Особенности погружения свай в мерзлые грунты кратко

Обновлено: 05.07.2024

Выбор технологии погружения винтовых свай в мерзлый грунт определяется в процессе проектирования строительства на основе анализа свойств, состояния и глубины промерзания почвы, полученных в результате геологического исследования строительной площадки. При этом учитываются особенности будущей конструкции (величина предполагаемой нагрузки), диапазон среднегодовых температур, колебательная систематика и другие параметры.

Свойства вечномерзлых почв

Вечномерзлой считается порода, находящаяся в твердом состоянии более трех лет, которая характеризуется неустойчивой структурой и значительными просадками при оттаивании. Различают две ее части по вертикали:

деятельный слой — верхний пласт, способный частично оттаивать в летный период с последующим замерзанием осенью, что вызывает сезонное пучение, негативно влияющее на фундамент постройки;
вечномерзлый слой — непрерывно мерзлая толща может быть однородной или слоистой на основе смерзшихся пластов и/или льдистых включений, размывающихся подпочвенными водами.

В зависимости от климатических условий деятельные слои могут залегать до 4,0 м. При этом наибольшая толщина наблюдается в песчанике и осколочных скальных породах с большим количеством открытых пор. По типу деятельный пласт может быть сливающимся (промерзающим на всю глубину) или несливающимся, когда между ним и вечной мерзлотой имеется незамерзающая прослойка. Мерзлые толщи классифицируются на три группы: твердомерзлые (скальные), пластичномерзлые или сыпучемерзлые (рыхлые).

Доступные способы погружения

Особенности погружения свай в мерзлые грунты определяются с учетом конкретной ситуации и текущего состояния почвы. Существует несколько вариантов монтажа винтовых опор:

механизированная установка применяется при промерзании до 700 мм и предполагает использование дорогостоящего оборудования или особой грузоподъемной техники;
монтаж в лидирующие скважины производится при промерзании более 700 мм с предварительным размораживанием специальными иглами или другими устройствами;
забивание свай в скважины меньшего диаметра или без предварительной подготовки замерзшего грунта.

Два первых методы целесообразно применять при устройстве несущей конструкции на участках с твердомерзлой толщей, а третий способ чаще всего задействуют для пластичных типов почвы. При этом в целях максимальной экономии средств и сил следует использовать естественное состояние вечномерзлой структуры без нарушения ее свойств. Если в процессе монтажа производилось предварительное оттаивание, необходимо в кратчайшие сроки восстановить природные свойства пластов. Такой принцип способствует быстрому смерзанию поверхностей стоек с грунтом, позволяя им формировать повышенную несущую способность.

Технологические этапы

Погружение свай в твердомерзлую толщу планирует выполнение следующих операций:

исследование территории с последующим анализом геологических особенностей;
определение оптимальной технологии и диаметра винтовых свай с учетом результатов исследований и предполагаемой нагрузки;
земельные работы — размораживание (оттаивание) и/или бурение в соответствии с выбранной методикой;
устройство амортизирующих подушек реализуется путем поочередной засыпки в каждую скважину нескольких слоев крупного песка и мелкого щебня с тщательным уплотнением помощью специального приспособления или труб меньшего диаметра;
установка металлических столбов одним из доступных способов.

Заполнение пространства вокруг выступающих частей винтовых стоек, как правило, проводится с использованием бетонного, цементно-песчаного или цементно-глинистого раствора. Иногда применяется твердая материковая толща: скальные породы, щебень, крупнозернистый песок и пр.

Особенности погружения

На участках со среднегодовым диапазоном температур на глубине 5–10 м ниже –1,5 0 С при сооружении фундаментов в мерзлых грунтах чаще всего используется технология смерзания опорных стоек со структурой твердомерзлой толщи. Винтовые опоры погружают двумя методами: в предварительно устроенные скважины, либо в заблаговременно оттаявшую породу.

Бурение

Монтаж предполагает разметку территории и бурение с использованием спецтехники или особой установки. Оборудование располагается на шлаковой либо щебневой основе с возможностью оперативного смещения для предотвращения оползания пластов в процессе земельных работ. После устройства скважины ее заливают раствором в объеме, необходимом для заполнения пустот. На следующем этапе производится опускание стойки с последующим вытаскиванием обсадной трубы.

Оттаивание

Чаще всего размораживание реализуется с применением паровых игл, нижняя часть которых перфорирована. Горячая среда, подаваемая под давлением 0,6 ±0,2 МПа из острия инструмента, разжижает замерзшую породу до текучей консистенции, куда постепенно погружается игла.

Скорость установки зависит от структуры участка, диаметра необходимой полости и требуемой глубины. При небольшом количестве льда процесс занимает до 3 часов, а при большом уровне насыщения влаги — до 8 часов. Опускание иглы производится с таким расчетом, чтобы обеспечить разжиженную зону, превышающую в 2–3 раза сечение опоры.

После опускания стойки в оттаявшую жижу происходит естественное смерзание поверхности трубы с вечномерзлой толщей. В результате винтовая опора быстро приобретает расчетные параметры несущей способности.

Ключевые слова: погружение свай, мерзлый грунт, оттаивание грунта, зимний период, глубина промерзания, разрушение грунта.

В последние десятилетия строительство многоэтажных зданий становится всё более и более востребованным. По периферии городов строятся огромные многоэтажные жилые комплексы, а ближе к центру — крупные бизнес-центры.

Одним из самых сложных и ответственных этапов строительства многоэтажных зданий является устройство фундамента. Для подобных зданий чаще всего применяются свайные фундаменты в связи с их высокой несущей способностью и экономичностью. Но в процессе устройства свайного фундамента строители зачастую сталкиваются с рядом проблем, для решения которых необходим комплексный подход и не малый опыт ведения свайных работ. В средней полосе России одной из наиболее часто встречающихся проблем является погружения свай в мёрзлые грунты при их сезонном промерзании. Погружение свай в зимний период требует проведения дополнительных операций, использования дополнительного оборудования, увеличения трудоемкости, продолжительности, а значит и стоимости работ.

Если глубина промерзания грунта не превышает 0,7 метра, то для погружения свай достаточно использовать более мощные молоты и вибромолоты. Единственным недостатком будет снижение производительности установок и увеличение продолжительности строительства. Если же глубина промерзания превышает 0,7 метра, для погружения свай необходимо создавать условия, приближенные к летним.

Самым простым и дешевым способом является предотвращение промерзания грунта в зимний период. Достигается он путем заблаговременного утепления участков, на которых будет в дальнейшем производиться погружение свай. В качестве утеплителей можно использовать подручные материалы, такие как опилки, солому и другие материалы с низкой теплопроводностью.

Так же для упрощения погружения свай производится механическое разрушение грунта в месте установки сваи. Разрушение грунта происходит следующими методами: резка грунта, ударное разрыхление и обработка рыхлителями.

При резке грунта используют навесные режущие ковши с особой формой и длиной зубьев (рис.1), позволяющей максимально эффективно резать мерзлые грунты, а так же специальные режущие цепи.

Рис. 1. Экскаватор с захватно-клешевым рабочим органом: а — однозубым, б — трехзубым

Ударный метод включает в себя применение массивных ударных клиньев, которые крепятся на стрелах экскаваторов. Но существенным недостатком данного способа является быстрый износ самих экскаваторов. Если же слой мерзлого грунта достаточно тонкий, то его можно разрыхлить при помощи отбойных молотков.

Наиболее эффективным с экономической точки зрения можно назвать способ рыхления мерзлого грунта с помощью навесных тракторных рыхлителей (рис.2), которые устанавливаются на гусеничных машинах.

Рис. 2. Рыхлитель непрерывного действия: 1 — гидромотор; 2 — рама; 3 — сменные зубья; 4 — корпус головки

Оттаивание грунта так же может производиться различными методами: электропрогревом, огневым и термохимическим.

При электропрогреве грунта используются ТЭНы (тепловые электронагреватели) и другие похожие по принципу действия электронагреватели. При включении мерзлого грунта в электрическую цепь вместе с элементами электропрогревателя выделяемое тепло позволяет прогреть грунт в месте погружения сваи. Самые распространенные на сегодняшний день способы: поверхностный горизонтальный (рис.3,а) и глубинный вертикальный (рис. 3, б).

Рис. 3. Схема электропрогрева грунта: а — горизонтальными электродами; б — вертикальными электродами; 1 — мерзлый грунт; 2 — электроды; 3 — утеплитель (опилки)

В случае горизонтального прогрева электроды располагаются горизонтально на расстоянии около 40 сантиметров друг от друга в слое опилок, пропитанным растворами, позволяющими повысить электропроводность (поваренная соль, хлористый кальций). Опилки в свою очередь передают тепло грунту, который по мере оттаивания включается в цепь, благодаря чему нагревается. Данный способ хорош при глубине промерзания не более 0,7 м.

В случае глубинного вертикального прогрева оттаивание может производить на куда больших глубинах. В местах будущего расположения свай вертикально погружаются арматурные стержни диаметром 12–15 мм на расстоянии около 0,5 м друг от друга.

Для оттаивания грунта огневым методом в месте предполагаемого устройства сваи располагают металлические коробки (рис. 4), внутри которых находятся горючие вещества, которые при сгорании разогревают верхнюю толщу грунта.

Рис. 4. Оттаивание грунта огневым способом (размеры в метрах): 1 — камера сгорания; 2 — вытяжная труба; 3 — обсыпка талым грунтом

Химический способ оттаивания грунтов подразумевает пробуривание узких скважин, в которые в дальнейшем заливается разогретый раствор реагентов, растворяющий кристаллы льда. Существенными недостатками данной технологии являются её большая продолжительность, негативное влияние на окружающую среду.

Основные термины (генерируются автоматически): погружение свай, мерзлый грунт, оттаивание грунта, глубина промерзания, зимний период, грунт, разрушение грунта.

Ключевые слова

погружение свай, мерзлый грунт, оттаивание грунта, зимний период, глубина промерзания, разрушение грунта

Похожие статьи

Взаимодействие промерзающих пучинистых грунтов с боковой.

Ключевые слова: погружение свай, мерзлый грунт, оттаивание грунта, зимний период, глубина промерзания, разрушение грунта. Если же слой мерзлого грунта достаточно тонкий, то его можно разрыхлить при помощи отбойных молотков.

Конструкции фундаментов под водопропускными трубами на.

Особенности погружения свай в мерзлые грунты. Ключевые слова: погружение свай, мерзлый грунт, оттаивание грунта, зимний период, глубина промерзания, разрушение грунта.

Моделирование распределения температурных полей и процесса.

Обеспечение устойчивости проектного положения и прочности.

При оттаивании вечномерзлого грунта стальная оболочка трубопровода получает большие перемещения в обводненном грунте, что может привести к ее разрушению под действием изгиба и внутреннего избыточного давления перекачиваемого продукта.

Грунты слоя сезонного промерзания и оттаивания.

Природные мерзло-грунтовые условия. Мощность грунтов 200–900м; Среднегодовая температура грунтов -5…-10°С; Глубина сезонного оттаивания 0,2–2м; Грунты глинистые, пылеватые, иловатые, тундровые. Мощность грунтов 50–400м

Исследование промерзания грунта под фундаментом типа УФФ.

Температура грунта на глубине 1,6м равна 3,2 град. Для Москвы и Московской области. Рассмотрим несколько возможных ситуаций промерзания грунта под подошвой фундамента.

Технологический процесс возведения земляного полотна.

Разработка грунтов в зимнее время осложняется их промерзанием и резким повышением сопротивляемости резанию, что влечет за собой

Допустимая глубина промерзания грунта естественного сложения [h4] при высоте забоя h3=5 м составит [h4]=5·(8/100)=0,4 м.

Вечная мерзлота на территории Республики Саха (Якутия)

Вследствие изменения температуры поверхности грунтов в сторону потепления происходит таяние подземных льдов.

Слой сезонного оттаивания и промерзания мощностью до 5 метров.

Оптимизация производства работ при устройстве буронабивных.

Особенности погружения свай в мерзлые грунты. Оттаивание грунта так же может производиться различными методами: электропрогревом, огневым и термохимическим.

При погружении свай зимой в сезоннопромерзающие грунты приходится выполнять дополнительные операции или отдельные процессы, увеличивающие трудоемкость и продолжительность свайных работ. Без дополнительных операций, но с некоторым снижением производительности установок удается обходиться при погружении свай мощными молотами и вибромолотами, если глубина про-мерзаийя ие превышает 0,7 м. В остальных случаях следует создавать условия, близкие к летним. Для этого необходимо предотвращать промерзание грунта путем заблаговременного утепления мест
забивки свай подручными материалами (опилки, солома и т. п.). В этих же целях мерзлый грунт разрушают на месте забивки свай механическими способами, принятыми при разработке мерзлых грунтов; устраивают лидирующее скважины бурильными машинами и специальными виброударными установками или нарезают прорези по рядам будущих свай с помощью баровых машин; оттаивают слой мерзлого грунта.

VIII.10. Схемы процесса погружения сваи в мерзлый грунт методом оттаивания
а — оттаивание грунта; б — погружение сваи; в — паровая игла; 1 — поддерживающие кбзлы; 2 — мерзлый грунт; S — разжиженный грунт; 4 — сваепогружающая установка; 5 — вибропогружатель; 6 — свая; 7 — паровод; В — головная заглушка; 9 — патрубок; 10 — острие иглы

VIII.11. Схема процесса погружения сваи в пробуренную скважину
а — бурение скважины; б — заполнение скважины песчано-глинистым раствором; в — погружение сваи; г — извлечение обсадной трубы; 1 — буровая установка; 2 — подсыпка; 3 — деятельный слой грунта; 4 — обсадная труба; 5 —мерзлый грунт; 6 — песчано-глинистый раствор; 7 — свая

VIII.12. Схема проходки скважины трубчатым лидером
1 — вибромолот; 2 — бур; 3 — керн; 4 — деятельный слой; 5 — зазор; .6 — мерзлый грунт; 7 — наконечник бура

В пластично-мерзлые, высокотемпературные (со среднегодовой температурой не ниже —1°С) грунты сваи погружают забивным или бурозабивным методом. Методы погружения в оттаянный грунт и в скважины большего сечения, чем сечение свай, в условиях высокотемпературных грунтов малопригодны из-за того, что вмерз.ание сваи происходит весьма медленно. Забивать сваи можно в пластично-мерзлые пылеватые суглинки и песчаные грунты, не содержащие включений, и только в период сезонного оттаивания, так как зимой грунты деятельного слоя охлаждаются до—5…— 10°С и становятся твердомерзлыми. Поэтому область применения бурозабивного метода значительно шире.
Бурозабивным методом сваи погружают в два этапа. На первом этапе пробуривают лидирующую скважину, диаметр которой принимается на 1…2 см меньше стороны сваи. На втором этапе погружают сваю с помощью вибромолота или дизель-молота. При этом грунт отжимается от углов сваи к середине ее стенок. Грунт оттаивает за счет тепловой энергии, трансформированной из механической, развиваемой молотом, и частичного . выжимания грунта из скважины. Достаточно оттаять тонкий слой грунта — и температура в зоне, прилегающей к свае, повысится на весь-:ма незначительную величину, процесс вмерзания сваи в грунт произойдет за короткое время. Применение лидирующих скважин позволяет повысить точность установки сваи, обеспечить погружение ее на проектную глубину, устранить случаи поломки сваи при попадании под острие валунов и др.
Рассмотренные методы погружения в вечномерзлые грунты применяют для погружения железобетонных свай, иногда для погружения металлических шпунтов, а также деревянных свай. Деревянные сваи при изготовлении следует пропитывать креозотом или другим антисептиком для предохранения от гниения у зоне переменной влажности.

В условиях зимы, в зависимости от того, насколько глубоко промерз грунт, обычно применяют следующие методы погружения свай:

Если толщина промерзшей земли не превышает отметки в 0,7 метра, то, как правило, используют просто более мощное оборудование для вбивания буронабивных свай в грунт;
Если толщина слоя промерзшей земли превышает 0,7 метров, то приходится бурить лидирующую скважину, затем разрыхлять и протаивать грунт в том месте, где будут располагаться сваи с помощью огня, электричества или пара.
Для того, чтобы грунт не замерз, обычно места, где планируется погружать сваи, заблаговременно утепляют опилками, опавшей листвой или другим подручным материалом.

У вечномерзлых грунтов в их природном состоянии в активе имеется достаточно высокая несущая способность. Поэтому основной задачей во время погружения свай в такой грунт является как можно меньшее его повреждение, а в местах, где все же был нанесен урон, сваи должны быть вморожены в грунт как можно быстрее.

В отличие от нормальных условий, с которыми обычно приходится сталкиваться, свайные работы в широтах, где встречается вечная мерзлота, гораздо логичнее выполнять именно при мерзлом грунте, ведь верхний его слой во время оттаивания затруднит использование как буровых, так и сваебойных установок, даже несмотря на подсыпку в тех местах, где расположены механизмы.
На данный момент существует всего два основных способа погружения буронабивных свай в промерзлый грунт:

В пробуренную скважину;
В оттаянный грунт.

Погружение сваи в пробуренную скважину выполняют как с применением обычной обсадной трубы, так и без нее. Если обсадная труба используется, то после бурения скважины под сваи ее опускают в грунт, закачивают в скважину достаточное количество глиняного раствора, который займет место между сваей и стенками скважины. Затем в трубу опускают саму сваю, выдавливая наверх глиняный раствор, вытаскивают обсадную трубу. Если обсадная труба не применяется, то скважина бурится меньше на несколько сантиметров в диаметре, а затем в нее забивается свая с помощью гидравлического молота.

Вторым способом место, куда собираются вбивать сваю, оттаивают с помощью паровых игл, а во второй половине дня погружают ее в землю. Через пару часов свая прочно вмерзает в грунт и способна нести существенные нагрузки.

Благодаря применению лидирующих скважин, существенно повышается точность установки каждой сваи, а также погружение происходит на заранее спроектированную глубину.

Читайте также: