ППР на свайные работы
ППР на свайные работы – это документ, в котором детально рассматривается организация и технология выполнения свайных работ.
Сваи позволяют передать нагрузку от здания на грунт, повысить несущую способность слабого грунта, оградить пространство от воды или оползания грунта. Сваи незаменимы при возведении здания или сооружения, когда толщина слабого грунта основания значительна, а разрабатывать его нецелесообразно.
Свайные работы различаются в зависимости от применяемых свай: по способу передачи нагрузок, материалу, форме ствола, поперечного сечения и методам производства работ.
Разработка ППР на устройство свай включает весь комплекс свайных работ: подготовительные, основные и заключительные работы.
Забивка свай
Для забивки свай используется метод воздействия ударной нагрузки, под действием которой свая своей нижней заостренной частью внедряется в грунт. По мере погружения она смещает частицы грунта в стороны, вытесняя объем грунта, практически равный объему ее погружаемой части. Большая часть этого смещенного грунта значительно уплотняет грунтовое основание, создавая зону уплотненного грунта вокруг погружаемой сваи около 2-3 ее диаметров.
Для забивки свай используется дизель-молот. Рабочий цикл дизель-молота состоит из двух тактов: холостого хода, в течение которого происходит подъем ударной части на определенную высоту, и рабочего хода, в течение которого ударная часть с большой скоростью движется вниз до момента удара по свае.
Для подъема и установки сваи в вертикальное положение и для забивки свай с обеспечением передачи усилия от молота сваи строго в вертикальном положении применяется копровая установка. Основная рабочая часть копровой установки – его стрела, на ней устанавливается перед погружением молот, который опускается и поднимается по мере забивки сваи. Для забивки наклонных сваи стрела копровой установки наклоняется.
В основном применяют самоходные копровые установки, на базе крана, трактора, экскаватора и автомашин со стрелой. Универсальные копры имеют значительную собственную массу.
Забивка свай состоит из трех основных повторяющихся операций:
- Перемещение копровой установки на место забивки сваи
- Подъем и установка сваи в позицию для забивки
- Забивка сваи
Центр тяжести свайного молота должен совпадать с направлением забивки сваи. Свайный молот поднимают на высоту, достаточную для установки сваи, с некоторым запасом на ход молота и в таком положении закрепляют. При забивке обычно применяют наголовники для предохранения головы сваи от разрушения.
В процесс забивки свай входят установка сваи в проектное положение, надевание наголовника, опускание молота, пробные удары, забивка сваи. От каждого удара свая погружается на определенную глубину, которая уменьшается по мере заглубления сваи. В дальнейшем наступает момент, когда глубина забивки сваи практически незаметна. Практически свая погружается в грунт на одну и ту же малую величину, называемую отказом.
Отказ – глубина погружения сваи за определенное количество ударов или за единицу времени. Величина отказа – среднее от десяти или серии ударов в единицу времени.
Залог – серия ударов, выполняемых для замера средней величины отказа.
Замеры проводят с точностью до 1 мм, забивку прекращают при получении заданного по проекту отказа (расчетного отказа). Если средний отказ в трех последовательных залогах не превышает расчетного, то процесс забивки сваи считается законченным.
Если при погружении свая не дошла до проектной отметки, но уже получен расчетный отказ, то этот отказ может оказаться ложным, вследствие возможного перенапряжения в груне от забивки предыдущих свай. Через три или четыре дня свая может быть погружена до проектной отметки.
Вибропогружение свай
Для вибропогружения свай используется метод, в основе которого лежит использование вибрационных механизмов, оказывающих на сваю динамические воздействия, которые позволяют преодолеть сопротивление трения на боковых поверхностях сваи, лобовое сопротивление грунта, возникающее под острием сваи, и погрузить сваю на проектную глубину.
На скорость погружения и амплитуду колебаний влияют масса вибрирующих частей сваи и вибратора, его эксцентриситет, плотность грунта, участвующего в колебаниях, частота колебаний вибропогружателя. Благодаря вибрации для погружения свай в грунт требуется усилия иногда в десятки раз меньшие, чем при забивке. При этом происходит частичное виброуплотнение грунта, в том числе и под головой сваи. Зона уплотнения для разных грунтов составляет два-три диаметра 1,5-3 диаметра сваи.
Для погружения свай в грунт вибрированием используют вибропогружатели, которые подвешиваются к мачте установки и жестко соединяются с наголовником сваи. Действие вибропогружателя основано на принципе, при котором вызываемые дисбалансами вибратора горизонтальные центробежные силы взаимно ликвидируются, в то время как вертикальные силы суммируются. Амплитуда виброколебаний и масса вибросистемы, в которую входят свая, наголовники и вибропогружатель, должны обеспечить вибрацию примыкающим слоям грунта, включение их в эту систему, в результате происходит раздвижка зерен грунта под контуром погружаемой части сваи.
Вибропогружение свай наиболее применим в песчаных грунтах, водонасыщенных мелких и пылеватых грунтах, где скорость погружения может достигать 3-7 метров в минуту.
При глинистых и тяжелых суглинистых грунтах под острием сваи может возникнуть глинистая подушка, которая снижает несущую способность сваи до 40%. Поэтому на заключительных стадиях погружения, на последних 15-30 см свая погружается в грунт ударным методом.
При выборе вибропогружателя для тяжелых железобетонных свай необходимо чтобы момент эксцентриков превышал массу вибросистемы не менее чем в семь раз для легких грунтов и в одиннадцать раз для средних и тяжелых грунтов.
Для погружения легких свай до трех тонн, не оказывающих большого лобового сопротивления под острием сваи, применяют высокочастотные вибропогружатели с подрессорной пригрузкой.
Вибрационный метод наиболее эффективен при несвязных водонасыщенных грунтах. Применение метода для погружения свай в маловлажные плотные грунты возможно лишь при устройстве лидирующих скважин, то есть при предварительном пробуривании скважин.
Вдавливание свай
Погружение свай методом вдавливания нашло применение при использовании коротких сваи сплошного и трубчатого сечения длинной 3-5 метров.
Статическое вдавливание осуществляется в следующей технологической последовательности:
- Свая устанавливается в вертикальное положение
- На голову сваи одевается оголовник
- Через систему блоков и полиспастов передается давление непосредственно на сваю, которая благодаря этому постепенно погружается в грунт.
После достижения сваей проектной отметки погружение прекращают, оголовник снимают, а строительная машина переезжает на новую позицию.
Завинчивание свай
Метод завинчивания применяется чаще всего при устройстве стальных и железобетонных свай со стальным наконечником.
Строительная машина для завинчивания имеет рабочий орган кабестан – механизм, состоящий из двух пар захватов и электродвигателя. Захваты обжимают сваю и передают ей вращение от электродвигателя. В зависимости от назначения (передачи нагрузки на большую площадь или заглубления в плотные грунты) винтовые лопасти наконечников могут иметь разный размер в диаметре.
Рабочий орган строительной машины может выполнять следующие операции: втягивать винтовую свай внутрь трубы рабочего органа (предварительно на сваю надевают инвентарную металлическую оболочку), обеспечивать заданный угол погружения сваи до 45 градусов по вертикали, погружать сваю в грунт путем вращения с одновременным использованием осевого усилия. Это усилие при необходимости можно использовать при вывертывании сваи из грунта.
Рабочие операции при погружении сваи методом завинчивания аналогичны операциям, выполняемым при погружении свай методом забивки, только вместо наголовника устанавливают и снимают металлическую оболочку. После завинчивания металлическая свая может заполняться бетоном.
Достоинства винтовых свай в их высокой несущей способности, возможности плавного погружения в грунт и восприятии отрицательных усилий.
Устройство буронабивных свай
Буронабивные сваи устраивают на месте их будущего положения путем пробуривания скважины, опускания арматурного каркаса и заполнения скважины цементным раствором.
Преимущества буронабивных свай:
- Возможность изготовления большой длины
- Отсутствие значительных динамических воздействий при устройстве свай
- Применимость в стесненных условиях
- Применимость при усилении существующих фундаментов
Устройство буронабивных свай начинают с бурения скважины заданной глубины. В зависимости от грунтовых условий применяют три способа устройства буронабивных свай:
- Без крепления стенок скважины
- С применением глинистого раствора
- С использованием обсадных труб
Буронабивные сваи без крепления стенок скважины выполняются в устойчивых грунтах, которые могут держать стенки скважины.
Скважина пробуривается методом вращательного бурения, после чего производится монтаж арматурного каркаса и бетонирование методом вертикально перемещающейся трубы.
Метод вертикально перемещающейся трубы (ВПТ) заключается в использовании бетонолитных труб, состоящих из отдельных секций, позволяющих быстро наращивать и удалять отдельные секции для достижения необходимой длины трубы. Секция бетонолитной трубы обычно кратна 2-4 метрам, а соединение производится при помощи болтов. На верхней секции крепится приемный бункер, через который бетонная смесь попадает в трубу. В скважину бетонолитная труба опускается до самого низа и в приемную воронку подается бетонная смесь. На приемной воронке закрепляется вибратор, который уплотняет укладываемую бетонную смесь. По мере укладки смеси бетонолитная труба извлекается из скважины. По окончании бетонирования скважины формируют голову сваи, а в зимнее время дополнительно защищают.
Глинистый раствор применяется при слабых водонасыщенных грунтах, не способных держать стенки скважины. Этот метод требует повышенных трудозатрат, что обусловлено необходимостью крепления стенок скважины от обрушения.
Для этого применяется насыщенный глинистый раствор, который оказывает на стенки скважины гидростатическое давление. Образование на стенках скважины глинистой корки в следствие проникновения раствора в грунт также способствует закреплению скважины.
Скважина пробуривается вращательным способом. Глинистый раствор готовится на месте производства работ и по мере бурения подается в скважину по пустотелой буровой штанге.
По мере бурения находящийся под гидростатическим давлением раствор начинает подниматься вверх по скважине и выходя на поверхность выносит разрушенный при бурении грунт. Попадая в специальный отстойник-зумпф, глинистый раствор очищается от пробуренного грунта и снова насосом подается в скважину. Глинистый раствор цементирует грунт стенок, тем самым препятствует проникновению воды, что позволяет обойтись без применения обсадных труб.
После окончания бурения скважины производится монтаж арматурного каркаса. Бетонирование производится с использование бетонолитной трубы. Бетонная смесь по бетонолитной трубе попадает на дно скважины и поднимаясь вверх вытесняет глинистый раствор. По мере заполнения скважины бетонной смесью производится подъем бетоновода.
Крепление скважины обсадными трубами возможно при любых гидрогеологических условиях, причем обсадные трубы могут извлекаться в процессе изготовлении сваи или могут быть оставлены в скважине.
Обсадные трубы соединяются между собой при помощи замков специальной конструкции (если это инвентарные трубы) или на сварки. Обсадные трубы погружаются в грунт гидродомкратами буровой установки одновременно с пробуриванием скважины.
После зачистки забоя и установки арматурного каркаса скважину бетонируют методом вертикально-перемещающейся трубы. По мере заполнения скважины бетонной смесью специальная система домкратов буровой установки сообщает погруженной инвентарной обсадной трубе возвратно-поступательное движение, за счет чего бетонная смесь дополнительно уплотняется.