Устройство набивных свай в вечномерзлых грунтах

Грунты, подвергающиеся воздействию отрицательных температур можно подразделить на три категории. Сезоннопромерзающие грунты можно отнести к мерзлым грунтам, твердомерзлые и пластичномерзлые - к вечномерзлым.

Забивка свай в сезоннопромерзающие грунты при глубине промерзания до 0, 7 м при использовании мощных молотов и вибромолотов отличается от забивки в летних условиях только некоторым снижением производительности установок. При большей глубине промерзания и при менее мощных механизмах для забивки свай используют тот же арсенал мероприятий, что и для разработки грунта в зимних условиях.

Если имеется возможность, то предотвращают или уменьшают глубину промерзания мерзлых грунтов за счет заблаговременного утепления мест забивки свай подручными материалами (опилками, соломой, ветками, листвой и т.п.). Допустимо разрушение мерзлого грунта в месте забивки механическими методами, нарезанием прорезей до глубины промерзания грунта с помощью буровых машин с последующим оттаскиванием блоков с места забивки. Применимо устройство в грунте лидирующих скважин бурильными машинами и виброударными установками, применяют и другие методы.

Для вечномерзлых грунтов имеются некоторые особенности погружения свай. Эти грунты в естественном состоянии и с ненарушенной структурой имеют высокую несущую способность. Поэтому при погружении свай в такие грунты необходимо максимально сохранить Вечномерзлые грунты в естественном состоянии. На участках, где эта структура нарушена в результате забивки, следует восстановить первоначальные свойства данных грунтов. Это достигается вмерзанием свай или смерзанием сваи по поверхности с грунтом, что приводит к тому, Что они начинают составлять одно целое, совместно приобретают высокую несущую способность.

Метод вмерзания широко применяется для твердомерзлых грунтов, у которых среднегодовая температура на глубине 5-10 м составляет - 0, 6-1, 5 °С. Погружают сваи в твердомерзлые фунты в основном двумя методами: в оттаявший грунт или в пробуренные скважины, диаметр которых превышает наибольший размер поперечного сечения сваи. При погружении сваи в оттаявший грунт первоначально нужно этот грунт оттаять (рис.14), затем погрузить сваи в образовавшуюся в мерзлом грунте полость разжиженного грунта. Грунт оттаивают с помощью паровой иглы, перфорированной в нижнем сечении. Под действием пара при давлении 0, 4-0, 8 МПа, в зоне перфорированной части иглы происходит разжижение грунта до текучего состояния; в такой грунт и осуществляют погружение готовой сваи до проектной глубины.

Рис.14. Схемы процесса погружения свай в мерзлый грунт методом оттаивания:

а - оттаивание грунта; б - погружение сваи; в - паровая игла; 1 - поддерживающие козлы; 2 - мерзлый грунт; 3 - разжиженный грунт, 4 - сваепогружающая установка; 5 - вибропогружатель; 6 - свая; 7 - паропровод; 8 - головная заглушка; 9 - патрубок; 10 - острие иглы

В грунтах с небольшим количеством льда можно получить полость нужных размеров в короткое время (за 1-3 ч). В грунтах с большим насыщением льдом процесс получения полости растягивается на 6-8 ч. Скорость погружения иглы в грунт определяют с таким расчетом, чтобы диаметр растаявшей полости превышал наибольший размер сваи в поперечном сечении в 2-3 раза. После погружения сваи на проектную глубину в грунте начинает восстанавливаться состояние вечномерзлости, свая оказывается вмерзшей в грунт, заделанной в толщу вечномерзлого грунта, приобретает необходимую несущую способность.

Для оттаивания мерзлого грунта при погружении свай с использованием стержневых электронагревателей (рис.15) район забивки свай разбивают на три захватки. На первой захватке пробуривают скважины, на второй - скважины уже пробурены и осуществляется их утепление и отогрев, на третьей захватке производят погружение свай в скважины. Интервал между отогревом скважины и погружением в нее сваи не должен превышать одной смены.

Рис.15. Схема последовательности погружения свай при отогреве грунта стержневыми электронагревателями:

1 - участок с электронагревателями; 2 - то же, с отогретыми скважинами; 3 - то же, с погруженными сваями; 4 - кабель; 5 - провода

Метод погружения сваи в пробуренные скважины (рис.16) включает в себя ряд последовательно выполняемых операций:

- бурение скважины до необходимой глубины;

- заполнение скважины песчано-глинистым раствором на 1/2-1/3 высоты;

- погружение сваи в этот раствор с частичным выжиманием его из устья скважины;

- извлечение обсадной трубы.

Рис.16. Схема процесса погружения сваи в пробуренную скважину:

а - бурение скважины; б - заполнение скважины песчано-глиняным раствором; в - погружение сваи; г - извлечение обсадной трубы; 1 - буровая установка; 2 - подсыпка; 3 - деятельный слой грунта; 4 - мерзлый грунт; 5 - обсадная труба; 6 - песчано-глинистый раствор; 7 - свая

В результате вмерзания раствора в естественный грунт, а сваи в этот раствор, свая приобретает необходимую несущую способность.

В пластичномерзлые высокотемпературные грунты со среднегодовой температурой выше -1 °С готовые сваи погружают забивным или бурозабивным методом. Методы погружения в оттаявший грунт или в пробуренные скважины, приемлемые для твердомерзлых грунтов, здесь не подходят из-за относительно высокой температуры грунтов и медленного процесса вмерзания в них свай.

Забивку свай выполняют в песчаные, супесчаные грунты, пылеватые суглинки и только в период сезонного оттаивания, так как зимой грунты деятельного слоя охлаждаются до -5-10 °С и становятся твердомерзлыми.

Бурозабивным методом сваи погружают в два этапа. Первоначально пробуривают лидирующую скважину, диаметр которой принимают на 1-2 см меньше максимального размера сваи. Далее сваю погружают в эту скважину с помощью вибромолота или дизель-молота. В процессе забивки происходит некоторое деформирование грунта и благодаря тепловой энергии от работающего молота - выжимание и перераспределение грунта по периметру сваи. После окончания забивки свая быстро вмерзает в грунт. Применение лидирующих скважин позволяет повысить точность установки свай, обеспечить погружение ее на проектную глубину, исключить поломки свай от попадания под острие камней, валунов и др.

3. ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ И ПРИЕМКЕ РАБОТ

Устройство свайных фундаментов в вечномерзлых грунтах

1. Погружение висячих свай в вечномерзлые грунты осуществляется буроопускным, опускным и бурозабивным способами.

2. Буроопускной способ погружения свай применяется при средней температуре вечномерзлого грунта по длине сваи минус 0, 5 °С (и ниже); сваи погружаются в предварительно пробуренные скважины, диаметр которых превышает (на 5 см и более) наибольший размер поперечного сечения сваи; полость между стенками и сваей заполняется грунтовым или специальным раствором.

Скважины перед погружением в них свай должны быть очищены от воды, шлама, льда или снега. Толщина слоя жидкого шлама или воды на дне скважины при погружении сваи не должна превышать 15 см. Наличие на дне скважины замерзшего или сухого шлама, льда или выколов грунта не допускаются.

Сваи перед погружением в скважины следует очищать ото льда, снега, комьев мерзлого грунта и жировых пятен.

Сваи должны быть погружены в сроки, исключающие оплывание стенок скважин, как правило, не позднее чем через 4 ч после их зачистки и приемки.

Заливать в скважину грунтовый или специальный раствор следует, как правило, непосредственно перед погружением сваи. После погружения сваи проверяется соответствие отметки нижнего конца сваи проектной отметке, а также правильность расположения сваи в плане и по вертикали.

При буроопускном способе погружения висячих свай должны быть приняты меры, обеспечивающие полное заполнение пазух между стенками скважины и сваей грунтовым раствором (погружение свай методом вытеснения предварительно залитого грунтового раствора, дополнительное уплотнение раствора вибрацией и др.).

3. Опускной способ погружения свай применяется в твердомерзлых глинистых грунтах, мелких и пылевидных песках, содержащих не более 15% крупнообломочных включений со средней температурой вечномерзлых грунтов по длине сваи от минус 1, 5 °С и ниже.

Сваи погружаются с оттаиванием грунта, причем диаметр зоны оттаивания должен быть не более удвоенного размера большой стороны поперечного сечения свай. Для ускоренного вмерзания свай допускается применять искусственное охлаждение грунтов.

Железобетонные сваи допускается погружать в оттаянные грунты зимой не ранее чем через 20 ч после окончания оттаивания, летом - не ранее чем через 12 ч.

4. Бурозабивной способ погружения свай допускается применять в пластичномерзлых грунтах без крупнообломочных включений. Сваи погружаются забивкой в предварительно пробуренные скважины диаметром на 1-2 см меньше наименьшего размера поперечного сечения сваи.

5. При приемке свайных фундаментов, устраиваемых в вечномерзлых грунтах, составляется акт приемки с отражением мерзлотно-грунтовых условий в период устройства фундамента, с характеристиками температурного режима грунтов около свай и способа погружения свай. Разрешение на загрузку свайных фундаментов дается на основании оценки несущей способности свай при температурном режиме на день приемки. Полная расчетная загрузка фундаментов допускается только после достижения расчетного температурного режима грунтов оснований, измеряемого с помощью температурных трубок, устанавливаемых одновременно со сваями на всю глубину в количестве не менее 2% от общего количества свай.

Требования по качеству

3.1. В процессе изготовления буронабивных свай с уширенным основанием представителями заказчика, технического и авторского надзора осуществляется постоянный, поэтапный контроль за:

а) планово-высотной привязкой осей отдельных свай и их фактическим положением в плане;

б) вертикальностью пробуренных скважин, их глубиной, величиной заглубления в несущий слой;

в) технологией и основными параметрами втрамбовывания щебня в дно скважины;

г) установкой арматурных каркасов в скважины;

д) технологией бетонирования ствола свай;

е) правильностью и своевременностью заполнения " Журнала изготовления буронабивных свай с уширенным основанием из щебня".

3.2. Контроль качества выполненных работ осуществляется в соответствии с требованиями #M12291 5200242СНиП 3.02.01-87#S, Пособия по производству и приемке работ при устройстве оснований и фундаментов (к СНиП 3.02.01-87), а также проекта свайных фундаментов.

3.3. Приемка-сдача готовых буронабивных свай выполняется комиссией в составе заказчика, генподрядчика, исполнителя работ, авторского надзора в два этапа:

1 этап - приемка-сдача скважин после устройства уширенных оснований;

2 этап - приемка-сдача готовых свай.

3.4. Приемка выполненных буронабивных свай производится на основании следующих материалов:

а) проекта свайных фундаментов;

б) проекта производства работ (ППР) по устройству буронабивных свай с уширенным основанием;

в) исполнительной схемы расположения свай;

г) актов на скрытые работы;

д) журнала изготовления буронабивных свай с уширенным основанием из щебня;

е) актов приемки материалов (бетон, арматура, щебень).

3.5. Приемка буронабивных свай оформляется актами:

а) освидетельствования и приемки пробуренных скважин и арматурных каркасов для буронабивных свай;

б) приемки свайного поля из буронабивных свай для бетонирования ростверков.

В этих актах указываются все выявленные отступления от проекта, предусмотренные способы и сроки их устранения, дается общая оценка качества выполненных работ.

Определение несущей способности одиночной сваи

3.6. Несущую способность одиночной буронабивной сваи определяют в соответствии с #M12291 901705133ГОСТ 5686-94#S (Грунты. Методы полевых испытаний сваями).

3.7. Допускается при соответствующем технико-экономическом обосновании с учетом расчетных данных в соответствии с #M12291 871001183СНиП 2.02.03-85#S (Свайные фундаменты) несущую способность свай определять по величине суммарной энергии, затраченной на втрамбовывание щебня в дно скважины. Эта методика определения величины несущей способности разработана ЦНИИОМТП на основании многочисленных исследований, выполненных в различных инженерно-геологических условиях на территории РФ и ближнего зарубежья при устройстве фундаментов в втрамбованных котлованах и набивных свай. В частности, минимальная несущая способность буронабивных свай на объекте-представителе составила 250 - 300 кН, что на 10 - 25 % превышает расчетное их значение.

Устройство набивных и буронабивных свай

1. До начала производства свайных работ выполняется срезка или подсыпка грунта до проектной отметки ростверка и разбивка свайного поля. Если работы выполняются с использованием глинистого раствора, то производится проверка качества его приготовления.

2. При устройстве буронабивных свай забой скважины должен быть очищен от разрыхленного грунта или уплотнен трамбованием. Уплотнение неводонасыщенных грунтов следует проводить путем сбрасывания в скважину трамбовки (при диаметре 1 м и более - массой не менее 5 т, при диаметре скважины менее 1 м - 3 т). Трамбование грунта в забое скважины необходимо производить до величины “отказов”, не превышающей 2 см за последние пять ударов, при этом общая сумма “отказов” трамбовки должна составлять не менее диаметра скважины.

3. Уровень глинистого раствора в скважине в процессе ее бурения, очистки и бетонирования должен быть выше уровня грунтовых вод (или горизонта воды на акватории) не менее чем на 0, 5 м.

4. По окончании бурения следует проверить соответствие проекту фактических размеров скважин, отметки их устья, забоя и расположения каждой скважины в плане, а также установить соответствие типа грунта основания данным инженерно-геологических изысканий (при необходимости с привлечением геолога).

5. В обводненных песчаных, просадочных и в других неустойчивых грунтах бетонирование свай должно производиться не позднее 8 ч после окончания бурения, а в устойчивых грунтах - не позднее 24 ч. При невозможности бетонирования в указанные сроки бурение скважин начинать не следует, а уже начатых - прекратить, не доведя их забой на 1-2 м до проектного уровня и не разбуривая уширений.

6. Непосредственно перед подводной укладкой бетонной смеси в каждую скважину, пробуренную в скальном грунте, необходимо с поверхности забоя смыть буровой шлам. Для промывки следует обеспечить подачу воды под избыточным давлением 0, 8-1 Па при расходе 150-300 м /ч. Промывку следует продолжать 5-15 мин до исчезновения остатков шлама (о чем должен свидетельствовать цвет воды, переливающийся через край обсадной трубы или патрубка).

Промывку необходимо прекращать только в момент начала движения бетонной смеси в бетонолитной трубе.

7. Для контроля сплошности бетонного ствола буровых свай, выполняемых методом подводного бетонирования, необходимо выборочным порядком производить испытание образцов, взятых из выбуренных в сваях кернов, или контролировать сплошность неразрушающими методами из одной сваи на каждые 100, но не менее чем из двух свай на объект строительства, а также во всех сваях, при устройстве которых были допущены нарушения технологии.

8. В процессе устройства камуфлетного уширения каждой сваи необходимо контролировать отметки опущенного в забой заряда ВВ и поверхности бетонной смеси в трубе до и после взрыва.

9. Буронабивные полые сваи следует изготавливать из жестких бетонных смесей с осадкой конуса 1-3 см на щебне фракции не более 20 мм.

Внутренняя поверхность ствола каждой буронабивной полой сваи должна быть подвергнута визуальному осмотру. При обнаружении вывалов бетона площадью более 100 см или обнажении рабочей арматуры полость сваи должна быть заполнена бетонной смесью с осадкой конуса 18-20 см на высоту, превышающую на 1 м отметку обнаруженного дефекта.

10. Бурение скважины при устройстве буроинъекционных свай в неустойчивых обводненных грунтах следует осуществлять с промывкой скважин глинистым (бентонитовым) раствором или под защитой обсадных труб. Плотность глинистого (бентонитового) раствора следует принимать равной 1, 05-1, 15 г/ куб.см.

Растворы, применяемые для изготовления буроинъекционных свай, должны иметь плотность в пределах 1, 73-1, 75 г/ куб.cм, подвижность по конусу АзНИИ не менее 17 см и водоотделение не более 2%. Состав растворов для буроинъекционных свай должен быть указан в проекте.

Заполнение скважин буроинъекционных свай твердеющими (цементным или другим) растворами следует производить через буровой став или трубку-инъектор от забоя скважины снизу вверх до полного вытеснения глинистого раствора и появления в устье скважины чистого цементного раствора.

11. Укладка бетонной смеси в скважину должна производиться без перерывов, превышающих период начала схватывания смеси. При бетонировании необходимо обеспечить укладку качественного бетона по всей глубине скважины, в том числе и в голове сваи. В процессе бетонирования буронабивных свай должен вестись журнал бетонных работ. Контрольные бетонные образцы должны отбираться в количестве 3 шт. на каждые 50 куб. м. уложенной бетонной смеси. Изготовление и хранение контрольных бетонных образцов должно производиться в условиях, аналогичных условиям, в которых происходит бетонирование и твердение свай.

12. В процессе бетонирования свай контролю подлежат:

- качество и температура (зимой) бетонной смеси;

- интенсивность укладки бетонной смеси;

- технология заполнения скважины бетонной смесью;

- объем бетона, уложенного в скважину;

- время начала и окончания бетонирования, а также время вынужденных перерывов.

13. При производстве работ состав контролируемых показателей, объем и методы контроля должны соответствовать требованиям таблицы 3.1.

Таблица 3.1.

(#M12291 5200242СНиП 3.02.01-87#S, #M12293 0 5200242 4120950664 24262 2720362041 196576391 406179787 2717138943 1343157494 492301028табл.18#S)

14. Оценку качества и приемку фундаментов из набивных и буронабивных свай выполняют на основании следующих документов:

- проекта свайных фундаментов;

- актов приемки материалов, применяемых для изготовления свай;

- актов лабораторных испытаний контрольных бетонных кубиков;

- актов контрольной проверки качества укладки бетонной смеси в скважину;

- актов контроля изготовленных свай (отбор кернов или неразрушающий контроль);

- акта заключения по проведенным статическим испытаниям опытных свай;

- плана расположения свай с привязкой к разбивочным осям;

- исполнительной схемы расположения осей свай с указанием отклонений от проектного положения в плане и результатов нивелировки оголовков свай;

- актов на скрытые работы

- журналов изготовления свай.

При приемке готовых свай необходимо проверять соответствие выполненных в натуре работ требованиям проекта. Приемку оформляют актом, в котором должны быть отмечены все выявленные дефекты и предусмотрены способы их устранения.

ВЕДОМОСТЬ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА

Вид конструктивного элемента: Устройство свайных фундаментов

Основание #M12291 5200242СНиП 3.02.01-87#S, #M12293 0 5200242 24255 82 4292900552 2440337613 565808390 3464 854517803 3269728019п.11.6; табл. 18#S

Объект: ____________________________________

Дата обследования ___________________________

Определение =

Значимость дефектов:

из них значительных (З) -

малозначительных (М) -

Обследование провели: __________________________

__________________________

__________________________