МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УХТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ПГС

ПРОИЗВОДСТВО СВАЙНЫХ РАБОТ

Методические указания

к разработке курсового проекта по 'Технологии строительных процессов" для студентов специальности 290300 "Промышленное и гражданское строительство"

Ухта 2003

1. Общие указания

Настоящие "Методические указания" выпускаются для оказания некоторой помощи при разработке проекта по курсу "Технология строительных процессов". Существующие на кафедре ПГС методические указания "Производство работ нулевого цикла" из-за ограниченности объема не содержат раздела по производству свайных работ, поэтому этот вопрос вынесен в отдельную разработку и содержит не только указания, но и некоторый справочный материал.

2. Фундаменты на сваях

Целесообразность применения свайных фундаментов диктуется экономическими соображениями, грунтовыми и природными условиями, конструктивными особенностями сооружения. Использование свайных фундаментов в открытых котлованах зачастую позволяет снизить объем земляных работ до 70-90%, отказаться от работ по водопонижению, уменьшить трудоемкость и материалоемкость фундамента. Из известных на сегодня более 500 видов свай [3,4] в строительстве широко применяется сравнительно небольшое их число, которые по способу возведения делят на следующие группы:

• готовые (сборные), поставляемые в виде сборных элементов, изготовленных на заводе, и погружаемые в грунт различными способами;

• набивные, устраиваемые непосредственно в грунте, в предварительно выполненных различными способами выработках;

• комбинированные, которые являются комбинацией первых двух групп, выполняемые зачастую из разных материалов и устраиваемые в грунте специальными способами.

К готовым сваям относятся забивные и винтовые. Заранее изготовленные сваи погружают в грунт, применяя различные воздействия: динамическое, статическое и комбинированное. При динамическом воздействии сваи погружаются ударным (забивкой), вибрационным или виброударным способом.

Способ забивки пригоден в любых грунтах; вибропогружение эффективно в рыхлых песчаных и супесчаных водонасыщенных грунтах; вибровдавливание рекомендуется применять в мягкопластичных, текучепластичных и текучих суглинках и глинах; вдавливание применяется только в глинистых грунтах текучей консистенции.

Настоящие "Методические указания" посвящены вопросам забивки и вибропогружения свай, подбору оборудования для них.

3. Проектирование производства свайных работ

3.1. Схемы расположения и забивки свай

Свайные фундаменты устраивают в виде:

1. одиночных свай под отдельно стоящие опоры (например, сваи - колонны);

2. отдельных рядов под стены зданий и сооружений;

3. кустов под колонны, с расположением свай в плане в зависимости от геометрических размеров фундамента;

4. сплошного свайного поля под фундамент - плиту.

Кроме того, в зависимости от расположения ростверка, забивка может производиться в подошву котлована или траншеи (для низкого ростверка) или с поверхности земли (для высокого ростверка).

Все эти обстоятельства влияют на схемы выполнения работ и определяют выбор механизмов [2,6]. Используют следующие схемы забивки: рядовую, спиральную, секционную (рисунок 1 а, б, в, г);

• Рядовая схема применяется при забивке в несвязанных грунтах. Забивку выполняют рядами по захваткам.

• Спиральную или концентрическую схему используют при расположении свай в форме большого куста, например, фундамент под опору виадука, моста и забивке их в малосжимаемые грунты. Забивку начинают со среднего ряда и ведут по спирали к крайним рядам. В этом случае сваи испытывают меньшее сопротивление при погружении.

• Концентрическая схема погружения от краев к центру характерна сильным уплотнением в центральной зоне, поэтому ее следует применять в слабых водонасыщенных грунтах. Например, в кусте из девяти свай последней забивают центральную сваю.

• Секционная забивка применяется при устройстве фундаментов больших площадей в плотных связных грунтах. Эта схема исключает неравномерное нарушение структуры грунта. Вначале забивают сваи в каждой секции (до трех рядов) с пропуском одного ряда между секциями. По окончании работ во всех секциях забивают сваи в пропущенных рядах (рис. 1, 2).

Погружение свай-стоек ведут до проектной отметки, висячие сваи забивают до получения проектного (контрольного) отказа. При приближении свай к проектной отметке забивку выполняют "залогами" по 10 ударов в каждом и замеряют величину "отказа". Отказом называют погружение сваи от одного удара в конце процесса забивки. Контрольный отказ определяют расчетом при проектировании фундамента в зависимости от несущей способности сваи и указывают в проекте производства работ (ППР). При забивке свай с подошвы котлована или траншеи необходимо учи­тывать расположение сваебойного агрегата на подошве и учитывать его габариты. Иногда приходится увеличивать размер по подошве выемки в расчете на свободное перемещение копра (рис. 1 д.).

3.2. Оборудование для погружения свай

Процесс погружения состоит из следующих операций: перемещения сваебойной установки к месту погружения сваи, подтаскивания, подъема, выверки и установки сваи, а затем забивки до проектной отметки или отказа.

Для забивки используются универсальные копры башенного типа, установленные на платформах-тележках, передвигающиеся по рельсам. Они имеют большую грузоподъемность, значительную собственную массу и рекомендуются к применению при больших объемах работ и сваях длиной более 12 м. Однако, большее распространение в промышленном и гражданском строительстве получили самоходные сваебойные установки на базе кранов, экскаваторов, тракторов и автомобилей (рис. 2).

Такие установки имеют большую маневренность, позволяют подтаскивать, поднимать сваю и заводить ее голову в наголовник.

При забивке свай на больших площадях оказывается рациональным применением копра расположенного на траверсной тележке конструкции Центрального научно-исследовательского института организации механизации и технической помощи (ЦНИИОМТП). Траверсная тележка представляет собой жесткую пространственную конструкцию, передвигающуюся по рельсам (рис. 3).

3.3. Выбор молота

Собственно забивка свай выполняется паровоздушными молотами одиночного или двойного действия или дизель-молотами (штанговыми или трубчатыми).

Достоинство дизель-молотов по сравнению с паровоздушными в том, что они более мобильны и не требуют для своей работы громоздких паровых котлов и мощных компрессоров. Штанговые дизель-молоты имеют недостаток, состоящий в том, что забивка свай в слабые грунты затруднена, а в ряде случаев и невозможна без специальных приемов, усложняющих работу. Трубчатые дизель-молоты более надежны и обладают в 2-3 раза большей погружающей способностью, чем штанговые.

Молоты монтируются на копрах, имеющих рабочую платформу с ходовой частью и вертикальные направляющие устройства, где и подвешивается молот. Выбор осуществляется в соответствии с указаниями СНиП 3.02.01-83 "Земляные сооружения, основания и фундаменты" [I].

Эффективность забивки сваи зависит от правильного вы6ора свайного молота, а именно, от правильного соотношения массы молота и массы сваи.

Расчет может выполняться в такой последовательности.

• Определяют необходимую минимальную энергию Э_м, Дж, удара молота.

Э_м ≥ 1,75 * а * Р, (1.1)

где а - коэффициент, равный 25 Дж/кН

Р - заданная расчетная несущая способность сваи по грунту, кН

• Расчетная энергия удара дизель-молота принимается:

для трубчатых дизель-молотов:

Э_p = 0,9 *Q * h (1.2)

для штанговых дизель-молотов:

Э_p = O,4 * Q *h (1.3)

где: Q - вес ударной части, кН

h - высота падения ударной части, м,

Расчетная энергия удара, подсчитанная или взятая из технической характеристики молота, должна быть равна или больше необходимой минимальной для забивки сваи, т.е. Э_р>Э_м

• Принятый тип дизель-молота должен удовлетворить условию;

Qn + q

--------- ≤ Кп (1.4)

Эр

где Qn - полная масса молота, кН

q - масса сваи (включая массу наголовника и подбабка), кН

Э_р - расчетная энергия удара принятого молота, Дж

К_п - коэффициент применимости молота, значение которого зависит от типа молота

и материала сваи (таблица I).

Рисунок 1 - Схемы последовательности погружения свай:

а - последовательно-рядовая; б и в - концентрические (или спиральные); г - секционная; д - вариант забивки свай копровой установкой С-714 с подошвы котлована: HP -начало работ, ОР- окончание работ, 1 - копер с фронтальной забивкой, 2 - копер с боковой забивкой.

Рисунок 2 - Сваебойные копровые установки:

а - рельсовая универсальная, б - на экскаваторе, в - на автомобиле;

1 - копровая мачта; 2 - рельсовый путь; 3 - свая; 4 - головка с блоками; 5 - ходовая тележка;

6 - поворотная платформа; 7 - молот; 8 - базовая машина; 9 - распорка; 10 - механизмы наклона стрелы и подъема сваи.

Рисунок 3 - Забивка свай под промышленное здание копром на траверсной тележке (установка ЦНИИОМТП).

а - фрагмент свайного поля; 1 - подготовка к забивке; 2 - в процессе забивки; 3 - молот; 4 - свая;

5 - подошва котлована, вариант использования траверсной тележки с бровки котлована; б - установка в транспортном положении.

Таблица 1 - Значение коэффициента Кn.

Тип молота	Материал свай
	железобетон	дерево	сталь
1. Трубчатые дизель-молоты и молоты двойного действия	6,0	5,0	5,5
2. Молоты одиночного действия и штанговые дизель-молоты	5,0	3,5	4,0
3. Подвесные молоты	3,0	2,5	2,0

При забивке стального шпунта, а также свай любого типа с подмывом указанные коэффициенты следует увеличивать в 1,5 раза.

На стадии окончания забивки фактическая высота падения ударной части молота принимается: для трубчатых – 2,8 м, для штанговых - при массе ударных частей 1,25; 1,8 и 2,5 кН соответственно 1,7; 2,0 и 2,2 м.

При выборе молотов для забивки наклонных свай энергию удара, вычисленную по формуле (1.1) следует умножить на повышающий поправочный коэффициент К1 [1].

Наклон свай	5:1	4:1	3:1	2:1	1:1
Коэффициент К1	1,1	1,15	1,25	1,4	1,7

Для выбранного молота определяется расчетный отказ Е_р, при котором обеспечивается заданная несущая способность сваи.

, (1,5)

где Е_р - расчетный отказ сваи, см

n - коэффициент, принимаемый по таблице 2

F - площадь, ограниченная наружным контуром сплошного или кольцевого поперечного сечения сваи, м²

k – коэффициент надежности по грунту, принимаемый = 1,4

М - коэффициент, для молотов ударного действия принимается равным 1

ε - коэффициент восстановления удара, принимаемый для наголовников с деревянным вкладышем 0,2

Таблица 2 - Значение коэффициента n

Тип сваи	n кН/м2
1. Железобетонная с наголовником	150
2. Деревянная без подбабка	100
3. Стальная с наголовником	500

Выбор молотов можно производить по приведенным ниже таблицам 3, 4, 6. В таблице 5 приведены технические характеристики копрового оборудования, которое используется в качестве сменного навесного приспособления на самоходных машинах, тракторах, экскаваторах.

Таблица 3 - Техническая характеристика трубчатых дизель-молотов с водяным охлаждением

Наименование характеристик	СП-40Д	СП-41А	СП-41ХЛ	СП-47	СП-47ХЛ	СП-48	СП-54
1	2	3	4	5	6	7	8
1. Масса ударной части молота, т	1,2	1,8	1,8	2,5	2,5	3,5	5,0
2. Энергия удара, кДж	21,5	32	32	43,5	43,5	61	90
3. Высота подъема ударной части	3	3	3	3	3	3	3
4. Частота ударов, мин	43...55	43...55	43...55	43...55	43...55	43...55	43...55
5. Вместимость топливного бака, л	15	20	20	45	30	60	110
6. Расход топлива, л/ч	7	10	10	14	14	18	30
7. Масса забиваемой сваи (максимальная)	3	5	5	6,5	6,5	8	12
8. Высота молота без наголовника, мм	3955	4190	4390	4970	5000	5080	5300
9. Масса молота с кошкой, т	2,6	3,5	3,55	5,6	5,6	8	10

Таблица 4 – Техническая характеристика дизель-молотов

Наименование ха­рактеристик	СП-60 (ДМ-400)	СП-6Б (С-ЗЗОБ)	С-859А	С-949А	С-954А	С-977А
1. Наибольшая энергия удара, кДж	30	58,8	31,4	42,7	59,8	88,3
2. Наибольшая высота подъема ударной части, м	1,3	2,4	3	3	3	3
3. Число ударов в 1 мин	57	50	42	42	42	55
4. Высота молота, мм	1981	4540	4165	4685	4800	5520
5. Масса ударной части, кг	240	2500	1800	2500	3500	5000
6. Масса молота, кг	350	4220	3500	5800	7300	9000

Таблица 5 - Техническая характеристика копрового оборудования на базе экскаватора

Наименование характеристик	Марка экскаватора
	Э-652Б	Э-10011Д	Э-1252Б	Э-1254 Э-1258
1. Высота копровой установки, м	14	20,5	19,5...21	20...25
2. Длина погружаемой сваи, м	8...10	12	16	16..20
3. Масса молота, т	4,5	5	4,6	6
4. Вылет мачты, м	6,2	6...8	5,6...6,1	4,75
5. Скорость подъема молота и сваи, м/мин.	23,4	23	23	23
6. Скорость передвижения копра, м/мин.	20...40	10...30	9…23	0,9...1,1

Таблица 6 - Техническая характеристика трубчатых дизель-молотов и штанговых

Наименование характеристик	Молоты
	Трубчатые					Штанговые
	СП-40А	СП-41А	СП-47	СП-48	СП-54	СП-60	СП-6
1. Масса ударной части, т	1,25	1,8	2,5	3,5	5,0	0,24	2,5
2. Наибольшая высота подъема ударной части, м	2,8	3	2,8	2,8	2,6	1,31	2,6
3. Наибольшая энергия удара, Дж	22500	32000	43500	61000	76000	1750	30000
4. Наибольшая энергия погружения, Дж
5. Частота ударов, удар/мин.	42...60	42...60	42...60	42...60	42...60	55...80	50...55
6. Масса забиваемой сваи, т	1,2…3	1,8...5	2,5...6,5	3,5...8,0		0,25	1,2...5,0
7. Габаритные размеры, мм
• длина	720	765	925	1000	1360	500	870
• ширина	520	600	690	890	930	550	1100
• высота	3955	4335	4970	5145	6100	1980	4540
8. Масса молота с кошкой, т	2600	3700	5600	7650	10700	0,350	4200
9. Масса полного комплекта, т	2850	4000	5800	8500	11600	0,460	4415