Содержание материала

§ 2. ПРОИЗВОДСТВО РАБОТ ПО ВОЗВЕДЕНИЮ ОПОР НА СТОЛБЧАТЫХ ФУНДАМЕНТАХ
Работы по сооружению сборных столбчатых фундаментов сводятся в основном к устройству куста несущих железобетонных столбов, заделываемых нижними концами в скальную породу и объединяемых в верхней части мощной железобетонной плитой.
Общими для всех конструкций столбчатых фундаментов являются следующие строительные работы: изготовление сборных железобетонных оболочек и погружение их в грунт до проектной отметки, заполнение оболочек бетоном и устройство плиты ростверка.
При сооружении плиты низкого ростверка требуется производить удаление грунта из котлована под прикрытием ограждения, мощность которого возрастает с глубиной заложения подошвы плиты. В случае устройства плиты высокого ростверка надобность в удалении грунта отпадает; ограждения котлована могут быть более легкого типа.
В зависимости от места сооружения фундаментов (на суше или на воде) технологическая схема производства работ несколько видоизменяется, причем более сложными являются работы на воде.
Последовательность работ по сооружению столбчатых фундаментов при большой глубине воды в реке может быть представлена в следующем порядке:

  1. изготовление железобетонных оболочек;
  2. изготовление на берегу и монтаж на плавучих средствах направляющего каркаса для фиксирования оболочек в проектном положении в процессе их погружения в грунт;
  3. устройство около направляющего каркаса специальной плавучей системы с подъемными и регулирующими полиспастами для установки каркаса в проектное положение;
  4. вывод направляющего каркаса с плавучей системой на место сооружения опоры и раскрепление их за якорницу и пеленажные якоря;
  5. опускание каркаса в воду, сборка его последующих секций (наращивание по высоте) и установка каркаса в проектное положение в плане;
  6. погружение до проектной отметки через ячейки направляющего каркаса нескольких железобетонных оболочек и подвешивание на них каркаса;
  7. освобождение плавучей системы и отвод ее от сооружаемой опоры; погружение в грунт остальных оболочек;
  8. удаление грунта из внутренних полостей оболочек;
  9. бурение скважин в основании оболочек, очистка их от шлама, установка арматурных каркасов и укладка бетона подводным способом в скважины и полости оболочек; контрольное бурение в нескольких столбах для определения качества подводного бетона;
  10. установка по периметру направляющего каркаса шпунтового ограждения котлована и погружение его в грунт до проектной отметки;
  11. удаление грунта из котлована и укладка подводным способом бетонного массива, объединяющего столбы;
  12. откачка воды из шпунтового ограждения с одновременным, при необходимости, тампонажем шпунтовых замков, снятие верхних секций оболочек, удаление туфообразного бетона из верхней части столбов, очистка котлована, установка опалубки, арматуры ростверка и бетонирование его;
  13. частичное снятие элементов направляющего каркаса в пределах контура тела опоры, установка опалубки тела опоры и бетонирование ее в пределах подводной части;
  14. разборка опалубки подводной части тела опоры, временное раскрепление шпунта в тело опоры, разборка оставшейся части каркаса, затопление котлована и разборка ограждения (выдергивание шпунта).

В тех случаях, когда погруженные оболочки не имеют достаточного заглубления в грунте для того, чтобы обеспечить необходимую устойчивость направляющего каркаса со шпунтовым ограждением, а также когда не требуется дополнительное погружение оболочек (для предотвращения натекания в них грунта в процессе бурения скважин в скальной породе), целесообразно до начала разбуривания скального основания столбов произвести укладку подводного бетона в котлован опоры.
По вышеописанной технологии производилось строительство мощных глубоких столбчатых фундаментов моста через р. Янцзы.
Для моста через р. Миньцзян в связи с меньшими размерами фундаментов технология производства работ была значительно упрощена. В частности, изготовление и полный монтаж направляющих каркасов производились на берегу; подъем, транспортировка и установка на место выполнялись плавучим краном. Остальные операции выполнялись в соответствии с приведенной выше схемой.
Для работ по сооружению столбчатых фундаментов на суше технологическая схема упрощается: отпадает транспортировка собранного каркаса, опускание его в проектное положение, подводная выемка грунта; упрощаются работы по устройству ограждения и бетонированию котлована.
В зависимости от объема работ, размеров оболочек, местных условий и наличного оборудования изготовление оболочек может производится как вручную, так и с использованием различного рода механизмов.

При сравнительно небольшом количестве оболочек их изготовление можно наладить быстрее в деревянной сборнощитовой опалубке. При большом объеме работ оболочки рационально изготовлять в металлических формах методом центрифугирования или в металлических виброформах.



Рис. 39. Фланцево-болтовой стык секций железобетонных оболочек диаметром 1,55 м
Рис. 40. Металлический наконечник для железобетонной оболочки диаметром 1,55 м

Оболочки диаметром до 2 м могут изготовляться в горизонтальном положении, в деревянной и металлической опалубке или методом центрифугирования. Изготовление оболочек диаметром свыше 2 м проще вести в вертикальном положении.
Для удобства изготовления, транспортировки и установки на место оболочки делают из отдельных секций. Длины секций назначают исходя из мощности подъемно-транспортного оборудования и условий комплектования оболочек необходимой длины.
Секции оболочек, как показала практика, наиболее удобно стыковать на фланцево-болтовых соединениях (рис. 39).
Фланцы, располагаемые по торцам секций, обеспечивают неизменяемость формы торцовой части в процессе изготовления и подъемно-транспортных операций и, кроме того, выполняют роль жестких поперечных диафрагм в оболочках большой длины при погружении их в грунт.
Для преодоления различных препятствий при погружении оболочек в грунт на нижних концах секций крепят (к их фланцам) металлические наконечники (рис. 40).
Расчет оболочек производится в предположении: 1) работы в конструкции фундамента с учетом заполнения их внутренней полости бетоном; 2) работы оболочек на монтажные усилия (подъем, транспортировка и складирование); 3) работы оболочек на восприятие усилий от вибропогружателя в процессе их погружения в грунт.
Армирование оболочек состоит из продольной и спиральной арматуры (рис. 41). Продольная рабочая арматура подбирается из условия восприятия максимальных растягивающих напряжений. Спиральная арматура рассчитывается на усилия, возникающие при совместной работе оболочки с бетонным заполнением.

Рис. 41. Схема железобетонной оболочки диаметром 1,55 м:
1 — секция оболочки; 2 — фланцево-болтовый стык секций оболочки; 3 — продольная арматура; 4 — спиральная арматура; 5 — металлический наконечник

Конструкция опалубки, применяемой для изготовления оболочек большого диаметра, должна предусматривать быстроту и удобство сборки, разборки и транспортировки, а также многократную оборачиваемость ее. В этом случае соблюдается следующая очередность технологических процессов;

  1. монтаж внутренней опалубки на специально обустроенном основании;
  2. установка заранее собранного арматурного каркаса с приваренными к арматуре фланцами;
  3. монтаж наружной опалубки;
  4. бетонирование оболочки;
  5. пропаривание в течение 2—3 ч;
  6. выемка внутренней опалубки;
  7. дальнейшее пропаривание;
  8. разборка наружной опалубки.


Все работы по изготовлению оболочек большого диаметра могут обслуживаться портальным краном соответствующей высоты и грузоподъемности, собранном из инвентарных металлических конструкций УИК-М.
Монтаж арматурных каркасов и приварка фланцев производятся на специальных шаблонах в вертикальном положении. Для предотвращения деформации каркаса в процессе транспортировки и складирования, в дополнение к продольной и спиральной арматуре, делается диагональная арматура в двух направлениях из нескольких витков, привариваемых к фланцам.
Укладка бетона производится с подмостей, установленных на внутренней опалубке с центрального раздаточного бункера.
Оболочки диаметром 1,55 м и длиной секций 3; 6; 9 и 12 м для моста через р. Янцзы изготовлялись в деревянной сборно-разборной щитовой опалубке (рис. 42) в горизонтальном положении. Последовательность работ была следующей:

  1. монтаж внутренней опалубки вокруг центрального бруса, который одновременно являлся осью вращения опалубки при сборке на ней арматурного каркаса и основных элементов раскружаливания;
  2. монтаж арматурного каркаса на внутренней опалубке и приварка арматуры к фланцам;
  3. установка наружной опалубки;
  4. бетонирование оболочки;
  5. пропаривание оболочки.

Пар подавался во внутреннюю полость опалубки, плотно закрытой с торцов деревянными щитами. В первый прием пар подавался в течение 8 ч, к концу подачи температура бетона доходила до 75— 85°. Во второй прием, после выемки внутренней опалубки, пар подавался в течение 6 ч.
Прочность бетона после пропаривания составляла 85—95% проектной.
Работы производились в две смены. На полный цикл изготовления одной секции оболочки затрачивалось 48 ч. В день изготовлялось 4—5 секций.
Изготовление металлических соединительных фланцев для оболочек диаметром 1,55 м проводилось силами строительства.
Каждый фланец состоял из двух колец (торцового и упорного), образующих пространственную систему путем присоединения их электросваркой к цилиндрической обечайке.
Торцовое кольцо имело отверстия для постановки соединительных болтов при стыковании секций оболочек. Упорное кольцо, опираясь на бетон, передавало на него часть сжимающих усилий.
Для предотвращения деформаций торцового кольца между обоими кольцами ставились ребра в количестве, равном количеству соединительных болтов. Для лучшего сцепления бетона с обечайкой по ее периметру сверлились отверстия диаметром 28 мм.
Заготовка обечаек производилась путем гнутья в холодном состоянии (на вальцах простейшей конструкции) полосового железа соответствующего сечения. Кольца изготовлялись из полосового железа гнутьем в горячем состоянии. Для предотвращения деформации при сварке свариваемый фланец крепился 20—25 болтами к ранее изготовленному. В течение смены один сварщик успевал сварить полностью один фланец.
Опыт изготовления в короткий срок (менее года) большого количества оболочек (более 6000 пог. м) в условиях строительства моста показал практическую целесообразность изготовления оболочек в горизонтальном положении в сборно-разборной щитовой опалубке для полевых условий.
Наряду с этим были выявлены и следующие недостатки. Подача пара во внутреннюю полость опалубки сократила ее оборачиваемость до 16—18 раз; монтаж арматуры на внутренней опалубке вместо установки ее готовыми каркасами удлинил цикл изготовления оболочек на 10—15 ч.
Оболочки диаметром до 2 м при сравнительно небольшом их количестве целесообразно изготовлять в деревянной сборно-разборной щитовой опалубке в горизонтальном положении. При больших объемах работ наилучшим является изготовление оболочек в заводских условиях методом центрифугирования на стационарных станках (центрифугах). В полевых условиях для этой цели применяют инвентарные передвижные станки. Оболочки изготовляют также в металлических виброформах.
Для фиксирования оболочек в проектном положении в течение всего периода погружения применяют направляющие устройства, 
конструкция которых зависит от размеров фундамента, диаметра и. глубины погружения в грунт оболочек, глубины и скорости течения воды.
В зависимости от указанных условий направляющие устройства могут быть разделены на три основных типа:
направляющие стрелы, подвешиваемые к кранам; направляющие стрелы в виде копров (переставляемые с помощью кранов) и каркасы различных конструкций.
Каркасы могут быть подразделены на инвентарные с многократной оборачиваемостью и разового использования, остающиеся в конструкции фундамента.
В свою очередь инвентарные каркасы могут являться только направляющими для погружаемых оболочек или одновременно и несущими каркасами, когда они являются дополнительно распорной конструкцией, предназначенной для удержания водо-грунтозащитных ограждений.
Необходимость применения направляющих устройств обусловлена спецификой погружения оболочки в начальный период, когда ее защемление в грунте незначительно, а высоко расположенный центр тяжести системы (оболочка-вибропогружатель) создает неустойчивое ее равновесие, для вывода из которого достаточно незначительного одностороннего препятствия под наконечником оболочки. Поэтому оболочки в процессе погружения из-за различной плотности грунта по их периметру и наличия местных препятствий стремятся перекоситься, смещаясь в плане.
На основании опыта применения направляющих устройств различных типов можно считать установленным, что лучшими направляющими устройствами для погружения наклонных и вертикальных оболочек различных диаметров как на суше, так и на водотоках являются инвентарные направляющие каркасы. Лучшими из них являются каркасы, в ячейках которых установлены продольные направляющие из деревянных брусьев. Зазор в свету между направляющими и оболочкой определяется точностью изготовления оболочек и не должен быть больше 2—3 см.
Высота направляющего каркаса определяется условиями обеспечения необходимой точности погружения оболочек в грунт и должна быть не менее 4—6 м.
Как показал опыт строительства опор ряда больших мостов, наиболее удобными и быстро монтируемыми (с минимальным количеством вновь изготовляемых элементов) являются сборно-разборные каркасы из инвентарных конструкций УИК-М.
Обычным направляющим каркасам может придаваться любая форма в плане. Для несущих каркасов наиболее рациональной формой является круглая.
В качестве примеров, иллюстрирующих применение каркасов различных типов, ниже приводится краткое описание конструкции и способов установки несущих каркасов индивидуальной проектировки для сооружения фундаментов опор моста через р. Янцзы,

 несущего инвентарного каркаса для опор моста через р. Миньцзян и направляющего копра для погружения оболочек диаметром 1,55 м для береговых опор моста через р. Чжанхэ.

Рис. 43. Схема направляющего каркаса для опор моста через р. Янцзы: 1 — заполнение каркаса; 2 — кольцо; 3 — ячейка для установки оболочки; 4 — консоль для подвешивания каркаса; 5 — шпунтовое ограждение; 6 — наружное кольцо для направления шпунта при установке

Направляющий каркас опор моста через р. Янцзы (рис. 43) представлял собой сквозную пространственную систему цилиндрической формы (диаметром 16,67 м) состоящую из радиально расположенных вертикальных ферм, связанных горизонтальными кольцевыми поясами через 6,5 м по высоте с уменьшением в отдельных случаях этого расстояния до 3—4 м. Эти пояса воспринимали внешнее давление воды и грунта, передающееся им через шпунтовое ограждение. Для усиления поясов и в целях экономии металла пространство между швеллерами колец заполнялось бетоном.
Круглая форма каркаса способствовала его облегчению, так как все элементы его при равномерном всестороннем давлении (при откачке воды из котлована) работали только на сжатие.

Для уменьшения объема подводного бетона в нижней части каркасов трех опор (№ 5, 6 и 7) устраивалась кольцевая опалубка для образования полости в средней части котлована. Каждая ячейка каркаса обстраивалась четырьмя вертикальными деревянными брусьями, служившими для направления оболочек при их установке и погружении. Зазор между оболочками и брусьями был в пределах 5 см.
Каркас изготовлялся на берегу. Контрольную сборку перед монтажом на специальном стеллаже проходили только пояса, которые состояли из 5—6 монтажных элементов. Допуски в размерах диаметров кольца пояса не превосходили 1/500 проектного размера.
Изготовленный на берегу каркас монтировался на металлическом понтоне около берега. Понтон обстраивался настилом, соответствующим диаметру каркаса. Каркас, как правило, собирался на неполную высоту. Окончание сборки каркаса производили после вывода и установки его на месте опускания.
Для вывода опускания каркаса, кроме несущего понтона, устанавливали с двух сторон направляющие понтоны, которые взаимно объединялись в плавучую систему (рис. 44) с помощью ферм из сборно-разборных инвентарных конструкций и обстраивались двумя подъемными вышками с полиспастами по 70 т на каждой.
Для возможности регулирования опускания каркаса при сильном течении, а также для более рационального распределения усилий в его элементах дополнительно к основным применялись четыре вспомогательных полиспаста грузоподъемностью от 15 до 30 т каждый, расположенных по два с верховой и низовой сторон каркаса.
В конструкции трех вспомогательных полиспастов использован принцип их постоянного натяжения. Это достигалось тем, что один конец троса шел на лебедку, а другой к свободно висящему грузу, обеспечивающему постоянство натяжения; четвертый вспомогательный полиспаст противовеса не имел.
Для возможности опирания каркаса на понтоны плавучей системы к нему крепились съемные кронштейны.
Обстроенный плавучими подмостями каркас выводился на реку и расчаливался на расстоянии 15—17 м от проектного положения опоры выше по течению реки. Плавучие подмости крепились за якорницу. Для последней использовался металлический понтон грузоподъемностью 400 т, оснащенный необходимым оборудованием и устройствами.
Якорница раскреплялась на реке при помощи становых железобетонных якорей-присосов весом по 35 т, рассчитанных на воспринятие усилия 100 т каждый, а также пеленажных якорей адмиралтейского типа. Плавучие подмости с каркасом, кроме крепления к якорнице, крепились также пеленажными тросами к соответствующим якорям. В нижней части каркаса были устроены два специальных кнехта, к которым крепились полиспасты, идущие на якорницу.

Рис. 44. Схема плавучих подмостей для установки на место направляющих каркасов:
1 — направляющий каркас; 2 — пояса направляющего каркаса; 3 - понтон для монтажа каркаса; 4 — понтон для размещения подъемных обустройств; 5 — соединительная ферма; 6 — подъемная вышка; 7 — подъемный полиспаст; 8 — дополнительный полиспаст; 9 — опорная консоль; 10 — тросы к якорнице; 11 — тросы к задним якорям; 12 — тросы к боковым якорям; 13 — противовес дополнительного полиспаста Каркас подвешивался на полиспастах, после чего из-под него выводился понтон, а сам каркас опускался в воду до тех пор, пока его кронштейны не опирались на понтоны плавучих подмостей. Смонтировав следующие секции каркаса, операцию повторяли, при этом опорные кронштейны разбирались, а опирание каркаса производилось на аналогичные кронштейны, заранее установленные на верхнем ярусе. За один прием каркас опускали на 4—6,5 м. На освобождение несущего понтона и опускание каркаса полиспастами с помощью электролебедок на глубину 6,5 м затрачивалось 6—8 ч.
Каркас опускали до проектного положения, определявшегося глубиной заложения нижней части подушки из подводного бетона, рабочим горизонтом воды в реке и отметкой дна русла реки.
Через ячейки расчаленного в проектном положении каркаса погружались до скалы маячные оболочки диаметром 1,55 м в количестве 8—14 шт. К ним при помощи опорных балок, тяг или полиспастов подвешивался каркас, а плавучая система освобождалась и отводилась к берегу для сборки на ней каркаса другой опоры. После подвешивания каркаса приступали к установке и погружению до скалы остальных оболочек.
По аналогии с каркасами опор моста через р. Янцзы для опор моста через р. Миньцзян была принята круглая в плане форма несущего каркаса. Каждый из трех каркасов представлял собой сквозную пространственную систему цилиндрической формы диаметром 10,2 м, собранную из элементов УИК-М с ячейками для девяти оболочек диаметром 1,55 м и двумя кольцевыми поясами из швеллеров, расположенными на расстоянии 4 м друг от друга. Кольца предназначались для удержания шпунтового ограждения котлована при сооружении плиты ростверка и тела опоры ниже отметки рабочего горизонта воды.
В ячейках для оболочек было поставлено по четыре деревянных направляющих бруса.
Вес каркаса с деревянной обстройкой 22 т. Из-за сравнительно небольшого веса установка каркасов на место производилась 20-тонным краном ГМК, смонтированным на вышке (из инвентарных элементов УИК-М), установленной на плашкоуте из двух понтонов.
Для подвешивания каркаса на период установки и погружения маячных оболочек на плашкоуте были устроены из УИК-М две выносные консоли. Выводка и установка каркаса в проектное положение производились аналогично описанным выше для моста через р. Янцзы, только с более слабыми обустройствами. Направляющие каркасы мостов через реки Янцзы и Миньцзян использовались также в качестве несущих рабочих площадок для установки буровых станков УКС-30 и УКС-31, производивших разбуривание скальных пород в основании погруженных оболочек.
Для фиксирования положения оболочек диаметром 1,55 м в процессе их наклонного погружения в грунт на береговых опорах применялся направляющий копер (рис. 45). Копер представляет собой несущую стрелу с продольными направляющими для роликов вибропогружателя, шарнирно опертую на горизонтальную пространственную опорную балку. Шарнирное опирание стрелы в сочетании с двумя продольными винтами позволяет легко регулировать ее наклон в пределах до 6 : 1. Для фиксирования положения погружаемых оболочек стрела имеет специальные жесткие ограничители.

Рис. 45· Схема направляющего копра:
1 — погружаемая оболочка; 2 — вибропогружатель; 3 — направляющая конструкция; 4 — винтовой упор; 5 — ограничители; 6 —несущая конструкция; 7 — боковые упорные подкосы; 8 — противовес; 9 — рельсовый путь
Вся конструкция копра, за исключением некоторых деталей, собрана из инвентарных элементов УИК-М.
В результате погружения большого количества железобетонных оболочек диаметром 1,55 м в различные грунты на глубину вид сбоку до 40 м было установлено следующее:

  1. для успешного погружения оболочек вибропогружателями необходимо в процессе погружения производить периодическую выемку грунта;
  2. применение подмыва песчаных грунтов внутри полости оболочек облегчает их погружение, но менее эффективно, чем выемка грунта; для плотных грунтов как внутренний,так и наружный подмыв неэффективны;
  3. подмыв песчаных грунтов по наружному периметру оболочек способствует ускорению их погружения; но ввиду необходимости применения дополнительных обустройств и значительной его стоимости наружный подмыв следует рассматривать как крайнее средство, когда мощность вибропогружателя оказывается недостаточной;
  4. возмущающая сила вибропогружателя должна несколько превышать вес оболочек и, в крайнем случае, быть равной ему;
  5. работа вибропогружателя на погружении оболочек тем эффективнее, чем больше жесткость оголовника, через который он крепится к погружаемой оболочке.

Процесс погружения оболочек в грунт вибропогружателями состоит из периодического чередования погружения и выемки грунта изнутри оболочек; при этом, как правило, погружение оболочки исчисляется минутами, выемка грунта — часами.
При погружении оболочки вибропогружатель работает периодами продолжительностью до 10 мин; в паузах производятся подтяжка болтов крепления вибропогружателя к оболочке и контроль ее положения.
Для предотвращения развертывания гаек в фланцевых соединениях секций оболочки их после предварительной затяжки до отказа приваривают к болтам.
В зависимости от структурных особенностей, плотности грунта
и размера поперечного сечения погружаемой оболочки выемка его может производиться эрлифтами и гидроэлеваторами.
Внутренний и наружный подмыв грунта при погружении оболочек в случае необходимости может производиться подмывными трубками диаметром 75 мм с наконечником, имеющим одно центральное отверстие диаметром 16—20 мм и четыре боковых отверстия диаметром по 8 мм. Давление воды назначается в зависимости от плотности грунтов в пределах от 4 до 15 ат. Расход воды на одну подмывную трубку до 50 м3/ч.
Путем регулируемой подачи воды в подмывные трубки наружного подмыва, как показала практика, легко удавалось исправлять перекосы оболочек в процессе их погружения.
Для опор моста через р. Янцзы было погружено 234 оболочки длиной до 45 м каждая в мелкопесчаный грунт на глубину от 1 до 23 м.
В слои грунта толщиной меньше 10 м оболочки погружались без подмыва. При толщине слоя грунта свыше 10 м для ускорения погружения при недостаточной мощности вибропогружателя часть оболочек погружалась с подмывом. Подмыв производился водой с давлением до 15 ат. В сутки при трехсменной работе одним вибропогружателем погружалось до шести оболочек.
На мосту через р. Миньцзян было погружено в галечно-валунный грунт толщиной от 3 до 8 м 27 оболочек диаметром 1,55 м.
Оболочки погружались в грунт вибропогружателем ВП-4 без подмыва с выемкой грунта из внутренней полости их с помощью оригинального приспособления, сделанного силами строительства и названного «гидрожелонкой». В день при трехсменной работе погружались 2—3 оболочки.
На мосту через р. Чжанхэ для устоев было погружено 10 оболочек, из них четыре с наклоном 10:1. Грунт — лессовидный суглинок, подстилаемый слежавшейся брекчиевидной смесью крупной гальки с глиной. Оболочки погружались с помощью ВП-4 в суглинок на 22—23 м и заглублялись дополнительно в гальку на 2—3 м. Погружение оболочек производилось без подмыва с удалением грунта эрлифтами.
Опыт вибропогружения большого количества оболочек диаметром 1,55 м в различные грунты показал, что успех погружения зависит от своевременного удаления грунта из внутренней полости оболочек. В зависимости от плотности проходимых грунтов прекращение погружения оболочек (при прочих равных условиях) наступало в случае образования грунтовой пробки высотой от 2 до 10 м внутри оболочек.

Рис. 46. Схема гидрожелонки:
1 — корпус гидрожелонки; 2 — всасывающая труба; 3 — водоподводящие трубы; 4 — сетка; 5 — ребра жесткости

Для удаления различных грунтов из оболочек диаметром 1,55 м были изготовлены силами строительства и опробованы в производственных условиях гидроэлеваторы с центральными и кольцевыми насадками, эрлифты, двухступенчатые эрлифты и гидроэлеваторы с регулируемыми насадками, комбинированные гидроэлеваторы с эрлифтами, гидроэлеваторы и эрлифты с применением подмыва, гидроэлеваторы с приемными бункерами (так называемые гидрожелонки), пневматические и тросовые грейферы. После обширных производственных испытаний было установлено, что из оболочек диаметром 1,55 м песчаные и супесчаные грунты лучше всего удаляются с помощью эрлифтов различных конструкций, имеющих диаметр всасывающей трубы от 10 до 20 см. Суглинистые грунты удаляются эрлифтами с предварительным их рыхлением одной или двумя подмывными трубками (давление воды от 5 до 10 ат). Для разработки глинистых грунтов могут быть использованы малогабаритные грейферы специальной конструкции, могущие производить предварительное рыхление грунтов, или буровые механизмы различных конструкций. Удаление галечных грунтов из оболочек опор моста через р. Миньцзян было успешно осуществлено с помощью гидрожелонки, представляющей собой гидроэлеватор с кольцевой насадкой, оборудованный приемным бункером. Принципиальная схема гидрожелонки приведена на рис. 46. Вода под давлением 5—8 ат, выходя из кольцевого зазора всасывающей трубы, засасывала гальку, которая затем откладывалась в приемном бункере. Над выходом всасывающей трубы была установлена отбойная сетка. О силе всасывания можно судить по тому факту, что при диаметре всасывающей трубы 25 см в бункере гидрожелонки откладывались валуны весом до 20 кг.  Вода для работы гидрожелонки подавалась от одного насоса производительностью 150 м3/ч. На заполнение бункера гидрожелонки объемом 0,8 м3 затрачивалось 5—7 мин. Применение гидрожелонки сравнительно просто решило проблему выемки крупногалечного грунта, который не мог быть удален гидроэлеваторами и эрлифтами различных конструкций, а также пневматическим и канатным грейферами.
Ограждение котлованов опор делается для производства работ насухо по сооружению фундамента и тела опор, находящихся ниже отметки воды в реке или поверхности грунта.
Металлический шпунт позволяет делать ограждения любого очертания в плане высотой до 40 м. Использование металлического шпунта в качестве водо-грунтозащитного ограждения благодаря его многократной оборачиваемости и простоте применения наиболее рационально, хотя и не исключает возможности применения других конструкций ограждения.
На мосту через р. Янцзы для ограждения котлованов применялся шпунт корытного типа Ларсен длиной до 38 м. Стыкование шпунта осуществлялось электросваркой.
Для сокращения общей длины монтажных замков (для уменьшения притока воды в котлован), увеличения жесткости шпунта при его транспортировке и ускорения работ было решено применять не отдельные шпунтины, а сплотки, составленные из трех шпунтин каждая. Для ограждения одной опоры устанавливалось 44 сплотки.
Установка шпунта по периметру направляющего каркаса выполнялась с помощью плавучего крана, оборудованного двумя гаками, за 3—4 суток при трехсменной работе. Очередность установки шпунта определялась направлением от верховой к низовой стороне опоры. Замыкание шпунтового ограждения производилось в низовой стороне опоры. Установка замыкающей шпунтины не вызывала затруднений.
Для придания правильного направления шпунту первая сплотка опускалась по направляющему деревянному брусу, заранее прикрепленному к кольцам каркаса на всю высоту. Для обеспечения цилиндрической формы шпунтового ограждения применялись 2—4 наружных фиксирующих кольца, которые обеспечивали заданное направление шпунту при его установке и погружении в грунт.
Кольца подвешивались к каркасу и в процессе установки шпунта прикреплялись либо за шпунт, либо снова за каркас с помощью кронштейнов. Кольца изготовлялись из одиночных швеллеров, а подвески для них — из уголков.
После установки всего шпунтового ограждения производилась его забивка в грунт паровыми молотами двойного действия 10В-3 и 9В-3 или вибропогружателями ВП-1. Для установки их на шпунт применялись специально изготовленные наголовники, устанавливаемые сразу на всю сплотку из трех шпунтин.
При глубине погружения шпунта в грунт свыше 5—7 м применялся односторонний подмыв с помощью одной подмывной трубки диаметром 75 мм. В этом случае требовалось уделять особое внимание вертикальности погружения шпунта.
Для повышения водонепроницаемости шпунта проводились следующие мероприятия на складе:

  1. тщательно проверялись замки;
  2. производилось укрупнение шпунта в сплотки, составленные из трех шпунтин каждая, с тщательной конопаткой и шпаклевкой «складских» замков;
  3. обеспечивалась аккуратная транспортировка шпунта со склада и установка его в ограждение опоры, для чего приваривались в необходимых местах специальные строповочные приспособления (рис. 47), а во избежание расстройства конопатки замков применялись объемлющие хомуты (рис. 48) по 4—5 шт. на сплотку, которые при установке сплоток в ограждение поочередно снимались;
  4. применялась удачная конструкция продольного стыка (рис. 49) для соединения шпунтин по длине.


Рис. 47. Строповочные приспособления для подъема сплотки шпунта, состоящей из трех шпунтин

Для уменьшения притока воды через шпунтовое ограждение перед установкой сплоток заполняли монтажные замки шпунта смесью из опилок и сухой глины; в отдельных случаях обсыпали снаружи ограждение смесью из опилок, шлака и глиняного порошка (при водоотливе из котлована) с целью закрытия монтажных замков; конопатили монтажные замки изнутри ограждения при пониженном уровне воды в котловане.

Следует также отметить, что круглая форма шпунтового ограждения благодаря сжатию замков под действием внешнего давления воды при водоотливе из котлована способствовала лучшей водонепроницаемости.
Эти мероприятия обеспечили (при напоре воды до 16 м) минимальное поступление воды в котлован.
На мосту через р. Миньцзян при глубине воды в период работ до 8 м был использован шпунт типа Ларсен длиной до 12 м. Технология устройства ограждения была такая же, как и на мосту через р. Янцзы.
Забивка шпунта в гальку на глубину 1,5—2,0 м производилась молотом 10В-3. После откачки поступление воды в котлованы (находившиеся под прикрытием снизу слоя подводного бетона, а с боков — шпунта) было незначительным.

Таким образом, благодаря принятым мерам по предварительной конопатке шпунта и последующим мероприятиям по тампонажу стыков удалось достигнуть полного осушения котлованов при однорядном шпунтовом ограждении, что позволило значительно сократить сроки и снизить стоимость работ по сооружению опор.

Рис. 48. Конструкция объемлющих хомутов для закрепления шпунтин в сплотке при транспортировке (в цепях предотвращения расстройства конопатки в пазах между шпунтинами сплотки)

Укладка подводного бетона в котлованы производится для прекращения поступления воды через их дно при сооружении плит ростверков, а в некоторых случаях и для уменьшения свободной длины несущих столбов. На опорах, где низ подводного бетона располагается ниже дна реки, из котлована до необходимой отметки предварительно удаляется грунт.


Рис. 49. Конструкция продольного стыка шпунтин

После этого производится укладка бетона подводным способом. Лучшим и наиболее производительным способом подводной укладки бетона является метод вертикально поднимающейся трубы (ВПТ): укладка через вертикальные бетонолитные трубы с внутренним диаметром 25—30 см, устанавливаемые в котловане равномерно по его площади из расчета 20—30 м2 поверхности на одну трубу.
Для обеспечения хорошей растекаемости и обволакивания оболочек необходимо применять бетон с осадкой конуса 18—20 см при щебне с крупностью фракций до 2 см. Толщина слоя укладываемого бетона (не менее 1 м) определяется исходя из производительности работ на укладке бетона и площади котлована.
При бетонировании на больших глубинах необходимо обращать особое внимание на плотность стыкования секций бетонолитных труб, а также на предотвращение прорыва воды через низ трубы. В противном случае при сбрасывании бетона в воду происходит вымывание цемента, а в некоторых случаях разрыв труб вследствие гидравлического удара.
При укладке подводного бетона методом ВПТ в котлованы опор моста через р. Янцзы применялся бетон с осадкой конуса 18 — 20 см. Радиус растекания бетона находился в пределах 5—7 м. Использовались металлические трубы диаметром 25 и 30 см с длиной секций 1—2 м, стыковавшихся между собой на болтах с постановкой клингеритовых прокладок.
Бетон приготовлялся двумя плавучими бетонными заводами общей производительностью 31 м2/ч и подавался на укладку одним плавучим краном кублами емкостью около 2 м3. Подводное бетонирование производилось при глубинах воды 35—40 м, что почти в два раза превысило глубину бетонирования, рекомендуемую для метода ВПТ существующими нормативами.
Поверхность очищенного подводного бетона, осмотренная на всех восьми опорах моста, оказывалась всегда сравнительно ровной (местные неровности достигали 1 м); бетон был однородным, без признаков расслоения.
Выбуренные образцы подводного бетона из котлованов опор показали удовлетворительные результаты; прочность выбуренных образцов была на 20—30% ниже кубиковой прочности.
Укладка бетона в котлованы опор моста через р. Миньцзян производилась также методом ВПТ. Бетон подавался через три трубы диаметром 25 см при глубине воды до 10 м. Укладка бетона в котлован одной опоры производилась в течение 10—15 ч. Качество укладки бетона было хорошее. Бетон с осадкой конуса 18—20 см приготовлялся на гравии крупностью до 25 мм.
Опыт работ по подводному бетонированию на речных опорах моста через реки Янцзы и Миньцзян позволяет сделать следующие выводы.
Подводное бетонирование практически возможно производить при любой глубине воды; нет оснований в нормативах иметь на этот счет какие-либо ограничения.
Для обеспечения лучшей растекаемости и плотности подводного бетона, получения более ровной его поверхности, улучшения производственных условий (уменьшение числа труб, устранение возможности застревания бетона в трубах и т. д.) следует рекомендовать применение бетона с осадкой конуса не менее 18 см. Особенно это важно для сооружений, имеющих препятствия для растекания бетона в виде свай, оболочек и т. д. Для уменьшения расхода цемента следует применять минеральные добавки и пластификаторы.
Большие давления, передаваемые на несущие столбы, требуют качественной заделки их низа в прочные слои скальных пород. Заделка столбов осуществляется в скважинах, пробуренных в основании оболочек, путем последующего заполнения скважин и оболочек бетоном. Скважины бурят через внутреннюю полость погруженных до скальной породы оболочек диаметром, равным внутреннему диаметру оболочек. Глубина бурения скважин определяется физико-механическими свойствами скальной породы и расчетными давлениями на столбы. Для надежной связи в полость скважин и оболочек перед заполнением их бетоном устанавливают металлические арматурные каркасы. Конструкция каркасов определяется расчетом в зависимости от действующих на столбы усилий в уровне поверхности скальной породы.
Практика строительства фундаментов инженерных сооружений не имела примеров применения забуриваемых в скальные породы несущих столбов диаметром свыше метра, поэтому этот вопрос пришлось решать путем проведения широких опытных работ (для выявления необходимого оборудования и технологии работ). Применяемое в горной промышленности оборудование для бурения скальных пород не могло быть использовано без существенной переработки. В условиях ограниченных сроков и возможностей проведения опытных работ лучшим, после практического опробования, было признано бурение скальных пород ударно-канатным способом. Этому способствовало то обстоятельство, что данный метод ранее широко применялся в разведочном бурении и зарекомендовал себя с хорошей стороны простотой производства работ.

Станок ударно-канатного бурения
Рис. 50. Станок ударно-канатного бурения УКС-30:
1 — оттяжной ролик; 2 — оттяжная рама; 3 — промежуточный ролик; 4 — станина; 5 — клиноременная передача; 6 — электродвигатель; 7 — инструментальный барабан; 8 — цепная передача; 9 — ударный вал; 10 — главный вал; 11 — желоночный барабан; 12 — талевый барабан; 13 — блок инструментального каната; 14 — блок желоночного каната; 15 — талевые блоки; 16 — оттяжки; 17 — мачта; 18 — инструментальный канат; 19 — желоночный канат; 20 — желонка; 21 — сборная железобетонная оболочка; 22 — сжимы; 23 — долото

Однако имевшееся серийное оборудование для ударно-канатного бурения было недостаточной мощности, поэтому в процессе проведения опытных работ были созданы усовершенствованные конструкции тяжелых долот, ударно-канатный станок УКС-31 для работы с этими долотами и проведено усиление станка У КС-30, серийно выпускаемого для нужд горной промышленности. Созданное оборудование позволило с успехом в короткие сроки закончить бурение 224 скважин в скальных породах различной прочности в основании несущих столбов опор моста через р. Янцзы и 27 скважин в основании опор моста через р. Миньцзян.
Глубина скважин в зависимости от прочности пород была в пределах от 2 до 7м. Модернизация станка УКС-30 сводилась к укорочению мачты с 16,3 до 12 м, установке более мощных роликов и их осей на верхней части мачты, установке более мощных пружин амортизаторов. Станки УКС-30 (рис. 50) работали с долотами весом 3 т вместо 2,5 т по паспорту. Несмотря на это, станки работали нормально продолжительное время. Станки УКС-31 (рис. 51), созданные силами строительства, работали с долотами весом до 4,5 т. При опытном бурении скважин диаметром 2,7 м эти станки работали с долотами весом 8 т. Техническая характеристика станков УКС-30 и УКС-31 приведена в табл. 6.
Из опробованных долот лучшими были признаны долота клепаной конструкции (рис. 52). Конструктивный чертеж клепаного долота приведен на рис. 53. Резцы клепаных долот изготовлялись из стали У-8 и прикреплялись к долоту заклепками для возможности их смены. При износе резцы восстанавливались наваркой электродами из сталинита. Кроме клепаных долот, применялись литые долота крестового типа весом до 4,5 т (рис. 54).
В процессе дробления породы долото за цикл подъема и опускания поворачивалось на некоторый угол, что предотвращало удары долота по одному и тому же месту, устраняя возможность образования значительных местных углублений вместо равномерного дробления породы по всей поверхности основания скважины (забоя).


Рис. 51. Станок УКС-31 с крестовым клепаным долотом (диаметром 2,65 м)


Рис. 52. Общий вид клепаного долота диаметром 1,30 м

Таблица 6

Рис. 53. Долотоклепаной конструкции:
1 — корпус долота; 2 — резцы; 3 — направляющие фонари; 4 — деревянная окантовка направляющих фонарей; 5 — трос

  Поворот долота осуществлялся за счет раскручивания свивки троса оболочек с породой. Тампонажный слой бетона толщиной 1—1,5 м укладывался подводным способом (методом ВПТ) на очищенную от грунта (путем взмучивания его напорной водой) поверхность скальной породы. Применялся бетон с осадкой конуса 18—20 см и кубиковой прочностью до 200 кг/см2. В зависимости от температуры воды в оболочках уложенный бетон до начала бурения выдерживался в течение 4—5 суток.
Процесс бурения скважин в скальной породе состоял из чередующихся циклов дробления породы долотом и очистки скважины от разбуренной породы. Очистка скважины от разбуренной породы (шлама) производилась регулярно через 0,4—0,5 м углубления ее. Для удаления шлама применялась желонка со сферическим клапаном (рис. 56). Опускание и подъем желонки из скважины производились буровым станком.
Контроль за интенсивностью бурения (углублением скважины) осуществлялся по меткам на канате, к которому подвешивалось долото при натяжении его (в момент подъемки долота).
Свобода обратного скручивания троса в момент нахождения долота на забое обеспечивалась применением специального канатного замка (рис. 55). Для придания ровной поверхности боковым стенкам скважины наружные резцы долота делались Т-образной формы в плане.
Значительный объем выполненных работ по бурению скважин в различных скальных породах позволил отработать технологию ведения буровых работ в следующем порядке выполнения отдельных операций: 1) удаление грунта из внутренней полости оболочек до поверхности скальной породы; 2) тампонаж бетоном места контакта оболочек с поверхностью породы; 3) установка бурового станка над оболочкой и производство бурения; 4) очистка скважины от шлама и подготовка ее к заполнению бетоном.
Грунт из полости оболочек в зависимости от его структурных особенностей удалялся с помощью эрлифтов (песок, супесь); эрлифтов с подмывом (суглинки, глины); гидрожелонок (гравий и галька).

Рис. 51. Литое долотокрестового типа диаметром 1,30 м

В тех случаях когда наконечники погруженных оболочек не имели плотного касания с породой по всему периметру и в процессе бурения породы в скважину натекал грунт, применялся тампонаж бетоном места контакта.

Рис. 55. Канатный замок долота: / — вкладыш; 2 — втулка; 3 — трос;
4 — верхняя часть долота

Рис. 56. Желонка со сферическим клапаном:
1 — корпус желонки; 2 — сферический клапан; 3 — дужка

Контроль за правильностью бурения скважины (обеспечение цилиндрической формы) производился с помощью мерника, представлявшего собой цилиндр диаметром 1,2 м, высотой 2 м, который периодически опускался в скважину на канате (к которому подвешивалась желонка) в процессе удаления шлама. Глубина опускания мерника в скважину контролировалась по длине каната. Сопоставляя полученную глубину с глубиной опускания долота, получали данные о наличии или отсутствии местных углублений. В случае обнаружения местных углублений производили заброску камня на высоту, несколько превышающую величину углубления, и производили повторное разбуривание. Для повышения производительности труда бурение породы проходило под глинистым раствором, который, взвешивая частицы разбуриваемой породы, оставлял забой свободным от подушки из шлама, способствуя тем самым более производительной работе долота. Пробуренная до проектной глубины скважина после проверки ее размеров мерником очищалась от шлама и глинистого раствора эрлифтом. При бурении скважин диаметром 1,35 м в скальных породах с кубиковой прочностью от 500 до 1200 кг/см2 интенсивность углубления скважин станками УКС-30 при весе долота 3 т находилась в пределах 1,8—4,1 мм/мин (в среднем 3,4 мм/мин), станками УКС-31 при весе долота 4,5 т интенсивность углубления скважин находилась в пределах 3,3— 7,7 мм/мин (в среднем 5,3 мм/мин).
На строительстве моста через р. Янцзы были проведены опытные работы для выявления практических возможностей других способов бурения скальных пород (кроме ударно-канатного способа). В опытном порядке были опробованы станки колонкового бурения. 

Рис. 57. Буровой станок ТМ-1300 с коронкой

1 — корпус головки; 2 — шарошка; 3 — ось вращения шарошки           


Рис. 59. Буровой станок ТМ-1300 с шарошечной головкой

ТМ-1300, запроектированные и изготовленные силами строительства штанговые станки вращательного действия БВС-1300 и приспособления для вращения долот при ударно-канатном способе бурения в наклонных оболочках. Станок ТМ-1300 (рис. 57) проектировки «Укргипрошахт» был опробован на бурении кремнистого мергеля коронкой с резцами из твердого сплава. Испытания положительных результатов не дали, так как при сравнительно низкой интенсивности бурения часто ломались резцы. Взамен коронки с резцами была изготовлена шарошечная головка (рис. 58). Бурение прочных известняков станком ТМ-1300, оборудованного шарошечной головкой (рис. 59), дало удовлетворительные (результаты.

Станок БВС-1300 представляет собой приводной механизм (редуктор с электромотором), смонтированный на специальном фундаменте, который закрепляется на фланце верхнего конца оболочки диаметром 1,55 м (рис. 60), секционной штанги трубчатого сечения и шарошечной головки, укрепляемой на нижнем конце штанги. Технические скорости бурения скальных пород станками ТМ-1300 и БВС-1300 примерно одинаковы. Как показал опыт работы, существенным недостатком станка БВС-1300 является наличие приводной штанги, на монтаж и демонтаж которой затрачивалось много времени. В отличие от БВС-1300 станок ТМ-1300 имеет приводной механизм, расположенный вблизи режущего инструмента (коронки, шарошки); опускание и подъем осуществляются электролебедкой на тросе, что позволяет значительно сократить непроизводительное время работы буровых станков.

Рис. 60. Приводной механизм станка БВС-1300:
1 — электромотор; 2 — корпус редуктора; 3 — шестерня для вращения штанги; 4 — фундамент корпуса

Для проверки возможности использования ударно-канатных станков для бурения скважин в основании наклонных оболочек было изготовлено долото понудительного вращения (рис. 61). Вращение долота происходит в момент падения его на забой за счет крутящего момента, получающегося от самоустановки оси направляющих роликов под углом 75—80° (вместо 90° при подъеме долота) к оси долота. Опыт бурения скважины в бетоне, имевшем включения крупных камней известняка, подтвердил принципиальную возможность бурения наклонных скважин ударно-канатными станками.


Рис. 61. Долото для бурения наклонных скважин:
1 — канатный замок долота; 2 — направляющие ролики; 3 — режущая часть долота; 4 — металлический предохранительный цилиндр

Сравнительно небольшое количество опытных работ не позволяет сделать обоснованные выводы о преимуществах или недостатках различных способов бурения и конструкции станков. Однако на основании практической проверки можно считать, что, наряду с необходимостью дальнейшего совершенствования ударно-канатного способа, следует вести работы в направлении освоения бурения станками вращательного действия. Из опробованных станков вращательного действия лучшие технико-экономические показатели имел станок ТМ-1300.
Столбчатые конструкции фундаментов в отличие от массивных позволяют полностью использовать допускаемые напряжения на бетон несущих столбов. Поэтому качество бетона столбов вне зависимости от способа укладки должно быть всегда высоким.
Обеспечение необходимого качества бетона при укладке насухо не вызывает затруднений и достигается сравнительно легко. Требуемое качество бетона, укладываемого подводным способом, при затруднениях с ведением постоянного контроля за укладкой может быть обеспечено только выбором наиболее надежного способа бетонирования. После многократного опытного опробования (на строительстве моста через р. Янцзы) различных способов подводного бетонирования столбов лучшим был признан способ укладки бетона через бетонолитную трубу (способ ВПТ) с предварительной промывкой скважин в скальной породе водой через трубки, укрепленные на бетонолитной трубе. При этом благодаря предварительной промывке скважины непосредственно перед подачей бетона обеспечивается качественное соединение бетона со скальной породой, а взмученный струями воды шлам, как более легкий, осаживается на поверхности укладываемого бетона.
Свежий бетон выходит из бетонолитной трубы, конец которой находится в толще бетона на глубине от 1 до 5 м, чем исключается возможность попадания шлама в толщу бетона, а также предотвращается прорыв воды в трубу.
Для укладки бетона способом ВПТ необходимо иметь:

  1. бетонолитную трубу 1 (рис. 62) с внутренним диаметром 25—30 см с подмывной системой, состоящей из подводящих шлангов 2 диаметром 10 см и двух или четырех подмывных трубок 3 диаметром 6—7 см с наконечниками 4, расположенными по периметру бетонолитной трубы на расстоянии 30—50 см от ее низа;
  2. поверхностный вибратор 5 мощностью 2—3 кВт, закрепляемый на бетонолитной трубе в основании приемного бункера, для предотвращения заклинивания бетона в трубе;
  3. приемный бункер для бетона 6, объем которого подбирается из расчета, чтобы низ бетонолитной трубы после подачи первой порции бетона был погружен в бетоне не менее чем на 1—1,5 м;
  4. направляющие фонари 7 для возможности установки бетонолитной трубы по центру бетонируемой оболочки;
  5. обустройства 8 подъема и спуска бетонолитной трубы в процессе бетонирования (ручные тали или лебедки).


Рис. 62. Схема бетонолитной трубы с обустройствами: 1 — бетонолитная труба; 2 — подводящий шланг; 3 — подмывная трубка; 4 — наконечник подмывной трубки; 5 — поверхностный вибратор; 6 — приемный бункер для бетона; 7 —направляющий фонарь; 8— обустройства (полиспасты, тали и т. п.) для подъема и спуска бетонолитной трубы

На основании опыта подводной укладки бетона в 261 оболочку диаметром 1,55 м на мостах через реки Янцзы и Миньцзян при глубинах воды от 4 до 40 м окончательно была отработана технология подводного бетонирования в следующем порядке выполнения отдельных операций. Сначала производится очистка скважины от шлама, затем устанавливается арматурный каркас и бетонолитная труба с приемным бункером в оболочку.
При очищенной полностью скважине низ трубы не доводится на 35—40 см до ее дна; при наличии шлама низ трубы доводится до поверхности шлама. Труба на талях или полиспастах подвешивается к несущим обустройствам простейшей конструкции (козлы, различного рода подставки и др.). В систему подмывных трубок, укрепленных на бетонолитной трубе, подается вода с напором 4—12 ат; в зависимости от количества имеющегося в скважине шлама производится промывка ее в течение 5—20 мин.
Одновременно с промывкой в горловине бункера устанавливается пробка и производится заполнение бункера бетоном. Низ бетонолитной трубы приподнимается над дном скважины на высоту 35— 40 см. Производится срезка каната, удерживающего пробку. При начале движения бетона в бункере подача воды в подмывные трубки прекращается.
При дальнейшем бетонировании ведется наблюдение за тем, чтобы бетонолитная труба была погружена в толщу бетона не менее, чем на 1 м.
В фундаментах с расположением столбов на близком расстоянии (в пределах до двух диаметров между центрами) при разбуривании скальных пород с наклонным расположением слоев возможно выпадание перегородок, отделяющих одну скважину от другой, в результате чего при бетонировании скважин бетон будет протекать в соседние неочищенные скважины. Для предотвращения указанного заполнение скважин бетоном должно производиться по мере их готовности с тем, чтобы при бетонировании их соседние скважины оставались непробуренными или заполненными бетоном. В тех случаях, когда имеется опасность натекания грунта в скважину из-под наконечника оболочки (в месте контакта оболочки со скальной породой), а меры дополнительного осаживания оболочки или тампонажа забоя оказываются неэффективными, объем первой порции непрерывно поступающего бетона должен быть таким, чтобы его было достаточно на заполнение скважины и перекрытие места контакта оболочки с породой.
При сооружении опор мостов через реки Янцзы и Миньцзян каждая из скважин, пробуренных в основании оболочек, после очистки ее от шлама проверялась с помощью мерников простейшей конструкции по диаметру и глубине.
Проверка качества подводного бетона в столбах и его контакта со скальной породой на забое скважины производилась на каждой опоре выборочным выбуриванием контрольных кернов станком КАМ-300. Контрольное бурение производилось на глубину не менее  1 м ниже отметки забоя скважины и оформлялось актом. Контрольные скважины заполнялись цементным раствором.
Контрольное бурение было произведено на всех опорах. Из выбуренных кернов подводного бетона было испытано на раздавливание свыше 200 образцов. В результате испытания образцов была выявлена кубиковая прочность бетона столбов, которая находится в пределах от 300 до 600 кг/см2 при принятой расчетной прочности 170 кг/см2 и кубиковой прочности 250—300 кг/см2.
Для заполнения оболочек применялся бетон с осадкой конуса 18—22 см при цементе марки 500 и крупности щебня 5—20 мм. При сопоставлении данных испытания образцов было установлено, что с увеличением глубины укладки прочность подводного бетона увеличивается. Повышение прочности бетона с глубиной укладки предположительно можно обосновать фактором его уплотнения, которое получается вследствие спуска бетона с большой высоты, а также вследствие дополнительного прессования его, происходящего под действием веса свежеуложенного столба бетона и воды над бетоном.
Как показало тщательное ознакомление с большим количеством выбуренных кернов, расслоения бетона вследствие его спуска по бетонолитной трубе с большой высоты (до 50 м) не происходит.
Полученные результаты контрольного бурения бетона столбов, уложенного подводным способом, дают основание утверждать, что для производственного использования может быть рекомендован способ укладки бетона через бетонолитные трубы с обязательной промывкой забоя струями воды непосредственно перед укладкой бетона. Этот метод обеспечивает качественную укладку бетона и является наиболее простым из всех существующих в настоящее время при безусловном выполнении требования о том, чтобы низ бетонолитной трубы в процессе укладки бетона был всегда заглублен в бетон на величину, предотвращающую попадание в нее воды. Несоблюдение указанных требований приводит к вымыванию цемента из бетона или образованию в бетоне прослоек из грунта и шлама. К этому следует добавить, что основной причиной попадания воды в бетонолитную трубу, как показала практика, является вынужденное приподнимание ее над бетоном в случае заклинивания бетона в трубе. Поэтому для предотвращения попадания воды в бетонолитную трубу в процессе укладки бетона необходимо полностью устранить причины, способствующие заклиниванию бетона. Это достигается осуществлением следующих мероприятий:

  1. бетон должен иметь осадку конуса 18—22 см; 2) в процессе подачи бетона низ бетонолитной трубы в зависимости от пластичности бетона должен находиться в бетоне не менее чем на 1,0 м и не более 5 м; 3) для ликвидации образующихся пробок из заклинившегося бетона должны применяться специально установленные на бетонолитной трубе виброустройства.

После окончания работ по укладке бетона несущих столбов и контрольного бурения в них для определения качества бетона и контакта его с поверхностью скважин производится бетонирование плиты ростверка и тела опоры. Работы выполняются в следующем порядке:

  1. с помощью насосов откачивается вода из котлована до верха подводного бетона;
  2. производится очистка поверхности бетона от ила и туфообразной массы;
  3. одновременно с очисткой бетона в котловане очищается от туфообразной массы поверхность бетона столбов (уложенного подводным способом); производится обнажение арматуры оболочек на высоту 1—1,5 м для заделки ее в плиту ростверка;
  4. по периметру шпунтового ограждения устанавливается опалубка;
  5. укладывается арматура плиты ростверка;
  6. производится бетонирование плиты ростверка;
  7. в пределах контура опоры снимаются некоторые элементы каркаса, использованного в качестве направляющих при погружении оболочек в грунт;
  8. отдельными щитами или укрупненными блоками устанавливается опалубка тела опоры на высоту 3—5 м;
  9. бетонируется тело опоры на высоту установленной части опалубки;
  10. после выстойки бетона, за время которой производятся дальнейшая по высоте разборка каркаса и наращивание опалубки, шпунтовое ограждение раскрепляется в забетонированную часть опоры;
  11. производится разборка шпунтового ограждения.

При бетонировании плит ростверков и тела опор на мостах через реки Янцзы и Миньцзян, несмотря на значительную глубину воды от верха подводного бетона и до рабочего горизонта (в пределах до 16 м), одиночное шпунтовое ограждение работало надежно; поступление воды было небольшим. Один-два насоса производительностью 150 м3/ч при периодической работе справлялись с водоотливом.
Подача бетона в котлован осуществлялась через вертикальные металлические хоботы (рештаки) на глубину до 20 м. Расслоения бетона не наблюдалось.
Благодаря открытому (сверху) котловану все работы производились широким фронтом с поверхности воды. Бетонирование тела опоры выше горизонта воды в реке производилось в сборной щитовой опалубке, устанавливаемой на место укрупненными блоками- коробами высотой 3-4 м каждый. Сборка блоков опалубки производилась на берегу. Установка их на место осуществлялась плавучим краном грузоподъемностью 30 т. На установку и подгонку одного блока затрачивалось 8—12 ч. На бетонировании тела опоры всегда работал один плавучий бетонный завод с бетономешалкой емкостью 1 200 л и один плавучий кран для подачи бетона. Производительность укладки бетона составляла до 15 м3/ч.

После снятия опалубки на подводной части тела опоры производилась разборка ограждения. Для облегчения разборки металлического шпунтового ограждения при наличии значительной толщи подводного бетона (до 10 м), соприкасающегося со шпунтом изнутри котлована, и толщи песка (до 15 м), соприкасающегося со шпунтом снаружи котлована, на строительстве моста через р. Янцзы были проведены обширные опытные работы для нахождения эффективного способа выдергивания шпунта.
В процессе ведения основных работ были опробованы различные способы выдергивания шпунта, к числу которых относятся следующие:
1) выдергивание шпунта приложением значительных (до 75— 150 т) выдергивающих усилий (плавучие краны и устройства);

  1. обшивка части каркаса снаружи досками для создания пазухи между шпунтом и подводным бетоном, заполняемой песком;
  2. применение свайного молота в качестве шпунтовыдергивателя;
  3. предварительная пробивка шпунта свайным молотом для нарушения сцепления его с бетоном;
  4. изоляция шпунта с внутренней стороны ограждения на высоту укладки подводного бетона;
  5. поддергивание шпунта вскоре после укладки нижнего слоя подводного бетона в котлован.

Лучшими оказались три последних способа. Иногда эти способы применялись в сочетании один с другим.
Применение изоляционного покрытия для шпунта значительно снизило силы сцепления его с подводным бетоном. Специально проведенные испытания с различными изоляционными покрытиями шпунта подтвердили целесообразность устройства изоляции (табл. 7).

Таблица 7


Наименование изолирующего материала

Площадь соприкасания шпунта с бетоном в м2

Сила сдвига шпунта по контакту с бетоном в т

Удельная сила сдвига (сцепления) в т м2

Отношение удельной силы сдвига для данного материала к наименьшей силе

Мешковина на битуме

1,72

2,64

1,53

1

Покраска масляной краской

1,72

6,82

3,96

2,6

Битум в один слой толщиной 2 мм ...

1,72       

3,74

2,18

1,4

Толь, уложенный по масляной краске . .

1,72

4,18

2,48

1,6

Тавот ...

1,72

4,40

2,56

1,7

Без изоляции ..

1,72

20,6*

>12

>8

* Сдвиг был произведен, но из-за ограниченности градуировки манометра установить точно величину сдвигающей силы не удалось. Приблизительно она была равна 22 т.

Как видно из табл. 7, лучшие результаты дала изоляция в виде плотной мешковины, наклеенной на битум. Этот тип изоляции, обеспечивающий удельную силу сдвига, в 8 раз меньшую против шпунта без изоляции, был принят при устройстве шпунтового ограждения на четырех опорах. Было замечено, что при извлечении шпунта мешковина чаще всего оставалась на бетоне. Этот способ применялся на тех опорах, где заглубление шпунта в грунт было в пределах 3—5 м. В остальных случаях, как правило, для нарушения сцепления с бетоном производилось поддергивание шпунта (или осаживание молотом) после укладки и, небольшого выдерживания (2— 4 дня) слоя бетона толщиной 3—5 м.
Поддергивание (или осаживание) шпунта производилось на высоту 30—50 см. После укладки последнего верхнего слоя для предотвращения проникновения в котлован воды наддергивание шпунта не производилось. Шпунт почти всегда выдергивался сплотками из трех шпунтин. Это делалось для того, чтобы не нарушать конопатку замков, а также для предотвращения его деформации при развороте в горизонтальное положение.
Выдергивание шпунта осуществлялось 30-тонным плавучим краном, оборудованным двумя гаками. Это давало возможность просто осуществлять разворот длинного шпунта из вертикального в горизонтальное положение при погрузке его на плавсредства. По мере выдергивания сплотки длиной более 18 м ставились хомуты.
Силы сцепления шпунта с бетоном и грунтом преодолевались иногда тем, что на каждую сплотку, расположенную рядом с выдергиваемой (и подлежащей последующему выдергиванию), устанавливался молот и производилось простукивание ее. Выдергивание сплотки краном и работа молотом на соседней сплотке производились одновременно. Выдернутый шпунт после ремонта и исправления конопатки замков в сплотке направлялся на другие опоры для повторного использования.                               
Применение указанных мероприятий (поддергивание шпунта при укладке подводного бетона и использование молота на соседней с выдергиваемой сплотке) позволило полностью выдернуть шпунт на каждой из опор мостов через реки Янцзы и Миньцзян.
Успешное осуществление нового метода сооружения опор на сборно-столбчатых фундаментах на больших мостах через р. Янцзы в г. Ухань и через р. Миньцзян позволяет сделать следующие выводы о его преимуществах.

  1. возможность сооружения опор, когда широко известные методы устройства фундаментов (сваи, опускные колодцы и кессоны) оказываются неприемлемыми;
  2. возможность производства работ при больших глубинах в сложных гидрогеологических условиях;
  3. ведение всех работ с поверхности воды, что позволяет устранить вредные условия труда, связанные с высоким давлением воздуха в кессонах, а в отдельных случаях — с производством работ в условиях выделения ядовитых газов;
  4. полная независимость производства работ от характера и конфигурации скальных напластований дна;
  5. относительная независимость хода работ от горизонта воды в реке, что дает возможность вести работы по сооружению речных опор широким фронтом;
  6. повышенная точность установки опор в плане вследствие применения направляющих каркасов;
  7. меньшая потребность в плавучих средствах, буксирах, якорных закреплениях при сравнительной простоте работы наплаву;
  8. относительно меньшая затрата электроэнергии.

Для моста через р. Янцзы максимальное отклонение опор в плане от проектного положения находилось в пределах 30 см, в то время как по нормам для опускных колодцев и кессонов при данных глубинах опускания отклонения допускаются до 1 м; на мосту через р. Миньцзян опоры установлены с точностью до 5 см.
Стоимость сооружения сборно-столбчатых фундаментов меньше стоимости кессонных.