С предприятий стройиндустрии сваи доставляют в готовом для погружения в грунт виде. В зависимости от характеристик грунта существует ряд методов устройства свай, в том числе ударный, вибрационный, вдавливанием, завинчиванием, с использованием подмыва и электроосмоса, а также различными комбинациями этих методов.

Ударный метод основан на использовании энергии удара (воздействия ударной нагрузки), под действием которой свая своей нижней ваостренной частью внедряется в грунт. По мере погружения она смещает частицы грунта в стороны, частично вниз или наверх. В результате погружения свая вытесняет объем грунта, практически равный объему ее погруженной части. Меньшая часть этого грунта оказывается на дневной поверхности, большая - смешивается с окружающим грунтом и значительно уплотняет грунтовое основание. Зона заметного уплотнения грунта вокруг сваи составляет 2...3 диаметра сваи.

Ударную нагрузку на оголовок сваи создают специальные механизмы:

• паровоздушные молоты, которые приводятся в действие силой сжатого воздуха или пара, непосредственно воздействующих на ударную часть молота;
• дизель-молоты, работа которых основана на передаче энергии сгорающих газов ударной части молота;
• вибропогружатели - передача колебательных движений рабочего органа на сваю (использование вибрации);
• вибромолоты - сочетание вибрации и ударного воздействия на сваю.

Вибропогружатели и вибромолоты чаще используют при погружении трубчатых свай-оболочек большого диаметра, при погружении в грунт и извлечении шпунтовых свай.

Рабочий цикл молотов всех типов состоит из двух тактов: холостого хода, в течение которого происходит подъем ударной части на определенную высоту, и рабочего хода, в течение которого ударная часть с большой скоростью движется вниз до момента удара по свае. В ряде свайных молотов рабочий ход происходит только под действием массы ударной части, такие молоты называются молотами одиночного действия.

В молотах двойного действия в точке максимального подъема ударная часть получает дополнительную энергию, на сваю действуют эта энергия и масса ударной части молота. В процессе работы молота корпус его остается неподвижным на голове погружаемой сваи, ударная часть молота движется внутри корпуса. Энергия сгорания не только поднимает ударную часть молота на предельную высоту, но и воздействует на нее ударом, когда она под действием силы тяжести падает вниз. Подача топлива и его возгорание в зависимости от положения ударной части выполняются автоматически.

Дизель-молоты, по сравнению с паровоздушными, отличаются более высокой производительностью, простотой в эксплуатации, автономностью действия и более низкой стоимостью. Автономность обеспечивается путем подъема за счет рабочего хода двухтактного дизельного двигателя.

На строительных площадках применяют штанговые и трубчатые дизель-молоты (рис. 6.5). Ударная часть штанговых дизель-молотов -подвижный цилиндр, открытый снизу и перемещающийся в направляющих штангах. При падении цилиндра на неподвижный поршень в камере сгорания воспламеняется смесь воздуха и топлива. Образовавшиеся в результате сгорания смеси газы подбрасывают цилиндр вверх, после чего происходит новый удар и цикл повторяется.

В трубчатых дизель-молотах неподвижный цилиндр, имеющий пяту, является направляющей всей конструкции. Ударная часть -подвижный поршень с головкой. Воспламенение смеси происходит при ударе головки поршня по поверхности сферической впадины цилиндра.

Рис.6.5. Схемы дизель-молотов:

а - штангового; б - трубчатого; / - подвижный цилиндр; 2 - направляющие штанги; 3 -поршень; 4 - подвижный поршень; 5 - головка; 6 - неподвижный цилиндр; 7 - опорная часть

Главное преимущество дизель-молота трубчатого типа над штанговым в том, что при одинаковой массе ударной части они обладают значительно большей (в 2...3 раза) энергией удара. Рекомендуется следующее отношение массы ударной части молота к массе сваи: для штанговых молотов 1,25; для трубчатых - 0,5...0,7. Для молотов одиночного действия количество ударов в 1 минуту составляет 45...100, масса ударной части до 2500 кг. Аналогично для молотов двойного действия количество ударов в 1 минуту до 300, масса ударной части до 1200 кг.

В комплект молота входит наголовник, необходимый для закрепления сваи в направляющих сваебойной установки, предохранения головы сваи от разрушения ударами молота и равномерного распределения удара по площади сваи. В этой связи внутренняя полость наголовника должна соответствовать очертанию и размерам головы сваи и жестко на ней быть закрепленной.

Для подъема и установки сваи в заданное положение и для забивки свай с обеспечением передачи усилия от молота сваи строго в вертикальном положении применяют специальные устройства -копры (рис. 6.6). Основная рабочая часть копра - его стрела, вдоль которой устанавливают перед погружением молот, опускают и поднимают его по мере забивки сваи. Наклонные сваи погружают в грунт копрами с наклонной стрелой. Копры бывают на рельсовом ходу (универсальные металлические копры башенного типа) и самоходные - на базе кранов, тракторов, экскаваторов и автомашин со стрелой длиной 9...18 м.

Универсальные копры имеют значительную собственную массу до 20 т. Монтаж и демонтаж таких копров, устройство для них подкрановых путей - достаточно трудоемкие процессы, поэтому универсальные копры применяют для забивки свай длиной более 12 м при большом объеме свайных работ на объекте.

Рис. 6.6. Сваебойные копровые установки:

6 - мостовая; б - рельсовая универсальная; в - на базе экскаватора; г-на тракторе; д - на автомобиле; / - кабина, 2 - копровая мачта; 3 - мост; 4 - рельсовый путь; 5 - свая; б - оголовник с блоками; 7 - ходовая тележка; 8 - поворотная платформа; 9 - молот; 10 - базовая машина; II-стрела; 12 - распорка; 13 - гидроцилиндр; 14 - выдвижной механизм; 15 - гидроцилиндр подъема и наклона стрелы; 16 - механизм подъема сваи; 17 - подвижная рама

Наиболее распространены в промышленном и гражданском строительстве сваи длиной 6... 10 м, которые забивают с помощью самоходных сваебойных установок. Такие установки маневренны и имеют механические устройства для подтаскивания и подъема на необходимую высоту сваи, закрепления головы сваи в наголовнике, в вертикальном выравнивании стрелы со сваей перед забивкой.

Забивка свай состоит из трех основных повторяющихся операций:

■ передвижка и установка копра на место забивки сваи;

■ подъем и установка сваи в позицию для забивки;

■ забивка сваи.

Центр тяжести свайного молота должен совпадать с направлением забивки сваи. Свайный молот поднимают на высоту, достаточную для установки сваи, с некоторым запасом на ход молота и в таком положении закрепляют. При забивке стальных и железобетонных свай молотами одиночного действия обязательно применение наголовников для смягчения удара и предохранения головы сваи от разрушения.

В процесс забивки свай входят установка сваи в проектное положение, надевание наголовника, опускание молота и первые удары по свае с высоты 0,2...0,4 м, после погружения сваи на глубину 1м- переход к режиму нормальной забивки. От каждого удара свая погружается на определенную глубину, которая уменьшается по мере заглубления сваи. В дальнейшем наступает момент, когда глубина забивки сваи практически незаметна. Практически свая погружается в грунт на одну и ту же малую величину, называемую отказом.

Отказ - глубина погружения сваи за определенное количество ударов обычно молота одиночного действия или за единицу времени для молотов двойного действия. Величина отказа - среднее от 10 или серии ударов в единицу времени.

Залог - серия ударов, выполняемых для замера средней величины отказа: для паровоздушных молотов в залоге 20...30 ударов; для дизель-молотов одиночного действия в залоге 10 ударов; для дизель-молотов двойного действия отказ определяют за 1 мин. забивки.

Замеры проводят с точностью до 1 мм, забивку прекращают при получении заданного по проекту отказа (расчетного). Если средний отказ в трех последовательных залогах не превышает расчетного, то процесс забивки сваи считается законченным.

Если при погружении свая не дошла до проектной отметки, но уже получен заданный отказ, то этот отказ может оказаться ложным, вследствие возможного перенапряжения в грунте от забивки предыдущих свай. Через 3...4 дня свая может быть погружена до проектной отметки.

Погружение свай вибрированием осуществляют с использованием вибрационных механизмов, оказывающих на сваю динамические воздействия, которые позволяют преодолеть сопротивление трения на боковых поверхностях сваи, лобовое сопротивление грунта, возникающее под острием сваи, и погрузить сваю на проектную глубину (рис. 6.7). На скорость погружения и амплитуду колебаний влияют масса вибрирующих частей сваи и вибратора, его эксцентриситет, плотность грунта, участвующего в колебаниях, частота колебаний вибропогружателя. Благодаря вибрации для погружения свай в грунт требуется усилия иногда в десятки раз меньшие, чем при забивке. При этом происходит частичное виброуплотнение грунта, в том числе и под головкой сваи. Зона уплотнения для разных грунтов составляет 1,5...3 диаметра сваи.

Р и с. 6.7. Вибропогружение свай:

а - свае погружающая установка; б - вибропогружатель с подрессоренной пригрузкой; в - вибромолот; I - вибропогружатель, 2 - экскаватор; 3 - свая; 4 - электродвигатель, 5 - пригрузочные плиты; 6 - вибратор; 7 - дебалансы; 8 - наголовник; 9 - пружины; 10 - ударная часть с электродвигателем; 11 - боек; 12 - наковальня

Для погружения свай в грунт вибрированием используют вибропогружатели, которые подвешивают к мачте сваепогружающей установки и жестко соединяют с наголовником сваи. Действие вибропогружателя основано на принципе, при котором вызываемые дисбалансами вибратора горизонтальные центробежные силы взаимно ликвидируются, в то время как вертикальные силы суммируются. Амплитуда виброколебаний и масса вибросистемы, в которую входят свая, наголовники и вибропогружатель, должны обеспечить вибрацию примыкающим слоям грунта, включение их в эту систему, в результате происходит раздвижка зерен грунта под контуром погруженной части сваи.

Способ наиболее приемлем в песчаных грунтах, водонасыщенных мелких и пылеватых грунтах, где скорость погружения может достигать 3,5...7 м/мин. Этим методом погружают сплошные и полые железобетонные сваи, сваи-оболочки, металлический шпунт.

При глинистых и тяжелых суглинистых грунтах под острием сваи может возникнуть глинистая подушка, которая снижает несущую способность сваи до 40%. Поэтому на заключительной стадии погружения, на последние 15...30 см свая погружается в грунт ударным способом.

При выборе низкочастотных погружателей (до 420 кол/мин), применяемых при погружении тяжелых железобетонных свай и трубчатых свай диаметром 1000 мм и более, необходимо, чтобы момент эксцентриков превышал массу вибросистемы не менее чем в 7 раз для легких грунтов и в 11 раз для средних и тяжелых грунтов.

Для погружения легких свай массой до 3 т и металлического шпунта в грунты, не оказывающие большого лобового сопротивления под острием сваи, применяют высокочастотные (от 1500 кол/мин) вибропогружатели с подрессорной пригрузкой, состоящие из самого вибратора и присоединенного к нему с помощью системы пружин дополнительного пригруза с расположенным на нем электродвигателем.

Вибрационный метод наиболее эффективен при несвязных водонасыщенных грунтах. Применение метода для погружения свай в маловлажные плотные грунты возможно лишь при устройстве лидирующих скважин, т. е. при предварительном пробуривании скважин.

Более универсальным является виброударный способ погружения свай с помощью вибромолотов. При работе вибромолота наряду с вибрационным воздействием на сваю периодически опускается ударник, оказывая и динамическое воздействие на голову сваи.

Наиболее распространены пружинные вибромолоты. В них при вращении валов с дебалансами в противоположных направлениях создаются постоянные колебания. Когда зазор между ударником и наковальней сваи оказывается меньше амплитуды колебаний, ударник периодически ударяет через наковальню по свае. Вибромолоты могут самонастраиваться, т. е. увеличивать энергию удара с повышением сопротивления грунта погружению сваи. Масса ударной части вибромолота применительно к погружению железобетонных свай должна быть не менее 50% от массы сваи и составлять 650... 1350 кг.

Виброударный способ применим в связанных плотных грунтах, и позволяет в 3...8 раз быстрее при одинаковой мощности с вибрационным способом осуществлять погружение свай в грунт за счет одновременной вибрации и забивки. При этом должно быть обеспечено жесткое соединение вибропогружателя со сваей.

Метод вибровдавливания основан на комбинации вибрационного или виброударного воздействия на сваю и статического пригруза. Вибровдавливающая установка состоит из двух рам. На задней раме находятся электрогенератор, работающий от тракторного двигателя, и двухбарабанная лебедка, на передней раме размещены направляющая стрела с вибропогружателем и блоки, через которые проходит к вибропогружателю вдавливающий канат от лебедки. В рабочем положении вибропогружатель, расположенный над местом погружения сваи, поднимает сваю и устанавливает ее вместе с закрепленным наголовником на место ее забивки. При включении вибропогружателя и лебедки свая погружается за счет собственной массы, массы вибропогружателя и части массы трактора, передаваемой вдавливающим канатом через вибропогружатель на сваю. Одновременно на сваю действует вибрация, создаваемая низкочастотным погружателем с подрессоренной плитой.

Метод вибровдавливания не требует устройства путей для передвижки рабочего агрегата, исключает повреждение и разрушение свай. Особенно эффективен при погружении свай длиной до 6 м.

Погружение свай вдавливанием применяют для коротких свай сплошного и трубчатого сечения (3...5 м). Статическое вдавливание осуществляется в такой последовательности: сваю устанавливают в вертикальное положение в направляющей стреле агрегата. Далее на голову сваи опускают и закрепляют оголовник, передающий давление от базовой машины (трактора, экскаватора) через систему блоков и полиспастов непосредственно на сваю, которая благодаря этому давлению постепенно погружается в грунт. После достижения сваей проектной отметки погружение прекращают, снимают наголовник, агрегат переезжает на новую позицию. Применимо статическое вдавливание с использованием одновременно задействованных двух механизмов (рис. 6.8).

Погружение свай завинчиванием основано на завинчивании стальных и железобетонных свай со стальным наконечником с помощью мобильных установок, смонтированных на базе автомобилей или других самоходных средств. Метод применяют чаще всего при устройстве фундаментов под мачты линий электропередачи, радиосвязи и других сооружений, где в достаточной мере могут быть использованы несущая способность винтовых свай и их сопротивление выдергиванию (рис. 6.9).

Рис. 6 8 Схема погружения сваи статическим вдавливанием

1- лебедка н тяговый канат для опускания опорной плиты н подъема наголовника, 2 - растяжкн стрелы; 3 - блоки; 4 - рама стрелы, 5 - наголовник с блоками, б - вдавливающий канат, 7 -вдавливающая лебедка, 8 - опорная плита, 9 - отводной блок вдавливающего каната, 10 - свая; II - рама, 12 - трактор

Рис. 6.9. Схема процесса завинчивания свай;

а) конструкция наконечника прн погружении в слабые грунты б) то же, в плотные грунты, в схема погружения сван; 1 редуктор наклона рабочего органа, 2 - рабочий орган (кабестан), 3 -свая; 4 - наконечник сваи; 5 - выносные опоры

Установка для завинчивания состоит из рабочего органа, приводов вращения и наклона рабочего органа, гидросистемы, пульта управления, четырех гидравлических выносных опор и вспомогательного оборудования. Рабочий орган кабестан - механизм, состоящий из двух пар захватов и электродвигателя. Захваты обжимают сваю и передают ей вращение от электродвигателя. В зависимости от назначения (передачи нагрузки на большую площадь или заглубления в плотные грунты) винтовые лопасти наконечников могут иметь в диаметре до 3 м, минимальный диаметр лопастей составляет 30 см; длина свай может превышать 20 м.

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 0...450 от вертикали, погружать сваю в грунт путем вращения с одновременным использованием осевого усилия. Это усилие при необходимости можно использовать при вывертывании сваи из грунта. Вращение рабочего органа осуществляют от коробки отбора мощности через соответствующие редукторы.

Рабочие операции при погружении сваи методом завинчивания аналогичны операциям, выполняемым при погружении свай методами забивки или вибропогружения. Только вместо установки и снятия наголовника при этом методе одевают и снимают металлическую оболочку.

После завинчивания винтовой сваи (диаметр труб достигает 1 м), ее внутренняя полость заполняется бетоном. Скорость погружения винтовых свай зависит от диаметра лопасти и характеристик грунта и находится в пределах 0,2...0,6 м/мин.

Достоинства винтовых свай в их высокой несущей способности, возможности плавного погружения в грунт, восприятии отрицательных усилий.

Погружение свай подмывом грунта применяют в несвязных и малосвязных грунтах - песчаных и супесчаных. Целесообразно подмыв использовать для свай большого поперечного сечения и большой длины, но недопустимо для висячих свай. Способ заключается в том, что под действием воды, вытекающей под напором у острия сваи из одной или нескольких труб, закрепленных на свае, грунт разрыхляете»! и частично вымывается (рис. 6.10). При этом сопротивление грунта у острия сваи снижается, а поднимающаяся вдоль сваи вода размывает прилегающий грунт, уменьшая тем самым трение по боковым поверхностям сваи. В результате свая погружается в грунт под действием собственной массы и массы установленного на ней молота.

Расположение трубок для подмыва грунта диаметром 38...62 мм может быть боковым, когда две или четыре трубки с наконечниками находятся по бокам сваи, и центральным, когда одно- или многоструйный наконечник размещен в центре пустотелой забиваемой сваи. При боковом подмыве, по сравнению с центральным подмывом, создаются более благоприятные условия для уменьшения сил трения по боковой поверхности свай. При боковом расположении подмывные трубки крепят таким образом, чтобы наконечники находились у свай на 30...40 см выше острия.

Для подмыва грунта воду в трубки подают под давлением не менее 0,5 МПа. При подмыве нарушается сцепление между частицами грунта под подошвой и частично по боковой поверхности свай, что может в последующем привести к снижению несущей способности сваи. Учитывая, что свая должна будет в дальнейшем воспринимать нагрузку, погружение с подмывом осуществляют только до заданного уровня, а затем с помощью сваебойной установки ее забивают до проектной глубины (на 0,5...2,0 м). При этом способе погружения производительность возрастает на 30...40% по сравнению с чистой забивкой, экономится горючее. После прекращения подачи воды и стабилизации уровня грунтовых вод, грунт уплотняется и плотно обжимает сваю.

Рис. 6.10. Подмыв грунта для погружения свай:

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

Применение метода подмыва не допускается, если имеется угроза просадки близлежащих сооружений, а также в целом на просадочных грунтах.

Погружение свай с использованием электроосмоса применяют в водонасыщенных плотных глинистых грунтах, в моренных суглинках и глинах. Для практической реализации метода уже погруженную в грунт сваю присоединяют к положительному полюсу (аноду) электрической сети постоянного тока, а соседнюю с ней, подготовленную для погружения в грунт - к отрицательному полюсу (катоду). При включении тока вокруг сваи с положительным полюсом резко снижается влажность грунта, а у соседней с отрицательным полюсом она наоборот резко увеличивается. В более влажной среде свая быстрее погружается в грунт, что позволяет применять сваебойное оборудование меньшей мощности.

После окончания забивки и отсоединения свай от источника тока в грунте быстро восстанавливается былая стабилизация грунта и его влажностного состояния. Благодаря этому, только за счет уменьшения влажности вокруг забитой сваи ее несущая способность значительно возрастает.

Если железобетонные сваи при методе осмоса дополнительно оснастить металлическими полосами, которые будут занимать 20...25% боковой поверхности свай, и также, уже забитую сваю подсоединить к аноду, а погружаемую с металлическими полосами к катоду, то только это позволит на 20...30% сократить трудозатраты и продолжительность погружения по сравнению с чистым методом электроосмоса. По сравнению с забивкой свай, использование дополнительно особенностей электроосмоса позволяет на 25-40% ускорить процесс погружения свай в грунт.

Последовательность погружения свай. Порядок погружения свай зависит от их расположения в свайном поле и параметров сваепогружающего оборудования. Последовательность забивки свай определяется техкартой или проектом производства работ, она зависит от размеров свайного поля и свойств грунтов. Применимы три схемы - рядовая, когда последовательно забиваются все сваи в одном ряду; спиральная, при забивке свай от центра к сваям внешних рядов и секционная, когда все поле делят на отдельные секции по ширине здания, в которых забивка осуществляется по рядовой схеме (рис. 6.11).

Р и с. 6.11. Схема рядовой системы погружения свай:

а - при прямолинейном расположении свай отдельными рядами; 6 - при расположении свай кустами; /... IS - последовательность за бивки свай

Спиральная схема предусматривает погружение свай концентрическими кругами от центра к краям свайного поля, что позволяет получить минимальную протяженность пути сваепогружающей установки.

Кроме этого при погружении свай вокруг нее грунт дополнительно уплотняется. При спиральной схеме вновь забиваемые сваи находятся всегда по внешнему контуру свайного поля, поэтому напряженность уже забитого поля оказывает минимальное воздействие.

При больших расстояниях между отдельными сваями последовательность погружения может определяться в основном технологическими соображениями, прежде всего используемым оборудованием. У некоторых копров башенного типа мачты опираются на выдвижные рамы, смещающиеся примерно на 1 м. Такими копрами можно забивать сразу сваи двух рядов с одной стоянки, что значительно снижает [трассу движения копра и время на его передвижки. При сооружении подземной части жилых зданий нашли применение краны, оснащенные навесным копровым оборудованием, перемещающиеся по рельсовому пути вдоль бровки котлована здания.

При устройстве свайных фундаментов зданий большой протяженности рационально применять мостовую сваебойную установку (рис. 6.12), представляющую собой передвижной мост, по которому перемещается тележка с копром. Сваи длиной 8...12 м забивают дизель-молотом. Достоинством мостовой сваебойной установки является возможность точной установки свай в месте забивки, предварительная раскладка свай в зоне работ значительно сокращает операции по подтаскиванию и закреплению сваи на копре, что значительно повышает производительность и качество работ.

При погружении свай основными факторами, определяющими выбор метода и сваепогружающего оборудования, являются физико-механические свойства грунта, объем свайных работ, вид свай, глубина их погружения, производительность применяемых сваебойных установок и свайных погружателей.

Объемы предстоящих работ измеряют числом свай, которые необходимо забить, или суммарной длиной погружаемой в грунт части свай.

P и c. 6.12. Схема погружения свай мостовой сваебойной установкой:

1 - головка с блоками; 2 - дизель-молот; 3 - свая; 4 - копер; 5 - рельсы; 6 - передвижной мост, 7 - кран для подачи свай

От этих объемов, специфики грунтовых условий и заданных сроков работ зависит выбор оборудования для погружения свай и количество сваепогружающих установок.

1. Вид продукции . Погруженный в грунт элемент заданной несущей способности. Погружение ведется серией вертикальных ударов по голове сваи.

2. Состав процесса. Доставка свай на объект; установка свай на погружающий агрегат; погружение свай в грунт до проектного «отказа».

3. Вход в процесс . Приняты предыдущие работы (площадка), погружены и испытаны пробные сваи (для определения фактической длины сваи и времени ее погружения).

Испытания проводят на полностью подготовленной площадке или на отметке дна проектного котлована до начала массового изготовления (или завоза) свай. При динамических испытаниях свая проектных размеров погружается ударами молота до расчетного «отказа». При статических испытаниях проектная свая нагружается реальной вертикальной нагрузкой (грузами). При положительных результатах испытаний дается заявка на изготовление проектных свай в заданном количестве (на объект). При отрицательных результатах проектанты изменяют длину или сечение сваи и проводят новые испытания.

4. Материалы . Сваи железобетонные заводского изготовления. Сечение свай – квадратное, 300x300 мм. Используются также трубчатые сваи диаметром 400–800 мм. Длина свай составляет на объектах ПГС 5–16 м. При этом сваи длиной 12–16 м могут быть составными из двух элементов, соединяемыми в процессе погружения рабочими стыками (рис. 3.4).

При возведении опор мостов используются трубчатые сваи-оболочки диаметром 1200–6000 мм. Из отдельных секций длиной 6,0 м в процессе погружения составляется свая длиной 20,0–40,0 м.

Сваи деревянные могут использоваться лишь ниже уровня грунтовых вод (в воде дерево не гниет). На таких сваях из лиственницы построено большинство старых зданий в Санкт-Петербурге, включая соборы и дворцы. В настоящее время при строительстве промышленных и гражданских сооружений (ПГС) деревянные сваи практически не применяются.

Стальные сваи – шпунт. Стальные пластины специального профиля, шириной 200–400 мм и длиной 6–12 м. Служат для устройства подпорных стен, крепления стенок глубоких котлованов (стр. 31, рис. 2.4).

4.1. Техника . Для погружения свай в грунт используется сваепогружающая установка (СПУ). СПУ представляет комплект двух агрегатов – копра и погружателя.

Копер включает (рис. 3.5):

Базовую машину (1) – трактор, экскаватор, автомобиль, мобильный мост;
- направляющую стрелу – для удержания свай в нужном положении; для навески погружающего механизма (погружателя – 3);
- вспомогательное оборудование – лебедки для подъема сваи и погружателя; системы наведения стрелы на точку; стальные сварные или литые наголовники с набором амортизирующих прокладок (твердые породы дерева, армированная резина) (рис. 3.6).

Системы наведения обеспечивают: постановку сваи на точку; выверку по вертикали; коррекцию положения сваи в процессе погружения. Они обеспечивают:

Наклон стрелы на определенный угол в двух плоскостях;
- поступательное перемещение стрелы «влево–вправо», «вперед–назад».

Следует отметить, что не все копры имеют полный набор этих движений, большинство имеют лишь движения наклона стрелы, что осложняет наведение и снижает точность погружения свай.

Погружатель – механизм, который силовым импульсом внедряет сваю в грунт (рис. 3.8, 3.9). Он определяет вид технологии.

Рациональные области применения различных копров:

Тракторные установки – погружение свай длиной 5–12 м при рядовом расположении свай (трактор перемещается вдоль ряда), производительность 20–30 шт/смену;

Экскаваторные (или на базе стреловых кранов) – погружение свай длиной 6–16 м при кустовом расположении свай в фундаментах под колонны; с одной стоянки поворотом стрелы погружает все сваи в одном кусте и переходит к другому кусту свай. Производительность 15–25 шт/смену;

Мостовые СПУ (рельсовые или гусеничные) в комплекте с молотом – погружение свай длиной 5–10 м при рядовом расположении свай или полем (рис. 3.7). Имеют высокую производительность 40–70 свай в смену. На небольшие расстояния (от дома на дом) могут перемещаться своим ходом. Однако из-за больших начальных затрат такие установки эффективны лишь при больших объемах работ (более 1500 свай). Применяются при квартальной застройке городских микрорайонов.

В качестве погружателей используются молоты, которые различаются по роду привода: молоты внутреннего сгорания (дизельные), паровоздушные и механические (подвесные). Паровоздушные молоты бывают одиночного и двойного действия. В молотах одиночного действия сила пара или сжатого воздуха используется лишь для подъема ударной части, а рабочий ход осуществляется при ее падении на сваю. В молотах двойного действия энергия пара или сжатого воздуха используется для увеличения силы удара. Управление работой молотов бывает ручным, полуавтоматическим и автоматическим.

Основной параметр молота – масса ударной части, которая в зависимости от рода грунта определяет максимально возможную длину погружаемой сваи.

Дизельный молот штангового типа (рис. 3.8, а) включает: шабот с поршнем (2), направляющие штанги (5), ударную часть с цилиндром (4) и поршневого блока, который заканчивается шарнирной опорой, состоящей из сферической пяты и наголовника. Назначение шарнирной опоры – обеспечить центральный удар по свае при незначительном нарушении соосности молота и сваи. Для запуска дизель-молота ударная часть с помощью захвата-кошки поднимается лебедкой копра в крайнее верхнее положение (рис. 3.8, а). После этого захват освобождает ударную часть и при ее падении в цилиндре образуется сжатый воздух, в результате чего температура его сильно повышается. В это время насос плунжерного типа подает топливо в цилиндр и происходит воспламенение смеси (рис. 3.8, б). Образовавшиеся при сгорании газы отбрасывают цилиндр в исходное положение (рис. 3.8, в), и в дальнейшем молот работает автоматически до момента прекращения подачи топлива. Высоту подъема ударной части регулируют подачей топлива в цилиндр.

Для погружения свай применяют дизель-молоты с массой ударной части 600, 1200, 1800 и 2500 кг и числом ударов в минуту 50–100. Высота подъема ударной части молота 1,0–2,6 м. Достоинство дизель-молотов по сравнению с паровоздушными состоит в том, что они более мобильны и не требуют для своей работы громоздких паровых котлов или мощных компрессоров. Недостаток штанговых дизель-молотов проявляется при забивке свай в слабые грунты, когда невозможно обеспечить автоматическую его работу, так как при этом в камере сгорания не образуется высокая степень сжатия воздуха, необходимая для воспламенения топливной смеси.

В трубчатом дизель-молоте (рис. 3.9) (с массой части соответственно 1200, 1800 и 2500 кг) неподвижным является цилиндр (2), а ударной частью служит тяжелый подвижный поршень (4). Цилиндр внизу заканчивается неподвижным шаботом, передающим удар свае через упругую прокладку. Плунжерный насос подает топливо в цилиндр. Отработанные газы выходят в атмосферу через патрубок. Принцип работы трубчатого дизель-молота такой же, как и штангового.

Трубчатые дизель-молоты более надежны в работе и обладают в 1,2–0,5 раза большей погружающей способностью, чем штанговые дизель-молоты.

Недостатком этих молотов является то, что они трудно запускаются при отрицательных температурах.

Механический молот применяют при небольших объемах работ. Он состоит из ударной части массой 1000–3000 кг и захватного устройства. После того как лебедка, размещенная на копре, поднимает на необходимую высоту ударную часть молота, захватное устройство освобождает ее и при свободном падении производится удар по свае. Механические молоты недороги, долговечны и имеют простую конструкцию.

Недостаток их состоит в том, что они производят небольшое количество ударов – 3–4 в минуту, при постоянном закреплении каната к ударной части молота можно увеличить число ударов до 10–12 в минуту, но это приводит к интенсивному износу лебедки и копра.

В паровоздушном молоте двойного действия ударная часть при рабочем ходе находится под действием силы тяжести и давления пара или сжатого воздуха. Благодаря этому скорость движения ударной части значительно выше и количество ударов в минуту увеличилось до 20.

Достоинством этих молотов является их высокая погружающая способность (погружают сваи длиной до 20–25 м), а недостатком – громоздкое и тяжелое паросиловое оборудование. На объектах промышленного и гражданского строительства паровоздушные молоты двойного действия практически не применяются.

Состав процесса:

Разбивка осей свайных рядов;
- Разбивка и закрепление штырями свайных точек;
- Постановка агрегата на точку и постановка на него сваи;
- Наведение при помощи агрегата сваи на проектную точку;
- Погружение с контролем вертикальности и замером отказа;
- При достижении сваей «отказа» погружение прекращается независимо от фактической глубины погружения сваи.

«Отказ » - величина погружения сваи от одного удара из серии в 10 ударов в мм (1,5–4,0 мм), при достижении которой полностью обеспечивается проектная несущая способность сваи.

Доставленные с завода сваи складируются на бровке котлована или раскладываются у места погружения (рис. 3.10).

Закрепление свайных точек в количестве, необходимом «на смену», производится стальными штырями диаметром 12–16 мм длиной 300–400 мм. Свая подтаскивается к копру канатом через рабочий блок (рис. 3.11, а) или через отводной блок (рис. 3.11, б) при расстояниях более 15,0 м.

После постановки сваи на СПУ, выверки в плане и по вертикали запускается молот. До глубины 1,5–3,0 м погружение ведется слабыми ударами молота при сбросе ударной части с половинной высоты. Затем погружение ведется при нормальной работе молота. Непрерывно контролируется вертикальность сваи в двух направлениях. Когда визуально будет заметно, что скорость погружения приближается к расчетному «отказу», устанавливаются приборы контроля – отказомеры, по которым и определяется величина фактического отказа сваи.

При погружении свай ведется «Журнал свайных работ», в котором все сваи должны быть пронумерованы в соответствии с рабочим чертежом. По каждой свае указываются: величина «отказа»; время погружения; глубина погружения, а также особые обстоятельства («отдых», трещины, излом, свая-дублер и т.п.).

После достижения «отказа» сваи СПУ переходит на следующую свайную точку. Недопогруженная часть сваи («попы») впоследствии срезается.

В ходе погружения свай нередко возникают случаи недостижения сваей расчетного «отказа» при погружении ее на полную длину. В этих случаях рекомендуются следующие действия:

Одна свая не получила «отказ», а следующие сваи дают «отказ». Погружение свай продолжают, а рядом с дефектной сваей погружается свая-дублер;

2–5 свай подряд не дают «отказа». В этом случае необходимо прекратить дальнейшее погружение свай. После «отдыха» свай (3–7 дней) производится контрольная добивка. Как правило, в глинистых грунтах проявляется явление «засасывания» сваи и обычно контрольная добивка дает значения менее расчетного «отказа»;

После контрольной добивки группы свай не получено расчетного «отказа». Работы по погружению свай приостанавливаются, вызываются представители проектной организации для уточнения размеров свай (обычно увеличивается длина сваи).

Сдача свайного поля. При сдаче предъявляются:

Акты на погружение свай-дублеров; на замену типов свай;
- акт погружения и испытания пробных свай;
- исполнительная схема погруженных свай;
- паспорта на сваи;
- акты на устройство стыков (при составных сваях);
- журнал свайных работ (с указанием отказа каждой сваи).

Срезка голов свай. Для устройства ростверка необходимо обеспечить проектную отметку верха свай. Это обеспечивается срезкой голов свай на необходимую величину. Процесс срезки достаточно трудоемкий. Сложность заключается в том, что необходимо срезать два различных материала: камень (бетон) и сталь (арматуру), для чего требуются разные технологии и режущие инструменты.

В настоящее время срезка голов свай выполняется в основном вручную с помощью пневматических и электрических молотков. Для уменьшения объема скола бетона (рис. 3.13) используется стальная обжимная рамка. Арматурные стержни режутся огневым способом или отрезными машинами.

Ограниченно применяются механические способы срезки голов свай:

– силовое скалывание гидродомкратами (рис. 3.14, а, б);
– срезание дисковой пилой;
– излом головы сваи специальным оборудованием на базе трактора (рис. 3.14, в).

В настоящее время разрабатываются также термические, взрывные, криогенные технологии срезки голов свай.

Достоинства технологии ударного погружения свай:

Высокая производительность;
- погружение свай практически в любые виды грунтов;
- значительное повышение несущей способности сваи (на 15–30 %) за счет уплотнения грунта под острием.

Недостатки:

Динамическое воздействие на сваю (должен быть запас прочности);
- большие динамические воздействия на здания и сооружения, расположенные рядом.

При наличии рядом со строительной площадкой ветхих или аварийных зданий данная технология неприемлема.

Источник : Технология строительных процессов. Снарский В.И.

Итак, сваи - конструктивный элемент, передающий нагрузки от здания (сооружения) на грунты, находящиеся значительно ниже условной нулевой отметки. Железобетонные сваи квадратного сечения 300х300мм, 350х350мм, 400х400мм длиной от 3м до 16м и составные длинной до 32м являются оптимальным выбором для строительства на слабых грунтах. В мостовом строительстве применяются центрифугированные (полые) свай диаметром 600мм.

Технология практически не меняется на протяжении уже многих лет, однако в последние годы введены определенные ограничения на применение свайных молотов в условиях городской застройки. В плотно застроенных городских районах используют буронабивные сваи , которые значительно дороже, однако при их устройстве не возникает риск разрушения соседних ветхих зданий. Или выполняют комплекс работ (устройство шпунтового ограждения, предварительный выбор грунта, лидерное бурение) по снижению негативной нагрузки на существующие фундаменты зданий и инженерные сети.

Способы погружения свай в грунт.

До начала погружения свай в грунт выполняют комплекс подготовительных работ в соответствии с проектом производства свайных работ, в состав которого входят:

• доставка и складирование готовых железобетонных свай ,
• доставка и монтаж оборудования для погружения, разработка схемы перемещения сваебойной установки с указанием очередности погружения свай согласно ППР ;
• планировка площадки основания (в весенне-осенний период как правило производят подсыпку из битого кирпича или щебня);
• геодезическая разбивка осей свайных рядов;
• пробная забивка свай для уточнения расчета несущей способности сваи (проведение статических и динамических испытаний).

Последовательность забивки свай устанавливается проектом с учетом свойств грунта, и маневровых особенностей техники.

Геодезическая разбивка, т.е. вынос в натуру точек расположения свай осуществляется нашими специалистами на основании чертежей и полученных от заказчика осей здания. В соответствии с нормативными требованиями, допустимыми отклонениями свай от проектной оси являются значение 0,2d при линейной забивке, либо 0,3d если сваи будут объединяться фундаментной плитой. d - сечение сваи, т.е. при забивке свай 300х300мм под "плиту", допустимым значением отклонения будет 9 сантиметров.

Для погружения свай используются различные методы

• ударный метод - забивка свай молотом
• метод вдавливания
• вибрационный метод - погружение свай при помощи вибрации
• бурение и установка свай в скважину (с применением лидерного бурения)

Ударный метод.

Забивка осуществляется молотами разных типов с ударной частью весом, обычно 1,8 - 12 тонн, смонтированными на тяжелую, как правило гусеничную технику (копры, гусеничные краны, троссовые и гидравлические экскаваторы). Сваи погружают в грунт приложением вертикальной (иногда наклонной) нагрузки.

Базовая машину служит для того, чтобы зацепить сваю, поднять ее и завести в наголовник молота, двигающийся по направляющей мачты. Дальше молот сбросом ударной части забивает сваю в грунт.

Забивку сваи начинают несколькими легкими ударами с последующим увеличением силы ударов до максимальной. При отклонении положения сваи от вертикали более чем на 1 % сваю исправляют подпорами, стягиванием и т.п., или вытягивают и забивают снова. Забивка сваи продолжается до получения заданного проектом отказа - величины погружения сваи от одного удара молотом после окончания забивки. Забивку свай при приближении к проектной величине погружения производят «залогами», т. е. 10 ударами молота подряд. Погружение сваи от одного залога замеряют с точностью до 1 мм. Отказ сваи определяется как частное от деления величины погружения сваи от одного залога на число ударов в залоге.

Метод вдавливания.

Метод вдавливания свай применяется при реконструкции зданий, которые нельзя сносить, так как они представляют собой историческую ценность и охраняются законом.

Наиболее эффективной областью применения технологии вдавливания свай является погружение железобетонных свай и шпунтов вблизи или внутри существующих зданий и сооружений в условиях плотной застройки, вблизи ветхих и аварийных сооружений, в оползневых зонах и в других местах, где нельзя погружать сваи ударным методом или вибропогружением из-за недопустимости динамических, вибрационных и шумовых воздействий. Оборудование для вдавливания свай достаточно громоздко, производительность оставляет желать лучшего, однако иногда этот безударный метод просто незаменим. Наибольшее применение получили шагающие сваевдавливающие установки Sunward.

Вибрационный метод - погружение свай (шпунта) при помощи вибрации.

Метод вибропогружения эффективен при погружении свай в водонасыщенные песчаные и малосвязные грунты. При этом происходит разжижение песчаного грунта и резко уменьшаются силы трения по боковой поверхности. После прекращения вибрации эти силы трения восстанавливаются.

Вибропогружатель - возбудитель колебаний вдоль оси сваи. Устройство с вращателем и пригрузом со смещенным центром тяжести с приводом от электродвигателя, либо гидростанции подвешивается на оголовке сваи. За счет значительного веса вибропогружателя и колебаний, свая (шпунт) погружается в грунт. Вибропогражатели, в отличие от молотов, имеют определенные ограничения по типам грунтов, в которых можно работать. Также, при вибропогружении часто применяют лидерное бурение.

Технология забивки свай с применением лидерного бурения

Лидерное бурение - бурение, выполняемое перед погружением сваи. Целей у лидерного бурение может быть несколько: снижение динамической нагрузки, передаваемой при забивке сваи на близлежащие строения, снижение шума от работы дизель-молота, увеличение длины используемой сваи (при погружении в плотные грунты). Также лидерное бурение применяется в случае наличия в геологическом разрезе песчаной прослойки более 2 метров. Решение об устройстве лидерных скважин принимается проектировщиком на основании отчета об инженерно-геологических изысканиях.

Диаметр шнека при лидерном бурении под сваи 300х300 принимается 200мм-250мм в зависимости от категории грунтов. Глубина бурения, обычно, на 0,5 метра меньше глубины погружения сваи. Также, например, для забивки 10-метровой сваи, при залегании метровой песчаной прослойки на глубине 5 метров, может быть назначено лидерное бурение на глубину 6-6,5 метров для снижения негативного эффекта песка при погружении свай.

При лидерном бурении, грунт, выбираемый шнеками из скважины увеличивает высотную отметку поверхности земли (котлована) на 10 и более сантиметров (в зависимости от глубины и диаметра бурения. Необходимо грамотно подходить к производству работ по бурению т.к. при забивке сваи , скважина, находящаяся в непосредственной близости часто осыпается из-за динамических нагрузок при работе молота. Для устройства лидерных скважин при проведении свайных работ, нашей компанией используется установки ПБУ-2-317, ЛБУ-50, УРБ-2А2.

Машины и оборудование для погружения забивных свай

Используется дизель-молоты на базе полноповоротных экскаваторов серии ЭО. Экскаваторы на гусеничном ходу и служат, по большому счету, для перемещения сваебойного оборудования. Сваебойным оборудованием является мачта и непосредственно сам молот. Молот перемещается по направляющим на мачте.

Но наиболее эффективны копры с гидромолотом такие как: Junttan PM20, Junttan PM22, Junttan PM25, Hitachi KH-150-3 , Hitachi KH-180-2, Nippon-Sharyo DH, Banut, PVE, Liebherr.

В случае необходимости молот может быть заменен на буровое оборудование для производства лидерного бурения. При перебазировке с объекта на объект, с базовой машины снимается молот и мачта (состоящая из 2-3 частей). Учитывая негабаритные размеры и вес копра, его перебазировка осуществляется по специальному разрешению ГИБДД с сопровождением.

Молоты для забивки .

Молот состоит из ударной части, перемещающейся вдоль направляющих, шабота (неподвижной части) и наголовника. По типу действия различают дизель-молоты и гидромолоты.

На фотографии представлены очень распространенные штанговые дизель-молоты и отечественные гидромолоты "Ропот". Между ударной и неподвижной находится обычный цилиндр дизельного двигателя. Принцип работы также очень похож на обыкновенный дизельный двигатель. Ударная часть поднимается тросом, в этот момент открывается подача топлива, затем молот сбрасывается и в цилиндре происходит взрыв т.к. как известно, воспламенение дизельного топлива происходит от сжатия. За счет энергии удара молота и взрыва в цилиндре, свая погружается, а ударная часть молота подбрасывается вверх и снова падает. Так происходит пока не прекращается подача топлива.

Гидромолот отличается механизмом привода. Вместо цилиндра ДВС, ударная часть приводится в движение гидравликой. Причем при помощи гидравлики, ударная часть не только поднимается, но и опускается, т.е. не сбрасывается. За счет этого есть возможность регулировки высоты подъема. Если дизель-молот бьет с практически одинаковой частотой, гидромолот может бить как с максимальной силой, так и маленькими частыми ударами, что очень удобно при работе на песчаных грунтах. Вест ударной части гидромолотов составляет 3-12, в отличие от дизель-молотов, у которых ударная часть весит 1,8-3 тонны. Хотя существую импортные дизель-молоты с ударной частью 10, 14, 16 тонн.

Экологические и внешние преимущества при работе с гидромолотом:

• Надежность, безотказность, простота эксплуатации, всесезонность, всепогодность.
• Регулирование энергии ударов.
• Минимальное сейсмическое воздействие на грунт, позволяющее производить сваебойные работы в плотной городской застройке без опасности для близкорасположенных зданий.
• Производительность в 2 раза выше аналогичных устройств забивки свай свободного падения.
• Пониженный шум.
• Отсутствие выхлопных газов, экологическая чистота.
• Пониженная вибрация.

При забивке железобетонных и стальных свай обязательно применяют наголовники, предохраняющие головку сваи от повреждения при ударе по ней молотом сваебойной установки. При забивке деревянных свай голову сваи предохраняют от размочаливания бугелем, преставляющим собой цилиндрическое кольцо из полосовой стали, надеваемое на голову сваи. Нижний конец деревянной сваи заостряют в виде четырехгранной или трехгранной пирамиды. При наличии в грунте твердых включений на острие сваи надевают металлический башмак, защищающий острие от размочаливания. Деревянные сван применяют при условии заложения головы сваи ниже уровня грунтовых вод.

Для того, чтобы мощные удары не разбили голову сваи, в наголовник молота вставляют деревянную прокладку, выполняющую функцию амортизатора.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СВАЙНЫХ РАБОТ

Установка сваебойного оборудования и свай должна быть выполнена без перерыва до полного закрепления их на месте.

В процессе забивки свай необходимо постоянно наблюдать за состоянием сваебойной установки, в случае ее неисправности, работы должны быть немедленно прекращены.

Подтаскивают сваи к копру только через отводной блок, закрепленный у основания копра и по прямой линии в пределах видимости для моториста лебедки.

К работам по забивке свай допускаются лица, знающие правила обращения с оборудованием и механизмами и сдавшие специальный технический минимум. При. кратковременной остановке молот должен быть прикреплен к копру, а подъемный канат - ослаблен. При длительных остановках молот опускают в нижнее положение и закрепляют его.

Каждый копер оборудуют звуковой сигнализацией. Перед пуском в действие свайного молота подается звуковой сигнал.

Передвижка сваебойной установки со стоянки на стоянку осуществляется только по команде бригадира и под его наблюдением.

В зимнее время рабочие площадки должны быть очищены от снега и льда и посыпаны песком.

Контроль качества при погружении (забивке) свай

Контроль качества работ по устройству свайного фундамента ведется пооперационно с оформлением актов подготовки котлована, подъездных путей, геодезической разбивки, погружения свай, устройства ростверка.

Данные о погружении свай необходимо записывать в «Журнал забивки свай». Основным требованием к качеству погружения сваи является достижение ею заданной несущей способности. Допустимая нагрузка на сваю зависит от глубины, точности и технологии ее погружения, а также от грунтовых условий. Наиболее достоверное значение несущей способности свай дает (опытная забивка свай, пробная забивка свай) их статическое испытание, однако оно трудоемко и длительно. Поэтому в процессе производства работ применяется менее точный, но простой и удобный в исполнении динамический метод испытания свай, сущность которого основана на корреляции зависимости сопротивления сваи и отказа.

Отказом сваи называется глубина погружения сваи в грунт от одного удара молота, определяемая как среднее арифметическое значение величины глубины погружения сваи от определенного числа ударов (залога). Число ударов в залоге для молотов подвесных и одиночного действия принимают равным 10 (для молотов двойного действия и вибропогружателей принимают число ударов или работу механизма в течение 2 мин). Этот фактический отказ сравнивается с расчетным (проектным), который устанавливают проектировщики исходя из инженерно-геологических условий, с целью контроля несущей способности сваи. Отказ замеряется в конце погружения сваи с точностью до 1 мм не менее чем от трех последовательных залогов. Свая, не давшая расчетного (проектного) отказа, должна быть подвергнута контрольной добивке после отдыха и засасывания ее в грунте в течение 6 суток - для глинистых и разнородных грунтов, 10 суток для водона-сыщенных мелких и пылеватых песков. 20 суток для мягко-и текучепластичных глинистых грунтов. Сваи, давшие ложный отказ, или сваи, не забитые на 10 - 15 % длины, следует подвергнуть обследованию с целью устранения причин, затрудняющих забивку. В случае; если отказ при контрольной добивке превышает расчетный, проектная организация должна провести контрольные испытания свай статической нагрузкой и откорректировать проект свайного фундамента или его часть.

Погружение свай может производиться как до проектного отказа, так и до проектной отметки (устанавливается проектом). Последнее возможно только в тех случаях, когда под острием сваи залегают слабые грунты и несущая способность сваи не превышает 200 кН.

Свайные молоты применяют механические (подвесные), паровоздушные и дизельные.

Механические молоты , которыми сваи забивают за счет энергии свободного их падения, имеют небольшую производительность. Их применяют редко и для погружения свай небольших размеров.

Паровоздушные молоты широко используют для забивки железобетонных и стальных свай, в том числе для забивки тяжелых свай в плотные связные грунты. Работают такие молоты при помощи пара или сжатого воздуха; по своей конструкции и принципу действия их подразделяют на молоты одиночного и двойного действия.

Молоты одиночного действия бывают с ручным, с полуавтоматическим и с автоматическим управлением.

Молоты с ручным управлением просты и надежны в работе, но имеют малую частоту ударов (до 25 в мин). Вес ударной части в молотах одиночного действия достигает 8000 кг.

Молоты двойного действия более производительны и работают автоматически, но имеют меньший вес ударной части, что ограничивает их применение для забивки тяжелых свай. Существуют паровоздушные молоты двойного действия, приспособленные для работы под водой.

В зимних условиях в паровоздушных молотах лучше применять не сжатый воздух, а пар, так как при пневматическом способе в механизмах конденсируется и замерзает вода.

Дизель-молоты находят широкое применение главным образом для забивки относительно небольших свай и подразделяются на штанговые, трубчатые и с воздушным буфером. В штанговых молотах ударной частью служит цилиндр, а в трубчатых - поршень. Вес ударной части от 400 до 2500 кг.

К недостаткам дизель-молотов относятся:

Низкий коэффициент полезного действия - до 60% кинетической энергии тратится на сжатие воздуха вцилиндре;

Неполноценность работы в начальный период и при слабых грунтах - при небольшом сопротивлении погружению не происходит достаточного сжатия горючей смеси и поэтому прекращается работа молота;

Неполноценна работа при низких температурах воздуха.

Общая организация свайных работ на мостостроительном объекте зависит от выбора механизмов для погружения свай. Выбор сваебойных агрегатов, в том числе свайных молотов, зависит от свойств грунтов, а также от веса сваи, ее конструкции, требуемой глубины погружения и несущей способности.

Вес ударной части молота одиночного действия (включая дизель-молот) должен быть больше веса сваи при ее длине более 12 м. При длине сваи менее 12 м вес ударной части молота должен превосходить вес сваи более чем в 1,25 раза - при погружении в грунты средней плотности.

В различных грунтовых условиях эффект погружения свай может зависеть как от энергии удара молота, так и от частоты его ударов. Только при оптимальном соотношении всех параметров сваебойного агрегата, соответствующем конкретным грунтовым условиям, можно успешно погружать сваи в грунт.

Погружение сваи молотами в песчаные грунты, полностью насыщенные водой, в некоторых случаях оказывается затруднительным. Увеличение веса ударной части молота не дает при этом эффекта. Интенсивнее вытесняется вода и, следовательно, увеличивается скорость погружения сваи также подмыв грунта, при котором возникает поток воды вдоль стен свай, уменьшается трение и открывается путь для выхода свободной воды из пор грунта. При водонасыщенных песчаных грунтах предпочтительнее вибропогружение свай и забивка молотами с большой частотой ударов и с применением подмыва.

При погружении свай в глинистые грунты происходит их уплотнение, нарушаются структурные связи и как следствие часть связной воды переходит в свободную, т.е. грунт разжижается (явление тиксотропин). Это явление облегчает погружение свай, причем происходит оно интенсивнее при относительно большей частоте ударов молота. Кроме того, возможность успешного погружения свай в глинистые грунты зависит от многих

других причин и главным образом от консистенции и влажности грунта. Большие силы сцепления глинистых грунтов со сваей резко снижают эффект погружения; в водонасыщенных глинистых грунтах погружение затруднено даже при небольшой их плотности; в плотных глинистых грунтах сопротивление погружению возрастает. Подмыв свай в глинистых грунтах редко дает положительные результаты. В плотные глинистые

грунты сваи лучше погружать свайными молотами с большим весом ударной части – паровоздушными молотами одиночного действия. Для облегчения погружения в глину трубчатых свай их иногда погружают с открытым концом и с извлечением грунта из их полости.

В супеси или в слабые суглинки сваи можно успешно погружать свайными молотами с применением в необходимых случаях подмыва.

Сваи необходимо забивать в грунт до тех пор, пока величина погружения от одного удара не достигнет расчетного значения, называемого отказом (среднее арифметическое значение осадки от нескольких ударов).

Расчетный отказ косвенно характеризует несущую способность сваи по грунту, т.е. является динамическим эквивалентом предельной статической нагрузки на сваю. Первоначальный отказ, полученный после завершения забивки сваи, обычно не является истинным, так как после некоторого перерыва величина отказа изменяется. В маловлажных песчаных грунтах отказ возрастает (сопротивление уменьшается), а в глинистых грунтах уменьшается.

Производительность свайных работ зависит как от правильного выбора сваебойного агрегата, так и от вспомогательных операций по забивке, которые занимают до 80% времени. Для свайных работ применяют копры или краны. Стреловые и портальные краны снабжают направляющими стрелами и другим вспомогательным оборудованием. Для направления свай при погружении, особенно для направления наклонных свай, применяют также направляющие приспособления в виде каркасов из инвентарных элементов УИКМ или переносных устройств, устанавливаемых на распорных креплениях котлованов.

Копры и краны, применяемые для забивки свай, должны обладать маневренностью и позволять быстро перемещать их, а также проводить все вспомогательные работы. Копры должны быть легкими, достаточно жесткими, просты в сборке и по возможности универсальны. Размеры копра и его конструкцию подбирают в зависимости от размеров свай, условий их погружения, а также от применяемого сваебойного агрегата. Если копры предназначены для забивки относительно коротких и легких свай или шпунта, то их можно изготовлять на строительстве. Деревянные сборно-разборные копры можно изготовлять высотой до 15 м; находят применение деревянные копры с двумя стрелами, позволяющими забивать одновременно по две сваи. Чаще применяют металлические инвентарные копры. Среди них копры для дизель-молотов, выполненные из различных прокатных профилей и труб и снабженные колесами для передвижения по рельсам. Для забивки тяжелых длинных свай, в том числе и наклонных, применяют универсальные копры, перемещаемые по рельсам. Таким копрам можно придавать наклон в пределах до 5:1 с помощью длинных винтов, установленных между вышкой и платформой. Большинство универсальных копров полноповоротные в горизонтальной плоскости, а на платформе обычно размещены паровой котел, лебедка и механизмы поворота. При перестановке тележки и установке на рельсы другого направления станину копра поднимают домкратами, укрепленными под платформой. На местности, покрытой водой, сваи целесообразно забивать с помощью плавучих копров, которые располагают на плашкоутах из металлических понтонов (обычно на инвентарных понтонах КС) и закрепляют якорями.

Наряду с копрами в мостостроении для забивки свай широко используют различные краны: стреловые стационарные деррик-краны, стреловые на гусеничном или автомобильном ходу и портальные. На местности, покрытой водой, для этой цели применимы плавучие краны.

Применение крана для забивки свай особенно целесообразно, если его используют на всех работах по сооружению опоры, т.е. для забивки шпунта, извлечения грунта и бетонирования тела опоры, и, кроме того, для монтажа пролетных строений. Так универсальные краны, имеющие сменное оборудование, позволяют забивать шпунт и сваи, разрабатывать и извлекать грунт из котлованов или опускных колодцев, подавать бетонную смесь, поднимать скользящую опалубку или подавать под сборку опалубочные щиты, собирать опоры из блоков, монтировать сборные металлические и железобетонные пролетные строения и т.д.

Краны, используемые для забивки свай, снабжают направляющими стрелами. Находят применение короткие направляющие, подвешенные к крану, которые по мере забивки сваи периодически опускают с таким расчетом, чтобы молот при работе не выходил за их пределы. Чаще применяют длинные направляющие, подвешенные к стреле крана, в нижней части жестко присоединенные к корпусу крана при помощи соединения, позволяющего изменять наклон направляющей и вылет стрелы крана.

В тех случаях, когда проектные отметки голов свай находятся ниже уровня воды, применяют свайные молоты, способные работать под водой, или используют так называемые “подбабки”, устанавливаемые между концом сваи и молотом. Подбабки представляют собой отрезки свай или соответствующие инвентарные конструкции.

Последовательность погружения свай зависит от формы фундамента, свойств грунта. количества свай и применяемого оборудования. При небольшом количестве рядов сваи забивают последовательно по рядам, начиная от крайнего. В многорядных фундаментах применяют спиральную последовательность, начиная от центральных свай во избежание переуплотнения грунта, препятствующего погружению последующих свай.

Для выполнения свайных работ применяется оборудование, которое можно подразделить на основное и вспомогательное. К основному оборудованию относятся: копры и молоты для погружения свай заводского изготовления; буровые станки для изготовления буронабивных свай; крановое оборудование, используемое для навесных копровых стрел или буровых рабочих органов; автобетоносмесители большой вместимости, приготовляющие и доставляющие литую бетонную смесь для буронабивных свай. К вспомогательному оборудованию относятся машины и механизмы общестроительного, назначения (автотранспортные средства, машины для земляных работ, погрузочно-разгрузочные средства, компрессоры, оборудование для сварочных работ и т.п.). К вспомогательному оборудованию можно отнести также свайные наголовники, инвентарные хомуты для срезки голов свай, отбойные молотки, бетонолитные трубы, бункера и бадьи для приемки и укладки бетонной смеси.

Для контроля качества выполнения свайных работ используются приборы и оборудование, к которым относятся геодезические инструменты, отказомеры, гаммаплотномеры, приборы для неразрушающих способов определения марок бетона свай и ростверков, фактических величин защитного слоя бетона и т.п.

8.5.1. Погружение свай заводского изготовления

Сваи заводского изготовления погружаются в грунт забивкой с помощью молотов, вибропогружением. с помощью вибропогружателей, вдавливанием (или вибровдавливанием) с помощью специальных агрегатов.

Наиболее широкое применение на объектах промышленного и гражданского строительства получил способ забивки, а на объектах транспортного и гидротехнического строительства — способ вибропогружения.

Существует два метода погружения свай: с помощью копров, когда молот (или вибропогружатель) закрепляется в направляющих копровой стрелы, служащей для удерживания сваи в заданном (вертикальном или наклонном) положении в течение всего периода погружения; бескопровый, когда молот (или вибропогружатель), подвешенный на крюке крана, устанавливается на голову сваи, которая удерживается в заданном положении инвентарным металлическим или деревянным кондуктором. Последний метод применяется главным образом для погружения свай и свай-оболочек в транспортном и гидротехническом строительстве.

По конструктивным особенностям копры подразделяются на рельсовые, самоходные и навесные. Технические характеристики копров приведены в табл. 8.27 и 8.28.

Рельсовые копры применяются, как правило, при погружении свай большой длины (до 20 м) и массы (до 8 т), а также в тех случаях, когда площадка строительства сложена от поверхности слабыми грунтами и давление на грунты дна котлована не может быть более 0,05 МПа.

Самоходные копры на базе тракторов и трубоукладчиков применяются главным образом в случаях, когда длина погружаемых свай массой до 1 т не превышает 12 м, а свайные фундаменты спроектированы в виде лент.

Навесное копровое оборудование на экскаваторах и кранах применяется для погружения свай, расположенных в плане в виде лент или групп (кустов) при длине до 14 м и массе до 6 т.

Молоты, используемые для погружения свай, по конструктивным особенностям подразделяются на механические, паровоздушные одиночного действия, дизельные штанговые и трубчатые, вибропогружатели.

Механические молоты представляют собой чугунные или стальные болванки, устанавливаемые в направляющих копровой стрелы и поднимаемые на требуемую высоту лебедкой. Сброс осуществляется механическим устройством. Масса механических молотов обычно не превышает 5 т, а частота ударов — 4-12 в 1 мин.

ТАБЛИЦА 8.27. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОПРОВ НА РЕЛЬСОВОМ ХОДУ

Показатель	Простые и механизированные копры					Универсальные копры
	КП-8	КП-12	С-1006	С-582	КП-20М	С-995	С-908	КУ-20	СП-56	СП-55
Полезная высота мачты, м	8	12	12	17,5	20	12	16	20	20	25
Полная высота копра, м	15	19,6	18	23,4	28	18,3	23	28,2	28,2	36,2
Грузоподъемность, т	7,5	8,5	10	9	21	8,5	12	20	20	30
Рабочий наклон, мачты: назад вперед	- -	- -	1:3 1:6	1:3 1:9	- -	1:3 1:3	1:3 1:6	1:3 1:10	1:3 1:8	1:3 1:8
Установочный наклон (вправо, влево), град	-	-	До 1,5	-	-	До 1,5	До 1,5	-	До 1,5	До 1,5
Угол поворота платформы, град	-	-	-	-	-	-	360	360	360	360
Изменение вылета мачты, м	-	-	1,2	-	-	1,2	1,2	1,2	1,35	1,35
Удлинение направляющих ниже головки рельсов, м	-	-	4	-	-	3,5	4	4	4	4
Ширина колей, м	3,4	3,4	4	5,5	7,5	4	4	5,5	6	6
Масса, т: копра без противовеса и молота противовеса максимальная молота	13,6 4 3,5	22,1 4,3 4,5	11 14 6	7,73 - 4,2	32,5 15,1 8,5	20,8 21 4,5	36,9 21 6	49 11,7 8,5	52,5 31,2 12	57 57 17
Полная установленная мощность электродвигателя, кВт	28,4	49,2	31,5	10	78,2	26,8	46	92,2	66	89

ТАБЛИЦА 8.28. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НАВЕСНОГО И СМЕННОГО КОПРОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА БАЗЕ ТРАКТОРОВ И ЭКСКАВАТОРОВ

Показатель	Копровое оборудование марки						Навесное оборудование на экскаваторы
	С-870	С-878К	СП-49	КО-16	C-860	СП-50С
Полезная высота	8,5	8,5	12	16	10	12	10	14
Полная высота копра, м	13	13	19	23	15,5	19	14,7	21
Грузоподъемность, т	5,4	7	7	15	10	11	10	15
Рабочий наклон мачты: назад вперед	1:3 1:10	1:3 1:4	1:3 1:4	1:3 1:4	1:10 1:10	1:3 1:8	- -	- -
Установочный наклон (вправо, влево)	1:10	1:8	1:8	1:8	1:10	1:10	-	-
Угол поворота мачты вокруг оси копра, град	-	-	-	-	360	360	360	360
Максимальное изменение вылета мачты, м	-	0,7	0,7	1	0,5	0,5	-	-
Ширина направляющих для молота, мм	360	360	360	360	360	360	360	360
Базовая машина	Т-100М	Т-100М	Болотный Т-100МБТП	Т-160ГП	Э-652А	ЭО-5111АС	Э-652	Э-1004 и Э-1252
Масса копрового оборудования, т: без молота агрегата в целом		5,8 20,3	9,3 26,4					6,5 40
Удельное давление на грунт, МПа	0,06	0,065	0,06	-	0,087	0,08	0,08	0,085

В связи с низкой производительностью механические молоты широкого применения не получили.

Паровоздушные молоты применяют, как правило, для погружения свай массой до 8 т. Эти молоты позволяют за счет регулирования высоты подъема ударной части изменять энергию удара. Их применение не зависит от осадок свай при погружении и от температуры окружающего воздуха. Недостатками паровоздушных молотов являются отсутствие энергетической автономности и необходимость обеспечения их компрессорами (или паровыми котлами) большой производительности.

Энергетической автономностью обладают дизельные молоты. Штанговые дизельные молоты предназначены для погружения деревянных и железобетонных свай массой до 2,5 т. Трубчатые дизельные молоты обладают более высокой по сравнению со штанговыми энергией удара и применяются для погружения железобетонных свай массой до 6 т.

Недостатком дизельных молотов являются ограниченные возможности в регулировании энергии удара, плохая заводимость при осадках свай более 200 мм (когда молот работает в режиме свободного сброса) и понижение работоспособности при нагревании.

Технические характеристики молотов, применяемых для погружения свай, приведены в табл. 8.29—8.32.

Вибропогружатели, характеристики которых приведены в табл. 8.32, применяются главным образом для погружения железобетонных полых круглых свай и свай-оболочек или иногда призматических свай большой (20 м) длины.

ТАБЛИЦА 8.29. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПАРОВОЗДУШНЫХ МОЛОТОВ

Показатель	Молоты простого действия с управлением
	ручным				полуавтоматическим			автоматическим
	МПВП -3000	МПВП-4250	МПВП-6500	МПВП-8000	СССМ-570	С-276	СССМ-680	С-811	С-812Л
Масса, кг: ударной части молота общая	3000 3267	4250 4528	6500 6811	8000 8695	1800 2700	3000 4150	6000 8650	6000 8200	8000 11000
Энергия удара, кДж	37,5	43,2	89,7	110,0	27,0	39,0	82,0	82,0	100,0
Число ударов в 1 мин	8—12	8—12	8—12	8—12	До 30	До 30	До 30	40—50	35—40
Высота подъема, м	1250	1250	1250	1250	1500	1300	1370	1370	1370
Объемный расход воздуха, м 3 /мин	9—11	11—15	16—20	18—26	10	14	30	18—20	26
Массовый расход пара, кг/ч	500—550	600—750	1100—1300	1200—1500	545	700	1470	1250	1500
Габариты, мм: длина ширина высота	- - 2850	- - 2820	- - 3125	- - 2580	810 780 4840	1180 900 4840	1410 880 4960	1070 1150 4730	1070 1270 4730

ТАБЛИЦА 8.30. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ШТАНГОВЫХ ДИЗЕЛЬ-МОЛОТОВ

Показатель	Дизель-молоты с охлаждением
	подвижными				неподвижными
	ДБ-45	ДМ-Б8	ДМ-150	ДМ-150а	С-222	С-268	С-330	С-330А
Масса, кг: ударной части молота общая	140 260	180 315	190 340	240 350	1200 2300	1800 3100	2500 4200	2500 4500
Энергия удара, кДж	1,0	1,50	1,50	1,95—2,00	-	-	-	-
Число ударов в 1 мин	96—100	100—110	100	60—65	50—55	50—55	42—50	42—50
Наибольшая высота подъема ударной части молота, мм	1000	1000	1000	1250	1790	2100	2600	2500
Габариты, мм: длина ширина высота	500 360 1715	550 400 1940	620 450 1970	650 450 1980	850 800 3360	900 820 3820	870 980 4540	870 1000 4760
Размер сечения или диаметр погружаемых свай, см	20*	18—22*	18—22*	18—22*	До 30×30**

* Деревянные сваи.

** Железобетонные сваи.

ТАБЛИЦА 8.31. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТРУБЧАТЫХ ДИЗЕЛЬ-МОЛОТОВ

Показатель	Дизель-молоты с охлаждением
	водяным					воздушным
	С-994	С-995	C-996 и С-996 хл	С-1047, С-1047 хл	С-1048 и С-1048 хл	С-859	С-949	С-954	С-974
Масса ударной части, кг	600	1250	1800	2500	3500	1800	2500	3500	5000
Высота подскока ударной части, мм: наибольшая наименьшая	2800 2000± ±200	2800 2000± ±200	2800 2000± ±200	2800 2000± ±200	2800 2000± ±200	2800 2000± ±200	2800 2000± ±200	2800 2000± ±200	2800 2000± ±200
Энергия удара (при высоте подскока 2500 мм), кДж	9,0	19,0	27,0	37,0	52,0	27,0	38,0	52,0	76,0
Число ударов в 1 мин, не менее	44	44	44	44	44	44	44	44	44
Масса молота с кошкой, кг	1500	2600	3650	5500	7650	3500	5000	7500	10 100
Габариты, мм: длина ширина высота	640 470 3825	720 520 3955	765 600 4335	840 950 4970	890 1000 5150	700 790 4190	720 - 4970	890 1000 5080	- - 5520

ТАБЛИЦА 8.32. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВИБРОПОГРУЖАТЕЛЕЙ

Марка вибропогружателя	Номинальная мощность электродвигателя, кВт	Статический момент массы дебалансов, кН×см	Частота колебаний в 1 мин	Возмущающая сила, кН	Масса вибропогружателя, кг
ВПП-2А ВП-1 ВП-3М ВРП-30/120 ВУ-1,6 ВП-170М ВРП-60/200 ВУ-3	40 60 100 2×60 2×75 200 2×100 2×2000	1 000 9 300 26 300 33 000 34 600 50 000 60 000 99 400	1500 420 408 300-573 458 475-550 300-460 500-550	250 185 442 До 960 960 1000-1690 До 1700 2800-3400	2 200 4 500 7 500 10 200 11 900 12 500 15 000 27 600

Примечания: 1. Вибропогружатели ВУ-1,6, ВРП-60/200 и ВУ-3 имеют проходное отверстие для извлечения грунта из полости свай-оболочек. 2. Вибропогружатели марки ВРП-30/120 и ВРП-60/200 позволяют бесступенчато регулировать момент дебалансов и скорости их вращения в процессе погружения сваи-оболочки в зависимости от проходимых грунтов.

При сооружении свайных фундаментов для объектов жилищно-гражданского и промышленного строительства наибольшее применение находят дизельные молоты (штанговые, и трубчатые), на объектах транспортного и гидротехнического строительства — паровоздушные молоты и вибропогружатели.

Подбор копрового оборудования производится при следующих условиях: давление на грунт не должно превышать допустимое; копер должен обеспечивать заданную точность погружения свай в плане и по вертикали; длина свай не должна превышать полезной высоты стрелы; грузоподъемность копра должна быть больше или равна сумме масс сваи, наголовника и полной массы молота.