СТАНДАРТ ПРЕДПРИЯТИЯ

ПРАВИЛА ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ
ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ ШПУНТОВЫХ СТЕН
ИЗ ТРУБЧАТОГО СВАРНОГО ШПУНТА

СТП 010-2000

МОСКВА

2000

Предисловие

1. РАЗРАБОТАН ОАО «Научно-исследовательский институт транспортного строительства (ЦНИИС)» (канд. техн. наук И. Е. Школьников, канд. техн. наук Л.Н. Лосев) и ЗАО «Запсибгидростройсервис» (академик Отделения Транспортного строительства Российской Академии транспорта В.В. Гончаров) в развитие раздела 11 ВСН 34-91/Минтрансстрой СССР «Правила производства и приемки работ на строительстве новых, реконструкции и расширении действующих гидротехнических морских и речных транспортных сооружений».

2. ВНЕСЕН Научно-техническим управлением Корпорации «Трансстрой».

3. ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Корпорацией «Трансстрой» распоряжением от 27 марта 2000 г. № ПН-64.

4. СОГЛАСОВАН Управлением строительства «Морречстрой» Корпорации «Трансстрой», Генеральной дирекцией Государственного заказчика по реализации программы возрождения торгового флота России Минтранса РФ, Службой речного флота Минтранса РФ.

5. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ.

Введение

В области гидротехнического строительства подразделениями Корпорации «Трансстрой» накоплен большой опыт применения трубчатого сварного шпунта (ШТС). На основании анализа проектных решений по причальным и берегозащитным сооружениям и опыта их возведения в сложных и суровых условиях Западной Сибири специалистами ЗАО «Запсибгидростройсервис» Корпорации «Трансстрой» разработаны и запатентованы оригинальные конструкции ШТС, успешное многолетнее применение которых позволило существенно снизить металлоемкость и трудоемкость работ, повысить производительность работ и создать условия для повышения безопасности труда при возведении шпунтовых стен.

Разработаны технология и стенды для изготовления запатентованного ШТС с применением труб диаметром от 530 до 1120 мм с приваркой к ним замков от шпунта типа «Ларсен» или универсальных прокатных профильных элементов, что позволяет в первом случае резко снизить расход шпунта «Ларсен», а во втором - отказаться от его использования.

Несмотря на определенную трудоемкость изготовления ШТС в цеховых условиях, это с большим запасом компенсируется его преимуществами на строительной площадке, что немаловажно с учетом жестких климатических условий региона. Данные решения снижают металлоемкость одного метра шпунтовой стены на 30 % и более по сравнению с базовым вариантом стены из шпунта «Ларсен 5» с одновременным улучшением технических характеристик.

За счет улучшения в целом характеристик несущей способности шпунтовой стены из ШТС уменьшается материалоемкость самой стены, анкерных тяг, а в некоторых случаях исключается устройство разгрузочных платформ или призм.

СОДЕРЖАНИЕ

СТАНДАРТ ПРЕДПРИЯТИЯ

Дата введения: 2000-05-01

1. Область применения, обозначения и сокращения

Настоящий стандарт распространяется на производство и приемку работ по строительству шпунтовых стен в морских и речных портовых и берегозащитных сооружениях с применением трубчатого сварного шпунта (далее по тексту - шпунт ШТС) по патенту РФ № 2010085 с замковыми элементами от шпунта типа Л4 или Л5, изготовленного в соответствии с ТУ 0925-003-01393674-95, и по патенту РФ № 2081238 с замковыми элементами из прокатных элементов, изготовленными в соответствии с ТУ 0925-005-01393674-99. Сортамент и характеристики шпунта ШТС приведены в приложении А.

2. Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты, строительные нормы и правила и технические условия:

ГОСТ 12.3.009-76*. ССБТ. Работы погрузо-разгрузочные. Общие требования безопасности.

ГОСТ 17.1.3.13-86. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к охране поверхностных вод от загрязнения.

ГОСТ 17.4.3.02-85. Охрана природы. Почвы. Требования к охране плодородного слоя почвы при производстве земляных работ.

ГОСТ 17.5.3.04-83. Охрана природы. Земли. Общие требования к рекультивации земель.

ГОСТ 17.5.3.06-85. Охрана природы. Земли. Требования к определению норм снятия плодородного слоя почвы при производстве земляных работ.

ГОСТ 380-94. Сталь углеродистая общего назначения. Марки и технические требования.

ГОСТ 2590-88. Сталь горячекатаная круглая. Сортамент.

ГОСТ 5264-80*. Ручная дуговая сварка. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.

ГОСТ 7566-94. Прокат и изделия дальнейшего передела. Правила приемки, маркировки, упаковки, транспортирования и хранения.

ГОСТ 10704-76. Трубы стальные электросварные прямошовные. Сортамент.

ГОСТ 10706-76. Трубы стальные электросварные прямошовные. Технические требования.

ГОСТ 14771-76* Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.

ГОСТ 20295-85. Трубы стальные сварные для магистральных газонефтепроводов.

СНиП II-23-81 *. Стальные конструкции.

СНиП III-4-80*. Техника безопасности в строительстве.

СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты.

СНиП 3.01.01-85*. Организация строительного производства.

СНиП 3.01.04-87. Приемка в эксплуатацию законченных строительных объектов. Основные положения.

СНиП 3.02.01-87. Земляные сооружения, основания и фундаменты.

СНиП 3.04.03-85. Защита строительных конструкций и сооружений от коррозии.

СНиП 3.07.02-87. Гидротехнические морские и речные транспортные сооружения.

СНиП II-101-95. Инструкция о порядке разработки, согласования, утверждения и составе проектной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений.

СП II-101-95. Порядок разработки, согласования, утверждения и состав обоснований инвестиций в строительство предприятий, зданий и сооружений.

ТУ 0925-003-01393674-95. Профиль шпунтовый трубчатый сварной.

ТУ 0925-005-01393674-99. Профиль шпунтовый трубчатый сварной с замками из проката общего назначения.

3. Подготовительные работы

3.1. Строительство портовых и берегозащитных гидротехнических сооружений с применением шпунта ШТС должно выполняться в соответствии с рабочими чертежами, проектом организации строительства (ПОС), проектом производства работ (ППР), разработанными с учетом местных условий и требований СНиП 3.01.01, СНиП 3.02.01, СНиП 3.07.02, ВСН 34-91/Минтрансстрой СССР [1], а также настоящего СТП. Все отступления от проекта должны быть предварительно согласованы с проектной организацией.

3.2. Сложные сооружения из шпунта ШТС, а также сооружения, строящиеся в сложных гидрометеорологических и инженерно-геологических условиях (открытая для волнения свыше трех баллов акватория; глубина воды более 16 м; течение со скоростью более 1 м/с; колебания уровня воды более 2 м/сутки; вечномерзлые или сильносжимаемые, требующие уплотнения грунты в основании; неустойчивые площадки с образованием оползней и карстов), в северной строительно-климатической зоне и в условиях эксплуатируемых портов с высокой интенсивностью движения судов, следует возводить по проектам организации строительства, разрабатываемым проектной организацией, составившей проект сооружения, или по ее заказу проектной организацией, выполняющей строительное проектирование, и проектам производства работ, разрабатываемым строительной организацией или по ее заказу проектной организацией.

3.3. Проект организации строительства шпунтового сооружения разрабатывается с учетом решений по применению строительных материалов и конструкций, способов организации строительно-монтажных работ, предварительно согласованных со строительной организацией, и должен включать организационно-технологические схемы, определяющие оптимальную последовательность возведения шпунтового сооружения, обоснование методов производства шпунтовых работ, требования, которые должны быть учтены в рабочих чертежах в связи с принятыми методами возведения шпунтового сооружения, перечень специальных вспомогательных устройств и приспособлений (направляющих кондукторов или шаблонов, устройств для заведения шпунта в замок, строповочных приспособлений и т.п.), рабочие чертежи которых должны разрабатываться проектными организациями в составе рабочей документации для строительства объекта.

Проект производства шпунтовых работ разрабатывается с учетом принятой в проекте организации строительства организационно-технологической схемы последовательности возведения шпунтового сооружения и метода производства шпунтовых работ и должен включать технологические схемы на выполнение отдельных видов работ в процессе возведения шпунтового сооружения с детальным описанием методов производства работ и отдельных операций (строповка шпунта, подъем на копер, заведение в замок, последовательность забивки по глубине и по длине стенки и т.п.), а также схемы операционного контроля качества работ.

3.4. Проекты организации строительства шпунтовых сооружений и производства шпунтовых работ должны предусматривать специальные мероприятия по временному закреплению погруженного шпунта ШТС, подверженного воздействию волн или льда, с учетом возможных нагрузок на шпунт ШТС в строительный период, его профиля, свободной длины и других местных условий, с разработкой принципиальных схем защиты и рабочих чертежей или проектов закрепления шпунта.

3.5. Предельная отрицательная температура, при которой допускается производство работ по погружению шпунта ШТС, устанавливается проектной организацией в зависимости от марки стали и конкретных условии производства работ.

3.6. Основным работам по погружению шпунта ШТС должны предшествовать выполнение и принятие по акту следующих работ:

- проверка наличия проектно-сметной документации и ознакомление ИТР и рабочих с рабочими чертежами сооружения и проектом производства работ;

- разбивка оси шпунтовой стенки и закрепление ее на местности;

- подготовка основного погружающего и вспомогательного оборудования и обустройств для производства работ (направляющие, кондукторы, шаблоны и т.д.);

- обследование дна в районе погружения шпунта водолазами, с помощью установок подводного телевидения или другими средствами с целью устранения подводных препятствий;

- подготовка шпунта ШТС, его приемка с составлением соответствующих актов;

- проведение пробного погружения шпунта ШТС по программе, составленной проектной организацией, для уточнения глубины погружения и методов производства шпунтовых работ (при невозможности проведения пробного погружения в комплексе проектно-изыскательских работ на стадии разработки проекта сооружения).

4. Приемка, подготовка, транспортирование и складирование шпунта ШТС

4.1. Каждая партия шпунта ШТС, поступающая на строительство, должна сопровождаться документацией согласно ГОСТ 7566 и ТУ на шпунт. При приемке шпунта ШТС следует проверять соответствие их паспортных данных требованиям проекта и нормативной документации на их изготовление:

для ШТС с замками «Ларсен» - ТУ 0925-003-01393674;

для ШТС с замками из прокатных профилей - ТУ 0925-005-01393674.

4.2. Для строительных сварных соединений шпунта ШТС следует применять сварочные материалы в соответствии с указаниями проекта и СНиП II-23.

4.3. Все шпунтины перед погружением должны быть подвергнуты проверке замков. Для проверки формы, прямолинейности, а также очистки замков следует протаскивать через них жесткий обрезок соответствующего замкового элемента шпунта ШТС длиной не менее 3 м.

Одновременно выправляют небольшие изгибы и вмятины замков. Вырезка дефектных мест замков разрешается на длине не более 50 см и не более одного выреза на шпунтину с последующей приваркой на этом месте качественного отрезка замка.

Проверку замков и устранение дефектов следует производить на стенде, оборудованном лебедкой и тележкой для закрепления протягиваемого обрезка замка.

Длина замков должна соответствовать требованиям проекта.

4.4. При назначении длины замков шпунта ШТС надлежит учитывать следующее технологическое условие. Разность длин трубы и заднего по ходу забивки замка шпунтины должна быть в любом случае меньше ей свободной длины после забивки, чтобы обеспечивалась свободная заводка шпунтины в замок до касания ее нижним концом поверхности грунта. Для выполнения этого условия забивку шпунта ШТС на захватке на полную глубину рекомендуется выполнять за две или более проходки.

Если разность длин трубы и заднего по ходу забивки замка шпунтины превышает 3 м, для точной фиксации входа трубы очередной шпунтины в грунт на расстоянии 1 м от ее нижнего конца следует приварить отрезок соответствующего замка длиной не менее 1 м строго в створе с замком, продолжением которого он является.

4.5. Перед погружением шпунтины ШТС с замками из прокатных элементов, обоймы которой выполнены с прерывистой по длине диафрагмой из отдельных планок длиной по 500 мм, располагаемых на расстоянии 1000 мм в свету между ними (см. п. 2.2 ТУ 0925-005-01393674), для устранения возможности столкновений нижнего торца гребня погружаемой шпунтины с торцами планок диафрагмы в обойме ранее погруженной шпунтины (или, наоборот, торцов планок диафрагмы обоймы погружаемой шпунтины с верхним торцем гребня ранее погруженной шпунтины), а также для облегчения заведения шпунтины в замок на нижнем конце заднего (по ходу забивки) и на верхнем конце переднего гребней шпунтины ШТС следует выполнять скосы: в стенке гребня - под углом 11-12° к плоскости его полки на длине примерно 100 мм, а в полке гребня - под углом 40-45° в обе стороны от оси полки, начиная от точки выхода линии скоса стенки гребня на наружную поверхность его полки (см. рис. 1). При этом выполняются зачистка и сглаживание лобовых кромок и углов всех выполненных скосов с помощью шлифовальной машинки.

4.6. На строительную площадку шпунт ШТС должен поступать проектной длины (при длине до 24 м в соответствии с п. 1.2 ТУ 0925-003-01393674 и п. 1.4 ТУ 0925-005-01393674). При необходимости, например, при использовании шпунта длиной более 24 м или ремонте поврежденных шпунтин, стыковку шпунтин ШТС на строительной площадке допускается выполнять только в соответствии с требованиями проекта с соблюдением условий грунтонепроницаемости стыка и равнопрочности с основным сечением.

Стыкуемые отрезки шпунта следует соединять строго соосно с плотным контактом обработанных под сварку кромок торцевых поверхностей между собой. Смещение стыкуемых элементов один относительно другого не должно превышать 0,2 их толщины и быть не более 2 мм. Все стыки, выполняемые в условиях строительной площадки, должны дополнительно усиливаться накладками общим сечением не менее 50 % основного сечения шпунта.

Сварные соединения выполняются в соответствии с требованиями ГОСТ 5264 или ГОСТ 14771.

Рис. 1. Конструкция скосов гребня

4.7. Допускается не более одного стыка на одной шпунтине ШТС. Расстояние между стыками двух соседних шпунтин после забивки в зоне с рабочими напряжениями более 50 % от предельных должно быть не менее 2 м.

4.8. При тяжелой забивке, когда расчетные динамические напряжения в шпунте ШТС от удара молота превышают 85 % от предельно допустимых (см. п. 5.7), голову трубы шпунта следует усиливать стальными накладками толщиной 9-10 мм, высотой 300-400 мм, шириной 150-200 мм. Накладки вырезают из трубы аналогичного диаметра и приваривают по всему их периметру к трубе шпунта по образующим на расстоянии 8-10 мм от ее верхнего торца. При этом накладки равномерно размещают по периметру трубы шпунта с внутренней или с внешней ее стороны вне зоны замков таким образом, чтобы не мешать в дальнейшем выступам наголовника молота при установке его на голову шпунтины правильно фиксировать положение головы шпунта относительно оси молота. Суммарная поперечная площадь сечения накладок назначается в пределах 30-40 % от сечения трубы шпунта.

4.9. Защитное антикоррозийное покрытие необходимо наносить механизированным способом после завершения операций, связанных с проверкой замков, стыковкой отдельных шпунтин, усилением головы, до погружения шпунта в грунт.

Защитное покрытие наносится на внешнюю поверхность шпунтин ШТС. При этом антикоррозионная защита не наносится на верхнюю часть шпунта, подлежащую обетонированию в составе оголовка, а в нижней части - в зоне от нижнего торца до сечения, расположенного ниже проектного уровня дна не менее чем на 1 м. Необходимость нанесения защитного покрытия на внутреннюю поверхность шпунтин устанавливается проектной организацией в зависимости от местных условий.

В процессе выполнения антикоррозийной защиты необходимо вести исполнительную документацию в соответствии с указаниями СНиП 3.04.03.

4.10. На каждой шпунтине должны наноситься краской ее порядковый номер и длина, а также разметка по длине на той части, которая будет возвышаться над водой после установки на грунт. Разметку следует выполнять несмываемой краской на видимой при погружении стороне шпунтины через 0,5 м, с выделением метровых рисок числами, обозначающими расстояние от ее нижнего торца.

4.11. Каждая шпунтина оборудуется специальными строповочными петлями или отверстиями в соответствии с разработанной в проекте производства работ схемой подъема и заведения на место погружения.

4.12. Все подъемно-транспортные операции надлежит выполнять в соответствии с требованиями проекта производства работ, с соблюдением мер предосторожности против повреждения антикоррозийного покрытия, замков и возникновения прочих дефектов.

4.13. При перевозке и складировании шпунт ШТС необходимо укладывать горизонтально на подкладки и прокладки для предотвращения недопустимых остаточных деформаций. Подкладки и прокладки устанавливаются на расстоянии примерно 0,207 длины от торцов шпунта и оснащаются упорами или выкружками для предотвращения его раскатывания.

Места складирования подготовленного к погружению шпунта необходимо выбирать возможно ближе к месту погружения. Шпунт следует укладывать в штабель таким образом, чтобы не требовалось кантовать его при строповке. Число рядов шпунта ШТС в штабеле по высоте не должно быть более двух. Расположение штабелей должно быть удобным для производства погрузо-разгрузочных операций с помощью кранов.

5. Выбор оборудования для погружения шпунта ШТС

5.1. Способ погружения шпунта ШТС и применяемое оборудование должны соответствовать указаниям настоящего СТП и проектов организации строительства и производства работ для данного сооружения.

5.2. Выбор комплекса оборудования для сооружения шпунтовой стены выполняется на основе анализа всей совокупности исходных факторов, основными из которых являются:

- характеристики шпунта ШТС (длина, диаметр, площадь нетто поперечного сечения, масса, длина замков);

- инженерно-геологические условия (характеристики грунтовых слоев по сопротивлению погружению и глубина забивки);

- гидрометеорологические условия (глубина воды, колебания уровня воды, скорость течения, роза ветров, защищенность акватории от волнения);

- местные технические условия (наличие соответствующего оборудования, электроэнергии, транспортных путей и т.д.);

- принятый метод производства работ (с берега, с воды, с временных подмостей и т.д.);

- принятая технология производства шпунтовых работ (последовательная забивка каждой шпунтины на полную глубину одним погружающим механизмом; погружение шпунтового ряда на некоторую глубину сначала более легким механизмом, затем добивка его на проектную отметку более тяжелым оборудованием; с предварительным набором шпунта в стенку и последующим погружением шпунта за несколько проходок).

5.3. Погружение шпунта ШТС в зависимости от условий может производиться молотами или вибропогружателями. При необходимости указанные способы допускается комбинировать (вибропогружение с последующей добивкой молотом), а в особо тяжелых грунтовых условиях сочетать с дополнительными облегчающими погружение мероприятиями: устройством предварительной прорези, подмывом, лидерным бурением, удалением грунтовой пробки из полости трубы с помощью эрлифта, гидроэлеватора и т.п.

5.4. Наиболее универсальным способом погружения шпунта ШТС является забивка его молотом. Забивной способ погружения при правильном подборе молота применим в значительно более широком диапазоне грунтовых условий, чем вибропогружение.

5.5. Погружение шпунта ШТС с помощью вибромашин рекомендуется производить в случаях, когда грунтовое основание состоит преимущественно из водонасыщенных пылеватых, мелких и средней крупности рыхлых и средней плотности песков, а также мягко- и текучепластичных, пылевато-глинистых грунтов с показателем текучести I_L > 0,5.

Выбор вибропогружателя для погружения шпунта ШТС рекомендуется производить по методике, приведенной в прил. В.

5.6. Выбор молота для забивки шпунта ШТС следует производить согласно указаниям СНиП 3.02.01 (прил. 5):

- при сопротивлении погружению шпунта не более 2000 кН - с помощью формул;

- при сопротивлении погружению шпунта более 2000 кН - с помощью расчетов, основанных на волновой теории удара.

5.7. При выборе молота для забивки шпунта ШТС с помощью расчетов, основанных на волновой теории удара, рекомендуется использовать специальные программы расчета забивки шпунта дизельными и паровоздушными (гидравлическими) молотами в соответствии с прил. С или разработанную с помощью этих программ производственную методику, приведенную в прил. D, позволяющие определять динамические напряжения в шпунтине и ее отказ от удара молота.

5.8. В качестве направляющих при сооружении шпунтовой стены используются две параллельные балки, расставленные на расстояние, равное диаметру шпунта ШТС плюс зазор в пределах 1-2 см. Для предотвращения повреждения антикоррозийного покрытия шпунта каждую балку рекомендуется оснащать переставной парой обрезиненных роликов.

Если длина шпунта ШТС при бескопровой забивке с помощью крана в два раза и более превышает расстояние от дна акватории до направляющих, последние устанавливаются в два яруса. Расстояние между ярусами принимается не менее 3 м.

Балки направляющих выполняются из профильной стали и крепятся болтами сзади к уже забитым шпунтинам, а спереди по ходу забивки - к временным вертикальным сваям или полукозловым свайным опорам.

Погружение наклонного шпунта ШТС следует выполнять с помощью копровых установок.

5.9. Плавучие направляющие, как правило, следует закреплять не менее чем на четырех приколочных сваях. Величина перемещения плавучих направляющих относительно закрепляющих устройств после установки в рабочее положение не должна превышать 2 см. Крен и дифферент плавучих направляющих должны обеспечивать погружение шпунта с допускаемой точностью.

На направляющих должны быть надежно закреплены створные вехи, по которым направляющие устанавливаются в створ сооружения с помощью геодезических приборов.

6. Погружение и извлечение шпунта ШТС

Погружение

6.1. Погружение шпунта в стенку следует, как правило, выполнять захватками. Длина захваток назначается в зависимости от местных условий (производительности применяемого оборудования, защищенности от волнения и т.д.) обычно в пределах от 10 до 30 м.

6.2. Погружение шпунтин ШТС с замками из прокатных элементов, каждая из которых снабжена разнотипными элементами замков (гребнем и обоймой), следует производить гребнем вперед.

Для уменьшения трения в замке при погружении шпунтин ШТС, снабженных с обеих сторон обоймами из прокатных элементов со сплошной диафрагмой, а также шпунтин ШТС с замковыми элементами от шпунта типа Л4 или Л5, переднюю по ходу забивки обойму рекомендуется закрыть снизу стальной пластиной (заглушкой) на прихватке, а саму полость обоймы для исключения попадания в нее грунта рекомендуется заполнить на высоту погружения в грунт (при отрицательной температуре воздуха - на высоту погружения в грунт ниже зоны промерзания) мастикой из низкомарочного битума, бентонитом или другим заполнителем, на которых в их твердом состоянии оставляется след при надавливании пальцем.

6.3. При погружении первой шпунтины ШТС необходимо обратить особое внимание на строгую вертикальность (или заданный наклон) ее направления, а также правильную ориентировку замков в плане.

Проверка правильности направления погружения шпунтин выполняется в двух плоскостях и в последующем повторяется не реже, чем через каждую вторую шпунтину.

Для правильной ориентировки положения замков шпунта ШТС в плане относительно оси шпунтовой стенки следует применять передвигаемые по направляющим специальные шаблоны-фиксаторы.

6.4. В связи с наличием сил трения в замке с ранее забитой соседней шпунтиной на погружаемую шпунтину действует дополнительно неуравновешенный момент сил, стремящийся отклонить верхнюю ее часть вперед по направлению забивки стены, приводя к так называемому явлению «веерности» за счет полного одностороннего выбора зазоров в замках верхней части сооружаемой шпунтовой стены.

Для предотвращения веерности шпунтовой стены погружающий механизм (молот, вибропогружатель) рекомендуется устанавливать со сдвижкой его оси от оси трубы шпунтины ШТС в сторону, противоположную отклонению последней, на величину, равную примерно 5 % от диаметра трубы. Необходимая величина смещения оси погружающего снаряда уточняется опытным путем на начальной стадии забивки шпунта в стену.

6.5. Постепенное устранение веерности при небольших отклонениях достигается оттяжкой шпунтин в процессе погружения в направлении, противоположном отклонению, а при отклонении от вертикали, близком к предельно допустимому (1 %), и невозможности его выправления оттяжкой - погружением шпунтин ШТС с клиновидными передними по ходу забивки замковыми элементами. Клинообразность или перекос (отношение разности ширины клиновидного замкового элемента понизу и поверху к длине шпунтины) на одной шпунтине не должно превышать 0,01 (1 см на 1 м длины).

6.6. Выправка наметившегося отклонения всей шпунтовой стены в поперечном направлении, если оно не превышает допустимой величины, выполняется постепенно при погружении последующих шпунтин с помощью специальных оттяжек. Если отклонение больше допустимого, шпунт следует выдернуть и погрузить вновь. При невозможности извлечения шпунта вопрос о его выправлении решается по согласованию с проектной организацией.

6.7. В случае слабых грунтов возможен уход ранее погруженной шпунтины ниже проектной отметки при погружении соседней шпунтины, который вызывается чрезмерным сопротивлением в смежном замке. Для предотвращения этого явления шпунтины, погруженные до проектных отметок, следует объединять с помощью сварки. Ушедшую ниже проектной отметки шпунтину следует исправлять путем наращивания ее отрезком шпунта с заводкой в замки примыкающих шпунтин и соединением с помощью сварки в стык.

6.8. Если шпунт не достиг проектной отметки, следует применить более мощное погружающее оборудование или дополнительные средства, облегчающие погружение: подмыв, удаление грунта из полости трубы и т.п.

При переходе на более мощный молот и одинаковой энергии удара предпочтение следует отдавать молоту с более тяжелой ударной частью. При этом следует выполнить проверку прочности шпунта на динамические нагрузки при забивке (прил. D).

При работе с вибропогружателем, снабженным амортизатором, недопогружение шпунта можно попытаться устранить путем одно-двукратного подъема шпунтины на 0,5-1,0 м и последующего ее нового погружения.

Если недопогружение вызвано встречей с препятствием, что характеризуется резким замедлением процесса погружения, следует прекратить погружение данной шпунтины и перейти к погружению соседних шпунтин, характер погружения которых может позволить установить причину и степень случайности данного явления. В том случае, когда погружение последующей шпунтины не встретило затруднений, следует вернуться к остановившейся шпунтине и попытаться допогрузить ее по двум соседним направляющим шпунтинам.

Если недопогружение шпунта устранить не удалось, вопрос о дальнейших мероприятиях решается совместно с проектной организацией.

6.9. С целью облегчения забивки шпунтины ШТС в глинистые грунты за счет снижения сопротивления грунта по внутренней поверхности ее трубы рекомендуется устраивать кольцевое утолщение 14-24 мм на нижнем конце трубы с ее внутренней стороны. Для устройства утолщения используют вырезанные из трубы того же диаметра дугообразные элементы-пластины высотой по образующей 250-350 мм и шириной 0,3-0,4 диаметра трубы. Указанные пластины приваривают по периметру трубы с внутренней ее стороны в один или два слоя с выступом первого слоя за нижний торец трубы и второго слоя, если он выполняется, за торец первого на 8-10 мм с обваркой каждой пластины по всему ее периметру. Второй слой пластин приваривают таким образом, чтобы ими перекрывались промежутки между пластинами первого слоя.

6.10. При производстве шпунтовых работ необходимо вести журнал погружения шпунта. К журналу прилагаются плановые и профильные схемы проектного и фактического положения стены. По данным журнала составляется сводная ведомость погружения шпунта. В случае применения подмыва, эрлифтирования и других дополнительных методов, облегчающих погружение, необходимо указывать в журнале, на каких отметках начато и прекращено применение этих методов.

6.11. Срезку шпунта ШТС разрешается производить только после освидетельствования его представителями авторского надзора и заказчика и занесения разрешающей записи в общий журнал производства работ.

Полости труб шпунта ШТС после забивки рекомендуется заполнять песком с уплотнением. Крупность песка в зоне возможного промерзания должна быть не ниже средней. При забивке шпунта через слой глинистого водоупорного грунта воду из полости трубы перед засыпкой песка, если возможно его промерзание, следует удалить. Другой возможный вариант - заполнение полости трубы в зоне промерзания песко-цементной сухой смесью с содержанием цемента не менее 5 %. Решение по заполнению полости труб шпунта ШТС принимается в зависимости от местных условий проектной организацией.

Забивка молотами

6.12. Забивку шпунта ШТС молотами следует производить с применением специальных наголовников в виде распределительной плиты, снабженной в верхней части кольцевой обоймой, для размещения в ней амортизатора, а в нижней части - системой выступов для фиксации головы шпунтины в определенном положении относительно оси молота.

Наголовник служит для передачи удара молота шпунтине, распределения ударной нагрузки по всей площади трубчатой головы шпунтины и удержания ее в определенном положении относительно оси молота, а размещенный в нем амортизатор - для смягчения резкого ударного импульса молота с целью снижения динамических нагрузок на шпунт, молот и сам наголовник.

6.13. Плановые размеры плиты наголовника и ее нижняя поверхность должны обеспечивать плотный контакт с торцевой поверхностью трубы шпунта ШТС по всей ее площади.

Толщина плиты наголовника должна быть не менее 0,15 от внутреннего диаметра трубы погружаемого шпунта ШТС.

6.14. Высота упорной части выступов, фиксирующих положение шпунтины относительно оси наголовника, должна быть не менее 50 мм, а их число - не менее четырех. Точность фиксации головы шпунта в наголовнике должна находиться в пределах ±5 мм. Фиксирующие выступы должны снабжаться ловильными скосами с углом к вертикали 30-35° и высотой не менее 150 мм.

6.15. Обойма для размещения амортизатора выполняется круглой в плане и высотой 100-150 мм для паровоздушных и 200-350 мм для дизельных молотов в зависимости от толщины амортизатора согласно п. 6.17.

Внутренний диаметр обоймы наголовника для трубчатого дизельного молота назначается больше диаметра его шабота на 10-15 мм, а для паровоздушного молота - не более наименьшего размера ударной плоскости ударной части молота.

6.16. Амортизатор изготовляется из цельного обрезка ствола или набирается из отдельных одинаковых по высоте торцовых шашек квадратного сечения из древесины твердых пород (дуб, бук, граб, комлевая часть лиственницы или сосны) с прямыми вертикально расположенными волокнами и строго перпендикулярными оси торцами. При изготовлении амортизатора из отдельных шашек достигается экономия древесины за счет использования короткомерных отходов, отпадает необходимость в толстоствольной древесине и облегчается работа по удалению отработанного амортизатора из наголовника при его замене.

Высота деревянного амортизатора назначается для дизель-молотов не менее:

150 мм - при массе поршня до 2000 кг;

200 мм - при массе поршня от 2000 до 5000 кг;

250 мм - при массе поршня 5000 кг и более.

При этом верхняя плоскость амортизатора должна быть не менее чем на 50 мм ниже верхней кромки бортов обоймы наголовника для надежной фиксации положения шабота молота.

Высота амортизаторов для паровоздушных молотов назначается в соответствии с указаниями инструкции по эксплуатации конкретного молота. Выступающая часть амортизатора с целью увеличения срока его службы укрепляется специальным стальным кольцом-бугелем.

Срок службы амортизатора зависит от жесткости системы «шпунт - грунтовое основание» и при правильной эксплуатации обычно составляет для амортизаторов из твердых пород примерно 6000-8000 ударов, а из сосны и других менее твердых пород - 3000-5000 ударов.

6.17. Наголовник должен иметь проушины или крюки для подвески его к стационарной части молота с целью подъема наголовника совместно с молотом в верхнее положение перед установкой шпунтины на место забивки.

Длина подвесных канатов при работе с дизель-молотом принимается с запасом на величину максимального хода шабота.

6.18. Для уменьшения риска повреждения замков минимальный отказ шпунта ШТС при забивке рекомендуется принимать не менее 0,5 см, но в любом случае - не менее значения, установленного фирмой-изготовителем молота и приведенного в паспорте молота или в инструкции по его эксплуатации.

6.19. Запрещается добивка молотами шпунта, попавшего на препятствие при вибропогружении, которое легко распознается по резкому замедлению, остановке вибропогружения и появлению характерного стука.

Большой ударный импульс молота вместо разрушения препятствия может привести к повреждению шпунта и разрыву замков.

Погружение вибромашинами

6.20. При погружении шпунта ШТС вибропогружателями и вибромолотами следует обеспечивать жесткую и неизменяемую в процессе погружения связь шпунтины с вибромашиной.

Для погружения шпунта ШТС рекомендуется применять вибромашины, оснащенные гидравлическими наголовниками.

6.21. В процессе вибропогружения необходимо следить за положением каната и крюка крана, к которому подвешена вибромашина.

При работе с вибромашинами, оснащенными амортизаторами, скорость спуска крюка крана должна быть такой, чтобы вибромашина со шпунтиной частично висела на крюке. В этом случае обеспечивается меньшая вероятность отклонения шпунтины от вертикали. На последнем этапе погружения (за 1,5-2 м до достижения проектной отметки) канат можно ослабить и погружение вести без торможения.

При погружении шпунта вибропогружателем без амортизатора скорость спуска крюка должна быть такой, чтобы кран не тормозил погружение шпунтины.

6.22. При резком снижении скорости погружения шпунта, погружаемого вибромашиной с амортизатором, для преодоления прочных прослоек грунта или отдельных препятствий (например, бревна в грунте) рекомендуется несколько раз повторить операции извлечения на 0,5-1 м с минимальной скоростью и погружения с максимальной скоростью (при свободном подъемном канате).

6.23. Эксплуатацию вибромашин, а также их текущее содержание следует осуществлять в соответствии с заводскими инструкциями и «Указаниями по эксплуатации и ремонту вибропогружателей и вибромолотов в транспортном строительстве» [2].

Применение подмыва и других средств, облегчающих погружение шпунта

6.24. Для облегчения погружения шпунта ШТС применяются подмыв и удаление грунтового ядра из его трубчатой полости с помощью эрлифтов, гидроэлеваторов, ударных и вибрационных грейферов и других механизмов.

Допустимость применения подмыва и условия применения эрлифтов и гидроэлеваторов при погружении шпунта ШТС определяются проектной организацией в зависимости от конструкции подземной части сооружения, рельефа местности, грунтовых и других условий. Применение подмыва не допускается на участках, удаленных менее чем на 20 м или на удвоенную глубину погружения шпунта от существующих сооружений.

6.25. Применение подмыва и гидравлических методов разработки грунта в полости трубы в принципе возможно в грунтах всех категорий, за исключением скальных грунтов, глинистых твердой консистенции и других грунтов, не поддающихся гидравлическому рыхлению, но наиболее эффективно в песчаных, супесчаных и глинистых мягкопластичных грунтах.

6.26. Применение подмыва наиболее эффективно в комбинации с вибропогружением. Для подмыва рекомендуется использовать две трубки с внутренним диаметром 20-30 мм, располагаемые напротив замков в диаметральной плоскости, проходящей через замки, с внутренней стороны трубы шпунта ШТС. Подмывные трубки закрепляются сваркой и остаются в грунте после погружения. Нижние концы подмывных трубок располагаются на 0,5-1,5 м выше нижнего конца шпунтовой трубы.

В песчаных грунтах любой плотности рекомендуется применять подмыв с низким давлением воды, равным 1,5-2,5 МПа, и с расходом 10-20 м³/ч на одну трубку [3,4].

В очень плотных грунтах наиболее эффективен подмыв с высоким давлением воды равным 25-40 МПа с общим расходом 8-15 м³/ч. При работе с высоким давлением необходимо применять наконечники с проходным отверстием диаметром 1,5-3 мм. Наконечники следует располагать на 20-30 см выше торца шпунтовой трубы.

При работе с подмывом необходимо до минимума ограничивать расход воды для предотвращения чрезмерного размыва грунта и отклонения шпунта от заданного направления.

6.27. Для шпунта ШТС, работающего и на вертикальную нагрузку, мероприятия по облегчению погружения на конечной стадии забивки должны своевременно прекращаться для достижения шпунтом требуемого отказа на проектной глубине.

Извлечение

6.28. Для извлечения шпунта ШТС могут быть использованы следующие машины:

- краны грузоподъемностью 500 кН и выше;

- краны с вибропогружателем, оснащенным амортизатором;

- шпунтовыдергиватели виброударного действия;

- молоты двойного действия.

Рекомендуются также комбинированные способы, например, сочетание действия выдергивающих средств и подмыва.

6.29. Сопротивление шпунта ШТС выдергиванию слагается из сопротивления грунта выдергиванию по внешним боковым поверхностям шпунтины, сопротивления в замках шпунтины, веса шпунтины вместе с грунтовым ядром и столба воды над ним. Воду рекомендуется откачивать перед выдергиванием.

6.30. Сопротивление грунта выдергиванию по внешним боковым поверхностям шпунтины определяется так же, как и несущая способность сваи на выдергивающую нагрузку в соответствии с указаниями СНиП 2.02.03, причем значение коэффициента условий работы принимается равным γ_с = 1, а периметр - в соответствии с указаниями пункта D.7 прил. D за вычетом внутреннего периметра трубы. При использовании для извлечения шпунта вибромашин дополнительно вводится коэффициент снижения бокового сопротивления грунта во время вибропогружения k_s, принимаемый по табл. В.1 прил. В.

Сопротивление на выдергивание в замках, находящихся в грунте, может быть принято равным 50 кН на 1 м длины замка при статическом извлечении и 10 кН/м при использовании вибрации.

6.31. При извлечении шпунта с применением вибрации для срыва шпунтины, т.е. нарушения ее сцепления с грунтом и трения в замках, шпунтину следует вначале осадить вниз на 3-5 см вибромашиной при свободном положении подъемного каната, а затем приступить к выдергиванию.

В необходимых случаях для нарушения сцепления шпунта с грунтом и трения в замках целесообразно осадить шпунтину молотом или применить подмыв по всей площади соприкосновения шпунтины с грунтом.

Скорость подъема крюка крана при извлечении шпунтины с применением вибрации не должна превышать 3 м/мин в песчаных и 1 м/мин в глинистых грунтах.

7. Приемка выполненных работ

7.1. Выполненные шпунтовые работы следует принимать, руководствуясь указаниями СНиП 3.01.04, СНиП 3.07.02, ВСН 34-91/Минтрансстроя СССР [1] и настоящего СТП.

Документация, предъявляемая при приемке шпунтовой стены, должна содержать:

- подраздел декларации безопасности сооружения в части, относящейся к шпунтовой стенке как составному элементу всего гидротехнического сооружения [5];

- рабочие чертежи шпунтовых стен с нанесенными на них всеми изменениями, которые были в процессе строительства, а при значительных изменениях - исполнительные чертежи;

- документы, обосновывающие допущенные изменения;

- акты геодезической разбивки шпунтовых стен, журналы нивелирования, промеров, наблюдений за смещением и деформациями шпунтовых стен;

- акты на скрытые работы (нанесение защитного антикоррозийного покрытия, выполнение стыковых соединений);

- журнал производства шпунтовых работ;

- сводную ведомость забитого шпунта;

- исполнительные схемы расположения шпунта в стене, которые должны включать плановую съемку положения каждой шпунтины на уровне проектной отметки ее верха с указанием фактических отклонений в плане от проектного положения вдоль и поперек оси стены и отклонений от вертикали в тех же направлениях и фасадную съемку с указанием проектных и фактических отметок верхнего и нижнего концов для каждой шпунтины и отметок стыковых соединений, выполненных на строительной площадке.

7.2. Проверка отклонений производится до срезки и какой-либо выправки шпунтовой стенки.

Точность измерений плановых отклонений при этом должна составлять 5 мм, а отклонений от вертикали - 0,1 %.

7.3. Отклонения шпунта ШТС от проектного положения в плане и по высоте не должны превышать величин, указанных в табл. 7.1.

Таблица 7.1

Допустимые отклонения шпунта ШТС

Отклонения шпунта от проектного положения менее величин, указанных в табл. 7.1, могут устанавливаться проектной организацией в зависимости от требований, предъявляемых к шпунтовому ряду. В этом случае проектной организацией должны быть разработаны соответствующие направляющие устройства (каркасы, кондукторы, шаблоны и т.п.) и способы погружения, обеспечивающие соблюдение установленных допусков.

8. Техника безопасности работ

8.1. При производстве работ по строительству шпунтовых стен из трубчатого сварного шпунта ШТС должны соблюдаться требования СНиП III-4-80, «Правил по охране труда при производстве строительно-монтажных работ по постройке портовых гидротехнических сооружений» [6], «Правил техники безопасности на морских судах Министерства транспортного строительства» [7], «Правил техники безопасности на речных судах Министерства транспортного строительства» [8], «Указаний по технике безопасности для рабочих, выполняющих строительно-монтажные и транспортные работы на льду рек и других водоемов» [9], «Правил пожарной безопасности при производстве строительно-монтажных работ» [10], а также правила и требования органов государственного надзора.

8.2. Применяемые при производстве шпунтовых работ плавучие средства и береговые механизмы и оборудование должны эксплуатироваться с соблюдением требований Регистра и Госгортехнадзора. Судоходные участки акватории в местах производства работ должны быть оборудованы навигационными знаками.

8.3. Максимальная балльность волнения, при которой разрешается производство работ по погружению шпунта ШТС, устанавливается проектом производства работ в зависимости от технических характеристик основной несущей машины (плавучего крана, плавучего копра, самоподъемной платформы) и других местных условий.

В любом случае работы по погружению шпунта ШТС допускается производить при волнении не более одного балла (высота волны до 0,25 м), если применяют плавучие краны и копры водоизмещением до 500 т, и не более двух баллов (высота волны до 0,75 м) - при большем водоизмещении, а при использовании самоподъемных платформ - при волнении не более трех баллов (высота волны до 1,25 м).

Запрещается работа копров и стреловых кранов при скорости ветра более четырех баллов (7,4 м/с).

8.4. Глубина акватории для работы плавучего крана или копра определяется согласно указаниям «Правил техники безопасности на морских судах Министерства транспортного строительства» [7] и «Правил техники безопасности на речных судах Министерства транспортного строительства» [8]. Категорически запрещается работа плавучего средства при опирании понтона на дно.

8.5. Все подъемно-транспортные операции должны выполняться с соблюдением требований СНиП III-4-80, ГОСТ 12.3.009, «Правил по охране труда при производстве строительно-монтажных работ по постройке портовых гидротехнических сооружений» [6] и настоящего СТП. Подъем шпунтин в любом случае должен производиться при вертикальном положении грузового полиспаста.

Кантование, перемещение волоком и сбрасывание шпунтин с высоты не допускаются.

8.6. В пределах акватории шпунт следует транспортировать на палубных баржах, плашкоутах, понтонах, имеющих необходимую плавучесть и остойчивость и проверенных расчетом на воспринятие сосредоточенных нагрузок от массы шпунта. Разрешается транспортировка шпунта на палубе плавкранов, а также (на небольшие расстояния, до 4 км) по защищенной от волнения акватории на гаке крана. В последнем случае масса груза не должна быть более 50 % грузоподъемности крана при наименьшем вылете стрелы.

8.7. Забивку шпунта ШТС, состыкованного на строительной площадке в условиях отрицательных температур, необходимо производить по специально разработанной для зимних условий инструкции, утвержденной в установленном порядке.

8.8. При забивке и вибропогружении шпунта ШТС необходимо применять копры и краны грузоподъемностью при соответствующем вылете в 1,5 раза больше суммарной массы молота с наголовником и навесной направляющей (в случае ее применения) или суммарной массы вибромашины и наголовника. Грузоподъемность кранов и копров должна также быть не менее удвоенной массы заводимой в замок шпунтины или суммарной массы с вибромашиной, если последняя присоединяется к вибромашине внизу перед подъемом.

Высота подъема крюка должна обеспечивать заводку шпунтины в замок ранее выставленной или погруженной шпунтины с запасом по высоте не менее 0,25 м при работе береговым копрами и кранами и не менее 1 м при работе плавучими копрами и кранами.

8.9. Операцию подъема и перемещения шпунтины к месту установки во избежание большой раскачки следует производить плавно, без рывков и с применением оттяжек, не допуская ударов шпунтины о направляющие и ранее установленный шпунтовый ряд.

Для подъема шпунтин краном рекомендуется применять строповочный захват с дистанционным расцеплением, а для заводки шпунтин в замок - специальные ловильные приспособления. Заводка шпунтин в замок на высоте выполняется только с применением дистанционных устройств для заведения шпунта в замок.

8.10. При строительстве объектов с применением шпунта ШТС следует в обязательном порядке предусматривать меры, исключающие случайное падение человека в полость забитой шпунтины.

9. Охрана природы

9.1. Возведение стен из шпунта ШТС должно выполняться в строгом соответствии с положениями проектов организации строительства и производства работ по охране окружающей среды, разрабатываемых с учетом требований СНиП 11-01 и СП 11-101.

9.2. Проектная документация должна предусматривать предварительное снятие почвенного слоя на территории, отведенной под строительную площадку. Нормы снятия плодородного слоя почвы различного типа и механического состава содержатся в ГОСТ 17.5.3.06, а требования по охране плодородного слоя почвы при производстве строительных работ - в ГОСТ 17.4.3.02. Рекультивация земель производится в соответствии с ГОСТ 17.5.3.04.

9.3. Любое строительство неизбежно связано с нарушением окружающей среды. В связи с этим при строительстве шпунтовых сооружений необходимо применение и реализация таких технических и организационно-технологических решений и мероприятий, которые снижали бы последствия этих нарушений до приемлемого уровня.

При производстве строительно-монтажных работ необходимо предусматривать мероприятия по предотвращению загрязнения строительной площадки, примыкающих водных объектов и их ледового покрова строительными и бытовыми отходами и нефтепродуктами, уменьшать загрязнение воздуха выбросами вредных веществ, а также уровень вибрации и шума при работе строительных машин и механизмов. При разработке этих мероприятий следует руководствоваться положениями «Правил охраны от загрязнения прибрежных вод морей» [11], а также надлежит использовать «Рекомендации по снижению вредного воздействия на окружающую среду строительства транспортных сооружений» [12].

9.4. Проведение шпунтовых и других строительных работ в пределах водных объектов допускается согласно ГОСТ 17.1.3.13 только после получения в установленном порядке разрешения, выдаваемого компетентными органами.

9.5. Не допускается сброс с плавучих средств загрязненных вод, мусора, а также утечка нефтепродуктов. Для устранения утечки нефтепродуктов и загрязнения почвы и воды рекомендуется под насосы и другие механизмы устанавливать поддоны.

9.6. Запрещается заправка транспортных и строительных машин топливом и маслом вне стационарных или передвижных заправочных пунктов. Заправка стационарных машин и механизмов с ограниченной подвижностью должна производиться автозаправщиками с учетом рекомендаций ВСН 8-89 [13]. Слив отработанного масла на почвенный покров или в водные объекты запрещается. Запрещается также мытье машин в неустановленных местах.

9.7. При подборе составов для заполнения обойм замков с целью снижения сопротивления при забивке необходимо, чтобы они не вызывали загрязнения водных объектов. Запрещается применение солидола, тавота и других масел для смазки замков шпунта при погружении.

9.8. Для предотвращения гибели чаек и других птиц полости шпунтин ШТС после их забивки следует закрывать инвентарными щитами, сетками или другими доступными материалами.

9.9. Контроль за выполнением требований по охране природы осуществляется должностными лицами и органами государственного и производственного экологического надзора. Наряду с этим контроль за выполнением экологических требований при строительстве осуществляет разработчик проекта.

9.10. В соответствии с Законом России об охране окружающей среды [14] при выявлении нарушений экологических требований, предусмотренных проектом, контролирующие органы должны принимать решение по ограничению, приостановлению или прекращению строительства, наносящего вред окружающей среде.

Приложение А

(справочное)

Таблица А. 1

Сортамент и характеристики шпунта ШТС

Приложение В

(рекомендуемое)

Выбор типа вибропогружателя для погружения шпунта ШТС

В.1. Значение необходимой вынуждающей силы вибропогружателя F₀, кН, определяют по формуле

                                                        (В.1)

где F_d              - сопротивление грунта погружению шпунта, кН; определяется так же, как и несущая способность сваи в соответствии с указаниями СНиП 2.02.03, причем значение площади опирания шпунта на грунт принимается по площади его нижнего конца нетто, а периметр - как сумма наружного и внутреннего периметров в соответствии с прил. D (п. D.5);

G_n        - суммарный вес вибросистемы, включая вибропогружатель, наголовник и шпунтину, кН;

k_s         - коэффициент снижения бокового сопротивления грунта во время вибропогружения, принимаемый по таблице В.1.

В.2. По принятой необходимой вынуждающей силе следует подбирать тот вибропогружатель наименьшей мощности, у которого статический момент массы дебалансов К_m (или промежуточное значение К_m для вибропогружателя с регулируемыми параметрами), кг∙м, удовлетворяет условию

К_m > М_сА₀/100,                                                       (В.2)

где М_с - суммарная масса вибросистемы, включая вибропогружатель, наголовник и шпунтину, кг;

А₀ - необходимая амплитуда колебаний вибросистемы при отсутствии сопротивления грунта, см; принимается по табл. В.2.

При окончательном выборе типа вибропогружателя следует учитывать, что при равной вынуждающей силе большей погружающей способностью обладает вибропогружатель с большим статическим моментом массы дебалансов К_m, а при прочих равных условиях следует выбирать вибропогружатель с регулируемыми в процессе работы параметрами.

Таблица B.1

Коэффициент снижения бокового сопротивления грунта k_s

Примечания. 1. Для водонасыщенных крупных песков значения k_s увеличиваются в 1,2 раза, средних песков - в 1,3 раза, мелких и пылеватых - в 1,5 раза.

2. Для заиленных песков значения k_s, понижаются в 1,2 раза.

3. Для плотных песков значения k_s понижаются в 1,2 раза, а для рыхлых - увеличиваются в 1,1 раза.

4. Для промежуточных значений показателей текучести глинистых грунтов значения k_s определяются интерполяцией.

5. При слоистом напластовании грунтов коэффициент k_s определяется как средневзвешенный по глубине.

Таблица В.2

Необходимая амплитуда вибросистемы при отсутствии сопротивления грунта

Примечание. При слоистом напластовании грунтов значение А_о принимается для слоя самого прочного грунта из числа прорезаемых слоев.

Приложение С

(рекомендуемое)

Программы расчета забивки свай и шпунта по волновой теории удара

В мировой практике свайного фундаментостроения, начиная примерно с семидесятых годов, расчеты, связанные с забивкой свай и шпунта как на стадии проектирования - для предсказания возможности безаварийного погружения принятых свайных элементов на требуемую глубину тем или иным молотом и назначения контрольного отказа, так и на стадии строительства - для контроля несущей способности свай по данным, получаемым в процессе их забивки, выполняются с применением специальных программ, основанных на волновой теории удара. Указанные программы полностью вытеснили из зарубежной свайной практики применение упрощенных формул, основанных на классической теории соударения твердых тел (шаров), например, типа формулы Н.М. Герсеванова (1917 г.), до настоящего времени входящей в отечественные строительные нормы, из-за чрезмерных погрешностей и ограниченности решаемых с их помощью задач.

Из всех существующих теорий удара волновая теория наиболее точно отражает сущность явления, происходящего в протяженном теле при продольном ударе по нему молота, и, следовательно, дает наиболее близкие к реальности результаты.

Впервые на необходимость применения волновой теории удара к расчету забивки свай указал Н.М. Герсеванов (1930 г.). Однако предложенное им прямое теоретическое решение волнового уравнения применительно к свайной забивке не получило применения из-за его сложности, несмотря на существенное упрощение им исходной расчетной модели системы «молот-свая-грунт».

Наиболее близко к практическому решению данной проблемы подошли А.А. Каншин и А.С. Плуталов (1937 г.), которые, разбив сваю на конечное число отрезков, применили численный метод решения волновой задачи - метод конечных разностей. Отсутствие соответствующей вычислительной техники в то время не позволило им реализовать предложенное решение на практике.

Данное решение в принципе повторил американский ученый E.A. Smith (1955 г.). Появление к тому времени электронной вычислительной техники позволило применить это решение для расчетов забивки свай.

Первая программа, использующая решение Каншина-Плуталова-Smith и пригодная для практического расчета забивки свай паровоздушным молотом, была разработана в США в 1967 г. и известна под названием Wave equation. В 1975 г. там же была разработана программа для расчета забивки свай трубчатым дизель-молотом.

В настоящее время известны и ряд других, более усовершенствованных программ этого типа, из которых наиболее часто используются разработанные в США и Европе программы: Raymond Co. (1976 г.), TTI (1976 г.), WEAP (1976 г.), DUKFOR (1977 г.), SWEAP (1978 г.), GRLWEAP (1989 г.), Fugro (1987 г.), TNOWAVE (1987 г.) и др. Все эти программы дают примерно одинаковые результаты, так как построены на единой основе - волновой теории удара.

В последние 10-15 лет, особенно после появления мощного массового средства вычисления - персонального компьютера, метод Wave equation стал основным методом прогнозирования забивки свай и контроля их несущей способности. Этот метод рекомендован нормативными документами ведущих стран дальнего зарубежья, регламентирующими проектирование и строительство свайных фундаментов.

В России первые практические программы по расчету забивки свай паровоздушными и дизельными молотами на основе волновой теории удара с использованием решения Каншина-Плуталова-Smith (Wave equation) были разработаны в 1973 г. (И.Е. Школьников, ЦНИИС). Эти программы были написаны на языке АЛГОЛ-60 применительно к ЭВМ типа БЭСМ. В дальнейшем в процессе последующих теоретических и экспериментальных исследований программы совершенствовались и после многолетней опытной проверки модификации этих программ, записанные на языке PL/1 применительно к ЭВМ ряда ЕС, были сданы в Государственный фонд алгоритмов и программ СССР, а именно, программа G1AS1 «Расчет забивки свай паровоздушным молотом» (регистрационный № П006029, 1983 г.) и программа G1AD1 «Расчет забивки свай дизель-молотом» (регистрационный № 1150850000319, 1985 г.).

Учитывая сравнительно слабую в то время оснащенность проектных и строительных организаций вычислительной техникой, данные программы в основном применялись для расчетов забивки тяжелых и длинных свай при проектировании глубоководных морских и речных причальных сооружений, мостов и нефтяных платформ на морском шельфе, а также при решении спорных вопросов, связанных с недобивкой, поломкой или недостаточной несущей способностью свай в период строительства.

Многолетняя практика применения данных программ на десятках строительных объектов показала абсурдность использования обычных формул, основанных на классической теории соударения абсолютно твердых тел (шаров), для определения расчетных отказов или несущей способности длинных свай, т.е. упругих длинных тел. В связи с этим требованиями СНиП 3.02.01 обусловлено, что выбор оборудования для забивки свай длиной свыше 25 м или с расчетной нагрузкой (сопротивлением грунта) более 2000 кН, а также любых стальных трубчатых свайных элементов должен производиться только расчетом, основанным на волновой теории удара. В «Пособии по производству работ при устройстве оснований и фундаментов (к СНиП 3.02.01-83)» [3] и «Пособии по производству и приемке работ при строительстве новых, реконструкции и расширении действующих гидротехнических морских и речных транспортных сооружений (к СНиП 3.07.02-87)» [4] указанные расчеты для забивки свай паровоздушными и дизельными молотами рекомендуется выполнять по вышеупомянутым программам G1AS1 (П006029) и G1АD1 (П50850000319).

В 1991-92 гг. программы G1AS1 и G1AD1 были несколько модернизированы, переведены на язык TURBO-PASCAL (версия 5.0), снабжены дополнительной графикой и реализованы соответственно под названием RAM-2 и DIZO-2 на ПК типа IBM PC AT.

Для повышения надежности определения несущей способности свай или сопротивления грунта (F_d) в обе программы в дополнение к алгоритму определения значения F_d с помощью табличных расчетных сопротивлений грунта в соответствии с отечественным нормативом СНиП 2.02.03 введен алгоритм определения несущей способности свай по физико-механическим характеристикам грунтов (коэффициент внутреннего трения, сцепление, плотность и др.) в соответствии с комбинированным α- и β-методами для песчаных и глинистых грунтов по общепринятым в зарубежной практике нормам API RP 2А (США) [15] и DnV (Норвегия) [16]. Были также учтены некоторые особенности забивки шпунта.

Таким образом, программы RAM-2 и DIZO-2 позволяют выполнять не только динамический, но и статический расчет свай и шпунта, а именно:

- расчет несущей способности свай по грунту или сопротивления погружению свай и шпунта с помощью табличных расчетных сопротивлений грунта в соответствии с нормами СНиП 2.02.03 или по физико-механическим характеристикам грунта по нормам API RP 2A [15] и DnV [16]¹;

В программах имеется дополнительная возможность определения несущей способности свай по табличным расчетным сопротивлениям грунта в соответствии с рекомендациями ВСН 51-3-85 [17] и ВСН 41-88 [18].

- проверку правильности выбора паровоздушного, гидравлического или дизельного молота для забивки проектных свай или шпунта до требуемых отметки или несущей способности по грунту;

- определение максимальных динамических сжимающих и растягивающих напряжений в поперечных сечениях по длине сваи или шпунта от удара молота;

- определение контрольных отказов свай при забивке и добивке;

- определение несущей способности сваи по результатам измерений остаточного отказа и упругого перемещения головы сваи (или любого близкого к голове сечения) от удара молота в процессе забивки или при добивке.

Программы RAM-2 и DIZO-2 позволяют выполнять расчеты для деревянных, железобетонных и стальных свай и шпунта любых поперечных размеров (в том числе и с переменными по длине сечениями) и наклонов длиной до 500 м с глубиной забивки до 200 м в грунтовое основание, содержащее неограниченное число разнородных слоев грунта.

Исходными данными для расчетов по программам RAM-2 и DIZO-2 являются следующие параметры:

а) по паровоздушному или гидравлическому молоту¹

¹ Для наиболее распространенных молотов все параметры, за исключением высоты падения ударной части, вводятся автоматически.

- общая масса молота с направляющей системой;

- масса молота без направляющей системы;

- масса ударной части молота;

- высота падения ударной части молота;

- коэффициент полезного действия молота;

- коэффициент трения при забивке наклонных свай;

б) по дизельному молоту (в дополнение к вышеперечисленным для паровоздушного молота)¹

¹ Для наиболее распространенных молотов все параметры, за исключением высоты падения ударной части, вводятся автоматически.

- масса шабота;

- диаметр цилиндра;

- рабочий ход поршня;

- объем камеры сгорания;

- коэффициент восстановления удара поршня по шаботу;

- степень сжатия;

- степень повышения давления при вспышке;

- степень предварительного расширения;

- показатель политропы сжатия;

- показатель политропы расширения;

- период задержки воспламенения;

- период повышения давления при вспышке;

- начальное давление сжатия;

в) по наголовнику

- масса наголовника;

- площадь амортизаторов¹ наголовника;

¹ В зависимости от материала свайных элементов наголовники могут быть с одним верхним или с двумя - верхним и нижним амортизаторами.

- толщина амортизаторов;

- условный модуль упругости амортизаторов;

- коэффициент восстановления амортизаторов;

г) по свае или шпунту

- глубина забивки;

- периметр сечения элемента, контактирующего с грунтом;

- длина;

- площадь сечения нетто;

- площадь лобовой поверхности;

- плотность материала;

- модуль упругости материала;

- коэффициент внутреннего трения материала;

- котангенс угла наклона свайного элемента к вертикали;

- сопротивление в замках (для шпунта);

д) по грунтовому основанию

- число слоев грунта;

- глубины залегания подошв слоев;

- коды наименования грунтовых слоев при определении сопротивления по СНиП 2.02.03;

- физико-механические свойства грунтовых слоев при определении сопротивления по API RP 2A [15] и DnV [16];

- угол внутреннего трения;

- сцепление;

- плотность с учетом взвешивающего влияния воды;

- коэффициент несущей способности грунта под острием;

 коэффициенты вязкого сопротивления грунтовых слоев на боковой поверхности элемента;

- коэффициенты вязкого сопротивления грунтовых слоев под острием элемента;

- предельные упругие деформации грунтовых слоев на боковой поверхности элемента;

- предельные упругие деформации грунтовых слоев под острием элемента.

Ниже в качестве иллюстрации приведен пример расчета забивки шпунта ШТС с помощью программы DIZO-2.

Пример. Проверить возможность забивки шпунта ШТС-1020-14-Л5 длиной 23 м на глубину 13,5 м в грунтовое основание, представленное (сверху вниз) слоем тугопластичных глин толщиной 8 м с показателем текучести I_L = 0,4, подстилаемых слоем песков средней крупности и плотности толщиной не менее 12 м, трубчатым дизель-молотом КВ-60 японского производства с массой поршня 6000 кг при высоте его падения h = 250 см.

Допустимый минимальный отказ для дизель-молота КВ-60 по данным инструкции по эксплуатации e_min = 0,1 см.

Шпунт выполнен из стали класса К 50 по ГОСТ 20295 с расчетным сопротивлением сжатию по пределу текучести R_y = 325 МПа. Сопротивление грунта погружению шпунта принять в соответствии с нормами СНиП 2.02.03.

Определить необходимое число ударов и чистое время для погружения одной шпунтины на глубину 13,5 м, а также построить графики:

- зависимости сопротивления грунтового основания от глубины погружения шпунта;

- зависимости погружающей способности молота (количество ударов молота на 10 см забивки шпунта n = 10/е, где е - отказ шпунта) от сопротивления грунтового основания;

- зависимости общего количества ударов молота от глубины погружения шпунта;

- максимальных динамических сжимающих и растягивающих напряжений в сечениях по длине шпунтины на конечной стадии погружения (Н = 13,5 м).

а) Определение необходимых для расчета значений параметров.

В соответствии с прил. D (п. D.5) максимальные динамические напряжения в шпунте ШТС из стали с расчетным сопротивлением R_y = 325 МПа не должны превышать 228 МПа.

Согласно прил. А площадь поперечного сечения шпунта ШТС-1020-14-Л5 равна А_с = 570,1 см², площадь опирания на грунт - А_к = 582 см², периметр сечения - u = 781 см.

б) Результаты расчетов забивки шпунта ШТС-1020-14-Л5 по программе DIZO-2 приведены в виде распечатки на рис. С.1, а также в графической форме на рис. С.2 - С.5:

рис. С.2 Сопротивление погружению шпунта ШТС-1020-14-Л5 длиной L_c = 23 м;

рис. С.3 Погружающая способность молота КВ-60 для шпунта ШТС-1020-14-Л5 длиной L_c = 23 м;

рис. С.4 Общее количество ударов молота КВ-60 в зависимости от глубины погружения шпунта ШТС-1020-14-Л5 длиной L_c = 23 м;

рис. С.5 Максимальные сжимающие и растягивающие напряжения в шпунте ШТС-1020-14-Л5 длиной L_c = 23 м (молот КВ-60, глубина забивки 13,5 м)

в) Анализ результатов расчета и выводы

В соответствии с результатами расчетов общее сопротивление погружению шпунта ШТС-1020-14-Л5 на глубине Н = 13,5 м (рис. С.1 и С.2) и отказ (рис. С.1 и С.3) равны соответственно F_d = 4962 кН и е = 0,25 см (n = 40).

Общее количество ударов молота для погружения одной шпунтины на глубину 13,5 м равно N = 1194 ударов (рис. С.4), а расчетное чистое время работы дизель-молота для забивки одной шпунтины на конечную глубину при частоте работы молота 40 ударов в минуту составляет t = 1194/40 = 29,85 мин.

Максимальные сжимающие и растягивающие напряжения в шпунте ШТС-1020-14-Л5 длиной L_c = 23 м на конечной стадии погружения (Н = 13,5 м) составляют соответственно σ_с = 138,3 МПа и σ_р = -34,7 МПа (рис. С.1 и С.5). Максимальные сжимающие напряжения в процессе забивки не превышают σ_с = 138,4 МПа на глубине 10 м (рис. С.1).

Таким образом, дизель-молот КВ-60 с массой поршня 6000 кг обеспечивает погружение в данное грунтовое основание шпунта ШТС-1020-14-Л5 длиной L_c = 23 м на глубину 13,5 м с отказом е = 0,25 см при минимально допустимом отказе е_min = 0,1 см по эксплуатационным условиям. Максимальные напряжения в шпунте составляют 138,4 МПа при максимально допустимых напряжениях 228 МПа по условию прочности шпунта из стали расчетным сопротивлением сжатию по пределу текучести R_y = 325 МПа.

Примечание. Если сравнить результаты приведенных расчетов забивки шпунта ШТС-1020-14-Л5, выполненных непосредственно по программе DIZO-2, с результатами расчетов забивки данного шпунта в этих же условий по «Методике», приведенной в прил. D, то обнаруживается некоторое их различие.

При расчете непосредственно по программе DIZO-2 отказ шпунтины и максимальные динамические напряжения в ней на конечной стадии погружения (Н = 13,5 м) составили соответственно е = 0,25 см (n = 40) и σ_с = 138,4 МПа, а при расчете по «Методике» - соответственно е = 0,2 см (n = 50) и σ_с = 146 МПа.

Эти различия в результатах расчетов объясняются введением определенных упрощений при разработке «Методики», что обусловило, в свою очередь, необходимость введения некоторых запасов, в частности, по напряжениям. Естественно, что более упрощенный метод дает и более высокие погрешности, однако они не выходят за пределы практического смысла.

Рис. С.1 Распечатка расчета

Рис. С.2

Рис. С.3

Рис. С.4

Рис. С.5

Приложение D

(рекомендуемое)

Производственная методика выбора молота для забивки шпунта ШТС

D.1. Методика разработана с помощью расчетов по программам RAM-2 «Расчет забивки свай (шпунта) паровоздушными (гидравлическими) молотами» и DIZO-2 «Расчет забивки свай (шпунта) дизельными молотами», основанных на волновой теории удара (прил. С).

В результате обработки и анализа результатов решения большого количества вариантов задач (около 5000), в которых варьировали параметры системы «молот - наголовник - шпунт ШТС - грунтовое основание», построены графики, отражающие два вида зависимостей, необходимых для проверки применимости основных типов молотов, наиболее часто используемых в отечественной практике для забивки шпунта ШТС в конкретное грунтовое основание:

зависимости погружающей способности молотов¹ от сопротивления погружению, площади поперечного сечения нетто и длины шпунта ШТС;

¹ Погружающая способность молота определяется величиной отказа шпунта (е, см) от одного удара или количеством ударов молота (n) на 10 см погружения при данном сопротивлении грунта

зависимости максимальных сжимающих напряжений в шпунте ШТС при забивке от сопротивления погружению, площади его поперечного сечения нетто и длины.

D.2. Методика распространяется на выбор трубчатых дизельных молотов с массой поршня 1800, 2500, 3500, 5000, 6000, 7200, 8000 кг и паровоздушных (гидравлических) молотов одиночного действия с массой ударной части 3000, 6000, 10000 кг, а также может быть применена для подбора или проверки соответствующих молотов с промежуточным значением массы поршня или ударной части с использованием интерполяции.

D.3. Методика распространяется на выбор молотов согласно п. D.2 для забивки шпунта ШТС диаметром от 530 до 1120 мм с толщиной стенки от 9 до 16 мм с площадью поперечного сечения нетто от 150 до 600 см² и длиной от 8 до 24 м.

Для шпунта ШТС с укороченной длиной замков, отличающейся на 5 % и более от полной длины шпунта, площадь поперечного сечения нетто принимается осредненной по длине шпунта.

D.4. Принцип выбора молота заключается в проверке его применимости для забивки конкретного шпунта ШТС на проектную глубину без повреждений. Правильно подобранный молот должен обеспечить на всех этапах забивки шпунтины величину отказа е (погружение от одного удара молота) не менее заданного е_min, при уровне максимальных сжимающих динамических напряжений в поперечных сечениях не более допустимого.

D.5. Максимальные динамические напряжения сжатия (σ_д) в шпунте ШТС при забивке не должны превышать величины, определяемой соотношением (СНиП II-23)

σ_д < R_у γ_с,                                                           (D.1)

где R_y - расчетное сопротивление стали сжатию по пределу текучести;

γ_с - коэффициент условий работы шпунта при забивке, γ_с = 0,7.

D.6. Минимальный отказ (е) или максимальное количество ударов молота на 10 см погружения (n_max = 10/e_min) шпунта ШТС назначается проектной организацией. Рекомендуется принимать минимальный отказ шпунта ШТС равным e_min = 0,5 см (n_max = 20), но в любом случае не менее значения, установленного фирмой-изготовителем молота и приведенного в паспорте молота или в инструкции по его эксплуатации и равного обычно e_min = 0,2 см (n_max = 50) для трубчатых дизельных молотов и e_min = 0,3 см (n_max = 33) - для паровоздушных молотов одиночного действия.

D.7. Сопротивление грунта погружению шпунта ШТС вычисляется по методике определения несущей способности висячих свай, приведенной в п. 4.2. СНиП 2.02.03.

При назначении в расчетах значений площади опирания шпунта на грунт и периметра сечения шпунта, соприкасающихся с грунтом, необходимо учитывать возможное несоответствие длин трубы и замков и разное заглубление их в грунтовое основание.

Площадь опирания шпунтины ШТС на грунт или лобовая площадь принимается равной площади поперечного трубчатого сечения (нетто) с учетом площадей сечения замков и кольцевого усиления нижнего конца, если оно имеется. При этом площадь гребня замка принимается по площади нетто, а обоймы замка - по площади брутто, т.е. с учетом площади полости обоймы.

Периметр шпунтины ШТС при определении сопротивления грунта на боковой поверхности в зоне замков принимается равным сумме внутреннего периметра трубы и внешнего периметра шпунтины (без учета внутреннего периметра полости замков), а ниже замков - равным сумме внутреннего и внешнего периметров трубы.

Значения площади поперечного сечения нетто, расчетной площади опирания на грунт, а также расчетного периметра определяются в зависимости от типоразмера шпунта ШТС по данным, приведенным в прил. А.

D.8. При забивке шпунтины ШТС в замок ранее забитой сопротивление погружению дополнительно увеличивается за счет трения в замках, которое в расчетах принимается равным 25 кН на один метр длины погруженной в грунт части замка.

D.9. На начальном этапе для предварительного подбора молота рекомендуется использовать ориентировочные данные по применимости различных молотов для забивки шпунта ШТС в зависимости от его площади поперечного сечения нетто и сопротивления грунтового основания, приведенные в табл. D.1.

Таблица D.1

Ориентировочная область применения молотов

D.10. Проверка применимости предполагаемого для забивки шпунта ШТС молота согласно п. D.4 по погружающей способности и по максимальным напряжениям в шпунте выполняется в зависимости от площади поперечного сечения нетто, длины шпунта и сопротивления погружению по графикам, приведенным на следующих рисунках:

а) по погружающей способности

для дизельных молотов с массой поршня

1800 кг (типаУР-1800, С-859, С-996, С-996с, СП-76) - рис. D.1;

2500 кг (типа УР-2500, С-949, С-1047, С-1047с, СП-77) - рис. D.2;

3500 кг (типа УР-3500, С-954, С-1048, С-1048с, СП-78) - рис. D.3;

5000 кг (типа УР-5000, С-974, СП-54, СП-79) - рис. D.4;

6000 кг (типа КВ-60) - рис. D.5.1 и D.5.2;

7200 кг (типа МВ-72) - рис. D.6;

8000 кг (типа МВ-80) - рис. D.7;

для паровоздушных (гидравлических) молотов с массой ударной части

3000 кг (типа СССМ-582) - рис. D.8.1, D.8.2 и D.8.3;

6000 кг (типа СССМ-680) - рис. D.9.1, D.9.2, D.9.3 и D.9.4;

10000 кг (типаМКВ-1000А) - рис. D.10.1, D.10.2 и D.10.3;

б) по максимальным сжимающим напряжениям в шпунте при ударе для дизельных молотов с массой поршня

1800 кг (типа УР-1800, С-859, С-996, С-996с, СП-76) - рис. D.11;

2500 кг (типа УР-2500, С-949, С-1047, С-1047с, СП-77) - рис. D.12;

3500 кг (типа УР-3500, С-954, С-1048, С-1048с, СП-78) - рис. D.13;

5000 кг (типа УР-5000, С-974, СП-54, СП-79) - рис. D.14;

6000 кг (типа КВ-60) - рис. D.15;

7200 кг (типа МВ-72) - рис. D.16;

8000 кг (типа МВ-80) - рис. D.17;

для паровоздушных (гидравлических) молотов с массой ударной части

3000 кг (типа СССМ-582) - рис. D.18.1, D.18.2;

6000 кг (типа СССМ-680) - рис. D.19.1, D.19.2, D.19.3, D.19.4;

10000 кг (типа MRB-1000A) - рис. D.20.1, D.20.2, D.20.3.

Примечание. Для промежуточных значений массы молотов и высоты падения ударной части в паровоздушных молотах, площади поперечного сечения и длины шпунта ШТС погружающая способность молотов и максимальные напряжения в шпунте определяются интерполяцией.

D.11. Пример. Подобрать дизельный молот для забивки шпунта ШТС 820-10-УТо длиной 24 м на глубину 17 м в грунтовое основание, представленное (сверху вниз) слоем мелких песков средней плотности толщиной 3 м, слоем мягко-пластичных глин толщиной 12 м с показателем текучести I_L = 0,6, подстилаемых слоем плотных песков средней крупности разведанной толщиной 10 м. Шпунт выполнен из стали с расчетным сопротивлением сжатию по пределу текучести, равным R_y = 320 МПа. Длина замков принята равной 12 м из расчета заделки в грунт на 5 м.

а) Определение необходимых для расчета значений параметров.

Согласно п. D.5 максимальные динамические напряжения в шпунте из стали с расчетным сопротивлением R_y = 320 МПа не должны превышать 224 МПа.

В соответствии с прил. А с учетом указаний п. D.3 и п. D.7 находим для шпунта ШТС 820-10-УТо:

площадь поперечного сечения нетто в зоне замков А_с = 362 см²;

площадь сечения нетто ниже замков равна площади сечения нетто трубы А_т = 255 см²;

расчетный периметр сечения шпунта в зоне замков u = 559 см;

расчетный периметр сечения ниже замков u_т = 509 см;

расчетная площадь нижнего торца шпунта равна сечению трубы нетто A_к = A_т =255 см²;

расчетная площадь нижнего торца замков А₃ = 721 - 255 = 466 см².

Средняя площадь сечения нетто шпунта А_сред = (362×12 + 255×12)/24 = 315 см².

В соответствии с п. D.7 по методике, приведенной в СНиП 2.02.03 (п. 4.2), определяем сопротивление грунта на конечной стадии погружения шпунта на глубине 17 м (см. табл. D.2), равное F_г = 2846,5 кН.

Таблица D.2

Определение сопротивление грунта

Дополнительное сопротивление в замке согласно п. D.8 равно F₃=25×5 = 125 кН. Общее сопротивление погружению шпунта с учетом сопротивления в замке с округлением F_d = 2846,5+1253000 кН.

б) Выбор молота.

В соответствии с табл. D.1 по площади сечения шпунта и сопротивлению грунта, равным соответственно А_с = 315 см² и F_d = 3000 кН, для забивки шпунта ШТС ориентировочно применимы дизельные молоты с массой поршня 3500 и 5000 кг.

Согласно п. D.10 выполним проверку применимости дизельных молотов с массой поршня 3500 и 5000 кг с помощью соответствующих графиков.

Значение осредненной площади сечения шпунтины ШТС-820-10-УТо (А_с = 315 см²) находится между 300 и 450 см², поэтому погружающую способность вышеуказанных дизель-молотов и максимальные сжимающие напряжения в шпунте определяют по соответствующим графикам с применением интерполяции.

Погружающая способность молота с поршнем 3500 кг определяется с помощью графиков на рис. D.3.

При сечении шпунта А_с = 300 см², длине 24 м и сопротивлении грунта F_d = 3000 кН погружающая способность молота 3500 кг согласно кривой 6 на рис. D.3 составляет n₃₀₀  46, а при А_с = 450 см² согласно кривой 3 на рис. D.3 - n₄₅₀  32.

С помощью интерполяции определяется значение погружающей способности молота 3500 кг при сечении шпунта А_с = 315 см² на конечной стадии забивки, равное n  44,6 (е = 10/n 0,22 см).

По графикам на рис. D.13 интерполяцией между кривыми 5 (А_с = 300 см²) и 7 (А_с = 450 см²) определяются максимальные напряжения в шпунте ШТС-820-10-УТо длиной 24 м при сопротивлении грунта F_d = 3000 кН и сечении А_с = 315 см² в конце забивки молотом 3500 кг, равные σ 142 МПа.

Погружающая способность дизель-молота с массой поршня 3500 кг (типа УР-3500, С-954, С-1048, С-1048с, СП-78) обеспечивает погружение данного шпунта на конечной стадии с отказом е0,22 см при минимально допустимом эксплуатационном отказе, равном е = 0,2 см. Максимальные напряжения в шпунте в этом случае достигают σ  142 МПа при максимально допустимых напряжениях, равных σ = 224 МПа по условию прочности для шпунта из стали класса С 345.

При сечении шпунта А_с = 300 см², длине 24 м и сопротивлении погружению F_d = 3000 кН погружающая способность молота с поршнем 5000 кг согласно кривой 10 на рис. D.4 составляет n₃₀₀  23,5, а при А_с = 450 см² по кривой 6 - n₄₅₀  16,5.

С помощью интерполяции определяется значение погружающей способности молота 5000 кг при сечении шпунта А_с = 315 см² на конечной стадии забивки, равное n  22,8 (e=10/n  0,44 cм).

Таким же образом по графикам на рис. D.14 интерполяцией между кривыми 6 (А_с = 300 см²) и 7 (А_с = 450 см²) определяются максимальные напряжения в шпунте ШТС длиной 24 м при сопротивлении грунта F_d = 3000 кН и сечении А_с = 315 см² в конце забивки молотом с поршнем 5000 кг, примерно равные σ  147 МПа.

Погружающая способность дизель-молота с массой поршня 5000 кг (типа УР-5000, С-974, СП-54, СП-79) обеспечивает погружение шпунта ШТС с отказом е  0,44 см при минимально допустимом отказе е = 0,2 см для данного молота по эксплуатационным условиям. Максимальные напряжения в шпунте составляют σ  147 МПа при максимально допустимых напряжениях, равных σ  224 МПа по условию прочности для шпунта из стали класса С 345.

в) Вывод

Таким образом, оба дизель-молота с массой поршня 3500 и 5000 кг обеспечивают погружение шпунта ШТС-820-10-УТо длиной 24 м на заданную глубину 17 м в данное грунтовое основание. Однако в связи с тем, что погружающая способность дизель-молота с массой поршня 3500 кг на конечной стадии (е  0,22) близка к критическому значению (е = 0,2 см), предпочтительно применение дизельного молота с массой поршня 5000 кг.

Рис. D.2

Рис. D.3

Рис. D.4

Рис. D.5.1

Рис. D.5.2

Рис. D.6

Рис. D.7

Рис. D.8.1

Рис. D.8.2

Рис. D.8.3

Рис. D.9.1

Рис. D.9.2

Рис. D.9.3

Рис. D.9.4

Рис. D.10.1

Рис. D.10.2

Рис. D.10.3

рис. D.11

Рис. D.12

Рис. D.13

Рис. D.14

Рис. D.15

Рис. D.16

Рис. D.17

Рис. D.18.1

Рис. D.18.2

Рис. D.19.1

Рис. D.19.2

Рис. D.19.3

Рис. D.19.4

Рис. D.20.1

Рис. D.20.2

Рис. D.20.3

Приложение Е

(информационное)

Литература

1. ВСН 34-91 Правила производства и приемки работ на строительстве новых, реконструкции и расширении действующих гидротехнических морских и речных транспортных сооружений. Часть II. Минтрансстрой СССР, М., 1991.

2. Указания по эксплуатации и ремонту вибропогружателей и вибромолотов в транспортном строительстве. Минтрансстрой СССР, М., 1976.

3. Пособие по производству работ при устройстве оснований и фундаментов (к СНиП 3.02.01-83). НИИОСП, Стройиздат, М., 1986.

4. Пособие по производству и приемке работ при строительстве новых, реконструкции и расширении действующих гидротехнических морских и речных транспортных сооружений (к СНиП 3.07.02-87). ЦНИИС, М., 1991.

5. Закон Российской Федерации «О безопасности гидротехнических сооружений» от 21.07.97 № 117-ФЗ.

6. Правила по охране труда при производстве строительно-монтажных работ по постройке портовых гидротехнических сооружений. Минтрансстрой СССР, М., 1991.

7. Правила техники безопасности на морских судах Министерства транспортного строительства. Минтрансстрой СССР, М., 1979.

8. Правила техники безопасности на речных судах Министерства транспортного строительства. Минтрансстрой СССР, М., 1990.

9. Указания по технике безопасности для рабочих, выполняющих строительно-монтажные и транспортные работы на льду рек и других водоемов. Минтрансстрой СССР, М., 1968.

10. Правила пожарной безопасности при производстве строительно-монтажных работ. ППБ1-93 Российской Федерации.

11. Правила охраны от загрязнения прибрежных вод морей. Минводхоз СССР, М., 1984.

12. Рекомендации по снижению вредного воздействия на окружающую среду строительства транспортных объектов. ОАО ЦНИИС, М., 1997.

13. ВСН 8-89. Инструкция по охране природной среды при строительстве и содержании автомобильных дорог. Минавтодор РСФСР, М., 1989.

14. Закон России об охране окружающей среды от 19.12.91 № 2060-1 (ред. от 02.06.93 № 5076-1).

15. API RP 2A. American Petroleum Institute, Recommended practice for planning, designing and constructing fixed offshore platforms, 13^th edition, 1982.

16. DnV. Det norske Veritas. Foundation, 1992.

17. ВСН 51-3-85. Проектирование морских стационарных платформ. Мингазпром СССР, М., 1985.

18. ВСН 41.88. Проектирование ледостойких стационарных платформ. Миннефтепром СССР, М., 1988.

19. СН-РФ 54.1-85. Указания по проектированию причальных набережных. Книга 1, раздел 1 Основные положения проектирования. Минречфлот РСФСР, М., 1987.