Сооружение фундаментов на буровых сваях

Процесс устройства фундаментов на буровых сваях и столбах включает: подготовку строительной площадки для производства работ; бурение скважин в грунте; установку в скважину арматурного каркаса и заполнение бетонной смесью; устройство фундаментной плиты (рисунок 2.12). Армированные и заполненные бетоном скважины диаметром 1 м и больше называют буровыми столбами, диаметром до 1 м - буровыми сваями.

1 - бурение ствола; 2 - устройство уширения; 3 - установка арматурного каркаса; 4 - подводное бетонирование; 5 - формирование головы столба

Рисунок 2.12 - Последовательность сооружения бурового столба

В фундаментах опор мостов наибольшее применение находят буровые столбы диаметром 1,2; 1,5; 1,7 м. Для увеличения несущей способности в слабых и средней плотности грунтах столбы делают с уширением до 2,5…3,5 м, при наличии скальных пород скважину забуривают в скалу.

Для бурения скважин используют станки ударно-канатного типа (УКС) и станки с рабочими органами вращательного бурения. Ударно-канатными станками можно бурить только вертикальные скважины диаметром 0,8…2,7 м, глубиной до 100 м. Их применяют для бурения скважин в скальных и полускальных грунтах, а также в плотных валунно-галечниковых и твердых глинистых грунтах. Породу разрыхляют ударом падающего долота. После каждого удара долото поворачивается на небольшой угол за счет упругого раскручивания троса при его натяжении весом долота.

Высоту подъема долота над забоем принимают для пород прочностью до 20 МПа (200 кгс/см²) – 0,5…0,6 м, для более прочных пород – 0,6…1,0 м.

Ударно-канатное бурение не требует больших затрат и сложного оборудования, хорошо освоено. Существенным недостатком является низкий темп проходки скважины. Производительность станка УКС-30 при бурении скважины в скале крепости 200…400 кгс/см² составляет 0,1…0,15 м/ч.

Более производительными являются станки вращательного бурения. В мостостроении для устройства скважин в скальных породах применяют станки реактивно-турбинного бурения (РТБ). Агрегат РТБ-1260 обеспечивает бурение скважин диаметром 1,2 м, РТБ-2600 - 2,6 м (рисунок 2.13).

1 - вышка; 2 - вертлюг; 3 - турбобуры; 4 – верхние центраторы; 5 - пригруз; 6 - нижние центраторы; 7 - долото диаметром 750 мм; 8 - долото диаметром 490 мм; 9 - лебедка; 10 - динамометр; 11 –обсадная труба

Рисунок 2.13 - Схема бурового станка РТБ-2600

Рабочими органами являются турбобуры, снабженные шарошечными долотами. Для увеличения давления шарошек на породу турбобуры пригружаются дополнительными грузами. Вращение долота обеспечивается струей воды, поступающей в турбобуры под давлением. Скорость вращения вала турбобура составляет 500…800 об/мин. Выходящая из турбобуров вода вращает весь агрегат со скоростью 10…40 об/мин. В результате такого двойного вращения шарошки равномерно разрушают породу по всей площади забоя.

Для работы турбобуров требуется подача воды для РТБ‑1260 – 50…55 л/с, для РТБ-2600 – 70…90 л/с под давлением 100…110 кгс/см².

Средняя производительность агрегата РТБ-1260 составляет 0,7…0,8 м скважины в час в грунтах V категории, агрегата РТБ‑2600 - 0,6 м³/ч.

Широкое применение для устройства скважин находят роторные бурильные установки, смонтированные на базе полноповоротного копра, гусеничного крана, экскаватора или автомобиля. К числу таких агрегатов относится буровая машина МБС-1,7 (рисунок 2.14), предназначенная для разработки скважин в песчаных и глинистых грунтах, а также в грунтах с крупными включениями и скальными прослойками, глубиной до 28 м, диаметром 1,2…1,7 м без уширения. Навесное оборудование смонтировано на базе крана-экскаватора, со стороны основной стрелы установлено оборудование для вращательного бурения, имеющего в качестве рабочего органа ковшовой бур. Ковшовой бур, представляет собой цилиндрическую емкость объемом 1,5 м³ с установленными в днище фрезами. Он закреплен на буровой штанге квадратного сечения, которая вращается ротором. С другой стороны поворотной платформы смонтирована дополнительная стрела, на которую подвешивают грейфер или долото. При устройстве скважины нескальные грунты разрабатывают ковшовым буром, а валуны и скальные прослойки разрыхляют ударом долота или грейфера.

Производительность буровой машины МБС-1.7 в нескальных грунтах составляет 10…15 м в смену. На строительстве путепровода в Новгороде этой машиной бурили скважины диаметром 1,7 м глубиной до 26 м. Скорость бурения достигала 3,7 метра в час.

Облегченной модификацией бурового агрегата МБС-1,7 является машина МБУ-1,2, которая применяется в мостостроении для устройства скважин диаметром до 1,2 м.

В настоящее время парк роторных буровых машин пополняется агрегатами, обладающими более высокими показателями не уступающими мировым стандартам. В 1995 году институтом Гипротрансмост и КБ АО "Экско" разработана и изготовлена буровая машина БМ-2501. Бурильное оборудование смонтировано на базе гусеничного экскаватора ЭО-5119. Машина снабжена винтовым и ковшевым бурами, в комплект агрегата входят обсадные трубы. Машина обеспечивает глубину бурения скважины до 24 м, диаметрами 0,64; 0,77 и 0,9 м.

1 - консольная площадка с ротором; 2 - телескопическая буровая штанга; 3 - ковшовый бур; 4 – обсадной патрубок; 5 – кран‑экскаватор; 6 - грейфер или долото; 7 - дополнительная стрела; 8 - основная стрела; 9 - вертлюг; 10 - механизм принудительной подачи

Рисунок 2.14 - Буровая машина МБС-1.7

Прошла все виды испытания и ожидает промышленного производства буровая машина МБНА-1М (рисунок 2.15). Установка оборудована винтовым и ковшовым буром и уширителем, предназначена для устройства скважин глубиной до 30 м, диаметром 1,0 м с уширением до 2,5 м.

Выполнены предпроектные проработки на создание буровой машины БМ-4003 на гусеничной базе, предназначенной для бурения скважин диаметром 1,2 и 1,5 м глубиной до 40 м с диаметром уширения 2,5 и 3,5 м.

Рисунок 2.15 - Буровая установка МБНА-1 на базе автомобильного крана КС 4561

При строительстве фундаментов на буровых столбах хорошие возможности показало навесное оборудование (рисунок 2.16), разработанное ЦНИИС. Оно представляет собой телескопическую буровую штангу, размещенную внутри трубы. На штанге закреплены ковшовый бур и ножи для устройства уширения. Роторный механизм устанавливают на обсадной трубе. Вращающий момент, создаваемый ротором, передается на буровую трубу и через радиальные связи внутри трубы на буровую штангу. Навесное оборудование ЦНИИС позволяет разрабатывать вертикальные скважины глубиной до 50 м диаметром ствола 1,7 м и уширения до 3,5 м. Применение навесного оборудования эффективно совместно с буровой машиной "Като" модели 30ТНD-УS. Она, так же как и оборудование ЦНИИС обеспечивает бурение диаметром 1,7 м, но глубиной только до 30 м. Обсадные трубы комплекта "Като" используют в этом случае в качестве базы для установки роторного столика и ротора из комплекта навесного оборудования ЦНИИС, с помощью которого глубину скважины доводят до 50 м.

В мостостроении находит также применение буровая машина модели PF-1200-YS фирмы "Като". Она обеспечивает бурение скважин диаметром 0,6…1,0 м глубиной до 15 м в грунтах любой крепости. В комплект бурового инструмента входят ковшовый бур, грейфер, шарошечное долото, обсадные трубы. Средняя производительность составляет: в грунтах III категории - 6 м скважины в час, в грунтах V категории - 1,0 м/ч.

а – общий вид установки; б – навесное оборудование ЦНИИС;

1 - полиспасты крана; 2 - буровая труба; 3 – буровая штанга; 4 - ножи уширителя; 5 - буровой ковш; 6 - обсадная труба; 7 - буровой агрегат "Като" 30ТНD-YS

Рисунок 2.16 - Комплект машин для бурения скважин глубиной до 50 м

Наряду со станками "Като" имеет распространение в отечественной практике и другая зарубежная буровая техника, в частности, оборудование немецкой фирмы "Бауэр", французской фирмы "Беното". В состав оборудования с установкой "Беното" входят буровой станок, бур-грейфер и инвентарные обсадные трубы внутренним диаметром 0,6…1,0 м. С помощью бура грейфера можно разрабатывать грунт внутри обсадной трубы и делать скважину за ее пределами. Для этой цели внутри корпуса грейфера помещен механизм открывания и закрывания его лопастей.

Технологический процесс по сооружению скважин включает операции по разрушению грунта, удалению его из скважин и крепление стен скважины от обрушения.

Бурение начинают с укрепления устья скважины патрубком, предохраняющим верхние слои грунта от обрушения. При бурении на суше или с островка патрубок заглубляют в грунт на 1…3 м, при бурении в русле реки с подмостей или плавучих средств - не менее 3 м ниже дна реки с учетом его размыва.

Рыхление грунта, как правило, осуществляют сплошным забоем. При этом несвязные и слабосвязные грунты целесообразно разрабатывать грейфером, те же грунты, но расположенные на большой глубине рекомендуется разрушать вращающимся двухперым долотом с удалением разбуренного грунта средствами гидромеханизации. Сухие связные грунты хорошо поддаются разработке винтовым буром, а связные пластичные грунты ниже уровня воды - ковшовым буром. Скальные прослойки разрабатывают ударным долотом, а монолитные породы - вращающимися шарошками. Связные грунты целесообразно удалять циклично по мере заполнения рабочего органа срезанным грунтом.

Уширенную часть скважины разбуривают раскрывающимися ножами в процессе их вращения (рисунок 2.12, б). Срезанный грунт осыпается в емкость, закрепленную ниже уширителя. После наполнения емкости ножи закрывают и уширитель извлекают для разгрузки грунта. Уширение разбуривается несколькими приемами.

Несвязные грунты можно непрерывно удалять средствами гидромеханизации - эрлифтом, гидроэлеватором или всасывающей насосной установкой.

Защита стенок скважин от возможного обрушения грунта обеспечивают созданием избыточного давления воды в скважине, применением глинистого раствора или с помощью инвентарных металлических труб. В плотных и средней плотности сухих или влажных связных грунтах скважины можно бурить без крепления.

Бурение скважин под защитой глинистого раствора целесообразно на суходолах, в пойме реки при высоком уровне грунтовых вод и в русле реки при сравнительно небольшой глубине воды и опирании свай на несвязные и слабосвязные грунты, в которых необходимо делать уширение.

Глинистый раствор, имея удельный вес больше единицы, создает избыточное давление в скважине. Кроме того, проникая в грунт, частицы глины закрепляют (глинизируют) поверхность скважины, создавая устойчивую корку толщиной 2…3 см. Глинистый раствор должен иметь плотность 1,05…1,35 г/см³, вязкость 17…18 с, стабильность не более 0,05 м/см³, суточный отстой не более 8 %, содержание песка – 8…10 %, осаждение песка не более 5 %.

Для приготовления раствора желательно иметь бентонитовые глины. Раствор приготавливают в глиномешалках. Отработанный раствор откачивают насосом в приемник для отстоя и повторного использования.

Преимущества крепления стен скважин глинистым раствором - его универсальность и надежность. Недостатки - наличие операций по приготовлению и транспортированию раствора, а также дополнительных мероприятий по его обогреву в зимних условиях.

Крепление стен скважин избыточным давлением воды заключается в поддержании постоянного уровня воды в разбуриваемой скважине на 4…5 м выше уровня грунтовых вод или воды в реке. К преимуществам этого способа относятся его простота и малозатратность. При этом обеспечивается хорошее качество работ в широком диапазоне грунтовых условий при бурении скважин любой глубины.

Крепление скважин инвентарными обсадными трубами рационально при работе на воде, проходке значительных пластов гравийно-галечниковых отложений, набухающих глин, скальных прослоек с карстовыми пустотами и при работах вблизи существующих сооружений. В мостостроении применяют два типа обсадных труб - собираемые из отдельных секций и стыкуемые между собой специальными болтами по мере погружения в грунт и цельносварные трубы, изготавливаемые из прокатного листового металла на всю длину. Обсадные трубы первого типа входят в комплекты современных отечественных и зарубежных буровых установок. Второй тип является, как правило, принадлежностью станков ударно-канатного бурения. К достоинствам крепления скважины обсадными трубами относятся его надежность и простота, а к недостатку – применение дефицитных труб.

В пробуренные скважины опускают арматурный каркас и заполняют монолитным бетоном или же в скважины опускают сборные железобетонные оболочки, заполняемые бетоном на всю высоту столба или только его нижней части, а остальную часть внутренней полости заполняют песком.

Бетонную смесь укладывают методом ВПТ. Для этого над устьем скважины устраивают металлический каркас, на котором укрепляют приемный бункер с бетонолитной трубой. Для укладки бетонной смеси используют буровой агрегат или стреловой кран небольшой грузоподъемности. Если бурение ведут под защитой глинистого раствора, то вытесняемый бетонной смесью раствор собирается в резервные емкости для последующего использования. В среднем укладка бетонной смеси в буровую скважину глубиной до 35 м с уширением, включая установку арматурного каркаса, занимает 1…1,5 смены. Общая трудоемкость изготовления бурового столба диаметром 1,7 м с уширением 3,5 м и глубиной 30…40 м составляет 362…500 чел.-часов, а время изготовления – 45…80 часов.

Дата добавления: 2014-12-29