Методы погружения заранее изготовленных свай

Общая характеристика свайных работ.

Тема 1.4. Свайные работы.

Рефлексия.

Подведение итогов.

1.Общая характеристика свайных работ.

2. Методы погружения заранее изготовленных свай.

3.Технология изготовления набивных свай.

4.Устройство сборных и монолитных ростверков.

5.Сущность способа стена в грунте.

Технологические особенности устройства свайных ос­нований претерпели большие изменения в связи с разви­тием строительной техники: от примитивных способов забивки деревянных свай до современных методов, ос­нованных на использовании высокопроизводительных средств механизации.

Сваи – полностью или частично погружаемые в грунт стержни, которые служат для передачи нагрузок на грунт от возводимых на них зданий и сооружений.

Сваи используют для устройства фундаментов под различные здания и сооружения, повышения несущей способности слабых грунтов, а также для укрепления стенок котлованов от обрушения.

Виды свай.

По материалу изготовления сваи бывают: деревянные, бетонные, железобетонные, грунтовые и другие.

По методам производства свайных работ различают:.

- забивные сваи изготовляют на полигонах или заводах и по­гружают в грунт ударными или безударными методами

- набивные сваи устраивают непосредственно в грунте.

В зависимости от характера работы в грунте различают два вида свай:

1. сваи-стойки своими концами опираются на прочный грунт (скальную породу) и передают на него нагрузку;

2. висячие сваи применяют, если прочный грунт находится на значительной глубине, их несущая способность определяется суммой сопротивления сил трения по боковой поверхности грунта под острием сваи.

В каждом конкретном случае технологию устройства свайных оснований выбирают на основе технико-эконо­мических исследований. При этом учитывают данные ин­женерно-геологических изысканий, возможности строи­тельной базы района, наличие агрегатов для свайных работ. В условиях отрицательных температур возникают дополнительные требования к подготовке мест к погру­жению свай, укладке бетона и т. д.

1. Ударный метод – основан на забивке свай специальными агрегатами — молотами.

Забивка сваи состоит из операций:

– передвижения копровой установки к месту забивки сваи,

– подтягивания сваи к копру, ее выверки и установки в проектную точку забивки;

– самой забивки;

– измерения величины забивки сваи и при необходимости динамического испытания сваи.

Наиболее распространены сваи длиной 6...10 м, забиваемые с помощью самоходных сваебойных установок (рис. У1.1).

Современные сваебойные агрегаты имеют специальные устройства, механизирующие процесс подтаскивания и подъема свай, а также заводку головы сваи в на­головник. Сваи небольшой длины (до 6 м) можно под­таскивать таким образом, чтобы их острие скользило по грунту.

Ударным способом сваи погружают с помощью раз­личных молотов:

– механических,

– подвесных,

– паровоздуш­ных,

– дизель-молотов (рис. У1.2).

Механические и подвесные дизель-молоты применя­ются при сравнительно небольших объемах работ. Мас­са ударной части свободно падающего молота при за­бивке сваи в грунты средней плотности равна 1,25 массы сваи длиной 12 м с наголовником.

Паровоздушные молоты выпускают различных марок. У большинства молотов двойного действия ударной ча­стью является поршень. Масса ударной части паровоз­душных молотов двойного действия составляет 15...20 % общей массы молота.

Широкое применение получили дизель-молоты благодаря высокой производительности, простоте эксплуатации. На стройках обычно применяют два типа дизель-молотов:

– штанговые

Ударная часть штанговых дизель-молотов — подвижный цилиндр, открытый снизу и перемещающийся в направляющих штангах. С падением цилиндра на неподвижный поршень в каме­ре сгорания воспламеняется смесь воздуха и топлива, а образующиеся в результате сгорания смеси подбрасы­вают цилиндр вверх, после чего происходит новый удар, и цикл повторяется.

– трубчатые.

Ударная часть трубчатого дизель-молота— подвиж­ный поршень с головкой, а неподвижная часть — ци­линдр. Распыление топлива и воспламенение смеси про­исходит при ударе головки поршня по поверхности сфе­рической впадины цилиндра, куда подается топливо. Число ударов в минуту у штанговых дизель-молотов — 50...60, а у трубчатых — 40...50.

Трубчатый дизель-молот по сравнению со штанговым при одинаковой массе ударной части обладает значитель­но большей энергией удара.

Неотъемлемая часть дизель-молота — наголовники, необходимые для закрепления сваи в направляющих сваебойной установки и предохранения головы сваи от разрушения ударами молота. Размеры внутренней по­лости наголовника должны соответствовать размерам го­ловы сваи.

Между наголовником и сваей устанавливается амортизирующая прокладка.

Сваи начинают забивать с медленного опускания мо­лота на наголовник после ее установки на грунт и вы­верки. Первые удары делают при небольшой высоте подъема молота — 0,4..,0,5 м. В начале забивки необхо­димо внимательно следить за правильностью погруже­ния сваи в плане и по вертикали.

Сваи забивают до проектной отметки или до получения расчетного отказа.

Отказ – минимальной величины погру­жения сваи за один или несколько ударов.

Для этого в конце забивки, когда величина отказа сваи близка к расчетной, его измеряют с точностью до 1 мм не менее чем по трем последовательным залогам на последнем метре погружения сваи (рис. У1.3).

Залог – 10 ударов молота одиночного действия или 1мин. работы вибропогружателя.

При забивке свай подвесными паровоздушными одиночного действия или дизельными молотами залог принимают равным 10 ударам.

При забивке свай молотами двойного действия за залог принимают число ударов в 2 мин.

Сваи, не давшие контрольного отказа, после перерыва в 3...4 дня подвергают дополнительной забивке.

Железобетонные сваи, не достигшие проектной отметки, но имеющие расчетную величину отказа, срезают под одну отметку машиной или вручную с помощью отбойного молотка и газосварочного аппарата.

Применяют рядовую, спиральную и секционную схемы забивки свай в зависимости от формы и размера свайного поля, а также вида грунта.

Рядовую схему (рис. У1.4, а) применяют при устрой­стве свайных фундаментов зданий и сооружений в не­связных грунтах. При строительстве линейного сооружения забивку свай производят последовательными рядами, по захваткам. Сначала забивают сваи в первом ряду на участке 1—2, затем на втором участке 3—4 и в третьем на участке 5—6. По окончании работ на первой захват­ке сваебойный агрегат переходит во вторую и продолжа­ет забивку свай в такой же последовательности.

Спиральную схему применяют при кустовом распо­ложении свай (например, под тяжелые колонны). Забивка начинается от центра куста и по спирали идет к периферии (рис. У1.4,б).

Секционную забивку применяют при устройстве свайных полей на больших площадях в плотных грунтах. Сваи забиваются на площади каждой секции (2—3 ряда) с пропуском одного ряда между ними, т. е. агрегат проходит через точки 1 — 12 (рис. VI.4, в). Такая схема исключает неравномерное нарушение структуры грунта.

2. Вибрационный и виброударный методы

Вибрационные способы применяют при устройстве свайных оснований в песчаных грунтах, которые подда­ются вибрации.

При вибрационном способе сваю погружают при помощи вибрационных машин, оказывающих на сваю динамические воздействия, которые позволяют резко уменьшить трение боковой поверхности сваи о грунт.

Вибропогружатель – это электромеханическая машина вибрационного действия, которая подвешивается к мачте сваепогружающего агрегата и соединяется со сваей (рис. VI.5, а, б).

Вибрационный метод эффективен при несвязных водонасыщенных грунтах. Более универсален виброудар­ный метод погружения свай с помощью вибромолотов, которые по виду привода разделяются на электрические, пневматические, гидравлические и вибромолоты с двига­телем внутреннего сгорания.

Наиболее распространенные пружинные вибромолоты (рис.. VI.5, в, г) работают следующим образом. Вибровозбудитель при вращении валов с дебалансами в противоположных направлениях совершает периодические колебания. Когда зазор между ударником вибровозбудителя и сваей меньше амплитуды колебаний вибровозбудителя, ударник периодически ударяет по наковальне наголовника сваи. Вибромолоты могут самонастраиваться, т. е. увеличивать энергию удара с повышением соп­ротивления грунта погружению свай. Масса ударной части (вибровозбудителя) вибромолота применительно к по­гружению железобетонных свай должна быть не менее 50 % массы сваи и составлять 650... 1350 кг.

3. Погружение свай вдавливанием и вибровдавливанием.

Статическое и вибрационное вдавливание свай производят с помощью установок, действующих на сваю массой либо массой и вибрацией одновременно. Для этого используют установки, состоящие из двух тракторов, оборудованных направляющей рамой, опорной плитой, наголовником для передачи давления, соединенным с вдавливающим полиспастом. На одном тракторе уста­новлена грузоподъемная лебедка, на втором – тяговая (рис. У1.6).

Трактор с мачтой устанавливают над местом погру­жения свай и с помощью малой лебедки опускают на землю опорную плиту. После этого на опорную плиту устанавливают пригрузочный трактор. Предварительно с помощью малой лебедки сваю помещают в проем мач­ты трактора, находящегося на грунте. Усилия от боль­шой лебедки передаются на наголовник, который начи­нает перемещаться по направляющим, обеспечивая тем самым вдавливание сваи.

Установка развивает усилие вдавливания до 350 кН и может погрузить за смену 13...15 свай длиной до 6 м. Точность установки сваи обеспечивается устройством «лидирующих» направляющих скважин. Такие скважи­ны устраивают буровыми станками на глубину, мень­шую, чем проектная отметка погружаемых свай, на 0,5......1 м.

Достоинство данного метода — простота монтажа на строительной площадке, недостаток — низкая произ­водительность из-за малой маневренности.

Более эффективен метод вибрационного вдавливания свай. Вибровдавливающий агрегат (рис. У1.7) состоит из двух рам. На задней раме имеется электрогенератор, работающий от тракторного двигателя, и двухбарабанная лебедка, на передней раме — направляющая стрела с вибропогружателем. После включения вибропогружа­теля и лебедки агрегата свая погружается за счет соб­ственной массы, массы вибропогружателя и части массы трактора, передаваемой вдавливающим канатом через вибропогружатель на сваю. Одновременно на сваю воз­действует вибрация, создаваемая низкочастотным погружателем с подрессорной плитой.

4. Погружение свай завинчиванием.

Метод применяется главным образом для устройства фундаментов под мачты линий электропередач, где сваи могут работать на выдергивание. Агрегаты для завинчи­вания свай (рис. VI.8) смонтированы на базе автомобилей, имеют рабочий орган, четыре выносные опоры (аут­ригеры), привод вращения и наклона рабочего органа, гидросистему, пульт управления и вспомогательное обо­рудование.

Конструкция рабочего органа позволяет выполнять следующие операции: втягивать винтовую сваю внутрь трубы рабочего органа (предварительно на сваю наде­вают инвентарную металлическую оболочку); обеспечи­вать заданный угол погружения сваи в пределах О...45⁰ от вертикали; погружать сваю в грунт путем вращения с одновременным использованием осевого усилия; при необходимости вывертывать сваю из грунта. Вращение рабочего органа и его наклон осуществляются от короб­ки отбора мощности автомобиля через соответствующие редукторы.

Рабочие операции при погружении свай методом за­винчивания аналогичны операциям, выполняемым погру­жением свай методом забивки или вибропогружением. Только вместо установки и снятия наголовника здесь надевают и снимают оболочки.

5. Погружение свай подмывом.

Для погружения свай с применением подмыва грунт разрыхляют и частично вымывают струями воды, выте­кающими под давлением из нескольких трубок диамет­ром 38...63 мм, укрепленных на свае. При этом сопротив­ление грунта у острия сваи снижается, а поднимающая­ся вдоль ствола вода размывает грунт, уменьшая тем самым трение по боковым поверхностям сваи. Располо­жение подмывных трубок может быть боковым, когда две или четыре подмывные трубки с наконечниками на­ходятся по бокам сваи, и центральным, когда один однострунный или многоструйный наконечник размещен по центру погружаемой сваи (рис. VI.9). При боковом подмыве трубки могут быть повреждены, а при переры­вах в работе — заполняться грунтом. При неравномер­ном размыве сваи могут отклоняться от проектного по­ложения. При боковом подмыве (по сравнению с цент­ральным) создаются более благоприятные условия для уменьшения сил трения по боковой поверхности сваи. Для подмыва грунта воду подают в трубы под давлени­ем не менее 0,5 МПа. Подмыв не допускается, если име­ется угроза просадки близлежащих сооружений.

6. Погружение свай с помощью электроосмоса.

Метод применяют при погружении свай в глинистые грунты. В этом случае после кратковременного действия постоянного тока вокруг забиваемой сваи, подключенной в сеть в качестве катода, влажность грунта возрастает, и в нем возникают водонасыщенные зоны. Погружение сваи-катода облегчается, поскольку уменьшаются лобовое и боковое сопротивления грунта. У ранее забитой сваи, служащей анодом, образуется зона грунта со сни­женной влажностью. После прекращения подачи тока восстанавливается первоначальное состояние грунтовых вод и несущая способность свай, являвшихся катодами, возрастает.

Дополнительные операции при погружении железобетонных свай с использованием электроосмоса связаны с оснащением свай полосами стали – электродами, пло­щадь которых составляет 20...50 % боковой поверхности свай. Эта операция отпадет при погружении металличе­ских свай, в частности с использованием при этом мето­да завинчивания.