5.1. Методы погружения заранее изготовленных свай

Наиболее широко в строительстве используются готовые железобетонные сваи квадратного или прямоугольного сечения длиной от 3 до 20 м и сечением от 20x20 до 40x40 см. Применяются также составные сваи такого же сечения, сваи-ко­лонны и пирамидальные сваи, дающие возможность при том же расходе матери­алов повысить за счет распорного эффекта несущую способность почти в 1,5 раза.

С предприятий стройиндустрии сваи доставляют в готовом для погружения в грунт виде. В зависимости от характеристик грунта существует ряд методов устройства свай, в том числе ударный. Вибрационный, вдавливанием, завинчиванием, с использованием подмыва и электроосмоса, а также различными комбинациями этих методов.

Ударный метод основан на использовании энергии удара(воздействия ударной нагрузки), под действием которой свая своей нижней заостренной частью внедряется в грунт. По мере погружения она смещает частицы грунта в стороны, частично вниз или наверх. В результате погружения свая вытесняет объем грунта, практически равный объему ее погруженной части. Меньшая часть этого грунта оказывается на дневной поверхности, большая – смешивается с окружающим грунтом и значительно уплотняет грунтовое основание. Зона заметного уплотнения грунта вокруг сваи составляет 2…3 диаметра сваи.

Ударную нагрузку на оголовок сваи создают специальные механизмы:

паровоздушные молоты, которые приводятся в действие силой сжатого воздуха или пара, непосредственно воздействующих на ударную часть молота;

дизель –молоты, работа которых основана на передаче энергии сгорающих газов ударной части молота;

вибропогружатели –передача колебательных движений рабочего органа на сваю (использование вибрации);

вибромолоты- сочетание вибрации и ударного воздействия на сваю.

Погружение свай вибрированием осуществляют с использованием вибрационных механизмов, оказывающих на сваю динамические воздействия, которые позволяют преодолеть сопротивления трения на боковых поверхностях сваи, лобовое сопротивление грунта, возникающее под острием сваи, и погрузить сваю на проектную глубину (рис. 6.7 стр. 188 Теличенко В.И.)

Для погружения свай в грунт вибрированием используют вибропогружатели, которые подвешивают к мачте сваепогружающей установки и жестко соединяют с наголовником сваи. Действие вибропогружателя основано на принципе, при котором вызываемые дисбалансами вибратора горизонтальные центробежные силы взаимно ликвидируются, в то время как вертикальные силы суммируются. Амплитуда виброколебаний и масса вибросистемы, в которую входят свая, наголовники и вибропогружатель, должны обеспечить вибрацию примыкающим слоям грунта, включение их в эту систему, в результате происходит раздвижка зерен грунта под контуром погруженной части сваи.

Более универсальным является виброударный способ погружения свай с помощью вибромолотов. При работе вибромолота наряду с вибрационным воздействием на сваю периодически опускается ударник, оказывая и динамическое воздействие на голову сваи.

Наиболее распространены пружинные вибромолоты. В них при вращении валов с дебалансами в противоположных направлениях создаются постоянные колебания. Когда зазор между ударником и наковальней сваи оказывается меньше амплитуды колебаний, ударник периодически ударяет через наковальню по свае. Вибромолоты могут самонастраиваться, т.е. увеличивать энергию удара с повышением сопротивления грунта погружению сваи. Масса ударной части вибромолота применительно к погружению железобетонных свай должна быть не менее 50 % от массы сваи и составлять 650…… 1350 кг.

Наряду со сплошными сваями (без полостей в стволе) в незначительном объеме изготовляются полые (с продольной полостью в ее стволе), в том числе железобе-тонные призматические и пирамидальные сваи с полостями различных попе­речных сечений, трубчатые (забивная цилиндрическая свая, образуемая погру­жением в грунт стальной или тонкостенной железобетонной трубы), пакетные — готовые сваи, полученные из нескольких продольных элементов, соединенных в пакет. К готовым сваям относятся и шпунтовые сваи (итуптииы) из досок либо брусьев с боковым гребнем и пазом или из специального прокатного профиля с замковым соединением по боковым продольным сторонам для образования в грунте водонепроницаемой шпунтовой стенки. Полые сваи, через полость кото­рых осуществляется охлаждение вечномерзлых грунтов в зимнее время, называ­ются холодными.

Тонкостенные полые сваи большого диаметра (свыше 0,8 м) с замкнутым по­перечным сечением (сваи-оболочки) позволяют экономить при одинаковой удель­ной несущей способности с традиционными конструкциями свай до 30% бетона и 10-20% арматуры. Сваи-оболочки Имеют кольцевое сечение диаметром до 6 м и общую длину до 40 м, составленную из звеньев длиной 3—8 м.

Забивка свай осуществляется с помощью копровых установок (копров), смон­тированных на различном ходовом оборудовании: колесных тележках, спец шасси с пневмоколесным ходом, самоходных кранах и экскаваторах и др. Рабочим обо­рудованием таких установок являются свайные молоты. Свайный молот со свай­ным наголовником навешивается на мачту копра. В зависимости от проектного положения свай применяются вертикальные копры (для забивки вертикальных свай), наклонные (для забивки наклонных свай) и универсальные (для забивки свай в любом положении).

При выборе типа агрегата следует исходить из технологических условий пло­щадки, типоразмеров сваи, производительности и технологических особеннос­тей машины и сетки свайного поля.

До начала производства свайных работ должны быть выполнены следующие операции: отрывка котлованов и траншей, разбивка осей свайных рядов и мест погружения свай, устройство подъездных дорог, укладка свай у места их погру­жения с предварительным осмотром и в случае необходимости с отбраковкой. Для раскладки комплектов свай у мест их погружения используется грузоподъ­емный кран. Свая, являющаяся ориентиром при погружении других свай свай­ного или шпунтового ряда, называется маячной. В случае повреждения или недостаточной несущей способности проектной сваи рядом с ней погружается в грунт свая-дублер.

Технологический процесс погружения свай забивкой состоит из следующих" операций: установки копра; подтаскивания сваи к копру (подтаскивать сваи мож­но только через отводной блок, закрепленный на основной раме сваебойного агрегата); подъёма и установки сваи на место погружения пол молот (призмати­ческие сваи стропят, обязательно пропуская через монтажную петлю, тросом-удавкой, длина свободного конца которого не должна превышать 15 см); наведе­ния, ориентирования и погружения сваи ударами молота; перехода копра или перемещения оборудования к очередному месту погружения свай. При этом 70— 80% рабочего времени расходуется на передвижки копров, сама же забивка свай занимает только 20—30%. Поэтому выбору наиболее подходящего сваебойного оборудования и рациональной схемы перемещения копров, подготовке путей, предварительному размещению свай на площадке, подаче их к копру, строповке и другим вопросам организации работ необходимо уделять большое внимание.

Свайные молоты подразделяются по виду привода, по способу управления и принципу действия. Они бывают: с механическим приводом (ударная часть этих молотов поднимается лебедкой); с гидравлическим приводом (преобразование и транспортирование энергии посредством жидкости); с пневматическим при­водом (используется энергия сжатого воздуха); дизель - молоты (работают по принципу двигателя внутреннего сгорания).

Системы управления свайного молота делятся на рычажные, полуавтома­тические и автоматические. По принципу действия различают молоты: простого действия, у которых привод используется только для подъема ударной части, а забивка свай осуществляется ударом свободно падающего молота; двойного дей­ствия, у которых привод используется как для подъема, так и для забивки сваи (дизель -молоты).

В мировой практике самой многочисленной группой машин для забивки свай, шпунта и труб являются трубчатые дизель-молоты. Они выгодно отличаются от других типов молотов независимостью от посторонних источников энергии, простотой конструкций, низкой себестоимостью и высокой производительнос­тью. У трубчатых дизель - молотов есть и существенные недостатки: они трудно запускаются при погружении свай в слабые грунты и не обеспечивают независи­мого управления при блочной и батарейной забивке свай.

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, включая во всех случаях массу наголовника.

Возрастающие нагрузки на фундаменты требуют создания сваебойной техни­ки с массой ударной части до 10 т, а для строительства монументальных сооруже­ний — паровоздушных молотов и гидромолотов с массой ударной части 50—200 т.

Выбор молота для забивки свай и свай-оболочек производят в зависимости от проектной несущей способности свай и их массы. Вначале определяют мини­мально необходимую энергию удара молота Э (в Дж):

Э=175аР,

где: а - коэффициент, равный 25; Р - несущая способность сваи, кН.

По справочным данным подбирают молот, энергия удара которого

превышает значение Э.

Проверку производят по условию:

(Q„ + q)/9_p<K,

где: Q_B — полная масса молота, кг;

q — масса сваи, кг;

Э_р — расчетная энергия удара, Дж, равная 0,4 Q_B для штанговых и