Строительство и ремонт

Проектирование и устройство свайных фундаментов

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Процесс погружения тела, подвергаемого действию вибрирования, в грунт является весьма сложным механическим явлением. Если к голове сваи, заглубленной в грунт на незначительную глубину, присоединить вибратор направленного действия, возбуждающий продольные вибрации сваи, и масса с вибратором будет меньше величины критической нагрузки на сваю, то работа вибратора будет оказывать на грунт и' сваю различные механические воздействия.

На низких частотах возникнут слабые колебания сваи и грунта при полном положении равновесия, слои грунта вокруг сваи будут перемещаться вместе с ней, и свая погружаться не будет. При увеличении же частоты вибратора возникнут взаимные смещения сваи по отношению к грунту, что приведет к проскальзыванию боковых поверхностей сваи по грунту (срыв сваи).

После срыва сваи сопротивление грунта погружению уменьшается и для продолжения этого процесса достаточны незначительные внешние силы — менее потребныд для погружения без вибрирования.

Сваи преодолевают лобовое сопротивление грунта по-разному, в зависимости от его физико-механических свойств. В сухих грунтах (песчаные, плотные, глинистые), а также при наличии твердых прослоек лобовые сопротивления преодолеваются ударами острия сваи, в результате чего свая внедряется, а грунт выпирает в стороны. В водонасыщенных грунтах под влиянием возникающих у острия сваи знакопеременных давлений грунт разжижается, и она погружается под влиянием собственной массы, если давление жид-кообразного грунта меньше массы свай с погружателем.

Зона смещения частиц грунта при вибропогружении в слабовлажных грунтах составляет 2,5—5 радиусов сваи, а в водонасыщенных— 4—5 радиусов.  

§ 1. Вибропогружатели

Машины для вибрационного погружения свай, шпунта, труб и оболочек различают по динамическому воздействию на вибропогружатели и вибрационно-ударные-погружатели;  по схеме устройства — на вибропогружатели простейшего типа и с подрессориой пригрузкой.

Вибропогружатели характеризуются величиной возмущающей силы, (т; кН), создаваемой работающими дебалансами, статическим моментом дебалансов. Этот момент вычисляют как произведение массы неуравновешенной части дебаланса на расстояние от его центра тяжести до оси вращения (кг-м, к11-м). Вибропогружатели отличаются также амплитудой колебания вибросистемы, зависящей от свойств грунта, фактического момента дебалансов и массы вибросистемы (свая, наголовник и вибропогружатель) .

Вибропогружатели, работающие с частотой 300—500 кол/мин, относят к низкочастотным, а с частотой 700—1500 кол/мин — к высокочастотным.

При весьма простой конструкции вибропогружателей этого типа они имеют ряд существенных недостатков, связанных с тяжелым режимом работы электродвигателя.

Низкочастотные вибропогружатели продольного действия типа ВП конструкции Б.П. Татарникова применяют для погружения железобетонных свай, металлического шпунта и труб. Они состоят (5.2) из дебалансов 1, размещенных на четырех валах 2, вращение которым передается от электродвигателя 3 через систему шестерен 4. Синхронизация всех четырех дебалансов обеспечивается четырьмя одинаковыми шестернями 5.

Схема вибропогружателя НВП-56 показана на 5.3. Четыре дебаланса / размещены на двух параллельных валах. Синхронизация вращения валов обеспечивается шестернями 2, привод от двух электродвигателей 3 осуществляется через зубчатые колеса 4. В корпусе вибропогружателя сделано отверстие для выемки грунта из полости погружаемой сваи-оболочки (без снятия вибропогружателя) .

Особенности вибропогружателя этого типа — возможность изменения частоты вибрирования и возможность установки двух спаренных вибропогружателей на одну сваю-оболочку.

В отличие от вибропогружателей простейшего типа с жестко соединенными элементами, вибропогружатель с подрессорной при-грузкой состоит из двух частей — вибропогружающей и изолированной от вибрации.

Принципиальная схема вибропогружателя с подрессорной при-грузкой ВПП-1 конструкции Савинова и Лускина показана на 5.4.

Вибрирующая часть состоит из вибратора 4 и наголовника 5. К неподвижной части относятся пригрузочные плиты 2 и электродвигатель /. Обе части вибропогружателя соединены системой пружин 3. Эластичность их снижает частоту собственных колебаний верхней части по сравнению с частотой колебаний вибратора, выполняя роль виброизолирующего устройства.

В вибропогружателях с подрессорной пригрузкой путем установки дополнительных грузов к подрессорной части можно менять режим вибрации сваи, при этом незначительно изменяется работа вибратора и электродвигателя.

§ 2. Вибровдавливающие агрегаты и вибромолоты

В вибропогружателях с подрессорной пригрузкой, как указывалось выше, погружающую способность механизма можно регулировать массой дополнительных грузов.

С учетом этой особенности конструкции в вибровдавливающих агрегатах к вибратору вместо   дополнительных грузов прилагают усилие от лебедки базового механизма, направленное вниз вдоль ствола погружаемой сваи.

По этому принципу разработана конструкция вибровдавливающих погружа-телей свай ВВПС-20/11 и ВВПС-32/19, применяемых на строительстве ЛЭП и линий связи. Базой вибровдавливающих агрегатов служат тракторы Т-100 и Т-140.

Агрегатом ВВПС (5.5) погружают железобетонные сваи, изготовленные специально для этого агрегата. В головах таких свай предусмотрены выступающие из бетона металлические шпильки, которыми свая жестко крепится к наголовнику вибропогружателя. После подъема сваи    вместе    с    вибропогружателем    и

укрепленным на нем наголовником ее опускают на грунт и включают вибропогружатель. Сначала свая погружается под влиянием работы вибропогружателя, но по мере заглубления, т. е. с увеличением сопротивления грунта, включается система одновременного вдавливания сваи. Специальное реле предохраняет двигатель агрегата от перегрузки.

В строительстве широко применяют вибрационно-ударные погружатели для погружения стальных труб, шпунта и свай. Такие погружатели можно разделить на два вида: вибромолот, в котором вибратор не имеет жесткой связи со сваей, молот совершает удары по свае как по ограничителю: вибратор, жестко соединенный с погружаемой сваей; и молот, приводимый в движение отдельным механизмом.

В отличие от работы вибропогружателей в данном случае при увеличении сопротивления погружению сваи под действием массы погружаемой конструкции и массы-грунта увеличивается энергия удара виброударного погружателя.

Высокочастотные виброударные погружатели применяют для погружения свай и других конструкций с малым лобовым сопротивлением, т. е. в слабых грунтах (5.6). Технические характеристики их приведены в табл. 5.6.                                                                     

§ 3. Наголовники к вибропогружателям

Как отмечалось, для обеспечения процесса вибропогружения сваи требуется жестко соединить ее с вибропогружателем. Для этих целей предусматривают в головах свай шпильки. Для погружения вибрационным методом стандартных железобетонных, деревянных и металлических шпунтовых свай применяют специальные наголовники, обеспечивающие достаточную прочность узлов сопряжения наголовников со сваями.

Автоматический наголовник АСН-40 для погружения призматических железобетонных свай (5.7) состоит из корпуса 5 с бойком' 4, щеки 8, зажимных щек 9, приводимых в действие пружинами 7. Пружины размещены в цилиндре со штоком 6, тросовая подвеска 3 подсоединена к штокам цилиндров через отводные блоки 2. Блоки расположены на корпусе вибропогружателя / и соединены в одном узле, подвешенном на крюке подъемного троса крана.

Под действием массы вибропогружателя и наголовника во время подъема их краном пружины сжимаются и щеки наголовника раздвигаются под углом к продольной оси. В этом положении свая подводится под щеки наголовника, которые при опускании вибропогружателя на сваю прижимаются к ее стволу. При включении вибропогружателя для погружения сваи.щеки наголовника прочно зажимают ее. По окончании погружения вибратор с наголовником поднимается и щеки наголовника опять раздвигаются пружинами, высвобождая сваю.

Наголовники стаканного типа применяют для погружения квадратных свай (5.8).

Для погружения свай-оболочек диаметром более 800 мм применяют наголовник с переходным устройством, жестко соединяемый с конструкциями сваи и вибропогружателя. Для крепления наголовника к такой свае служат болты, заделанные в бетон сван (5.9).

§ 4. Вибропогружение свай

Типы сваепогружающих механизмов выбирают с учетом грунтовых условий, конструкции и глубины погружения сваи.  

Для погружения свай с помощью вибропогружающих механизмов требуется изменять технологию, традиционную для забивных свай. Вибропогружатели простейшего типа при работе передают вибрационные нагрузки не только на сваи, но частично и на базовые механизмы.

Ввиду того, что базовые машины (стреловые гусеничные, плавучие краны, копровые агрегаты) не должны воспринимать вибрационные нагрузки от вибропогружателей, их следует использовать для такелажных операций. По указанным причинам в принятых технологических схемах вибропогружения свай предусмотрены кондукторы для фиксации положения сваи в момент погружения к снятия с кранов вибрационных нагрузок.

Краны, применяемые для вибропогружения свай-оболочек, кроме самого процесса погружения используют и для выемки грунта из полостей труб.

Во время погружения свай-оболочек гравелистые или другие плотные включения могут нарушить процесс погружения сваи. Для предохранения свай-оболочек от повреждений рекомендуется использовать акселерометры (электрические, автоматические прерыватели вибропогружения), а при отсутствии их контролировать на пульте управления расход мощности двигателей вибропогружателя и изменять амплитуду колебания сваи-оболочки.

В тех случаях, когда при повышении потребляемой мощности и амплитуды колебания сваи снижается скорость ее погружения, а жесткость крепления вибропогружателя не нарушается, необходимо прекратить процесс погружения сваи, проверить сохранность оболочки и выбрать грунт из-под ножа, удалив жесткие включения.

После завершения погружения сваи-оболочки в песчаные грунты и супеси следует провибрировать сваю при сниженных моментах дебалансов в течение 7—10 мин, что обеспечит уплотнение грунтового ядра под сваей и вокруг нее.

С увеличением глубины погружения сваи-оболочки повышается сопротивление грунта по ее боковой поверхности, что снижает погружающую способность механизма. В этих условиях необходимо полнее использовать номинальную мощность электродвигателя.

Значительные нагрузки при запуске вибропогружателей вызывают определенные требования к электропитанию механизма. Источник энергоснабжения нужно выбирать такой, чтобы не иметь других потребителей.

При амплитудах колебания вибросистемы порядка 5 мм можно предположить, что свая достигла расчетных нагрузок. Если при этом необходимо увеличить глубину погружения сваи, хотя она и достигла требуемых проектом расчетных нагрузок, необходимо принять меры по подмыву грунта или другие методы, обеспечивающие заглубление сваи до определенной проектом глубины (обмазка, выемка грунта из полости трубы и др.).

Величину несущей способности свай, погруженных вибрационным методом, определяют по формулам СНиП П-17—77.

Величину амплитуды колебания вибросистемы на стадии разработки проекта определяют расчетом применительно к принятому типу вибропогружателя. В производственных условиях может возникнуть необходимость замены типа вибропогружателя на имеющийся, а потому необходимо сделать перерасчет значения амплитуды.

Фактическую амплитуду проверяют с помощью специальных приборов — вибрографов, а при их отсутствии — с применением нивелиров или теодолитов.

Все эти данные фиксируют по показаниям приборов в конце погружения сваи-оболочки.

Для трубчатых свай диаметром более 2 м основные параметры

условий погружения определяют опытным путем с проведением ста

тических испытаний пробных свай.