Сооружение фундаментов мостовых опор на сваях-оболочках. Погружение свай Погружение металлических

Страница 13 из 17

Сваи-оболочки - это полые сваи диаметром 0,8 м и более. Такие сваи погружают в грунт с открытым нижним концом.

Рассмотрим более подробно технологию сооружения фундамента мостовых опор с использованием свай-оболочек , она состоит из следующих элементов:

изготовление на берегу пространственного распорно-направляющего каркаса и доставка его к будущей опоре на плавсистеме;
наводка каркаса на оси опоры и закрепление якорями и маячными сваями;
установка на дно водоема сваи-оболочки или ее секции через гнезда в ящике-каркасе;
закрепление на верху оболочки переходника-наголовника и вибропогружателя;
погружение сваи-оболочки с одновременной выборкой грунта из внутренней полости;
опускание в оболочку арматурного каркаса;
заполнение внутренней полости оболочки бетонной смесью;
сооружение ростверка и надфундаментной части опоры.

Область применения фундаментов на сваях-оболочках :

большие глубины в водоеме;
несвязные и малосвязные грунты основания опоры;
большое количество опор на однотипных сваях-оболочках.

Достоинства технологии :

индустриальность;
высокое качество железобетонных свай-оболочек заводского изготовления;
большая несущая способность свай-оболочек.

Недостатки :

для работы с секциями свай-оболочек необходимы мощные краны;
для доставки секций нужны мощные транспортные средства;
высокая энергоемкость виброметода.

Собранный (изготовленный) на берегу пространственный каркас с помощью плавсредств доставляется к месту установки на реке (рис. 2.31).

Производится виброметодом с применением мощных вибропогружателей (рис. 2.32).

Каркас может быть обустроен днищем с отверстиями и боковыми стенками из дерева или металла. Его сооружают так, чтобы была возможность демонтажа и повторного использования.

Каркас на ось опоры наводят буксирными и пеленажными катерами, используя пункты геодезической основы и применяя метод засечек.

Рис. 2.31 - Наводка и опускание распорно-направляющего ящика-каркаса: a - доставка каркаса; б - опускание каркаса

Для точного наведения каркаса в плане используют полиспасты и лебедки, расположенные на плашкоуте. На плашкоут также удобно поместить кран для установки секций свай-оболочек, вибропогружателя и средства выборки грунта из оболочек.

После наводки на ось моста и установления центра опоры плашкоут закрепляют маячными сваями по углам каркаса. Ими могут быть как специально забитые металлические или железобетонные сваи, так и угловые сваи-оболочки.

Рис. 2.32 - Погружение свай-оболочек с наращиванием секций и разработкой грунта из внутренних полостей оболочек

Сваи-оболочки можно предварительно укрупнить соединением секций (обычно фланцевыми стыками). В случае необходимости (при большой глубине воды) секциям можно придать плавучесть для их объединения до опускания на дно. Затем на укрупненную сваю-оболочку устанавливают и закрепляют болтами металлический переходник-налоговник. На него, в свою очередь, устанавливают и закрепляют вибропогружатель, который и осуществляет погружение сваи-оболочки (рис. 2.33, а).

По мере погружения оболочку наращивают с постановкой полного количества болтов и обваркой фланцев секций сваи-оболочки по контуру. Фланцевый стык секций покрывают обмазочной гидроизоляцией.

Эффективным средством ускорения погружения оболочки является подмыв. Для этого подмывные трубки (водонапорные иглы) располагают по контуру оболочки (рис. 2.33, б).

Также эффективна опережающая разработка грунта внутри сваи-оболочки грейфером или эрлифтом ниже ножа оболочки.

Рис. 2.33 - Виброметод при погружении свай-оболочек: а - крепление вибропогружателя на свае-оболочке; б - размещение подмывных водонапорных трубок; 1 - вибропогружатель; 2 - переходник-наголовник; 3 - болты крепления; 4 - фланец оболочки; 5 - оболочка

Методы разработки грунта из внутренней полости сваи-оболочки зависят от грунтовых условий. Грунт разрабатывается:

одноканатным грейфером (виброгрейфером в связных грунтах);
эрлифтом (в несвязных грунтах);
гидроэлеватором (в связных грунтах);
ударно-канатным или вращательным буровыми методами (в галечниковых грунтах или полутвердых глинах).

Работа эрлифта показана на рис. 2.34.

Заполнение внутренней полости оболочки бетонной смесью выполняется методом ВПТ (рис. 2.35). Смесь должна быть литой и иметь осадку конуса (ОК) не менее 16-20 см. Основное требование - конец бетонной трубы должен быть всегда заглублен в бетон .

Величина заглубления конца бетонолитной трубы (h ) в бетон должна быть не менее

где Н - глубина погружения сваи-оболочки.

Интенсивность бетонирования J должна быть высокой, не менее J ≥ 2 м 3 /(час·м 2). При этом должно выполняться условие

J ≥ h/2К , м/ч,

где К - показатель сохранения подвижности бетонной смеси, час, - время, за которое ОК уменьшается до 15 см (К ≈ 0,6 ч).

Рис. 2.35 - Бетонирование внутренней полости сваи-оболочки методом ВПТ: a - опускание бетонолитной трубы; б - заполнение трубы бетонной смесью

Порядок работ :

Опускание бетонолитной трубы в оболочку.
Промывка забоя напорной струей воды.
Подача бетонной смеси в бункер бетонолитной трубы (предварительно в устье бункера устраивают пробку, например, из ветоши, которую закрепляют в верхней части бункера проволокой).
Быстрый сброс бетонной смеси в трубу, для чего обрубают проволоку. Заполнение трубы новой порцией бетонной смеси.
Наддергивание и быстрое осаживание трубы. Главное - не допустить прорыва воды в бетонолитную трубу снизу .

Вибропогружение свай-оболочек

Железобетонные полые сваи диаметром до 0,8 м (погружаемые обычно с закрытым концом) и сваи-оболочки (погружаемые с открытым концом) диаметром до 2,0 м, изготовляют методом центрифугирования на заводах МЖБК. Сваи-оболочки можно изготовлять в вертикальных цилиндрических виброформах. На стройплощадке секции пустотелых свай обычно соединяют сваркой обечаек с постановкой накладок, а свай-оболочек - болтами на фланцах. Металлические части стыков секций перед погружением бетонируют или, как отмечалось в предыдущей лекции, защищают от коррозии специальными составами (например, полимерными или битумными). Внутренние полости погруженных в грунт тонкостенных свай-оболочек обычно армируют (подвешивают арматурные каркасы цилиндрической формы) и заполняют бетонной смесью. Толстостенные сваи-оболочки с двухрядным армированием не заполняют бетоном, даже если используют на водотоках с умеренным ледоходом. Часто они имеют только бетонную пробку в нижней части сваи-оболочки.

Как отмечалось ранее, погружение свай-оболочек производят вибропогружателем, жестко соединенным со сваей через переходник-наголовник. Болтовое соединение оболочки с наголовником прочно, но неудобно: приходится выполнять трудоемкие работы по установке и снятию вибропогружателя. Целесообразно использовать безболтовые зажимные гидравлические наголовники, позволяющие сократить трудозатраты в 8-10 раз. Кроме вибропогружателя соответствующей мощности, для погружения свай-оболочек необходимы направляющие каркасы и оборудование для извлечения грунта из внутренней полости. Для несвязных грунтов используют грейферы, эрлифты и гидроэлеваторы, для связных плотных грунтов - виброгрейферы, которые подвешивают на стрелу крана.

В отечественной практике хорошо зарекомендовали себя низкочастотные вибропогружатели ВП-170 и ВПМ-170, обеспечивающие погружение железобетонных свай-оболочек диаметром 1,6 м на глубину 60-70 м. Для погружения в грунт оболочек диаметром 3,0 м используют спаренный вибропогружатель из двух ВП-170, закрепленных на едином наголовнике.

Используют также вибропогружатель ВУ-1,6 с проходным отверстием в центральной части, который можно не снимать во время работ по извлечению грунта из внутренней полости оболочки.

Рекомендуется вести по поточной технологии , обеспечивающей минимум простоев оборудования. Для этого в работе одновременно должны находиться 3-4 оболочки. Каждая из них участвует в определенной операции:

установке в направляющий каркас;
наращивании очередной секции;
креплении вибропогружателя;
погружении;
извлечении грунта из внутренней полости.

Тип вибропогружателя выбирают, исходя из необходимой вынуждающей силы. Для низкочастотных вибропогружателей значение необходимой вынуждающей силы Р в определяется по формуле

Р в = 1,4Ф - 3Q/κ,

где Ф - расчетная несущая способность сваи по проекту, кН;

Q - вес вибросистемы (включая вибропогружатель, сваю и наголовник), кН;

κ - коэффициент снижения бокового сопротивления грунта во время вибропогружения, принимаемый по табл. 2.12.

Таблица 2.12 - Значение коэффициента κ

В любом случае должны выполняться условия: Р в > 1,3Q при погружении свай-оболочек с извлечением грунта и Р в > 2,5Q при погружении свай сплошного сечения и полых свай без извлечения грунта.

Технические характеристики некоторых отечественных вибропогружателей для погружения свай и свай-оболочек приведены в табл. 2.13.

Для ориентировочного выбора типа вибропогружателя можно использовать данные, приведенные в табл. 2.14.

Выбор источника питания вибропогружателя надо производить с учетом перегрузки его электродвигателей на 30-35%.

Таблица 2.13 - Технические характеристики отечественных вибропогружателей

МШ-2М - вибропогружатель для погружения и извлечения шпунта.

Таблица 2.14 - Данные для выбора вибропогружателя

Недостатками вибропогружателей с электромеханическим приводом является высокая потребляемая мощность и частый выход из строя электродвигателей из-за воздействия вибрации и сгорания обмоток.

За рубежом используют свайные гидровибропогружатели (табл. 2.15).

Таблица 2.15 - Технические характеристики гидровибропогружателей зарубежного производства

Технология погружения сваи-оболочки обычно слагается из следующих процессов :

транспортировки секций сваи-оболочки в пределах стройплощадки;
подъема секции и установки ее в направляющие устройства;
соединения секций между собой;
установки и закрепления вибропогружателя на оболочке;
погружения сваи-оболочки;
выборки грунта из внутренней полости оболочки;
установки (подвески) арматурного каркаса в оболочку;
заполнения внутренней полости оболочки бетонной смесью.

Способы погружения сваи-оболочки определяются грунтовыми условиями и глубиной погружения, их можно принимать в соответствии с табл. 2.16.

После выборки грунта из внутренней полости сваи-оболочки при необходимости в нее опускают арматурный каркас (рис. 2.36).

Подводная укладка бетонной смеси в оболочку производится через бетонолитную трубу длиной до 50 м. Она состоит из секций по 6-10 м с водонепроницаемыми прокладками между ними и фланцевыми стыками на болтах.

Таблица 2.16 - Способы погружения свай-оболочек

	Глубина погружения, м
Водонасыщенные Несвязные рыхлые Текуче- и мягкопластичные связные		Под действием силы тяжести То же, с опережающей выборкой грунта из оболочки Вибропогружение
Плотные и средней плотности несвязные Тугопластичные и полутвердые глинистые		Под действием силы тяжести с опережающей выборкой грунта из оболочки Вибропогружение с выборкой грунта из оболочки
Все грунты со скальными прослойками и валунами более 30 см	независимо от глубины	Опускание в лидерную скважину, вибропогружение с удалением препятствий бурением

Если необходимо обеспечить высокий класс бетона заполнения, в оболочки следует укладывать не литую, а жесткую бетонную смесь. Чтобы она растекалась во внутренней полости, в нижней части бетонолитной трубы закрепляют 1-2 вибратора (рис. 2.37) мощностью по 1-1,5 кВт. При этом необходимо не допустить прорыва воды внутрь бетонолитной трубы.

Рис. 2.37 - Крепление вибраторов к низу бетонолитной трубы: 1 - фланец; 2 - нижняя секция трубы; 3 - центратор трубы; 4 - кабель; 5 - муфта; 6 - трубка; 7 - крепление вибратора; 8 - вибратор; 9 - бандаж; 10 - прокладка

В последнее время активно ведется жилищное и гражданское строительство в северных районах нашей страны. Для устройства фундаментов зданий и сооружений, возводимых в условиях вечной мерзлоты или других специфических условиях, лучше всего подходят буроопускные сваи. Любые фундаменты возводятся с учетом строгого последовательного исполнения всех звеньев технологической цепочки и соблюдением строительных норм и правил, а в северных климатических условиях при наличии постоянного промерзания грунтов к подбору и устройству свайных фундаментов нужно отнестись более ответственно.

Конструкция буроопускной сваи

Буроопускная металлическая свая представляет собой стальную трубу с толщиной стенок 4-12 мм длиной 4-36 м с различными наконечниками:

Плоским, с отверстием для отвода воздуха.
Тупым литым с отверстием.
Эллиптическим.
Без наконечника.

Выбирать конструкцию сваи с тем или иным наконечником рекомендуется в зависимости от условий погружения и особенностей возводимого строения. Металлические конструкции обязательно обрабатываются антикоррозийными составами.

Наряду с металлическими сваями широко применяются железобетонные конструкции цилиндрического или квадратного сечения, которые могут быть длинномерные или состоять из нескольких секций. Маркируются железобетонные конструкции буквами «С» (квадратное сечение) или буквами» «СО», что означает свая — оболочка. Наиболее часто применяют железобетонные сваи с рабочим сечением 250 х 250 мм или 400 х 400 мм и длиной до 16 метров.

Буроопускные сваи могут быть полыми или сплошными.

Схема конструкции буроопускной сваи

Пример маркировки металлической сваи

Для упрощения подбора свайных конструкций изделия обязательно маркируются. В качестве примера можно рассмотреть следующую маркировку, например, SM-426/10/8/Э/Т/У/09Г2С-4/БП. Это означает, что конструкция сваи металлическая с диаметром стволовой части в 426 мм с толщиной стенок 10 мм, длина составляет 8 метров, буква «Э» означает применение электросварной трубы по ГОСТУ10704-91,буква «Т» вид наконечника (тупой), буква «У» обозначает тип хвостовой части сваи (усиленный), «БП» означает, что данная свая выпускается без покрытия.

Преимущество свайного буроопускного фундамента

Буроопускные свайные фундаменты имеют ряд преимуществ:

Отсутствие земляных работ. Обычно перед началом работ по устройству фундаментов выполняются земляные работы по снятию растительного слоя и разработке котлованов или траншей для последующего монтажа несущих конструкций. Буроопускные сваи в качестве несущего основания не требуют разработки земляных котлованов, которые в условиях постоянного промерзания грунтов технологически тяжело выполнить.
Отсутствие сезонности выполнения работ. Производство работ по устройству свайного фундамента в вечномерзлых грунтах допускается в любые погодные условия и независимо от времени года, что крайне важно в таких специфических северных условиях.
Доступная и простая технология. В названии «буроопускные сваи» буквально в двух этих словах заключается вся технология устройства подобного несущего основания дома или сооружения.

Недостатки свайного буроопускного фундамента

К недостаткам этого вида свайного фундамента можно отнести следующее:

В процессе производства работ по заполнению скважины цементно-песчаным раствором появляется избыточное тепло, что значительно увеличивает длительность вмораживания свайной конструкции, следовательно, увеличивается сроки строительства.
Необходимость применения специальных авторастворовозов для изготовления и подогрева цементных смесей, что приводит к удорожанию строительства.
Невозможность контролирования качества заполнения цементным раствором зазоров между стенками пробуренной скважины и телом сваи.

Некоторые недостатки вполне возможно устранить непосредственно на строительной площадке: например, для защиты от появления избыточной теплоотдачи строительных цементных растворов в полость металлической конструкции сваи заливают хладагент или охлаждающую жидкость.

Требования к свайным фундаментам в условиях мерзлоты

В северных климатических районах с постоянным промерзанием земляного основания возможно явление морозного пучения грунтов, которое свойственно глинистым и пылеватым почвам. Такое явление выпучивания замерзшего грунта может вызвать неравномерную осадку во время сезонного оттаивания верхнего слоя мерзлой почвы.

Чтобы исключить опасность неравномерной просадки здания, а, следовательно, возможного перекоса и опрокидывания несущих конструкций постройки, свайные фундаменты на мерзлых грунтах опускают на большую глубину. Поэтому так важно на стадии проектирования выполнить тщательный расчет величины опускания буроопускных свайных конструкций, учесть весь комплекс действующих геологических и гидрогеологических условий во время сезонного промерзания и оттаивания грунтов основания.

Буроопускные сваи обладают значительной способностью сопротивляться силе морозного пучения грунтов в условиях вечной мерзлоты. Правильное устройство свайного фундамента гарантирует устойчивость, прочность и долговечность всего здания или постройки.

Технология устройства буроопускных свай

Свайная технология применения буроопускных конструкций в качестве фундаментов разработана исключительно для сложных климатических условий вечномёрзлых скальных, твердомерзлых грунтов. Погружение свайных конструкций происходит в несколько этапов:

Устройство скважины в грунте диаметром большим по размеру на 50 или 100 мм, чем диаметр конструкции сваи.
Опускание опоры с квадратным поперечным сечением в полость подготовленной скважины на проектную глубину.
Заполнение бетонной смесью марки не менее М 300 с морозостойкими добавками зазоров между телом сваи и боковыми стенками скважины.
Демонтаж обсадных труб.

Когда буроопускная конструкция установлена, нужно подождать некоторое время для ее смерзания с окружающим грунтом, и лишь после этого свая готова к эксплуатации.

После завершения технологического процесса свайная буроопускная конструкция принимает нагрузку от веса дома или постройки и других факторов, и передает ее на нижние более крепкие грунтовые основания.

Обсадные трубы

Устройство свайных фундаментов буроопускным способом выполняется под защитой металлических инвентарных обсадных труб. Для предотвращения попадания земляной массы и грунтовой влаги, в пространство между телом сваи и скважины размещаются конструкции труб обсадки. После завершения процесса монтажа обсадные конструкции извлекаются.

В особых случаях, согласно проекту производства работ, обсадку оставляют в грунтовом массиве. Обсадные трубы могут иметь разные диаметры и для каждого конкретного случая можно подобрать свой размер. Внешнее сечение может быть в пределах от 620 мм до 2500 мм.

В грунт трубы обсадки погружаются с помощью следующих способов:

Методом забивки труб.
С помощью специального оборудования (вибростол).
С применением бурового оборудования.

Процесс бурения грунта может выполняться ударным или вращательным методом.

Пример бурения скважины с обсадной трубой представлен на видео:

Виды буроопускных свай

В настоящее время заводы — изготовители производят металлические прямоугольные буроопускные конструкции с уширением внизу ствола, закрепленным элементом и ребрами жесткости. Несущую способность буроопускной конструкции обеспечивает специальная цилиндрическая вставка, расположенная между наконечником и телом сваи.

Разрешается применять также полые сваи с последующим заполнением бетонной смесью. Размеры буронабивных конструкций подбираются на основании расчетных данных.

Металлические буроопускные сваи

Способы погружения свайных опор

Погружение свайных буроопускных конструкций в промерзшие грунты проводится следующим способом:

Предварительное устройство скважины методом бурения.
Очистка пробуренной скважины от снега, воды и шлама. Разрешается оставлять в полости слой не более 150 мм.
Обязательное устройство песчано-гравийной амортизационной подушки с последующим механическим послойным уплотнением. Вместо мелкого гравия можно использоваться щебень мелкой фракции.
Заполнение скважины цементно-песчаным раствором в пропорции 1: 5 на 1/3 глубины. В процессе погружения свайной опоры раствор будет выдавливаться и равномерно заполнять пространство вокруг опорной конструкции.
Погружение металлической конструкции сваи в грунт с помощью специальной технологии. Обычно свая устанавливает в строго вертикальном положении в течение нескольких часов.
Заполнение зазоров между телом свайной конструкции и скважины цементно-песчаной (глинистой) смесью, которая после замерзания смерзается с грунтом и добавляет дополнительную устойчивость буроопускной конструкции.

При заполнении пазух свайного фундамента следует помнить, что рекомендуется использовать для этих целей мерзлый материковый грунт.

Процесс монтажа буроопускной сваи

Механизированный способ уплотнения амортизационной подушки заключается в ударном опускании фундаментной опорной конструкции квадратного сечения с большой высоты в скважину.

Погружение буроопускных свай

Буроопускной способ погружения свай можно проводить следующими методами:

Механизированный монтаж опор при помощи специальных механизмов. Для этой цели привлекается дорогостоящая грузоподъемная техника.
Метод предварительного оттаивания мерзлого грунта с помощью установки специальных игл (шпунтов). Размораживание происходит под действием пара или электрической энергии. Такой метод энергозатратный, хотя относится к несложным по исполнению. Метод оттаивания мерзлого грунта требует внимания и продолжителен по времени.
Использование при монтаже свай скважины меньшего диаметра. Забивка металлической конструкции сваи в мерзлый грунт проводится без предварительных подготовительных работ по устройству скважины. Такой метод рекомендован в пластичных мерзлых грунтах.

Погружение сваи механизированным способом

Каждый из этих методов погружения следует выбирать в соответствии существующих условий строительства домов и сооружений.

Если мерзлые грунты имеют пластичную структуру, то использование буроопускных свай является достойной альтернативой бурозабивной технологии устройства свайных фундаментов в условиях вечной мерзлоты.

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.

При закладке свайного фундамента одним из важных этапов работ является погружение свай. От выбора подходящей технологии зависит не только простота реализации проекта, но и длительность эксплуатации возводимого объекта. Поэтому к выбору следует подходить грамотно и учитывать все данные, полученные при инженерных изысканиях.

Классификация методов

Методы погружения подразделаются на ударные и безударные. Ударные применяются для в плотные грунты или при значительных диаметрах опор. Они являются наиболее распространёнными благодаря высокой эффективности технологии и достижению максимальной несущей способности основания. Безударные способы применяются при монтаже фундамента в сыпучих неплотных грунтах или подтопляемых. Благодаря применению специальных технологий удаётся существенно упростить задачу погружения опор и при этом достичь прочности основания, сравнимой с ударными способами.

Ударные способы бывают следующих типов:

Ударный.
Вибрационный.
Виброударный.

Погружение свай безударным методом подразделяется на следующие типы:

Завинчивание.
Подмыв.
Электроосмос.
Вдавливание.

Ударный метод

Технология ударного воздействия базируется на применении специализированных агрегатов – копров, которые оборудованы молотами, способными вбивать опоры в слои почвы. Сила удара молота о сваю сообщает ей поступательную энергию, под действием которой она заглубляется, вытесняя и уплотняя слои грунта. Площадь уплотнения оказывается равной примерно 2-3 диаметрам сваи и создаётся непосредственно в поле механического воздействия.

Виды ударных установок

Ударная установка может быть оснащена штанговым и трубчатым молотом. В штанговых машинах молот цилиндрической формы перемещается вдоль направляющих. При его падении на сваю в управляющей камере сгорания происходит повышение давления, в результате чего молот поднимается. Затем под действием силы тяжести он падает на сваю и цикл повторяется.

Трубчатый молот оснащён неподвижным цилиндром со специальной направляющей конструкцией, называемой шаботом. Ударная часть представляет собой поршень с головкой, который при сгорании топлива воздействует на сваю. Фиксация сваи выполняется наголовником, закрепляемым к молоту. Благодаря этому верхняя часть забиваемой опоры не повреждается под ударным воздействием, а сообщаемая энергия распределяется равномерно по её поперечной площади.

Для трубчатого молота важно подобрать наголовник с точно совпадающим внутренним размером сваи для забивки. Это позволит избежать перекосов опоры относительно вертикали при ударах молота уже после того, как была выполнена правильная установка.

Погружение заранее изготовленных свай способно существенно ускорить процесс их забивки и, соответственно, закладки фундамента при любых температурах окружающей среды.

Ударные методы погружения заранее изготовленных свай

Погружение свай осуществляется специальными ударными самоходными или рельсовыми установками, поэтому перед проведением работ необходимо разровнять строительную площадку. Крепление сваи в вертикальном положении осуществляется на копры. Внешне они представляют собой стрелы, которые позволяют поднимать и закреплять свайные опоры.

Процесс забивки на начальных этапах производится медленно, так как необходимо задать свае направление движения без допущения даже минимальных ошибок. Когда она погрузится в грунт на достаточную глубину, начинают установку работать с постепенным повышением скорости вбивания до максимально возможной. Процесс забивки считается завершённым, когда опора погружена на проектную глубину или если же при работе молота в течение некоторого времени никаких изменений в её положении не наблюдается.

Ударный метод забивки является весьма распространённым в строительстве различных объектов, так как отличается относительной простотой, возможностью получения высокопрочного фундамента, высокой скоростью строительства. Особенно он эффективен при возведении домов с большой площадью, так как снижаются финансовые и трудовые затраты.

Вибрационный метод

Погружение свай вибрационным методом основано на снижении сопротивляемости грунта за счёт сообщения свайной конструкции механических вибраций. В результате удаётся достигать снижения трения при погружении, за счёт чего снижается вдавливающее усилие в несколько раз, если сравнивать с ударным методом. Уплотнение грунта в данной ситуации увеличивается максимум до 3 диаметров свай.

Принцип вибрационного метода

Вибропогружатель представляет собой специальную электромеханическую установку, работающей по принципу создания дисбаланса вибратора: горизонтальные центробежные силы полностью исключаются, а вертикальные складываются. В результате амплитуда вибраций и масса системы позволяют разрушать структуру грунта любой плотности с созданием необратимых деформаций, приводящих к снижению его плотности. Частота колебаний составляет примерно 400-450 в минуту. Диаметры погружаемых свайных опор могут составлять более 1 м.

Чтобы обеспечить надёжное закрепление свай в грунте вибрационным методом, примерно за 25-20 см до достижения расчётной глубины прекращают использование низкочастотной вибрации и используют ударный метод погружения.

Погружение лёгких свай с длиной до 3 м в неплотные почвы требует применения высокочастотных колебаний (более 1,5 тысячи в минуту). Это позволяет ускорить их погружение без потерь несущей способности.

Работа вибрационных установок

Наиболее распространёнными вибромолотами являются пружинные. При вращении дисбалансных валов в противоположных направлениях создаются периодические колебания. Если уменьшается зазора между сваей и ударником возбудителя вибраций до уровня ниже амплитуды колебаний, то ударник начинает удары по оголовнику сваи. Это позволяет вибромолотам настраиваться на режим работы автоматически, то есть повышать энергию, сообщаемую забиваемой опоре в моменты прохождения более плотных слоёв грунта.

Масса молота должна быть не меньше 50% веса сваи, в среднем она составляет от 0,65 до 1,35 т.

Основные сферы применения вибрационного метода

Вибрационные методы погружения свай оптимально применять в пересыщенных влагой песчаных грунтах. Если количество влаги минимально, то потребуется дополнительное использование буровых установок.

Для проходки почв с преобладанием глинистых слоёв требуется повысить частоту колебаний. При этом показатель плотности грунта должен быть в пределах 0,25-0,75.

Вибрационные установки в условиях плотной застройки следует использовать только в нерезонансных режимах. То есть частота колебаний должна быть в пределах 40-50 Гц.

Виброударный метод

Погружение забивных свай виброударным методом основано на одновременном воздействии на них вибраций и ударов молота в сочетании с использованием статического пригруза.

Конструктивно установка отличается от ударной и вибрационной, так как имеет две рамы, на одной из которых находится электрогенераторный агрегат с лебёдкой и двумя барабанами, а на второй – направляющая стрела с вибропогружателем и блоками.

При установке вибровдавливающего агрегата на рабочее место, вибропогружатель спускают вниз и при помощи наголовника соединяют со сваей, а затем поднимают. Сваю позиционируют в правильном положении относительно места забивки. В момент начала работы вибропогружателя свайная опора начинает погружаться в грунт за счёт собственного веса и вибропогружателя, а также создаваемых колебаний. Одновременно с включёнными вибрациями работает также и ударный молот. Это позволяет существенно упростить заглубление сваи, в сравнении с ударным или вибрационным способом.

Погружаемые сваи могут быть длиной до 6 м. При больших длинах возможно повреждение свайных опор и существенное усложнение позиционирования направления погружения под заданным углом относительно вертикали.

Безударные методы

Безударные способы основаны на достижении умягчения грунта, использовании специальной конструкции опор либо упрощении погружения свай. Данные методы позволяют существенно упростить трудозатраты на погружение опор фундаментов в среднем на 20-40%.

Метод завинчивания

Технология завинчивания применяется для заглубления винтовых свай. Их лопастная конструкция позволяет при сообщении вращательного момента углублять свайные опоры в грунт даже без применения спецоборудования и тягачей.

Посмотрите видео о том, как происходит процесс монтажа опоры с помощью ввинчивания в грунт.

Метод используется в тех случаях, когда требуется возвести малоэтажное здание, мачты, линии электропередач и другие сооружения в условиях неплотных или подтапливаемых грунтов. Технология относительно простая и может применяться в условиях любого климата.

Винтовые сваи обычно изготавливают из стали или железобетона. Нижняя часть имеет уширение за счёт установленных лопастей, что придаёт завинченной опоре дополнительную стойкость к сдвиговым и выдёргивающим силам. Сваи можно вкручивать без проблем даже в условиях плотной застройки, не беспокоясь за возможное проседание грунта под возведёнными объектами.

Метод подмывания грунта

Установка свай методом подмывания грунта применяется для заглубления опор в сыпучих и рыхлых слоях. Наибольшая эффективность достигается при необходимости погружения свайных конструкций с большим диаметром и/или длиной.

Технология заключается в размытии грунта под высоким напором воды, подаваемой по трубам с диаметром 38-62 мм в направлении заглубления сваи. Плотность грунта снижается за счёт разрыхления и вымывания, а поднимающаяся на поверхность вода размывает стенки и уменьшает боковое трение погружаемой конструкции о проходимые слои почвы. Путь сваи освобождается под собственным весом, а грунт вымывается на поверхность.

Трубки для подачи воды могут находиться сбоку или по центру сваи. Боковая водяная струя является наиболее выгодной, так как позволяет существенно облегчить процесс заглубления за счёт снижения влияния бокового трения. Крепление трубок выполняют так, чтобы их концы находились выше острия свайных опор на 300-400 мм. Минимальное давление воды составляет 500 кПа.

Способ подмыва грунта категорически запрещается применять, если в результате инженерных изысканий было выяснено, что присутствуют проседающие слои почвы либо поблизости построено здание, которое может быть разрушено.

Во время подачи воды могут ухудшаться несущие способности плотного слоя, поэтому подмыв грунта останавливают за 50-200 см до достижения заданной проектной глубины.

Метод электроосмоса

Технология установки свай методом электроосмоса основана на погружении двух свай с подключением одной к отрицательному полюсу электросети, а второго – к положительному. В результате такого подключения влага начинает скапливаться вблизи отрицательно заряженной опоры, облегчая ей погружение. Дополнительно для ускорения заглубления можно использовать забивную установку.

После отключения тока несущие способности грунта полностью восстанавливаются. Уровень влажности выравнивается до прежнего состояния.

Метод вдавливания

Технология вдавливания свай эффективно применяется для опор небольшой длины от 3 до 5 м и с трубчатым сечением. Погружение свай осуществляется путём воздействия статической нагрузки.

Посмотрите видео, как происходит процесс вдавливания железобетонных опор.

Сначала выполняется установка опоры в нужное положение, на верхнюю часть закрепляют оголовок, а затем посредством воздействия стрелы агрегата базовой машины производится погружение. Одновременно с вдавливанием может прикладываться и вибрационное воздействие.

Перед вдавливанием в грунты с высокой плотностью необходимо пробурить небольшую скважину, задающую направление для движения сваи.

Усилие вдавливания обычно составляет в пределах до 350 кН. Максимальная длина сваи достигает 6 м.

Схемы погружения свай

Любой метод погружения свай должен быть применен с определённой последовательностью, которую определяет заранее составленная схема. Расположение опор определяется данными изысканий, конструкцией возводимого объекта, а также планом участка. Кроме того, грамотно составленная схема позволит обеспечить минимальные передвижения техники и существенно ускорить процесс строительства.

Схема наполнения свайного поля может быть следующего типа:

Рядовая. Отличается простотой планирования и реализации. Данная схема считается наиболее эффективной при строительстве на песчаных и гравийных грунтах, отличающихся сыпучестью. Ограничением применения являются плотные почвы, в которых наблюдается повышенная связь частиц и велика вероятность усадок.
Спиральная. Такая схема применяется при кустовом размещении свайных опор. Может быть реализована двумя способами: с расположением свай по спирали от периметра здания к центру либо наоборот. Благодаря этому достигается равномерное распределение нагрузки на почву, существенно снижается вероятность усадок или создания уплотнений.
Секционная схема используется на участках с плотным грунтом. Реализуется следующим образом: забивается две сваи, затем пропускается ряд и устанавливаются снова две сваи и так проходят всё свайное поле в одном направлении через ряд, а затем его меняют и устанавливают опоры в пропущенных рядах. На рыхлых почвах такая схема неприменима.

Заключение

Мы постарались описать основные варианты погружения свай ударными и безударными методами, проиллюстрировать их преимущества и недостатки. Проанализировав данные рекомендации и советы по технологии установки свайного поля по нескольким видам схем, вы сможете самостоятельно спроектировать основание собственного дома.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА ВЛ 35-500 кВ

ПОГРУЖЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СВАЙ В ЛИДЕРНЫЕ СКВАЖИНЫ АГРЕГАТОМ УВВС-60/10 В ПЛАСТИЧНОМЕРЗЛЫЕ ГРУНТЫ ПОД ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ОПОРЫ BЛ 500 кВ

См. Общую часть.

1. Область применения

1.1. Технологическая карта разработана на сооружение свайных фундаментов в пластичномерзлых грунтах I и II группы под промежуточные металлические опоры на оттяжках типа ПБ-1 ВЛ 500 кВ.

1.2. Принятая технология предусматривает прокол лидерных скважин 250 мм агрегатом УВВС-60/10 трубчатым лидером и последующее вибровдавливание металлических свай марки СМ-8 и СМ-10 в пластичномерзлые грунты без крупнообломочных включений с температурами не ниже:

При наличии ледяных прослоек толщиною более 5 см и песчаных прослоек толщиною более 10 см, а также при наличии крупнообломочных включений возможность погружения металлических свай агрегатом УВВС-60/10 определяется пробными забивками. Этот способ погружения свай допускается применять и при более низких температурах грунтов, если возможность вибровдавливания подтверждена пробными сваями.

1.3. При привязке технологической карты к конкретному объекту и условиям строительства при разработке ППР необходимо уточнить калькуляцию и нормы расхода эксплуатационных материалов.

2. Организация и технология строительного производства

2.1. До начала работ по вибровдавливанию свай на строительной площадке должны быть , указанные в п.4 Общей части сборника.

2.2. Устройство лидерных скважин и погружение свай производить ударновибровдавливающим сваепогружателем УВВС-60/10. Техническая характеристика агрегата приведена в технологической карте ТК-1-25-5.

2.3. Для проходки лидерных скважин в мерзлых грунтах применить лидер, состоящий из цельнотянутой трубы соответствующего диаметра и длины с толщиной стенок от 12 до 18 мм, см. рис.2. На нижнем конце трубы приварен наконечник, выполненный в виде кольца, внутренняя и наружная конические поверхности образуют режущую кромку.

2.4. Согласно РСН 41-72, площадь поперечного сечения лидерных скважин принимают равной 0,75-0,95 площади поперечного сечения сваи. Глубина проходки лидерных скважин для бурозабивных свай не должна превышать глубины погружения свай.

В данной технологической карте скважины принят 250 мм, глубина 7,0 м.

2.5. Последовательность производства работ на пикете и схема движения агрегата приведена на рис.1.

Условные обозначения

Места раскладки свай

116 - последовательность погружения свай

Направление движения агрегата УВВС-60/10

Экспликация

Рис.1. Схема движения ударновибровдавливающего сваепогружателя УВВС-60/10 при забивке свай

2.6. Технологическая последовательность производства работ:

а) сваи выложить так, чтобы их оголовки находились вблизи точек погружения (рациональная схема раскладки свай для данного типа фундамента приведена на рис.1);

б) при необходимости, подтаскивание сваи к агрегату производить через нижний отводной блок в пределах до 5 м;

в) агрегат с закрепленным к вибропогружателю лидером подъезжает к месту погружения сваи;

г) при помощи механизмов продольной и поперечной коррекции стрелу и лидерную трубу установить в вертикальное положение и опустить на точку прокола лидерной скважины;

д) опускают аутригеры и включают пригрузку, в зависимости от плотности грунта регулировать энергию удара вибромолота;

е) по достижении проектной отметки лидер вместе с керном грунта извлекают из скважины;

и) агрегат с лидером перемещается к точке прокола очередной скважины, технологическая последовательность производства работ при устройстве лидерных скважин приведена на рис.2 К-1-25-6;

к) перерывы в работе при устройстве лидерных скважин не должны превышать 10-15 минут. Перед перерывами в работе, продолжительность которых превышает указанное предельное время, лидер должен быть освобожден от керна грунта;

л) после устройства всех лидерных скважин в кусте свай (2 или 4) отсоединяют от вибромолота лидерную трубу, и вибропогружатель приступает к погружению свай;

м) технологическая последовательность производства работ по вибропогружению свай см. технологическую картуТК-1-25-5, п.2.4.

2.7. Во время забивки постоянно проверять правильность направления сваи и направляющей стрелы сваепогружателя.

2.8. Отклонения от проектного положения забиваемых свай не должны превышать величин, приведенных в таблице N 2 Общей части.

2.9. Приемку свайного фундамента производить на основании перечня исполнительной документации, указанной в СНиП III-9-74 п.8.15, 8.26.

2.10. При производстве свайных работ необходимо выполнять правила по , указанные в СНиП III-А.11-70, а также приведенные ниже основные требования:

а) запрещается находиться под сваей и лидерной трубой во время ее подъема и установки в наголовник;

б) все операции по опусканию и подъему вибромолота, подтягиванию сваи выполнять по сигналу электролинейщика V разряда;

в) запрещается производить строповку свай при ее подъеме и установке в наголовник за монтажные петли, строповку свай производить специальными тросами, см. узел 3, рис.3 К-1-25-5;

г) в процессе работы запрещается находиться у работающего молота ближе чем на 3 м;

д) не допускается оставлять сваю, молот и лидерную трубу на весу во время перерывов в работе;

е) при силе ветра 6 баллов и более работы должны быть прекращены, молот опущен в крайнее нижнее положение;

и) каждый работающий на строительной площадке обязан строго выполнять требования "Правил при производстве ".

2.11. Работы по вибропогружению свай выполняется звеном рабочих в составе:

2.12. Калькуляция трудовых затрат составлена на вибропогружение 16 металлических свай в предварительно проколотые лидерные скважины. Время погружения одной сваи условно принято 20 минут. Фактическую норму времени определить из пробного погружения 5-ти свай на характерных пикетах.

Результаты пробного погружения оформить актом. По результатам пробного погружения откорректировать калькуляцию трудовых затрат.

Калькуляция трудовых затрат

Обоснование	Наименование работ	Объем работ	Норма времени на единицу, чел.-ч	Затраты труда на весь объем, чел.-день
§23-3-3 табл.2 п.5б, 6б (применить)	Прокалывание скважин лидером при помощи агрегата УВВС-60/10
	Электролинейщик
	Машинист
Выпуск Т-32 §1 табл. п.1г, 2г (применить)	Вертикальное погружение металлических свай СМ-8 в лидерные скважины агрегатом УВВС-60/10
	Электролинейщик
	Машинист

Примечание: 1. При производстве работ в зимних условиях учесть поправочный коэффициент для VI температурной зоны, см. ЕНиР "Общая часть", стр.12.

2. Продолжительность рабочей смены принята 8,2 часа.

3. Технико-экономические показатели

3.1. Технико-экономические показатели определены на свайный фундамент, состоящий из 16-ти металлических свай.

4. Материально-технические ресурсы

4.1. Потребность в основных конструкциях.

4.2. Потребность в машинах, оборудовании, инструменте, материалах и приспособлениях.

Наименование		Марка, ГОСТ	Техническая характеристика

Ударновибровдавливающий агрегат	виброударный		На базе трактора Т-100 МБ
	ВК-1,0/3000-ХЛ

Теодолит-нивелир




Деревянные подкладки			Лес круглый 20 см, дл. - 1 м
Ключ для разворота свай




Каска монтажника

			медицинская

________________
* Взамен действует ГОСТ 7502-98. - Примечание изготовителя .

4.3. Потребность в эксплуатационных материалах

Примечание: 1. При работе механизмов в зимнее время расход топлива и смазочных материалов увеличить на 10%.

2. Часовые нормы расхода горюче-смазочных материалов приведены для средних величин загрузки двигателей.

Электронный текст документа подготовлен
ЗАО "Кодекс" и сверен по:
/ Министерство энергетики и электрофикации СССР;
Главное производственно-техническое управление

по строительству. - Новосибирск, 1979