книги из ГПНТБ / Свайные работы [учебное пособие]

При производственной и экспериментальной забивке свай необ­ ходимо соблюдать ряд условий. Вес ударной части молота одиноч­ ного действия должен быть не менее веса сваи (или оболочки) при длине сваи более 12 м, не менее 1,5 веса сваи (при забивке в плот­ ные грунты) и 1,25 веса сваи (при забивке в грунты средней плот­ ности) для свай длиной менее 12 м. При этом вес наголовника включают в вес сваи.

Наголовники должны соответствовать размеру сваи; зазор меж­ ду гранью сваи и стенкой наголовника не должен превышать 1 см.

Динамические испытания свай для определения их несущей спо­ собности проводят не менее чем по истечении 3 суток, а свай, заби­

что при погружении готовых свай забивкой в некоторые грунты на­ блюдаются явления ложного отказа и засасывания.

Ложный отказ проявляется в том, что после некоторого количе­ ства ударов свая перестает заглубляться в грунт, но вновь легко на­ чинает погружаться после возобновления забивки через несколько дней. При ложном отказе сваю после одной или нескольких оста­ новок можно добить до проектной отметки, и через несколько дней несущая способность ее достигает проектной.

Явление засасывания заключается в том, что после некоторого количества ударов отказы резко увеличиваются — свая все легче уходит в грунт. Если прекратить дальнейшую забивку сваи на не­ сколько дней и потом возобновить, то окажется, что за время «от­ дыха» свая с трудом поддается дальнейшей забивке, т. е. приобрела проектную несущую способность.

50

грушевидной зоне запас потенциальной энергии, под воздействием которой вода медленно отжимается.

По мере израсходования запаса потенциальной энергии давле­ ния в грушевидной зоне и в окружающем грунте сравниваются, и грунт оказывается способным к дальнейшему уплотнению.

В пластичных глинистых и плывунных грунтах динамическое воздействие молота приводит к тиксотропному нарушению 'структу­ ры грунта и, как следствие, его разжижению. Наряду с этим проис­ ходит движение воды вверх, вдоль ствола сваи, что также снижает сопротивление грунта. После отдыха восстанавливается структура

где %— коэффициент, учитывающий влияние вибропогружения на свойства грунта и определяемый по данным статических испытаний или для ориентировочной оценки несущей способности — по табл. 2.11; km —0,7 — произведение коэффициентов однородности и условий работы; Nвп — мощность, расходуемая электродвигателем на колебания сваи и ее погружение, кет; А0— фактическая ампли-

туда колебаний сваи в см, принимаемая равной половине полного размаха колебаний на последней минуте погружения и замеренная при погружении сваи; п0б — число оборотов' эксцентриков вибрато­ ра в 1 мин\ Q — суммарный вес сваи, наголовника и вибропогру­ жателя, Т.

51

4. Определение несущей способности свай пробными нагрузками

Испытывать осевыми вдавливающими статическими нагрузками можно все виды готовых и набивных свай и свай-оболочек.

Нагрузки могут быть: ступенчато-возрастающие, т. е. увеличи­ вающиеся ступнями от начала и до конца испытания; циклические, т. е. с последовательным чередованием приложения возрастающих ступеней нагрузки с разгрузкой до нуля.

Для проведения испытаний свай используют различные установ­ ки. Раньше других начали применять установки с тарированным грузом. Такая установка состоит из платформы, устанавливаемой на голове сваи с помощью специального наголовника. Платформа имеет устройство, позволяющее закреплять ее на специальных опо­ рах. Вес платформы и каждого элемента груза тарируют и помеча­ ют краской. После того как платформа установлена, ее закрепляют на специальных опорах с помощью клиньев и укладывают первую ступень нагрузки; затем клинья удаляют и следят за вдавливанием сваи до стабилизации. После этого платформу снова расклинивают, и операцию повторяют.

Установка с гидравлическим домкратом и анкерными сваями значительно удобнее. Количество анкерных свай в установке наз­ начают в зависимости от максимальной нагрузки, ожидаемой при испытании, величины предельного сопротивления анкерных свай вы­ дергиванию и прочности их материала на растяжение.

Глубина забивки анкерных свай не должна превышать глубину забивки испытываемой сваи, а расстояние между осями анкерных и испытываемых свай должно быть не меньше Ы , где d — большая сторона или диаметр поперечного сечения испытываемой сваи.

Если испытывают сваи большого диаметра или сваи с уширен­ ной пятой, расстояния в свету между анкерными и испытываемой сваями должно быть не менее 2d, где d — диаметр испытываемой сваи (и уширенной пяты) для соответствующих свай или лопасти (для винтовых свай).

Конструкция, служащая упором для домкрата, должна быть до­ статочно жесткой. По ГОСТ 5686—69 прогиб такой конструкции до­ пускается не более V250 ее расчетного пролета.

Для испытания свай применяют также установки с грузом, слу­ жащим упором для гидравлического домкрата и комбинированные установки, в которых нагрузка создается как гидравлическим дом­ кратом, так и тарированными грузами.

Нагрузку на испытываемую сваю следует передавать равномер­ но, без толчков и ударов. Величину одной ступени нагрузки прини­ мают равной 0,1 от предполагаемой несущей способности сваи; на­ грузку доводят до величины, вызывающей осадку не менее 40 мм. В тех случаях, когда предельная осадка зданий и сооружений, для которых устраивается свайный фундамент, не должна превышать 150 мм, осадку испытываемой сваи от максимальной нагрузки мож­ но ограничить 20 мм.

52

Наблюдение за перемещениями сваи под нагрузкой ведется спе­ циальными приборами с точностью до 0,1 мм. Расчетную величину перемещения принимают как среднее арифметическое показаний двух приборов, устанавливаемых симметрично. Если это возможно, устанавливают и большее количество приборов. Предельно допу­ стимые расхождения в показаниях двух приборов не должны превы­ шать 50% при осадках менее 1 мм, 30% — при осадках от 1 до 5 мм и 20% — при осадках более 5 мм.

Для каждой ступени нагрузки делают несколько отсчетов по всем приборам. Первый отсчет берут тотчас же по приложении на­ грузки, затем четыре отсчета с интервалами по 15 мин, два отсчета с интервалами по 30 мин и далее через каждый час до тех пор, пока разница в перемещениях за 2 ч наблюдений не будет превышать 0,1 мм. Выполнение такого условия называют условной стабилиза­ цией. После ее наступления укладывают следующую степень на­ грузки.

После достижения максимальной нагрузки сваю разгружают ступенями, равными удвоенным ступеням нагрузки. После снятия каждой ступени нагрузки сваю выдерживают в течение 1 ч в гли­ нистых грунтах и 30 мин в песчаных. Наблюдения за приборами ве­ дут соответственно через каждые 30 или 15'мин.

Все результаты наблюдений фиксируют в журналах пробного испытания сваи, после чего строят график зависимости осадки {пе­ ремещения) от нагрузки S = f(P) и изменения осадки (перемеще­ ния) во времени по ступеням нагрузки S = f(t).

Такие графики позволяют определить величину нормативного сопротивления сваи Рн. Для промышленных и гражданских зданий и сооружений значение Рн находят по графику «Нагрузка — осад­ ка» из условия, что соответствующая осадка А составляет некото­ рую долю от предельно допустимой осадки для данного здания или

где £ = 0,1 — коэффициент перехода от предельной величины сред­ ней осадки фундаментов здания или сооружения к осадке сваи, по­ лученной в процессе испытания при условной стабилизации осадки 0,1 мм за 2 ч; 5пр.Ср — предельная величина средней осадки фунда­ мента проектируемого здания или сооружения.

Для мостовых опор за нормативное сопротивление сваи РИпри­ нимают нагрузку на одну ступень меньше нагрузки, при которой приращение осадки за одну ступень загружения (при общей вели­ чине осадки более 40 мм) превышает в 5 раз и более приращение осадки, полученное за предшествующую степень загружения или нагрузку, вызывающую осадку не затухающую в течение суток и более, при общей величине осадки более 40 мм.

53

на коэффициент однородности &=0,8 и коэффициент условий работы т = 1 .

В данном примере для мостов Я=0,8-70 = 56 Г; для зданий с полным карка­ сом />=0,8-67,7=54,16 Т.

5. Несущая способность свайных фундаментов

Несущая способность свайных фундаментов из свай-стоек при любой расстановке их в плане равна сумме несущих способностей отдельных свай.

Несущая способность свайного фундамента из висячих свай, как видно из § 1 этой главы, зависит от количества свай, их расстановки в плане, формы и размеров поперечного сечения и длины. Все эти факторы сказываются на величине «кустового эффекта». Чтобы уп­ ростить расчет, получив правильные результаты, делают расчет свайного фундамента в целом по второму предельному состоянию, т. е. по перемещениям.

С этой целью длярасчета свайный фундамент заменяют услов­ ным сплошным фундаментом (рис. 2.6), границы которого опреде­ ляются: снизу — плоскостью, проходящей через нижние концы свай или свай-оболочек; с боков — вертикальными плоскостями, отстоя­ щими от наружных граней свай крайних рядов на расстоянии а — = ftg(<p"p/4), а при наличии наклонных свай — проходящими через

54

Г Л А В А 3. МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОГРУЖЕНИЯ СВАЙ

Для погружения свай применяют погружатели, подвешиваемые к мачтам копров или тросам стреловых кранов, а также специаль­ ные машины для вдавливания или завинчивания свай в грунт.

По принципу действия подвесные погружатели делятся на ма­ шины ударного действия (сваеобойные молоты) и вибрационного (вибропогружатели, вибромолоты и вибровдавливающие уста­ новки).

1. Сваебойные молоты

По виду прибора сваебойные молоты разделяются на механиче­ ские, приводимые в действие лебедкой при помощи троса, паровоз­ душные, действующие от пара или сжатого воздуха, и дизель-моло­ ты — штанговые и трубчатые, работающие как двигатели внутрен­ него сгорания.

М е х а н и ч е с к и е м о л о т ы присоединяют к подъемному тро­ су лебедки при помощи расцепляющего устройства или подвеши­ вают непосредственно к тросу лебедки.

56

падает, увлекая за собой трос, свободно сматывающийся с бара­

бана.

В качестве механических молотов применяют также железобе­ тонные болванки весом 3—5 Т, подвешиваемые к грузовому крюку стрелового крана. Поднимают молот с помощью лебедки крана. В зависимости от длины стрелы крана и веса болванки такими мо­ лотами можно забивать сваи различной длины.

Величина хода подвесных молотов — 1,5—3 м, скорость падения в момент удара достигает 6 м/сек\ число ударов зависит от высоты подъема молота и составляет для молотов с расцепляющим уст­ ройством 3—4 удара в 1 мин и для молотов, не имеющих такого устройства,— 10—12 ударов. Вследствие невысокой производи­ тельности механических молотов их применяют при небольших объ­ емах свайных работ.

П а р о в о з д у ш н ы е м о л о т ы , в которых энергия сжатого воздуха или пара используется только для поднятия ударной час­ ти, а падение молота происходит под действием собственного вееа, называются молотами простого или одиночного действия. Молоты, в которых энергия сжатого воздуха (пара) используется не только для подъема ударной части, но и для падения, называют молотами двойного действия.

По способу управления различают паровоздушные молоты с ручным, полуавтоматическим и автоматическим управлением. Па­ ровоздушные молоты одиночного действия и штанговые дизель-мо­ лоты имеют утяжеленные подвижные корпуса с цилиндрами, явля­ ющимися ударной частью.

Паровоздушные молоты двойного действия и трубчатые дизельмолоты имеют неподвижные рабочие цилиндры, в которых переме­ щаются ударные части — бойки.

Паровоздушный молот одиночного действия с ручным управлением (рис. 3.2)

состоит из массивного чугунного корпуса I с паровым цилиндром 2, прикрытым сверху крышкой 3, внутри которого находится неподвижный поршень 5 с полым штоком 6. Он имеет также парораспределительное устройство с трехходовым краном 4, через который поступает сжатый воздух (пар), и коромысло 9 для по­ ворота крана с помощью веревки. В нижней части цилиндра имеется отверстие для спуска конденсата 7.

Молот перемещается по направляющим копра, для чего на корпусе имеются приливы 8. Поднимается молот с помощью каната, закрепляемого на скобах 10.

Под давлением сжатого воздуха (пара), поступающего в пространстве между крышкой 3 и поршнем 5, корпус молота поднимается вверх, скользя по штоку 6, который опирается на голову сваи. В этот момент рабочий поворачивает треххо­ довой кран, и сжатый воздух из цилиндра выходит наружу, а корпус молота падает на голову сваи. Затем молот вновь поднимают вверх, в цилиндр подается сжатый воздух и т. д.

Отношение веса ударной части молота одиночного действия к весу сваи с наголовником при длине свай более 12 м принимают равным 1; при длине свай до 12 м, погружаемых в плотные грун­ ты — 1,5 и забиваемых в грунты средней плотности — 1,25.

Паровоздушные молоты двойного действия производительнее молотов одиночного действия, так как пар (воздух) используется

57

ВидА

Рис. 3.2. Паровоздушный молот одиночного действия с ручным управ­ лением

не только для подъема ударной части, но и для падения ее. Число ударов достигает 150 в минуту и более. Паровоздушные молоты двойного действия можно применять и для забивки свай под водой.

Схема устройства паровоздушного молота двойного действия показана на рис. 3.3. Внутри чугунного корпуса, 1, состоящего из трех частей, перемещается боек 3 с поршнем 2. Корпус молота внизу имеет стальную опорную плиту 4 для установки молота на голову сваи, которая заделана между ножками 5. Три части корпуса молота стянуты вместе с крышкой 6 болтами 7.

В окне средней части корпуса находится золотниковое устройство и отвер­ стие 8, в которое ввертывают штуцер для подачи шлангом пара или воздуха а в верхней и нижней частях цилиндра расположены паровые клапаны 9. Молот под­ вешивают к подъемному тросу копра или грузовому крюку стрелового крана с помощью скобы 10 на крышке молота.

При пуске пара (воздуха) в подпоршневое пространство через золотниковое устройство и каналы в теле корпуса цилиндра боек поднимается, и подпоршне-

58

где t\, t2, — соответственно продолжительности холостого, рабо­ чего ходов и время, затрачиваемое на переключение золотника.

Для молота двойного действия значение энергии одного удара Е с учетом потерь определяют по формуле

пара (сжатого воздуха) в цилиндре молота; Q — вес ударной части молота.

Номинальная энергия удара молота двойного действия должна составлять 0,3—0,6 кГ-м на каждый кГ веса сваи, погружаемой в в плотный грунт, и 0,2—0,5 кГ- м— при забивке в слабые грунты. Основные параметры молотов одиночного и двойного действия, со­ ответствующие ГОСТ 7888—66 «Молоты сваебойные», приведены в табл. 3.1 и 3.2.

Для обеспечения работы паровоздушных молотов применяют па­ росиловое оборудование или компрессорную установку. Чаще всего используют вертикальные водотрубные паровые котлы давления

59