Способы и средства механизации погружения готовых железобетонных свай. Контроль качества свайных работ

1. Железобетонные сваи имеют последующую классификацию: сваи забивные железобетонные, которые фиксируются в землю с помощью разных вспомогательных строительных установок, вдавливаемые сваи, сваи-оболочки железобетонные, буронабивные сваи, буроинъекционные сваи, сваи винтовые. Из всех вышеперечисленных разновидностей, сваи забивные железобетонные находят наиболее широкое спользование.

Железобетонные сваи:

1. по способу армирования:

- с напрягаемой арматурой;

- ненапрягаемой арматурой;

- с поперечным армированием;

- с продольным армированием;

Способы и средства механизации:

1.Забивка (для забивки применяются копры, оборудованные механическими, паровоздушными и дизельными молотами).

2. Вибрационный способ (низкочастотные (400 колебаний в мин) и высокочастотные 1500 кол. в мин.)

3.Виброударный способ (вибромолот)

4.Способ вдавливания (безопасен для окр. сооружений)

5.Способ вибровдавливания (свая погружается от комбинированных воздействий вибрации и статической нагрузки)

6.Завинчивание

6. Электроосмос (используют при погружении свай в плотные глинистые грунты.)

Ударный метод

Основан на забивке свай молотами—механическими, паровоздушными одиночного и двойного действия и дизель-молотами, которые работают с копрами или мобильными копровыми (сваебойными) установками, обеспечивающими направленное движение сваи и молота и механизацию вспомогательных операций.

-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;

-вибромолоты - сочетание вибрации и ударного воздействия на сваю.

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.

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 (например, 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).

Дизель-молоты подразделяются на штанговые и трубчатые.

А. 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.

Б. 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, куда подается топливо.

Преимущество трубчатого над штанговым: при одинаковой массе ударной части они обладают значительно большей (в 2...3 раза) энергией удара.

Основной показатель, характеризующий погружающую способность молота,— энергия одного удара. Последняя зависит от веса и высоты падения ударной части, а также энергии сгорания топлива.

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.

Для молотов двойного действия количество ударов в 1 минуту до 300, масса ударной части до 1 т.

В комплект к молоту входит, как правило, наголовник, который необходим для закрепления сваи в направляющих сваебойной установки, предохранения головы сваи от разрушения ударами молота и равномерного распределения удара по площади сваи.

Машина для забивки свай-КОПЁР (ДЭК-251, РДК-400)

Виды копров:

1.на рельсовом ходу;

2.самоходные (на базе кранов, тракторов и т.д);

3.плавучие.

Для забивки наклонных свай - копры с наклонными мачтами (представляет собой конструкцию, которая обеспечивает перемещение оборудования, установку сваи, центрирование и дальнейшее её наведение на точку погружения)

Основная часть копра — его стрела, вдоль которой устанавливается перед погружнием и опускается по мере его забивки молот.

ПРИМЕР:

Сваебойные копровые установки на базе экскаватора: 2 - копровая мачта; 5 — свая; б — оголовник с блоками; 9 — молот; 10 — базовая машина; 11 -стрела; 12 - распорка;

Этим методом можно погружать различные железобетонные сваи (сплошные, трубчатые, крестообразные). Процесс забивки сваи состоит из следующих операций: перемещения (переезда) сваебойной установки к месту погружения очередной сваи; установки и выверки, подтаскивания, подъема сваи и установки ее в плане в проектное положение; забивки сваи; измерения погружения сваи; динамического ее испытания.

Подтаскивание и подъем железобетонной сваи — тоже трудоемкие операции. При забивке длинных свай универсальным копром рекомендуется включать в комплект механизмов автомобильный кран, который поддерживает сваю за нижнюю скобу, постепенно приближаясь к копру. В это же время голова сваи поднимается за верхнюю петлю подъемным устройством, имеющимся на копре.

Способ основан на передаче свае продольных колебаний, в результате которых резко снижается боковое трение по поверхности сваи (метод основан на значительном уменьшении при вибрации коэффициента внутреннего трения в грунте и сил трения по боковой поверхности свай), и свая погружается в грунт под действием собственной силы тяжести и силы тяжести вибропогружателя.

Вибропогружение.

Способ основан на передаче свае продольных колебаний, в результате которых резко снижается боковое трение по поверхности сваи (метод основан на значительном уменьшении при вибрации коэффициента внутреннего трения в грунте и сил трения по боковой поверхности свай), и свая погружается в грунт под действием собственной силы тяжести и силы тяжести вибропогружателя.

I. Вибропогружатели.

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.

Виды: низкочастотные(<16Гц); высокочастотные(16-40Гц)

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 вибропогружения используетя кран (грузоподъемностью 16-25т) и вибропогружатель.

Сваепогружающая установка:

II. Вибромолот. 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.

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.

в - вибромолот; 3 - свая; 8 - наголовник; 9 — пружины; 10 — ударная часть с электро­двигателем; 11 - боек; 12 — наковальня

III. Вибровдавливание. Основан на комбинации вибрационного или виброударного воздействия на сваю и статического пригруза.

Вдавливание

Способ основан на приложении к свае вдавливающей нагрузки.

(УСВ120, УСВ200-цифры-это максимальная вдавливающая нагрузка)

«+» исключаются значительные динамические воздей-я на грунт.

«-» громоздкость, небольшая произв-ть, высокая стоимость.

Для облегчения вдавливания используют шнек

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.

Завинчивание свай:

Способ основан на завинчивании стальных свай или железобетонных свай со стальным наконечником в грунт с помощью специальных установок.

Установка состоит из рабочего органа, приводов вращения, приводов наклона рабочего органа, гидросистемы и пульта управления. Рабочий орган (кабестан)– механизм, состоящий из двух пар захватов и электродвигателя. Захваты обжимают сваю и передают ей вращение от электродвигателя.

Винтовые сваи могут воспринимать выдёргивающее усилие. Метод применяют главным образом при устройстве фундаментов под мачты линий электропередачи (ЛЭП), радиосвязи и других сооружений, где в достаточной мере могут быть исполь­зованы несущая способность винтовых свай и их сопротивление выдергиванию.

Конструкция рабочего органа позволяет выполнять следующие операции: втягивать винтовую сваю внутрь трубы рабочего органа, обеспечивать заданный угол погружения сваи в пределах 0...45⁰ от вертикали, погружать сваю в грунт путем вращения с одно­временным использованием осевого усилия.

Схема погружения сваи. а-конструкция наконечника для погружения в мягкие грунты, б-в плотные, в-схема погружения 1-редуктор наклона рабочего органа; 2-рабочий орган (кабестан); 3-свая; 4-наконечник сваи; 5-выносные опоры;

Способ электроосмоса

Погружение свай с использованием электроосмоса применяют при наличии водонасыщенных плотных глинистых грунтов, моренных суглинков и глин.

Погруженную сваю присоединяют к положительному полюсу (аноду) источника постоянного тока, а соседнюю с ней погружаемую — отрицательному полюсу (катоду) того же источника тока. При включении тока вокруг сваи (анод) снижается влажность грунта, а у погружаемой сваи (катод), наоборот, повышается. Следовательно, резко уменьшается усилие, необходимое для погружения сваи, а значит требуются менее мощные механизмы. После прекращения подачи тока происходит восстановление первоначального состояния грунтовых вод и несущая способность свай, являющихся катодами, возрастает.

Сваи без поперечного армирования можно применять только как висячие, погружаемые в пески, рыхлые и средней плотности, в супеси пластичной и текучей консистенции, в суглинки и глины тугопластичной, мягкопластичной, текучепластичной и текучей консистенции. Не допускается применять сваи без поперечного армирования, а также использовать их в качестве свай-стоек при наличии плотных песков и глинистых грунтов твердой и полутвердой консистенции. Погружают такие сваи забивкой молотами или вдавливанием; погружать их с помощью вибраторов не допускается.

2. Железобетонные сваи-оболочки, называемые иногда полыми сваями, в настоящее время широко применяются в гидротехническом и (промышленном строительстве.
Широкому распространению свай-оболочек способствовало быстрое внедрение в строительство вибропогружателей, которым в основном и погружаются в грунт сваи-оболочки.

Полые сваи применяются закрытыми и открытыми снизу. Закрытые снизу сваи снабжаются железобетонным или стальным башмаком и работают в грунте как обычные сплошные сваи. Полые сваи большого диаметра (0,6 — 1,5 м) погружаются открытыми снизу. Для того чтобы свая не разрушилась при встрече с препятствием или при погружении в плотный грунт, на нижнем торце стенок ставится стальной кольцевой нож, к которому приваривается продольная арматура. При погружении такой сваи грунт в зависимости от своих качеств заполняет полость сваи полностью или частично.

При очень больших нагрузках, когда стенки сваи по своей прочности недостаточны для передачи нагрузки, грунт, проникающий внутрь сваи, удаляют, а освободившуюся полость заполняют бетонной смесью. Сваи такого типа употребляются преимущественно при постройке мостов.

Конструктивные решения.

Применение заводских призматических свай, цилиндрических полых свай-оболочек, погружаемых вдавливанием, вибрированием или ударным способом, может быть рациональным при использовании определенных технологических приемов и кон-структивных решений, таких как:

––устройство лидерных проходок путем реверсивного рыхления шнеком грунта без выемки. Этот технологический прием позволяет значительно снижать сопротивление

грунта погружению, при этом несущая способность свай уменьшается на 10–15 %; рыхление грунта шнеком при производстве работ вблизи рядом расположенных зданий

и сооружений надежно обеспечивает их целостность;

Лидерное бурение – бурение (бурят скважину), которое выполняют до начала погружения заводских свай, для решения следующих задач: при работах в прослойках плотных грунтов, для предотвращения выпора грунта, для уменьшения уровня динамического воздействия на окружающую застройку. Диаметр бурового инструмента должен быть на 5 см меньше диагонали поперечного сечения погружаемой сваи, глубина бурения не более 0,9 длины свай.

––достижение высокого качества материала (проектной марки бетона) сваи обеспечивается за счет гарантий завода изготовителя;

––применение составных свай повышенной длины обеспечивается простотой транспортировки их малоразмерных секций к месту работ. Сварной стык сваи дает равнопрочность сечения ствола сваи на статические и динамические нагрузки; контроль усилия статического вдавливания позволяет определять несущую способность сваи в процессе вдавливания на конечной стадии, что в некоторых случаях позволяет отказаться от дорогостоящих статических испытаний;

––расход энергии на погружение сваи вдавливанием по сравнению с ударным и вибрационным способами погружения снижается соответственно в 1,5–3,5 раза;

––применение гидравлических погружателей позволяет вести забивку свай щадящими методами за счет регулирования высоты сброса ударной части и частоты ударов, а так же применения дополнительного статического пригруза.

Контроль качества:

Приемка свайных работ сопровождается приемкой свайного основания, проверкой соответствия выполненных работ проекту, инструментальной проверкой положения свай, контрольными испытаниями каждой сваи.

Устройство свай относится к скрытым работам, требующим пооперационного контроля качества в процессе устройства;

Основным контролирующим параметром – несущая способность сваи.

Существует 2 способа опред. несущей способности свай:

1. Статический. Несущую способность определяют после окончания работ по забивке всех свай; На сваю сверху воздействуют гидравлическими домкратами до тех пор, пока не произойдет смещение сваи относительно окружающего грунта. При этом способе пробных нагрузок на сваю передают нагрузку, возрастающую ступенями в1/10…1/15 предельной расчетной нагрузки, измеряются осадки и строится график зависимости между ними. За предельно допустимую нагрузку принимают ступень, предшествующую нагрузке в результате которой свая погрузилась более чем в пять раз превышающее предыдущее погружение. Способ надежен, но трудоемок.

2. Динамический. Основан на косвенной оценке несущей способности сваи по значениям отказа. Нес.способность в этом способе определяется при равенстве работы совершаемой молотом при падении и сваей на пути ее погружения. За основу принимают контрольный отказ принимаемый проектной организаций. Отказы измеряют отказомерами, которые можно ставить на грунт или подвешивать на сваю. Отказомер представляет собой мерную линейку, вдоль которой перемещаются указатели отказа. При погружении сваи в грунт один из указателей движется вниз и показывает на мерной линейке суммарное значение остаточного отказа. При наличии обратного движения сваи вверх за счет упругой реакции грунта второй указатель также перемещается вверх и показывает на мерной линейке суммарное значение упругого отказа. Проверку несущей способности производят после отдыха свай и стабилизации грунта: в суглинках через 15-25 суток, в супесях 5-8 суток, и т.д.

3. Динамический способ только для готовых свай погружаемых методом забивки

Приемка готовых свайных фундаментов оформляется актом с приложением след. документов:

А. паспорт на сваи и сборный ростверк заводов изготовителей

Б паспорт на бетон на бетон набивных свай и монолитных ростверков

В приемка арматурных каркасов набивных свай и монолитных ростверков

Г акты сдачи свайного поля и готового ростверка

Д результаты динамических и статических испытаний свай