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.

Опубликовано: Февраль 11, 2008

[масса ударной части, наибольшая потенциальная энергия, расчётная, рекомендуемая]

Забивка свай дизель-молотами

Дизель-молоты отличаются от паровоздушных тем, что подъем ударной части у них производится за счет энергии рабочего хода двухтактного дизельного двигателя. Наша промышленность вы­пускает дизель-молоты двух типов: штанговые и трубчатые.

В основном выпускаются и применяются дизель-молоты штан­гового типа, ударной частью которых является подвижной ци­линдр, открытый снизу и перемещающийся в направляющих штангах. Приводимый в действие движущимся цилиндром насос высокого давления подает топливо в форсунку камеры сгорания по трубке, расположенной в блоке поршня.

Дизель-молоты: а - штанговый, б - трубчатый, 1 - ось рычага для сброса цилиндра; 2 - кошка; 3 - цилиндр (ударная часть); 4 - штырь (кулачок); 5 - направляющая штан­га, 6 - форсунка, 7 - поршневой блок, 8 - рычаг подачи топлива, 9 - шаровая опора, 10 - топливный насос, 11 - поршень (ударная часть), 12 - цилиндр, 13 - продувные окна, 14 - пята, 15 - топливный насос, 16 - ры­чаг подачи топлива, 17 - резер­вуар с топливом.

В трубчатом дизель-молоте ударной частью служит тяжелый подвижной поршень, а цилиндр неподвижен и выполняет роль направляющей конструкции. Насос низкого давления только до­зирует подачу топлива в камеру сгорания; распыление его до­стигается ударом головки поршня по сферической впадине ци­линдра, куда поступает топливо из насоса.

Штанговые молоты работают при меньшей высоте подъема и более высокой степени сжатия, из-за чего энергия их удара в 2 - 3 раза меньше, чем у соответствующих трубчатых молотов.

Для забивки железобетонных свай длиной до 8-10 м, сече­нием 30х30 и 35x35 см и весом до 2-2,5 т обычно пользуются штанговыми дизель-молотами с весом ударной части 1200- 2500 кг. Рекомендуется, чтобы отношение веса ударной части дизель-молота к весу сваи было не менее чем 1,25. Однако для трубчатых дизель-молотов, которые обладают значительно боль­шей энергией удара и более эффективны, это отношение может быть уменьшено до 0,7-0,5.

Дизель-молоты имеют собственный источник энергии, что осо­бенно важно при забивке коротких свай, когда необходимы частые передвижки сваебойной установки. Они применимы как при глинистых, так и при песчаных грунтах. Однако в плотных пес­чаных грунтах реко­мендуется дополни­тельно применять под­мыв.

Серьезным недостат­ком дизель-молотов яв­ляется их плохая заводимость при погруже­нии в грунты с сильно сжимаемыми прослой­ками и в мягкие подат­ливые грунты.

Дело в том, что высота подъема цилиндра зависит от коли­чества поступающего топлива и сопротивления грунта погруже­нию сваи. При слабых грунтах цилиндр подбрасывается недоста­точно и тогда при падении ударной части не происходит требуе­мого сжатия воздуха в камере сгорания, необходимого для вос­пламенения топливной смеси, и молот перестает работать.

В летнее время заводимость готовых к работе штанговых и трубчатых дизель-молотов зависит главным образом от вели­чины погружения сваи при одном ударе (от отказа). Заводи­мость и устойчивость работы трубчатого молота обеспечивается при максимальном отказе сваи до 8, а штангового - до 25- 30 см/удар.

Следует отметить, что трубчатые молоты уступают штанговым по пусковым качествам. При работе на морозе для надежного запуска трубчатого дизель-молота применяют специальные при­садки к топливу, иначе при температуре воздуха до -20°С не­обходим предварительный подогрев молота в течение 20-30 мин. Это, однако, не является большим недостатком и мало сказы­вается на производительности.

Штанговые молоты (например, С-268) в зимних условиях работают более устойчиво, чем трубчатые, и успешно заводятся даже при температуре воздуха -30° С.

В жаркую безветренную погоду работоспособность штангового дизель-молота значительно снижается из-за перегрева, и после забивки каждых двух-трех свай приходится в течение 20 - 30 мин охлаждать молот с поднятой ударной частью. Чтобы избежать остановок дизель-молота из-за перегрева, рекомендуется обдувать его поршень сжатым воздухом. Для этого малый пере­носной компрессор, например, 0-16 (окрасочный), устанавли­вается на раме копра, а шланг прикрепляется к стреле.

При промерзании грунта на 0,5 м эффективное погружение железобетонных свай штанговым дизель-молотом может осу­ществляться без устройства лидирующих скважин. При забивке в грунт, промерзший на глубину 1,1 м, около 50% свай получают трещины - в таких условиях обходиться без лидирующих сква­жин уже нельзя.

Следует отметить, что дизель-молоты не могут работать под водой.

Тип молота выбирают по энергии удара.


От: milica,  7292 кол-во просмотров

Наша компания проводит работы по забивке и погружению свай малыми и средними объемами на высокоскоростном оборудовании. Вы можете узнать подробнее когда оправдано применение машин для погружения свай . Звоните нам и мы вам поможем с погружением свай. А сейчас речь пойдёт о дизель-молотах, которые используются на сваебойной технике, в том числе и нашей сваебойной технике.

Виды дизель молотов для погружения свай

Классификация ударного оборудования, используемого в свайных работах, выполняется исходя из его конструкционных особенностей, согласно которым выделяют дизель молоты трубчатого и штангового типа.

В качестве направляющего элемента ударной части молота, в конструкциях штангового типа используются две вертикальные штанги, тогда как в трубчатых агрегатах - неподвижно зафиксированная труба.

Также сваебойные молоты делятся на группы исходя из массы ударной части. Выделяют молоты с бойком весом:

• до 0,6 тонн - легкие;
• до 1,8 тон - средние;
• свыше 2.5 тонн - тяжелые.

Рассмотрим каждый вид дизель молотов подробнее.

1. Штанговые.

Устройства штангового типа вы можете увидеть на изображении 1.1:

Рис. 1.1

Конструкция штангового дизель молота состоит из таких основных элементов:

• Поршневой блок, установленный на шарнирную подпорку;
• Две вертикальные направляющие штанги;
• Система подачи топливной смеси;
• Устройство для фиксации свайного столба - "кошка".

Поршневой блок представляет собою монолитную конструкцию, отлитую внутри корпуса молота. В него входит сам поршень и компрессионные кольца, шланг для подачи топлива, форсунка для распыления топливной смеси и насос, приводящий ее в действие.

Поршневой блок неподвижно зафиксирован на шарнирной подпорке, из нижней стенки которой выходят две направляющие штанги.

Рис. 1.2

Штанги, для более жесткой фиксации, в верхней части соединены траверсой. По направляющим штангам во время работы движется ударная часть молота, на нижней стенке корпуса которой расположена камера для сгорания топливной смеси.

2. Трубчатые.

Конструкции трубчатого типа представлены на изображении 1.3.

Рис. 1.3

Строение всех молотов трубчатого типа полностью унифицировано, они проектируется по устоявшимся стандартам и обладают идентичными конструкционными особенностями.

Состоит трубчатый дизель молот из следующих частей:

• "Кошки" - для захвата и крепления свайного столба, кошка обладает автоматическим фиксирующе-сбрасывающим механизмом;
• Ударного бойка - он представлен поршнем, оборудованным компрессионными кольцами;
• Шабота - ударной поверхности, с которой соприкасается боек в процессе работы молота;
• Рабочего цилиндра, внутри которого детонация топлива;
• Систем смазки и охлаждения;
• Направляющей трубы из высокопрочной стали.

Рис. 1.4

В отличие от молотов штангового типа, трубчатые конструкции обладают системой принудительного водяного охлаждения, что дает возможность непрерывной эксплуатации данных устройств, тогда как в работе штанговых молотов должны присутствовать регулярные перерывы после каждого часа забивки свай , необходимые для естественного охлаждения элементов конструкции.

Вы можете сами выбрать нужную сваебойную установку в разделе нашей техники.

Технические характеристики дизель молотов

Трубчатые дизель молоты по праву считаются наиболее совершенными и эффективными конструкциями. При одинаковой массе бойка они способны выполнять забивку более тяжелых свай (двух-трех кратная разница в весе свайного столба).

Молот состоит из следующих частей:

• цилиндр (или штанги)
• баба (ударная часть, боек), движущаяся внутри цилиндра
• шабот (нижняя часть молота, к которой крепится наголовник)

Сферические выемки на бабе и шаботе при соприкосновении образуют камеру сгорания. В нее методом впрыска подается дизельное топливо, которое, при ударе бабы по шаботу, под создающимся в камере сгорания высоким давлением, самовоспламеняется и подбрасывает бабу в верхнюю точку. После чего падение бабы возобновляется.

Таким образом, молот производит серию ударов по свае, погружая ее в грунт, наглядно процесс можно увидеть на видео :

К недостаткам штанговых конструкций также относится низкая долговечность (эксплуатационный ресурс, в среднем, почти в два раза меньше, чем срок службы трубчатых молотов).

Штанговые дизель молоты, из-за ограниченной энергии удара, которая составляет 27-30% от потенциальной энергии, которую может развивать ударный боек, применяются исключительно для погружения свайных столбов в слабую низкоплотную почву.

Наиболее распространенные штанговые дизель молоты с массой ударного бойка в 2500 и 3000 килограмм, такие конструкции способны выдавать энергию удара до 43 кДж, при этом количество ударов в минуту ограничено на уровне 50-55. Эта техника есть у нас : Сваебойная техника .

Рис. 1.5

Дизель молоты трубчатого типа используются для погружения железобетонных забивных свай в любые виды грунтов. При необходимости работать в условиях вечномерзлой почвы для забивки свай используются предварительно пробуренный лидерные скважины .

Температурный диапазон работы трубчатых сваебойных молотов варьируется в пределах от -45 до +45 градусов. Если свайные работы выполняются при температуре менее 25 градусов, требуется дополнительный подогрев поршневого блока перед запуском молота.

Вес ударного бойка в трубчатых дизель молотах может составлять 1.25, 1.8, 2.5, 3.5 и 5 тонн. Боек, в зависимости от веса, может развивать силу удара от 40 до 165 кДж. Максимальное количество ударов молота за одну минуту работы - 42.

Технология погружения свай дизель молотом

Дизель-молот - специфическое сваебойное оборудование, которое навешивается на мачту сваебойной машины , то есть является навесным сваебойным механизмом. Принцип действия сваебойного молота заключается в нанесении ударов по свае силой собственного веса.

Особенности технологии погружения свай будут разниться в зависимости от типа используемого оборудования.

Рассмотрим основные этапы забивки свай штанговым дизель молотом:

• По завершению строповки и фиксации сваи "кошка", зафиксированная на лебедке копрова, опускается вниз и сцепляется с ударной частью молота;
• Кошка и боек поднимается с помощью лебедки по направляющим в максимальное верхнее положение;
• Оператор активирует рычаг сброса и ударная часть, под собственным весом, опускается вниз к шарнирному оголовку, закрепленному на свайном столбе;
• В процессе опускания бойка находящийся внутри цилиндра воздух сжимается и повышает свою температуру (до 650 градусов);
• Когда ударный боек соприкасается с шарнирным оголовком сваи, внутрь цилиндра форсункой нагнетается топливо, которое смешивается с сжатым воздухом;
• При ударе происходит самовоспламенение топливной смеси, освободившийся в результате детонации газ отталкивает ударный боек в верхнее исходное положение;
• В процессе поднятия скорость движения под весом бойка уменьшается, и ударная часть опускается обратно к шарнирному оголовку, закрепленному на свайном столбе. Процесс повторяется заново до тех пор, пока оператор копра не отключит топливный насос.

Рис. 1.6

Последовательность работы трубчатого молота при забивке свай следующая:

• Поршневая часть стыкуется с кошкой и поднимается в верхнее положение с помощью лебедки копра;
• Выполняется автоматическая расстыковка поршня и кошки и ударная часть опускается по направляющей трубе;
• В процессе падения поршня активируется насос, который нагнетает топливо в специальное углубление, расположенное на верхней стенке корпуса шабота;
• При дальнейшем опускании поршня происходит сжатие воздуха внутри трубы молота;
• Когда поршень ударяет по шаботу топливная смесь детонирует, половина энергии при этом идет на погружение свайного столба, еще часть - на подбрасывание поршня в исходное положение.

Рис. 1.7

Погружение свайного столба выполняется в результате воздействий двух видов энергии - ударной (исходящей от массы бойка) и газодинамической, которая высвобождается в момент детонации топливной смеси.

Наша компания поставит технику на объект

Компания "Богатырь" производит свайные работы в строгом соответствии с требованиями СНиП и другими нормативными документами.

Технология забивки свай полностью расписывается в специально разрабатываемых на время свайных работ, документах: ППР (проект производства работ), технологическая карта , и т.д., в ходе работ ведется сводная ведомость забивки свай. Таким образом, - процесс в полном смысле является производственным и за его строгим исполнением, особенно во время забивки свай, следит лицо, ответственное за проведение свайных работ.

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.