8.4. Способы погружения свай

Забивные сваи погружают в грунт ударами, вибрацией, вдавливани­ем и комбинацией этих методов.

Ударный метод погружения свай основан на забивке их в грунт свайными молотами. По роду привода свайные молоты подразделяются на механические (подвес­ные), паро-воздушные и дизельные.

Молот состоит из ударной массивной части, движущейся возврат­но-поступательно относительно направляющих конструкций (цилиндра, трубы, штанг и т.п.). Ударная часть молота наносит чередующиеся удары по свае и погружает ее в грунт. Механические и паро-воздушные молоты в си­лу сравнительно небольшой производительности применяют при малых объемах свайных работ. Для массовой забивки свай чаще используют энер­гетически автономные мобильные дизель-молоты, работающие по принци­пу двухтактного дизеля. В зависимости от типа направляющих они бывают штанговые и трубчатые, а от массы ударной части - легкие (до 600 кг), сред­ние (до 1800 кг) и тяжелые (свыше 2500 кг).

Эффективность забивки сваи зависит от правильного выбора свай­ного молота и, правильного соотношения его массы и массы сваи при забивке в грунтах различной плотности.

Выбор молота для забивки свай зависит от запроектированной не­сущей способности сваи и ее массы. Необходимая минимальная энергия удара молота

(8.1)

где а - коэффициент, равный 0,25 кДж/т; Р - несущая способность сваи, т.

Принятый тип молота с расчетной энергией Э должен удовлетворять условию

(8.2)

где М_п - полная масса молота, кг; М - масса сваи с наголовником, кг; k — ко­эффициент, зависящий от материала сваи.

Энергия удара молотов:

для трубчатых дизель-молотов Э = 0,9 М_м, Н

для штанговых дизель-молотов Э= 0,4 М_м, Н

для паровоздушных молотов одиночного действия Э = 0,9 М_м, Нη

для паровоздушных молотов двойного действия Э = (0,9 М_м + pF)h

для механических молотов Э = 0,95 М_м, Н

где М_м - масса ударной ча­сти молота, кг; Н - высота падения ударной части, м; η - КПД молота; р - давление сжатого воздуха или пара в цилиндре молота, МПа; F - площадь поршня, см²; h - ход поршня, см.

Технологический процесс забивки свай включает сле­дующие операции: разметку мест забивки, передвижку и установку копра или сваебойного агрегата у места забивки, подачу сваи к копру, подъем и ус­тановку ее на место погружения, забивку сваи.

Подачу свай в котлован и их раскладку осуществляют кранами. В отдельных случаях эту работу можно выполнять непосредственно копром, специально подго­товленным для этой цели, имеющим поворотную платформу и гусеничную базу для передвижения. Для забивки свай молоты ударного действия монти­руют на копрах, имеющих рабочую платформу с рельсовой частью и верти­кальные направляющие устройства стрелового или башенного типа (для пе­ремещения молота и сваи). Часто применяют также самоходные сваебойные агрегаты (копры) на тракторах, автомобилях и экскаваторах (рис.8.5).

Чтобы обеспечить правильную установку и направление погруже­ния сваи, ее закрепляют в стреле копровой установки и, кроме того, первые удары по свае производят при небольшой высоте подъема молота (не более 0,4 ... 0,5 м). Затем высоту подъема и силу удара молота увеличивают, дово­дя до максимальной. Для контроля глубины погружения сваи ее размечают, причем вначале через 1, затем 0,5, а в верхней части - через 0,1 м с указани­ем возле рисок длины сваи от нижнего конца.

От каждого удара свая погружается на определенную величину, ко­торая, однако, по мере ее заглубления уменьшается и наступает такой мо­мент, когда после ударов она погружается практически на одну и ту же ве­личину, которую называют отказом.

Отказ свидетельствует о достижении сваей необходимой несущей способности. Его определяют как среднюю величину после замера погру­жения после десяти ударов. Серию из десяти ударов, производимых для оп­ределения средней величины отказа, называют залогом. При забивке свай быстроходным молотом двойного действия или дизель-молотом, когда счи­тать удары практически невозможно, за отказ принимают величину погру­жения сваи за 1 мин. Сваи забивают до достижения расчетного отказа l_р, см, определяемого по формуле

(8.3)

Рис. 8.5 – Забивка свай самоходными сваебойными агрегатами

1 – трактор, 2 – гидроманипулятор для подъема молота и свай, 3 – гидравлические раскосы, 4 – мачта, 5 – головка с блоками, 6 – молот, 7 – стрела заводки сваи под молот, 8 – свая, 9 – рама, 10 – нижний отводной блок, 11 – автомобиль, 12 – гидроцилиндры подъема молота и сваи, 13 – опоры мачты (для транспортного положения), 14, 15, 16 - гидроцилиндры наклона мачты, выдвижения стрелы и перемещения мачты, 17 – выносные опоры, 18 – полиспаст, 19 – канат молота, 20 – свайный канат, 21 – стреловой канат, 22 - наголовник, 23 – стрела экскаватора, 24 – телескопическая распорка

где n - коэффициент, зависящий от способа забивки и материала сваи; М_м - масса ударной части молота; Н_n- высота ее падения, см; F- площадь поперечного сечения сваи, м², Р_пр - предельная несущая способность сваи; q - масса сваи с наголовником, т.

Если средний отказ в трех последовательных залогах не превышает расчетного, забивку сваи считают законченной.

Тем не менее, иногда бывают случаи, когда после достижения отка­за или расчетного отказа, свая дальше не погружается, не достигнув запро­ектированной отметки, т.е. более прочного грунта, и таким образом вместо сваи-стойки, передающей нагрузку от фундамента на этот грунт, она пре­вращается в «висящую», не отличающуюся требуемой несущей способнос­тью. В таком случае дают свае «отдых» на 1 - 2 дня и пробуют забивать опять. Также могут определять несущую способность свай статическим или динамическим нагружением. На практике в ряде случаев оставшиеся на поверхности отрезки свай срезают специальным навесным оборудованием и выбрасывают, нанося этим двойной ущерб. Во-первых нерационально используются сваи, а во-вторых, не забив сваи до проектной отметки, не обеспечивают достижение конечного результата, т.е. устройство надежного основания и фундамента. Поэтому в любом случае надо стремиться к погружению свай до проектной отметки, а если наступает отказ и свая дальше не погружается, то надо при­менять более мощное сваебойное оборудование с тем, чтобы обеспечить за­бивку сваи до проектной отметки.

Вибрационный и виброударный методы погружения свай. При вибрационном методе сваю погружают вибрационными машинами (вибро­погружателями и вибромолотами), оказывающими на сваю динамическое воздействие (рис. 8.6, а, б, в). Для погружения сваи вибропогружатель под­вешивают к мачте сваепогружающего агрегата и соединяют наголовником со сваей. Если отказ при ударном методе определяют погружением сваи за 1 мин. действия молота, то при вибропогружении – за 1 мин. работы вибро­погружателя при заданном напряжении тока в сети.

Метод вдавливания свай предусматривает их погружение в грунт с помощью специальных установок, воздействующих на сваю своей массой, либо массой и вибрацией (статическое и динамическое вдавливание). При погружении сваи статическим вдавливанием применяют агрегаты из двух тракторов, оборудованных направляющей рамой, опорной плитой, наголов­ником для передачи давления на сваю, соединенным с вдавливающим поли­спастом (рис. 8.6, г). Метод динамического или вибрационного вдавлива­ния свай с помощью вибровдавливающих агрегатов является более

Рис. 8.6 – Схемы вибропогружения, вдавливания и завинчивания свай

а - вибропогружатель с жестким крепленим двигателя, б - с подрессоренной пригрузкой, в - вибромолот, г - погружение свай методом вдавливания, д - завинчивание свай, е - вибровдавливаине свай; 1 - рабочий трактор, 2 - направляющая стрела, 3 - наголовники, 4 - свая, 5 - пригрузочный трактор, 6 - опорная плита, 7 - автомобильный тягач, 8 - пульт управления, 9 - рама, 10 - рабочий орган, 11 - упоры, 12 - винтовая свая, 13 - вибропогружатель

эффек­тивным, так как свая погружается за счет собственной массы вибропогружателя и части массы трактора, передаваемой вдавливающим канатом через вибропогружатель (см рис. 8.6, е). Метод вдавливания особенно эффекти­вен при погружении коротких свай (длиной до 6 м).

Погружение свай методом завинчивания применяют при устройстве небольших отдельно стоящих фундаментов. Винто­вые сваи чаще всего завинчивают с помощью специальных агрегатов (рис. 8.6, д).

Погружение свай с помощью гидроподмыва (рис. 8.7) осуществляют по­средством разрыхления грунта под острием сваи и его частичного вымыва­ния струями воды, вытекающими под давлением из нескольких трубок, ук­репленных на свае. Перед окончанием погружения свай подмывом произво­дят добивку их на глубину 1,5 ... 2 м до проектной отметки, чтобы нижняя часть сваи опиралась на неразрыхленный грунт.

Рис. 8.7 – Подмыв грунта для погружения свай

а - погружение квадратных свай с подмывом грунта, б - расположение подмывных трубок, в - наконечник подмывной трубы; 1 - молот, 2 - трос, поддерживающий подмывные трубки, 3 - напорный шланг, 4 - подмывные трубки, 5 - свая

Погружение свай с помощью электроосмоса, применяемое в ос­новном при их установке в глинистых грунтах, основано на том принципе, что при кратковременном действии постоянного тока вокруг забиваемой сваи, подключенной в сеть в качестве катода, влажность грунта возрастает и в результате уменьшаются лобовое и боковое сопротивления грунта по­гружению сваи.

Комбинированный метод погружения свай применяют в тех слу­чаях, когда осуществить их погружение на всю длину каким-то одним мето­дом невозможно. При этом в зависимости от условий строительной площад­ки применяют различные методы погружения свай, например подмыв с за­бивкой или подмыв с вибропогружением и др.