VI. 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

777-

V7-

777

~\jk~'

Quot;V

'-*

їіі -75 A

77Г-7ГГ

10-

77T~ V7~7>

77" W~

*77-

^e1&

JK ^f34:_:

IB 777-Л

V77 —jTTVZ '

ГЄ-

Vr w w w M

w w M/

Рис. VI. 1. Різновиди паль;

/ — виготовлені заздалегідь, з подальшим заглибленням їх у грунт; // — 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; є - з гвинтовим розширенням; є — буронабивні; ж — нневмотрамбовані; з — частотрамбовані; и — буронабивні з поліпшеною основою; і — буронабивні з розширенням ствола; ї — камуфлеті; й — у витрам-бованих котлованах; к — буроопускні; л - комбіновані камуфлетні; м — ін'єкційні анкери; / — жорстке потовщення ствола внизу; 2 — жорстке потовщення ствола зверху; З - наконечник, що розкривається; 4 — гвинтове розширення; 5 — свердловина; 6 — штанга; 7 — трамбівка; 8 — бетонна суміш; 9 — обсадна труба; 10 — шлюзова камера; // — наконечник обсадної труби; 12 — збірні забивні елементи; ІЗ — розбуре-не розширення ствола; 14 — камуфлетне розширення; 15 — витрамбований котлован; 16 — опускний елемент; 17 — вібратор; 18 — цементний розчин; 19 - бур-ін'єктор

потовщенням ствола, з розширенням ствола, що розкривається, з гвинтовим розширенням ствола (рис. VI.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 — ЗО...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 несівну 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 ЗО 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.

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 несівну 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 раза по відношенню до рівновеликого квадратного.

Тавровий переріз має практично ті самі переваги, що і трикутний, але виготовлення такого профілю досить дороге і трудомістке.

Цвотавровий 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 несівною здатністю ґрунтах вони спроможні сприйняти вертикальне навантаження на 40...60 % більше, ніж призматичні.

Пірамідальні палі з розмірами основ 80 х 80 см та 10 х 10 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 несівну 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 затримуваль-них затяжок. Розкритий наконечник збільшує площу нижнього торця палі у два-три рази, відповідно збільшується його несівна 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. VI.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-циліидрі 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.

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 ЗО...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 E_h, кДж, визначають за формулою

£,, = 0.045ЛГ, (VI. 1)

де N — розрахункове навантаження на палю, кН.

За довідковими даними підбирають молот, енергія удару якого (£^) не нижча обчисленої, і, крім того, забезпечується умова

(т_]+т₂+т₃) ^_к^ ₍_VI ₂₎

E_d

де ш, — маса молота, т; т₂ — 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.

Рис. VI.2. Машини для заглиблення паль:

а — мостовий копер; 6 — на базі екскаватора; в — иа базі автомобіля; / — рейкова колія; 2 — міст; 3 — візок; 4 — стріла копра; 5 — молот; в — паля; 7 — автомобіль; 8 — механізм регулювання положення палі

Теоретично можна обчислити величину заглиблення палі від одного удару молота, при якій буде гарантована задана несівна 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 грунтах за рахунок того, що під нижнім кінцем палі під час забивання грунт 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 несівної 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 грунту. 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 грунт 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. VI.З, а).

За допомогою вібрації заглиблюють палі з малим поперечним перерізом або трубчасті палі-оболонки з відкритим нижнім кінцем. Цей метод засто-

Рис. VI.3. Машини для заглиблення паль вдавлюванням та вібрацією: а — установка для вдавлювання паль; б — віброзаглиблювач; в — вібромолот; / — екскаватор-кран; 2 — напрямна; З — поліспаст; 4 — паля; 5 — вакуум-насос; 6 ~ вакуум-присос; 7 — рама; 8 — допоміжна опора; 9 — пристрій для закріплення палі; 10 — дебаланси; // — електродвигун; 12 — пружини; 13 ~ бойок; 14 — ковадло

совують 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.

Крім вібрації використовують вібропривантаження — спеціально збільшують вагу вібратора або через поліспастову систему передають на палю частину ваги коперної установки.

5 ²-'⁶⁶

Віброударнай метод полягає в співдії вібрації і удару. Вібро-заглиблювачі працюють за принципом синхронного обертання двох не-зрівноважених мас (рис. VI. 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

VI.3. ВИГОТОВЛЕННЯ МОНОЛІТНИХ ПАЛЬ

Виготовлення паль на будівельному майданчику створенням свердловини в грунті і заповненням ЇЇ бетоном запропонував київський інженер К. Страус наприкінці XIX ст. З того часу з'явилося досить багато різних конструкцій і технологій, які певною мірою поліпшують ефективність первісної ідеї.

Еквівалентом ефективності палі є її несівна здатність, а тому вдосконалення технології спрямоване на забезпечення кращого контакту бетону з оточуючим грунтом та на збільшення щільності ґрунту. Це досягається трамбуванням бетонної суміші трамбівками, стисненим повітрям, обсадними трубами, спеціальними пуансонами, напірним бетонуванням; ущільненням основи свердловини трамбуванням або втрамбовуванням у ґрунт щебеню чи збірних малогабаритних елементів; заміною бурових свердловин на витрамбовуізані обсадними трубами, трамбівками та вибуховими речовинами. Крім того, для кращого контакту з ґрунтом палі виконують з розширеним стволом.

Утворюють свердловини шнековим та ківшевим буром, щелеповим грейфером та ударно-канатним способом, причому два останніх способи придатні навіть для буріння тріщинуватої скелі. Для паль застосовують свердловини діаметром 40... 120 см. Глибина їх може досягати 8...20 м і навіть 40 м.

Шнековий бур загвинчується в ґрунт на кілька метрів (рідко на всю глибину), потім виймається для обчищення від бурового шламу; така операція повторюється кілька разів.

Ківшевий бур — циліндрична ємність, на нижньому торці якої є радіальні щілини з ріжучими бортами, а до верхнього прикріплена штан-

га, за допомогою якої ківш обертається навколо вертикальної осі, і ківш наповнюється грунтом через щілини в нижньому торці. Для спорожнення ківш виймають на поверхню і відкривають нижню кришку.

Щелеповий грейфер — циліндр з порожниною всередині, а замість нижнього дна зроблено дві або більше щелепні стулки. З відкритими щелепами грейфер скидають у свердловину, щелепи дроблять ґрунт і вгризаються в нього, за допомогою тросів щелепи закривають, сам грейфер із ґрунтом виймають на поверхню для спорожнення.

При ударно-канатному бурінні в свердловину скидається з висоти важке долото, яке дробить скелю. Буровий шлам вимивається водою. Для такого буріння застосовують спеціальну машину.

Укладають бетонну суміш у свердловини за допомогою бадді з дистанційним розкриттям або бетонолитної труби, а останнім часом — труби бетононасоса. Текучі бетонні суміші можна скидати в свердловину на глибину 20 м і більше без ризику, що вони розшаруються, тоді як інші суміші скидають на глибину не більше ніж 4 м.

.Ндйбільш поширені палі: буронабивні, пневмотрамбовані, частотрам-бовані, віброштамповані, буронабивні з поліпшеною основою, буронабивні з розширенням, камуфлетні, у витрамбованих котлованах, буроін'єкційні (див. рис. VI. 1, II).

Буронабивні палі (рис. VI.4, /) виготовляють за найпростішою методикою — у вибурену свердловину укладають бетонну суміш. Якщо свердловина суха, то напівжорстку суміш трамбують, і вона, розпираючи свердловину, трохи обтискує грунт, що поліпшує контакт палі з ґрунтом (див. рис. VI. 1, є).

Пневмотрамбовані палі — це ті самі буронабивні палі, виконані в обводнених ґрунтах, але для ущільнення бетонної суміші застосовують спеціальну кесонну шлюзову камеру, яка розміщується на поверхні свердловини. За допомогою такої установки стисненим до 0,4 МПа повітрям ущільнюють бетонну суміш і збільшують контакт з ґрунтом (див. рис. VI. 1, ж).

Частотрамбовані палі добре контактують з ґрунтом, грунт не вибурюється, а розсувається й ущільнюється металевою трубою діаметром 42 см. Нижній кінець труби закривають литим чавунним наконечником, який потім залишається в ґрунті. Трубу поступово наповнюють бетонною сумішшю і виймають за допомогою пневмомолота подвійної дії. Виконуючи зворотно-поступальний рух, труба трамбує бетонну суміш. Такі палі за своїми якостями близькі до забивних (див. рис. VI. 1, з).

Віброштамповані палі (рис. VI.4, II) виготовляють за допомогою віброштампа — металевої труби із закритим нижнім кінцем і віб-розаглиблювачем зверху. Свердловину заповнюють бетонною сумішшю на всю глибину, а потім у бетон заглиблюють до дна віброштамп. Бетонна суміш розширює свердловину, ущільнюючи ґрунт, штамповану порожнину бетонують. Ці операції повторюють доти, доки діаметр палі не досягне потрібного розміру.

Особливістю буронабивних паль з поліпшеною основою

(рис. VI.4, /77) є те, що перед бетонуванням дно свердловини трамбують, або в нього втрамбовують щебінь чи бетонну суміш, або забирають кілька маленьких (20 х 20 см; 2 м завдовжки) паль зі скошеним вістрям, за рахунок чого вони розходяться в різні боки, утворюючи зону ущільнення ґрунту.

Буронабивні палі з розширенням ствола в нижній частині (рис. VI.4, IV) або з кількома розширеннями збільшують несівну здатність паль. Для цього спеціальним розширювачем, який обертається навколо вертикальної осі, роблять симетричне розширення утвореної свердловини. Під розширювачем в сухих грунтах підвішують баддю для збирання розбуреного грунту. Розширення досить великі: від 1 до 3 м у діаметрі.

Камуфлетні палі (див. рис. VI. 1, і") — це буронабивні палі з розширенням ствола (в основному в нижній частині), яке здійснюється підриванням вибухових речовин. Ґрунт біля камуфлету значно ущільнюється, що поліпшує несівну здатність палі.

Палі у витрамбованих котлованах (див. рис. VI. 1, й) виготовляють у сухих макропористих (лесових) грунтах. Спеціальна трамбівка масою 5...10 т еліпсоїдної форми по напрямним, а іноді й без них, скидається з висоти 3...7 м в одне і те саме місце. За 20...ЗО хв витрамбовується котлован діаметром 0,8... 1,2 м, 3...8 м завглибшки. Іноді в котлован втрамбовують 1,5...2 м³ щебеню. Такі палі конкурують із забивними у відносних показниках.

Буроін'єкційні палі (рис. VI.5) влаштовують забуренням шнекової колони в ґрунт на повну її глибину. Шнекова колона при цьому повинна мати трубчасте осердя, відкрите зверху і знизу. Бетононасосом, приєднаним гнучким бетоноводом до верху труби шнекової колони, до

Рис. VI.4. Виготовлення монолітних паль:

/ — буронабивні в сухих грунтах: // — віброштамповані; Ш — буронабивні з поліпшеною основою; IV — буронабивні в обводнених грунтах; а, б — етапи буріння; в — зняття бурового кондуктора; г — установлення арматурного каркаса; д — установлення бункера з бетонолитною трубою; є, є — етапи бетонування; ж — улаштування оголовка; з — бетонування свердловини; її — заглиблення віброштампа в бетонну суміш; і — бетонування виштампованої порожнини: ї — віброштампування вдруге; й — заглиблення армо-каркаса віброштампом; к — третє бетонування; л — віброштампування втретє; м — остаточне бетонування; н — заповнення нижньої частини свердловини щебенем або жорсткою бетонною сумішшю; о — трамбування; п - буріння свердловини; р — опускання міні-паль; с — заглиблення міні-иаль; т — бетонування палі; у — буріння свердловини під глинистим розчином; ф — розбурення розширення; х — монтаж армокаркаса; ц, ч — етапи бетонування; ш — улаштування оголовка; / - кондуктор; 2 — буровий орган; З — армокаркас; 4 — бункер з бетонолитною трубою; 5 — баддя; 6 — віброштамп; 7 — інвентарна обсадна труба; 8 — вібратор; 9 — трамбівка; 10 — міні-палі; // — бурова машина; 12 — свердловина, заповнена глинистим розчином; 13 — насос; 14 — глинозмі-шувач; 15 — відстій пульпи; 16 — бур-розширювач; 17 — контейнер для пульпи, що витісняється зі свердловини бетоном; /# — опалубка для формування оголовка палі

A 5 8 г

Рис. VI.5. Технологічна схема виготовлення буроін'єкційної палі: а — буріння свердловини шнеком; б — нагнітання бетонної суміші в свердловину через шнек з одночасним витягуванням бурової колони; в — видалення вибуреного грунту; г — формування оголовка палі; / — буровий орган; 2 — бстононасос; 3 — автобетоио-змішувач; 4 — гнучкий бетоновід; 5 — грейфер; 6 — паля; 7 — оголовок палі; 8 — арматурний каркас

забою скважини нагнітають бетонну суміш з одночасним підйомом шнека. У процесі бетонування контролюють витрати бетонної суміші, швидкість підйому бурової колони та тиск нагнітання. Після повного підйому шнека видаляють залишки бурового шламу. За потреби в забетоновану скважину вдавлюють арматурний каркас та формують оголовок палі. Такі палі доцільно влаштовувати в сухих стійких грунтах, тому що у водонасичених слабких грунтах стовбури паль можуть мати неконтрольовані розширення або розриви цілісності.