Средства механизации для погружения свай, их выбор по технологическим параметрам

Технология погружения свай является комплексным процессом, включающим следующие работы:

1.подготовка территории для ведения работ;

2.геодезическая разбивка с выносом в натуру положение каждой сваи;

3. доставка на строительную площадку оборудования для погружения свай;

4.транспортировка свай от места изготовления до строительной площадки; -5.предварительная отрывка котлована;

6.забивкак свай;

7.срезка голов свай до проектной отметки;

8. вывоз со стр площ обрезов свай;

9.устрво ростверков;

10.демонтаж оборудования.

В зависимости от грунтов и конструкции свай различают способы погружения:

-ударный; - вибрационный; -вдавливание; - с подмывом грунта; -и использованием электроосмоса; -завинчивание; - комбинированный. Эффективность применения того или иного метода зависит в основном от грунтовых условий.

1. Ударный метод:

Метод основан на использовании энергии удара (ударной нагрузки), под действием которой свая нижней заостренной частью внедряется в грунт. По мере погружения она смещает частицы грунта в стороны, частично вниз, частично вверх. В результате погружения свая вытесняет объем грунта, практически равный объему ее погруженной части, и таким образом дополнительно уплотняет грунтовое основание.

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;

-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)

.Операции забивки свай:

-передвижка и установка копра на место забивки сваи;

-подъём и установка сваи в позицию для забивки

-забивка сваи

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;

2. Вибрационный способ:

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. Вибропогружатель. При вибрационном методе сваю погружают с помощью специальных механизмов—вибропогружателей. Вибропогружатель, представляющий собой электромеханическую машину вибрационного действия,

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)

Применение:

1. Способ наиболее приемлем в песчаных грунтах, водонасыщенных мелких и пылеватых грунтах. Погружают сплошные и полые железобетонные сваи, сваи-оболочки, металлический шпунт.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

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.

3. 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.

4. 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;

5. Погружение свай с подмыванием грунта:

Способ используется в несвязных и малосвязанных грунтах - песчаных и супесчаных. В глинистых грунтах способ не допустим. 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 трубок, закрепленных на свае, грунт разрыхляется и частично вымывается. При этом сопротивление грунта у острия сваи снижается, а поднимающаяся вдоль ствола вода размывает грунт, уменьшая тем самым трение по боковым поверхностям сваи.

Подмыв грунта прекращают на расстоянии 2-3м от проектного положения, а затем с помощью сваебойной установки ее забивают до проектной глубины (так как при подмыве нарушается сцепление между частицами грунта под подошвой и частично по боковой поверхности свай, что может привести к снижению несушей способности сваи).Трубы через которые подается вода, закладывают в процессе изготовления сваи или перед погружением. Воду в трубки подают под давлением >0,5МПа.

а —погружение квадратных свай с подмывом грунта: / —молот; 2 —трос, поддерживающий подмывные трубки; 3 — напорный шланг; 4 — подмывные трубки: 5 —свая;

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.

6. 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.

Выбор средств механизации по технологическим параметрам

Технологический процесс определяется параметрами, обеспечивающими нормальное его течение.

При погружении свай основными факторами, определяющими выбор метода, являются физико-механические свойства грунта, объем свайных работ, вид свай, глубина погружения, про­изводительность применяемых сваепогружающих установок и свайных погружателей.

I. Выбор способа погружения свай зависит от грунтовых условий, конструкции, длины и массы сваи.

1. Ударный способ рационален для погружения цельных и составных железобетонных свай сечением 0,2×0,2÷0,4×0,4, длиной до 30 в любых грунтах;

2. Вибропогружение эффективно при наличии рыхлых, песчаных грунтов и супесчаных грунтов;

3. Вибровдавливание рекомендуется при погружении в мягкопластичные, текучепластичные и текучие суглинки и глины;

4. Вдавливания статической нагрузкой ограничивается глинистыми грунтами текучей констистенции;

5. Ударно-вибрационная технология: необходимость усиленного армирования свай, неравномерность осадок фундаментов;

Лидерное бурение – бурение, 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

II. При выборе копра-основная задача-выбор типа молота.

Выбор молота для забивки свай производят исходя из предусмотренной проектом несущей способности сваи, ее массы и плотности грунта. Ориентировочно масса ударной части молота должна быть при длине сваи более 12м не меньше массы сваи; при длине до 12 м – не менее 1,5 и 1,25 ее массы (если забивка ведется соответсвенно в плотных и связных грунтах).

III. Тип выбираемой сваепогружающей установки во многом зависит от объема свайных работ. Это объясняется тем, что для копров башенного типа, мостовых сваебойных и некоторых других установок необходимы рельсовые пути, которые целесообразно укладывать только при большом числе погружаемых свай.Для выбора сваепогружающих установок, исходя из годовой их выработки, в которой учтены затраты времени на ремонты, профилактику, демонтаж, монтаж и перебазировку машин, применяют метод, предусматривающий решение задачи в два этапа. На первом этапе определяют число сваепогружающих установок заданных параметров, на втором отбирают те типы установок, которые обеспечивают выполнение заданного объема работ с минимальными затратами.