5. Производство свайных работ

5.1. Сваи, их разновидности и назначение.

Сваи, как элементы конструкции гидротехнических сооружений широко применяются:

при строительстве противофильтрационных элементов земляных плотин (Рис. 11).

Рис.11

и бетонных плотин (Рис. 12);

Рис. 12

ограждающих перемычек (Рис. 13);

Рис. 13

причалов типа «больверк» (Рис. 14);

Рис. 14

причалов на сваях (Рис. 15);

Рис.15

пал судоходных шлюзов (Рис. 16);

Рис.16

и других сооружений.

По условиям работы в грунте сваи подразделяются на висячие сваи и сваи – стойки (Рис.17)

Рис. 17

Отличие этих свай друг от друга состоит в том, что при воздействии внешней нагрузки Р погружению висячей сваи препятствует отпор грунта по плоскости торца погружаемой сваи и трение грунта по боковой поверхности сваи , погружению сваи - стойки препятствует только отпор грунта по торцу сваи .

По материалу сваи подразделяются:

на деревянные (круглые, прямоугольные),

бетонные и железобетонные (цилиндрические – сплошные и полые, прямоугольные),

металлические (трубы, шпунт).

В гидротехнике чаще используется железобетонный и металлический шпунт. Металлический шпунт может быть плоским, корытным, зетовым (Рис. 18)

Рис. 18

Сплошной железобетонный шпунт может быть плоским, тавровым, широко-панельным (Рис. 19)

Рис. 19

5.2. Способы погружения свай и шпунта

Современная техника позволяет применять разнообразные способы погружения свай и шпунта. В частности при определенных условиях погружение может осуществляться простой забивкой, вибрацией, подмывом, завинчиванием, вибровдавливанием и комбинированными способами (забивкой с вибрацией, забивкой с подмывом, вибрацией с подмывом).

5.2.1. Погружение свай непосредственно забивкой

Забивка свай может производиться непосредственно с поверхности земли, со специальных эстакад, либо с поверхности воды.

Забивка свай может осуществляться механическими, паровоздушными, дизельными молотами с помощью специальных устройств – копров. Различают копры несамоходные, перемещающиеся по рельсам, и самоходные копры, представляющие собой краны, на которых смонтировано сваебойное оборудование (Рис.20).

Рис. 20 Технологическая схема погружения свай забивкой

Забивка сваи предусматривает выполнение следующих технологических операций:

1. установка копра,

2. строповка и подтягивание сваи к копру,

3. опускание молота на голову сваи и

4. собственно забивка сваи.

Забивка сваи производится залогами – отдельными сериями из 10 ударов. После каждой серии ударов измеряется глубина погружения сваи. Свая погружается на глубину либо до проектной отметки, либо до отказа, если она предназначена для восприятия вертикальной нагрузки.

Отказом называют проектное погружение сваи от одного удара молота.

Энергия удара механического молота и дизель - молота одиночного действия определяется по формуле:

(12)

где - вес ударной части молота,

- высота падения молота.

Для паровоздушных молотов энергия удара определяется по формуле:

(13)

где - давление пара на входе в цилиндр,

- площади поршня.

Энергия удара молота тратится:

1.на преодоление сопротивления грунта:

(14)

где - несущая способность сваи,

- произвольная глубина погружения сваи от одного удара;

2. на упругую деформацию сваи:

(15)

где - вес молота,

- высота подскока молота;

3. на неупругие деформации сваи и грунта и на тепловые потери:

(16)

где - коэффициент в долях от энергии удара молота.

При известных можно записать, что:

(17)

(18)

Глубина погружения сваи от одного удара в начале погружения -максимальна, по мере погружения сваи глубина – уменьшается. Забивка продолжается до проектной отметки или до тех пор, пока

(19)

где - отказ сваи.

Методика подбора молота.

Подбор молота осуществляется в следующей последовательности.

1. Оценивается ориентировочная требуемая энергия удара молота:

(20)

где - проектная нагрузка на сваю при двойном коэффициенте запаса.

2. Подбирается молот с приблизительно равной энергией удара, и проверяется применимость молота:

(21)

где и - вес ударной части молота и вес самой сваи с наголовником,

- коэффициент применимости молота:

- для молотов одиночного действия штанговых дизель - молотов.

- для молотов двойного действия и трубчатых дизель – молотов.

Пример подбора молота.

Предлагается подобрать молот для забивки сваи массой 1000 кг с несущей способностью Р = 50 кН.

Требуемая энергия удара молота:

Проверяется применимость штангового дизель – молота С286, обладающего массой 3100 кг и энергией удара 15,7 кДж:

Вывод: молот применим.