Технология погружения свай

С предприятий стройиндустрии или с баз комплектации стро­ительных организаций железобетонные и деревянные сваи, сталь­ные трубы и шпунтовые сваи доставляют к месту работ в подготовленном виде.

Сваи погружают ударом, вибрацией, вдавливанием, завинчива­нием, с использованием подмыва и электроосмоса, а также комби­нациями этих методов. Эффективность применения того или иного метода зависит в основном от грунтовых условий.

1. Ударный метод. Метод основан на использовании энергии удара (ударной нагрузки), под действием которой свая нижней заостренной частью внедряется в грунт. В результате погружения свая вытесняет объем грунта, практически равный объему ее погруженной части, и таким образом дополнительно уплотняет грунтовое основание. Зона заметного уплотнения грунта вокруг сваи распространяется в плоскости, нормальной к продольной оси сваи, на расстояние, равное 2... 3 диаметрам сваи.

Ударную нагрузку на оголовок сваи создают специальными механизмами — молотами самых разных типов, основными из ко­торых являются дизельные.

Основной показатель, характеризу­ющий погружающую способность мо­лота,— энергия одного удара. Последняя зависит от веса и высоты падения ударной части, а также энергии сгорания топлива.

В комплект к молоту входит, как правило, наголовник, который необходим для закрепления сваи в направляющих сваебойной ус­тановки, предохранения головы сваи от разрушения ударами молота и равномерного распределения удара по площади сваи.

Внутренняя полость наголовника должна соответствовать очер­танию и размерам головы сваи.

Для забивки свай с целью удержания в рабочем положении молота, подъема и установки сваи в заданном положении приме­няют специальные подъемные устройства — копры. Основная часть копра —его стрела, вдоль которой устанавливается перед погруже­нием и опускается по мере его забивки молот. Универсальные копры имеют значительную собственную массу (вместе с лебедкой —до 20 т). Монтаж и демонтаж этих копров и устройство для них рельсовых путей —весьма трудоемкие процес­сы, поэтому их применяют для забивки свай длиной более 12 м при большом объеме свайных работ на объекте.

Наиболее распространены в промышленном и гражданском строительстве сваи длиной 6... 10 м, которые забивают с помощью самоходных сваебойных установок. Эти сваебойные установки маневренны и имеют устройства, механизирующие процесс подтаскивания и подъема сваи, установку головы сваи в наголовник, а также выравнивание стрелы.

Забивку свай начинают с медленного опускания молота на наголовник после установки сваи на грунт и ее выверки. Под действием веса молота свая погружается в грунт. Чтобы обеспечить правильное направление сваи, первые удары производят с ограни­чением энергии удара. Затем энергию удара молота постепенно увеличивают до максимальной. От каждого удара свая погружается на определенную величину, которая уменьшается по мере углубле­ния. В дальнейшем наступает момент, когда после каждого залога свая погружается на одну и ту же величину, называемую отказом.

Сваи забивают до достижения расчетного отказа, указанного в проекте. Измерение отказов следует производить с точностью до 1 мм. Отказ принято находить как среднюю величину после замера по­гружения сваи от серии ударов, называемой залогом. При забивке свай паровоздушными молотами одиночного действия или дизель-молотами залог принимают равным 10 ударам, а при забивке молотами двойного действия —число ударов за 1...2 мин.

Если средний отказ в трех последовательных залогах не превы­шает расчетного, то процесс забивки сваи считают законченным.

Сваи, не давшие контрольного отказа, после перерыва (продол­жительностью 3...4 дн) подвергают контрольной добивке. Если глубина погружения сваи не достигла 85% проектной, а на протя­жении трех последовательных залогов получен расчетный отказ, то необходимо выяснить причины этого явления и согласовать с проектной организацией порядок дальнейшего ведения свайных работ.

2. Вибрационный метод. При вибрационном методе сваю погружают с помощью специ­альных механизмов — вибропогружателей. Вибропогружатель, представляющий собой электромеханическую машину вибрационного действия, подвешивают к мачте сваепогружающей установки и соединяют со сваей наголовником.

Действие вибропогружателя основано на принципе, при кото­ром вызываемые дебалансами вибратора горизонтальные центро­бежные силы взаимно ликвидируются, в то время как вертикальные суммируются.

Амплитуда колебаний и масса вибросистемы (вибропогружа­тель, наголовник и свая) должны обеспечить разрушение структуры грунта с необратимыми деформациями.

При вибрационном погружении в глину или тяжелый суглинок под нижним концом сваи образуется перемятая глинистая подушка, которая вызывает значительное (до 40%) снижение несущей спо­собности сваи. Чтобы устранить возникновение этого явления, сваю погружают на заключительном отрезке длиной 15... 20 см ударным методом.

Вибрационный метод наиболее эффективен при несвязных водонасыщенных грунтах. Применение вибрационного метода для погружения свай в маловлажные плотные грунты возможно лишь при устройстве лидирующих скважин, т. е. при предварительном выполнении другого процесса, требующего буровых механизмов.

Более универсальным является виброударный способ погруже­ния свай с помощью вибромолотов.

3. Погружение свай завинчиванием. Метод основан на завинчи­вании стальных и железобетонных свай со стальными наконечни­ками с помощью установок, смонтированных на базе автомо­билей или автомобильных тяга­чей.

Метод (рис. 6.3) применяют главным образом 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. Эти установ­ки имеют рабочий орган, четыре гидравлические выносные опо­ры, привод вращения и наклона рабочего органа, гидросистему, пульт управления и вспомога­тельное оборудование.

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

4. Методы ускорения процесса погружения свай. Такие методы основаны либо на энергии давления водяной струи (подмыв грунта), либо на использовании эффекта электроосмоса.

Подмывом грунт разрыхляют и частично вымывают струями воды, вытекающими под давлением из нескольких трубок диаметром 38... 62 мм, укрепленных на свае. При этом сопротивле­ние грунта у острия сваи снижается, а поднимающаяся вдоль ствола вода размывает грунт, умень­шая тем самым трение по боковым поверхностям сваи. Расположение подмывных трубок может быть боковым, когда две или четыре подмывные трубки с наконечни­ками находятся по бокам сваи, и центральным, когда один одно- или многоструй­ный наконечник размещен по центру погружаемой сваи. Для подмыва грунта воду в трубки подают под большим давле­нием (не менее 0,5 МПа).

При подмыве нарушается сцепление между частицами грунта под подо­швой и частично по боковой поверхности свай, что может привести к снижению несущей способности сваи. Поэтому сваи на последнем метре или двух метрах погружают без подмыва забивкой.

Применение подмыва не допускается, если имеется угроза про­садки близлежащих сооружений, а также при наличии просадочных грунтов.

Погружение свай с использованием электроосмоса применяют при наличии водонасыщенных плотных глинистых грунтов, морен­ных суглинков и глин. Для практической реализации метода погру­женную сваю присоединяют к положительному полюсу (аноду) источника тока, а соседнюю с ней погружаемую — отрицательному полюсу (катоду) того же источника тока. При включении тока вокруг сваи (анод) снижается влажность грунта, а у погружаемой сваи (катод), наоборот, повышается. После прекращения подачи тока происходит восстановление первоначального состояния грунтовых вод и несущая способность свай, являющихся катодами, возрастает.

Дополнительные операции при погружении железобетонных свай с использованием электроосмоса связаны с оснащением свай полосами стали —электродами, площадь которых занимает 20...25% боковой поверхности свай. Эта операция отпадает при погружении металлических свай методом завинчивания. Применение метода электроосмоса, позволяет на 25...40% ус­корить процесс погружения сваи, а также уменьшить нагрузки, необходимые для погружения сваи.

5. Погружение свай в мерзлые грунты. При погружении свай зимой в сезоннопромерзающие фунты приходится выполнять до­полнительные операции или отдельные процессы, увеличивающие трудоемкость и продолжительность свайных работ. Без дополни­тельных операций, но с некоторым снижением производительности установок удается обходиться при погружении свай мощными молотами и вибромолотами, если глубина промерзания не превы­шает 0,7 м. В остальных случаях следует создавать условия, близкие к летним. Для этого необходимо предотвращать промерзание грунта путем заблаговременного утепления мест забивки свай подручными материалами (опилки, солома и т. п.). В этих же целях мерзлый грунт разрушают на месте забивки свай механическими способами, устраивают лидирующие скважины бурильными машинами и виб­роударными установками или нарезают прорези по рядам будущих свай с помощью баровых машин, оттаивают слой мерзлого грунта (все эти процессы выполняют методами, принятыми при разработке мерзлых фунтов). Сам процесс погружения свай идентичен процес­сам, принятым для летних условии.

Методы погружения свай в вечномерзлые фун­ты характеризуются техно­логическими особенно­стями, обусловленными физико-механическими свойствами мерзлых фун­тов, которые в ненарушен­ном состоянии имеют высокую несущую способ­ность. Поэтому в этих ус­ловиях при выполнении свайных работ необходимо максимально сохранять мерзлые грунты в их есте­ственном состоянии, а на участках, где в процессе погружения свай наруша­ется структура грунта, сле­дует восстанавливать свойства этих грунтов. Вмерзание свай, или, ина­че говоря, смерзание поверхности сваи с фунтом, приводит к тому, что они приобретают высокую несущую способность. Это явление может быть эффективно использовано при погружении свай в твердомерзлые фунты, условно относимые к низкотемпературным. У этих фунтов среднегодовая температура на глубине 5... 10 м не выше —0,6°С для супесей, —1°С для суглинков и —1,5°С для глин.

Погружают сваи в твердомерзлые фунты главным образом двумя методами: в оттаявший грунт или в пробуренные скважины, диаметр которых превышает наибольший размер поперечного сечения сваи. При погружении свай в оттаявший грунт вначале его оттаивают и затем погружают сваи в образовавшуюся в мерзлом фунте полость разжиженного фунта. Грунт оттаивают с помощью паровой иглы, перфорированной в нижнем конце Под действием пара (давлением 0,4...0,8 МПа), выходящего у острия иглы, грунт раз­жижают до текучего состояния и в него погружают сваю до проек­тной глубины.

Метод погружения сваи в пробуренные скважины предусматривает такую последовательность процес­сов и операций: бурение сква­жины; заполнение скважины песчано-глинистым раство­ром до отметки, при которой объем раствора с некоторым избытком достаточен для за­полнения зазоров между стен­ками скважины сваи после ее погружения; погружение сваи, сопровождающееся выжима­нием раствора; извлечение об­садной трубы.

6. Последовательность по­гружения свай. От расположе­ния свай в свайном поле и параметров сваепогружающего оборудования зависит порядок погружения свай. Кроме того, следует учитывать последую­щие процессы по устройству свайного ростверка.

Наибольшее распростране­ние имеет рядовая система по­гружения свай при­меняемая при прямолинейном расположении их отдельными рядами или кустами.

Спиральная система предус­матривает погружение свай концентрическими рядами от краев к центру свайного поля; она позволяет в ряде случаев получить минимальную протяженность пути сваепогружающей установки.

При больших расстояниях между сваями порядок погружения определяется технологическими соображениями, прежде всего ис­пользованием эффективного оборудования.

Устройство шпунтовых ограждений из металличе­ских и деревянных шпун­тов начинают с погружения маячных свай, к которым в 2... 3 яруса крепят схватки, служащие направляющими при забивке шпунта.