Вопрос № 3

Укажите область применения свай. Перечислите методы погружения в грунт заранее изготовленных свай. Охарактеризуйте сущность ударного метода погружения свай. Перечислите операции при погружении свай в грунт.Вычертите схемы забивки свай.

Назначение свайных работ и область их применения.

Сваи применяют в слабых грунтах в качестве фундаментов. Они предназначены для передачи нагрузки от зданий и сооружений на грунты. Также сваи используют для повышения несущей способности слабых грунтов, укрепления стенок котлованов от обрушения, ограждения пространств от доступа воды.

Технология погружения свай.

Основными факторами, определяющими выбор метода и сваепогружающего оборудования, являются физико-механические свойства грунта, объем свайных работ, вид свай, глубина их погружения.

Ударный метод. Забивку свай производят с помощью копровых установок. Основной конструктивной частью копровых установок является молот. Молоты бывают:

механические;

паровоздушные;

дизель-молоты.

Механические (подвесные) молоты применяют при небольших объемах работ. Ударная часть свободно падающего молота позволяет забивать сваи до 12 м в грунтах средней плотности. Скорость забивки — 10—15 ударов в минуту.

Впаровоздушных молотах ударной частью является поршень. Они бывают одиночного и двойного действия. В молотах одиночного действия поршень опускается под действием собственного веса, а поднимается под действием пара или сжатого воздуха. Скорость забивки — около 30 ударов в минуту. В молотах двойного действия ударная часть опускается за счет собственного веса и действия пара или воздуха, а поднимается за счет пара или воздуха. Скорость забивки — около 300 ударов в минуту, количество их можно регулировать.

Дизель-молоты имеют более широкое применение благодаря высокой производительности. Они бывают штанговые и трубчатые.

Ударная часть штанговых молотов — подвижный цилиндр, перемещающийся в направляющих штангах. При падении цилиндра на неподвижный поршень в камере сгорания воспламеняется смесь воздуха и топлива, при этом цилиндр подбрасывается вверх, после чего цикл повторяется (50—60 ударов в минуту).

В трубчатых молотах неподвижная часть — цилиндр, подвижная — поршень.Также происходит сгорание топлива в камере, при этом возникает удар (40—50 ударов в минуту).

Посравнению со штанговыми молотами трубчатые обладают более значительной энергией удара.

Масса ударной части молота, в том числе дизель-молота, должна быть: при длине сваи более 12 м — не менее массы сваи; при длине сваи до 12 м при плотных грунтах— не менее 1,5 массы сваи, а при грунтах средней плотности — не менее 1,25 массы сваи.

При забивке стальных и железобетонных свай молотами одиночного действия обязательно применение наголовников для смягчения удара и предохранения головы сваи от разрушения.

Сваи раскладывают у мест забивки с помощью грузоподъемного крана.

Забивка свай состоит из следующих операций:

передвижение копровой установки к месту забивки свай;

подтягивание свай к копру;

подъем и выверка сваи в проектной точке;

собственно забивка;

измерение величины забивки свай;

испытание свай (если это необходимо).

Сваю начинают забивать после ее установки и выверки с медленного опускания молота на наголовник. Центр тяжести свайного молота должен совпадать с направлением забивки сваи. Первые удары делают на небольшой высоте подъема молота — 0,4—0,5 м, пока свая не получит пра­вильного направления. После погружения сваи на глубину 1 м силу удара молота увеличивают до максимальной.

От каждого удара свая погружается на определенную глубину, которая уменьшается по мере заглубления сваи. Затем наступает момент, когда глубина забивки сваи практически незаметна, при этом она погружается на одну и ту же незначительную глубину, называемую отказом. Сваи погружают до получения расчетного (проектного) отказа. Отказ определяется делением величины погружения сваи от серии ударов (десяти) на число ударов в этой серии (измеряется в сантиметрах).

Серию ударов, выполняемых для замера средней величины отказа, называют залогом. В конце забивки, когда величина отказа сваи близка к расчетной, его измеряют с точностью до 1 мм по трем последовательным залогам на последнем метре погружения сваи.

Для измерения отказов на боковой поверхности сваи наклеивают полоски с миллиметровыми делениями. Более точные результаты дают специальные приборы — отказомеры, которые позволяют определять упругие и остаточные деформации.

Сваи погружают в определенной последовательности, которая зависит от технических характеристик сваепогружающих механизмов и свойств грунта, а также от расположения свай в свайном поле. Применяют следующие схемы забивки свай:

рядовую;

секционную;

спиральную.

Рядовую схему используют при строительстве линейных сооружений в несвязных грунтах; в глинах и суглинках такая схема может привести к неравномерной осадке основания. Забивку выполняют последовательно рядами, по захваткам.

Секционная схема применяется при устройстве свайных полей на больших площадках, в связных грунтах с пропуском одного ряда между секциями. При этом сначала членят свайное поле на секции, забивая сваи в граничных рядах, а затем последовательно забивают в пределах секции. Эта схема исключает неравномерное нарушение структуры грунта.

Спиральная схема предназначена для кустового расположения свай (под тяжелые колонны) от центра куста по спирали наружу или наоборот. Она позволяет получить минимальную протяженность пути сваепогружающей установки. Забивка от края к центру характерна значительным уплотнением грунта в центральной зоне, поэтому используется в слабых водонасыщенных грунтах. Забивка от центра к краю применяется в слабосжимаемых грунтах, так как сваи в процессе забивки могут отклоняться из-за неравномерного уплотнения грунта со стороны забитых свай.

Вибрационный и виброударный методы. Вибрационный метод применяют при устройстве свайных оснований в легких несвязных грунтах, которые поддаются вибрации, а также в водонасыщенных грунтах. В гидротехническом строительстве этот метод широко применяется для погружения свай-оболочек большого диаметра, металлического шпунта. Он характеризуется небольшими энергетическими затратами. Сваю погружают при помощи вибрационных машин-вибропогружателей, которые, оказывая динамическое воздействие на сваю, уменьшают трение между боковой поверхностью сваи и грунтом.

Вибропогружатель — это электромеханическая машина вибрационного действия, которая подвешивается к мачте сваепогружающего агрегата и соединяется со сваей с помощью наголовника.

Более универсален виброударный метод с помощью вибромолотов. Вибромолоты бывают электрические, пневматические, гидравлические.

Они позволяют ускорить процесс погружения сваи, так как помимо вибрационного действия вибромолоты оказывают и ударное действие. Вибромолоты могут также самонастраиваться, т.е. увеличивать энергию удара с повышением сопротивления грунта. Масса ударной части вибромолота должна быть не менее 50 % от массы сваи и составлять 650—1350 кг.

Методы вдавливания и вибровдавливания. Они предназначены для коротких свай (3—5 м). Метод вдавливания основан на создании вдавливающих нагрузок на погружаемую сваю, превышающую в 1,5—2 раза расчетную несущую способность. По этой причине сваевдавливающие установки должны иметь большую массу.

При вдавливании используется два трактора, оборудованных направляющей рамой, опорной пятой, наголовником для передачи давления, соединенных с вдавливающим полиспастом. На одном тракторе имеется грузоподъемная лебедка, на втором — тяговая. Усилие вдавливания создается до 350 кН.

При данном методе увеличивается точность погружения, снижается уровень шума и вибрации. Недостатком являются несовершенство вдавливающих установок, низкая производительность из-за малой маневренности: чистое время на погружение сваи составляет 10—15% общего времени.

Вибровдавливание осуществляется с использованием вибропогружателя. Свая погружается за счет собственной массы, массы вибропогружателя и части массы трактора, передаваемой вдавливающим канатом через вибропогружатель на сваю. Одновременно на сваю воздействует вибрация.

Для облегчения вдавливания в плотных грунтах предварительно пробуривают лидерную скважину, котораяуменьшает сопротивление грунта при погружении сваи и одновременно является направляющей для погружения сваи.

Метод завинчивания. Используется в тех случаях, когда сваи могут работать на выдергивание (например, под фундаменты мачт линии электропередач). Агрегаты для завинчивания монтируют на базе автомобиля.

Сваи, имеющие винтовые наконечники, погружаются в грунт путем вращения. При этом создается крутящий момент и свая погружается. Этот метод может применяться и в том случае, когда инвентарная металлическая оболочка одевается на сваи.

При необходимости такой метод предполагает вывинчивание свай.

Метод подмыва. Погружение свай подмывом используют в несвязных и малосвязных грунтах — песчаных и супесчаных. При погружении свай подмывом грунт разрыхляют и частично вымывают струями воды, вытекающими под давлением из нескольких трубок (2—4 шт.) диаметром 38—63 мм, закрепленных на свае. При этом сопротивление грунта по боковым поверхностям и у острия сваи снижается, за счет собственной массы и массы установленного на ней молота она более легко погружается. Расположение трубок может быть боковым и цент­ральным. При боковом расположении подмывные трубки крепят таким образом, чтобы они находились на 30—40 см выше острия сваи. При боковом подмыве трубки могут быть повреждены, а при перерывах в работе — заполняться грунтом, поэтому часто более приоритетным является метод подмыва с центральным расположением трубок. Погружение подмывом осуществляется только до заданного уровня (на 0,5—2 м), а затем с помощью сваебойной установки ее забивают до проектной глубины. При таком методе производительность погружения возрастает на 30— 40% по сравнению с чистой забивкой.

Применение данного метода не допускается при угрозе просадки близлежащих сооружений, а также на просадочных грунтах.

Метод электроосмоса. Используют при погружении свай в глинистые грунты. При этом методе одну сваю, уже погруженную, подключают к положительному полюсу электрической сети, и она выступает в качестве анода, а другую, подготовленную для погружения в грунт, — к отрицательному полюсу — катоду. При прохождении электрического тока происходит перераспределение влажности грунта от сваи-анода к свае-катоду. Погружение сваи-катода облегчается, так как вокруг нее возникают водонасыщенные зоны, и при этом уменьшается трение сваи о грунт. У сваи-анода образуется зона со сниженной влажностью. После прекращения подачи тока влажность грунта восстанавливается и несущая способность сваи-катода возрастает.

\