Ім'я файлу: LEKZ_7_2016.doc
Розширення: doc
Розмір: 175кб.
Дата: 10.06.2021
скачати
Пов'язані файли:
ЖИТТЄВИЙ ЦИКЛ СПОРУД1.docx
Розширення: doc
Розмір: 175кб.
Дата: 10.06.2021
скачати
Пов'язані файли:
ЖИТТЄВИЙ ЦИКЛ СПОРУД1.docx
Лекція 7. ТЕХНОЛОГІЯ ВЛАШТУВАННЯ ФУНДАМЕНТІВ, ПАЛЬ І ЗАГЛИБЛЕНИХ КОНСТРУКЦІЙ.
Різновиди паль за матеріалом, конструктивними та технологічними ознаками. Прийоми заглиблення заздалегідь виготовлених паль: забивання, вдавлювання, загвинчування та заглиблення з підмивом. Машини, копри, копрове обладнання, молоти, віброагрегати для виконання робіт. Виготовлення монолітних (буронабивних, частотрамбованих, камуфлетних) та комбінованих паль: технологічні особливості та обладнання.
1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ
Палі – це стрижневі конструкції фундаментів, які передають навантаження від будівлі або споруди на ґрунт. Традиційно палі застосовують для передавання навантаження від будівлі через слабкі ґрунти на більш заглиблені міцні, але за останні роки їх використовують і в міцних ґрунтах, оскільки це дає змогу значно зменшити обсяги земляних робіт при зведенні підземної частини будівлі.
За характером статичної роботи розрізняють палі-стояки та висячі палі.
Палі-стояки – це стрижневі конструкції, які спираються нижніми кінцями на скелю для передавання навантаження. Висячі палі заглиблюють у пружні ґрунти, що можуть стискатись; тоді навантаження передається на ґрунти як нижніми, так і боковими поверхнями паль.
Залежно від типу будівлі (споруди) і навантажень, які треба передати на ґрунт, палі розміщують рядами, кущами або рівномірно розподіляють під усім об'єктом, створюючи пальове поле.
Верхні торці паль в одному рівні з'єднують, як правило, плитою з монолітного залізобетону – ростверком. Якщо ростверк лежить на ґрунті, то фундаменти називаються пальовими з низьким ростверком, а якщо він знаходиться вище, – з високим ростверком.
Палі бувають дерев'яні, бетонні, залізобетонні, металеві, а також комбіновані з названих матеріалів. Розрізняють палі, виготовлені заздалегідь, з подальшим їхнім заглибленням у ґрунт; монолітні палі, які виготовляють на місці їхньої експлуатації, а також комбіновані (рис. 7. 1).
2. ЗАГЛИБЛЕННЯ ЗАЗДАЛЕГІДЬ ВИГОТОВЛЕНИХ ПАЛЬ
До таких належать різні за формою і конструктивними особливостями палі, що виготовлені на заводах, у майстернях і на полігонах, доставлені на будівельний майданчик і будь-яким методом заглиблені у ґрунт. Серед них циліндричні, призматичні, пірамідальні, з жорстким потовщенням ствола, з розширенням ствола, що розкривається, з гвинтовим розширенням ствола (рис. 7.1.1).
Циліндричні палі можуть бути дерев'яними, виготовленими зі стовбура дерева, залізобетонними, металевими. їхній поперечний переріз має вигляд кола або кільця. Довжина досягає 6...16 м без стиків, а зі стиками – 30...90 м. Діаметр паль – 10...60 см. Циліндричні палі з кільцевим поперечним перерізом діаметром понад 60 см називають оболонками. Трубчасті палі заглиблюють у ґрунт як з відкритим, так і з закритим нижнім кінцем, причому палі однакових розмірів мають практично однакову несучу здатність, бо на перших метрах заглиблення в трубчастій палі формується ґрунтова пробка, яка перетворює її на палю із закритим нижнім кінцем.
Призматичні палі переважно виготовляють із залізобетону. Метал застосовують тільки за економічним обґрунтуванням або у випадках, коли через деякий час палі зможуть витягти для повторного використання. Довжина залізобетонних призматичних паль найчастіше 4...16 м, стикових – до 30 м, форма поперечного перерізу може бути різною.
Палі квадратного поперечного перерізу зі стороною 25...40 см армують чотирма поздовжніми стрижнями і охоплюючими хомутами. Таке армування потрібне здебільшого тільки для того, щоб паля не зламалась під час її заглиблення в ґрунт. Через таке досить насичене армування (від 50 до 150 кг/м3) залізобетонні палі можуть бути менш ефективні, ніж інші типи фундаментів.
Рис. 7. 1. Різновиди паль:
І – виготовлені заздалегідь, з подальшим заглибленням їх у ґрунт; ІІ – монолітні, виготовлені на місці їхньої експлуатації; /// – комбіновані;
а – циліндричні та призматичні; б – малопірамідальні; в– пірамідальні; г– з жорстким потовщенням ствола; д – з розширенням ствола, що розкривається; е– з гвинтовим розширенням; є – буронабивні; ж – пневмотрамбовані; з – частотрамбовані; и – буронабивні з поліпшеною основою; і – буронабивні з розширенням ствола; ї– камуфлетні; й – у витрамбованих котлованах; к – буроопускні; л – комбіновані камуфлетні; м– ін'єкційні анкери; 1– жорстке потовщення ствола внизу; 2– жорстке потовщення ствола зверху; 3– наконечник, що розкривається; 4 – гвинтове розширення; 5 – свердловина; 6 – штанга; 7 – трамбівка; 8– бетонна суміш; 9 – обсадна труба; 10 – шлюзова камера; 11 – наконечник обсадної труби; 12– збірні забивні елементи; 13 – розбурене розширення ствола; 14 – камуфлетне розширення; 15 – витрамбований котлован; 16 – опускний елемент; 17 – вібратор; 18– цементний розчин; 19 – бур-ін'єктор
Застосовують також залізобетонні палі, армовані одним стрижнем, який попередньо напружують. У них витрачається на кубічний метр бетону 5...12 кг металу.
Прямокутний поперечний переріз має ряд переваг над квадратним. По-перше, більшу несучу здатність бокової поверхні, бо при рівній площі поперечного перерізу периметр прямокутника більший, ніж квадрата. По-друге, така паля краще працює на горизонтальне навантаження. Недоліки – ускладнення під час заглиблення, пов'язані з тим, що орієнтацію палі треба витримати відповідно до проекту.
Трикутний поперечний переріз дає збільшення бокової поверхні палі в 1,4 рази по відношенню до рівновеликого квадратного.
Тавровий переріз має практично ті самі переваги, що і трикутний, але виготовлення такого профілю досить дороге і трудомістке.
Двотавровий переріз працює аналогічно прямокутному і дає змогу досягти значної економії матеріалу, але виготовлення такої палі потребує значних витрат, які нерідко знецінюють запланований ефект.
Серед пірамідальних паль виділяють малопірамідальні й пірамідальні.
За формою малопірамідальні палі з конусністю 3...8 % близькі до призматичних, але в середніх і добрих за несучою здатністю ґрунтах вони спроможні сприйняти вертикальне навантаження на 40...60 % більше, ніж призматичні.
Пірамідальні палі з розмірами основ 80х80 см та 10х10 см і 2,8...3,2 м заввишки успішно експлуатують у щільних ґрунтах. Найбільш ефективні ці палі при роботі на горизонтальні навантаження, особливо в спорудах, де виникає розпір (тришарнірні арки та рами).
Палі з жорстким потовщенням ствола в нижній частині використовують у тих випадках, коли діє вертикальне навантаження, а ґрунти шаруваті з дуже слабким шаром ґрунту зверху. Розширення ствола у верхній частині збільшує несучу здатність палі на горизонтальні зусилля, коли верхній шар ґрунту досить міцний і твердий. Для кращого заглиблення в ґрунт і його ущільнення це розширення робиться пірамідальним.
Палі з розширенням ствола, що розкривається, виконують в багатьох конструктивних варіантах, суть яких зводиться до того, що до нижнього кінця палі на шарнірах прикріплюють дві – чотири плити (лопаті) з металу або залізобетону, які формують спеціальний наконечник.
Наконечник розкривається за бажанням оператора спеціальною штангою, що опускається до наконечника через трубчастий ствол, або розпором ґрунту в разі подальшого заглиблення палі після зняття затримувальних затяжок. Розкритий наконечник збільшує площу нижнього торця палі у два-три рази, відповідно збільшується його несучна здатність. Якщо застопорити розкритий наконечник, то така паля може працювати на виривання.
Палі з гвинтовим розширенням мають у нижньому кінці гвинтову спіраль у 1,5...2 оберти з листового металу. Діаметр розширення може досягати 1,2 м, а довжина палі – 10 м. Гвинтові палі застосовують в однорідних ґрунтах без вкраплення твердих кусків. Вони сприймають досить великі вдавлювання, а також можуть бути ефективними анкерами.
Заглиблення в ґрунт виготовлених заздалегідь паль виконують різними способами: забивають, вдавлюють за допомогою вібрації, розмиву ґрунту водою та загвинчують.
Машини, які підтримують палі в потрібному положенні (як правило, вертикально), а також робочий орган, за допомогою якого заглиблюють палі, називають копрами. Копри бувають у вигляді спеціальних мостів на рейковому ходу, змонтовані на автомобілях, тракторах, екскаваторах та стрілових кранах (рис. 7.2).
Крім копрів для заглиблення паль випускають спеціальне коперне обладнання для базових машин. За його допомогою виконують значний обсяг пальових робіт, проте спеціалізований копер має ряд переваг у вигляді спеціальних пристроїв для автоматизованого виставляння палі у вертикальне положення, підтягування її до машини тощо.
Забивають палі молотами, котрі підвішують, як і палю, на копрі. Молоти бувають механічні, пароповітряні, дизельні, гідравлічні.
Механічний молот – це важка чугунна відливка, яку за допомогою лебідки піднімають на висоту, а потім скидають на голову палі.
Маса таких молотів 8...10 т і більше; вони мають велику потужність, але малопродуктивні.
Пароповітряний молот – це замкнений порожній вертикальний циліндр, в якому рухається (вгору-вниз) поршень масою 1,25...6 т і б'є по палі. Амплітуда руху 1,3...1,5 м. У дію його приводить стиснене повітря або пара.
Дизельні молоти (штангові та трубчасті) використовують найбільш широко.
У штангових молотах рухомий циліндр масою 500..5000 кг б'є по поршню, розвиваючи енергію удару до 90 кДж. Трубчастий дизельний молот має поршень масою до 2500 кг, який рухається в трубі-циліндрі й розвиває енергію удару до 20 кДж. Тиск у камері згоряння у цій конструкції значно менший, ніж у штанговому молоті, тому трубчастий молот у робочому режимі застосовують у більш широкому діапазоні ґрунтів.
Рис. 7.2. Машини для заглиблення паль:
а– мостовий копер; б– на базі екскаватора; в– на базі автомобіля; 1 – рейкова колія; 2– міст; 3 – візок; 4 – стріла копра; 5 – молот; 6 – паля; 7 – автомобіль; 8 – механізм регулювання положення палі.
Гідравлічний молот – аналог пароповітряного молота з тією різницею, що енергоносієм є робоча рідина (переважно технічне мастило), яка працює у замкненій системі. Гідравлічний привід створює тиск до 30...60 МПа і порівняно з пароповітряним розвиває більшу енергію удару по палі. Такі молоти екологічно чистіші за дизельні.
Широке застосування ударного способу заглиблення паль слід віднести на рахунок накопичення обладнання і високої продуктивності цього способу. Проте є ряд недоліків – низький коефіцієнт корисної дії обладнання, а також потреба в міцних конструкціях паль, оскільки навантаження на палю під час забивання в 3...5 разів перевищує майбутнє навантаження в будівлі.
Необхідну енергію удару молота Еh, кДж, визначають за формулою
Eh = 0,045N, (7.1)
де N – розрахункове навантаження на палю, кН.
За довідковими даними підбирають молот, енергія удару якого (Еd) не нижча обчисленої, і, крім того, забезпечується умова
, (7.2)де m1 – маса молота, т; m2 – маса палі, т; т3– маса підбабка, т; k– коефіцієнт, який має значення від 0,6 до 0,2 залежно від типу молота та матеріалу палі.
Теоретично можна обчислити величину заглиблення палі від одного удару молота, при якій буде гарантована задана несуча здатність. Заглиблення палі від одного удару молота називається відмовою палі; на практиці вона визначається як середнє арифметичне від 10 ударів (так званий залог). Якщо без помилок було виконано геологічні розвідування і правильно підібрано молот, то паля зайде в ґрунт на проектну глибину і при цьому буде мати задану проектувальниками відмову. Відмова може бути і фальшивою. Вона виявляється в піщаних та твердих ґрунтах за рахунок того, що під нижнім кінцем палі під час забивання ґрунт значно ущільнюється, і паля показує відмову, рівну проектній, не досягнувши проектної глибини. У такому випадку не слід зрубувати недобиту палю, а треба дати їй так званий відпочинок. За 3...6 днів під її нижнім кінцем відбудуться процеси релаксації і розущільнення ґрунту і після повторного її добивання виявиться дійсна відмова.
Якщо палю в твердих ґрунтах не можна заглибити на потрібну глибину і вона не має заданої несучої здатності, що контролюється відмовою, то для її заглиблення застосовують лідерне буріння. Лідерна свердловина має діаметр, удвічі менший від меншого розміру поперечного перерізу палі, й глибину на 1,0...1,5 м меншу за довжину палі.
У водонасичених ґрунтах, особливо глинистих, під час заглиблення палі структурні зв'язки порушуються і відбувається тиксотропне розрідження ґрунту. Ґрунт стає рідким, і паля легко в нього заглиблюється, не показуючи проектної відмови на проектній глибині. У цьому випадку теж слід не поспішати заглиблювати палі-дублери або міняти довжину палі: їй також треба надати відпочинок протягом 10...20 днів. У разі повторного добивання залогом не більше ніж 3...5 ударів паля може показати дійсну відмову.
Явище фальшивої відмови може виявитися і при інших методах заглиблення, навіть при статичних, а розрідження глинистого водонасиченого ґрунту може бути навіть від того, що частинки ґрунту можуть потрапити в резонансне коливання з працюючим двигуном робочої машини.
Заглиблення паль вдавлюванням виконують, коли не допустимі динамічні навантаження на ґрунт та на будівлі, які розташовані поряд. Оскільки цей метод застосовують рідко, то машини для цього виготовляють за індивідуальними рішеннями. Наприклад, платформа на рівні землі має в центрі ґратчасту башту, в яку вставляють палю і за допомогою поліспастової системи вдавлюють в ґрунт. Анкерні зусилля створюються вагою платформи, оснасткою і привантаженням бетонними блоками або будівельними машинами, частіше тракторами.
Розроблена установка для вдавлювання паль на основі гусеничного крана, основним органом якої є вакуумний присос до поверхні землі з робочою площею 15 м2. Така установка може розвивати 1000...1200 кН зусилля на вдавлювання (рис. 7.3, а).
За допомогою вібрації заглиблюють палі з малим поперечним перерізом або трубчасті палі-оболонки з відкритим нижнім кінцем. Цей метод застосовують у водонасичених ґрунтах. Завдяки гідродинамічній силі, яка виникає від вібрації в ґрунті, руйнується зв'язок між твердими частинками ґрунту і між ґрунтом та палею, і вона під своєю вагою заглиблюється в ґрунт.
Рис. 7.3. Машини для заглиблення паль вдавлюванням та вібрацією:
а– установка для вдавлювання паль; б– віброзаглиблювач; в– вібромолот; 1 – екскаватор-кран; 2– напрямна; 3 – поліспаст; 4– паля; 5 – вакуум-насос; 6 – вакуум-присос; 7 – рама; 8 – допоміжна опора; 9 – пристрій для закріплення палі; 10 – дебаланси; 11 – електродвигун; 12– пружини; 13 – бойок; 14 – ковадло.
Крім вібрації використовують вібропривантаження – спеціально збільшують вагу вібратора або через поліспастову систему передають на палю частину ваги коперної установки.
Віброударний метод полягає в співдії вібрації і удару. Віброзаглиблювачі працюють за принципом синхронного обертання двох не-зрівноважених мас (рис. 7. З, б, в).
Гвинтові палі заглиблюють спеціальними установками – кабестанами. Це стаціонарні пристрої, установлені для загвинчування конкретних паль. Реактивний момент сприймається масою установки або якорями. Виготовлені мобільні машини трьох модифікацій, які можуть загвинчувати палі з діаметром гвинта до 1,2 м і 8...10 м завдовжки.
Заглиблення паль за допомогою підмиву виконують під час гідротехнічного будівництва, де є достатня кількість води і не треба виконувати спеціальні роботи для відведення відпрацьованої води. Суть методу полягає в тому, що потужні струмені води із сопел, закріплених на нижньому вістрі палі, розмивають ґрунт, і паля заглиблюється в нього під дією своєї ваги. Після заглиблення порожнину навкруг палі замивають ґрунтом або палю дещо добивають. Тиск води має бути 0,4...2,0 МПа, а витрати води – 0,01...0,05 м3/с.