не вза-

ємодіє 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 порів-

няно з фундаментами в пробитих свердловинах ставить їх у невигідне поло-

ження за наявності підземних комунікацій, фундаментів під устаткування (об-

ладнання) 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 ще-

беню. 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 самос-

тійно зі швидкістю до 40 км/год. Установка створена в Полтавському НТУ. Її

застосовують у різних видах будівництва в Полтавській, Сумській, Харківській

та інших областях.

377

9 2

3 3

Рис. 14.15. Послідовність улаштування фундаменту в пробитій свердловині:

а – пробивання свердловини; б – подавання щебеню; в – улаштування розширення; г – установлення арматури; д – укладання бетону;

е – готовий фундамент; 1 – базова машина; 2 – напрямна; 3 – циліндрична трамбівка; 4 – дозувальний бункер; 5 – екскаватор; 6 –

порція щебеню; 7 – розширення; 8 – кран; 9 – арматурний каркас; 10 – автобетонозмішувач; 11 – ростверк; 12 – ствол

378

У Дніпропетровську здобув поширення метод пробивання свердловин

шляхом занурення спеціального снаряда дизель-молотом. Для довільного вилу-

чення 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 вер-

тикальне положення, повиснувши на кріпленні. У такому положенні пристрій

довільно вилучається із свердловини. Щоразу при опусканні снаряда у свердло-

вину необхідно встановити рухоме кільце в робоче положення. Описаний спо-

сіб пробивання свердловин менш енергомісткий, ніж спосіб із падаючою трам-

бівкою, 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 прово-

дить 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 по-

казана на рис. 14.18. Для надання пневмопробійникові напрямку руху викорис-

товується 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 пневмопро-

бійник тросом закріплюється до ручної лебідки. За допомогою стартового при-

строю виконується центрування майбутньої пробитої свердловини.

Рис. 14.16. Загальний вигляд мобільної установки для

влаштування фундаментів у пробитих свердловинах на

базі трактора Т-150

379

Рис. 14.17. Послідовність улаштування фундаменту в свердловині, пробитій снарядом із рухомим кільцем:

а – пробивання свердловини; б – подавання щебеню; в – уштамповування щебеню; г – бетонування; д – готовий фундамент; 1 –

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