Раздел X. Машины и оборудование для свайных работ

Лекция 10. Способы устройства свайных фундаментов. Назначение, классификация, устройство, рабочие процессы, производительность, область применения машин и оборудования для свайных работ

Вопрос 1. 1.1.Способы устройства свайных фундаментов

1.2.Копры и копровое оборудование

Для устройства свайных фундаментов применяют забивные, винтовые и набивные сваи. Первые 2 типа изготавливают на заводах ЖБК, а третий тип – непосредственно на объекте (стройплощадке) из монолитного железобетона.

В России массовое применение получили забивные призматические сваи квадратного сечения от 0.2×0.2 м до 0.4×0.4 м длиной до 20 м. Используются также винтовые металлические сваи. За рубежом применяют преимущественно буронабивные сваи.

Забивные сваи погружают в грунт приложением внешней нагрузки, винтовые – сочетанием с крутящим моментом. Это ударная нагрузка посредством свайных молотов, вибрированием с помощью вибропогружателей, сочетанием этих способов – вибромолотами, вдавливанием с пригрузкой вдавливающего оборудования тяжелыми тракторами. Винтовые сваи завинчивают кабестанами и автомобиль МЗС-13.

Перед устройством ростверков (строительные конструкции, объединяющие головы свай) верх свай (их головы) выравнивают на проектной отметке, срубая их пневмомолотками, газовой резкой, специальными устройствами – сваерезами.

Набивные изготавливают на месте, заполняя пробуренную скважину арматурным каркасом, обсадной трубой, бетонной смесью с послойным уплотнением. Скважины образуют бурением , пробивкой штампами, раскаткой и их сочетанием. В плотных грунтах скважины без крепления стенок, в обрушающихся – обсадные трубы (извлекаемые, оставляемые). Уширения в скважинах под пяты свай образуют режущими и раздавливающими уширителями рабочих органов бурильных машин, камуфлетными взрывами.

Для механизации работ по устройству набивных свай используют комплект общестроительных машин и оборудования (бурильные; бетоносмесительные; машины для транспортирования, укладки и уплотнения бетонной смеси и др.).

2. Копры и копровое оборудование. Про копровое оборудование

Сваебойное оборудование – это копры – универсальное базовое оборудование для перемещения свай с мест их раскладки к местам погружения, их установки, поддержания и направления, крепления погружателя, забивки и передвижения на новую позицию.

Копры погружают сваи – оболочки  0.5÷2.5 м, l=30 м, секциями по 3-8 м, металлический шпунт (корытный или Z-образный профиль) до l=25 м.

Различают копры: рельсовые, навесные на тракторах, одноковшовых эксковаторах, автоматических кранах, в воде плавучие копры.

Главный параметр копров – максимальная длина погружаемых свай (8, 12, 16, 20, 25 м). Индекс КН-12 – копер навесной для свай длиной до 12 м; КР-16 – копер рельсовый для свай длиной до 12 м.

По степени подвижности рабочего оборудования различают копры:

1. Универсальные: полный поворот платформы, изменение вылета и наклон стрелы для забивки наклонных свай.

2. Полууниверсальные.

3. Простые.

Рабочий процесс копра: состоит из его перемещения к месту установки сваи, ее строповки, подтягивания, установки на точку погружения, выверки правильности ее положения, закрепления на голове сваи наголовника, установка на сваю погружателя, расстроповку сваи, ее забивку, подъем молота и снятие с погруженной сваи наголовника.

Копры на тракторной базе: навеска копровой стрелы в задней части и боковой.

Копры на базе канатных экскаваторов для забивки свай в котлованах и траншеях, располагая их на бровках выемок. Могут погружать несколько свай с одной рабочей позиции. Производительность их – 25-30 шт/смену, l= 8 м; 15-20 шт/смену, l=12 м; 8-12 свай за смену длиной 16 м.

Копры на автомобильной базе – на рассредоточенных свайных работах малых объемов R=200 км, длина до 8 м. Копровое оборудование укладываю за 15 минут в транспортное положение. Производительность 18-22 сваи/см; КО (КрАЗ, КАМАЗ).

Рельсоколесный копер (свайный молот, вибропогружатель, вибромолот) в ПГС и ГТС с большими объемами свайных работ для тяжелых свай – 12-16 м. Применяются копры мостового типа на рельсовом пути на слабых водонасыщенных грунтах, при значительном техническом подполье в строящемся здании.

Производительность копров (сменная техническая):

(свай/смену), (1)

где Т_см – продолжительность смены, ч;

T_ц – продолжительность рабочего цикла при погружении одной сваи, ч;

t_п - средняя продолжительность вспомогательных операций, технологических и организационных перерывов, технического обслуживания.

3. Про свайные молоты

Свайные молоты применяют для погружения свай в грунт ударом.

Свайный молот состоит из:

1. Ударника (падающая или ударная часть);

2. Наковальни (шабота) (неподвижная часть, жестко соединена с головой сваи);

3. Устройства для подъема ударной части и ее направления.

Различают:

1. Механические;

2. Паровоздушные;

3. Дизельные;

4. Гидравлические свайные молоты.

Механический молот – простейший механизм; металлическая отливка массой 5 т, поднимается вдоль мачты копра канатом подъемной лебедки и сбрасывается на сваю. Низкая производительность (4-12 ударов в минуту); применяют при малых объемах свайных работ.

Паровоздушный молот – это пара – цилиндр и поршень. В молотах одиночного действия поршень через шток соединен с наголовником сваи, а ударной частью является цилиндр (частота ударов 40-50 мин^-1). В молотах двойного действия ударной частью является соединенный с поршнем боек, движущийся внутри цилиндра. Они производительнее одиночных. Недостаток – зависимость от компрессорных или паросиловых установок.

Гидравлический молот. Работает как паровоздушный двойного действия. Отличие – вместо пара или воздуха подают в цилиндр жидкость, копер оборудуют насосной установкой. Масса ударной части – 210-7500 кГ, энергия удара – 3.5-120 кДЖ, частота удара – 50-170 мин^-1.

Рис.10.1. Принцип работы паровоздушного молота одиночного действия: 1-свая; 2-наголовник; 3-шток; 4-поршень; 5-цилиндр.

Дизельные молоты бывают трубчатые и штанговые (Рис.10.2).

Рис.10.2. Принципиальные схемы дизель-молотов (штангового (а) и трубчатого (б)): 1-подвижный цилиндр; 2-направляющие штанги; 3-поршень; 4-подвижный поршень; 5-головка; 6-неподвижный цилиндр; 7-шабот.

Ударная часть штанговых молотов представляет собой подвижный цилиндр, открытый сбоку и перемещающийся в направляющих двух штангах (см.рис.10.2.а). При падении цилиндра на неподвижный поршень в камере сгорания воспламеняется смесь воздуха и топлива. Энергия (от сгорания смеси) подбрасывает цилиндр вверх, после чего происходит новый удар по свае и цикл повторяется.

У трубчатых молотов (см.рис.10.2.б) неподвижный цилиндр, имеющий шабот (для восприятия ударов молота), является направляющей конструкцией. Ударная часть молота здесь – подвижный цилиндр с головкой. Распыление топлива и воспламенение смеси происходит при ударе головки поршня по поверхности сферической впадины цилиндра, куда подается топливо насосом низкого давления.

Техническая характеристика дизель-молотов.

N/N п/п	Показатель	Штанговый СП-6Б (С-330Б)	Трубчатый С-977А
1	Наибольшая энергия удара, кДЖ	min-3,2 max-65 58,8	min-15 max-150 88,33
2	Наибольшая высота подъема ударной части, м	2,4	3
3	Число ударов в 1 мин	50	55
4	Масса ударной части, т	min-240кГ 2,5	min-500 кГ 5
5	Масса молота, т	4,22	9

Трубчатые молоты обладают при одинаковой массе ударной части в 2-3 раза большей энергией удара, чем штанговые. Зимой штанговые молоты можно запускать при Т= - 30°. Трубчатые при Т до - 20° требуют применение специальных присадок к топливу и подогрев молота в течении 20-30 минут. Штанговые в зимних условиях работают более устойчиво.

Наголовники позволяют закрепить сваю в направляющих копра и предохранить головы свай от разрушения при ударах молота. Они бывают: металлические литые и сварные с амортизационными прокладками из древесины и полимерных материалов.

Дизельные молоты (наибольшее распространение), работают независимо от внешних источников энергии в режиме двухтактного дизеля. Различают дизель-молоты с направляющими штангами (штанговые) и с направляющим цилиндром (трубчатые).

У штанговых: 2 направляющие штанги объединены внизу основанием, отлитым заодно с поршнем. Основание опирается на сферическую пяту и наголовник. По штангам перемещается цилиндр (ударная часть молота). Вверху штанги объединены траверсой захвата (кошка), свободно перемещающейся по ним и подвешенной к канату лебедки копра. Энергия удара – 3,2-65 кДЖ, частота – 55 мин^-1, масса ударной части – 240-2500 кГ. Область применения: легкие железобетонные и деревянные сваи в слабые и средние грунты, шпунт для ограждения транспорта и котлованов.

У трубчатых: ударной частью служит поршень, перемещающийся в направляющем цилиндре. Удары поршня воспринимает шабот. Поршень поднимают кошкой и сбрасывают. От удара поршня о шабот топливно-воздушная смесь разбрызгивается и воспламеняется, газы подбрасывают поршень вверх, откуда он снова падает, сжимая воздух, удаляя отработавшие газы через канал в атмосферу и повторяя процесс.

Энергия удара – 15-150 кДЖ, частота – 45 мин^-1, масса – 500-5000 кг (до - 60°).

Для забивки железобетонных свай в любые нескальные грунты, для работы в условиях низких темеператур.

4. Про вибропогружатели и вибромолоты

Вибропогружатели представляют собой возбудитель направленных колебаний вдоль оси сваи. Он соединен со сваей через наголовник, сообщает ей вынуждающее периодическое усилие. Для увеличения амплитуды вынуждающей силы их изготовляют многодебалансными. Низкочастотные – до 10 Гц (частота колебаний); высокочастотные – до 16,6 Гц. Песчаные и супечаные водонасыщенные грунты. Удобны в управлении, производительнее, не разрушают головы свай. Недостаток: ограниченная область применения, сравнительно небольшой срок службы электродвигателей из-за вредного влияния вибрации.

Вибромолоты – отличие от вибропогружателей способом соединения корпуса вибровозбудителя с наголовником – через пружинные амортизаторы. Энергия удара – 3,9 кДЖ; масса – 2850 кГ. Используются также для выдергивания свай и шпунта.

Рис.10.3. Принципиальная схема устойства вибромолота: 1-свая; 2-наголовник; 3-пружинные амортизоторы; 4-боек; 5-наковальня; 6-дебалансы; 7-корпус с двумя синхронно работающими электродвигателями с дебалансами на их валах.