Методы погружения заранее изготовленных свай

Железобетонные и деревянные сваи, стальные трубы и шпунто­вые сваи доставляют к месту работ в подготовленном виде с пред­приятий стройиндустрии или с баз комплектации строительных ор­ганизаций.

Сваи перевозят на автомобилях с прицепами; погрузка на транспортные средства и разгрузка с них ведется с помощью грузо­подъемных кранов. Площадки складирования свай и шпунтов оп­ределяют проектом производства работ с учетом необходимого за­паса, минимальных трудозатрат и времени на подтаскивание свай к погружающей установке. Бетонную смесь для устройства ростверков доставляют с районных бетонных заводов или приго­товляют на строительной площадке с помощью локальных бетоносмесительных установок.

Заранее изготовленные сваи погружают ударом, вибрацией, вдавливанием, завинчиванием с использованием подмыва и электроосмоса, а также комбинациями этих методов.

До начала свайных работ на площадку необходимо подвести электроэнергию, воду, воздух, пар. Если работы ведутся в вечернее и ночное время, то площадка должна быть освещена. К этому времени должна быть выполнена ревизия оборудования и других средств механизации. В случае применения установок на рельсовом ходу укладывают звенья рельсовых путей.

Геодезическую разбивку свайных рядов выполняют после планировки площадки. Сначала по периметру свайного поля делают обноску, на которой по осям свайных рядов натягивают взаимно перпендикулярные проволоки. В местах пересечения этих проволок надежно забивают в грунт деревянные колышки, выступающие над поверхностью земли на 10...12 см. Правильность разбивки свай на местности оформляют актом с участием авторского надзора от проектной организации. Разбивка свайного поля на захватки и оче­редность их устройства определяются ППР.

При разработке ППР необходимо учитывать места складирова­ния свай с таким расчетом, чтобы они были расположены ближе к путям движения копров и чтобы захват и подъем сваи можно было выполнять копром без крана. Передвижение копров на объек­те должно быть по возможности прямолинейным с минимальным числом поворотов. Подъезды «а объекты строительства желательно устраивать кольцевыми.

В процессе подготовительных работ производят пробную забив­ку железобетонных готовых свай. По результатам испытания пробных свай корректируют чертежи свайного сооружения и проект производства работ.

Ударный метод

Ударный метод погружения свай 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.

Этим методом можно погружать различные железобетонные сваи (сплошные, трубчатые, крестообразные), а также деревянные сваи, деревянный и стальной шпунты.

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.

Трудоемкость и продолжительность перемещения, установки и выверки сваебойной установки зависят от ее конструкции. Универ­сальные металлические копры башенного типа, установленные на платформах-тележках, передвигаются на колесах по рельсам, име­ют большую грузоподъемность (учитываются масса сваи и молота) и значительную собственную массу (вместе с лебедкой — до 20 т). Монтаж и демонтаж этих копров и устройство для них рельсовых путей — весьма трудоемкие процессы. Поэтому их применяют для забивки свай длиной более 12 м при большом объеме свайных работ на объекте.

Наиболее распространены в промышленном и гражданском строительстве сваи длиной 6... 10 м, их забивают с по­мощью самоходных сваебойных установок (рис. VIII. 1), изго­товленных на базе кранов, тракторов, автомобилей и экскаваторов. Эти сваебойные установки маневренны и имеют механизмы для выравнивания стрелы, что упрощает их установку и выверку.

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. При отсутствии автокрана сваю подают и поднимают с помощью двух вагонеток и специального подъемного приспособления. При таком решении трудоемкость этих операций существенно возраста­ет и, кроме того, сваи часто повреждаются.

Современные сваебойные установки имеют специальные устрой­ства, механизирующие процесс подтаскивания и подъема свай, а также установку головы сваи в наголовнике. Так, копровая установ­ка, показанная на рис. VIII.2, имеет выбросную стрелу, вылет ко­торой изменяется с помощью гидравлического устройства. Сваи небольшой длины (б...8 м) можно подтаскивать таким образом, чтобы их острие скользило по грунту.

Эффективность операции забивки свай в основном зависит от типа свайного молота и прежде всего от правильного определения соотношения между его массой и массой сваи, а также от соответствия системы молота виду грунта и воздействия его на голову сваи.

Механические (подвесные) молоты из-за низкой производитель­ности (10...15 ударов в 1 мин) применяют лишь при небольших объемах свайных работ.

Масса ударной части свободно падающего молота при забивке сваи длиной 12 м в плотные грунты должна равняться 1,5 массы сваи с наголовником, а при забивке в грунты средней плотности — 1,25 этой массы.

Паровоздушные молоты бывают одиночного и двойного действия.

Молоты одиночного действия имеют массу ударной части 1,25…6 т. число ударов не превышает 30. Паровоздушные молоты двойного действия выпускают различ­ных марок, отличающихся между собой по конструкции. У боль­шинства паровоздушных молотов двойного действия ударной ча­стью является поршень. Молот двойного действия может делать более 200 ударов в 1 мин. Число ударов можно регулировать авто­матически. С помощью молотов двойного действия сваи забивают в вертикальном и наклонном положении в грунты различной плот­ности.

Масса ударной части паровоздушных молотов двойного дейст­вия составляет 15...25% общей массы молота, а масса ударной ча­сти молотов одиночного действия — 65...76%;

Широко применяемые дизель-молоты по сравнению с паровоз­душными молотамя отличаются более высокой производитель­ностью, простотой в эксплуатации, автономностью действия и более низкой стоимостью. Автономность дизель-молотов обеспечивается путем подъема ударной части за счет рабочего хода двухтактного двигателя, составляющего основу дизель-молота.

На стройках применяют штанговые и трубчатые дизель-молоты. 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. Образующаяся в результате сгорания смеси энергия подбрасывает цилиндр вверх, после чего происходит новый удар и цикл повторяется. Топливо поступает в форсунку камеры сгорания по трубке, проходящей в блоке поршня, с помощью насоса высокого давления, который при­водится в действие подвижным цилиндром.

В трубчатых дизель-молотах (рис. VIII. 3,6) неподвижный ци­линдр, имеющий шабот (пяту), является направляющей конструк­цией. Ударная часть молота — подвижный поршень с головкой. Распыление топлива и воспламенение смеси происходят при ударе головки поршня по поверхности сферической впадины цилиндра, куда топливо подает насос низкого давления, который по существу лишь дозирует поступление смеси.

Число ударов в 1 мин у штанговых дизель-молотов 50...60, у трубчатых — 47...55.

Главное преимущество дизель-молота трубчатого типа по срав­нению со штанговыми дизель-молотами состоит в том, что при оди­наковой массе ударной части они обладают значительно большей (в 2...3 раза) энергией удара. Так, для забивки свай длиной 8... 10 м рекомендуется принимать следующее отношение массы ударной части молота к массе сваи: 1,25 при штанговых и 0,7...0,5 при трубчатых дизель-молотах.

Зимой штанговые дизель-молоты работают более эффективно, чем трубчатые молоты. Их можно запустить при температуре —30°С, а для надежного запуска трубчатого дизель-молота уже при температуре до —20°С нужно применять специальные присадки к топливу и предварительно подогревать молот в течение 20...30 мин. В процессе забивки свай в этих условиях штанговые дизель-молоты работают также более устойчиво.

Несмотря на ряд достоинств, при­менять дизель-молоты в ряде слу­чаев нецелесообразно, например при забивке свай в мягкие податливые грунты и грунты с сильносжимаемыми прослойками, когда из-за не­достаточной жесткости основания трудно привести в действие дизель-молот, поскольку ударная часть поднимается на недостаточную вы­соту и требуемого сжатия в камере сгорания не происходит. Дизель-молотами нельзя забивать сваи под водой.

При выборе типа молота (в зави­симости от массы свай и вида грун­тов) необходимо учитывать коэффи­циенты применимости К.

K = (Q + q)/W, (VIII. 1)

где Q — масса молота, кг; q — масса сваи с наголовником, кг; W — энергия удара по паспорту.

Значения К колеблются от 2 до 6 (в зависимости от материала сваи и типа молота). Для забивки желе­зобетонных свай с помощью подвес­ных молотов /С=3, с помощью оди­ночного действия и штанговых ди­зель-молотов /С=5, молтов двойно­го действия и трубчатых дизель-молотов К=6.

Наголовники необходимы для закрепления сваи в направляющих сваебойной установки, предохранения головы сваи от разрушения ударами молота и равномерного распределения удара по площади сваи. При забивке свай подвесными и паровоздушными молотами применяют металлические сварные и литые наголовники в виде опрокинутых коробок, имеющих внутри амортизационную прокладку, выполненную из досок твердых пород древесины или полимерных материалов.

Внутренняя полость наголовника должна соответствовать очертанию и размерам головы сваи. Обычно наголовник подвешивают к молоту за ушки и вместе с ним поднимают и опускают на сваю. Наголовники дизель-молотов с поворотной рамкой позволяют при опущенном молоте заводить во внутрен­нюю полость головку сваи, лежащей на грунте, что несколько сокращает продолжительность подъема сваи. Применение наго­ловников сокращает продолжительность установки сваи.

Забивку сваи начинают с медленного опускания молота на наголовник после установки сваи на грунт и ее выверки. Под действием массы молота свая погружается в грунт. Чтобы обес­печить правильное направление сваи, первые удары производят с небольшой высоты подъема молота (как правило, не более 0,4...0,5 м). В начале погружения необходимо отсчитывать число ударов на каждый метр погружения сваи, отмечая при этом среднюю высоту падения ударной части подвесного молота оди­ночного действия. При использовании молотов и дизель-молотов замеряют время действия молота, расходуемое на каждый метр погружения сваи, число ударов в мин, а молотов двойного дей­ствия—давление пара (воздуха). В начале забивки необходимо внимательно наблюдать за правильностью погружения сваи в плане и по вертикали или по заданному углу наклона (при за­бивке наклонных свай).

В конце забивки с помощью подвесных молотов и паровоз­душных молотов одиночного действия, когда острие сваи погру­жено приблизительно до проектной отметки или получен проект­ный отказ, забивку производят «залогами» по 10 ударов в каж­дом. При забивке свай молотами двойного действия и дизель-молотами считать удары (из-за их большой частоты) практичес­ки невозможно. В этих случаях за отказ принимают величину погружения сваи за 1 мин. Отказы измеряют с погрешностью не более 1 мм.

Сваи, не давшие контрольного отказа после перерыва продолжительностью 3...4 дня, подвергают контрольной добивке. Если глубина погружения сваи не достигла 85% проектной, а на протяжении трех последовательных залогов получен расчетный отказ, необходимо выяснить причины этого явления и согласовать с проектной организацией порядок дальнейшего ведения свайных работ.

Динамические испытания свай проводят для определения их несущей способности. Более точным, но в то же время более дорогим и трудоемким является способ статических нагрузок, требующий к тому же проведения длительных испытаний. При динамическом способе определяют несущую способность сваи в зависимости от энергии удара свайного погружателя при ее забивке. Отказы при этом способе устанавливают с помощью отказомеров, которые можно ставить на грунт или подвешивать на сваю. Полуавтоматический суммирующий отказомер хомутом крепят к свае. Он состоит из храповой линейки, вдоль которой перемещают указатели отказов. При по­гружении сваи в грунт один из указателей движется вниз и по­казывает на мерной линейке суммарное значение остаточного отказа. При некотором обратном движении сваи за счет упругой реакции грунта второй указатель перемещается вверх и показы­вает на мерной линейке суммарное значение упругого отказа.

Измерения, производимые при погружении сваи, и динамиче­ские испытания являются вспомогательными операциями.

Основная операция (забивка) продолжается 10 мин, а 15 мин (60% общей продолжительности цикла) затрачивается на вспомо­гательные операции. При несамоходных копрах и производстве свайных работ в зимних условиях вспомогательные операции за­нимают 70...80% времени, расходуемого на погружение сваи. Та­ким образом, становится очевидным, что механизация и авто­матизация вспомогательных работ имеют не меньшее значение, чем механизация и автоматизация основных процессов.

В системах, автматизирующих процесс забивки свай, осуще­ствляется автоматизация основных операций (запуск дизель-мо­лота, выключение его при достижении острием сваи проектной отметки) и таких вспомогательных операций, как учет числа ударов, запись на ленте самописца характеристики погружения сваи и др.

Особенности забивки некоторых видов свай. Рассмотренный выше метод забивки применительно к вертикальным призматиче­ским железобетонным сваям с обычной или предварительно на­пряженной продольной арматурой и хомутами можно использо­вать и для забивки других видов заранее изготовленных свай. Однако из-за особенностей конструкции и материала свай в ряде случаев приходится выполнять дополнительные операции, видо­изменять приспособления, а иногда ограничивать область приме­нения процесса.

При забивке железобетонных трубчатых свай, когда их соби­рают из звеньев, возникает дополнительная операция по стыковке труб перед подъемом сваи (по два звена) и в процессе погруже­ния. При этом наголовники должны иметь специальную конструк­цию с амортизирующей прокладкой, расположенной по окружно­сти.

Железобетонные сваи без поперечного армирования можно по­гружать в песчаные и глинистые грунты полутвердой консистен­ции. При этом особое внимание следует обращать на обеспечение точного центрирования сваи по отношению к молоту

Наклонные сваи забивают сваебойными установками, направ­ляющие мачты которых могут быть установлены с наклоном. Для придания правильного направления в ряде копров применяют ка­ретки, одну из которых прикрепляют к нижней части мачты, а другую — к нижней части молота. Мачту устанавливают по ука­зателю наклона, который имеет шкалу с делениями.

Если забивают сваи, расположенные ниже уровня стоянки сваебойной установки, используют дополнительные секции мачты, предназначенные для наращивания ее нижней основной секции.

Металлические шпунтовые сваи (металлический шпунт) луч­ше всего погружать пакетами, состоящими из двух-трех шпунтов, объединенных общим наголовником.

• Для погружения деревянных свай и шпунтов не требуется мощных сваебойных установок. В этих случаях часто применяют передвижные деревянные копры с подвесными молотами. Под­таскивают и поднимают такие сваи с помощью стропов.

Дополнительные операции здесь — надевание на головку сваи металлического бугеля для предохранения ее от разрушения при ударах молота и надевание на острие сваи металлического баш­мака, когда основание выложено плотными грунтами.

Если бревна, из которых готовят сваи, имеют недостаточную длину для получения сваи длиной, предусмотренной проектом, их наращивают с помощью стыков различных типов: впритык к тру­бе и др. Устройство стыков является весьма трудоемкой опера­цией и, кроме того, как правило, приводит к образованию слабых мест в свайном сооружении.