Основы технологического проектирования, технологические процессы переработки грунта и устройства фундаментов, технологические пр. КР грунты. Блок 1 Искусственное замораживание грунтов
 Скачать 24.52 Kb.
|
|
БЛОК 1 Искусственное замораживание грунтов Замораживание грунтов - искусственное охлаждение грунтов в природном залегании до отрицательных температур в целях их закрепления и достижения необходимой водонепроницаемости. Замораживание грунтов применяется для создания временной прочной водонепроницаемой перемычки, преграждающей доступ воде или плывунным грунтам в выработку, при производстве работ по строительству подземных сооружений в водоносных грунтах. Замораживание грунтов можно применять как в слабых, так и в крепких водоносных породах при любой глубине залегания. Искусственное замораживание грунтов является основным способом закрепления грунтов в сложных гидрогеологических условиях. Искусственное замораживание грунтов широко распространено при строительстве шахт, туннелей, станций метрополитена, подземных камер, фундаментов, мостов, перемычек и других сооружений. Замораживание грунтов ведёт начало от естественного замораживания, применявшегося ещё в 19 в. в горном деле, при золотодобыче и проходке стволов шахт через насыщенные водой пески (В. З. Власов, 1893), а также при сооружении котлованов для мостовых опор и труб на строительстве Забайкальской и Амурской железных дорог. Первый опыт искусственного замораживания грунтов при проходке стволов шахт был осуществлён в 1883 (рудник «Арчибальд» в Магдебургском округе, Германия). В СССР способ искусственного замораживания грунтов впервые был применён в 1928–29 годах при проходке калийной шахты в г. Соликамск, а затем в 1933 – на строительстве Московского метрополитена. Этим методом пройдены все наклонные шахты для эскалаторов Московского метрополитена, многие из которых достигают глубины 40–70 м. Искусственное замораживание может применяться и в устойчивых водоносных грунтах при притоке воды свыше 50 м/ч, если эти грунты подстилают неустойчивые водоносные грунты. Искусственное замораживание грунтов должно обеспечивать: -водонепроницаемость и прочность ледогрунтового ограждения, способного воспринять на себя полное горное и гидростатическое давление; -соблюдение проектного направления и габаритов выработок; -сохранность прилегающих к выработкам наземных и подземных сооружений; -максимальную скорость строительства в конкретных инженерно-геологических условиях. При замораживании грунтов должна быть обеспечена полная защита выработок от поступления грунтовых вод как по контуру, так и со стороны забоя. Для этого ледогрунтовое ограждение должно быть заглублено в водоупор. При отсутствии под водоносной толщей водоупора или недостаточной его мощности должно быть создано искусственное днище из замороженного грунта. Замораживание грунтов может выполняться с применением холодильных машин с использованием в качестве хладоагента преимущественно аммиака. При соответствующем технико-экономическом обосновании допускается использовать фреон и жидкий азот. В последние годы способ искусственного замораживания грунтов находит применяется при строительстве городских подземных сооружений в сложных гидрогеологических условиях. В городских условиях основной объем замораживания грунтов приходится на глубины до 30 м, в основном 11-20 м от поверхности земли. Анализ опыта строительства коммунальных тоннелей в Москве показывал, что в 85 % всех случаев в радиусе до 3 м находились или наземные, или подземные коммуникации. Особую сложность при этом вызывает наличие в непосредственной близости от строящихся объектов теплотрасс, канализационных коллекторов и других коммуникаций, имеющих повышенную температуру (локальные источники тепла с температурой до 60 0С). Специфика городского хозяйства оказывает воздействие на состав подземных вод. Зачастую подземные воды, подлежащие замораживанию, содержат примеси нефтепродуктов, растворы минеральных солей, что резко снижает температуру ледообразования, и на отдельных объектах она составляет - (10-15) 0С. Жизнедеятельность города влияет и на начальную температуру подземных вод, которая вблизи теплотрасс подземных коммуникаций достигает 20-25 0С. В городском подземном строительстве ледогрунтовые ограждения чаще всего выполняют роль противофильтрационной перемычки и реже грузонесущей, поэтому их создают незначительной толщины (0,8^1,1 м). Все возрастающие объемы замораживания грунтов вблизи зданий, сооружений, под железными и автомобильными дорогами, с одной стороны, высокая стоимость, большая энерго- и материалоемкость этого процесса, с другой, приводят к необходимости решения крупной проблемы, направленной на обоснование и разработку параметров технологии замораживания грунтов в городских условиях, обеспечивающей ресурсосбережение, охрану окружающей среды и повышение технико-экономических показателей подземного строительства. БЛОК 2 Разработка грунта бурением. Ударный способ. Разработка грунта бурением В разрабатываемых породах бурильным инструментом бурят цилиндрические отверстия — выработки. Выработку диаметром до 75 мм и глубиной до 6 м называют шпуром, выработку больших размеров — скважиной. Шпуры и скважины бывают вертикальными, наклонными и горизонтальными. Начало шпура или скважины у поверхности земли называют устьем, низ — забоем, боковые поверхности — стенками. Процесс бурения состоит из двух операций: разрушения (отделения) породы на дне скважины и удаления разрушенной породы из скважины. Эффективность бурения скважин и шпуров определяется скоростью бурения, которая зависит от: физико-механических свойств грунта, в основном от сопротивления породы разрушению под действием бурового инструмента; вида и формы бурового инструмента и способа его воздействия на забой скважины (ударное, вращательное, ударно-вращательное и т. д.); диаметра скважины и, в ряде случаев, ее глубины; способа, скорости и тщательности удаления из забоя скважины буровой мелочи; общей организации и масштаба производства буровых работ. Трудоемкость бурения породы — «буримость» — характеризуется временем чистого бурения 1 м скважины (шпура) и зависит от крепости породы. Разрушенный грунт (буровая мелочь, шлам) удаляется из скважин глинистым раствором или водой, струей сжатого воздуха, шнековыми устройствами, желонками и другими приспособлениями. Стенки скважины в слабых, рыхлых и насыщенных водой грунтах крепят стальными обсадными трубами. Колонны обсадных труб составляют из звеньев длиной 1,5...4,5 м, соединяемых муфтами, ниппелями или свинчиванием (труба в трубу). Ударный способ Ударный способ бурения скважин по методу воздействия на породу и организации процесса бурения можно разделить на три подтипа проведения такого рода работ: ударно-канатный, ударно-штанговый и ударно-вращательный способы. Ударно-канатный способ бурения скважин, часто используется для получения источника водоснабжения на участке даже непрофессиональными пользователями. Принцип действия ударно-канатной буровой установки очень прост: он заключается в подъеме на определенную высоту и последующем сбрасывании специального бурового снаряда – груза, развивающего достаточную силу удара, чтобы разрушить достаточно твердые породы. Удар за ударом этот груз все глубже вгоняет полый забивной стакан в поверхность земли, после чего он поднимается для удаления заполнившего его грунта. Масса груза для ударно-канатного бурения может составлять до трех тонн, а высота, на которую он поднимается, обычно превышает 100 сантиметров. При использовании такого метода возможно обеспечить производительность буровых работ в объеме до 30 метров за одну смену. Ударно-штанговое бурение, применяемый при строгих требованиях к вертикальному расположению ствола скважины. Отличие от предыдущего описанного метода ударного бурения заключается в том, что вместо каната в данном случае используются специальные металлические стержни – штанги, скрепляемые между собой с помощью резьбового соединения. Данный метод бурения может осуществляться как с промывкой скважины, так и без нее. Ударно-вращательный способ бурения совмещает в себе два типа воздействия на породу – вращения и ударных нагрузок. Вращатель обеспечивает вращение породоразрушающего инструмента вокруг своей оси, а пневматический молот – пневмоударник – обеспечивает возвратно-поступательные движения бойка, передающего удары на буровую коронку. Воздух к этой пневматической системе подается по бурильным штангам. БЛОК 3 Технология устройства буронабивных свай. Сухой и мокрый способы устройства До бурения скважин необходимо проведение точной центровки и вертикальности направляющей мачты буровой машины. Не допускается отклонение от проектного центра, превышающее 4% от диаметра сваи. Перед бурением очередной скважины на строительную площадку должна быть завезена бетонная смесь в количестве 120% от проектного объема одной сваи и освидетельствованный арматурный каркас. Бурение скважин должно начинаться после инструментальной проверки отметок спланированной поверхности грунта и положения осей буронабивных свай на площадке. После установки буровой машины в точке бурения на ее мачте на расстоянии 1м от поверхности земли очерчивается линия условного уровня, от которой ведется отсчет. Бурение каждой последующей скважины допускается на расстоянии не менее 3-х диаметров от центра предыдущей забетонированной сваи, если следующая скважина бурится в день бетонирования предыдущей. Устройство скважины на меньшем расстоянии допускается не ранее чем через 24 ч после завершения бетонирования. Во время бурения затвор на нижнем конце полого шнека должен быть закрыт для предотвращения проникновения внутрь трубы грунта и воды. Твердение бетона должно протекать в течение 3-х часов, с этой целью применяются добавки, замедляющие твердение бетона. Бетон должен иметь осадку конуса 21-23 см; отклонение от требуемой подвижности должно быть не более 1 см в сторону ее уменьшения и не более 2 см - в сторону ее увеличения. Бетонирование сваи должно начинаться непосредственно после достижения пустотелым шнеком проектной глубины погружения. При начале бетонирования пустотелый шнек поднимается на высоту 20 см (но не более 40 см) для открытия затвора в его нижней части; дальнейший подъем пустотелого шнека может быть продолжен после достижении давления в бетонируемой скважине 0,5-1,0 атм. При бетонировании сваи давление в бетонной смеси должно поддерживаться постоянным. При падении давления скорость подъема шнека бурового става должна быть снижена. В течение всего процесса бетонирования шнековой пустотелой колонне буровой установки должно придаваться постоянное возвратно-поступательное движение. Бетонирование должно выполняться до выхода бетонной смеси на поверхность и заканчиваться удалением загрязненного слоя бетонной смеси. После этого устанавливается инвентарный кондуктор и бетонируется огловок сваи. Непосредственно после окончания бетонирования буровая установка отводится от скважины, вынутый и сброшенный со шнека грунт удаляется средствами механизации; затем производится ручная зачистка устья скважины с удалением верхнего слоя бетонной смеси до четкого обнаружения краев скважины. В заполненную бетоном скважину устанавливают арматурный каркас, конструкция и размеры которого должны соответствовать проекту. До погружения армокаркаса последний следует освидетельствовать в присутствии представителя авторского надзора. Установка арматурного каркаса в скважину при отсутствии соответствующего паспорта к нему не допускается. Номер арматурного каркаса, устанавливаемого в скважину, должен фиксироваться в журнале производства работ. При транспортировке арматурных каркасов от места изготовления к месту установки в каркасы следует устанавливать временные распорки в виде поперечных стержней или деревянных кругов для предохранения их от деформаций. Перед установкой в заполненную бетоном скважину арматурный каркас должен быть тщательно очищен от ржавчины и грязи. Диаметр арматурного каркаса должен быть на 140 мм меньше диаметра скважины во избежание его заклинивания. С наружной стороны каркас должен иметь ограничители (фиксаторы), обеспечивающие необходимую толщину защитного слоя бетона. Для обеспечения необходимой жесткости арматурный каркас должен быть усилен кольцами из листовой стали шириной 60-90 мм и толщиной 8-10 мм, прикрепленными с наружной стороны каркаса через 1,5-2 м. Длина отдельных секций каркаса, как правило, не должна превышать 10 м. При соответствующем усилении конструкции каркаса и наличии специальных подъемных механизмов длина секций каркаса не ограничивается. Способ строповки, подъем и опускание арматурного каркаса в скважину должны исключать появление в нем деформаций. Каркас опускают в положении, обеспечивающем его свободное погружение в бетон скважины. Арматурный каркас вводится в забетонированную скважину непосредственно после окончания бетонирования и зачистки устья скважины. Максимально допустимый промежуток времени между окончанием бетонирования и погружением арматурного каркаса зависит от подвижности бетонной смеси, проектной глубины погружения арматурного каркаса и его жесткости. Рекомендуется соблюдать промежуток времени, не превышающий 20 мин. Погружение арматурного каркаса в забетонированную скважину осуществляется под действием собственной массы, для погружения каркаса может быть использован вибропогружатель. Сухой и мокрый способы устройства Набивные сваи устраивают непосредственно на стройплощадке, на месте будущего здания или сооружения. В зависимости от способа устройства скважин и укладки в них бетона различают набивные сваи двух типов: а) сваи, для которых скважины образуют бурением; при этом может быть два способа укладки бетона: б) сваи, для которых скважины в грунте образуют погружением стальной трубы с закрытым концом, а бетон уплотняют частым трамбованием с использованием ударов молота по трубе (часто трамбованные сваи) или с использованием вибрации от вибропогружателя. Крепление стенок можно осуществлять: 1. С применением обсадной трубы (сухой способ), извлекаемой из скважины по мере укладки бетона. Сухой способ применим в устойчивых грунтах; его технология состоит в следующем: вращательным бурением в грунте разбуривают скважину необходимого диаметра и на заданную глубину. После достижения забоем скважины проектной отметки в необходимых случаях уширяют нижнюю часть скважины специальными уширителями. После приемки скважины по акту в ней монтируют арматурный каркас и бетонируют методом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ). По мере укладки бетона бетонолитную трубу извлекают из скважины. Уплотняют бетонную смесь с помощью вибраторов, укрепленных на приемной воронке бетонолитной трубы. 2. Без обсадной трубы (мокрый способ), когда бетон укладывают с использованием глинистого раствора (называемого бентонитом). Без обсадной трубы также можно устраивать буронабивные сваи. Здесь в качестве опалубки, предупреждающей обрушение стенок скважины, используют глинистый раствор, поступающий в скважину по пустотелой буровой штанге. За счет гидростатического давления, оказываемого этим раствором, плотность которого 1,2...1,3 г/см3, устраивают сваи- без обсадных труб. Глинистый раствор готовят на месте производства работ преимущественно из бентонитовых глин, и по мере бурения его нагнетают в скважину. Поднимаясь по скважине вдоль ее стенок, глиняный раствор попадает в зумпф, откуда возвращается насосом в буровую штангу для дальнейшей циркуляции. Затем в скважину устанавливают арматурный каркас. Бетонную смесь подают с помощью вибробункера с бетонолитной трубой, которую опускают в скважину. Вибрируемая бетонная смесь, поступая в скважину, вытесняет глинистый раствор. По мере заполнения скважины бетонной смесью бетоновод извлекают. |