2. Свайные наголовники

При погружении ударным методом сваи испытывают много­кратные динамические напряжения, часто близкие к пределу про­чности бетона при сжатии. Для предохранения от разрушения при забивке головной части сваи между сваей и молотом помещают наголовник, снабженный амортизирующей прокладкой. Прокладки позволяют равномерно распределить напряжения от удара по все­му торцу сваи и, главное, трансформировать ударный импульс, увеличив его длительность и снизив значение динамического на­пряжения.

Наголовники изготавливают в литом, сварном и клепаном ва­риантах. Простейший свайный наголовник в виде перевернутого стакана (рис. 2.3, а) имеет одну прокладку. Наголовник, разде­ленный горизонтальной перегородкой на две полости (рис. 2.3, б) позволяет установить две прокладки. Имеются и другие конструк­ции наголовников, предназначенные для определенных типов мо­лотов и забиваемых свай.

Для изготовления прокладок используют древесину, фанеру, войлок, пеньковый канат, мешковину, техническую резину и другие материалы. Изучалась возможность использования тексто­лита, гетинакса, фенолфибры, слоистого пластика, вулканизи­рованной фибры, полиуретана, поликарбоната и других матери­алов. Применялись комбинированные амортизаторы, изготовлен­ные из разных материалов.

От выбора амортизатора существенно зависит уровень динами­ческих напряжений, возникающих при забивке. Увеличение жест­кости амортизатора всегда вызывает увеличение напряжений. Од­нако чрезмерное снижение жесткости при значительном растяги­вании ударного импульса может привести к тому, что наиболь­шее сжимающее усилие окажется близким к сопротивлению грунта, что приведет к прекращению погружения сваи. Следовательно, при выборе амортизатора необходимо стремиться к оптимальной

Рис. 2.3. Свайные наголовники:

а — простой с одним амортизатором; б — с горизонтальной перегородкой

(С двумя амортизаторами)

жесткости, которая обеспечит заданный уровень напряжения при наибольшей величине погружения за один удар.

3. Динамические напряжения, возникающие при забивке сваи

Размер наибольшего динамического напряжения, возника­ющего в материале сваи при забивке, зависит от нескольких фак­торов, главные из которых: высота падения ударной части, жест­кость амортизирующих прокладок, масса ударной части, динами­ческое сопротивление грунта, длина сваи, упругопластические ха­рактеристики материала сваи. На рис. 2.4 показаны схемы двух удар­ных импульсов с одинаковой энергией удара. Увеличение длитель­ности ударного импульса при оптимальном значении а™* позво­ляет повысить эффективность и безопасность погружения сваи. По­добное преобразование импульса возможно также и за счет при­менения специальных наголовников-амортизаторов.

Натурные исследования напряженного состояния свай при за­бивке, выполненные в разное время отечественными учеными, показали, что размеры сжимающих напряжений достигают 22 МПа, а растягивающих — до 6 МПа. Повреждаемость свай при забивке на ряде объектов достигала 25 %. Установлено также, что при значительных по величине многократных динамических воз­действиях бетон сваи получает необратимые микроповреждения (микротрещины), которые значительно снижают долговечность

Рис. 2.4. Схемы ударных импульсов:

а — при малой массе ударной части и большой высоте падения; б — при боль­шой массе ударной части и малой высоте падения; Т_и Т₂ — время погружения

сваи

сваи. В связи с этим в СНиП 3.02.01-83 было внесено требование об ограничении сжимающих ударных (динамических) напряже­ний размером а_дин < 0,7R_np, где i?_np — призменная прочность бе­тона.

Реализация данного ограничения должна осуществляться на стадии выбора молота для забивки свай и амортизирующих про­кладок. Однако общепринятая волновая теория удара, разрабо­танная при большом количестве допущений, а также сложность аналитических решений этой теории при значительном числе вли­яющих факторов делают невозможным использование этой тео­рии для практического применения.

Для определения размера динамических сжимающих напряже­ний предложен ряд инженерно-практических методов расчета, сохраняющих волновую сущность процесса удара. В пособии к СНиП

1. 83 приведен метод расчета динамических напряжений, предложенный И.Е. Школьниковым и основанный на значитель­ном количестве натурных экспериментов. Заметим, что СНиП

1. 87, регламентирующий выбор типа молота для забивки свай, не требует проверки значений возникающих динамических напряжений. Вместе с тем при значениях коэффициента приме­нимости молота К, близких к наибольшему допустимому значе­нию, возникающие динамические напряжения значительно пре­восходят допустимые значения.