Тема 8. Улаштування фундаментів

4. Виготовлення монолітних паль

Виготовлення паль на будівельному майданчику створенням свердловини в ґрунті і заповненням її бетоном запропонував київський інженер К. Страус наприкінці XIX ст. З того часу з’явилося досить багато різних вдосконалених конструкцій і технологій. Показником ефективності палі є її несівна здатність. Тому вдосконалення технології спрямоване на забезпечення кращого контакту бетону з оточуючим ґрунтом 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 або збірних малогабаритних елементів, заміною бурових свердловин на витрамбовувані обсадними трубами, трамбівками та вибуховими речовинами. Крім 140 того, для кращого контакту з ґрунтом палі виконують з розширеним стволом.

Свердловини утворюють шнековим та ківшевим буром, щелеповим грейфером та ударно-канатним способом. Два останніх способи придатні 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 у ґрунт на кілька метрів (рідше на всю глибину), потім він виймається для очищення від бурового шламу. Ця операція повторюється кілька разів.

Ківшевий бур – циліндрична ємність, на нижньому торці якої є радіальні щілини з ріжучими бортами, до верхнього прикріплена штанга, за допомогою якої ківш обертається навколо вертикальної осі і наповнюється ґрунтом через щілини в нижньому торці. Для спорожнення ківш виймають на поверхню і відкривають нижню кришку.

Щелеповий грейфер – циліндр з порожниною всередині, замість нижнього дна – дві або більше щелепні стулки. З відкритими щелепами грейфер скидають у свердловину. Щелепи дроблять ґрунт і заглиблюються у нього. За допомогою тросів щелепи закривають, сам грейфер із ґрунтом виймають на поверхню для спорожнення.

Під час ударно-канатного буріння у свердловину скидається з висоти важке долото, яке дробить скелю. Буровий шлам вимивається водою. Для такого буріння застосовуються спеціальні машини. Укладають бетонну суміш у свердловини за допомогою бадді з дистанційним розкриттям або бетонолитної труби, останнім часом – труб бетононасоса. Текучі бетонні суміші можна скидати в свердловину на глибину 20 м і більше без ризику, що вони розшаруються, тоді як інші суміші скидаються на глибину не більше ніж 4 м.

 Найпоширеніші палі буронабивні, пневмотрамбовані, частотрамбовані, віброштамповані, буронабивні з поліпшеною основою, буронабивні з розширенням, камуфлетні, у витрамбованих котлованах, буроін’єкційні (рис. 6.1, ІІ).

Буронабивні палі (рис. 6.4, І) найпростіше виготовляються – у вибурену свердловину укладають бетонну суміш. Якщо свердловина суха, то напівжорстку суміш трамбують, і вона, розпираючи свердловину, обтискує ґрунт, що поліпшує контакт палі з ґрунтом (рис. 6.1, є).

Пневмотрамбовані палі – це ті самі буронабивні палі, виконані в обводнених ґрунтах. 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 (рис. 6.1, ж).

Частотрамбовані палі добре контактують з ґрунтом. Ґрунт при цьому 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 (рис. 6.1, з).

Віброштамповані палі (рис. 6.4, II) виготовляють за допомогою віброштампа – металевої труби із закритим нижнім кінцем і віброзаглиблювачем зверху. Свердловину заповнюють бетонною сумішшю на всю глибину, потім у бетон заглиблюють до дна віброштамп. Бетонна суміш розширює свердловину, ущільнюючи ґрунт, штамповану порожнину бетонують. Ці операції повторюють доки діаметр палі не досягне потрібного розміру.

Особливістю буронабивних паль з поліпшеною основою (рис. 6.4, III) є те, що перед бетонуванням дно свердловини трамбують або у нього втрамбовують щебінь (бетонну суміш), або забивають кілька невеликих (20×20 см; 2 м довжиною) паль зі скошеним вістрям, які розходяться у різні боки, утворюючи зону ущільнення ґрунту.

Рис. 6.4. Виготовлення монолітних паль: І – буронабивні в сухих грунтах: ІІ – віброштамповані; IIІ – 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; е, є – етапи бетонування; ж – улаштування оголовка; з – бетонування свердловини; и – заглиблення віброштампа в бетонну суміш; і – бетонування виштампованої порожнини; ї – віброштампування вдруге; й – заглиблення армокаркаса 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-паль; т – бетонування палі; у – буріння свердловини під глинистим розчином; ф – розбурення розширення; х – монтаж армокаркаса; ц, ч – етапи бетонування; ш – улаштування оголовка; 1– кондуктор; 2 – буровий орган; 3 – армокаркас; 4 – бункер з бетонолитною трубою; 5 – баддя; 6 – віброштамп; 7 – інвентарна обсадна труба; 5 – вібратор; 9 – трамбівка; 10 – міні-палі; 11 – бурова машина; 12 – свердловина, заповнена глинистим розчином; 13 – насос; 14 – глинозмішувач; 15 – відстій пульпи; 16 – бур-розширювач; 17 – контейнер для пульпи, що витісняється зі свердловини бетоном; 18 – опалубка для формування оголовка палі

Буронабивні палі з розширенням ствола в нижній частині (рис. 6.4, 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 у сухих ґрунтах підвішують баддю для збирання розробленого ґрунту.

Камуфлетні палі (рис. 6.1, ї) – 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 (рис. 6.1, й) виготовляють у сухих макропористих (лесових) ґрунтах. Спеціальна трамбівка масою 5–10 т скидається з висоти 3–7 м на одне і те саме місце. За 20–30 хв витрамбовується котлован діаметром 0,8–1,2 м, завглибшки 3–8 м. Іноді у котлован втрамбовують 1,5–2 м 3 щебню.

Буроін’єкційні палі (рис. 6.5) влаштовують забуренням шнекової колони у 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 забою скважини подають бетонну суміш з одночасним підйомом шнека. У процесі бетонування контролюють витрати бетонної суміші, швидкість підйому бурової колони та тиск нагнітання суміші. Після повного підйому шнека видаляють залишки бурового шламу. За потреби у забетоновану скважину вдавлюють арматурний каркас та формують оголовок палі. Такі палі доцільно влаштовувати у сухих стійких ґрунтах. У водонасичених слабких ґрунтах стовбури паль можуть мати неконтрольовані розширення або розлами.

Рис. 6.5. Технологічна схема виготовлення буроін’єкційної палі: а – буріння свердловини шнеком; б – нагнітання бетонної суміші у свердловину через шнек з одночасним витягуванням бурової колони; в – видалення вибуреного грунту; г – формування оголовка палі; 1 – буровий орган; 2 – бетононасос; 3 – автобетонозмішувач; 4 – гнучкий бетоновід; 5 – грейфер; 6 – паля; 7 – оголовок палі; 8 – арматурний каркас