Буровые столбы в опорах мостов и путепроводов.
Термины и определения.
Свая-столб или буровой столб (б.с.) — элемент с размером поперечного сечения (диаметром) 0,8м и более, сооружаемый путем устройства в грунте скважины с последующим заполнением ее бетоном.
Fd — несущая способность столба по грунту, тс; R- расчетное сопротивление грунта по подошве столба, тс/м2
Fd= RxA где А - площадь поперечного сечения б.с.,м2
При заделке б.с, не менее, чем на 0,5 м в невыветрелый скальный грунт
, где Rnc - предел прочности на сжатие образца скального грунта на сжатие в водонасыщенном состоянии, тс/м2 (кгс/см2); 1,4 - коэффициент надежности по грунту - кг (см пункт условия применения б.с.); ld - длина заделки б.с. в скальном грунте; d - диаметр заделки - диаметр б.с., м.
Из формулы следует, что с увеличением заделки б.с. увеличивается R и можно увеличить расчетную нагрузку на
б.с. — N, тс.
, где k - коэффициент надежности фундамента, может иметь значения от 1,25 до 1,75, в общем случае для предварительных, оценочных расчетов можно принять к = 1,4. G — вес бурового столба, тс.
Площадь сечения и погонный вес б.с.
| ø1,2 А = 1,13м2 | ø1,5 А==1,77м2 | ø2,0 А=3,14м2 |
| g = 2,8тc/м | g = 4,4тс/м | g=7,85тс/м |
Бетон б.с. принимают М300 (В22,5) и М350 (В27,5). При расчете б.с. по прочности материала расчетное сопротивление бетона, уложенного подводным способом с инвентарными обсадными трубами, принимают с понижающим коэффициентом 0,8. Напряжение в бетоне б.с., как правило, не более 70 - 80 кгс/см2 (700 - 800 тс/м), следовательно, минимальная вертикальная нагрузка на б.с. по использованию свойств материала должна быть не более N6 = 700xA (тс), или 800 тс на б.с. ø 1,2м и более 1200 тс на б.с. ø 1,5м.
На практике имеет место нагрузка на б.с. ø 1,2м - 500 - 800 тс, на б.с. ø 1,5м - 800 -1200 тс.
Приняв среднюю нагрузку на на б.с. ø 1,5м (вместе с собственным весом) Nс = 1000 тс определимся с предельной несущей способностью скального грунта Rпc, с тем насколько большой прочности должен быть грунт под эту нагрузи, при заделке в него на 0,5 м.
, 
Если по геологическим изысканиям скальный грунт менее прочный, например 400 тс/м2, увеличим заделку до 2-х метров, тогда:
, 
и расчетная нагрузка на б.с. за минусом собственного веса: N = Nс - 4,4L , где L - длина 6.с., м; 4,4 тс/м - погонный вес 6.с.. Нагрузку на б.с. - N можно увеличить на 10%, при определении несущей способности б.с. по результатам штамповых испытаний грунта, тогда коэффициент надежности принимается равным 1,25 вместо 1,4. При опирании б.с. на сжимаемые грунты, включая пески средней плотности и полутвердые глины, а также на малосжимаемые, включая плотные крупнообломочные грунты и твердые глины, несущую способность б.с. по фунту - Fd определяют как для висячих свай, учитывай передачу нагрузки нижним концом и боковой поверхностью при меньшем (к = 0,6-0,7), чем у забивной сваи расчетным сопротивлением по боковой поверхности.
Условия применения б.с.
При рассмотрении целесообразности б.с. следует учитывать то, что по площади сечения б.с. ø1,5 м составляет 14,4 сваи, а ø1,2 м - 9,2 сваи сечением 35x35 см, каждая из которых может нести нагрузку от 60 до 100 тс, следовательно, в общем случае, с учетом указания п.7.3 СНиП 2.02.03 - 85, буровой столб должен нести сопоставимую, по числу заменяемых свай, нагрузку. Хотя устройство б.с. является более сложной и дорогостоящей технологией, чем забивка свай, есть много случаев, когда приходится выбирать вес же б.с., а именно: когда по технологическим условиям забить сваи весьма затруднительно или невозможно; при глубине забивки более 15 - 18 м и больших глубинах воды; когда нельзя или нецелесообразно развивать свайный ростверк по условиям подземных коммуникаций, иди при большой несущей способности б.с. по грунту; когда недопустимо динамическое воздействие от забивки свай на здания и сооружения, или недопустим шум свайного молота на месте работ.
Определения ослабленных скальных грунтов, используемых для опирания б.с.
Выветривание - ослабление скального грунта под воздействием физических и химических природных процессов на поверхности и в толще земли. Коэффициент выветривания Кв - отношение плотности выветрелого грунта к плотности монолитного грунта. Невыветрелый скальный грунт Кв=1, коэффициент надежности по грунту Кг= 1,4.
Слабовыветрелый скальный грунт 1 > Кв > 0,9 коэффициент надежности по грунту Кг=1,4/0,6=2,35.
Выветрелый скальный грунт 0,9 > Кв > 0,8 включительно, коэффициент надежности по грунту Кг= 1,4/0,3=4,7.
0,6*;0,3* - смотри приложение №24 СНиП 2.05.03-84.
Машины для устройства б.с.
Парк буровых машин (Б.М.) Мостотреста 2000 г. состоит из современных Б.М. вращательного и ударного действия. В территориальных фирмах завершают свою работу отечественные и импортные (30ТНС, 30ТНД) машины выпуска 70-х, начала 80-х годов.
В настоящее время в Мостотресте работают восемь высокопроизводительных Б.М. специального назначения фирмы «Бауэр» на базе гусеничных экскаваторов и кранов фирмы «Либхер» и фирмы «Зенебоген», машины 50ТНС фирмы «Като» на спец. гусеничном ходу с гидроприводом; универсальные машины фирмы «Юнттан» РМ - 25 и РМ - 26, которые могут производить забивку свай мощными гидравлическими молотами и производить вращательное бурение скважин диаметром 1,2 м и 1,5м; 120 т гусеничный кран фирмы «Либхер» НС-883 с оборудованием ударного действия и механизмом погружения обсадных труб фирмы «Леффер» может работать как мощная буровая машина, в таблице на стр 45 приведены, как начало отсчета, технические данные Б.М. - БМ-4001 выпуска 1987 г на базе 2,5 кубового Воронежского гидравлического экскаватора ЭО - 6123.
Термины и определения Б.М.
мачта - направляющая и силовая конструкция Б.М. высотой Н от земли, по которой перемещается вращатель. вращатель - гидравлическое обустройство, вращающее буровую штангу, передающее напор (давление) на забой и отрыв от забоя на подъеме. Для Б.М. фирмы «Бауэр» величина крутящего момента вращателя в том соответствует индексу машины: БГ-14, БГ - 25 (14,25 тсм) буровая штанга - (штанга Келли) трубчатая телескопическая конструкция расчетной длиной - A в сложенном виде и длиной - В с полностью выдвинутыми секциями.
Обозначается дробью, например, 3/30 - в числителе число секций, в знаменателе расчетная глубина бурения, м.
рабочий орган - буровой инструмент, присоединяемый к б.штанге или канату.
Сменные рабочие органы Б.М.:
Ковшевой бур для бурения сухих и обводненных нескальных и уборки разрыхленных скальных грунтов. Объем ковша бура от 0,8 до 1,2 м3.
Шнековый буp для бурения связанных (глинистых) грунтов и рыхления полускальных.
Колонковый бур для проходки кольцевых прорезей (с отрывом и без отрыва керна) в полускальных, малой и средней прочности скальных грунтах.
Тяжелый ударный грейфер (одно- или двухканатный) масса 3 - 8 тн, обьем 0,5-0,8м3.
Долото ударное крестовое с зубьями или прямыми резцами, масса 3 - 8 тн.
Адаптер(дретеллер) - переходник для вкручивания, задавливания в скважину (и извлечения) обсадных труб вращателем бурового органа при небольшой глубине и небольших сопротивлениях обсадки.
Буровой стол (б.ст.) - механизм для погружения и подъема обсадных труб путем их качания на угол 15-25° с одновременным задавливанием или извлечением осевым усилием. В индексах Б.ст. БВ1500, БВ2000, ВРМ-2000 цифры обозначают максимальный диаметр обсадной трубы в мм, которую можно погружать этим столом, имеющим соответствующий крутящий момент - Мкр, осевое усилие - N и усилие зажима трубы - 3.
Инвентарные обсадные трубы - для закрепления стен скважины, состоят из стыкуемых резьбовыми конусными пробками промежуточных секций длиной от 2 до 6 м и ножевой с режущей коронкой и зубьями, соответствующими прочности проходимого грунта.
| Производитель обсадных труб | Ж, мм | Мкр, тсм | N, тс | 3, тс |
| Люберецкий завод | ||||
| фирма "Леффер" | ||||
| фирма "Леффер" |
Во избежание выхода из строя стыковых соединений, нагрузки на обсадные трубы не должны превышать предельные значения, указанные в таблице (путем установки предохранительных клапанов Б.ст. на меньшее рабочее давление). В зависимости от высоты мачты Н буровые машины вращательного бурения комплектуются буровыми штангами такой длины, которая позволяет после присоединения рабочего органа завести его в скважину. Расчетную длину буровой штанги находят: А = Н-1,7-2,0-ΔН, где 1,7 м - высота бурового органа
2,0 м - высота от верха мачты до торца буровой штанги вверхнем положении («Бауэр»).
ΔН = 0,5 м - при проходке скважины без бурового стола или без обсадных труб.
ΔН =1,5 м - при наличии бурового стола и продолжении проходки без обсадки.
ΔН = 5,5- 6,0м - при бурении с наращиванием - погружением обсадных труб с помощью бурового стола. Для оптимального соответствия глубине и условиям бурения буровую машину оснащают двумя - тремя штангами разной длины А и разным числом секций, отвечающих по прочности крутящему моменту вращателя (при одинаковом числе секций и одинаковой длине буровые штанги машины БГ-Зб на 35% тяжелее штанги БГ-25 с менее мощным вращателем).
| Вылет а, м | L = 17 | L = 26 | L = 35 | L = 47 | ||||
| Р | Н | Р | Н | Р | Н | Р | Н | |
| 100,9 | 15,5 | - | - | - | - | - | - | |
| 15,2 | 74,8 | 24,5 | - | - | - | - | ||
| 59,1 | 58,9 | 24,3 | 57,8 | 33,6 | - | - | ||
| 41,1 | 14,3 | 40,8 | 40,5 | 33,2 | 33,4 | 45,3 | ||
| 35,5 | 13,7 | 35,2 | 23,6 | 34,9 | 32,4 | 45,2 | ||
| 27,7 | 12,2 | 27,3 | 22,7 | 32,4 | 26,4 | 44,8 | ||
| 22,4 | 10,3 | 22,1 | 21,8 | 21,8 | 31,7 | 21,1 | 44,2 | |
| 18,8 | 18,4 | 20,5 | 18,1 | 30,8 | 17,4 | 43,8 | ||
| 15,6 | 15,3 | 29,9 | 14,6 | |||||
| - | - | 13,4 | 13,1 | 28,7 | 12,4 | |||
| - | - | 10,3 | 10,0 | 25,8 | 9,3 |
При бурении скважин глубиной до 70 м в обсадных трубах ø2м машина НС-883 работает с бур. столом УНМ-3000 для труб ø до 3,0 м, со следующими характеристиками: момент качания 835 тсм и сила подъема - 725 тс при давлении 310 МПа, сила погружения до 50 тс, угол качания - 21", масса - 52 т, габариты 9,2 х 4,6 х 2,7 м; комплект усиленных труб ø 2,0 м фирмы Леффер.