Использование самосверлившихся скученных солей для быстрой установки в городских условиях

Что такое самодовольные скучающие куски?

Самосверлившиеся свай представляют собой значительное продвижение в технологии глубокого фундамента.В отличие от обычных скученных свай, требующих отдельных ступеней для бурения, установки временного корпуса, размещения арматуры и бетонной заливки, самосверлильные системы интегрируют эти операции в единый, непрерывный процесс.Система состоит из полого, резьбового стального корпуса, который служит как стержнем сверления при продвижении, так и постоянным укреплением после установки.К переднему концу прикреплен жертвенный сверло или переливной инструмент, который можно оставить на месте в составе элемента фундамента.

Ключевое новшество заключается в конструкции корпуса: непрерывные нити вдоль внешней поверхности позволяют свайной куче продвигаться в землю подобно тому, как винт проникает в древесину. Эта геометрия резьбы обеспечивает значительные механические преимущества, особенно в гранулированных грунтах и мягких породных образованиях, где обычные методы бурения борются со стабильностью скважины. Полая внутренняя часть корпуса позволяет осуществлять центральную затирку или бетонное размещение, в то время как сваи пробуриваются до конечной глубины, обеспечивая полное заполнение кольцевого пространства вокруг сваи.

Чем самовоспалительные пилы отличаются от традиционных методов

Традиционная установка скученных свай обычно включает в себя несколько дискретных операций. Во-первых, скважина пробурена с использованием шнека или ведра. В нестабильных условиях грунта должен быть установлен временный или постоянный корпус для предотвращения обрушения скважины до размещения бетона. Затем клетку армирования необходимо опустить в скважину, после чего следует размещение треморного бетона. Каждый шаг требует специализированного оборудования и тщательной координации, а переходы между операциями часто вводят значительные временные задержки, в течение которых могут ухудшиться условия грунта.

Самосверлившиеся скученные сваи полностью устраняют эти переходы. Последовательность установки резко сжимается: бурение, монтаж корпуса, армирование и затирка происходят как единая, бесперебойная работа. Этот непрерывный процесс работы дает существенную экономию времени, как правило, сокращая время установки на сваи на 40-60% по сравнению с обычными методами в эквивалентных условиях грунта. Кроме того, поскольку сваи всегда находятся под положительной поддержкой корпуса, практически нет риска обрушения скважины, шеи или дефектов включения почвы даже в очень рыхлых песках или мягких глинах.

Для всестороннего технического обзора глубоких систем фундамента, инженерные ресурсы фундамента Федерального управления автомобильных дорог обеспечивают отличный справочный материал по различным технологиям свай и их соответствующим приложениям.

Технические преимущества городского строительства

Быстрая установка на ограниченных сайтах

Интегрированный процесс бурения и армирования, присущий самосверлившимся скученным сваям, непосредственно устраняет основное ограничение городского строительства: ограниченное время и рабочее пространство. В типичном проекте «город-центр» обычная скученная свая, требующая 8-12 часов для установки, может быть заменена системой самосверления, которая завершает ту же работу за 3-5 часов. Это ускорение дает каскадные преимущества на протяжении всего графика строительства, часто приводя к сокращению общего времени завершения фундамента на 25-35%.

Преимущество скорости становится еще более выраженным при рассмотрении мобилизации и демобилизации. Самосверлильные установки обычно компактны, некоторые системы установлены на экскаваторных носителях, а не на специализированных свайных установках. Эти меньшие следы позволяют легче расположиться в узких переулках, между существующими зданиями или внутри подвальных раскопок, где обычные установки не могут поместиться. Сокращение размера оборудования также приводит к снижению транспортных расходов и более простой логистике для многосайтовых городских проектов.

Минимизация вибрации и шума

Городское строительство должно сосуществовать с занятыми зданиями, чувствительным оборудованием и жилыми популяциями. Самосверлившиеся свай генерируют значительно более низкие уровни вибрации по сравнению с ударными сваями или вибрационными методами. Буровое действие производит непрерывную низкоамплитудную вибрацию, а не высокие пиковые ускорения, характерные для свайного движения. Скорости пиковых частиц (PPV) для самосверлившихся установок обычно варьируются от 2-8 мм/с на расстоянии 5 метров по сравнению с 20-50 мм/с или выше для управляемых свай.

Процесс бурения обеспечивает уровень звука 75-85 дБА на 10 метров, что сопоставимо с типичным фоновым шумом в строительстве, в то время как ударные молотки могут генерировать пики выше 100 дБА. Для проектов вблизи больниц, школ или жилых районов со строгими шумовыми предписаниями самосверливание свай может представлять собой единственный жизнеспособный вариант глубокого фундамента, который не требует дорогостоящих акустических ограждений или ограниченного ночного графика работы.

Контроль за перемещением земли

Городское строительство часто происходит рядом с существующими сооружениями, где движения грунта должны строго контролироваться. Самосверлившиеся скученные сваи удаляют почву во время установки, а не вытесняют ее, что приводит к минимальному перемещению грунта или боковому смещению. Эта установка без смещения особенно ценна при работе в пределах нескольких метров от исторических зданий, туннелей метро или закопанных коммунальных служб. Удаление почвы также означает, что индуцированное установкой давление пор минимально, снижая риск сжижения в рыхлых насыщенных песках.

Технические характеристики допустимых наземных перемещений вблизи чувствительных структур подробно описаны в руководстве по проектированию фундамента Института инженеров-строителей , которое обеспечивает допустимые критерии урегулирования и протоколы мониторинга для городских раскопок и свайных проектов.

Процесс установки: пошаговое техническое описание

Подготовка сайта и позиционирование Rig

Установка начинается с тщательной подготовки площадки. Для распределения нагрузки буровой установки и поддержания стабильной крановой системы должна быть предусмотрена рабочая платформа из инженерных заливных или временных стальных пластин. Буровая установка, как правило, модифицированный гидравлический экскаватор или специальная буровая установка, оснащенная поворотной головкой, расположена точно с использованием GPS-наведения или традиционных методов геодезической съемки. Места прокладки проверяются на соответствие разрешениям на коммунальные услуги и существующим подземным службам, и для проверки отсутствия препятствий могут потребоваться испытательные ямы.

Кассовая сборка и крепление Drill Head

Самоходный обшивка поставляется в стандартных длинах 1-3 метра, соединенных с флюш-связными резьбовыми соединениями. Корпусная нить собирается на буровой установке с соответствующим количеством секций для достижения проектной глубины. На ведущем конце прикрепляется головка сверла или бит. В зависимости от наземных условий доступны несколько типов битов: карбидно-наконечные поперечные биты для мягких пород и плотных почв, PDC (поликристаллический алмазный компактный) биты для твердых пород и открытые обувные биты для очень рыхлых песков, где желательно удержание почвы.

Двигатели бурения и параллельное крашение

При включенной поворотной головке буровой установки обшивка поворачивается и выдвигается в грунт. Скорости вращения обычно варьируются от 10-30 оборотов в минуту при значениях крутящего момента 50-200 кНм в зависимости от твердости грунта и диаметра свая. Одновременно через полую обшивку интерьера к головке сверла прокачивается цементная затирка. Затирка выходит через порты в бите, смазывая режущие поверхности и стабилизируя стенки скважины. По мере бурения свежая затирка заполняет кольцевое пространство между обшивкой и окружающей почвой, создавая немедленную поддержку грунта.

Напор и скорость потока постоянно контролируются. Типичные смеси для затирки достигают 28-дневной прочности на сжатие 20-40 МПа и могут включать примеси для удержания работоспособности, компенсации расширения или ускоренной установки, где требуется быстрое увеличение прочности. Затирка также служит конечным материалом фундамента, поэтому на каждой партии выполняются испытания на контроль качества для проверки плотности, вязкости и прочностных характеристик.

Окончательное проникновение и проверка конечностей

Бурение продолжается до тех пор, пока не будет достигнута глубина конструкции или несущего слоя. Критерии отказа устанавливаются при проектировании и подтверждаются при установке путем мониторинга скорости проникновения, крутящего момента и характеристик возврата затирки. Для конечных несущих свай требуется минимальное проникновение в компетентный несущий слой, обычно в 1,5-3 раза превышающее диаметр засыпки. При подтверждении цели сверление прекращается, и для обеспечения полного наполнения вводится конечный объем затирки.

Усиление интеграции

Для свай, требующих дополнительной растяжимости или изгибной мощности, армирование может быть интегрировано в самосверлительную систему несколькими способами. Предварительно собранные армирующие клетки могут быть опущены через полый корпус перед затиркой или, чаще, после завершения бурения вставляется центральная армирующая брусья или пучок брусьев. Сам самосверлильный кожух обеспечивает значительную структурную емкость и часто удовлетворяет требованиям к загрузке фундамента без дополнительного усиления. Для сейсмических областей или приложений с высокой дальней загрузкой кожух может быть дополнен полноразмерными армирующими клетками и высокопрочным бетоном, а не затиркой.

Добыча и завершение

После завершения затирки и размещения арматуры может быть извлечена головка бура и любые непостоянные компоненты корпуса. В большинстве систем головка бура жертвенна и остается встроенной. Буровая установка перемещается в следующее место свай, в то время как установленная свай набирает прочность. Общее время установки для типичного диаметра 600 мм, 20-метровая глубинная самосверлительная свая составляет 2-4 часа, по сравнению с 6-10 часами для обычной скученной конструкции свай в эквивалентных условиях.

Дизайн для самообслуживающихся скучающих копыт

Геотехнические условия и пригодность почв

Самосверлившиеся скученные сваи отлично работают в широком диапазоне почвенных и горных условий, но имеют специфические характеристики пригодности. Они превосходят в гранулированных почвах, таких как пески и гравии, где устойчивость скважины проблематична для обычных методов. Крепкие почвы, такие как глины и илы, также подходят, хотя процесс бурения может переформировать чувствительные глины, требуя внимания к снижению прочности. В очень мягких глинах или органических почвах, затиральная колонна имеет тенденцию выпирать и может потребовать больших объемов, чем теоретически ожидалось, увеличивая материальные затраты.

Условия породы требуют тщательного отбора битов. Мягкие осадочные породы, такие как песчаник, ил и слабый известняк, эффективно пробурены с помощью битов с карбидом. Жесткие магматические и метаморфические породы (гранит, базальт, гнейс) являются сложными и могут потребовать специализированных битов, пропитанных PDC или алмазами, которые увеличивают стоимость и снижают скорость проникновения. Для условий смешанного лица (почва над скалой) система бурения должна плавно переходить, а конструкция бита должна вмещать оба материала без чрезмерного износа или отклонения.

Мощность куста и механизмы переноса нагрузки

Механизм переноса нагрузки для самосверлившихся свай объединяет трение вала и подшипник конца, аналогичный обычным сварным сваям. Однако резьбовая поверхность обшивки значительно усиливает трение вала в гранулированных грунтах. Непрерывные нити создают механическое сцепление с окружающей почвой, аналогичное креплению винта. Сравнительные испытания нагрузки показали, что самосверлившиеся сваи развивают на 30-60% более высокое конечное сопротивление вала, чем гладкие сваи эквивалентных размеров в тех же условиях грунта.

Проектная мощность обычно проверяется с помощью статических нагрузочных испытаний или, где это разрешено, методов динамического нагрузочного тестирования. Для производственных проектов тестирование по крайней мере 1-2% свай является стандартной практикой. Ресурс тестирования Фонда геотехнической инженерии предоставляет исчерпывающую информацию о процедурах испытания нагрузки, методах интерпретации и критериях принятия для систем глубокого фундамента, включая самосверливающиеся сваи.

35-этажная жилая башня в лондонской Square Mile требовала глубоких фундаментов в пределах участка, ограниченного существующими зданиями с трех сторон и оживленной улицей на четвертой. Условия наземного строительства состояли из 8 метров сделанного грунта и террасных Гравий, лежащих над Лондонской глиной. Команда проекта выбрала самосверлившиеся скученные груды диаметром 600 мм, установленные на глубину 30 м, чтобы достичь образования Танет-Сэнд. Общая установка требовала 94 свай, завершенных за 6 недель, тогда как обычные скученные груды с временным корпусом были оценены в 11 недель. Наземные движения, измеренные в соседнем здании наследия, были в пределах 5 мм, значительно ниже 15-мм порога, указанного режимом мониторинга. Журнал ICE Geotechnical Engineering опубликовал несколько историй случаев подобных городских проектов скапливания, которые демонстрируют измеримые преимущества быстрых методов установки.