Погружение свай. Копры

Для погружения го­товых свай применяют копры с подвешенными на них сваепогружателями. В промышленном и гражданском строи­тельстве применяют преимущественно агрегаты на базе полнопо­воротных базовых машин стреловых кранов, экскаваторов и трак­торов.

К основным параметрам копров, копровых установок и само­ходных агрегатов относят следующие: грузоподъемность, высоту мачты, вылет мачты и изменение его, продольный, поперечный и установочный наклоны мачты для приведения ее в вертикальное положение или придания необходимого рабочего наклона, ширину колеи ходового устройства и общую массу копра (установки).

Под грузоподъемностью копра понимают наибольшую суммар­ную массу одновременно подвешенных свай, наголовника и погружателя (Р), измеряемую в тоннах. За полную высоту мачты коп­ра принимают расстояние от опорной плоскости копра (поверхно­сти земли или подмостей) до оси верхнего грузового блока подъ­ема (Н, м). Вылет мачты - это размер между продольной осью вертикально установленной на копре сваи и осью вращения плат­формы копра (l,м). Конструктивная масса копра - его масса с противовесом (G,т). Продольный установочный наклон мачты (±α) характеризуется углом между продольной осью мачты и вертикалью в продольной плоскости симметрии копра, а попереч­ный установочный наклон (± β) - углом между продольной осью мачты и плоскостью.

Для устройства фундаментов под стены сваи располагают в виде лент, состоящих из одного-двух рядов и бо­лее (рис. 2).

Рис. 2. Схема расположения свай в фундаментах 12-этажного жилого здания

Рабочий наклон мачты характеризуют тангенсом угла α между продольной осью мачты и вертикалью в продольной плоскости симметрии копра. Значения этих величин приводятся в техниче­ских характеристиках копров.
Полезная высота копра представляет собой разницу между полной высотой копра и суммарной длиной сваепогружателя, включая длину подвески.

Навесные и подвесные мачты самоходных агрегатов на базе стреловых кранов и кранов-экскаваторов изготовляют решетча­тые, трубчатые и коробчатого сечения из швеллеров. Подвесная мачта своим нижним концом опирается на грунт, навесные мачты связаны, как правило, телескопической распоркой с по­воротной платформой крана (крана-экскаватора).

Сваебойные молоты, вибропогружатели

Сваепогружатели подразделяют на ударные, вдавливающие, вибрационные и вибровдавливающие.
Схема расположения свай под фундаменты колонн приведена на рис.3.

Рис. 3. Схема расположения свай под фундаменты колонн:
а - разрез;  б - план;  1 - колонна;  2 - ростверк;   3 - свая

К ударным сваепогружателям относят молоты подвесные механические,         паровоздушные  одиночного и   двойного   действия, а также   дизельные молоты - штанговые   и труб­чатые,  работающие  как двухтактные     двигатели внутреннего сгорания.

Механические молоты в форме тяжелой чугун­ной болванки или  железо­бетонного блока, подве­шиваемых к копру или стреловому крану, при­меняют для забивки тяжелых свай массой 8-10 т и более в нескальные грунты любой плотности при небольшом объеме работы, так как производительность их мала.

Паровоздушные и дизельные молоты представляют собою дви­гатели, совмещенные с исполнительным органом - ударной частью.
В паровоздушных молотах одиночного действия воздух (пар) используется только для подъема ударной части - чугунного ци­линдра, а падает он под действием силы тяжести. Такими молота­ми можно забивать железобетонные сваи массой 12-15 т в не­скальные грунты любой плотности.

В паровоздушном молоте двойного действия пар (воздух) ис­пользуется не только для подъема ударной части, но и для уско­рения ее, вследствие чего такие молоты более производительны по сравнению с молотами одиночного действия. Применяют их для забивки железобетонных свай массой до 6 т, а также шпунта в нескальные грунты любой плотности. Особенно эффективно они действуют при забивке свай под водой; ими можно погружать на­клонные сваи, а также извлекать сваи из грунта.

Дизельные молоты целесообразно применять для погружения свай в полутвердые и тугопластичные глинистые грунты с консис­тенцией В = 1,1-0,4.

Конструктивные решения свайных фундаментов показаны на рис. 4

Рис. 4. Конструктивные решения свайных фундаментов:
а - со сборно-монолитным ростверком; 1 - сваи; 2 - монолитные участки; 3 - балка; 4-плита перекрытия; б - безростверковое решение; 1 - оголовок; 2 - свая;   3 - плита пере­крытия; 4 - стеновые панели

Способы погружения свай

Классификация способов погружения готовых свай приве­дена на рис. 5.

Рис. 5 Классификация способов погружения свай
Схемы положения мачты копра показаны на рис.6.

Рис. 6. Схемы положения мачты копра:
а - при продольном установочном наклоне; б - то же, при поперечном;
в - рабочий наклон мачты

Схема сваебойных агрегатов на базе кранов-экскаваторов приведена на рис.7.

Рис. 7. Схема сваебойных агрегатов на базе кранов-экскаваторов:       
а - с подвесной копровой стрелой; 1 - базовая машина; 2 - подвесная   копровая   стрела; 3 - дизель-молот; 4 - свая; 5 - пята; б - с навесной  управляемой копровой мачтой кон­струкции СКВ Главмосстроя; 1 - мачта;  2 - дизель-молот; 3 - крановая стрела; 4 - теле­скопическая распорка; 5 - базовая машина; 6 - выдвижная пята

Штанговые дизель-молоты с ударной массой в 1200-3500 кгс предназначены для забивки железобетонных свай сечением 30х30 и 35х35 см, длиной 8-10 м и массой 2-2,5 тс. Их можно использовать также для выдергивания свай.

В трубчатом дизель-молоте ударной частью служит тяжелый поршень, расположенный в цилиндре, который при падении нано­сит удар по пяте (шаботу) и через него по свае. Энергия удара его в 2-3 раза больше, чем у штанговых.

Выбор типа молота

Выбор типа молота для забивки свай и свай-оболочек произво­дят согласно указаниям, приведенным в СНиП ІІІ-9-74, исходя из предусмотренной проектом несущей способности сваи, сваи-оболочки и их масс. Минимальную потребную энергию удара мо­лота Э, кгс·м, определяют по формуле

где а - коэффициент, принимаемый равным 25 кгс·м/т; Р - несу­щая способность сваи, указанная в проекте, тс.

Принимаемый тип мо­лота с расчетной энерги­ей удара Эр должен  удов­летворять условию

где К - коэффициент, ве­личина которого приведе­на в СНиП ІІІ-9-74;         
Q_п - полная масса моло­та, кгс;
q - масса сваи, включая наголовник и подбабок, кгс.

Расчетные значения энергии удара дизель-мо­лотов принимают: для рубчатых Э_р = 0,9QH , для штанговых Э_р = 0,4QH, где Q - масса ударной части молота, кгс; H - фактическая высота паде­ния ударной части моло­та, м, принимаемая на стадии окончания забив­ки свай; для трубчатых молотов         H = 2,8 м, а для штанговых при массе ударных частей 1250, 1800 и 1500 кг соответственно 1,7; 2 и 2,2 м.

При забивке свай мо­лотами  одиночного  действия, подвесными или штанговыми дизель-молотами масса удар­ной части молота должна быть: при длине сваи до 12 м - не ме­нее 1,5 ее массы при забивке в плотные грунты; при забивке в грунты средней плотности - не менее 1,25 массы; при длине сваи 12 м - не менее массы сваи.

Способ погружения свай вибрацией основан на передаче   сваевибропогружателем через наголовник колебаний определенной частоты, амплитуды и направления. Наибольший эффект достига­ется при погружении свай вибрированием в водонасыщенный песок и грунт пластичной консистенции.

При вибропогружении свай в глинистые грунты нарушаются связи частиц грунта и он разупрочняется при вибрации, но упроч­няется после ее действия. Свойство это называют тиксотропией.

В зависимости от частоты колебаний вибропогружатели разде­ляют на высокочастотные (700-1500 кол/мин) и низкочастотные (300-500). Для погружения свай применяют также вибровдавливающие установки, действие которых основано на использовании вибрации и усилия вдавливания.

Высокочастотные вибропогружатели можно применять для по­гружения свай, труб, шпунта небольшой массы, низкочастотные - для погружения тяжелых железобетонных свай и металлического шпунта, а также тонкостенных железобетонных оболочек большого диаметра.

Низкочастотные вибропогружатели, создающие больший статис­тический момент и большую амплитуду колебаний по сравнению с высокочастотными, отличаются простотой конструкции и удобством в эксплуатации. Этими машинами можно погружать тяжелые же­лезобетонные сваи и сваи-оболочки, опирающиеся на песчаные грунты или супеси, на глубину 30-40 м с применением подмыва водой.

Вибромолоты представляют собой машины виброударного дей­ствия. Установленный на голове сваи вибромолот передает ей удар­ные импульсы ударником и колебания, создаваемые вибратором направленного действия.
Для предохранения голов свай от разрушения применяют на­головники, схемы которых приведены на рис. 8.

Рис. 8. Схемы наголовников: 
а - для трубчатого молота; б - для штангового молота; в - для              
паровоздушного молота одиноч­ного действия; г - для забивки трубчатых
желе­зобетонных свай; 1 - молот; 2 - верхний амортизатор; 3 - нижний  
амортизатор; 4 - корпус на­головника; 5 - оболочка

Вибропогружатели свай

Схемы вибропогружателей пока­заны на рис. 9.

Рис. 9. Схемы вибропогружателей:   
а - с жестко закрепленным электродвигателем;  б - с подрессорным   
пригрузом; в - вибро­молот; 1 - электродвигатель; 2 - трансмиссия;                       
3 - пригруз; 4 - амортизатор; 5 - вибратор; 6 - бойки; 7 - наголовник

У виброударных машин, в отличие от вибропогружателей повы­шается энергия удара в случае увеличения сопротивления среды, так как к свае присоединяется масса грунта.

Высокочастотные вибромолоты применяют для погружения свай и других элементов с малым лобовым сопротивлением (шпунт) в слабые грунты. Для забивки свай в плотные грунты применяют вибромолоты, развивающие значительную энергию удара.

Для присоединения вибропогружателей и вибромолотов к сваям используют наголовники различных конструкций.

Вибропогружающие машины работают при переменном токе напряжением 220 или 380 В путем включения в сеть, не имеющую других нагрузок; для питания их используются также передвижные электростанции.

Тип вибропогружателя выбирают в зависимости от грунтовых условий и глубины погружения по отношению , где Ко - мо­мент эксцентриков, кгс·см; Qв - суммарная масса сваи или сваи-обо­лочки, наголовника и вибропогру­жателя, кг; величина этого отноше­ния при применении вибропогружа­телей с частотой вращения эксцент­риков 300-500 об/мин приведены в СНиП 111-9-74.
Для погружения оболочек боль­шого диаметра спаренными      вибро­погружателями, синхронизирован­ными на общем фундаменте              пере­ходнике, значения Кои Qвпринима­ют суммированием соответствующих показателей по обоим погружателям.