У Росії територія вічній грунтів займає до 40% площі.
Це вказує на важливість пошуків шляхів зведення надійних і економічних фундаментів на мерзлих грунтах. Численні дослідження і досвід експлуатації цивільних і промислових будівель показали, що пальові фундаменти на вічній грунтах є найбільш досконалими, конструктивними, надійними та економічними в будівництві.
На практиці технологія виконання робіт часто вибирається по кільком приватним критеріям. Як приватні критеріїв при оптимізації проектних рішень пальових фундаментів зазвичай приймаються такі показники: тривалість робіт; трудомісткість процесу і питомі енерговитрати.
Всі перераховані показники в тій чи іншій мірі залежать від тривалості буріння свердловин і занурення паль. Останні залежать від виду і температури грунту, від глибини і способу занурення паль.
Особливості виробництва пальових робіт на вічній грунтах обумовлені фізико-механічними характеристиками цих грунтів. У ненарушенном стані вони мають високу несучу здатність. Тому при виробництві пальових робіт мерзлі грунти необхідно максимально зберігати в їх природному стані. «Вмерзання» паль, тобто змерзання їх поверхні з ґрунтом, забезпечує високу несучу здатність паль при щодо малих глибинах їх занурення.
Спосіб занурення паль в вічній грунти вибирають з урахуванням фізико-механічних властивостей ґрунтів, їх середньорічної температури, району будівництва, пори року, вимог до точності занурення паль і т.п.
За умовами застосовності і способам занурення в Багаторічномерзлі грунт палі підрозділяються на:
а) бурозабівние (забивні);
Занурення паль здійснюється в два етапи (рисунок 1):
- На першому етапі пробуривают лідируючу свердловину, діаметр якої приймається на 1-2 см менше боку палі.
- На другому етапі занурюють палю за допомогою вібромолота або дизель молота. При цьому грунт віджимається від кутів палі до середини стінок. Грунт відтає за рахунок теплової енергії, що розвивається молотом, і частковим вижиманням грунту зі свердловини. Досить відтавати лише тонкий шар грунту, а температура в зоні, прилеглій до палі, підвищується на дуже незначну величину. Процес вмерзання палі в грунт відбувається за короткий час.
а - свердловина для занурення палі; б - паля в процесі занурення; в - занурена паля; 1 - напрямок ударного впливу; 2 - пластично-мерзлий грунт; 3 - грунт відколотий і обсипався на дно свердловини.
Малюнок 1.Схема виробництва робіт.
Для забивання паль ВАТ «Бурова компанія« Дельта »застосовує спеціальні установки компанії Bauer обладнані дизельними або гідравлічними молотами, а також обертачами зі шнеками. Дані машини працюють в парі (комплексі) (фото 1): одна здійснює лідерних буріння і занурення готової металевої палі, інша слідом виробляє забивання палі до проектної позначки. Бурові машини Bauer також мають можливість задавлівать палю без забивання до певного зусилля.
У зв'язку з глобальним потеплінням клімату спостерігається тенденція до відтавання мерзлих грунтів, яке, відповідно, веде і до збільшення проектної глибини занурення (забивання) паль. Бурові установки Bauer можуть здійснювати лідерних буріння і занурення паль на глибину до 25 метрів, що має серйозну перевагу в порівнянні бурової технікою вітчизняного виробництва (що використовується зараз), яка має обмеження по забивання паль до глибини 12 метрів.
Продуктивність одного комплексу становить до 100 паль на добу.
Застосування бурозабівних паль дозволяє зменшити обсяг бурових робіт, виключає мокрі процеси, забезпечує точне занурення палі в плані.
б) Буроопускние. Засновані на зануренні паль в попередньо пробурені свердловини, заповнені розчином. Діаметр свердловини перевищує (не менше ніж на 5 см) максимальна величина перерізу палі (малюнок 2).
а - буріння свердловини; б - заповнення свердловини піщано-глинистим розчином; в - занурення палі; г - витяг обсадної труби; 1 - бурова установка; 2 - підсипка; 3 - діяльний шар грунту; 4 - обсадна труба; 5 - мерзлий грунт; 6 - піщано-глинистий розчин; 7 - паля.
Малюнок 2.Схема процесу занурення палі в пробурену свердловину
Грунти можуть бути твер-домерзлие і пластично-мерзлі з температурою від -0,5 ° С і нижче. Цей спосіб також застосуємо і при температурі мерзлого фунта вище -0,5 ° С, але в цьому випадку для прискорення вмерзання паль необхідно штучне охолодження грунтів.
Метод занурення паль в пробурену свердловину передбачає таку послідовність процесів і операцій:
- буріння свердловини за допомогою установки, розміщеної на піщано-гравійної або шлакової підсипання, що забезпечує можливість переміщення обладнання при слабких місцевих грунтах з обсадкою трубою в діяльному шарі щоб уникнути зсуву грунту в свердловину;
- заповнення свердловини піщано-глинистим розчином до відмітки, при якій об'єм розчину з деяким надлишком достатній для заповнення зазорів між стінками свердловини і палі після її занурення;
- занурення палі, що супроводжується вижиманням розчину;
- витяг обсадної труби.
Буріння свердловин для буроопускних паль може здійснюватися верстатами ударно-канатного, обертального і ударно-обертального буріння, машинами термомеханічного буріння, установками лідерних і паровібролідерного буріння. Палю в свердловину опускають за допомогою крана або бурового верстата, якщо останній обладнаний тросом.
в) опускні. При зануренні паль із застосуванням опускного методу грунт спочатку розморожують і потім занурюють палі в утворену в мерзлому ґрунті порожнину розрідженого грунту. Занурення паль здійснюється за допомогою віброзанурювача. Опускний метод застосовується в твердомерзлих глинистих ґрунтах, дрібних і пилуватих пісках, що містять крупноуламкові включення в кількості не більше 15%, при середній температурі грунтів по довжині палі -1,5 ° С і нижче.
Відтавання грунту проводять за допомогою парової голки, перфо-рировать в нижньому кінці. Під дією пари (тиском 0,4-0,8 МПа), що виходить у вістря голки, грунт інтенсивно відтає, розріджується до текучого состоянія.Іглу занурюють до проектної глибини.
Швидкості занурення голки призначають з таким розрахунком, щоб діаметр протаявшую порожнини в 2-3 рази перевищував максимальний обсяг палі в поперечному перерізі. Через деякий час після занурення відбувається вмерзання, і паля, будучи як би забитої в товщу вічній грунту, набуває необхідну несучу здатність.
Даний метод не набув великої популярності через застосування великої кількості додаткового обладнання пов'язаного із застосуванням парової голки, а також у зв'язку зі збільшенням витрат часу на пристрій палі.
г) бурообсадние - порожнисті палі і палі-оболонки, що занурюються в грунт шляхом його разбуривания в забої через порожнину палі з періодичним обсаджування занурюваної палі; застосовуються при влаштуванні пальових фундаментів в складних інженерно-геокриологических умовах і при наявності межмерзлотних підземних вод.
Принцип даного методу набув широкого застосування при влаштуванні буронабивних паль з обсадної трубою і Kelly-штангою.
Допускається застосовувати інші способи занурення паль в многолетнемерзлие грунти, якщо це не призводить до неприпустимого підвищення температури грунтів основи, що має бути підтверджено експериментальними даними і теплотехнічним розрахунком.
Вибір того чи іншого способу занурення паль в вічній грунти диктується техніко-економічними обґрунтуваннями з урахуванням технологічних переваг і недоліків виконання робіт.