Разработка технологии изготовления набивных свай напорным методом бетонирования

Основными направлениями экономического и социального развития народного хозяйства СССР на XI пятилетку, утвержденными ХХУ1 съездом КПСС" материалами июньского (1983 г.) Пленума ЦК КПСС" соответствующими постановлениями ЦК КПСС и совета министров СССР предусмотрено повысить производительность труда в строительстве на 15−17%, снизить расход черных металлов на 7−9%, цемента на 5−7% и за счет этого получить 85−9С% прироста строительной продукции. учитывая, что при возведении нулевых циклов зданий и сооружений затрачивается до 20% материальных ресурсов, до 25% трудовых затрат и до 40% времени становится очевидным, что современная технология их возведения содержит значительные потенциальные резервы материальных и трудовых ресурсов".

Решению поставленных задач в большой степени способствует применение в строительстве свайных фундаментов, которые позволяют сократить объем земляных работ до 70%, трудовых затрат до 25% и снизить стоимость строительных работ по нулевым циклам при возведении зданий и сооружений различного назначения до 30%. целесообразность их применения обусловлена прежде всего надежностью работы системы «основание-свайный фундамент-сооружение» и высокой эффективностью за счет сокращения объемов земляных работ, трудоемкости и сроков возведения конструкций нулевого цикла.

Поэтому применение железобетонных свай в нашей стране, начиная с 50-х годов, постоянно возрастало и в 1983 г. достигло объема Q.

7 млн. м° в год.

Однако, увеличение объема забивных свай одновременно приводит к увеличению потерь железобетона вследствие необходимости удаления их оголовков и специфических особенностей забивного способа погружения*.

Эти потери сегодня достигают пятой части объема забивных свай з или 1,3 млн. м железобетона, для изготовления которого расходуется до 50Q тыс. т цемента и 120 тыс. т металла. С учетом стоимости материалов, затрат на изготовление, транспортировку и удаление такого объема железобетона сумма потерь достигает более 150 млн руб. в год.

Тенденция развития отечественного и зарубежного фундаменто-строения свидетельствует о неуклонном росте объемов фундаментов из набивных свай, применение которых позволяет не только избежать вышеуказанных потерь, но и повысить надежность фундаментов особенно в сложных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях.

По данным НИИоснований и ЦНЙИОМТП Госстроя СССР доля набивных свай в 1983 г. составила 10 $, в 1985 г. она увеличится до 12 $, а к 1990 г. составит 20−25 $ от общего объема железобетонных свай.

Увеличение объема набивных свай только на 1 $ позволяет сэкономить около 8 тыс. т металла и 30 тыс. т цемента в год. Однако широкому распространению набивных свай в строительстве препятствуют низкое качество бетона и низкая эффективность производства бетонных работ, что обусловлено существующими методами их изготовления. целью работы является разработка эффективной технологии изготовления набивных свай в различных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях, обеспечивающей комплексную механизацию и высокое качество их бетонирования.

Научная новизна работы состоит в разработке научных и технологических основ напорного метода бетонирования набивных свай, включающих:

— аналитическое и экспериментальное обоснование закономерностей движения в скважинах бетонных смесей при их непрерывном нагнетании;

— эмпирические зависимости для расчета сопротивления при нагнетании бетонных смесей в скважины;

— методику назначения оптимальных составов бетонных смесей для напорного метода бетонирования набивных свай;

— обоснование основных технологических параметров и рациональной организации производства бетонных работ по изготовлению набивных свай в различных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях.

Новизна разработанной технологии изготовления набивных свай с помощью напорного метода бетонирования подтверждена авторским свидетельством на изобретение & 1 059 063 «Способ возведения набивных свай» .

Практическая ценность работы заключается в том, что в результате теоретических и экспериментальных исследований разработана новая высокоэффективная технология изготовления набивных свай в различных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях, обеспечивающая: получение бетона с заданными свойствамиснижение трудоемкости изготовления свай в 3−5 раз и продолжительности их бетонирования в ц-6 разсокращение расхода цемента на 100−120 кт/iP бетонавозможность создания мобильных высокомеханизированных специализированных подразделений при возведении свайных фундаментов из набивных свай при помощи оборудования, серийно выпускаемого, отечественной промышленностью.

Основные положения, практические результаты, выводы и предложения диссертационной работы докладывались на всесоюзном семинаре «Основные направления совершенствования технологии и механизации бетонных работ» (Москва, ВДНХ СССР" 1981 гЛ" Всесоюзной школе «Передовой опыт организации труда при производстве бетонных работ с применением прогрессивных видов инвентарной опалубки и комплекса автобетононасосов и автобетоносмесителей» (г, Череповец" 1982 г.), Республиканских семинарах «Эффективные методы и механизм мы для устройства набивных свай и свай-оболочек в сложных гидрогеологических условиях грунтов» (г.Киев, 1978 г.) и «Применение эффективных фундаментов в строительстве в Молдавской ССР» (г. Кишинев, 1979 г.)" региональный школы «Прогрессивная технология и комплексная механизация при возведении, монолитных железобетонных конструкций» (г.Сочи, 1982 г"), а также на секции Научно-технического совета Минтяжстроя СССР (г.Москва, 1982 г.).

Разработанная технология напорного бетонирования набивных свай отмечена одной серебрянной и одно бронзовой медалями ВДНХ СССР (г.Москва, 1981 г.).

Технология напорного бетонирования внедрена: — при устройстве фундаментов из набивных свай диаметром 6 001 000 мм и глубиной 10−20 м на строительстве литейного цеха завода «Пищемаш», городской больницы М 2 и производственного корпуса ГПЙ «Молдгипроводхоз» (г.кишинев);

• при бетонировании набивных свай диаметром 600−800 мм и глубиной 12−14 и на строительных объектах Главсочиспецстроя минпром-сгроя СССР (г.Сочи) и ВСМО «Союзспецстрой» Минстроя СССР (г.Калининград и г. Горький)" а также при возведении мемориального комплекса в г. Новороссийске. Общий объем бетона, уложенного на этих объектах составил 21,2 тыс. м3, экономический эффект — 134 тыс. руб.

Кроме того, основные положения работы вошли в соответствующие главы Республиканских строительных норм РСН 22−81 (Госстрой МССР г. Кишинев, 1981 г.), Временных ведомственных строительных норм «Рекомендации по технологии бетонирования монолитных конструкций с помощью бетононасосов» (Главсочиспецстрой Минпромстроя СССР, г. Сочи, 1982 г.) и Временных ведомственных строительных норм «Рекомендации по производству бетонных работ с применением автобетононасосов» (ВСМО «Союзспецстрой» Минстроя СССР, г. Москва, 1984 г.). Технология бетонирования набивных свай напорным методом рекомендована к широкому внедрению директивным письмом Госстроя СССР (J& ИИ-3557−15 от 17 июля 1984 г.).

Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Содержит 100 страниц основного, текста, 24 таблиц, 40 рисунков и 7 приложений.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

1. В результате проведенных комплексных исследований разработана индустриальная технология изготовления набивных свай, основанная на применении напорного метода их бетонирования (а.с. 1 059 063) и включающая: установку неразъемной инвентарной обсадной трубы с одновременным бурением и удалением грунта, предварительную герметизацию напорного бетонопровода и непрерывное нагнетание по нему бетонной смеси на всю высоту бетонируемой сваи, извлечение обсадной трубы и напорного бетонопровода, которая в отличие от существующей исключает возможность смешивания укладываемой смеси с водой или глинистым раствором, а также образование технологических швов и дефектов по высоте свай при их устройстве в различных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях.

2. Выявлены и обоснованы основные технологические факторы, определяющие процесс напорного бетонирования набивных свай: расход цемента, концентрация мелкого заполнителя в бетонной смеси, ее подвижность и скорость подачи, диаметр сваи и напорного бетонопровода. Исследованы закономерности изменения данных показателей и установлены их граничные значения, обеспечивающие оптимальный режим нагнетания бетонной смеси.

3. Разработана методика расчета сопротивлений движению бетонных смесей при напорном бетонировании свай, учитывающая потери напора в бетонопроводе и скважине и позволяющая определять необходимое, для заданной интенсивности укладки, давление нагнетания смесей и по нему осуществлять рациональный выбор бетононасосного оборудования. Для определения потерь напора в скважине установлена аналитическая зависимость влияния геометрических размеров сваи (диаметр и высота), диаметра бетонопровода и характеристик бетонной смеси на величину давления, расходуемого на преодоление сил трения внутри восходящего потока.

4. Доказано, что непрерывно нагнетаемая в скважину бетонная смесь поднимается вверх, образуя ядро восходящего потока, диаметр которого прямо пропорционален диаметру бетонируемой сваи и обратно-подвижности смеси и изменяется в пределах от 0,4 до 0,8 диаметра сваи. При этом удельное сопротивление подъему бетонной смеси в скважине зависит от расхода цемента, концентрации мелкого заполнителя в бетонной смеси и ее подвижности. Для вычисления его значений при определении потерь напора по высоте скважины разработана математическая модель и номограмма, позволяющие производить инженерные расчеты с точностью до.

5. Экспериментально установлено, что в результате воздействия давления на бетонную смесь при ее нагнетании в скважину прочность бетона при сжатии увеличивается прямо пропорционально величине напора и обратно — подвижности смеси. Максимальный прирост прочности бетона при сжатии составляет 20Давление нагнетания повышает плотность бетона на 1,5−3% и водонепроницаемость на две-четыре ступени.

Напорный метод бетонирования по сравнению с методом ВПТ обеспечивает однородность и исключает образование технологических швов и дефектов по высоте свай, а также повышает их несущую способность на вертикальную и горизонтальную нагрузку соответственно на 12 и 41 $".

6. Разработана методика назначения оптимальных составов бетонных смесей, предназначенных для напорного бетонирования набивных свай, обеспечивающая минимальные для данной интенсивности укладки удельные сопротивления подъему смесей в скважине и получение бетона с заданными свойствами при рациональном расходе его составляющих.

7. На основании проведенных исследований разработаны рациональные технологические схемы и специализированное оборудование (неразъемная инвентарная обсадная труба, напорный бетонопровод для нагнетания смесей в скважину и устройство для его предварительной герметизации) для изготовления набивных свай методом напорного бетонирования, а также установлены оптимальные технологические параметры производства работ (величина заглубления ножа обсадной трубы при ее погружении, интенсивность бетонирования, скорость извлечения обсадной трубы и бетонопровода и др.), предусматривающие использование механизированных мобильных комплексов на базе отечественных машин и механизмов (буровые установки типа C0-I200M, БУ-I, стреловые монтажные краны типа КС-5473. МКГ-25 и др., автобетононасосы типа БН-80−20, СБ-126А" автобетоносмесители типа СБ-92−1А и др.) и обеспечивающие высокую эффективность разработанной технологии в различных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях.

8. Внедрение разработанной технологии на строительных объектах Минстроя СССР и минпромстроя СССР позволило Р 2−3 раза сократить трудоемкость и продолжительность изготовления набивных свай диаметром 600−1200 мм и высотой 9−20 м, сэкономить 15−25 $ цемента, повысить качество бетона свай, получить экономический эффект в размере до 4,8 руб/м3 уложенного бетона. Основные положения диссертационной работы включены в Республиканские строительные нормы PCH-22−8I «Рекомендации по технологии бетонных работ с использованием бетононасосов для укладки тяжелых и легких бетонных смесей» (г.Кишинев, Госстрой Молд. ССР, 1981 г.) и ведомственные временные строительные нормы «Рекомендации по технологии бетонирования монолитных конструкций с помощью бетононасосов» (г.Сочи, Главсочиспецстрой Минпромстроя СССР, 1982 г), а также в ряде ведомственных инструкций по производству бетонных работ Минстроя Латвийской ССР, Главмоспром-строя при мосгорисполкоме и ВСМО" «Союзспецстрои» Минстроя СССР.

Директивным письмом Госстроя СССР ИИ-3557−15 от 17 июля 1984 г.) разработанная технология рекомендована для широкого внедрения в строительных министерствах и ведомствах, а основные требования по производству работ, изложенные в диссертации — для включения в новое издание главы СНИП Ш-15−76 «Бетонные и железобетонные конструкции монолитные, правила производства и приемки работ» .