Пневмонабивные и гидропрессованные сваи

Пневмонабивные сваи впервые были предложены инженером Г. Г. Шенайхом в 1900 г. в России (Киев) и Вольфсхольтцем в Гер­мании. Сваи системы Шенайха устраивают путем бетонирования под давлением воздуха в пространстве между двумя оболочками, вставленными с небольшим зазором друг в друга. При извлечении внешней оболочки внутренняя, заполненная бетоном, остается в качестве арматуры. При этом она защищена от коррозии цементной рубашкой, образовавшейся в результате заполнения раствором зазора между оболочками.

На рис. 13.8, а показана принципиальная схема пневмонабивных свай. Обсадную толстостенную трубу А диаметром 10" погружают бурением или забивкой, после чего в нее вставляют оболочку Б из 1-1,5 мм листовой стали с наконечником Е. В оболочку вставляют деревянный сердечник В, при помощи которого, она опускается в об­садную трубу и загоняется в грунт.

После извлечения сердечника оболочка заполняется бетоном, а зазор - пластичным раствором. Затем на верх обсадной трубы на­винчивают муфту Г с колпаком Д. Под колпак нагнетается воздух, газ или вода под давлением 40 ат, в результате чего бетон и раствор впрессовываются в оболочки, а свая погружается на 1-1,5 м. Одно­временно под действием того же давления обсадная труба подни­мается вверх, образуя вокруг кожуха цементную оболочку диамет­ром большим, чем обсадная труба, и неправильной .формы вследст­вие различной плотности грунта.

Изготовление свай Вольфсхольтца производится в порядке, ука­занном на рис. 13.8, б. Обсадную трубу, находящуюся в буровой скважине, закрывают герметичной крышкой, через которую про­пущены три трубы. По одной из них подают раствор из специаль­ной емкости или выпускают воду и воздух, по другой подается сжа­тый воздух давлением 10 кГ/см2, а на третьей имеется кран, мано­метр и редуцирующий вентиль. Вторая и третья трубы соединены между собой и с резервуаром сжатого воздуха. Порядок работы можно проследить по схеме. Сжатым воздухом из обсадной трубы

Пневмонабивные сваи

Рис.  13.8. Пневмонабивные сваи:
а - системы  Шенайха;  б - системы  Вольфсхольтца

удаляется вода 1 и в трубу под давлением подается порция бето­на 2.

Повышенным давлением бетон впрессовывают в грунт, в ре­зультате чего при подъеме трубы 3 в нижележащем грунте обра­зуется уширенное основание. В зависимости от длины сваи этот цикл повторяется несколько раз (поз. 4).

При изготовлении свай таким способом требуется тщательно фракционированный мелкий щебень. Кроме того, процесс бетониро­вания нужно вести непрерывно во избежание схватывания бетона (раствора) в трубопроводах. Учтя недостатки этого способа, немец­кая фирма «Грюн и Бильфингер» применила конструкцию - шлюз, работающий по принципу кессонного, позволяющую подавать в об­садную трубу обычный бетон. Шлюз позволил отказаться от шлан­гов.

Отечественные специалисты  (проф. Г. Л. Медведев, инж. Боженков и Гузеев, проф. Е. В. Платонов) в довоенный период создали рациональную конструкцию шлюза для пневмосвай.

Созданный ими аппарат - цилиндр несколько большего диаметра, чем обсадная труба, снабжен двухклапанным устройством, обеспечивающим беспрепятственный пропуск бетона в трубу без понижения давления внутри нее (рис. 13.9).


Шлюзовой  аппарат Мостотреста для бетонирования пневмосвай
Рис.13.9. Шлюзовой  аппарат Мостотреста для бетонирования пневмосвай

Цилиндр имеет три камеры: верхнюю А для загрузки бетона, среднюю Щ с переменным   давлением воздуха и нижнюю В, общую с внутренней   полостью  обсадной   трубы, К камере В подсоединяется, компрессор,      подающий; воздух под давлением 3-5 ат. Сжатый воздух отжимает   грунтовую   воду   и полностью    осушает   по­лость трубы.

Бетон     загружают   в верхнюю камеру А, вырав­нивают давление в камере Б до наружного при помо­щи крана Д. После этого рычагом открывают верх­ний клапан,   и   бетонная смесь заполняет среднюю камеру. Краном 1 подают в среднюю камеру сжатый воздух, предварительно закрыв кран 2. Когда давление в средней и нижней камере, а также в трубе урав­нивается, бетон через нижний клапан проваливается в трубу.

Силой сжатого воздуха одновременно уплотняется бетонная смесь, которая вдавливается в грунт, и обсадная труба поднимает­ся, что в значительной мере облегчает ее извлечение из скважины. В процессе изготовления пневмонабивных свай обсадные трубы при погружении в грунт заполняются бетоном, который внедряет­ся под давлением сжатого воздуха в прилегающий грунт. Затем об­садные трубы удаляют из скважины.

Погружать обсадные трубы можно бурением или забивкой. Об­садные трубы в пневмосваях можно забить в грунт с закрытым или открытым конусом. В первом случае отпадает необходимость уда­ления грунта из обсадной трубы, а в процессе забивки грунт уплот­няется.

В песчаных грунтах, оказывающих значительное сопротивление погружению свай, забивать обсадные трубы с наконечниками весь­ма затруднительно, особенно в мелких песках, насыщенных водой. В такие грунты целесообразнее забивать открытые снизу трубы, а грунт из них удалять с помощью водяной струи, поступающей из подмывных трубок, опущенных внутрь трубы.

В агрессивных грунтовых водах в буровую скважину рекомен­дуется опускать готовые железобетонные сваи, покрытые снаружи изолирующим слоем, и нагнетать бетон только в промежуток между сваями и грунтовыми стенками скважины.

Бетонируют сваи в несколько приемов. Первая порция бетона должна быть небольшой, чтобы заполнить трубу по высоте на 1,5-2 м. Это необходимо для облегчения первого подъема обсадной трубы, которая засасывается в песчаных грунтах очень быстро. По­следующие порции бетона увеличивают в 2-3 раза. Бетонирование следует вести без перерывов во избежание нарушения монолитнос­ти сваи. Каждую последующую порцию бетона загружают в обсад­ную трубу до начала схватывания ранее уложенной порции. Для устройства пневмосвай применяют бетон литой консистенции.

При подъеме обсадной трубы нужно тщательно следить за уров­нем бетона, не допуская понижения высоты пробки менее 1 м, так как сжатый воздух может выбросить бетон и даже привести к раз­рыву сваи.

Шлюзование бетона производят только на величину, необходи­мую для преодоления притока грунтовой воды. После этого подачу сжатого воздуха прекращают и, открыв оба клапана, укладывают бетонную смесь непосредственно в трубу.

При изготовлении свай в водоносных грунтах непрерывное со­держание обсадной трубы под давлением обязательно - в против­ном случае при снижении давления грунтовые воды немедленно на­полнят трубу.

Пневмонабивные сваи армируют на всю длину или только в верхней части. В первом случае заранее заготовленный арматурный каркас опускают в обсадную трубу до начала бетонирования; во втором случае сваи армируют в процессе бетонирования после до­стижения сваей соответствующего уровня. Для этого шлюзовой ап­парат снимают, каркас опускают в обсадную трубу, после чего ап­парат снова устанавливают на место.

Сжатый воздух, удаляющий из обсадной трубы грунтовые воды, обеспечивает значительное уплотнение бетона и окружающего грунта, а также облегчает подъем обсадной трубы по ходу бетони­рования.

Длина пневмонабивных свай, ограничиваемая методами погру­жения обсадных труб, может достигать 30 м. Если пневмонабивные свай длиной 8-20 ми сечением 50-60 смпогружены в плотные грунты на значительную глубину, они обладают несущей способно­стью 100-150 Т. Это дает возможность уменьшить в 3-4 раза ко­личество свай в основании сооружения по сравнению с забивными сваями и соответственно уменьшить объем ростверка.

Недостатками пневмонабивных свай являются сравнительная сложность их изготовления в связи с применением сжатого воздуха для шлюзования бетона в обсадную трубу и для удаления трубы из скважины по ходу бетонирования и низкие темпы производства работ. Кроме того, необходим гадательный контроль на всех стади­ях изготовления таких свай.

Сваи Вольфсхольтца применяются в зарубежной строительной практике. В отечественном строительстве пневмосваи применяли для первой очереди Московского метрополитена и при сооружении мостовых опор (например, эстакада Краснохолмского моста через Москва-реку).

Ниже приведены основные данные по устройству двух береговых опор железнодорожного моста на пневмонабивных сваях. Каждый из устоев моста (рис. 13.10) расположен на 53 пневмонабивных сваях длиной 12 м при диаметре обсадных труб 60,5 см, погруженных в мелкозернистые илистые пески. Средний диаметр пневмонабивных свай составил 70 см. Сваи расположены в плане в шах­матном порядке: расстояние между ними принято 155 см, что составляет 2,5 диа­метра обсадной трубы. Все сваи погружены с наклоном 1/16 в сторону насыпи. Верхняя часть   свай на высоту 3-3,5 м армирована   8   стержнями диаметром

Опора на пневмонабивных сваях

Рис. 13.10. Опора на пневмонабивных сваях:
а - фасад;  б - вид устоя со стороны пролета; в - вид устоя со стороны насыпи

16 мм; расчетная нагрузка на сваю по проекту составляла 67 Т, фактически несу­щая способность - 100 Г.

Средний расход бетона на одну сваю составил 5,84 м3, что соответствует коэффициенту уширения сваи, равному 1,74.

В Польской Народной Республике в послевоенный период пневмонабивные сваи широко применялись наряду с системой Франки. По свидетельству И. А. Ганичева, сваи Вольфсхольтца в Польше, начиная с 1960 г., применяют меньше. В настоящее время их ис­пользуют, главным образом, при недостатке места для установки тя­желого оборудования, при производстве работ в тяжелых грунтовых и местных условиях (работы внутри помещения, вплотную к зданию и т. п.) и в случаях небольшого количества и значительной длины свай (свыше 15 м), Пневмоспособ применяется в практике изготовления набивных свай других конструкций.

Сваи Михаэлиса - Маста по схеме близки пневмосваям и явля­ются разновидностью свай гидравлического прессования. В свае из прессованного бетона грунтовую воду из буровой скважины вытес­няют по принципу действия поршня в цилиндре насоса. Роль порш­ня выполняет плита основания, в которую пропущена труба (рис. 13.11) для отвода грунтовой воды. Плотный контакт между плитой и обсадной трубой обеспечива­ется обмазкой глиной.


Принцип изготов­ления сваи Михаэлиса - Маста
Рис. 13.11. Принцип изготов­ления сваи Михаэлиса - Маста

Когда арматура сваи вместе с плитой опущена до дна буровой скважины (дру­гими словами, когда вытеснена вся грун­товая вода), обсадную трубу наполняют бетоном, а трубы отвинчивают и удаляют. Затем поверхность бетона уплотняют гли­ной, а на обсадную трубу навинчивают наголовник В для сжатого воздуха. На­гнетанием воды под давлением до 35 ат уплотняется бетон и одновременно удаля­ется обсадная труба из грунта.

Последнее обновление 12.01.16 15:51