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.
Для выполнения свайных работ применяется оборудование, которое можно подразделить на основное и вспомогательное. К основному оборудованию относятся: копры и молоты для погружения свай заводского изготовления; буровые станки для изготовления буронабивных свай; крановое оборудование, используемое для навесных копровых стрел или буровых рабочих органов; автобетоносмесители большой вместимости, приготовляющие и доставляющие литую бетонную смесь для буронабивных свай. К вспомогательному оборудованию относятся машины и механизмы общестроительного, назначения (автотранспортные средства, машины для земляных работ, погрузочно-разгрузочные средства, компрессоры, оборудование для сварочных работ и т.п.). К вспомогательному оборудованию можно отнести также свайные наголовники, инвентарные хомуты для срезки голов свай, отбойные молотки, бетонолитные трубы, бункера и бадьи для приемки и укладки бетонной смеси.
Для контроля качества выполнения свайных работ используются приборы и оборудование, к которым относятся геодезические инструменты, отказомеры, гаммаплотномеры, приборы для неразрушающих способов определения марок бетона свай и ростверков, фактических величин защитного слоя бетона и т.п.
8.5.1. Погружение свай заводского изготовления
Сваи заводского изготовления погружаются в грунт забивкой с помощью молотов, вибропогружением. с помощью вибропогружателей, вдавливанием (или вибровдавливанием) с помощью специальных агрегатов.
Наиболее широкое применение на объектах промышленного и гражданского строительства получил способ забивки, а на объектах транспортного и гидротехнического строительства — способ вибропогружения.
Существует два метода погружения свай: с помощью копров, когда молот (или вибропогружатель) закрепляется в направляющих копровой стрелы, служащей для удерживания сваи в заданном (вертикальном или наклонном) положении в течение всего периода погружения; бескопровый, когда молот (или вибропогружатель), подвешенный на крюке крана, устанавливается на голову сваи, которая удерживается в заданном положении инвентарным металлическим или деревянным кондуктором. Последний метод применяется главным образом для погружения свай и свай-оболочек в транспортном и гидротехническом строительстве.
По конструктивным особенностям копры подразделяются на рельсовые, самоходные и навесные. Технические характеристики копров приведены в табл. 8.27 и 8.28.
Рельсовые копры применяются, как правило, при погружении свай большой длины (до 20 м) и массы (до 8 т), а также в тех случаях, когда площадка строительства сложена от поверхности слабыми грунтами и давление на грунты дна котлована не может быть более 0,05 МПа.
Самоходные копры на базе тракторов и трубоукладчиков применяются главным образом в случаях, когда длина погружаемых свай массой до 1 т не превышает 12 м, а свайные фундаменты спроектированы в виде лент.
Навесное копровое оборудование на экскаваторах и кранах применяется для погружения свай, расположенных в плане в виде лент или групп (кустов) при длине до 14 м и массе до 6 т.
Молоты, используемые для погружения свай, по конструктивным особенностям подразделяются на механические, паровоздушные одиночного действия, дизельные штанговые и трубчатые, вибропогружатели.
Механические молоты представляют собой чугунные или стальные болванки, устанавливаемые в направляющих копровой стрелы и поднимаемые на требуемую высоту лебедкой. Сброс осуществляется механическим устройством. Масса механических молотов обычно не превышает 5 т, а частота ударов — 4-12 в 1 мин.
ТАБЛИЦА 8.27. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОПРОВ НА РЕЛЬСОВОМ ХОДУ
| Показатель | Простые и механизированные копры | Универсальные копры | ||||||||
| КП-8 | КП-12 | С-1006 | С-582 | КП-20М | С-995 | С-908 | КУ-20 | СП-56 | СП-55 | |
| Полезная высота мачты, м | 8 | 12 | 12 | 17,5 | 20 | 12 | 16 | 20 | 20 | 25 |
| Полная высота копра, м | 15 | 19,6 | 18 | 23,4 | 28 | 18,3 | 23 | 28,2 | 28,2 | 36,2 |
| Грузоподъемность, т | 7,5 | 8,5 | 10 | 9 | 21 | 8,5 | 12 | 20 | 20 | 30 |
| Рабочий наклон, мачты: назад вперед |
- - |
- - |
1:3 1:6 |
1:3 1:9 |
- - |
1:3 1:3 |
1:3 1:6 |
1:3 1:10 |
1:3 1:8 |
1:3 1:8 |
| Установочный наклон (вправо, влево), град | - | - | До 1,5 | - | - | До 1,5 | До 1,5 | - | До 1,5 | До 1,5 |
| Угол поворота платформы, град | - | - | - | - | - | - | 360 | 360 | 360 | 360 |
| Изменение вылета мачты, м | - | - | 1,2 | - | - | 1,2 | 1,2 | 1,2 | 1,35 | 1,35 |
| Удлинение направляющих ниже головки рельсов, м |
- | - | 4 | - | - | 3,5 | 4 | 4 | 4 | 4 |
| Ширина колей, м | 3,4 | 3,4 | 4 | 5,5 | 7,5 | 4 | 4 | 5,5 | 6 | 6 |
| Масса, т: копра без противовеса и молота противовеса максимальная молота |
13,6 4 3,5 |
22,1 4,3 4,5 |
11 14 6 |
7,73 - 4,2 |
32,5 15,1 8,5 |
20,8 21 4,5 |
36,9 21 6 |
49 11,7 8,5 |
52,5 31,2 12 |
57 57 17 |
| Полная установленная мощность электродвигателя, кВт |
28,4 | 49,2 | 31,5 | 10 | 78,2 | 26,8 | 46 | 92,2 | 66 | 89 |
ТАБЛИЦА 8.28. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НАВЕСНОГО И СМЕННОГО КОПРОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА БАЗЕ ТРАКТОРОВ И ЭКСКАВАТОРОВ
| Показатель | Копровое оборудование марки | Навесное оборудование на экскаваторы | ||||||
| С-870 | С-878К | СП-49 | КО-16 | C-860 | СП-50С | |||
| Полезная высота | 8,5 | 8,5 | 12 | 16 | 10 | 12 | 10 | 14 |
| Полная высота копра, м | 13 | 13 | 19 | 23 | 15,5 | 19 | 14,7 | 21 |
| Грузоподъемность, т | 5,4 | 7 | 7 | 15 | 10 | 11 | 10 | 15 |
| Рабочий наклон мачты: назад вперед |
1:3 1:10 |
1:3 1:4 |
1:3 1:4 |
1:3 1:4 |
1:10 1:10 |
1:3 1:8 |
- - |
- - |
| Установочный наклон (вправо, влево) | 1:10 | 1:8 | 1:8 | 1:8 | 1:10 | 1:10 | - | - |
| Угол поворота мачты вокруг оси копра, град | - | - | - | - | 360 | 360 | 360 | 360 |
| Максимальное изменение вылета мачты, м | - | 0,7 | 0,7 | 1 | 0,5 | 0,5 | - | - |
| Ширина направляющих для молота, мм | 360 | 360 | 360 | 360 | 360 | 360 | 360 | 360 |
| Базовая машина | Т-100М | Т-100М | Болотный Т-100МБТП |
Т-160ГП | Э-652А | ЭО-5111АС | Э-652 | Э-1004 и Э-1252 |
| Масса копрового оборудования, т: без молота агрегата в целом |
5,8 |
9,3 |
6,5 |
|||||
| Удельное давление на грунт, МПа | 0,06 | 0,065 | 0,06 | - | 0,087 | 0,08 | 0,08 | 0,085 |
В связи с низкой производительностью механические молоты широкого применения не получили.
Паровоздушные молоты применяют, как правило, для погружения свай массой до 8 т. Эти молоты позволяют за счет регулирования высоты подъема ударной части изменять энергию удара. Их применение не зависит от осадок свай при погружении и от температуры окружающего воздуха. Недостатками паровоздушных молотов являются отсутствие энергетической автономности и необходимость обеспечения их компрессорами (или паровыми котлами) большой производительности.
Энергетической автономностью обладают дизельные молоты. Штанговые дизельные молоты предназначены для погружения деревянных и железобетонных свай массой до 2,5 т. Трубчатые дизельные молоты обладают более высокой по сравнению со штанговыми энергией удара и применяются для погружения железобетонных свай массой до 6 т.
Недостатком дизельных молотов являются ограниченные возможности в регулировании энергии удара, плохая заводимость при осадках свай более 200 мм (когда молот работает в режиме свободного сброса) и понижение работоспособности при нагревании.
Технические характеристики молотов, применяемых для погружения свай, приведены в табл. 8.29—8.32.
Вибропогружатели, характеристики которых приведены в табл. 8.32, применяются главным образом для погружения железобетонных полых круглых свай и свай-оболочек или иногда призматических свай большой (20 м) длины.
ТАБЛИЦА 8.29. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПАРОВОЗДУШНЫХ МОЛОТОВ
| Показатель | Молоты простого действия с управлением | ||||||||
| ручным | полуавтоматическим | автоматическим | |||||||
| МПВП -3000 | МПВП-4250 | МПВП-6500 | МПВП-8000 | СССМ-570 | С-276 | СССМ-680 | С-811 | С-812Л | |
| Масса, кг: ударной части молота общая |
3000 3267 |
4250 4528 |
6500 6811 |
8000 8695 |
1800 2700 |
3000 4150 |
6000 8650 |
6000 8200 |
8000 11000 |
| Энергия удара, кДж | 37,5 | 43,2 | 89,7 | 110,0 | 27,0 | 39,0 | 82,0 | 82,0 | 100,0 |
| Число ударов в 1 мин | 8—12 | 8—12 | 8—12 | 8—12 | До 30 | До 30 | До 30 | 40—50 | 35—40 |
| Высота подъема, м | 1250 | 1250 | 1250 | 1250 | 1500 | 1300 | 1370 | 1370 | 1370 |
| Объемный расход воздуха, м 3 /мин |
9—11 | 11—15 | 16—20 | 18—26 | 10 | 14 | 30 | 18—20 | 26 |
| Массовый расход пара, кг/ч | 500—550 | 600—750 | 1100—1300 | 1200—1500 | 545 | 700 | 1470 | 1250 | 1500 |
| Габариты, мм: длина ширина высота |
- - 2850 |
- - 2820 |
- - 3125 |
- - 2580 |
810 780 4840 |
1180 900 4840 |
1410 880 4960 |
1070 1150 4730 |
1070 1270 4730 |
ТАБЛИЦА 8.30. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ШТАНГОВЫХ ДИЗЕЛЬ-МОЛОТОВ
| Показатель | Дизель-молоты с охлаждением | |||||||
| подвижными | неподвижными | |||||||
| ДБ-45 | ДМ-Б8 | ДМ-150 | ДМ-150а | С-222 | С-268 | С-330 | С-330А | |
| Масса, кг: ударной части молота общая |
140 260 |
180 315 |
190 340 |
240 350 |
1200 2300 |
1800 3100 |
2500 4200 |
2500 4500 |
| Энергия удара, кДж | 1,0 | 1,50 | 1,50 | 1,95—2,00 | - | - | - | - |
| Число ударов в 1 мин | 96—100 | 100—110 | 100 | 60—65 | 50—55 | 50—55 | 42—50 | 42—50 |
| Наибольшая высота подъема ударной части молота, мм |
1000 | 1000 | 1000 | 1250 | 1790 | 2100 | 2600 | 2500 |
| Габариты, мм: длина ширина высота |
500 360 1715 |
550 400 1940 |
620 450 1970 |
650 450 1980 |
850 800 3360 |
900 820 3820 |
870 980 4540 |
870 1000 4760 |
| Размер сечения или диаметр погружаемых свай, см |
20* | 18—22* | 18—22* | 18—22* | До 30×30** | |||
* Деревянные сваи.
** Железобетонные сваи.
ТАБЛИЦА 8.31. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТРУБЧАТЫХ ДИЗЕЛЬ-МОЛОТОВ
| Показатель | Дизель-молоты с охлаждением | ||||||||
| водяным | воздушным | ||||||||
| С-994 | С-995 | C-996 и С-996 хл |
С-1047, С-1047 хл |
С-1048 и С-1048 хл |
С-859 | С-949 | С-954 | С-974 | |
| Масса ударной части, кг | 600 | 1250 | 1800 | 2500 | 3500 | 1800 | 2500 | 3500 | 5000 |
| Высота подскока ударной части, мм: наибольшая наименьшая |
2800 2000± ±200 |
2800 2000± ±200 |
2800 2000± ±200 |
2800 2000± ±200 |
2800 2000± ±200 |
2800 2000± ±200 |
2800 2000± ±200 |
2800 2000± ±200 |
2800 2000± ±200 |
| Энергия удара (при высоте подскока 2500 мм), кДж |
9,0 | 19,0 | 27,0 | 37,0 | 52,0 | 27,0 | 38,0 | 52,0 | 76,0 |
| Число ударов в 1 мин, не менее | 44 | 44 | 44 | 44 | 44 | 44 | 44 | 44 | 44 |
| Масса молота с кошкой, кг | 1500 | 2600 | 3650 | 5500 | 7650 | 3500 | 5000 | 7500 | 10 100 |
| Габариты, мм: длина ширина высота |
640 470 3825 |
720 520 3955 |
765 600 4335 |
840 950 4970 |
890 1000 5150 |
700 790 4190 |
720 - 4970 |
890 1000 5080 |
- - 5520 |
ТАБЛИЦА 8.32. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВИБРОПОГРУЖАТЕЛЕЙ
| Марка вибропогружателя | Номинальная мощность электродвигателя, кВт | Статический момент массы дебалансов, кН×см | Частота колебаний в 1 мин | Возмущающая сила, кН | Масса вибропогружателя, кг |
| ВПП-2А ВП-1 ВП-3М ВРП-30/120 ВУ-1,6 ВП-170М ВРП-60/200 ВУ-3 |
40 60 100 2×60 2×75 200 2×100 2×2000 |
1 000 9 300 26 300 33 000 34 600 50 000 60 000 99 400 |
1500 420 408 300-573 458 475-550 300-460 500-550 |
250 185 442 До 960 960 1000-1690 До 1700 2800-3400 |
2 200 4 500 7 500 10 200 11 900 12 500 15 000 27 600 |
Примечания: 1. Вибропогружатели ВУ-1,6, ВРП-60/200 и ВУ-3 имеют проходное отверстие для извлечения грунта из полости свай-оболочек. 2. Вибропогружатели марки ВРП-30/120 и ВРП-60/200 позволяют бесступенчато регулировать момент дебалансов и скорости их вращения в процессе погружения сваи-оболочки в зависимости от проходимых грунтов.
При сооружении свайных фундаментов для объектов жилищно-гражданского и промышленного строительства наибольшее применение находят дизельные молоты (штанговые, и трубчатые), на объектах транспортного и гидротехнического строительства — паровоздушные молоты и вибропогружатели.
Подбор копрового оборудования производится при следующих условиях: давление на грунт не должно превышать допустимое; копер должен обеспечивать заданную точность погружения свай в плане и по вертикали; длина свай не должна превышать полезной высоты стрелы; грузоподъемность копра должна быть больше или равна сумме масс сваи, наголовника и полной массы молота.
Свайные молоты применяют механические (подвесные), паровоздушные и дизельные.
Механические молоты , которыми сваи забивают за счет энергии свободного их падения, имеют небольшую производительность. Их применяют редко и для погружения свай небольших размеров.
Паровоздушные молоты широко используют для забивки железобетонных и стальных свай, в том числе для забивки тяжелых свай в плотные связные грунты. Работают такие молоты при помощи пара или сжатого воздуха; по своей конструкции и принципу действия их подразделяют на молоты одиночного и двойного действия.
Молоты одиночного действия бывают с ручным, с полуавтоматическим и с автоматическим управлением.
Молоты с ручным управлением просты и надежны в работе, но имеют малую частоту ударов (до 25 в мин). Вес ударной части в молотах одиночного действия достигает 8000 кг.
Молоты двойного действия более производительны и работают автоматически, но имеют меньший вес ударной части, что ограничивает их применение для забивки тяжелых свай. Существуют паровоздушные молоты двойного действия, приспособленные для работы под водой.
В зимних условиях в паровоздушных молотах лучше применять не сжатый воздух, а пар, так как при пневматическом способе в механизмах конденсируется и замерзает вода.
Дизель-молоты находят широкое применение главным образом для забивки относительно небольших свай и подразделяются на штанговые, трубчатые и с воздушным буфером. В штанговых молотах ударной частью служит цилиндр, а в трубчатых - поршень. Вес ударной части от 400 до 2500 кг.
К недостаткам дизель-молотов относятся:
Низкий коэффициент полезного действия - до 60% кинетической энергии тратится на сжатие воздуха вцилиндре;
Неполноценность работы в начальный период и при слабых грунтах - при небольшом сопротивлении погружению не происходит достаточного сжатия горючей смеси и поэтому прекращается работа молота;
Неполноценна работа при низких температурах воздуха.
Общая организация свайных работ на мостостроительном объекте зависит от выбора механизмов для погружения свай. Выбор сваебойных агрегатов, в том числе свайных молотов, зависит от свойств грунтов, а также от веса сваи, ее конструкции, требуемой глубины погружения и несущей способности.
Вес ударной части молота одиночного действия (включая дизель-молот) должен быть больше веса сваи при ее длине более 12 м. При длине сваи менее 12 м вес ударной части молота должен превосходить вес сваи более чем в 1,25 раза - при погружении в грунты средней плотности.
В различных грунтовых условиях эффект погружения свай может зависеть как от энергии удара молота, так и от частоты его ударов. Только при оптимальном соотношении всех параметров сваебойного агрегата, соответствующем конкретным грунтовым условиям, можно успешно погружать сваи в грунт.
Погружение сваи молотами в песчаные грунты, полностью насыщенные водой, в некоторых случаях оказывается затруднительным. Увеличение веса ударной части молота не дает при этом эффекта. Интенсивнее вытесняется вода и, следовательно, увеличивается скорость погружения сваи также подмыв грунта, при котором возникает поток воды вдоль стен свай, уменьшается трение и открывается путь для выхода свободной воды из пор грунта. При водонасыщенных песчаных грунтах предпочтительнее вибропогружение свай и забивка молотами с большой частотой ударов и с применением подмыва.
При погружении свай в глинистые грунты происходит их уплотнение, нарушаются структурные связи и как следствие часть связной воды переходит в свободную, т.е. грунт разжижается (явление тиксотропин). Это явление облегчает погружение свай, причем происходит оно интенсивнее при относительно большей частоте ударов молота. Кроме того, возможность успешного погружения свай в глинистые грунты зависит от многих
других причин и главным образом от консистенции и влажности грунта. Большие силы сцепления глинистых грунтов со сваей резко снижают эффект погружения; в водонасыщенных глинистых грунтах погружение затруднено даже при небольшой их плотности; в плотных глинистых грунтах сопротивление погружению возрастает. Подмыв свай в глинистых грунтах редко дает положительные результаты. В плотные глинистые
грунты сваи лучше погружать свайными молотами с большим весом ударной части – паровоздушными молотами одиночного действия. Для облегчения погружения в глину трубчатых свай их иногда погружают с открытым концом и с извлечением грунта из их полости.
В супеси или в слабые суглинки сваи можно успешно погружать свайными молотами с применением в необходимых случаях подмыва.
Сваи необходимо забивать в грунт до тех пор, пока величина погружения от одного удара не достигнет расчетного значения, называемого отказом (среднее арифметическое значение осадки от нескольких ударов).
Расчетный отказ косвенно характеризует несущую способность сваи по грунту, т.е. является динамическим эквивалентом предельной статической нагрузки на сваю. Первоначальный отказ, полученный после завершения забивки сваи, обычно не является истинным, так как после некоторого перерыва величина отказа изменяется. В маловлажных песчаных грунтах отказ возрастает (сопротивление уменьшается), а в глинистых грунтах уменьшается.
Производительность свайных работ зависит как от правильного выбора сваебойного агрегата, так и от вспомогательных операций по забивке, которые занимают до 80% времени. Для свайных работ применяют копры или краны. Стреловые и портальные краны снабжают направляющими стрелами и другим вспомогательным оборудованием. Для направления свай при погружении, особенно для направления наклонных свай, применяют также направляющие приспособления в виде каркасов из инвентарных элементов УИКМ или переносных устройств, устанавливаемых на распорных креплениях котлованов.
Копры и краны, применяемые для забивки свай, должны обладать маневренностью и позволять быстро перемещать их, а также проводить все вспомогательные работы. Копры должны быть легкими, достаточно жесткими, просты в сборке и по возможности универсальны. Размеры копра и его конструкцию подбирают в зависимости от размеров свай, условий их погружения, а также от применяемого сваебойного агрегата. Если копры предназначены для забивки относительно коротких и легких свай или шпунта, то их можно изготовлять на строительстве. Деревянные сборно-разборные копры можно изготовлять высотой до 15 м; находят применение деревянные копры с двумя стрелами, позволяющими забивать одновременно по две сваи. Чаще применяют металлические инвентарные копры. Среди них копры для дизель-молотов, выполненные из различных прокатных профилей и труб и снабженные колесами для передвижения по рельсам. Для забивки тяжелых длинных свай, в том числе и наклонных, применяют универсальные копры, перемещаемые по рельсам. Таким копрам можно придавать наклон в пределах до 5:1 с помощью длинных винтов, установленных между вышкой и платформой. Большинство универсальных копров полноповоротные в горизонтальной плоскости, а на платформе обычно размещены паровой котел, лебедка и механизмы поворота. При перестановке тележки и установке на рельсы другого направления станину копра поднимают домкратами, укрепленными под платформой. На местности, покрытой водой, сваи целесообразно забивать с помощью плавучих копров, которые располагают на плашкоутах из металлических понтонов (обычно на инвентарных понтонах КС) и закрепляют якорями.
Наряду с копрами в мостостроении для забивки свай широко используют различные краны: стреловые стационарные деррик-краны, стреловые на гусеничном или автомобильном ходу и портальные. На местности, покрытой водой, для этой цели применимы плавучие краны.
Применение крана для забивки свай особенно целесообразно, если его используют на всех работах по сооружению опоры, т.е. для забивки шпунта, извлечения грунта и бетонирования тела опоры, и, кроме того, для монтажа пролетных строений. Так универсальные краны, имеющие сменное оборудование, позволяют забивать шпунт и сваи, разрабатывать и извлекать грунт из котлованов или опускных колодцев, подавать бетонную смесь, поднимать скользящую опалубку или подавать под сборку опалубочные щиты, собирать опоры из блоков, монтировать сборные металлические и железобетонные пролетные строения и т.д.
Краны, используемые для забивки свай, снабжают направляющими стрелами. Находят применение короткие направляющие, подвешенные к крану, которые по мере забивки сваи периодически опускают с таким расчетом, чтобы молот при работе не выходил за их пределы. Чаще применяют длинные направляющие, подвешенные к стреле крана, в нижней части жестко присоединенные к корпусу крана при помощи соединения, позволяющего изменять наклон направляющей и вылет стрелы крана.
В тех случаях, когда проектные отметки голов свай находятся ниже уровня воды, применяют свайные молоты, способные работать под водой, или используют так называемые “подбабки”, устанавливаемые между концом сваи и молотом. Подбабки представляют собой отрезки свай или соответствующие инвентарные конструкции.
Последовательность погружения свай зависит от формы фундамента, свойств грунта. количества свай и применяемого оборудования. При небольшом количестве рядов сваи забивают последовательно по рядам, начиная от крайнего. В многорядных фундаментах применяют спиральную последовательность, начиная от центральных свай во избежание переуплотнения грунта, препятствующего погружению последующих свай.
Компания "Установка Свай" предлагает услуги по погружению забивных ЖБ свай высокопродуктивными молотами дизельного типа. Наше оборудования представлено трубчатыми и штанговыми молотами с массой бойка от 1.5 до 3 тонн. Данные агрегаты эффективно забивают сваи во все распространенные в центральном регионе России виды грунтов.
На данной странице представлена информация о технологии погружения свай дизель молотами. Мы рассмотрим спецификацию и технические характеристики данного оборудования, виды молотов и их функциональные возможности.
Дизель-молоты - это навесное оборудование
Дизель-молоты относятся к классу навесного копрового оборудования, которым комплектуется сваебойная установка . Молот фиксируется на направляющих узлах копровой мачты сваебоя посредством специальной монтажной плиты. В процессе работы он перемещается в вертикальной плоскости, опускаясь по мачте вместе со стволом погружаемой сваи.Сфера использования дизельных молотов обширна, данная техника применяется в следующих целях:
- Для забивки ЖБ свай (квадратного, прямоугольного, круглого сечения, составных конструкций);
- Для забивки металлического шпунта (зетового, корытообразного, плоского).
Важно : молоты устанавливаются на сваебойных машинах колесной либо гусеничной компоновки. Мачта сваебоя и дизельный молот имеют унифицированную систему креплений, что позволяет комплектовать сваебой любой моделью агрегата для ударной забивки свай.
Рис. 1.1
Сечение и конфигурация свай и шпунта, с которыми может работать дизель-молот, зависят от формы его наголовника - крепежного элемента, посредством которого молот фиксируется на стволе погружаемой конструкции. Каждое конкретное сечение (30*30, 40*40 см. и т.д) требует использования соответствующего наголовника.
В заводской комплектации дизель-молот имеет набор наголовников под наиболее распространенные типоразмеры свай, при необходимости дополнительные наголовники приобретаются отдельно.
Виды дизель-молотов для погружения свай
Дизельные молоты классифицируются на подвиды исходя из конструкционных различий агрегатов. По параметру массы ударной части выделяют следующие виды молотов:- Легкие - вес бойка до 700 кг;
- Среднетяжелые - до 2000 кг;
- Тяжелые - от 2500 кг.
Важно : также выполняется разделение по форме конструкции, согласно которой классифицируют агрегаты трубчатого типа и штанговые молоты.
- Штанговые молоты
Рис. 1.2 : Схема штангового молота
К базовым функциональным узлам данного оборудования относятся:
- Зафиксированный на стальной шарнирной плите поршневой блок;
- Параллельные трубы, выполняющие функцию направляющих элементов бойка;
- Система нагнетания дизтоплива в поршень;
- Кошка - узел, фиксирующий наголовник молота.
Рис. 1.3
Поршневой блок, являющийся литой конструкцией, сформированной во внутренней части шабота, в свою очередь состоит из поршня и компрессионных колец. Система нагнетания топлива представлена форсункой, подключенной к топливному насосу через шланг подачи.
На зафиксированной поверх шабота шарнирной плите размещены 2 параллельные друг другу направляющие рамы, связанные стальной перемычкой на верхнем контуре. Во время функционирования по раме перемещается боек, в корпусе которого размещена камера детонации топлива.
- Трубчатые молоты
Рис. 1.4
Отличия трубчатых механизмов заключаются в том, что направляющую функцию в данном оборудовании выполняет корпус, представляющий собою стальную цилиндрическую трубу. Ударная часть трубчатого молота одновременно является его поршнем, внутрь которого форсункой подается топливная смесь.
Рис. 1.5
Важно : закрытый корпус трубчатых молотов позволяет реализовать в них принудительное охлаждение, которое отсутствует в штанговых агрегатах. Его наличие является одним из ключевых преимуществ трубчатых конструкций над штанговыми - они подлежат продолжительной эксплуатации без перерывов на естественное охлаждение, тогда как при использовании штанговых дизельных молотов необходимо выдерживать принудительные паузы, чтобы не допустить перегрева оборудования.
Технические характеристики дизель молотов
Трубчатые агрегаты планомерно вытесняют с обихода молоты штангового типа. Помимо преимущества в виде принудительного охлаждения, причиной тому является значительно увеличенный эксплуатационный ресурс (в 30-40%) и лучшее соотношение веса бойка к развиваемой мощности удара.Наиболее востребованной серией дизельных молотов в отечественном строительстве выступают молоты СП и УР, увидеть их технические характеристики вы можете на нижеприведенном изображении:
Рис. 1.6 : Спецификация молотов серии СП
Вес ударной части в штанговых дизель-молотах может доходить до 3 тонн, при этом их максимальная энергия удара не превышает 42 кДж, диапазон числа ударов по свае за минуту - 45-55 шт.
Рис. 1.7
Ввиду ограниченной мощности такие конструкции используются для монтажа ЖБ свай и шпунта в низко и среднеплотную почву - для реализации фундаментных работ в твердых грунтах применяются трубчатые молоты.
Данные агрегаты могут работать в температурном диапазоне от -35 до +40 градусов (в условиях эксплуатации на морозе более 20 град. поршневой узел молота подлежит предварительному прогреву). У трубчатых агрегатов более вариативна масса бойка - его вес может быть, 5, 3.5, 2.5, 1.8 либо 1.25 т.. Диапазон ударной мощности- от 35 до 170 кДж. Скорость работы - до 45 уд/мин.
Технология погружения свай дизель молотами
Принцип работы агрегатов трубчатого и штангового типа идентичен. Последовательность эксплуатации молотов следующая:- Первоначально копровая машина размещается на месте погружения, далее она подтягивает лебедками сваю с временного склада, ствол стропуется тросами, устанавливается забивочное положение и подводится под наголовник молота;
- Столб закрепляется на копровой мачте, на него опускается молот и производится сопряжение сваи с наголовником;
- Ударный боек агрегата посредством лебедки копра по направляющим поднимается в верхнюю часть корпуса;
- После включения оператором копровой машины рычага сброса бойка, он под воздействием собственного веса по направляющим падает к закрепленному на наголовнике шаботу;
- При падении бойка активируется топливный насос и форсунка подает в камеру сгорания дизтопливо;
- При контакте бойка и шабота поршень ударяет в цилиндрическое углубления камеры сгорания, из-за чего находящаяся в ней смесь самовозгорается и детонирует;
- Благодаря возникшей в результате взрыва топлива энергии боек подбрасывает по направляющим вверх;
- Когда энергия подъема бойка уравновешивается силой притяжения боек начинает под своим весом обратно падать вниз.
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.
Похожие статьи
