книги из ГПНТБ / Косолапов, В. Г. Свайные работы учебник

При погружении свай в грунт изменяется его йрйроДное состояние, вызванное вытеснением определенного объема грунта и образованием вокруг сваи и ее острия деформированной зоны.

В глинистых грунтах в момент погружения сваи эти изменения в совокупности с динамическими воздействия­ ми приводят к снижению несущей способности грунта (нарушению связей между частицами). С течением вре­ мени несущая способность свай возрастает. Происходит так называемое явление «засасывания» свай.

Поэтому для выявления действительной несущей способности свай необходимо приступить к их испыта­ ниям после окончания процессов упрочнения грунта. На основании имеющихся многочисленных опытных данных можно ориентировочно считать, что в однородных грун­ тах затухание процессов увеличения несущей способно­ сти свай наступает в следующие сроки: в супесях че­ рез 5, суглинках 15 и глинах через 25 и более суток. Несущая способность свай может возрастать в 1,5—

6раз. Явление «засасывания» свай наблюдается также

впылеватых и в мелких песках, особенно при содержа­ нии в них примесей коллоидных частиц.

Вчистых песчаных грунтах иногда наблюдается об­ ратная картина — происходит разупрочнение грунта, что приводит к некоторому уменьшению несущей способно­ сти свай. Однако процесс разупрочнения в таких грунтах заканчивается быстро, примерно в течение 2—3 суток после погружения сваи.

§ 27. УСТРОЙСТВО ПОДМОСТЕЙ ПОД КОПРЫ

Подмости под копры применяют при забивке свай как на суше, так и на воде. Если в первом случае подмости используют редко, то для второго их применяют посто­ янно. В качестве материала для устройства подмостей используют дерево и металл. При погружении свай на суше применяют металлические конструкции подмостей, состоящие из нескольких секций, перемещаемых краном но фронту работы копра.

В тех случаях, когда сваи забивают на воде сухопут­ ными копрами, пути для их передвижения укладывают на специально устраиваемых подмостях, конструкции которых разрабатывает проектная организация.

181

Конструкция подмостей зависит от условий, в кото­ рых приходится забивать сваи (масса копра, масса свай, глубины воды, скорости течения реки, силы волне­ ния моря и т. д.). В связи с этим конструкцию подмостей выбирают в каждом конкретном случае в зависимости от этих условий.

Обычно подмости устраивают на временных деревян­ ных сваях, перекрытых поперечными насадками, по ко­ торым укладывают шпальные брусья для рельсовых пу­ тей. Для обеспечения жесткости сваи, кроме того, рас­ крепляют продольными, поперечными и диагональными схватками.

Временные сваи подмостей забивают легкими копра­ ми, допускающими установку их на консольных вылетах прогонов.

При небольшой глубине воды сваи для подмостей за­ бивают с переносных деревянных шпальных клеток, к которым для устойчивости прикрепляют грузы.

Шпалы под рельсовые пути прихватывают к продоль­ ным прогонам скобами. Каждую шпалу прихватывают не менее чем двумя скобами. Расстояние между рельсо­ выми нитками должно строго соответствовать расстоя­ нию между катками копра и проверяться специальным шаблоном.

Вцелях экономии рельсовые пути можно укладывать не на всю длину передвижения копра, а отдельными звеньями, перекладываемыми по мере забивки свай и движения копра вперед.

Верхнее строение подмостей, по которым переме­ щается копер, должно быть строго горизонтальным.

Если сваи подают к копру краном или вагонетками, ширину подмостей назначают с учетом размещения на них указанного оборудования и путей для транспортиро­ вания свай.

§28. МЕТОДЫ ПОГРУЖЕНИЯ СВАЙ И ШПУНТА

Впрактике фундаментостроения применяют следую­ щие методы погружения свай и шпунта в грунт:

забивка свай молотами (ударный метод); погружение свай с помощью вибрации (вибрацион­

ный метод); статическое вдавливание свай (метод вдавливания);

комбинированный метод погружения свай вибрацией

182

с дополнительным иригрузом от массы базовой машины (метод вибровдавливания);

погружение свай с помощью подмыва (метод гидро­ погружения) ;

погружение свай с помощью электроосмоса; погружение свай завинчиванием.

Ударный метод забивки свай. Ударный метод забивки свай и шпунта наиболее распространен. При этом техно­ логический процесс забивки свай складывается из сле­ дующих операций: вспомогательных (подтаскивание и установка свай под молот) и основной — погружение свай ударами молота.

Если сваи погружают в слабые грунты, то молот сле­ дует опускать на сваю осторожно, не допуская резкого погружения в грунт. Резкий провал сваи наблюдается в тех случаях, когда толща слабых грунтов прикрыта небольшим слоем плотного грунта. В результате резкого погружения свая отклоняется от своего проектного поло­ жения, и поэтому требуется извлечь и повторно погру­ зить ее.

При забивке свай подвесным механическим или паро­ воздушным молотом одиночного действия высота подъе­ ма последнего при первых ударах, как правило, не должна превышать 0,4—0,5 м. После погружения сваи на глубину 1,5—2 м высоту подъема ударной части мо­ лота доводят до предела, установленного для данного типа молотов; высота подъема механического молота обычно не превышает 2 м.

При забивке свай в грунт, содержащий прослойки твердой глины, плотно слежавшегося мелкого песка или крупной гальки, залегаемых под слоями слабых грунтов, возможен продольный изгиб сваи. Поэтому работы про­ изводят с небольшой высотой подъема молота.

Вибрационный метод погружения свай. При вибраци­ онном методе погружения свай технологический процесс складывается из тех же операций, а сваи погружают вцбромашиной.

При использовании копров или кранов, оборудован­ ных крановыми стрелами, вибропогружатель переме­ щается вдоль направляющей стрелы с помощью уста­ новленных для этой цели на его корпусе роликов. В тех случаях, когда стрела не приспособлена для перемеще­ ния роликов вибропогружателя, устанавливают допол­

183

нительную короткую стрелу, которая в свою очередь может перемещаться по мачте копра.

При работе с краном, не имеющим направляющих стрел, работы ведут с использованием направляющих каркасов, а в некоторых случаях и без них.

Для успешного погружения свай необходимо следить за тем, чтобы соединение сваи с вибропогружателем было жестким и соосным.

Во время погружения свай, свай-оболочек и шпунтов должен быть установлен контроль режима работы виб­ ропогружателя с помощью специальных приборов. При отсутствии приборов вибропогружение должно быть приостановлено в случае резкого снижения скорости или значительного увеличения амплитуды колебаний.

Метод статического и вибрационного вдавливания свай. Погружение свай в грунт при статическом вдавли­ вании осуществляется в такой последовательности: сваю устанавливают в вертикальное положение в направляю­ щей стреле агрегата, на голову сваи опускают наголов­ ник, передающий давление от базовой машины (тракто­ ра, экскаватора и т. п.) через систему блоков и поли­ спастов непосредственно на сваю, которая благодаря этому давлению постепенно погружается в грунт. После достижения проектной отметки наголовник поднимают вверх и агрегат переезжает на новую позицию.

свае через систему блоков и полиспастов. Метод вибро­ вдавливания свай расширяет область применения вибра­ ционного погружения свай.

В некоторых случаях при наличии плотных грунтов для уменьшения сопротивления сваи погружению вдав­ ливанием предварительно пробуривают лидерные сква­ жины.

Погружение свай методом гидроподмыва. Некоторые грунты, такие как песчаные средней крупности, а также грунты с включениями щебня и галечника, оказывают настолько сильное сопротивление погружению, что за­ бивка свай в них связана со значительными трудностями даже при применении молота большой массы.

Сваи в такие грунты забивают с подмывом струей воды. Сущность этого метода погружения свай заклю­ чается в следующем. К острию или подошве оболочки

184

под значительным давлением подводят оДну или не­ сколько водяных струй. В результате размыва лобовое сопротивление грунта снижается. Кроме того, поток воды, поднимаясь вдоль ствола на поверхность, размы­ вает грунт вокруг свай и взвешивает его частицы. Тем самым уменьшается сопротивление грунта по боковой поверхности погружаемого элемента. Часто сопротивле­ ние грунта в результате подмыва настолько снижается, что свая под действием собственного веса и веса уста­ новленного на ней молота быстро погружается в грунт.

Так как подмыв приводит к нарушению сцепления между частицами грунта под подошвой и частично по бо­ ковой поверхности свай, то во избежание значительного снижения их несущей способности при опирании на не­ скальные грунты на последних метрах сваи следует по­ гружать ударами молота при отключенном подмыве.

Способ подмыва при погружении свай, как показы­ вает практика фундаментостроения, дает хорошие ре­ зультаты только в тех грунтах, которые поддаются раз­

погруженных ударным способом. Это объясняется тем, что песчаные грунты быстро уплотняются при встряске, поэтому в результате добивки довольно быстро уплот­ няется ранее размытый грунт.

Для погружения свай методом подмыва применяют как центральный подмыв, при котором насадка подмы­ ва трубы выходит из центрального отверстия в коничес­ ком наконечнике сваи, так и боковой подмыв, когда подмывные трубки располагают по боковой поверхности сваи. Подмывные трубки используют многократно, для чего их извлекают после погружения свай.

При боковом подмыве можно повредить подмывные трубки, расположенные снаружи сваи; кроме того, они засасываются в грунт при перерывах в работе. Неравно­ мерный размыв грунта при боковом подмыве вызывает отклонение свай от проектного положения. Отклонение

185

чительного уменьшения сил трения по боковой поверхно­ сти погружаемой сваи.

Взависимости от требуемого расхода и напора струи подбирают мощность насосного оборудования и сечение водопроводных линий.

Всвязи с высокой трудоемкостью и сложностью про­ изводства работ этот метод не имеет широкого примене­ ния. Его используют только при устройстве фундаментов на сваях длиной более 8—12 м.

При недостаточной мощности вибропогружателя или значительных глубинах погружения для уменьшения сил трения между поверхностью свай и грунтом применяют подмыв по внешнему периметру свай.

Подмыв при вибропогружении применяют только в слабых и песчаных грунтах при амплитуде колебания погружаемых свай менее 5 мм.

Для предотвращения наплыва грунтовой массы внутрь свай-оболочек в процессе погружения их с подмы­ вом нижние концы подмываемых трубок следует распо­ лагать выше нижнего конца свай на 0,5—1,5 м в зави­ симости от диаметра оболочки и подвижности грунта.

При сочетании вибропогружения с подмывом дейст­ вие последнего прекращают, если острие сваи или сваиоболочки не доходит на 1,0—1,5 м до проектной отметки. Дальнейшее погружение необходимо продолжать только вибропогружателем до получения расчетного отказа.

Погружение свай методом электроосмоса. Для облег­ чения процесса погружения свай в глинистых грунтах тугопластичной, полутвердой и твердой консистенции применяют электроосмос.

Погружение свай с помощью электроосмоса основано на временном уменьшении сопротивления глинистого грунта погружению сваи-катода. Сначала в грунт заби­ вают дизель-молотом сваю-анод, соединенную с положи­ тельным полюсом генератора постоянного тока. Затем забивают сваю-катод, соединенную с отрицательным по­ люсом генератора. В результате изменяются физико-хи­ мические свойства глинистых грунтов.

При кратковременном действии постоянного тока в процессе погружения сваи под влиянием электроосмо­ са влажность грунта изменяется в небольшой зоне во­ круг электродов. У сваи-катода увеличивается влаж­ ность и возникает зона водонасыщенного грунта. Вокруг сваи-анода образуется зона осушенного грунта с пони­

186

женной влажностью. В результате этого при погружении сваи-катода в грунт наблюдается уменьшение трения (лобового и бокового сопротивлений грунта).

Применение метода электроосмоса позволяет в не­ сколько раз увеличить скорость погружения свай. При этом сокращается расход энергии, потребляемой двига­ телями рабочих органов (молотов и вибропогружате­ лей) .

Метод электроосмоса используют не только для об­ легчения погружения свай в глинистые грунты, но и для восстановления несущей способности свай, погруженных вибрационным методом. Наибольший эффект от приме­ нения метода электроосмоса наблюдается при погруже­ нии свай в глинистые грунты со степенью водонасыщения, близкой к единице.

В водоносных песчаных грунтах поверхность сваи смачивается грунтовыми водами, поэтому применение электроосмоса в супесях и песках малоэффективно и практически нецелесообразно.

С помощью электроосмоса можно погружать забив­ ные сваи сплошного квадратного сечения, трубчатые полые сваи и винтовые сваи, которые используют непо­ средственно в качестве электродов. Железобетонные сваи и оболочки должны быть с металлическими нако­ нечниками для уменьшения лобового сопротивления и продольными полосами-электродами для снижения тре­ ния по боковой поверхности. Оптимальная площадь электродов в среднем составляет 20—50% всей площади боковой поверхности сваи.

Для устранения утечек тока, которые значительно снижают эффект электроосмоса, необходимо следить за сохранностью изоляции копра о.т подмостей (или поверх­ ности земли) или сваи-катода от копра.

Метод погружения свай завинчиванием. Для погру­ жения в грунт винтовых свай (с винтовым наконечником) используют специальное оборудование (кабестаны).

Кабестан представляет собой механизм, включающий две пары захватов, обжимающих сваю и передающих ей вращательное движение при погружении в грунт. Захва­ ты приводятся во вращение от электродвигателя, уста­ новленного на кабестане.

Кабестаны подвешивают на -плавучие или стационар­ ные сухопутные краны для завинчивания свай большой длины (свыше 8 м)

187

Для завинчивания свай длиной до 8 м используют мобильную установку M3C-13, смонтированную на базе автомобиля КрАЗ-214 (рис. 112). Установка состоит из следующих основных узлов: рабочего органа 3, четырех гидравлических опор, привода вращения и наклона ра­ бочего органа, гидросистемы 5, пульта управления и вспомогательного оборудования.

Рис. 112. Установка M3C-13 для завинчивания свай:

/ — автомобиль, 2 — кабина машиниста, 3*—рабочий орган, 4 — опорный домкрат, 5 — гидросистема управления

Конструкция рабочего органа позволяет выполнять следующие операции: втягивать винтовую сваю внутрь трубы рабочего органа, обеспечивать заданный угол по­ гружения сваи в пределах от 0° до 45° от вертикали, по­ гружать сваю в грунт путем вращения с одновременным использованием осевого усилия; при необходимости вы­ вертывать сваю из грунта.

Основание рабочего органа шарнирно закреплено на раме. Рабочий орган можно наклонять с помощью 2-х винтов боковых редукторов.

Вращение рабочего органа и его наклон осуществля­ ют от коробки отбора мощности автомобиля через соот­ ветствующие редукторы.

Управляют механизмами для погружения сваи из ка­ бины 2, смонтированной на раме машины.

Метод погружения сва’й завинчиванием получил срав­ нительно небольшое применение (строительство фунда­ ментов для радио- и телевизионных мачт и т. д.).

188

В табл. 19 приведены основные способы погружения свай и возможная область их применения в различных грунтовых условиях.

Рассмотренные выше способы погружения свай мож­ но использовать и при погружении шпунта, за исключе­ нием способов вдавливания, завинчивания и вибровдав­ ливания.

§ 29. ПОРЯДОК ПОГРУЖЕНИЯ СВАЙ

Фундаменты и опоры из свай, оболочек и шпунтовых ограждений следует возводить в строгом соответствии с правилами производства и приемки работ (СНиП Ш-Б. 6-62), а также с учетом требований техники безопас­ ности (СНиП Ш-А. 11-70).

Работы по забивке свай на суше и в воде включают следующие технологические операции: передвижку и ус­ тановку копра на место забивки очередной сваи, подачу сваи к копру, подъем и установку ее под молот или виб­ ропогружатель, собственно забивку сваи до проектной отметки или заданного «отказа».

Время, необходимое для подъема и установки сваи, зависит от ее длины и массы, а также от условий подачи сваи к копру. Время, затрачиваемое на погружение сваи, зависит от грунтовых условий, глубины погружения и от типа применяемого молота.

Практика показала, что на погружение сваи затрачи­ вается не более 30—50'%' общего времени,- расходуемого

189

на полный цикл забивки, остальное время идет на выпол­ нение вспомогательных операций.

Поэтому правильная организация работ, рациональ­ ный выбор мест для складирования свай, подлежащих забивке, и, наконец, правильная схема движения копра по свайному полю обеспечивают сокращение до миниму­ ма затраты времени на выполнение вспомогательных операций и тем самым резко увеличивают производи­ тельность сваебойного агрегата.

Последовательность забивки свай должна быть при­ нята такой, чтобы сократить непроизводительные затра­ ты времени на перемещение путей для копра, на переме­ щение копра или самоходного копрового агрегата, на из­ менение наклона копра, на установку копра над местом забивки.

ряд за рядом. В том случае, если в фундаменте череду­ ются вертикальные сваи с наклонными, то обычно заби­ вают сначала вертикальные сваи, а затем после измене­ ния наклона стрелы погружают наклонные сваи. При погружении свай в направляющие каркасы с помощью кранов вертикальные и наклонные сваи забивают подряд.

При значительном числе свай в фундаменте и неболь­ ших расстояних между ними последовательность погру­ жения свай существенно влияет на характер уплотнения грунта между сваями. В этом случает грунт отжимается

не настолько уплотняется, что забивка последних свай на требуемую глубину становится часто практически невоз­ можной. Чтобы исключить этот недостаток, необходимо забивать сваи от середины к краям.

В некоторых случаях применяют с е к ц и о н н ы й по­

один от другого, а затем забивают сваи в образовавших­ ся ячейках.

При небольшом числе свай, а также при значитель­ ных расстояниях между осями свай /> (4 —5)d последо­ вательность забивки почти не влияет на характер уплот­ нения и деформации грунта между сваями. Поэтому по­

190