Погружение свай дизель молотом. Погружение свай молотами. Молоты для забивки
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.
Итак, сваи - конструктивный элемент, передающий нагрузки от здания (сооружения) на грунты, находящиеся значительно ниже условной нулевой отметки. Железобетонные сваи квадратного сечения 300х300мм, 350х350мм, 400х400мм длиной от 3м до 16м и составные длинной до 32м являются оптимальным выбором для строительства на слабых грунтах. В мостовом строительстве применяются центрифугированные (полые) свай диаметром 600мм.
Технология практически не меняется на протяжении уже многих лет, однако в последние годы введены определенные ограничения на применение свайных молотов в условиях городской застройки. В плотно застроенных городских районах используют буронабивные сваи , которые значительно дороже, однако при их устройстве не возникает риск разрушения соседних ветхих зданий. Или выполняют комплекс работ (устройство шпунтового ограждения, предварительный выбор грунта, лидерное бурение) по снижению негативной нагрузки на существующие фундаменты зданий и инженерные сети.
Способы погружения свай в грунт.
До начала погружения свай в грунт выполняют комплекс подготовительных работ в соответствии с проектом производства свайных работ, в состав которого входят:
- доставка и складирование готовых железобетонных свай ,
- доставка и монтаж оборудования для погружения, разработка схемы перемещения сваебойной установки с указанием очередности погружения свай согласно ППР ;
- планировка площадки основания (в весенне-осенний период как правило производят подсыпку из битого кирпича или щебня);
- геодезическая разбивка осей свайных рядов;
- пробная забивка свай для уточнения расчета несущей способности сваи (проведение статических и динамических испытаний).
Последовательность забивки свай устанавливается проектом с учетом свойств грунта, и маневровых особенностей техники.
Геодезическая разбивка, т.е. вынос в натуру точек расположения свай осуществляется нашими специалистами на основании чертежей и полученных от заказчика осей здания. В соответствии с нормативными требованиями, допустимыми отклонениями свай от проектной оси являются значение 0,2d при линейной забивке, либо 0,3d если сваи будут объединяться фундаментной плитой. d - сечение сваи, т.е. при забивке свай 300х300мм под "плиту", допустимым значением отклонения будет 9 сантиметров.
Для погружения свай используются различные методы
- ударный метод - забивка свай молотом
- метод вдавливания
- вибрационный метод - погружение свай при помощи вибрации
- бурение и установка свай в скважину (с применением лидерного бурения)
Ударный метод.
Забивка осуществляется молотами разных типов с ударной частью весом, обычно 1,8 - 12 тонн, смонтированными на тяжелую, как правило гусеничную технику (копры, гусеничные краны, троссовые и гидравлические экскаваторы). Сваи погружают в грунт приложением вертикальной (иногда наклонной) нагрузки.
Базовая машину служит для того, чтобы зацепить сваю, поднять ее и завести в наголовник молота, двигающийся по направляющей мачты. Дальше молот сбросом ударной части забивает сваю в грунт.
Забивку сваи начинают несколькими легкими ударами с последующим увеличением силы ударов до максимальной. При отклонении положения сваи от вертикали более чем на 1 % сваю исправляют подпорами, стягиванием и т.п., или вытягивают и забивают снова. Забивка сваи продолжается до получения заданного проектом отказа - величины погружения сваи от одного удара молотом после окончания забивки. Забивку свай при приближении к проектной величине погружения производят «залогами», т. е. 10 ударами молота подряд. Погружение сваи от одного залога замеряют с точностью до 1 мм. Отказ сваи определяется как частное от деления величины погружения сваи от одного залога на число ударов в залоге.
Метод вдавливания.
Метод вдавливания свай применяется при реконструкции зданий, которые нельзя сносить, так как они представляют собой историческую ценность и охраняются законом.
Наиболее эффективной областью применения технологии вдавливания свай является погружение железобетонных свай и шпунтов вблизи или внутри существующих зданий и сооружений в условиях плотной застройки, вблизи ветхих и аварийных сооружений, в оползневых зонах и в других местах, где нельзя погружать сваи ударным методом или вибропогружением из-за недопустимости динамических, вибрационных и шумовых воздействий. Оборудование для вдавливания свай достаточно громоздко, производительность оставляет желать лучшего, однако иногда этот безударный метод просто незаменим. Наибольшее применение получили шагающие сваевдавливающие установки Sunward.
Вибрационный метод - погружение свай (шпунта) при помощи вибрации.
Метод вибропогружения эффективен при погружении свай в водонасыщенные песчаные и малосвязные грунты. При этом происходит разжижение песчаного грунта и резко уменьшаются силы трения по боковой поверхности. После прекращения вибрации эти силы трения восстанавливаются.
Вибропогружатель - возбудитель колебаний вдоль оси сваи. Устройство с вращателем и пригрузом со смещенным центром тяжести с приводом от электродвигателя, либо гидростанции подвешивается на оголовке сваи. За счет значительного веса вибропогружателя и колебаний, свая (шпунт) погружается в грунт. Вибропогражатели, в отличие от молотов, имеют определенные ограничения по типам грунтов, в которых можно работать. Также, при вибропогружении часто применяют лидерное бурение.
Технология забивки свай с применением лидерного бурения
Лидерное бурение - бурение, выполняемое перед погружением сваи. Целей у лидерного бурение может быть несколько: снижение динамической нагрузки, передаваемой при забивке сваи на близлежащие строения, снижение шума от работы дизель-молота, увеличение длины используемой сваи (при погружении в плотные грунты). Также лидерное бурение применяется в случае наличия в геологическом разрезе песчаной прослойки более 2 метров. Решение об устройстве лидерных скважин принимается проектировщиком на основании отчета об инженерно-геологических изысканиях.
Диаметр шнека при лидерном бурении под сваи 300х300 принимается 200мм-250мм в зависимости от категории грунтов. Глубина бурения, обычно, на 0,5 метра меньше глубины погружения сваи. Также, например, для забивки 10-метровой сваи, при залегании метровой песчаной прослойки на глубине 5 метров, может быть назначено лидерное бурение на глубину 6-6,5 метров для снижения негативного эффекта песка при погружении свай.
При лидерном бурении, грунт, выбираемый шнеками из скважины увеличивает высотную отметку поверхности земли (котлована) на 10 и более сантиметров (в зависимости от глубины и диаметра бурения. Необходимо грамотно подходить к производству работ по бурению т.к. при забивке сваи , скважина, находящаяся в непосредственной близости часто осыпается из-за динамических нагрузок при работе молота. Для устройства лидерных скважин при проведении свайных работ, нашей компанией используется установки ПБУ-2-317, ЛБУ-50, УРБ-2А2.
Машины и оборудование для погружения забивных свай
Используется дизель-молоты на базе полноповоротных экскаваторов серии ЭО. Экскаваторы на гусеничном ходу и служат, по большому счету, для перемещения сваебойного оборудования. Сваебойным оборудованием является мачта и непосредственно сам молот. Молот перемещается по направляющим на мачте.
Но наиболее эффективны копры с гидромолотом такие как: Junttan PM20, Junttan PM22, Junttan PM25, Hitachi KH-150-3 , Hitachi KH-180-2, Nippon-Sharyo DH, Banut, PVE, Liebherr.
В случае необходимости молот может быть заменен на буровое оборудование для производства лидерного бурения. При перебазировке с объекта на объект, с базовой машины снимается молот и мачта (состоящая из 2-3 частей). Учитывая негабаритные размеры и вес копра, его перебазировка осуществляется по специальному разрешению ГИБДД с сопровождением.
Молоты для забивки .
Молот состоит из ударной части, перемещающейся вдоль направляющих, шабота (неподвижной части) и наголовника. По типу действия различают дизель-молоты и гидромолоты.
На фотографии представлены очень распространенные штанговые дизель-молоты и отечественные гидромолоты "Ропот". Между ударной и неподвижной находится обычный цилиндр дизельного двигателя. Принцип работы также очень похож на обыкновенный дизельный двигатель. Ударная часть поднимается тросом, в этот момент открывается подача топлива, затем молот сбрасывается и в цилиндре происходит взрыв т.к. как известно, воспламенение дизельного топлива происходит от сжатия. За счет энергии удара молота и взрыва в цилиндре, свая погружается, а ударная часть молота подбрасывается вверх и снова падает. Так происходит пока не прекращается подача топлива.
Гидромолот отличается механизмом привода. Вместо цилиндра ДВС, ударная часть приводится в движение гидравликой. Причем при помощи гидравлики, ударная часть не только поднимается, но и опускается, т.е. не сбрасывается. За счет этого есть возможность регулировки высоты подъема. Если дизель-молот бьет с практически одинаковой частотой, гидромолот может бить как с максимальной силой, так и маленькими частыми ударами, что очень удобно при работе на песчаных грунтах. Вест ударной части гидромолотов составляет 3-12, в отличие от дизель-молотов, у которых ударная часть весит 1,8-3 тонны. Хотя существую импортные дизель-молоты с ударной частью 10, 14, 16 тонн.
Экологические и внешние преимущества при работе с гидромолотом:
- Надежность, безотказность, простота эксплуатации, всесезонность, всепогодность.
- Регулирование энергии ударов.
- Минимальное сейсмическое воздействие на грунт, позволяющее производить сваебойные работы в плотной городской застройке без опасности для близкорасположенных зданий.
- Производительность в 2 раза выше аналогичных устройств забивки свай свободного падения.
- Пониженный шум.
- Отсутствие выхлопных газов, экологическая чистота.
- Пониженная вибрация.
При забивке железобетонных и стальных свай обязательно применяют наголовники, предохраняющие головку сваи от повреждения при ударе по ней молотом сваебойной установки. При забивке деревянных свай голову сваи предохраняют от размочаливания бугелем, преставляющим собой цилиндрическое кольцо из полосовой стали, надеваемое на голову сваи. Нижний конец деревянной сваи заостряют в виде четырехгранной или трехгранной пирамиды. При наличии в грунте твердых включений на острие сваи надевают металлический башмак, защищающий острие от размочаливания. Деревянные сван применяют при условии заложения головы сваи ниже уровня грунтовых вод.
Для того, чтобы мощные удары не разбили голову сваи, в наголовник молота вставляют деревянную прокладку, выполняющую функцию амортизатора.
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СВАЙНЫХ РАБОТ
Установка сваебойного оборудования и свай должна быть выполнена без перерыва до полного закрепления их на месте.
В процессе забивки свай необходимо постоянно наблюдать за состоянием сваебойной установки, в случае ее неисправности, работы должны быть немедленно прекращены.
Подтаскивают сваи к копру только через отводной блок, закрепленный у основания копра и по прямой линии в пределах видимости для моториста лебедки.
К работам по забивке свай допускаются лица, знающие правила обращения с оборудованием и механизмами и сдавшие специальный технический минимум. При. кратковременной остановке молот должен быть прикреплен к копру, а подъемный канат - ослаблен. При длительных остановках молот опускают в нижнее положение и закрепляют его.
Каждый копер оборудуют звуковой сигнализацией. Перед пуском в действие свайного молота подается звуковой сигнал.
Передвижка сваебойной установки со стоянки на стоянку осуществляется только по команде бригадира и под его наблюдением.
В зимнее время рабочие площадки должны быть очищены от снега и льда и посыпаны песком.
Контроль качества при погружении (забивке) свай
Контроль качества работ по устройству свайного фундамента ведется пооперационно с оформлением актов подготовки котлована, подъездных путей, геодезической разбивки, погружения свай, устройства ростверка.
Данные о погружении свай необходимо записывать в «Журнал забивки свай». Основным требованием к качеству погружения сваи является достижение ею заданной несущей способности. Допустимая нагрузка на сваю зависит от глубины, точности и технологии ее погружения, а также от грунтовых условий. Наиболее достоверное значение несущей способности свай дает (опытная забивка свай, пробная забивка свай) их статическое испытание, однако оно трудоемко и длительно. Поэтому в процессе производства работ применяется менее точный, но простой и удобный в исполнении динамический метод испытания свай, сущность которого основана на корреляции зависимости сопротивления сваи и отказа.
Отказом сваи называется глубина погружения сваи в грунт от одного удара молота, определяемая как среднее арифметическое значение величины глубины погружения сваи от определенного числа ударов (залога). Число ударов в залоге для молотов подвесных и одиночного действия принимают равным 10 (для молотов двойного действия и вибропогружателей принимают число ударов или работу механизма в течение 2 мин). Этот фактический отказ сравнивается с расчетным (проектным), который устанавливают проектировщики исходя из инженерно-геологических условий, с целью контроля несущей способности сваи. Отказ замеряется в конце погружения сваи с точностью до 1 мм не менее чем от трех последовательных залогов. Свая, не давшая расчетного (проектного) отказа, должна быть подвергнута контрольной добивке после отдыха и засасывания ее в грунте в течение 6 суток - для глинистых и разнородных грунтов, 10 суток для водона-сыщенных мелких и пылеватых песков. 20 суток для мягко-и текучепластичных глинистых грунтов. Сваи, давшие ложный отказ, или сваи, не забитые на 10 - 15 % длины, следует подвергнуть обследованию с целью устранения причин, затрудняющих забивку. В случае; если отказ при контрольной добивке превышает расчетный, проектная организация должна провести контрольные испытания свай статической нагрузкой и откорректировать проект свайного фундамента или его часть.
Погружение свай может производиться как до проектного отказа, так и до проектной отметки (устанавливается проектом). Последнее возможно только в тех случаях, когда под острием сваи залегают слабые грунты и несущая способность сваи не превышает 200 кН.
Забивные сваи погружают в грунт ударами, вибрацией, вдавливанием и комбинацией этих способов.
На строительной площадке места складирования свай должны быть расположены ближе к путям движения копров, чтобы подъем свай можно было выполнять копром без крана. Передвижение копров должно быть по возможности прямолинейным с минимальным числом поворотов.
Наибольшее распространение получил ударный метод погружения свай. По этому методу для погружения свай используются различные молоты - механические, паровоздушные и дизель-молоты, которые монтируются на копрах или мобильных копровых установках.
Процесс погружения сваи состоит из следующих операций: перемещения сваебойной установки к месту погружения сваи, подтаскивания, подъема, выверки и установки сваи, а затем забивки до проектной отметки или заданного отказа.
При больших объемах свайных работ и применении свай длиной более 12 м используют универсальные копры башенного типа, установленные на платформах-тележках, передвигаемых по рельсам. Такие копры имеют большую грузоподъемность и значительную собственную массу.
Наибольшее, распространение получили в промышленном и гражданском строительстве самоходные сваебойные установки на базе кранов, экскаваторов, тракторов и автомобилей.
Такие установки имеют большую маневренность и применяются для погружения свай длиной 3-10 м. Сваебойные установки позволяют подтаскивать и поднимать сваю, заводить голову сваи в наголовник.
Эффективность забивки сваи за-висит от правильного выбора свайного молота, а именно от правильного определения соотношения его массы и массы сваи. При этом также учитывается вид грунта, в который погружается свая. Масса ударной части свободно падающего молота при забивке сваи длиной 12 м в плотные грунты должна равняться 1,5 массы сваи с наголовником, а при забивке в грунты средней плотности 1,25 этой массы.
Паровоздушные молоты бывают одиночного и двойного действия.
В молотах простого действия энергию привода (пар или сжатый воздух) используют только для подъема ударной части, а падение его совершается под действием собственной массы. В молотах двойного действия энергия привода идет и на движение ударной части вниз, увеличивая ее скорость и, следовательно, силу уда: ра. Молоты одиночного действия имеют массу ударной части 1,25-6 т, число ударов не превышает 30 ударов в минуту. У большинства паровоздушных молотов двойного действия ударной частью является поршень. Число ударов молота в 1 мин может быть более 200 и его можно регулировать автоматически. С помощью молотов двойного действия сваи забивают в вертикальном и наклонном положении.
Дизель-молоты бывают трубчатые и штанговые . Ударная часть штанговых молотов представляет собой подвижный цилиндр, открытый снизу и перемещающийся в направляющих штангах. При падении цилиндра на неподвижный поршень в камере сгорания воспламеняется смесь воздуха и топлива. Энергия, образующаяся в результате сгорания смеси, подбрасывает цилиндр вверх, после чего происходит новый удар и цикл повторяется. Топливо поступает в форсунку камеры сгорания по трубке, проходящей в блоке поршня, с помощью насоса высокого давления, который приводится в действие подвижным цилиндром.
У трубчатых дизель-молотов неподвижный цилиндр, имеющий набот, является направляющей конструкцией. Ударной частью молота является подвижный поршень с головкой. Распыление топлива и воспламенение смеси происходит при ударе головки поршня по поверхности сферической впадины цилиндра, куда подается топливо насосом низкого давления.
Число ударов в 1 мин у штанговых дизель-молотов 50-60, у трубчатых 47-55.
Трубчатые дизель-молоты по сравнению со штанговыми, при одинаковой массе ударной части обладают значительно большей (в 2-3 раза) энергией удара. Для забивки свай длиной 8-10 м рекомендуется принимать следующее отношение массы ударной части молота к массе сваи: при штанговых - 1,25: при трубчатых дизель-молотах 0,5-0,7.
Зимой штанговые дизель-молоты можно запускать при температуре -30 °С, а для запуска трубчатых дизель-молотов уже при температуре до -20°С необходимо применять специальные присадки к топливу и предварительно подогревать молот в течение 20-30 мин. Штанговые молоты в зимних условиях работают более устойчиво.
Наголовники позволяют закрепить сваю в направляющих сваебойной установки и предохранить головы свай от разрушения при ударах молота. При забивке свай подвесными и паровоздушными молотами применяют металлические литые и сварные наголовники с амортизационными прокладками из древесины твердых пород или полимерных материалов. Наголовник подвешивают к молоту за ушки и вместе с ним поднимают и опускают на сваю. Для дизель-молотов применяют наголовники с поворотной рамкой, которые позволяют при опущенном молоте заводить во внутреннюю полость головку сваи, лежащей на грунте. После перемещения копра на требуемую позицию его центрируют по оси забиваемой сваи. Выверяют вертикальность стрел в двух плоскостях, а для забивки наклонных свай устанавливают заданные углы наклона стрел. После этого копер закрепляют натяжными скобами или аутригерами, поднимают молот и закрепляют в верхнем положении. С помощью каната и выносных блоков подтягивают сваю, поднимают и устанавливают ее на место погружения. Верхним концом сваю подводят под наголовник и опускают молот.
После установки сваи на грунт и ее выверки молот медленно опускают на наголовник и под действием массы молота заостренный конец сваи вдавливается в грунт. Для обеспечения правильного направления сваи, первые удары выполняют с небольшой высоты (не более 0,4-0,5 м). При использовании дизель-молотов замеряют время работы молота на каждый метр погружения сваи и число ударов в 1 мин. Важно в начале погружения сваи следить за правильностью погружения сваи в плане- и по вертикали или по заданному углу наклона. Наклонные сваи забивают сваебойными установками, направляющие мачты которых могут быть установлены с уклоном. Мачту устанавливают по указателю наклона, который имеет шкалу с делениями.
В конце забивки с помощью механических и паровоздушных молотов одиночного действия, когда свая погружена приблизительно до проектной отметки или до проектного отказа, забивку производят «залогами» по 10 ударов в каждом. При забивке свай молотами двойного действия и дизель-молотами считать удары затруднительно, поэтому замеряют величину погружения за 1 мин.
При использовании самоходных сваебойных установок продолжительность основных операций (забивка свай) составляет всего 40 % времени, а остальное время расходуется на вспомогательные операции. При применении несамоходных копров и выполнении свайных работ в зимнее время вспомогательные операции занимают 70-80 % общего времени, расходуемого на погружение сваи. Таким образом, механизация вспомогательных операций имеет важное значение для повышения производительности труда.
При вибрационном методе сваю погружают с помощью вибрационных машин, динамическое воздействие от которых позволяет преодолевать сопротивление грунта по боковой поверхности и под острием сваи.
В качестве вибрационных машин используют вибропогружатели, которые подвешивают к мачте сваепогружающей установки и соединяют наголовником со сваей.
Амплитуда колебаний и масса вибросистемы (вибропогружатель, наголовник и свая) должны обеспечить разрушение структуры грунта с необратимыми деформациями.
Вибропогружатели разделяются на высокочастотные (700--1500 мин-1) и низкочастотные (300-500 мин-1).
Высокочастотное предназначены для погружения легких свай в грунты, не оказывающие большого сопротивления, например, в водонасыщенные песчаные и слабые пластичные пылевато-глинистые грунты.
Низкочастотные погружатели применяются при погружении тяжелых железобетонных свай и оболочек диаметром более 1000 мм. Выбор вибропогружателей следует производить исходя из несущей способности сваи и грунтовых условий.
Для низкочастотных вибропогру.-, жателей необходимую вынуждающую силу, кН, определяют по формуле
Вибропогруженин свай в начале должно производиться при небольшой скорости опускания вибропогружателя, без слабины каната, но и без Сильной натяжки. Этим предупреждают возможность отклонения сваи в начальный период погружения.
Вибрационный метод наиболее эффективен при погружении свай в несвязные грунты. Для погружения свай в маловлажные плотные пыле-вато-глинистые грунты необходимо устраивать лидирующие скважины с помощью буровых механизмов. Более универсальным является виброударный метод погружения свай вибромолотами, которые по виду привода разделяются на электрические, пневматические, гидравлические и вибромолоты с двигателями внутреннего сгорания .
Наиболее распространенные пружинные вибромолоты работают следующим образом. При вращении дебалансов в противоположных направлениях вибровозбудитель совершает периодические колебания. Когда зазор между ударником вибровозбудителя и наковальней наголовника меньше амплитуды колебания вибровозбудителя, ударник периодически ударяет по наковальне наголовника сваи. Для более эффективного погружения сваи масса ударной части вибромолота должна быть не менее 50 % массы сваи и составлять 650- 1350 кг.
Статическое вдавливание свай осуществляется путем передачи на сваю повышенной массы, а при вибрационном вдавливании одновременно с действием вибрации. Для погружения свай методом статического вдавливания используют установки, состоящие из двух тракторов, направляющей рамы и опорной плиты.
Процесс вдавливания свай заключается в следующем. Трактор с мачтой устанавливают над местом погружения свай и с помощью лебедки на поверхность земли опускают опорную плиту, на которую затем устанавливают пригрузочный трактор. Предварительно лебедкой сваю помещают в проем мачты трактора, находящегося на грунте. Усилия от лебедки передают на наголовник и он начинает перемещаться по направляющим, вдавливая сваю в грунт.
Установка развивает вдавливающее усилие до 350 кН и может погрузить за смену 10-15 свай длиной до 6 м. Точность погружения свай обеспечивается устройством лидирующих скважин. Недостатками этого метода являются низкая производительность, громоздкость оборудования, что снижает маневренность, и небольшая глубина погружения свай.
Более эффективным является вдавливание свай с помощью вибровдав-ливающих установок, когда свая погружается от комбинированных воздействий вибрации и статической нагрузки. На задней раме вибровдав-ливающей установки расположен электрогенератор, работающий от двигателя трактора, и двухбарабанная лебедка. На передней раме находится направляющая стрела с вибропогружателем и блоки, через которые проходит вдавливающий канат от лебедки. После установки сваи и включения вибропогружателя свая погружается в грунт за счет воздействия вибрации, а также за счет собственной массы, массы вибропогружателя и части массы трактора, передаваемой вдавливающим канатом через вибропогружатель на сваю.
Вибрация создается низкочастотным погружателем с подрессоренной плитой.
Для снижения сопротивления в плотных грунтах сваи погружают с применением подмыва. Воду подают под давлением не менее 0,5 МПа по трубкам диаметром 38-62 мм, укрепленным на свае. Расположение трубок может быть боковым и центральным, когда один одноструйный или многоструйный наконечник размещен по центру погружаемой сваи. При боковом подмыве создаются более благоприятные условия для снижения сил трения по боковой поверхности сваи. В результате подмыва свая погружается под действием собственной массы и массы установленного на ней молота или вибропогружателя. Если сама свая не погружается, ее, не прекращая подмыва, забивают легкими ударами молота или вибрированием. При подмыве нарушается сцепление грунта под острием и по боковой поверхности сваи, что снижает ее несущую способность. Поэтому на последние 1-2 м сваю погружают без подмыва. Дополнительные операции по погружению свай с подмывом приводят к увеличению трудоемкости и стоимости работ, в связи с чем этим методом пользуются довольно редко, главным образом при погружении тяжелых свай длиной более 8 м и оболочек.
При погружении составных свай требуется стыковать сваи в процессе погружения.
В нашей стране разработаны новые конструкции забивных свай, которые находят применение в некоторых грунтовых условиях.
В слабых грунтах применяются булавовидные сваи. Такие сваи были применены на строительстве трассы гидрозолоудаления Красноградской ТЭЦ на заболоченной территории в качестве фундаментов под опоры трубопроводов.
Самораскрывающиеся козловые сваи представляют собой не связанные друг с другом элементы, имеющие скосы нижних концов. Для. погружения таких свай в грунт сваи располагают друг с другом скосами внутрь. По мере погружения свай их нижние концы расходятся вследствие воздействия на скосы, а также на боковые внутренние поверхности раздвигающихся свай реактивных сил грунта.
Характер работы самораскрывающихся свай при внедрении в грунт существенно отличается от работы обычных наклонных свай, так как при погружении каждая ветвь сваи совершает сложное движение, перемещаясь поступательно вниз и поворачиваясь относительно шарнира наголовника.
В плотных песчаных и пылевато-глинистых грунтах с показателем текучести /L<;0,1 не рекомендуется применять самораскрывающиеся сваи из-за больших изгибающих моментов, возникающих при погружении таких свай в грунт.
При погружении свай в сезонно промерзающие грунты приходится выполнять дополнительные операции, обеспечивающие погружение свай на проектную отметку. Если глубина промерзания не превышает 0,5-0,7 м, то при использовании мощных молотов удается пробить сваи через мерзлый слой грунта. Иногда для предотвращения промерзания заблаговременно утепляют места забивки свай опилками, соломой. Если предотвратить промерзание не удалось, то мерзлый слой разбуривают лидирующими скважинами, разрушают виброударными установками или разрушают другими механическими способами, а также производят оттаивание мерзлого грунта. Грунт отогревают огневым способом с помощью термобуров с реактивными горелками или термохимическим. Применяют также глубинный электропрогрев грунта. Иногда используют тепловые электронагреватели (ТЭНы).
места складирования свай должны располагаться ближе к путям движения копров, чтобы захват и подъем сваи можно было выполнять с копров;
перемещение копров должно быть по возможности прямолинейным с минимальным числом поворотов и минимальными холостыми проходами;
по возможности транспортные средства внутри стройплощадки должны двигаться по кольцевой схеме.
В состав ППР свайных работ должны входить следующие материалы: характеристики свайных фундаментов, их объем и схема расположения свай на свайном поле, технологические расчеты, технологические карты, содержание схемы производства работ, графики или циклограммы работ.
Порядок погружения свай определяется ППР и, как правило, зависит от применяемого оборудования для погружения свай и проектного расположения свай.
При прямолинейном расположении свай отдельными рядами или в кустах наибольшее распространение получила рядовая система погружения свай. Спиральная система предусматривает погружение свай концентрическими рядами от краев к центру свайного поля. При сложном расположении свай и больших расстояниях между ними порядок погружения определяется соображениями эффективного использования оборудования. При выборе порядка погружения свай необходимо учитывать возможность сокращения продолжительности операций по подтаскиванию свай.
На выбор метода погружения свай оказывают влияние следующие факторы: физико-механические свойства грунта, вид применяемых свай, глубина погружения, стесненность строительной площадки, конструктивные особенности и производительность применяемого оборудования, а также объем свайных работ. Масса, длина и конструкция сваи оказывают существенное влияние на выбор сваепо-грузочного оборудования.
Сваепогружающие установки должны иметь небольшую массу, максимальную маневренность, простоту монтажа, демонтажа и обслуживания в эксплуатации.
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.
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.