4. Сооружение опоры на забивных сваях в условиях суходола. Способы забивки свай. Технология. Оборудование. Выбор молота.

Технологию погружения свай составляют следующие процессы:

• подготовка свай (визуальный осмотр на складе с целью выявления дефектов; разметка; крепление строповочных устройств);

• монтаж и установка распорно-направляющих устройств;

• транспортировка и установка свай в направляющие устройства;

• принятие мер по облегчению погружения свай в грунт;

• забивка свай (рис. 2.17).

В качестве направляющих устройств используют копры, навесное копровое оборудование, кондукторы и пространственные каркасы.

Сваи длиной до 12 м целесообразно забивать навесным копровым оборудованием на базе тракторов, экскаваторов, автомобилей или стреловых кранов.

Сваи длиной 12–25 м погружают в грунт универсальными полноповоротными копрами на рельсовом ходу (рис. 2.18, а).

Рис. 2.17 – Забивка свай: а – при навесной стреле копра; б – при подвесной стреле; 1 – кран; 2 – навесная стрела; 3 – молот; 4 – свая; 5 – телескопическая распорка; 6 – подвесная стрела; 7 – башмак

В копровое оборудование, навешиваемое или подвешиваемое к тракторам, экскаваторам или кранам, входят направляющие стрелы. Подвесные стрелы, в отличие от навесных, при забивке свай опираются на грунт (рис. 2.17), что дает возможность увеличить их вылет.

Самоходный копер состоит из ходовой части, на которой размещается поворотная или неповоротная рама с установленными на ней механизмами подъема молота и сваи, а также с копровой стрелой, имеющей механизмы наклона и вылета (рис. 2.18, б).

Для строительства опор в акватории используют направляющие конструкции в виде плоских рам или пространственные направляющие каркасы. Они придают направление погружаемым сваям и шпунту ограждения, а также воспринимают давление воды на стенку ограждения при сооружении свайного ростверка.

Кроме того, они являются основанием для рабочего настила площадки, с которой погружаются сваи. Каркасы (или плоские рамы) изготовляют сборно-разборными или цельносварными (что нежелательно). Монтируют их на берегу, а затем транспортируют к месту установки с помощью плавсредств (барж или плашкоутов из понтонов). Установленный в проектное положение каркас закрепляется на металлических или деревянных маячных сваях. Их забивают с помощью плавучего копра через направляющие ячейки каркаса. После этого плашкоуты освобождают от веса каркаса и буксируют к берегу.

Способ погружения свай выбирают в зависимости от грунтовых условий и применяемого оборудования (табл. 2.7).

Таблица 2.7 – Рекомендуемые способы погружения свай

Выбор молота для забивки свай длиной до 25 м осуществляется по необходимой энергии удара молота. Ее определяют по формуле

Э = 1,75·а·Р, кЖд,

Где а = 0,25 кДж/кН,

Р – расчетная нагрузка на сваю по проекту, кН.

Выбранный молот с расчетной энергией удара Э_р при весе сваи q должен удовлетворять условию:

где Q – полный вес молота, кН;

К – коэффициент применимости молота (определяется по табл. 2.11).

Расчетное значение энергии удара для дизель-молотов определяют по формуле

Э_р = 0,9·Q_уд·Н,

где Н = 2,5 м;

Q_уд – вес ударной части молота.

Сваи всех типов погружают в грунт до контрольного отказа, который определяют как погружение сваи от одного удара. При забивке молотом отказ находят по формуле

где п – коэффициент, кН/м²; зависящий от материала сваи (для деревянной п = 1000; железобетонной – 1500; стальной - 5000);

А – площадь, ограниченная наружным контуром сечения сваи, м²;

γ = 1,4 – коэффициент надежности;

Р – несущая способность сваи по грунту, кН (по проекту);

ε² = 0,2;

q – вес сваи и наголовника, кН;

q₁ – вес подбабка, кН;

Q – вес ударной части молота, кН;

Э_р – расчетная энергия удара, Дж;

Э_р = 0,9·Q·Н.

Например, для забивки трубчатым дизель-молотом УР-1250 железобетонной сваи сечением 35×35 см с несущей способностью 500 кН величина отказа будет равна

Отказы измеряют с точностью до 1 мм. Когда свая не дает расчетного отказа, ей дают «отдохнуть» в грунте, а затем производят контрольную добивку. Если при контрольной добивке превышена величина расчетного отказа, проектная организация должна определить необходимость испытаний свай статической нагрузкой. При необходимости проектировщики корректируют проект свайного фундамента.

Сваи, недопогруженные в грунт более чем на 15% проектной глубины, должны обследоваться для выяснения причин, затрудняющих забивку. В дальнейшем забивать их можно только после согласования с проектной организацией.

Для успешной забивки свай длиной 12 м и более вес ударной части молота не должен быть меньше веса сваи. При забивке свай длиной до 12 м в плотные грунты вес ударной части молота должен составлять не менее полутора веса сваи, а в грунты средней плотности – не менее 1,25 веса сваи.

Рис. 2.19 – Схемы забивки свай на суходоле: а – с поверхности земли с использованием копра; б – со дна котлована; в – с подмостей; г – с помощью крана с навесным оборудованием; 1 – копер; 2 – молот; 3 – свая; 4 – контур котлована; 5 – подкопровый мостик; 6 – кран; 7 – навесное оборудование

Выбор технологии забивки свай зависит от местных условий. Если свайные работы ведутся на местности, не покрытой водой, технологию принимают по одной из схем, изображенных на рис. 2.19.

Рис. 2.20 – Крепление подмывных труб к сваям: 1 – молот; 2 – свая сплошного сечения; 3 – шланг; 4 – подмывная труба; 5 – хомут; 6 – соединительная муфта; 7 – нижний конец подмывши трубы; 9 – вертикальная прорезь в патрубке; 10 – полая железобетонная свая

Для ускорения погружения свай в несвязный грунт применяют подмыв в сочетании с забивкой молотами или вибропогружением. Для этого к острию сваи подводят трубы, в которые под большим давлением подают воду, размывающую грунт вокруг сваи (рис. 2.20). Этим уменьшается трение грунта о сваю, и она сравнительно легко погружается. Погружение продолжают до тех пор, пока не останется 1,0–1,5 м до проектной отметки, после чего подмыв прекращают и сваю добивают молотом.

Используют стальные подмывные трубы диаметром до 37 – 106 мм с насадками на концах. Их можно разместить снаружи сваи (свободно или с креплением хомутами) или внутри, если труба заделана в сваю при изготовлении. Расход воды на сваю – до 1–4м³/мин.

Подмыв вблизи существующих сооружений не допускается, если есть опасность их просадки.