книги из ГПНТБ / Николаев, Б. А Погружение свай с помощью электроосмоса

После 3 час. 40 мин. работы ток был выключен, свая 20 по­ гружалась ниже глубины 20, 57 м от 12 залогов с увеличенными

отказами еще до глубины 21,3§ м. Очевидно, до этой глубины продолжало оказываться электрооамотическое увлажнение грунта вокруг сваи, снижавшее трение о грунт при ее погру­ жении. При меньшем действии тока на грунт отказы уменьша­

лись быстрее. Например, забивка сваи 18 электроосмотическим способом продолжалась 1 час, после выключения тока нормаль­ ные дЛя 'Данной глубины отказы восстановились через 10 зало­

гов (через 50 мин.). У всех свай в межморенных отложениях наблюдалось резкое уменьшение отказов на глубине 18—18,5 м,

Рис. 19. Кривые изменения отказов в зависимости от глубины и погружения стальных трубчатых свай V и VI рядов с помощью электроосмоса и обыч­ ным способом

что, по-видимому, вызывалось скоплением в этой толще гальки и валунов. Свая 19 остановлена на глубине 18,65 м, вероятно, на камнях, при отказах меньше 0,1 см.

Электроосмос способствовал более легкому прохождению сваями валунных скоплений. Все сваи, погруженные с помощью электроосмоса, проходили тяжелые валунные грунты.

Из графика забивки свай V и VI рядов (см. рис. 18) видно, что влияние электроосмоса на ускорение забивки свай в верхне­

моренные и нижнеморенные суглинки различно. Все сваи, за­ биваемые с (помощью электроосмоса и обычным способом, бы­ стро и легко погружалисо на глубину 17 м. в верхнеморенные суглидки, имевшие влажность 16—18%, пористость 26—36% и степень водонасыщения 0,91—1. Сваи 22, 26 и 28 были забиты на глубину 17 м с помощью электроосмоса после 214—220—294

ударов молота, а сваи 23, 29 и 27 —без электроосмоса лишь

40

после 370, 293 и 348 ударов. Таким образом, количество ударов при электроосмотическом способе забивки сваи оказалось на 25—43% меньше, чем при забивке обычным способом. Ниже 17—18 м начинаются значительные расхождения в скорости по­ гружения, количестве ударов и величине отказов при забивке

обоими способами. В межморенных отложениях действие элек­ троосмоса различно, так как состав их неоднороден. В песках,

содержащих до 45% гравия и гальки, забивка свай производи­

лась с трудом, электроосмос не облегчал ее. Поэтому на глу­ бине 17,5—19 м отказы сильно уменьшались. Ниже межморен­

ных отложений сваи погружались в более плотные нижнеморенные суглинки, содержавшие гравия, гальки и валунов до 35% и имевшие влажность 8—13%, пористость 19—25% и степень

водонасыщения 0,8—0,95. Сваи 22, 26 и 28 были, забиты в ниж­ неморенные суглинки при напряжении 49—45 в и силе тока 30—40 а с глубины от 19 до 21 м после 190—250—210 ударов молота, что составляло 95—125 ударов на 1 м погружения сваи.

Для забивки свай 23 и 29 без электроосмоса на ту же глубину потребовалось 770 и 540 ударов (табл. 12), т. е. 385 и 270 уда­

ров для погружения на 1 м.

Эти результаты показывают, что при электроосмотическом способе забивки свай в нижнеморенные суглинки затрачива­

лось в 2—4 раза меньше работы, чем при обычной забивке. Большая плотность нижнеморенных суглинков вызывала замед­ ление погружения свай и увеличение времени действия постоян­ ного тока, при этом возрастало количество электроосмотически перенесенной воды к катоду и уменьшалось сопротивление

грунта погружению сваи. Число ударов молота становилось

меньше на 53—76% по сравнению с обычной забивкой. Если же сравнить общее количество ударов молота по сваям 22, 26 и 28, забитым с помощью электроосмоса (640—650—694), с числом ударов по сваям 23, 27 и 29, погруженным обычным способом (1550—1228—1208) почти на одну и ту же глубину (21 л«), то оказывается, что число ударов молота с использованием элек­ троосмоса в два раза меньше. Следовательно, при напряжении 45 в и силе тока 30—40 а сваи забивались в два раза быстрее и с меньшим количеством ударов молота, чем при обычной за­ бивке.

Этот вывод подтверждается графиками зависимости вели­ чины отказов от глубины погружения свай (см. рис. 19). В верх­ неморенных суглинках отказы свай, погружаемых с помощью электроосмоса, не намного больше отказов, полученных при обычной забивке. Заметное расхождение в величине отказов начинается ниже глубины 18 м. При забивке указанных свай

в нижнеморенные суглинки на глубине от 18 до 21 м отказы свай, погружаемых с использованием электроосмоса, состав­ ляли 0,5—1 см, а забиваемых обычным способом — 0,2—0,35 см, т. е. в 2—4 раза меньше. Эти опыты показывают, что при

4-1

Таблица 12

Сравнение числа ударов молота и величины отказов при забивке свай в верхне- и нижнеморенные суглинки с помощью электроосмоса и обычным способом

медленной забивке свай в нижнеморенные плотные суглинки по­

лучается значительный эффект от использования электроосмоса.

Таким образом, опыты в производственных условиях под­ тверждают вывод, сделанный на основании лабораторных ис­

следований, о большем эффекте электроосмоса при забивке

свай в более плотные грунты, чем в менее плотные.

Забивка стальных свай при напряжении 112 в и силе тока 80—94 а

Сваи 24 и 25, входящие в V ряд, забивались с помощью

электроосмоса при напряжении 112 в, а сваи 26 и 28, забитые

ранее при 45 в, затем добивались при напряжении около 100 в.

Сведения о глубине и продолжительности забивки свай 24 и 25,

а также режиме постоянного тока приводятся выше в табл. И.

При забивке сваи 24 менялась ее полярность. Сначала свая-

анод была забита с глубины от 3,77 до 10,09 м при напряже­ нии 82—83 в и силе тока 57—60 а. Свая-анод погружалась плохо, с уменьшенными отказами 4,5—3,1 см вместо обычных

для этой глубины 10—5 см. Далее эта свая уже в качестве ка­ тода забивалась до глубины 11,96 м с небольшими отказами 2,1—3,8 см. Ниже до глубины 14,03 м она погружалась без

электроосмоса с отказами 3,4—2,3 см. Затем вновь была изме­ нена полярность сваи и при погружении ее в качестве анода от­

43

казы начали (резко снижаться до 0,9—0,6 см. Выключив ток,

сваю забивали до глубины 14,98 м с теми же отказами. Даль­ нейшая .забивка оваи в качестве катода производилась до глу­ бины 20,83 м при напряжении в 112 б-и силе тока от 80 до 94 а.

Свая начала быстро погружаться (см. рис. 18), и отказы воз­ росли до 2—3,5 см, а затем снова понизились до 1,1—1,8 см (см.

рис. 19).

Опыты показали, что если сваю использовать в качестве

положительного электрода, то вокруг нее можно быстро подсу­ шить трунт. При этом увеличивается трение сваи о грунт и воз­ растает сопротивление сдвигу. Этот (метод может быть исполь­ зован для быстрого 'восстановления прочности грунта вокруг

сваи, погруженной с помощью электроосмоса.

Свая 25 была забита на глубину 21,41 м с помощью электро­ осмоса при напряжении 112 в и силе тока 89 а. Она 'быстро погружалась до глубины 19 м, а ниже отказы сильно уменьши­ лись из-за присутствия 'большого количества валунов и до­ стигли 0,6 см (см. рис. 19). Потом отказы увеличились и с глу­ бины 20 м составляли около 1,7 см (табл. 12).

Сравнивая графики забивки свай (см. рис. 18), видим, что

кривые зависимости между числом ударов .молота и глубиной

погружения сваи 25 до глубины 16 м очень похожи на анало­ гичные кривые свай 26 и 28, хотя свая 25 забивалась при на­ пряжении 112 в, а свая 26'—при 45 в. Кривая сваи 24 не может

сравниваться с другими кривыми вследствие того, что ее поляр­ ность изменялась. Следует, однако, отметить, что после этих переключений свая 24 давала на глубине 17—20 м наибольшие

отказы, достигавшие 3,5 см. Общее число ударов молота для

забивки свай 24 и 25 на глубину от 6 до 21 м составляло 645 и 615 ударов, т. е. оказалось в два раза меньше, чем для за­

бивки свай обычным способом, и было почти одинаково с чис­

лом ударов молота при забивке свай с напряжением 45 в. Так как при забивке свай в верхнеморенные суглинки наблюдались

резкие несопоставимые (изменения в количестве ударов и вели­ чине отказов, то для исследования влияния изменения напря­ жения на эффективность электроосмоса использовались более

устойчивые данные, полученные при забивке свай в нижнемо­

ренные суглинки.

Для .забивки свай 24 и 25 на глубину от 19 до 21 м в нижнеморенные суглинки при напряжении 112 в потребовалось мень­ шее количество ударов молота (140—190), чем при забивке свай 26 и 28 при напряжении 45 в (210—250 ударов), как это видно из табл. 12. При забивке стальных свай обычным спо­ собом в нижнеморенные суглинки на глубину от 19 до 21 м от­ казы составляли 0,2—0,35 см\ при забивке же с помощью элек­ троосмоса при напряжении 45 в и силе тока 35—40 а отказы увеличились до 0,5—1 см, а при напряжении 112 в и силе тока 90 а они составляли 1,3—2 см. Из этих примеров видно, что

44

с увеличением напряжения и силы тока возрастали отказы и экономия в работе.

Для подтверждения полученных наблюдений сваи 26 и 28, забитые па глубину около 21 м при напряжении 45 в и силе тока 30—40 а, через некоторое время добивались на большую глу­

тока в 2—2,5 раза отказы свай в нижнеморенных суглинках

значительно увеличиваются. В отдельных случаях изменения отказов вызываются неоднородностью моренных суглинков и наличием в них включений валунов.

Кроме опытов со стальными сваями, ниже приводятся ре­ зультаты забивки деревянных свай с помощью электроосмоса при различном напряжении тока. Описание способа забивки де­ ревянных свай IX куста дано в § 6. С возрастанием напряже­ ния и силы тока конечные отказы свай становились больше по сравнению с отказами свай, забиваемых без электроосмоса. Например, сваи 1, 4, 5, 7, погружаемые без электроосмоса на

глубину 3,8 м, имели конечные отказы 0,16—0,17 см, при забив­ ке же сваи 9 с напряжением 50 в отказы увеличивались до 0,31 см, а при возрастании напряжения до 100 в отказы свай 2 и 3 составляли 0,41—0,45 см. Таким образом, эти данные так

же, как и опыты со стальными сваями, показывают, что ско­

рость электроосмотического погружения свай зависит от вели­ чины напряжения и силы тока и, следовательно, поддается ре­ гулированию.

На рис. 20 и 21 приводятся данные об изменении парамет­

ров тока при углублении стальных свай. Из кривых на рис. 20

видно, что при погружении стальной сваи в грунт имело место небольшое падение напряжения и соответственно слабое воз­ растание силы тока, так как с увеличением глубины увеличи-

45

вались площадь электродов и объем электропроводящего грун­

та, окружающего сваи-электроды. Из кривых на.рис. 21 следует, что с углублением сваи возрастала мощность, а плотность тока (удельная нагрузка) падала. Удельная нагрузка тока на сталь­

ную сваю при напряжении 45 в составляла 1,9 а/м, а при

112 в — 4,4 а/м.

9. Влияние скорости погружения стальных свай и расстояния между сваями-электродами на ускорение их забивки

с помощью электроосмоса

При забивке свай скорость их погружения оказывает боль­ шое влияние на эффект электроосмоса. Так, например, при за­ бивке стальных свай на опытном стенде с помощью электроос­

моса и обычным способом глубже 16 м в нижнеморенных су­

глинках при скорости менее 0,8—1 cmImuh и величине отказов менее 3 см наблюдалось заметное расхождение в скорости по­ гружения и в отказах. По мере углубления свай и замедления их погружения это расхождение увеличивалось (см. рис. 19).

Кроме того, было установлено, что при более быстром погру­ жении сваи 26 с использованием электроосмоса (при работе

двух компрессоров) отказы увеличивались в меньшей степени,

чем при более (медленной забивке сваи 20 (при работе одного компрессора). Напряжение при забивке обеих свай было оди­ наковым (45 в).

Аналогичные выводы можно было сделать по результатам забивки деревянных свай, описание которых дано в § 6, и по лабораторным исследованиям (§ 3). При углублении деревян­

ных свай ниже 2 м, когда отказы становились меньше 1 см, а скорость погружения менее 0,8 см)сек, наблюдалось увеличи­ вающееся расхождение в отказах и скорости при забивке раз­ ными способами. К концу забивки отказы и скорость забивки, с помощью электроосмоса были в два раза больше, чем при обычном способе.

Влабораторных условиях стальная модель сваи забивалась

сразной скоростью в нижнекембрийскую глину с влажностью

22—24%. При медленном погружении сваи с помощью электро­ осмоса (в течение 3 мин.) число ударов сокращалось на 17— 25% по сравнению с быстрой забивкой (за 1 мин.). Больший эффект электроосмоса при более медленной забивке объяс­

няется тем, что при более длительном действии тока происхо­ дит электроосмотический перенос большего количества . воды (что следует из формулы 5), лучшее смачивание острия сваи и расширение зоны электроосмотического водонасыщения грун­ та вокруг катода. Поэтому больший эффект от использования электроосмоса наблюдается при медленной забивке сваи в плот­

ные грунты, чем при. быстрой — в менее плотные грунты.

4?!

Вопрос о влиянии величины расстояния между сваями-элек­ тродами на ускорение забивки свай с использованием электро осмоса имеет практическое значение. С целью исследования

этого вопроса на опытном стенде были забиты две стальные

сваи 24 и 25 на расстоянии 3,7 и 7,4 м от сваи-анода 23 и добита свая 22 на расстоянии 11 м. от сваи-анода 25. Результаты за­ бивки этих свай приводятся в табл. 44.

Таблица 14

Результаты забивки стальных свай с помощью электроосмоса при различном расстоянии между сваями-электродами

нения силы тока, величины отказов и числа ударов молота .при забивке свай на различных расстояниях, но на одинаковую глу­ бину в нижнеморенные суглинки. При этом напряжение тока

глубины их забивки в грунт.

Кроме вышеуказанных опытов, на стенде производились за­ меры силы тока при разном расстоянии между забитыми сталь­ ными сваями-электродами (3,85—7,8—И м) при напряжении

45—52—85—115 в (табл. 15). Сваи были забиты в моренные суглинки почти на одинаковую глубину. По условиям опыта

ток мог (проходить только через грунт, окружающий сваи-элек­

троды.

Увеличение расстояния между сваями-электродами (от 3,85

до 11,3 м) в два-три раза при одинаковом напряжении незна­ чительно уменьшало силу тока (на 8—15%) и затрату электро­ энергии. Поэтому сокращение количества электроосмотически перенесенной воды к свае-катоду было также незначительным и,

48