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

таким образом, заметного уменьшения влияния электроосмоса на ускорение .погружения свай не могло быть. Очевидно, можно увеличивать расстояние между сваями-электродами больше, чем в опытах (11 м), по-видимому, на величину, численно рав­ ную глубине их забивки (21 м) без большого снижения эффекта

электроосмоса (до 30 %) •

Таблица 15

Влияние величины расстояния между сваями-электродами

______________________ на силу тока______________________

Из табл. 14 видно, что средний градиент потенциала для свай 24—23, 25—23 и 22—25 соответственно составлял 0,302, 0,151 и 0,101 в!см. Он изменяется обратно пропорционально расстоянию между сваями-электродами, но не соответственно

изменениям силы тока и величине отказов. Поэтому градиент потенциала не может служить характеристикой зависимости ускорения погружения свай с помощью электроосмоса от рас­ стояния между сваями-электродами. Таким показателем яв­ ляется сила тока (плотность или удельная нагрузка) при неиз­ менном электрическом напряжении и сопротивлении грунта.

Таким образом, полученные результаты исследований сви­

детельствуют, что применение электроосмоса при забивке сталь­ ных свай в плотные моренные суглинки сокращает число ударов молота более чем в два раза, а конечные отказы свай возрас­ тают в несколько (3—5 )раз по сравнению с обычной забивкой.

Ускорение забивки свай с помощью электроосмоса можно регу­ лировать, изменяя напряжение тока. Наибольший эффект от электроосмоса наблюдается при медленном погружении свай в плотные, водонасыщенные грунты. Расстояние между сваямиэлектродами можно увеличивать до величины, численно равной глубине их забивки, без большого снижения эффективности

электроосмоса.

Эти закономерности, полученные при забивке стальных свай в моренные суглинки, в общем применимы и к забивке неметал­ лических свай с электродами в другие грунты, однако эффек­ тивность электроосмоса будет иной, и она может быть опреде­ лена путем исследований в конкретных условиях.

с помощью электроосмоса. Диаметр стальной трубы электрода (529 мм) 'был несколько больше, чем диаметр железобетонных секций (500 мм), благодаря чему при забивке ослаблялось трение железобетонной сваи о грунт. Кроме того, под действием электроосмоса уменьшались трение стальной трубы-электрода о грунт и реакция грунта под острием башмака сваи. Так как сопротивление грунта погружению сваи при этом уменьшалось, то отказы увеличивались, и свая не разрушалась.

Для предохранения голов свай от деформации применялся

стальной наголовник с деревянным лодбабком, накрывавшийся

стальным поддоном, по которому наносились удары молотом (рис. 24). Ток подключался к кольцу верхней секции, проводни­ ком служила стальная арматура секций. В качестве свай-ано­ дов использовались соседние стальные сваи. Расстояния между сваями-электродами указаны на схематическом плане (см.

рис. 16).

Геологические условия погружения железобетонных свай

были такими же, как и для стальных свай, между которыми они забивались (см. § 7).

Эффективность электроосмотического способа ускорения забивки железобетонных свай

Железобетонные трубчатые сваи, погружаемые под ударами молота в плотные моренные грунты, разрушались от 500 ударов и меньше. Задача заключалась в том, чтобы с помощью элек­ троосмоса добиться погружения этих свай в плотные нижне­ моренные суглинки без каких-либо деформаций. Сведения о за­

в табл. 16. Для забивки использовался молот, вес ударной части которого равнялся 6 т.

Для характеристики эффективности электроосмоса сравни­

ваются результаты погружения железобетонных свай 31 и 33а

со стальными сваями 9 и 11 0 529 мм, забитых обычным спо­ собом. Чтобы забить железобетонные сваи-катоды 31 и 33а на глубину от 18 до 19 м, потребовалось соответственно 340 и 250

ударов, а стальные сваи 9 и 11 обычным способом на ту же глубину — 450 и 430 ударов. Таким образом, при использова­ нии электроосмоса число ударов уменьшилось до 45%. Для за­ бивки сваи 33а в верхнеморенные суглинки до глубины 18 м потребовалось 610 ударов, а в нижнеморенные на глубину от

52

1 Свая 33а забивалась с изменением полярности, она служила анодом на глубинах 19,87—19,94 и 20,01 -20,06 м и £2 катодом на глубинах 2,55—19,87, 19,94—20,01 и 20,06—20,96 м.

на электродах при электроосмотическом водопонижении. По его данным, допустимая удельная нагрузка на аноды должна составлять около 1—2,5 а/м в зависимости от диаметра анода

иудельного сопротивления грунта, чтобы не вызвать перегрева

ичрезмерного осушения грунта.

Внаших опытах напряжение постоянного тока было около

100—112 в и для железобетонной сваи 31 сила тока равнялась

80 а, а для стальной сваи 24 — 94 а; при этом длина стальной трубы-электрода сваи 31 составляла 4 м, а длина сваи-элек­ трода 24—20 м. Удельная нагрузка тока на стальной трубеэлектроде сваи 31 равнялась 20 а/м, а при забивке стальной сваи 24 — 4,4 а/м, т. е. почти в пять раз меньше.

Удельная нагрузка тока на электрод железобетонной сваи изменялась обратно пропорционально его длине. Этот резуль­ тат, полученный на основании производственных испытаний,

подтверждает правильность формулы (8). Однако при забивке стальных свай число ударов молота под действием электроос­

моса было приблизительно в два р^за меньше, чем при забивке железобетонных свай. Площадь же электродов последних со­ ставляла 20% от площади стальных свай. Поэтому для сохра­ нения эффекта электроосмоса при уменьшении. площади элек­

тродов до 20% от всей поверхности сваи необходимо плотность

тока рассчитывать по формуле (9), вводя коэффициент р>2. Удельная нагрузка тока была .значительно больше рекомендуе­ мой А. А. Мухиным, но вследствие кратковременности действия тока не происходило заметного увеличения электрического со­

противления и иссушения грунта.

Эффективность вибропогру jfc е н и я железобетонных с в а й с помощью электроосмоса

Опытные железобетонные сваи 33, 35 и 6 были погружены в моренные суглинки вибратором ВП-3 с помощью электроос­

моса на глубину 19 м. Две сваи 33 и 35 со стальными трубами-

как при сооружении опоры моста рядом с опытным стендом железобетонные трубчатые сваи 21, 42, 43 и др. погружались вибратором без помощи электроосмоса в 1,6—2 раза медленнее (80—106 мин.). Диаметр стальной трубы-электрода свай со­

ставлял 529 мм, а железобетонных секций 560 мм. Все сваи по­ гружались в одинаковых геологических условиях и почти на

одну и ту же отметку.

При сооружении другой опоры моста вибратором погружа­ лись свая 6 с помощью электроосмоса и соседняя свая 5 обыч­ ным способом. Они погружались в более труднопроходимые мо­

54

ренные грунты. Размеры свай и отметки их погружения были одинаковыми со сваями 21, 42 и 43. Погружение сваи 6 с ис­ пользованием электроосмоса (три напряжении 50—70 в) проис­ ходило за 150 мин., т. е. на 62 мин. быстрее, чем сваи 5 (212 мин.). Эти данные свидетельствуют о том, что электроос­

мос способствует ускорению и облегчению вибропогружения свай в плотные глинистые грунты. Для оценки эффективности этого способа в других геологических условиях необходимы дальнейшие производственные испытания.

11. Применение электроосмотического способа ускорения забивки трубчатых железобетонных свай на мосту Строителей в Ленинграде

В 1958 г. Ленмостострой при консультации ЛИИЖТ (ав­ тора) применил электроосмотический способ забивки трубча­

тых железобетонных свай в плотные моренные суглинки и элек­ троосушение грунтов для восстановления несущей способности свай отри сооружении моста Строителей. Железобетонные сваи,

составленные из отдельных секций, имели наружный диаметр

550 мм, внутренний 400 мм. Их нижняя часть длиной 3 м пред­

ставляла стальную трубу диаметром 529 мм с глухим кониче­

ским башмаком. Стальной конец сваи предохранял ее от раз­

рушения при прохождении плотных .моренных суглинков с са­ лунами и одновременно служил электродом. Для сохранения

головы сваи от деформации на верхнее стальное кольцо железо­ бетонной секции приваривалась стальная труба-амортизатор

длиной около 2 м. На ее верхний конец клалась толстая сталь­ ная плита-поддон, по которой наносились удары молота. Свая

забивалась воздушным молотом одиночного действия с ударной частью весом 6 т. Забивка наклонных свай с заложением 3:1

осуществлялась с помощью металлического копра. Последний передвигался по эстакаде, сооруженной на деревянных сваях.

никовые отложения — слоистые ленточные глины, под которыми

находились ледниковые отложения (суглинки, супеси с гравием, галькой и валунами, содержащие линзы песка). Влажность мо­ ренных суглинков изменялась от 15 до 18%; плотность грунтов

увеличивалась с глубины 13—14 м. На глубине 14—19,5 м лед­ никовые отложения подстилались переходной глинистой толщей переотложенных кембрийских глин. В геологическом разрезе преобладали глинистые грунты, поэтому было весьма благо­ приятно использовать при забивке свай электроосмос.

Источникам постоянного така являлся генератор СМГ-2Г сварочного агрегата СУГ-2Р-У. При погружении однополюсных

55

свай электроосмотическим способом по схеме, изображенной на рис. 1, напряжение постоянного тока равнялось 60—80 в, а сила гона достигала 65—70 а. Удельная нагрузка тока на электрод была 23 а/м. После забивки сваи-катода для быстрого восста­ новления прочности окружающего грунта она использовалась в качестве анода при погружении следующей соседней оваи-ка- тода.

Около ста свай было забито с помощью электроосмоса для опор -моста, из них около сорока для опоры А, десять — для опоры Б и около пятидесяти—для опоры В. На опоре Б в (виде опыта копер и эстакада были изолированы от земли.

Схема расположения евай-электродов

электроосмоса и обычным способом на мосту Строителей

Результаты забивки этих свай приводятся ниже и они пока­ зывают существенное влияние электроосмоса на скорость потру?

жения свай. Забивка первой секции происходила быстро и осу­ ществлялась обычным способом; вторая секция погружалась медленнее, но стоило применить электроосмос, как сваи стали погружаться значительно быстрее. Это видно из кривых зави­ симости между количеством ударов молота и глубиной погру­ жения железобетонных трубчатых свай обычным способом и с помощью электроосмоса (рис. 25). Чтобы погрузить сваи для опоры Б обычным способом на глубину 17 м потребовалось

900—1 100 ударов. По мере углубления погружение замедля­ лось. Особенно это было ощутимо при глубинах ниже 13—15 м

56

свидетельствовало об уменьшении числа ударов молота. Сваи под влиянием электроосмоса погружались на большую глубину,,

но в два раза с меньшим числом ударов (80—90), чем обычно.

О влиянии электроосмоса на ускорение и облегчение за­

бивки свай можно было судить по изменению величины конеч­ ных отказов. Забивка свай обычным способом заканчивалась при отказах около 0,5 см. Вследствие неоднородности грануло­ метрического состава и физических свойств проходимых сваями грунтов конечные отказы на проектной отметке довольно сильно изменялись (от 0,2 до 0,7 см). При забивке свай обычным спо­ собом, когда отказы уменьшались до 0,5—0,8 см, включался по­

стоянный ток, который пропускался между сваями-электродами

втечение остального срока забивки. При погружении свай с по­ мощью электроосмоса для опоры Б отказы постепенно увеличи­ вались и в конце достигли 0,9—1,4 см. На рис. 26, а показаны кривые изменения отказов в зависимости от глубины забивки тех же свай, для которых на рис. 25 построены графики за­ бивки; на рис. 26, б приведены кривые изменения отказов для

свай, подвергнувшихся статическим и динамическим испыта­

ниям. Анализируя эти кривые, можно сделать вывод, что при

прохождении тока только между сваями-электродами конечные

отказы свай возрастали в два раза и более. При этом утечки постоянного тока не превышали 5 а. Другие же сваи (напри­ мер 46), забиваемые с использованием электроосмоса, давали

небольшое увеличение отказов. Слабое действие электроосмоса

вданном случае объясняется утечками постоянного тока, ко­

торые появляются в том случае, когда отрицательный полюс ге­ нератора соединен не с одной погружаемой сваей-катодом, а вследствие плохой изоляции копра заземляется еще где-либо.

При забивке свай для опор А и В утечки тока составляли

более 40 а, т. е. более половины всей расходуемой электро­

энергии, что снижало эффект электроосмоса. Уменьшались

утечки, возрастали отказы. Особенно большой силы достигали утечки тока (>150 а) при заземлении эстакады опоры В на шпунтовое ограждение котлована.

В результате использования электроосмоса и применения амортизатора стальной трубы забивка свай для опор А и Б про­ изводилась без раскалывания, при этом сваи имели марку бе­ тона более 300 кг/см2.

Электроосмос способствовал легкому прохождению валун­ ных суглинков и сводил к минимуму поломки свай. Последние погружались с большими отказами, так как сопротивление

грунта уменьшалось. Следовательно, увеличивалась полезная работа молота, а упругие и неупругие деформации сваи сокра­

57

щались. .Удары молота с большей силой передавались сваей на

встречающиеся мелкие валуны и последние легче отжимались в сторону в ослабленный грунт. В итоге сваи лучше сохранялись

Отказ ат удара молота

Рис. 26. Кривые изменения отказов в зависимости от глубины погружения железобетонных трубчатых свай с помощью электроосмоса и. обычным способом на мосту Строителей

от поломок и хорошо проходили мелкие скопления валунов, на которых при обычном способе забивки сваи останавливались и раскалывались. С помощью электроосмоса, как это видно из рис. 26, а, достигалась большая глубина погружения свай с большими отказами.

■58