dorozhnostroit

В гидромеханизации земляных работ используются и другие специальные вспомогательные устройства и оборудование, с конструкциями которых можно ознакомиться в специальных изданиях.

В последнее десятилетие получила развитие технология возведения подземных сооружений способом «стена в грунте» и методом устройства опускных колодцев.

Сущность технологии возведения подземных сооружений способом «стена в грунте» заключается в том, что стены возводимого сооружения устраиваются в узких и глубоких траншеях. Траншеи для будущих стен и фундаментов отрываются на полную глубину специальным землеройным оборудованием под слоем глинистого тиксотропного раствора, гидростатическое давление которого предотвращает обрушение грунта и проникновение грунтовых вод в траншею. Устройство фундаментов и стен может осуществляться в сборном, монолитном и комбинированном вариантах.

Способ «стена в грунте» наиболее эффективен в сложных геологических условиях, при высоком уровне грунтовых вод, строительстве на густозастроенной территории и вблизи зданий и сооружений.

При сравнении этого способа с традиционными становится очевидным его преимущество в отношении экономии материалов, достигаемой благодаря исключению конструкций крепления котлована и уменьшению сечения стен, а также исключению дорогостоящих способов водопонижения и замораживания, сокращению трудоемкости и благодаря возможности прерывать эксплуатацию наземных участков на более короткие сроки, что иногда является решающим фактором в выборе дан-

го; он заключается в том, что с помощью специального штангового или грейферного оборудования к экскаваторам с ковшом емкостью 1 м3 и более разрабатывают траншею шириной 0,3 - 1 и глубиной 18 м и более.

210

Для предотвращения обрушения ее вертикальных стенок используют глинистый тиксотропный раствор, обеспечивающий необходимое гидростатическое давление.

После отрывки на полную глубину траншеи-захватки экскаватор передвигают на новую стоянку, а в траншее возводят монолитную железобетонную стенку. После установки арматурного каркаса бетонную смесь укладывают под глинистую суспензию методом ВПТ.

Для повышения степени индустриализации строительства в последние годы применяют технологию «сборная стена в грунте». При такой технологии по мере отрывки траншеи (под глинистым тиксотропным раствором) в нее опускают железобетонные панели. Вертикальные зазоры между панелями и стенами траншей, а также под днищем панелей заполняют путем нагнетания цементного раствора.

Применение сборных железобетонных панелей позволяет исключить трудоемкие процессы по укладке бетонной смеси, ускорить темпы строительства при высоком качестве подземных конструкций; однако при этом возникают трудности в осуществлении плотного примыкания панелей, их наращивания, заполнения всех пустот и т. п. После возведения стен подземных сооружений внутри ограждения вынимается грунт.

Опыт показал, что способ «стена в грунте» может быть успешно использован при строительстве: гражданских подземных нежилых помещений (гаражей, торговых центров, складов, кинотеатров и т. д.); промышленных подземных помещений; водозаборных сооружений (насосных станций, очистных сооружений); подземных улиц и проездов, транспортных тоннелей мелкого заложения; фундаментов зданий и ограждений котлованов для устройства подземных помещений вблизи зданий.

Выбор землеройной техники для разработки траншей зависит от формы «стены в грунте», места расположения сооружения, глубины траншей, а также от вида и категории грунтов. Его обычно производят в два этапа: на первом отбирают по техническим характеристикам землеройные машины с учетом требуемой ширины и глубины траншей, формы и размеров сооружения в плане, а также геологических условий; на втором производят на основании технико-экономических расчетов (по приведенным затратам) выбор рационального оборудования.

На рис. 7.33 представлен штанговый экскаватор конструкции НИИИСПа для разработки траншей при глубинах до 30 м в грунтах I—IV групп.

Траншеи, близкие по форме к кольцевым, лучше всего разрабатывать штанговыми экскаваторами или грейферами с захватом небольшой длины.

211

Для проходки траншеи с вертикальными или наклонными забоями удобны землеройные машины, которые непрерывно или циклично разрабатывают траншею на всю высоту. К таким машинам относятся серийные общестроительные обратные лопаты для траншей глубиной до 7,4 м и драглайны для траншей глубиной до 16,3 м, а также бурофрезерные машины СВД-500Р и гидромеханизированный траншеекопатель (ГМТ) для траншей глубиной соответственно до 40 и 20 м. На плотных грунтах (III и IV групп) наиболее эффективно работают грейферные установки с жесткой подвеской к стреле крана.

212

Глава 8. МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ БУРОВЗРЫВНЫХ И СВАЙНЫХ РАБОТ

Процесс бурения в строительстве применяется при выполнении различных работ: для закладки взрывчатых веществ при разрушении старых фундаментов, при инженерных изысканиях, при водоснабжении, устройстве свайных фундаментов. Бурение - это процесс образования цилиндрических полостей в грунте, бетоне, кирпиче вследствие разрушения породы и извлечения ее из полости. Образованные бурением

Породы разрушаются рабочим органом (инструментом), приводимым в движение приводами буровых или ручных машин. Разрушенная порода (шлам) из нижней части полости (забоя) удаляется непосредственно рабочим органом, продувкой полости сжатым воздухом с промывкой водой и отсосом пыли.

Как конструкция рабочего органа, так и метод удаления шлама в значительной мере определяется способом бурения. Различают механический и физический способы бурения. К механическому относят вращательное, ударное и виброударное бурение, а к физическому - термическое и гидравлическое.

Вращательное бурение основано на разрушении породы путем ее резания и истирания резцом рабочего органа (бура), имеющего одновременно вращательное и поступательное движение вдоль оси скважины. Скважины можно бурить в разных направлениях - вертикальном, горизонтальном и наклонном, что является достоинством способа. Этот способ характеризуется и высокой производительностью, так как процесс бурения происходит непрерывно.

Наиболее эффективен вращательный способ при бурении пород ниже средней прочности (<т < 150 МПа), поскольку при бурении более прочных пород кромка резца не в состоянии скалывать стружку значительной толщины и разрушает породу истиранием. Резец быстро изнашивается, скорость бурения падает, а следовательно, уменьшается и производительность.

Ударное бурение осуществляется подъемом и опусканием тяжелого инструмента - бурового долота, которое, нанося удары по разраба-

213

тываемой породе, разрушает ее. После каждого удара долото поворачивается на некоторый угол относительно своей оси, и новые удары постепенно разрушают породу по всему сечению скважины, придавая ей круглую форму. Твердые породы при таком способе бурения раскалываются и дробятся, а мягкие - режутся и сминаются. Использование удара позволяет создавать большие нагрузки в зоне контакта долота и породы, что способствует разрушению пород различной прочности. Однако при бурении пород ниже средней прочности ударное бурение уступает вращательному, и его целесообразно применять для пород выше средней прочности (<х > 150 МПа).

Виброударное бурение сочетает ударное и вращательное. Порода разрушается вращающимся рабочим органом, одновременно совершающим частые колебания вдоль своей вертикальной оси, чем достигается повышение скорости бурения. Как и ударное, виброударное бурение применяется при разработке прочных пород или при производстве работ в зимнее время.

Термическое бурение осуществляется огнеструйными горелками и высокотемпературными газовыми струями, воздействующими со сверхзвуковой скоростью на разрабатываемую породу. Порода при нагревании расширяется и в результате возникновения напряжений растрескивается и разрушается. Этот способ применяется при разработке прочных пород с высокими абразивными свойствами.

Гидравлическое бурение основано на использовании жидкости (воды), подаваемой в забой под давлением. Этот способ используется для бурения скважин в песчаных и глинистых грунтах. При бурении скальных пород этим способом используется энергия тонкой струи

Основными рабочими органами бурового оборудования являются винтовой бур, ударно-поворотное и шарошечное долото. Винтовой бур (рис. 8.1, а) представляет собой штангу 1 с наваренной на ней винтовой спиралью 2, нижняя кромка которой оснащена резцами 3 из твердых сплавов. Ударно-поворотное долото (рис. 8.1, б) - это массивный цилиндрический стержень 4, на торце которого имеется заостренная рабочая часть 5. Внутри долота просверлен канал 6 для прохождения воздуха или воды. При подаче воды через этот канал происходит ее смешивание с разработанной породой (образуется шлам), чем облегчается удаление породы из скважины.

214

215 •

водится от двигателя автомобиля, а опускается и поднимается с помощью канатного полиспаста с приводом от двух цилиндров.

При возведении различных зданий и сооружений на грунтах, не обладающих необходимой несущей способностью, нагрузка воспринимается сваями, погруженными в грунт. Применяются деревянные, металлические, бетонные, железобетонные и комбинированные сваи, имеющие различную длину и форму поперечного сечения.

Деревянные сваи изготовляют из древесины сосны, дуба, кедра длиной 4 - 12 м и диаметром от 18 до 34 см. Деревянные сваи обладают небольшой массой, удобны в обслуживании и дают возможность применять простое оборудование при производстве работ. Недостатками таких свай являются их малая несущая способность, ограниченный срок службы из-за загнивания дерева в условиях переменной влажности грунта.

Металлические сваи представляют собой цельнотянутые стальные трубы диаметром от 25 до 100 см, рельсы, двутавровые балки, кото-

216

рые применяются в основном при строительстве крупных сооружений (мостов, телебашен и т. п.).

Железобетонные сваи получили наибольшее применение в различных областях строительства. Они могут иметь сплошное квадратное сечение от 200x200 до 400x400 мм и длину от 3 до 16 м при ненапряженной арматуре. Большую нагрузку несут сваи с предварительно напряженной арматурой, имеющие то же сечение и длину 3 - 2 0 м. Применение свай с предварительно напряженной арматурой позволяет сократить расход бетона до 20% и металла до 60% по сравнению со сваями

сненапряженной арматурой. В малоэтажном жилищно-хозяйственном

исельскохозяйственном строительстве применяются полые железобетонные сваи квадратного сечения 200x200 и 300x300 мм. При этом масса сваи и расход бетона снижаются до 40%. Бетонные и железобетонные сваи изготовляют не только в условиях завода, но и непосредственно на строительной площадке. Такие сваи называются буронабивными. Технологический процесс их изготовления состоит из бурения скважин необходимой глубины и диаметра, опускания обсадных труб, установки арматурных каркасов, бетонирования свай и извлечения обсадных труб.

Вгрунт сваи погружаются забивкой, вибрацией и ввинчиванием. Выбор способа погружения свай зависит от грунтовых условий, размеров и материалов свай, глубины их погружения в грунт и объема свайных работ.

Сваи погружаются в результате преодоления сил трения о грунт. Чем больше сила давления на сваю, тем быстрее преодолеваются силы

трения сваи о грунт и тем интенсивнее процесс погружения. При этом в начале силы трения больше, чем в процессе движения. Поэтому при выборе свайных погружателей предпочтение следует отдавать молотам с большим числом ударов в единицу времени.

8.4. Машины и оборудование для погружения свай

Для забивки свай и шпунтов применяются молоты (механические, паровоздушные, дизельные), машины вибрационного действия (вибропогружатели и вибромолоты), копровое оборудование.

Основным элементом простейшего молота является рабочий орган, падающий с определенной высоты и наносящий удары по наголовнику, закрепленному на головке сваи.

Так устроен механический молот массой 1000-5000 кг с высотой падения рабочего органа 1,5-3 м и частотой ударов 4 - 12 в минуту. Изза малой производительности такие молоты имеют ограниченное приме-

217

нение и используются для погружения свай небольшой длины (3 - 5 м) при незначительном объеме свайных работ.

Паровоздушные молоты бывают простого и двойного действия. В молотах простого действия энергию привода (пар или сжатый воздух) используют только для подъема ударной части (холостой ход), а падение ударной части (рабочий ход) происходит под действием собственного веса.

Вмолотах двойного действия энергию привода используют как для подъема ударной части, так и при движении ее вниз для увеличения скорости падения и соответственно силы удара.

Потребность в специальных установках для подачи пара или воздуха является недостатком паровоздушных молотов и значительно снижает возможность применения этих погружателей.

Дизельные молоты (штанговые, трубчатые) - это свайные погружатели, использующие в процессе работы энергию сгорающих газов. Они работают по принципу двухтактных двигателей внутреннего сгорания, у которых давление газов, образующееся при сгорании жидкого топлива, передается непосредственно рабочему органу - ударной части.

Вштанговом дизель-молоте (рис. 8.3, а) ударной частью является массивный цилиндр 2, который, двигаясь по направляющим штангам 3,

падает на поршень 1. Усилие от поршня к наголовнику сваи / / передается через сферическую плиту 12, соединенную с поршнем и наголовником серьгой 10. Образованная шарнирная опора обеспечивает центральный удар по свае при некотором смещении осей молота и сваи.

Для пуска дизель-молота цилиндр крюком 4 кошки 5 поднимается в верхнее положение (на рисунке показано штрихпунктирной линией). При повороте крюка цилиндр под действием собственного веса

„падает вниз. Воздух, заполнивший полость цилиндра, сжимается, на-

игреваясь до температуры воспламенения топлива. Падающий цилиндр

•218

В трубчатом дизель-молоте (рис. 8.3, б) ударной частью является подвижный поршень с шаровой головкой 20. Цилиндр молота 17 неподвижен и представляет собой длинную трубу, открытую сверху. В нижней части отверстие трубы закрыто пятой 13, имеющей сферическое углубление 14, соответствующее шаровой головке поршня. На нижней поверхности пяты установлен штырь 21, входящий в наголовник сваи.

Дизель-молот подвешивают к стреле копра, устанавливают на головку сваи и закрепляют в стреле. Затем поршень лебедкой копра с помощью захвата кошки поднимают в верхнее положение.

После раскрытия кошки поршень под действием собственного веса начинает двигаться вниз. При падении он отжимает рычажок 16 топливного насоса 15, приводит его в действие, тем самым обеспечивая подачу топлива в сферическое углубление. Опускаясь вниз, поршень перекрыва-

219