Методы и средства погружения заранее изготовленных свай и шпунтов - Свайные работы

Применение свайных фундаментов из заранее изготовленных железобетонных свай позволяет по сравнению с ленточными и столбчатыми фундаментами уменьшить: объемы земляных работ в 2-5 раз, расход бетона на 30-50% и трудоемкость работ на 10-40%. Недостаток свайных фундаментов: повышенный расход стали.

Методы погружения свай и шпунтов.

Ударный метод основан на забивке свай молотами - механическими, паровоздушными одиночного и двойного действия и дизель-молотами, которые сагрегированы с копрами или мобильными копровыми (сваебойными) установками. Этим методом можно погружать различные железобетонные сваи, а также деревянные сваи и шпунты, стальные шпунты.

Трудоемкость и продолжительность перемещения, установки и выверки сваебойной установки зависят от ее конструкции. Универсальные металлические копры башенного типа имеют большую грузоподъемность и большую собственную массу (до 20 т). Для монтажа и демонтажа этих копров применяют свай длиной более 12 м при большом объеме свайных работ на объекте.

Наиболее распространенные в промышленном и гражданском строительстве сваи длиной 6-10 м забивают с помощью самоходных сваебойных установок.

При забивке длинных свай универсальным копром включают в комплект механизмов автомобильный кран, который поддерживает сваю за нижнюю скобу, постепенно приближаясь к копру. Современные сваебойные агрегаты имеют устройства, механизирующие процесс подтаскивания и подъема свай, а также установку головы сваи в наголовнике. Сваи небольшой длины (6-8 м) подтаскивают так, чтобы ее острие скользило по грунту.

Эффективность операции забивки свай зависит от: типа свайного молота, соответствия системы молота характеру грунта и воздействия его на голову сваи.

Механические (подвесные) молоты из-за низкой производительности (10-15 ударов в минуту) применяют лишь при небольших объемах свайных работ.

Паровоздушные молоты бывают простого и двойного действия. Молоты простого действия имеют массу ударной части 1,25-6 т, число ударов в минуту не превышает 30. Молот двойного действия может производить более 200 ударов в минуту, с помощью которых забивают сваи в грунты различной плотности в вертикальном и наклонном положении. Масса ударной части паровоздушных молотов двойного действия составляет 15-25% общей массы молота, а масса ударной части молотов одиночного действия 65-76%.

Широко применяемые дизель-молоты по сравнению с паровоздушными молотами отличаются более высокой производительностью, простотой в эксплуатации, автономностью действия, и низкой стоимостью.

На стройках применяют штанговые и трубчатые дизель-молоты. Ударная часть штанговых дизель-молотов - подвижный цилиндр, открытый снизу и перемещающийся в направляющих штангах.

В трубчатых дизель-молотах неподвижный цилиндр, имеющий шабот (пяту), является направляющей конструкции. Ударная часть молота - подвижной поршень с головкой. Число ударов в минуту у штанговых дизель-молотов 50-60, у трубчатых 47-55.

Главное преимущество дизель-молота трубчатого типа по сравнению со штанговыми дизель-молотами состоит в том, что при одинаковой массе ударной части они обладают значительно большей (до 2-3 раз) энергией удара. В зимнее время штанговые дизель-молоты работают более эффективно, чем трубчатые молоты; их можно запустить при температуре 30°С, что очень затруднительно для запуска трубчатого дизель-молота.

Несмотря на ряд достоинств, применять дизель-молоты при забивке свай в мягкие податливые грунты и грунты с сильно сжимаемыми прослойками, а также для забивки свай под водой нецелесообразно.

При выборе типа молота (в зависимости от массы свай и характера грунтов) учитываются "коэффициенты применимости" К, Которые определяются по формуле:

(1)

Где Q - Масса молота, кг;

Q - Масса сваи с наголовником, кг;

W - Энергия удара согласно паспорту.

Для забивки железобетонных свай с помощью подвесных молотов

К = 3; с помощью молотов одиночного действия и штанговых дизель-молотов K = 5; для молотов двойного действия и трубчатых дизель-молотов К = 6.

Наголовники, необходимые для закрепления сваи в направляющих сваебойной установки и предохранения головы сваи от разрушения ударами молота, являются неотъемлемой частью дизель-молота. При забивке свай подвесными и паровоздушными молотами применяют металлические сварные и литые наголовники, имеющие внутри амортизационную прокладку.

Забивку сваи начинают путем медленного опускания молота на наголовник после установки сваи на грунт и ее выверки. Чтобы обеспечить правильное направление сваи, первые удары производят при небольшой высоте подъема молота (не более 0,4-0,5 м). При применении молотов и дизель-молотов замеряют время работы молота, расходуемое на каждый метр погружения сваи, число ударов в минуту, а в молотах двойного действия - давление пара (воздуха).

В конце забивки с помощью подвесных молотов и паровоздушных молотов одиночного действия забивку производят "залогами" по 10 ударов в каждом.

Сваи, не давшие контрольного отказа после перерыва продолжительностью в 3-4 дня, подвергаются контрольной добивке. Если глубина погружения сваи не достигла 85% проектной, а на протяжении трех последовательных залогов получен расчетный отказ, необходимо выяснить причины этого явления.

Динамические испытания свай производят в целях определения их несущей способности. Более точным, но в то же время более дорогим и трудоемким является способ статических нагрузок. При динамическом способе определяют величину несущей способности сваи в зависимости от энергии удара свайного погружателя при ее забивке. Отказы при этом способе определяются с помощью отказомеров.

Основная операция (забивка) продолжается 10 мин, а 15 мин (60% общей продолжительности цикла) - вспомогательные операции. При несамоходных копрах и производстве свайных работ в зимних условиях вспомогательные операции занимают 70-80% всего времени.

В системах, автоматизирующих процесс забивки свай, осуществляется автоматизация как основных операций (запуск дизель-молота, выключение его при достижении острием сваи проектной отметки), так и вспомогательных операций.

Вибрационный и виброударный методы погружения свай. При вибрационном методе сваю погружают с помощью вибрационных машин, оказывающих на нее динамические воздействия, преодолевающие сопротивление трения на боковой поверхности сваи, лобовое сопротивление грунта, возникающее под острием сваи.

Вибропогружатель подвешивают к мачте сваепогружающего агрегата и соединяют наголовником со сваей. Действие вибропогружателя основано на дебалансе вибратора горизонтальной центробежной силы взаимного ликвидирования, в то время как вертикальные суммируются.

Амплитуда колебаний и масса вибросистемы (вибропогружатель, наголовник и свая) должны обеспечить разрушение структуры грунта с необратимыми деформациями.

При выборе низкочастотных погружателей (420 колебаний в минуту), необходимо чтобы момент эксцентриков в кГ-м превосходил массу вибросистемы не менее чем в 7 раз для легких грунтов и в 11 раз для средних и тяжелых грунтов.

Для погружения легких (массой до 3 т) свай и металлического шпунта в грунты применяются высокочастотные (1500 и более колебаний в 1 мин) вибропогружатели с подрессоренной пригрузкой, состоящие из вибратора и присоединенного к нему с помощью системы пружин дополнительного груза и приводного электродвигателя.

Применение вибрационного метода при погружении свай в маловлажные плотные грунты возможно лишь при устройстве лидирующих скважин.

Более универсальным является виброударный метод погружения свай при помощи вибромолотов, разделяющиеся по виду привода на электрические, пневматические, гидравлические и вибромолоты с двигателем внутреннего сгорания.

Наиболее распространенными являются пружинные вибромолоты, увеличивающие энергию удара с увеличением сопротивления грунта погружению свай. Масса ударной части (вибровозбудителя) вибромолота для погружению железобетонных свай должна быть 650-1350 кг (не менее 50% массы сваи).

Статическое и вибрационное вдавливание свай осуществляют с помощью специальных установок, воздействующих на сваю либо массой, либо массой и вибрацией одновременно.

Для погружения свай методом статического вдавливания используют агрегаты, состоящие из двух тракторов, оборудованные направляющей рамой, опорной плитой, наголовником для передачи давления, соединенным с вдавливающим полиспастом.

Технология вдавливания свай следующая: трактор с мачтой устанавливают над местом погружения свай и с помощью малой лебедки опускают на землю опорную плиту, на которую устанавливают пригрузочный трактор. Усилия от большой лебедки передаются на наголовник, и он начинает перемещаться по направляющим, обеспечивая тем самым вдавливание сваи.

Установка развивает усилие вдавливания до 350 кН и может погрузить за смену 13-15 свай длиной до 6 м. Точность установки сваи обеспечивается "лидирующими" направляющими скважинами, устраивающимися при помощи буровых станков на глубину, меньшую, чем проектная отметка погружаемых свай на 0,5-1 м. Достоинства данного метода - простота монтажа агрегата на строительной площадке, недостаток - низкая производительность из-за малой маневренности.

Более эффективным является метод динамического (вибрационного) вдавливания свай с помощью вибровдавливающих агрегатов, когда свая погружается от комбинированных воздействий вибрации и статической пригрузки. Вибровдавливающий агрегат состоит из двух рам - на задней раме установлены электрогенератор, работающий от тракторного двигателя, и двухбарабанная лебедка, на передней раме - направляющая стрела с вибропогружателем и блочки, через которые проходит к вибропогружателю вдавливающий канат от лебедки.

Метод вдавливания не требует устройства путей для рабочих передвижек, исключает возможность разрушения свай и эффективен при погружении коротких свай длиной до 6 м.

При погружении свай с помощью подмыва грунт разрыхляют и частично вымывают струями воды, вытекающими под давлением из нескольких трубок. При этом сопротивление грунта у острия сваи снижается, а поднимающаяся вдоль ствола вода размывает грунт, уменьшая трение по боковым поверхностям сваи. Расположение подмывных труб может быть боковым, и центральным. При боковом расположении подмывные трубы крепятся так, чтобы наконечники находились у свай на 30-40 см выше острия, у оболочек на 150-200 см выше ножа. При погружение свай с подмывом выполняют следующие дополнительные операции: крепление к сваям подмывных труб с наконечниками; присоединение верхних концов подмывных труб при помощи гибких шлангов к разводящему трубопроводу; включение и выключение мотора насоса; извлечение подмывных труб, использующихся многократно.

Дополнительные операции увеличивают трудоемкость и стоимость работы, в связи с чем подмыв применяется довольно редко.

Погружение свай с помощью электроосмоса применяется при погружении свай в глинистые грунты. В этом случае после кратковременного действия постоянного тока вокруг забиваемой сваи, подключенной в сеть в качестве катода, влажность грунта возрастает, и в нем возникают водонасыщенные зоны.

Дополнительные операции при погружении железобетонных свай связаны с оснащением свай полосами стали - электродами, площадь которых 20-50% боковой поверхности свай. Эта операция отпадает при погружении металлических свай, в частности при применении метода завинчивания.

Погружение свай методом завинчивания применяется главным образом при устройстве фундаментов под мачты линий электропередач, радиосвязи и других сооружений, где в достаточной мере могут быть использованы как несущая способность винтовых свай, так и их сопротивление выдергиванию. Звинчивают стальные и железобетонные сваи со стальными наконечниками с помощью агрегатов, имеющих рабочий орган, четыре гидравлических аутригера, привод вращения и наклон рабочего органа, гидросистему, пульт управления и вспомогательное оборудование.

Рабочие операции при погружении свай аналогичны операциям при погружении свай методом забивки или вибропогружении, где вместо установки и снятия наголовника здесь используют оболочки.

При погружении свай в зимних условиях приходится выполнять дополнительные операции или отдельные процессы, увеличивающие трудоемкость и продолжительность свайных работ. Без дополнительных операций обходиться при погружении свай мощными молотами и вибромолотами, если глубина промерзания не превышает 0,7 м. В остальных случаях следует создавать условия, близкие к летним.

Перед исполнением контрольного динамического испытания сваи (после ее "отдыха") устраняют воздействие смерзания свай с грунтом.

При выборе способа подготовки слоя мерзлого грунта в местах забивки свай необходимо учитывать трудоемкость и стоимость процесса, а также что при устройстве лидирующих скважин несущая способность висячих свай может снижаться на 15-20%, при оттаивании несущая способность сваи повышается на 10-15%.

Последовательность погружения свай зависит от расположения свай в свайном поле и параметров сваепогружающего оборудования. Следует учитывать последовательность выполнения процесса, т. е. устройства свайного ростверка -- конструкции из плит или балок, венчающей головы группы свай и передающей на сваи нагрузки от здания или сооружения. Порядок погружения свай определяется ППР.

Наибольшее распространение имеет рядовая система погружения свай, применяющаяся как при прямолинейном расположении свай отдельными рядами, так и при забивке кустов свай.

Спиральная система погружения свай предусматривает погружение их концентрическими рядами от краев к центру свайного поля; она позволяет в ряде случаев получить минимальную протяженность пути сваепогружающего агрегата.

Методы и средства погружения заранее изготовленных свай и шпунтов - Свайные работы

Похожие статьи