Строительство и ремонт

Проектирование и устройство свайных фундаментов

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

§ 1. Общие сведения

Способ бурения под глинистым раствором впервые был применен в начале 30-х годов при проходке вертикальных стволов на шахтах Подмосковного бассейна. Этот метод теоретически обоснован в трудах Н. М. Герсеванова.

Глинистый раствор, имея большую массу, чем у воды, на любой глубине создает избыточное давление, удерживающее частицы грунта на поверхности стенок скважины. Кроме того, частицы раствора

закрепляют стенки, образуя небольшую, но устойчивую корку. Благодаря этим свойствам глинистый раствор удерживает стенки скважин от обрушения. При циркуляции раствор выносит на поверхность разрыхленные породы из скважины.

Сваи под глинистым раствором устраивают в илистых или просадочных породах, а также при высоком уровне грунтовых вод, т. е. во всех случаях, когда невозможно из-за оплывания стенок скважины вести буровые работы сухим способом. Бетонирование свай в этом случае ведут методом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ). По мере заполнения скважины бетоном глинистый раствор вытесняется.

Глинистый раствор готовят из специальных тонкодисперсных бентонитовых глин. Для измельчения их добавляют каустическую соду: на 1 м3 раствора обычно берут 0,256 кг глины, 2,5 кг коагулянт-соды и 0,88 м3 воды. На 14.1 показана схема установки для приготовления бентонитового раствора, примененной на строительстве КамАЗа.

§ 2. Буронабивные сваи с уширенной пятой

Буронабивные сваи с уширенной пятой, скважины для которых бурят под глинистым раствором, впервые были применены трестом «Укрбурвод» в Киеве в 1962 г. на строительстве 10-этажного жилого дома.

Расширенные полости образуются с помощью расширителя такой же конструкции, что и при уширении сухих скважин, но без бадьи.

Для выполнения буровых работ на площадке необходимо иметь емкость для глинистого раствора и отстойники для отработанной пульпы.

Промывка скважин. Удаляют разбуренную породу с помощью грязевых насосов типа ГР-11 производительностью 15 м3/ч. Глинистый раствор одновременно с выносом разбуренной породы охлаждает режущий инструмент — долота. По окончании бурения глинистый раствор оставляют в скважине во избежание обрушения и оползания стенок. Глубину скважины контролируют с помощью специального лота с грузом в 2—3 кгс; кроме того, уточняют диаметр скважины и наличие в устье скважины обсадного патрубка.

Внутрь скважины на всю ее глубину устанавливают трубу для подачи бетонной смеси. При бетонировании скважин под глинистым раствором нельзя применять телескопические бетонолитные трубы, используемые для сухих скважин. Секционные трубы должны иметь герметичные стыки.

На бетонолитной трубе закрепляют бункер, вместимость которого должна быть не меньше объема бетонолитной трубы. В устье бетонолитной трубы устанавливают съемный клапан для разделения глинистого раствора и бетонной смеси. Под клапаном устраивают пробку из металла или мешковины с опилками.

По мере заполнения скважины бетонной смесью трубу перемещают краном вверх с таким расчетом, чтобы обеспечить непрерывность бетонирования. Уровень смеси в бетонолитной трубе во всех случаях должен быть выше уровня глинистого раствора в скважине; бетонолитную трубу нужно заглублять в бетон не менее чем на 1 м.   .

В процессе бетонирования глинистый раствор вытесняется бетонной смесью по затрубному пространству к устью скважины, откуда отводится по лоткам в отстойник для очистки и повторного использования. При насыщении раствора цементом его сливают в отвал. Скорость восходящего потока глинистого раствора, равная 0,6—0,7 м/сек, обеспечивает вынос разбуренного грунта на поверхность.

Бетонирование ,по методу ВПТ ведут до выхода бетонной смеси на поверхность и затем удаляют загрязненный слой бетонной смеси. После съема обсадного патрубка устанавливают опалубку и бетонируют оголовок сваи.

При выполнении работ недопустимы перерывы в бетонировании на срок, больший начала схватывания бетона. Нельзя возобновлять работы без надлежащей подготовки поверхности затвердевшего бетона— нужно удалить сгустившийся глинистый раствор.

Перерывы в бетонировании на срок, меньший начала схватывания цемента без выемки трубы, не препятствуют продолжению работ, но перед последующим бетонированием скважины необходимо обеспечить циркуляцию глинистого раствора, например, прямой промывкой через трубу, опущенную до забоя. Циркуляция раствора необходима для взвешивания глинистых частиц, выпадающих в осадок на дно. Этот осадок уменьшает вертикальные и горизонтальные размеры уширения, кроме того, создается ненужная прослойка между подошвой уширения сваи и материковым грунтом.

Для облегчения бетонирования скважин бурить их следует с промывкой более легким и менее вязким раствором, какой допустим для данных горных пород, а в отдельных случаях даже водой. В табл. 14.1 приведены рекомендуемые параметры глинистых растворов для бурения скважин в различных грунтах.

При работе раздельным способом сваи под глинистым раствором изготовляют два звена: в первое входят два бурильщика и моторист-дизелист, во второе — крановщик и два бетонщика. Работы выполняют в 2—3 смены. В зимнее время во избежание непроизводительных простоев ввиду застывания смазки бурового инструмента следует организовать работы в три смены.

§ 3. Глубокие фундаменты из буровых опор

Так называемые глубокие буровые опоры представляют собой1 один из видов набивных свай. Такие опоры можно сооружать как; под защитой обсадной трубы, так и под глинистым раствором и избыточным давлением воды в скважине. Скважину можно заполнить также секционными железобетонными трубами-оболочками..

Буровые опоры применимы в любых геологических условиях под крупные сооружения,, причем высокая степень механизации работ при бурении и бетонировании позволяет значительно сократить сроки их возведения и стоимость.

С помощью буровых опор нагрузки от сооружений передаются' на прочные грунты, залегающие на глубине до 60 м. Роторное бурение скважин ведут на требуемую глубину без обсадных труб, но-с промывкой скважин глинистым раствором. Затем скважины заполняют бетоном (без удаления глинистого раствора) методом подводного бетонирования (метод ВПТ).

Предложения по применению таких свай-опор были внесены в 1953 г. Н. А. Рождественским, М. Г. Ефремовым и С. А. Тер-Галу-стовым (НИИ оснований и фундаментов), а в 1954 г. — проф. Е. Л. Хлебниковым в ЦНИИС МПС.

Агрегат системы ЦНИИСа состоит из бурового механизма (фрезы, стойки с раскрывающимися ножами, буровой колонны, подвешивающейся траверсы), ротора-вращателя и вышки (14.4).

Буровой механизм, подвешенный за нижнюю часть к вышке с помощью траверсы-вертлюга, опускают в скважину или оболочку. По мере разработки грунта буровую колонну наращивают. Грунт разрабатывают отдельными проходками. После очередного наполнения фрезы разбуренным грунтом буровой механизм извлекают и грунт выгружают из фрезы в самоопрокидывающуюся вагонетку.

Буровой уширитель системы ЦНИИСа предназначен для устройства в основании свай диаметрами 1,6; 2 и 3 м уширений диаметром до 2,5; 4 и 5 м. Такие уширения можно устраивать в любых грунтах, кроме скальных и включающих крупные валуны. Уши-рителем можно разрабатывать связные грунты в сваях-оболочках и извлекать разбуренный грунт из них.

Для образования уширения ниже оболочки пробуривают шахту, а затем с помощью раскрывающихся ножей ее расширяют до требуемого диаметра. Операции выполняют также поэтапно (в среднем 3—4 этапа) с периодической разгрузкой фрезы по мере заполнения ее грунтом.

Уширитель обслуживает звено из четырех человек. Скважину и уширение заполняют бетонной смесью способом вертикально перемещающейся трубы.

Глинистый раствор в процессе бурения подается по шлангам в забой скважины. Породу при несвязных грунтах удаляют эрлифтом, расположенным у основания ножей. Связные грунты разрабатывают специальной фрезой грейферного типа, которую периодически вместе со всей буровой колонкой поднимают и очищают от грунта.

Описанный способ успешно применяют при сооружении глубоких опор, главным образом в мостостроении. Пример устройства устоя моста на глубоких опорах с уширенной пятой показан на 14.7.