Опубликовано: Февраль 11, 2008

[масса ударной части, наибольшая потенциальная энергия, расчётная, рекомендуемая]

Забивка свай дизель-молотами

Дизель-молоты отличаются от паровоздушных тем, что подъем ударной части у них производится за счет энергии рабочего хода двухтактного дизельного двигателя. Наша промышленность вы­пускает дизель-молоты двух типов: штанговые и трубчатые.

В основном выпускаются и применяются дизель-молоты штан­гового типа, ударной частью которых является подвижной ци­линдр, открытый снизу и перемещающийся в направляющих штангах. Приводимый в действие движущимся цилиндром насос высокого давления подает топливо в форсунку камеры сгорания по трубке, расположенной в блоке поршня.

Дизель-молоты: а - штанговый, б - трубчатый, 1 - ось рычага для сброса цилиндра; 2 - кошка; 3 - цилиндр (ударная часть); 4 - штырь (кулачок); 5 - направляющая штан­га, 6 - форсунка, 7 - поршневой блок, 8 - рычаг подачи топлива, 9 - шаровая опора, 10 - топливный насос, 11 - поршень (ударная часть), 12 - цилиндр, 13 - продувные окна, 14 - пята, 15 - топливный насос, 16 - ры­чаг подачи топлива, 17 - резер­вуар с топливом.

В трубчатом дизель-молоте ударной частью служит тяжелый подвижной поршень, а цилиндр неподвижен и выполняет роль направляющей конструкции. Насос низкого давления только до­зирует подачу топлива в камеру сгорания; распыление его до­стигается ударом головки поршня по сферической впадине ци­линдра, куда поступает топливо из насоса.

Штанговые молоты работают при меньшей высоте подъема и более высокой степени сжатия, из-за чего энергия их удара в 2 - 3 раза меньше, чем у соответствующих трубчатых молотов.

Для забивки железобетонных свай длиной до 8-10 м, сече­нием 30х30 и 35x35 см и весом до 2-2,5 т обычно пользуются штанговыми дизель-молотами с весом ударной части 1200- 2500 кг. Рекомендуется, чтобы отношение веса ударной части дизель-молота к весу сваи было не менее чем 1,25. Однако для трубчатых дизель-молотов, которые обладают значительно боль­шей энергией удара и более эффективны, это отношение может быть уменьшено до 0,7-0,5.

Дизель-молоты имеют собственный источник энергии, что осо­бенно важно при забивке коротких свай, когда необходимы частые передвижки сваебойной установки. Они применимы как при глинистых, так и при песчаных грунтах. Однако в плотных пес­чаных грунтах реко­мендуется дополни­тельно применять под­мыв.

Серьезным недостат­ком дизель-молотов яв­ляется их плохая заводимость при погруже­нии в грунты с сильно сжимаемыми прослой­ками и в мягкие подат­ливые грунты.

Дело в том, что высота подъема цилиндра зависит от коли­чества поступающего топлива и сопротивления грунта погруже­нию сваи. При слабых грунтах цилиндр подбрасывается недоста­точно и тогда при падении ударной части не происходит требуе­мого сжатия воздуха в камере сгорания, необходимого для вос­пламенения топливной смеси, и молот перестает работать.

В летнее время заводимость готовых к работе штанговых и трубчатых дизель-молотов зависит главным образом от вели­чины погружения сваи при одном ударе (от отказа). Заводи­мость и устойчивость работы трубчатого молота обеспечивается при максимальном отказе сваи до 8, а штангового - до 25- 30 см/удар.

Следует отметить, что трубчатые молоты уступают штанговым по пусковым качествам. При работе на морозе для надежного запуска трубчатого дизель-молота применяют специальные при­садки к топливу, иначе при температуре воздуха до -20°С не­обходим предварительный подогрев молота в течение 20-30 мин. Это, однако, не является большим недостатком и мало сказы­вается на производительности.

Штанговые молоты (например, С-268) в зимних условиях работают более устойчиво, чем трубчатые, и успешно заводятся даже при температуре воздуха -30° С.

В жаркую безветренную погоду работоспособность штангового дизель-молота значительно снижается из-за перегрева, и после забивки каждых двух-трех свай приходится в течение 20 - 30 мин охлаждать молот с поднятой ударной частью. Чтобы избежать остановок дизель-молота из-за перегрева, рекомендуется обдувать его поршень сжатым воздухом. Для этого малый пере­носной компрессор, например, 0-16 (окрасочный), устанавли­вается на раме копра, а шланг прикрепляется к стреле.

При промерзании грунта на 0,5 м эффективное погружение железобетонных свай штанговым дизель-молотом может осу­ществляться без устройства лидирующих скважин. При забивке в грунт, промерзший на глубину 1,1 м, около 50% свай получают трещины - в таких условиях обходиться без лидирующих сква­жин уже нельзя.

Следует отметить, что дизель-молоты не могут работать под водой.

Тип молота выбирают по энергии удара.


От: milica,  7293 кол-во просмотров

С предприятий стройиндустрии сваи доставляют в готовом для погружения в грунт виде. В зависимости от характеристик грунта существует ряд методов устройства свай, в том числе ударный, вибрационный, вдавливанием, завинчиванием, с использованием подмыва и электроосмоса, а также различными комбинациями этих методов.

Ударный метод основан на использовании энергии удара (воздействия ударной нагрузки), под действием которой свая своей нижней ваостренной частью внедряется в грунт. По мере погружения она смещает частицы грунта в стороны, частично вниз или наверх. В результате погружения свая вытесняет объем грунта, практически равный объему ее погруженной части. Меньшая часть этого грунта оказывается на дневной поверхности, большая - смешивается с окружающим грунтом и значительно уплотняет грунтовое основание. Зона заметного уплотнения грунта вокруг сваи составляет 2...3 диаметра сваи.

Ударную нагрузку на оголовок сваи создают специальные механизмы:

• паровоздушные молоты, которые приводятся в действие силой сжатого воздуха или пара, непосредственно воздействующих на ударную часть молота;
• дизель-молоты, работа которых основана на передаче энергии сгорающих газов ударной части молота;
• вибропогружатели - передача колебательных движений рабочего органа на сваю (использование вибрации);
• вибромолоты - сочетание вибрации и ударного воздействия на сваю.

Вибропогружатели и вибромолоты чаще используют при погружении трубчатых свай-оболочек большого диаметра, при погружении в грунт и извлечении шпунтовых свай.

Рабочий цикл молотов всех типов состоит из двух тактов: холостого хода, в течение которого происходит подъем ударной части на определенную высоту, и рабочего хода, в течение которого ударная часть с большой скоростью движется вниз до момента удара по свае. В ряде свайных молотов рабочий ход происходит только под действием массы ударной части, такие молоты называются молотами одиночного действия.

В молотах двойного действия в точке максимального подъема ударная часть получает дополнительную энергию, на сваю действуют эта энергия и масса ударной части молота. В процессе работы молота корпус его остается неподвижным на голове погружаемой сваи, ударная часть молота движется внутри корпуса. Энергия сгорания не только поднимает ударную часть молота на предельную высоту, но и воздействует на нее ударом, когда она под действием силы тяжести падает вниз. Подача топлива и его возгорание в зависимости от положения ударной части выполняются автоматически.

Дизель-молоты, по сравнению с паровоздушными, отличаются более высокой производительностью, простотой в эксплуатации, автономностью действия и более низкой стоимостью. Автономность обеспечивается путем подъема за счет рабочего хода двухтактного дизельного двигателя.

На строительных площадках применяют штанговые и трубчатые дизель-молоты (рис. 6.5). Ударная часть штанговых дизель-молотов -подвижный цилиндр, открытый снизу и перемещающийся в направляющих штангах. При падении цилиндра на неподвижный поршень в камере сгорания воспламеняется смесь воздуха и топлива. Образовавшиеся в результате сгорания смеси газы подбрасывают цилиндр вверх, после чего происходит новый удар и цикл повторяется.

В трубчатых дизель-молотах неподвижный цилиндр, имеющий пяту, является направляющей всей конструкции. Ударная часть -подвижный поршень с головкой. Воспламенение смеси происходит при ударе головки поршня по поверхности сферической впадины цилиндра.

Рис.6.5. Схемы дизель-молотов:

а - штангового; б - трубчатого; / - подвижный цилиндр; 2 - направляющие штанги; 3 -поршень; 4 - подвижный поршень; 5 - головка; 6 - неподвижный цилиндр; 7 - опорная часть

Главное преимущество дизель-молота трубчатого типа над штанговым в том, что при одинаковой массе ударной части они обладают значительно большей (в 2...3 раза) энергией удара. Рекомендуется следующее отношение массы ударной части молота к массе сваи: для штанговых молотов 1,25; для трубчатых - 0,5...0,7. Для молотов одиночного действия количество ударов в 1 минуту составляет 45...100, масса ударной части до 2500 кг. Аналогично для молотов двойного действия количество ударов в 1 минуту до 300, масса ударной части до 1200 кг.

В комплект молота входит наголовник, необходимый для закрепления сваи в направляющих сваебойной установки, предохранения головы сваи от разрушения ударами молота и равномерного распределения удара по площади сваи. В этой связи внутренняя полость наголовника должна соответствовать очертанию и размерам головы сваи и жестко на ней быть закрепленной.

Для подъема и установки сваи в заданное положение и для забивки свай с обеспечением передачи усилия от молота сваи строго в вертикальном положении применяют специальные устройства -копры (рис. 6.6). Основная рабочая часть копра - его стрела, вдоль которой устанавливают перед погружением молот, опускают и поднимают его по мере забивки сваи. Наклонные сваи погружают в грунт копрами с наклонной стрелой. Копры бывают на рельсовом ходу (универсальные металлические копры башенного типа) и самоходные - на базе кранов, тракторов, экскаваторов и автомашин со стрелой длиной 9...18 м.

Универсальные копры имеют значительную собственную массу до 20 т. Монтаж и демонтаж таких копров, устройство для них подкрановых путей - достаточно трудоемкие процессы, поэтому универсальные копры применяют для забивки свай длиной более 12 м при большом объеме свайных работ на объекте.

Рис. 6.6. Сваебойные копровые установки:

6 - мостовая; б - рельсовая универсальная; в - на базе экскаватора; г-на тракторе; д - на автомобиле; / - кабина, 2 - копровая мачта; 3 - мост; 4 - рельсовый путь; 5 - свая; б - оголовник с блоками; 7 - ходовая тележка; 8 - поворотная платформа; 9 - молот; 10 - базовая машина; II-стрела; 12 - распорка; 13 - гидроцилиндр; 14 - выдвижной механизм; 15 - гидроцилиндр подъема и наклона стрелы; 16 - механизм подъема сваи; 17 - подвижная рама

Наиболее распространены в промышленном и гражданском строительстве сваи длиной 6... 10 м, которые забивают с помощью самоходных сваебойных установок. Такие установки маневренны и имеют механические устройства для подтаскивания и подъема на необходимую высоту сваи, закрепления головы сваи в наголовнике, в вертикальном выравнивании стрелы со сваей перед забивкой.

Забивка свай состоит из трех основных повторяющихся операций:

■ передвижка и установка копра на место забивки сваи;

■ подъем и установка сваи в позицию для забивки;

■ забивка сваи.

Центр тяжести свайного молота должен совпадать с направлением забивки сваи. Свайный молот поднимают на высоту, достаточную для установки сваи, с некоторым запасом на ход молота и в таком положении закрепляют. При забивке стальных и железобетонных свай молотами одиночного действия обязательно применение наголовников для смягчения удара и предохранения головы сваи от разрушения.

В процесс забивки свай входят установка сваи в проектное положение, надевание наголовника, опускание молота и первые удары по свае с высоты 0,2...0,4 м, после погружения сваи на глубину 1м- переход к режиму нормальной забивки. От каждого удара свая погружается на определенную глубину, которая уменьшается по мере заглубления сваи. В дальнейшем наступает момент, когда глубина забивки сваи практически незаметна. Практически свая погружается в грунт на одну и ту же малую величину, называемую отказом.

Отказ - глубина погружения сваи за определенное количество ударов обычно молота одиночного действия или за единицу времени для молотов двойного действия. Величина отказа - среднее от 10 или серии ударов в единицу времени.

Залог - серия ударов, выполняемых для замера средней величины отказа: для паровоздушных молотов в залоге 20...30 ударов; для дизель-молотов одиночного действия в залоге 10 ударов; для дизель-молотов двойного действия отказ определяют за 1 мин. забивки.

Замеры проводят с точностью до 1 мм, забивку прекращают при получении заданного по проекту отказа (расчетного). Если средний отказ в трех последовательных залогах не превышает расчетного, то процесс забивки сваи считается законченным.

Если при погружении свая не дошла до проектной отметки, но уже получен заданный отказ, то этот отказ может оказаться ложным, вследствие возможного перенапряжения в грунте от забивки предыдущих свай. Через 3...4 дня свая может быть погружена до проектной отметки.

Погружение свай вибрированием осуществляют с использованием вибрационных механизмов, оказывающих на сваю динамические воздействия, которые позволяют преодолеть сопротивление трения на боковых поверхностях сваи, лобовое сопротивление грунта, возникающее под острием сваи, и погрузить сваю на проектную глубину (рис. 6.7). На скорость погружения и амплитуду колебаний влияют масса вибрирующих частей сваи и вибратора, его эксцентриситет, плотность грунта, участвующего в колебаниях, частота колебаний вибропогружателя. Благодаря вибрации для погружения свай в грунт требуется усилия иногда в десятки раз меньшие, чем при забивке. При этом происходит частичное виброуплотнение грунта, в том числе и под головкой сваи. Зона уплотнения для разных грунтов составляет 1,5...3 диаметра сваи.

Р и с. 6.7. Вибропогружение свай:

а - свае погружающая установка; б - вибропогружатель с подрессоренной пригрузкой; в - вибромолот; I - вибропогружатель, 2 - экскаватор; 3 - свая; 4 - электродвигатель, 5 - пригрузочные плиты; 6 - вибратор; 7 - дебалансы; 8 - наголовник; 9 - пружины; 10 - ударная часть с электродвигателем; 11 - боек; 12 - наковальня

Для погружения свай в грунт вибрированием используют вибропогружатели, которые подвешивают к мачте сваепогружающей установки и жестко соединяют с наголовником сваи. Действие вибропогружателя основано на принципе, при котором вызываемые дисбалансами вибратора горизонтальные центробежные силы взаимно ликвидируются, в то время как вертикальные силы суммируются. Амплитуда виброколебаний и масса вибросистемы, в которую входят свая, наголовники и вибропогружатель, должны обеспечить вибрацию примыкающим слоям грунта, включение их в эту систему, в результате происходит раздвижка зерен грунта под контуром погруженной части сваи.

Способ наиболее приемлем в песчаных грунтах, водонасыщенных мелких и пылеватых грунтах, где скорость погружения может достигать 3,5...7 м/мин. Этим методом погружают сплошные и полые железобетонные сваи, сваи-оболочки, металлический шпунт.

При глинистых и тяжелых суглинистых грунтах под острием сваи может возникнуть глинистая подушка, которая снижает несущую способность сваи до 40%. Поэтому на заключительной стадии погружения, на последние 15...30 см свая погружается в грунт ударным способом.

При выборе низкочастотных погружателей (до 420 кол/мин), применяемых при погружении тяжелых железобетонных свай и трубчатых свай диаметром 1000 мм и более, необходимо, чтобы момент эксцентриков превышал массу вибросистемы не менее чем в 7 раз для легких грунтов и в 11 раз для средних и тяжелых грунтов.

Для погружения легких свай массой до 3 т и металлического шпунта в грунты, не оказывающие большого лобового сопротивления под острием сваи, применяют высокочастотные (от 1500 кол/мин) вибропогружатели с подрессорной пригрузкой, состоящие из самого вибратора и присоединенного к нему с помощью системы пружин дополнительного пригруза с расположенным на нем электродвигателем.

Вибрационный метод наиболее эффективен при несвязных водонасыщенных грунтах. Применение метода для погружения свай в маловлажные плотные грунты возможно лишь при устройстве лидирующих скважин, т. е. при предварительном пробуривании скважин.

Более универсальным является виброударный способ погружения свай с помощью вибромолотов. При работе вибромолота наряду с вибрационным воздействием на сваю периодически опускается ударник, оказывая и динамическое воздействие на голову сваи.

Наиболее распространены пружинные вибромолоты. В них при вращении валов с дебалансами в противоположных направлениях создаются постоянные колебания. Когда зазор между ударником и наковальней сваи оказывается меньше амплитуды колебаний, ударник периодически ударяет через наковальню по свае. Вибромолоты могут самонастраиваться, т. е. увеличивать энергию удара с повышением сопротивления грунта погружению сваи. Масса ударной части вибромолота применительно к погружению железобетонных свай должна быть не менее 50% от массы сваи и составлять 650... 1350 кг.

Виброударный способ применим в связанных плотных грунтах, и позволяет в 3...8 раз быстрее при одинаковой мощности с вибрационным способом осуществлять погружение свай в грунт за счет одновременной вибрации и забивки. При этом должно быть обеспечено жесткое соединение вибропогружателя со сваей.

Метод вибровдавливания основан на комбинации вибрационного или виброударного воздействия на сваю и статического пригруза. Вибровдавливающая установка состоит из двух рам. На задней раме находятся электрогенератор, работающий от тракторного двигателя, и двухбарабанная лебедка, на передней раме размещены направляющая стрела с вибропогружателем и блоки, через которые проходит к вибропогружателю вдавливающий канат от лебедки. В рабочем положении вибропогружатель, расположенный над местом погружения сваи, поднимает сваю и устанавливает ее вместе с закрепленным наголовником на место ее забивки. При включении вибропогружателя и лебедки свая погружается за счет собственной массы, массы вибропогружателя и части массы трактора, передаваемой вдавливающим канатом через вибропогружатель на сваю. Одновременно на сваю действует вибрация, создаваемая низкочастотным погружателем с подрессоренной плитой.

Метод вибровдавливания не требует устройства путей для передвижки рабочего агрегата, исключает повреждение и разрушение свай. Особенно эффективен при погружении свай длиной до 6 м.

Погружение свай вдавливанием применяют для коротких свай сплошного и трубчатого сечения (3...5 м). Статическое вдавливание осуществляется в такой последовательности: сваю устанавливают в вертикальное положение в направляющей стреле агрегата. Далее на голову сваи опускают и закрепляют оголовник, передающий давление от базовой машины (трактора, экскаватора) через систему блоков и полиспастов непосредственно на сваю, которая благодаря этому давлению постепенно погружается в грунт. После достижения сваей проектной отметки погружение прекращают, снимают наголовник, агрегат переезжает на новую позицию. Применимо статическое вдавливание с использованием одновременно задействованных двух механизмов (рис. 6.8).

Погружение свай завинчиванием основано на завинчивании стальных и железобетонных свай со стальным наконечником с помощью мобильных установок, смонтированных на базе автомобилей или других самоходных средств. Метод применяют чаще всего при устройстве фундаментов под мачты линий электропередачи, радиосвязи и других сооружений, где в достаточной мере могут быть использованы несущая способность винтовых свай и их сопротивление выдергиванию (рис. 6.9).

Рис. 6 8 Схема погружения сваи статическим вдавливанием

1- лебедка н тяговый канат для опускания опорной плиты н подъема наголовника, 2 - растяжкн стрелы; 3 - блоки; 4 - рама стрелы, 5 - наголовник с блоками, б - вдавливающий канат, 7 -вдавливающая лебедка, 8 - опорная плита, 9 - отводной блок вдавливающего каната, 10 - свая; II - рама, 12 - трактор

Рис. 6.9. Схема процесса завинчивания свай;

а) конструкция наконечника прн погружении в слабые грунты б) то же, в плотные грунты, в схема погружения сван; 1 редуктор наклона рабочего органа, 2 - рабочий орган (кабестан), 3 -свая; 4 - наконечник сваи; 5 - выносные опоры

Установка для завинчивания состоит из рабочего органа, приводов вращения и наклона рабочего органа, гидросистемы, пульта управления, четырех гидравлических выносных опор и вспомогательного оборудования. Рабочий орган кабестан - механизм, состоящий из двух пар захватов и электродвигателя. Захваты обжимают сваю и передают ей вращение от электродвигателя. В зависимости от назначения (передачи нагрузки на большую площадь или заглубления в плотные грунты) винтовые лопасти наконечников могут иметь в диаметре до 3 м, минимальный диаметр лопастей составляет 30 см; длина свай может превышать 20 м.

Конструкция рабочего органа позволяет выполнять следующие операции: втягивать винтовую сваю внутрь трубы рабочего органа (предварительно на сваю надевают инвентарную металлическую оболочку), обеспечивать заданный угол погружения сваи в пределах 0...450 от вертикали, погружать сваю в грунт путем вращения с одновременным использованием осевого усилия. Это усилие при необходимости можно использовать при вывертывании сваи из грунта. Вращение рабочего органа осуществляют от коробки отбора мощности через соответствующие редукторы.

Рабочие операции при погружении сваи методом завинчивания аналогичны операциям, выполняемым при погружении свай методами забивки или вибропогружения. Только вместо установки и снятия наголовника при этом методе одевают и снимают металлическую оболочку.

После завинчивания винтовой сваи (диаметр труб достигает 1 м), ее внутренняя полость заполняется бетоном. Скорость погружения винтовых свай зависит от диаметра лопасти и характеристик грунта и находится в пределах 0,2...0,6 м/мин.

Достоинства винтовых свай в их высокой несущей способности, возможности плавного погружения в грунт, восприятии отрицательных усилий.

Погружение свай подмывом грунта применяют в несвязных и малосвязных грунтах - песчаных и супесчаных. Целесообразно подмыв использовать для свай большого поперечного сечения и большой длины, но недопустимо для висячих свай. Способ заключается в том, что под действием воды, вытекающей под напором у острия сваи из одной или нескольких труб, закрепленных на свае, грунт разрыхляете»! и частично вымывается (рис. 6.10). При этом сопротивление грунта у острия сваи снижается, а поднимающаяся вдоль сваи вода размывает прилегающий грунт, уменьшая тем самым трение по боковым поверхностям сваи. В результате свая погружается в грунт под действием собственной массы и массы установленного на ней молота.

Расположение трубок для подмыва грунта диаметром 38...62 мм может быть боковым, когда две или четыре трубки с наконечниками находятся по бокам сваи, и центральным, когда одно- или многоструйный наконечник размещен в центре пустотелой забиваемой сваи. При боковом подмыве, по сравнению с центральным подмывом, создаются более благоприятные условия для уменьшения сил трения по боковой поверхности свай. При боковом расположении подмывные трубки крепят таким образом, чтобы наконечники находились у свай на 30...40 см выше острия.

Для подмыва грунта воду в трубки подают под давлением не менее 0,5 МПа. При подмыве нарушается сцепление между частицами грунта под подошвой и частично по боковой поверхности свай, что может в последующем привести к снижению несущей способности сваи. Учитывая, что свая должна будет в дальнейшем воспринимать нагрузку, погружение с подмывом осуществляют только до заданного уровня, а затем с помощью сваебойной установки ее забивают до проектной глубины (на 0,5...2,0 м). При этом способе погружения производительность возрастает на 30...40% по сравнению с чистой забивкой, экономится горючее. После прекращения подачи воды и стабилизации уровня грунтовых вод, грунт уплотняется и плотно обжимает сваю.

Рис. 6.10. Подмыв грунта для погружения свай:

а) - погружение квадратных свай с подмывом грунта: / - молот; 2 ~ трос, поддерживающий подмывные трубки; 3 - напорный шланг; 4 - подмывные трубки; 5 - свая; б -расположение подмывных трубок; в - наконечник подмывной трубы

Применение метода подмыва не допускается, если имеется угроза просадки близлежащих сооружений, а также в целом на просадочных грунтах.

Погружение свай с использованием электроосмоса применяют в водонасыщенных плотных глинистых грунтах, в моренных суглинках и глинах. Для практической реализации метода уже погруженную в грунт сваю присоединяют к положительному полюсу (аноду) электрической сети постоянного тока, а соседнюю с ней, подготовленную для погружения в грунт - к отрицательному полюсу (катоду). При включении тока вокруг сваи с положительным полюсом резко снижается влажность грунта, а у соседней с отрицательным полюсом она наоборот резко увеличивается. В более влажной среде свая быстрее погружается в грунт, что позволяет применять сваебойное оборудование меньшей мощности.

После окончания забивки и отсоединения свай от источника тока в грунте быстро восстанавливается былая стабилизация грунта и его влажностного состояния. Благодаря этому, только за счет уменьшения влажности вокруг забитой сваи ее несущая способность значительно возрастает.

Если железобетонные сваи при методе осмоса дополнительно оснастить металлическими полосами, которые будут занимать 20...25% боковой поверхности свай, и также, уже забитую сваю подсоединить к аноду, а погружаемую с металлическими полосами к катоду, то только это позволит на 20...30% сократить трудозатраты и продолжительность погружения по сравнению с чистым методом электроосмоса. По сравнению с забивкой свай, использование дополнительно особенностей электроосмоса позволяет на 25-40% ускорить процесс погружения свай в грунт.

Последовательность погружения свай. Порядок погружения свай зависит от их расположения в свайном поле и параметров сваепогружающего оборудования. Последовательность забивки свай определяется техкартой или проектом производства работ, она зависит от размеров свайного поля и свойств грунтов. Применимы три схемы - рядовая, когда последовательно забиваются все сваи в одном ряду; спиральная, при забивке свай от центра к сваям внешних рядов и секционная, когда все поле делят на отдельные секции по ширине здания, в которых забивка осуществляется по рядовой схеме (рис. 6.11).

Р и с. 6.11. Схема рядовой системы погружения свай:

а - при прямолинейном расположении свай отдельными рядами; 6 - при расположении свай кустами; /... IS - последовательность за бивки свай

Спиральная схема предусматривает погружение свай концентрическими кругами от центра к краям свайного поля, что позволяет получить минимальную протяженность пути сваепогружающей установки.

Кроме этого при погружении свай вокруг нее грунт дополнительно уплотняется. При спиральной схеме вновь забиваемые сваи находятся всегда по внешнему контуру свайного поля, поэтому напряженность уже забитого поля оказывает минимальное воздействие.

При больших расстояниях между отдельными сваями последовательность погружения может определяться в основном технологическими соображениями, прежде всего используемым оборудованием. У некоторых копров башенного типа мачты опираются на выдвижные рамы, смещающиеся примерно на 1 м. Такими копрами можно забивать сразу сваи двух рядов с одной стоянки, что значительно снижает [трассу движения копра и время на его передвижки. При сооружении подземной части жилых зданий нашли применение краны, оснащенные навесным копровым оборудованием, перемещающиеся по рельсовому пути вдоль бровки котлована здания.

При устройстве свайных фундаментов зданий большой протяженности рационально применять мостовую сваебойную установку (рис. 6.12), представляющую собой передвижной мост, по которому перемещается тележка с копром. Сваи длиной 8...12 м забивают дизель-молотом. Достоинством мостовой сваебойной установки является возможность точной установки свай в месте забивки, предварительная раскладка свай в зоне работ значительно сокращает операции по подтаскиванию и закреплению сваи на копре, что значительно повышает производительность и качество работ.

При погружении свай основными факторами, определяющими выбор метода и сваепогружающего оборудования, являются физико-механические свойства грунта, объем свайных работ, вид свай, глубина их погружения, производительность применяемых сваебойных установок и свайных погружателей.

Объемы предстоящих работ измеряют числом свай, которые необходимо забить, или суммарной длиной погружаемой в грунт части свай.

P и c. 6.12. Схема погружения свай мостовой сваебойной установкой:

1 - головка с блоками; 2 - дизель-молот; 3 - свая; 4 - копер; 5 - рельсы; 6 - передвижной мост, 7 - кран для подачи свай

От этих объемов, специфики грунтовых условий и заданных сроков работ зависит выбор оборудования для погружения свай и количество сваепогружающих установок.

1. Вид продукции . Погруженный в грунт элемент заданной несущей способности. Погружение ведется серией вертикальных ударов по голове сваи.

2. Состав процесса. Доставка свай на объект; установка свай на погружающий агрегат; погружение свай в грунт до проектного «отказа».

3. Вход в процесс . Приняты предыдущие работы (площадка), погружены и испытаны пробные сваи (для определения фактической длины сваи и времени ее погружения).

Испытания проводят на полностью подготовленной площадке или на отметке дна проектного котлована до начала массового изготовления (или завоза) свай. При динамических испытаниях свая проектных размеров погружается ударами молота до расчетного «отказа». При статических испытаниях проектная свая нагружается реальной вертикальной нагрузкой (грузами). При положительных результатах испытаний дается заявка на изготовление проектных свай в заданном количестве (на объект). При отрицательных результатах проектанты изменяют длину или сечение сваи и проводят новые испытания.

4. Материалы . Сваи железобетонные заводского изготовления. Сечение свай – квадратное, 300x300 мм. Используются также трубчатые сваи диаметром 400–800 мм. Длина свай составляет на объектах ПГС 5–16 м. При этом сваи длиной 12–16 м могут быть составными из двух элементов, соединяемыми в процессе погружения рабочими стыками (рис. 3.4).

При возведении опор мостов используются трубчатые сваи-оболочки диаметром 1200–6000 мм. Из отдельных секций длиной 6,0 м в процессе погружения составляется свая длиной 20,0–40,0 м.

Сваи деревянные могут использоваться лишь ниже уровня грунтовых вод (в воде дерево не гниет). На таких сваях из лиственницы построено большинство старых зданий в Санкт-Петербурге, включая соборы и дворцы. В настоящее время при строительстве промышленных и гражданских сооружений (ПГС) деревянные сваи практически не применяются.

Стальные сваи – шпунт. Стальные пластины специального профиля, шириной 200–400 мм и длиной 6–12 м. Служат для устройства подпорных стен, крепления стенок глубоких котлованов (стр. 31, рис. 2.4).

4.1. Техника . Для погружения свай в грунт используется сваепогружающая установка (СПУ). СПУ представляет комплект двух агрегатов – копра и погружателя.

Копер включает (рис. 3.5):

Базовую машину (1) – трактор, экскаватор, автомобиль, мобильный мост;
- направляющую стрелу – для удержания свай в нужном положении; для навески погружающего механизма (погружателя – 3);
- вспомогательное оборудование – лебедки для подъема сваи и погружателя; системы наведения стрелы на точку; стальные сварные или литые наголовники с набором амортизирующих прокладок (твердые породы дерева, армированная резина) (рис. 3.6).

Системы наведения обеспечивают: постановку сваи на точку; выверку по вертикали; коррекцию положения сваи в процессе погружения. Они обеспечивают:

Наклон стрелы на определенный угол в двух плоскостях;
- поступательное перемещение стрелы «влево–вправо», «вперед–назад».

Следует отметить, что не все копры имеют полный набор этих движений, большинство имеют лишь движения наклона стрелы, что осложняет наведение и снижает точность погружения свай.

Погружатель – механизм, который силовым импульсом внедряет сваю в грунт (рис. 3.8, 3.9). Он определяет вид технологии.

Рациональные области применения различных копров:

Тракторные установки – погружение свай длиной 5–12 м при рядовом расположении свай (трактор перемещается вдоль ряда), производительность 20–30 шт/смену;

Экскаваторные (или на базе стреловых кранов) – погружение свай длиной 6–16 м при кустовом расположении свай в фундаментах под колонны; с одной стоянки поворотом стрелы погружает все сваи в одном кусте и переходит к другому кусту свай. Производительность 15–25 шт/смену;

Мостовые СПУ (рельсовые или гусеничные) в комплекте с молотом – погружение свай длиной 5–10 м при рядовом расположении свай или полем (рис. 3.7). Имеют высокую производительность 40–70 свай в смену. На небольшие расстояния (от дома на дом) могут перемещаться своим ходом. Однако из-за больших начальных затрат такие установки эффективны лишь при больших объемах работ (более 1500 свай). Применяются при квартальной застройке городских микрорайонов.

В качестве погружателей используются молоты, которые различаются по роду привода: молоты внутреннего сгорания (дизельные), паровоздушные и механические (подвесные). Паровоздушные молоты бывают одиночного и двойного действия. В молотах одиночного действия сила пара или сжатого воздуха используется лишь для подъема ударной части, а рабочий ход осуществляется при ее падении на сваю. В молотах двойного действия энергия пара или сжатого воздуха используется для увеличения силы удара. Управление работой молотов бывает ручным, полуавтоматическим и автоматическим.

Основной параметр молота – масса ударной части, которая в зависимости от рода грунта определяет максимально возможную длину погружаемой сваи.

Дизельный молот штангового типа (рис. 3.8, а) включает: шабот с поршнем (2), направляющие штанги (5), ударную часть с цилиндром (4) и поршневого блока, который заканчивается шарнирной опорой, состоящей из сферической пяты и наголовника. Назначение шарнирной опоры – обеспечить центральный удар по свае при незначительном нарушении соосности молота и сваи. Для запуска дизель-молота ударная часть с помощью захвата-кошки поднимается лебедкой копра в крайнее верхнее положение (рис. 3.8, а). После этого захват освобождает ударную часть и при ее падении в цилиндре образуется сжатый воздух, в результате чего температура его сильно повышается. В это время насос плунжерного типа подает топливо в цилиндр и происходит воспламенение смеси (рис. 3.8, б). Образовавшиеся при сгорании газы отбрасывают цилиндр в исходное положение (рис. 3.8, в), и в дальнейшем молот работает автоматически до момента прекращения подачи топлива. Высоту подъема ударной части регулируют подачей топлива в цилиндр.

Для погружения свай применяют дизель-молоты с массой ударной части 600, 1200, 1800 и 2500 кг и числом ударов в минуту 50–100. Высота подъема ударной части молота 1,0–2,6 м. Достоинство дизель-молотов по сравнению с паровоздушными состоит в том, что они более мобильны и не требуют для своей работы громоздких паровых котлов или мощных компрессоров. Недостаток штанговых дизель-молотов проявляется при забивке свай в слабые грунты, когда невозможно обеспечить автоматическую его работу, так как при этом в камере сгорания не образуется высокая степень сжатия воздуха, необходимая для воспламенения топливной смеси.

В трубчатом дизель-молоте (рис. 3.9) (с массой части соответственно 1200, 1800 и 2500 кг) неподвижным является цилиндр (2), а ударной частью служит тяжелый подвижный поршень (4). Цилиндр внизу заканчивается неподвижным шаботом, передающим удар свае через упругую прокладку. Плунжерный насос подает топливо в цилиндр. Отработанные газы выходят в атмосферу через патрубок. Принцип работы трубчатого дизель-молота такой же, как и штангового.

Трубчатые дизель-молоты более надежны в работе и обладают в 1,2–0,5 раза большей погружающей способностью, чем штанговые дизель-молоты.

Недостатком этих молотов является то, что они трудно запускаются при отрицательных температурах.

Механический молот применяют при небольших объемах работ. Он состоит из ударной части массой 1000–3000 кг и захватного устройства. После того как лебедка, размещенная на копре, поднимает на необходимую высоту ударную часть молота, захватное устройство освобождает ее и при свободном падении производится удар по свае. Механические молоты недороги, долговечны и имеют простую конструкцию.

Недостаток их состоит в том, что они производят небольшое количество ударов – 3–4 в минуту, при постоянном закреплении каната к ударной части молота можно увеличить число ударов до 10–12 в минуту, но это приводит к интенсивному износу лебедки и копра.

В паровоздушном молоте двойного действия ударная часть при рабочем ходе находится под действием силы тяжести и давления пара или сжатого воздуха. Благодаря этому скорость движения ударной части значительно выше и количество ударов в минуту увеличилось до 20.

Достоинством этих молотов является их высокая погружающая способность (погружают сваи длиной до 20–25 м), а недостатком – громоздкое и тяжелое паросиловое оборудование. На объектах промышленного и гражданского строительства паровоздушные молоты двойного действия практически не применяются.

Состав процесса:

Разбивка осей свайных рядов;
- Разбивка и закрепление штырями свайных точек;
- Постановка агрегата на точку и постановка на него сваи;
- Наведение при помощи агрегата сваи на проектную точку;
- Погружение с контролем вертикальности и замером отказа;
- При достижении сваей «отказа» погружение прекращается независимо от фактической глубины погружения сваи.

«Отказ » - величина погружения сваи от одного удара из серии в 10 ударов в мм (1,5–4,0 мм), при достижении которой полностью обеспечивается проектная несущая способность сваи.

Доставленные с завода сваи складируются на бровке котлована или раскладываются у места погружения (рис. 3.10).

Закрепление свайных точек в количестве, необходимом «на смену», производится стальными штырями диаметром 12–16 мм длиной 300–400 мм. Свая подтаскивается к копру канатом через рабочий блок (рис. 3.11, а) или через отводной блок (рис. 3.11, б) при расстояниях более 15,0 м.

После постановки сваи на СПУ, выверки в плане и по вертикали запускается молот. До глубины 1,5–3,0 м погружение ведется слабыми ударами молота при сбросе ударной части с половинной высоты. Затем погружение ведется при нормальной работе молота. Непрерывно контролируется вертикальность сваи в двух направлениях. Когда визуально будет заметно, что скорость погружения приближается к расчетному «отказу», устанавливаются приборы контроля – отказомеры, по которым и определяется величина фактического отказа сваи.

При погружении свай ведется «Журнал свайных работ», в котором все сваи должны быть пронумерованы в соответствии с рабочим чертежом. По каждой свае указываются: величина «отказа»; время погружения; глубина погружения, а также особые обстоятельства («отдых», трещины, излом, свая-дублер и т.п.).

После достижения «отказа» сваи СПУ переходит на следующую свайную точку. Недопогруженная часть сваи («попы») впоследствии срезается.

В ходе погружения свай нередко возникают случаи недостижения сваей расчетного «отказа» при погружении ее на полную длину. В этих случаях рекомендуются следующие действия:

Одна свая не получила «отказ», а следующие сваи дают «отказ». Погружение свай продолжают, а рядом с дефектной сваей погружается свая-дублер;

2–5 свай подряд не дают «отказа». В этом случае необходимо прекратить дальнейшее погружение свай. После «отдыха» свай (3–7 дней) производится контрольная добивка. Как правило, в глинистых грунтах проявляется явление «засасывания» сваи и обычно контрольная добивка дает значения менее расчетного «отказа»;

После контрольной добивки группы свай не получено расчетного «отказа». Работы по погружению свай приостанавливаются, вызываются представители проектной организации для уточнения размеров свай (обычно увеличивается длина сваи).

Сдача свайного поля. При сдаче предъявляются:

Акты на погружение свай-дублеров; на замену типов свай;
- акт погружения и испытания пробных свай;
- исполнительная схема погруженных свай;
- паспорта на сваи;
- акты на устройство стыков (при составных сваях);
- журнал свайных работ (с указанием отказа каждой сваи).

Срезка голов свай. Для устройства ростверка необходимо обеспечить проектную отметку верха свай. Это обеспечивается срезкой голов свай на необходимую величину. Процесс срезки достаточно трудоемкий. Сложность заключается в том, что необходимо срезать два различных материала: камень (бетон) и сталь (арматуру), для чего требуются разные технологии и режущие инструменты.

В настоящее время срезка голов свай выполняется в основном вручную с помощью пневматических и электрических молотков. Для уменьшения объема скола бетона (рис. 3.13) используется стальная обжимная рамка. Арматурные стержни режутся огневым способом или отрезными машинами.

Ограниченно применяются механические способы срезки голов свай:

– силовое скалывание гидродомкратами (рис. 3.14, а, б);
– срезание дисковой пилой;
– излом головы сваи специальным оборудованием на базе трактора (рис. 3.14, в).

В настоящее время разрабатываются также термические, взрывные, криогенные технологии срезки голов свай.

Достоинства технологии ударного погружения свай:

Высокая производительность;
- погружение свай практически в любые виды грунтов;
- значительное повышение несущей способности сваи (на 15–30 %) за счет уплотнения грунта под острием.

Недостатки:

Динамическое воздействие на сваю (должен быть запас прочности);
- большие динамические воздействия на здания и сооружения, расположенные рядом.

При наличии рядом со строительной площадкой ветхих или аварийных зданий данная технология неприемлема.

Источник : Технология строительных процессов. Снарский В.И.

Забивные сваи изготавливают на поверхности земли, а затем погружают в грунт в вертикальном или наклонном положении. Существует несколько методов погружения забивных свай.

Ударный метод. Этот метод основан на использовании энергии удара, под действием которого свая нижним концом (заостренной частью) внедряется в грунт. По мере погружения она смещает частицы грунта в стороны, частично вниз и частично вверх. В результате погружения свая вытесняет объем грунта и таким образом дополнительно уплотняется грунтовое основание. Ударную нагрузку на оголовок сваи создают спец. механизмами – молотами разных типов, основным из которых является дизельный. Как правило, обычно применяются штанговые и трубчатые дизель-молоты.

Процесс погружения сваи складывается из следующих операций:

подтягивание и подъем сваи с одновременным заведением ее головной части в гнездо наголовника в нижней части молота;

установка сваи в направляющих в месте забивки;

забивка сваи сначала несколькими легкими ударами с последующим увеличением силы ударов до максимальной. При отклонении положения сваи от вертикали более чем на 1 % сваю выправляют подпорками, стяжками и т.п., или извлекают и забивают вновь;

передвижение копровой установки и срезание сваи по заданной отметке.

Забивка свай ведется до получения заданного проектом отказа.

Отказ - глубина погружения сваи от одного удара. Отказ измеряют с точностью до 1 мм. Осадку от одного удара в конце забивки сваи измерить трудно, поэтому отказ определяют как среднее значение при серии ударов, называемых залогом.

При погружении свай дизель-молотами и паровоздушными молотами одиночного действия залог принимается равным 10 ударам, при погружении свай молотами двойного действия и вибропогружателями залог принимают равным числу ударов за 1 мин забивки.

Если средний отказ в 3-х последующих залогах не превышает расчетного, то процесс забивки свай можно считать законченным. Сваи, не давшие контрольного отказа после перерыва с длительностью в 3-4 дня подвергают контрольной забивке, если глубина погружения свай не достигла 85% проектной, а на протяжении 3-х последних залогов получен расчетный отказ, то надо выявить причины этого явления, согласовать с проектной организацией.

Вибрационный метод. Метод основан на значительном уменьшении при вибрации коэффициента внутреннего трения в грунте и силы трения боковых поверхностей свай. Благодаря этому при вибрации доя погружения свай требуется в десятки раз меньше усилий, чем при забивке. При этом наблюдается частичное уплотнение грунта. зона уплотнения составляет 1.5-3 диаметра сваи в зависимости от вида грунта и его плотности. При вибрационном способе сваю погружают с помощью спец.механизмов – вибропогружателей. Вибропогружатель подвешивают к мачте сваи погружающей установки и соединяют со сваей наголовником. Действие вибропогр-ля основано на принципе, при котором горизонтальные центробежные силы взаимокомпенсируются, а вертикальные суммируются.

Амплитуда колебаний и масса вибросистемы (вибропогруж-ль, наголовник, свая)т должны обеспечить разрушение структуры грунта с необратимыми деформациями. При вибрационном погружении в глину или тяжелый суглинок под нижним концом сваи образуется глинистая подушка, которая вызывает значительное снижение несущей способности сваи. Чтобы устранить это явление сваю погружают ударным способом на длину 15-20 см. для погружения легких свай (до 3-х тонн) и металлического шпунта в грунты неоказываемового большого лобового сопротивления под острием сваи принимают высококачественные вибропогружатели с подрессорной пригрузкой.

Вибрационный метод наиболее эффективен при несвязных, водонасыщенных грунтах. применение вибрационного метода для погружения свай в маловлажние плотные грунты возможно только при устройстве лидирующих скважин.

Виброударный метод погружения свай - универсальный. Вибромолот совершает удары по наголовнику сваи, когда зазор между ударником вибровозбудителя и сваей меньше амплитуды колебаний возбудителя.

Масса ударной части вибромолота для ЖБ свай должно быть не менее 50% от массы сваи и составляет около 650-1350 кг.

Способ вдавливания (статический метод) коротких свай (до 6 м) более безопасен для окружающих сооружений, чем вибрационный и виброударный способы. Однако в плотных грунтах перед вдавливанием необходимо бурить лидирующие скважины небольшого диаметра.

Вибровдавливание. При вибровдавливании свая погружается от комбинированных воздействий вибрации и статической нагрузки. Этот способ более эффективен, чем простое вдавливание.

Вибровдавливающая установка состоит из 2-х рам, на заднее раме находятся электрогенераторы, работающие от трактора и 2-хбарабанная лебедка. На передней раме располагается направляющая стрела с вибропогружателем. Когда вибровдавливающая установка займет рабочее положение вибропогружатель опускают вниз, наголовником соединяется свая и поднимают на место забивки.

Метод вибровдавливания исключает разрушение свай и эффективен при погружении свай длиной до 6 м.

Завинчивание. Винтовые сваи изготавливают стальными или комбинированными: нижняя винтовая часть - стальная; верхняя - железобетонная. Такие сваи применяются в качестве фундаментов и анкеров при строительстве мачт, линий электропередачи, радиосвязи и т.п.

Рабочие операции при погружении сваи методом завинчивания аналогичны операциям, выполненным при погружении свай методом забивки или вибрации, только вместо установки и снятия наголовника здесь надевают оболочки.

Метод с подмывкой грунта. С подмывом под давление воды не менее 0,5 МПа могут погружаться сваи-стойки, если нет опасности осадки близлежащих сооружений. Расположение подмывных трубок бывает центральным или боковым. Центральное расположение более предпочтительно, поскольку при боковом расположении подмывные трубки часто повреждаются и заполняются грунтом. В связи с размывом грунта под пятой сваи за 1... 1,5 м до проектной отметки подмыв прекращают, дальше сваю погружают без подмыва.

Электроосмос используют при погружении свай в плотные глинистые грунты. После кратковременного воздействия постоянного тока у стенок погружаемой сваи-катода собирается грунтовая вода, понижаются силы трения между сваей и грунтом

а - вибрационный; б - виброударный; в - вдавливание; г – вибровдавливание;

д - завинчивание; е - подмыв; ж - электроосмос.