Производство свайных работ

Производство свайных работ

Погружение свай в грунт является сложным процессом и осуществляется двумя основными способами:

1) с помощью сваебойных машин ударного действия;

2) с помощью вибропогружателей.

Кроме этих способов для погружения свай применяют машины вдавливающего и завинчивающего действия, а также агрегаты смешанного действия —виброударные молоты и вибровдавливающие машины.

К сваебойным машинам ударного действия относятся свайные молоты, которые разделяются по роду привода на молоты с дизелем внутреннего сгорания (дизель-молоты), паровоздушные молоты одиночного и двойного действия и молоты механические

Дизель-молоты работают по принципу дизель-моторов; паровоздушные молоты приводятся в действие силой пара или сжатого воздуха, непосредственно воздействующего на ударную часть молота, а механические молоты приводятся в действие лебедкой, соединенной канатами через систему блоков с ударной частью молота.

Для подтаскивания и установки свай на место заглубления, для установки молота на сваю, направления молота к свае при забивке, а также для перемещения сваебойного агрегата на строительной площадке служат копры. В зависимости от назначения копры подразделяются на копры для забивки вертикальных свай, поворотные для забивки свай при различных способах погружения и краны-копры, смонтированные на кране с гусеничным передвижением или на одноковшовом экскаваторе.

Паровоздушные молоты по характеру использования энергии делятся на молоты простого и молоты двойного действия. Первые состоят из массивного корпуса, внутри которого находится паровой цилиндр. У такого молота рабочий ход происходит под действием силы тяжести ударной части, а энергия пара или сжатого воздуха используется при холостом ходе для подъема ударной части. Масса ударной части 1250...6000 кг и число ударов до 40 в минуту.

Паровоздушные    молоты    двойного    действия отличаются от молотов простого действия тем, что энергия пара или сжатого   воздуха   используется   для   дополнительного   увеличения скорости падения ударной части, что увеличивает силу удара по свае. Масса ударной части составляет ИЗО кг с энергией удара по свае 140...1800 кг и числом ударов 100...270 в минуту, а в более легких моделях — до 500 ударов.

Механический молот состоит из литой ударной части массой 100...3000 кг, подвешенной к свободному концу каната приводной фрикционной лебёдки, переброшенного через блок, укрепленного на верхней части стрелы копра и захватного устройства. Ударная часть, поднятая на высоту 3...4 м с помощью лебедки, освобождается от захватного устройства и, падая под действием своей массы, ударяет по свае.

Вибропогружатели применяют для погружения свай в слабых водонасыщенных несвязных или малосвязных грунтах. Действие их основано на вибрации, которая передается грунту вокруг сваи. От направленных колебаний сопротивление грунта снижается, и свая под действием собственной массы вибропогружателя углубляется в грунт. Вибропогружатели бывают с жестким креплением узлов и с подрессорной пригрузочной плитой. Первые состоят из электродвигателя, приводящего во вращение вибратор, который с помощью захватов жестко укрепляется на свае и передает ей колебательные движения.

Более совершенными являются вибропогружатели с подрессорной пригрузочной плитой. Его электродвигатель, установленный на пригрузочной плите, связан с вибратором не жестко, а через систему амортизирующих пружин. Отечественная промышленность выпускает низкочастотные и высокочастотные вибропогружатели. Низкочастотные создают 300...700 колебаний в минуту, имеют общую массу 4,5...9 т и могут развивать усилие 160...480 кН. Применяются низкочастотные вибропогружатели для погружения тяжелых железобетонных свай-оболочек и шпунтовых рядов. Высокочастотные вибропогружатели с частотой 1300...1500 кол/мин применяют для погружения более легких свай.

Свайные вибромолоты являются наиболее эффективными. Их принцип действия основан на совместном воздействии энергии удара и вибрации. В отличие от вибропогружателей вибромолоты способны погружать сваи в более плотные грунты и на большую глубину при меньшей затрате времени. Забивку свай вибромолотом можно производить с применением крана или копра.

Агрегат АВС-35, смонтированный на гусеничном тракторе С-100, используют для погружения свай способом вдавливания. Он состоит из П-образной стрелы с подвижным наголовником, грузовой лебедки и откидной плиты, прикрепленной к нижней части стрелы. Свая вдавливается в грунт под воздействием усилия, создаваемого грузовой лебедкой через систему блоков и подвижного наголовника. Агрегат АВС-35 имеет массу 42 т и развивает усилие до 3,5 кН.

Вибровдавливающий агрегат ВВПС применяют для вдавливания свай в песчаные, суперпесчаные и глинистые грунты. Его принцип работы основан на совместном использовании энергии вдавливания и вибрации.

Производство свайных работ выполняется в строгом соответствии с технологическими картами, которые являются составной частью проекта по возведению подземной части здания и сооружения. В них указывают порядковый номер каждой сваи, геологические данные грунта на участке и намечают место погружения сваи. Перед началом свайных работ на строительной площадке производится тщательная планировка участка. В зависимости от формы и размера участка, а также вида грунта выбирают способ и схему пбгружения свай.

В несвязных грунтах при большом участке застройки принимают последовательно-рядовую схему, когда забивают сначала в одном направлении, а затем параллельно первому ряду —в обратном направлении в порядке номеров, присвоенных сваям.

При кустовом расположении свай в слабосжимаемых грунтах сваи забивают по спиральной схеме, начиная от середины ряда по спирали в направлении к крайним рядам участка. На больших площадях и плотных грунтах сваи забивают по секционной схеме, т.е. их погружают по секциям через ряд. Перед забивкой свай предварительно намечают главные оси здания или сооружения и определяют форму и размеры свайного поля для составления разбивочного чертежа, с которого переносят на местность расстояния между осями свай и от стен здания.

Как правило, сваи для основания под фундаменты забивают по одной с помощью сваебойных машин. К сваебойной машине сваи подаются краном с помощью разъемного хомута и двухветвевого стропа в вертикальном положении для удобства установки в направляющую раму копра. Сваи забивают на глубину, предусмотренную проектом. Первые удары по свае делают с малой высоты —до 0,5 м, пока свая не получит правильного направления. Затем силу 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 удара свая каждый раз погружается на одну и ту же величину, называемую отказом.

Отказ принято находить как среднюю величину после замера погружения сваи от десяти ударов.

Забивку шпунтовых свай производят молотами всех типов с использованием копров и стрелковых кранов. Для удержания шпунтовых свай и предупреждения их отклонения от вертикали во время забивки устраивают направляющую раму, состоящую из маячных свай и прикрепленных к ней направляющих схваток. Для погружения стального шпунта используют направляющие шаблоны, форма которых определяется проектом. При погружении сваи для шпунтового ряда сначала вибропогружатель на свае жестко крепится с помощью наголовника, затем вибропогружатель со сваей поднимается и переносится к месту погружения, далее выступ очередной сваи заводится в паз ранее погруженной сваи и в направляющее устройство —и сваи погружают до проектной отметки.

Погружение свай способом подмыва и пропаривания грунтов, вибрации, завинчивания и вдавливания

Погружение свай с подмывом применяется в песчаных, гравийных и других грунтах, обладающих способностью размываться водой. Сущность этого способа заключается в том, что под действием воды, вытекающей под напором у острия сваи, грунт частично размывается и значительно ослабляется, давая возможность углубляться свае с меньшим сопротивлением. Подмыв осуществляется или через заранее оставленный канал, проходящий по центру сваи, или по трубам, проложенным вдоль сваи. Чаще пользуются вторым -способом.

Для подачи воды под острие сваи подкладывают две или несколько труб, укрепленных сверху на блоке, подвешенном на стреле копра или крана. Нижние концы труб укрепляют так, чтобы они были ниже острия сваи на 250...500 мм и заканчивались наконечниками. В трубы подают воду под напором, которая, выходя ровной струей, подмывает  грунт  под  острием  сваи;   при  этом  трубы  постепенно

погружают в грунт на 20...25 см, беспрерывно двигают их вверх и вниз, что обеспечивает лучшее рыхление грунта. Под влиянием собственной массы и массы молота свая погружается в размытый грунт. Если свая перестает погружаться, то включают молот и легким ударом забивают ее в грунт. Подмыв грунта прекращают за 1,5 м до проектной отметки, а сваю забивают ударами молота до расчетного отказа, чтобы она опиралась в неослабленный размывом грунт. Способ подмыва является одним из экономичных способов погружения свай в грунт насыщенного водой песка.

Способ погружения свай с помощью вибрации основан на том, что создаваемые вибропогружателем колебания вокруг сваи значительно ослабляют грунт. При определенной частоте колебаний сцепление частиц вибрируемого грунта ослабевает, в связи с этим уменьшается и сила трения боковых поверхностей сваи о грунт. При этом свая преодолевает сопротивление грунта и под давлением собственной массы и работающего вибропогружателя опускается в глубину грунта. Наибольшая скорость и глубина погружения свай способом вибрирования достигаются в водонасьпцен-ных песчаных грунтах. В плотных грунтах этот способ менее эффективен.

Способ завинчивания применяется для погружения в любой грунт винтовых свай. Завинчивание свай производится специальными механизмами без устройства направляющего отверстия. Лопасти винтовой сваи после полного погружения ее в грунт остаются в грунте и служат опорой для сваи. Благодаря большой площади опирания, а также в связи с тем, что в процессе завинчивания грунт под лопастью уплотняется за счет погружения сваи, несущая способность винтовых свай в 5... 10 раз выше забивных свай. Большим преимуществом винтовых свай является и то, что процесс погружения происходит без толчков и ударов, а также достигается возможность быстрого извлечения их из грунта.

Способ вдавливания и вибровдавливания используется для погружения свай во влажные глинистые и суглинистые грунты. В этом случае на установленную сваю передается усилие вдавливания лебедками с системой трособлоков или гидродомкратов, под действием которых свая погружается в грунт.

Способы устройства набивных свай

Набивные сваи изготовляют непосредственно на строительной площадке путем набивания песка, гравия, щебня и бетона в заранее подготовленную скважину по способу русского горного инженера А.Э. Страуса. Скважину делают с помощью бурения или погружения обсадных труб со специальным наконечником. Для увеличения несущей способности слабых грунтов устраивают так называемые

скважины уплотнения. Для их устройства вибропогружателем опускается обсадная труба диаметром 25...32 см с открытым загрузочным отверстием сверху и четырехлопастным наконечником с легким чугунным башмаков на нижней части. После опускания трубы до проектной отметки через верхнее отверстие в трубу засыпают песок и одновременно с вибрированием трубу выдергивают с помощью крана, при этом чугунный башмак соскакивает, лопасти башмака под давлением песка раскрываются и скважина заполняется песком.
В соответствии с технологией подготовки скважин различают три вида набивных свай:

1) изготовляемые в сухих и маловлажных грунтах, в которых не требуется специального крепления стенок скважины;

2) изготовляемые в несвязных, слабых и вод насыщенных грунтах, в которых стенки скважины не осыпаются, а удерживаются от напора избыточного давления воды и глинистого раствора;

3) изготовляемые в любых грунтовых условиях, но с креплением скважины обсадными трубами.

В сухих и маловлажных грунтах набивные сваи делаются в готовых скважинах без обсадных труб. Бурение производится на глубину проектной отметки с периодической выдачей грунта из скважины на поверхность. Во многих случаях в нижней части скважины и по ее длине устраивают уширения для повышения несущей способности свай. Уширения в полости скважины выполняв ются специальными разбуривающими механизмами, в результате чего ниже забоя скважины получается шаровидное пространство. По окончании бурения полость скважины заполняют чаще бетонной смесью.

Заполнение скважины бетонной смесью осуществляется с помощью вертикально перемещающейся бетонолитной трубы, в которую эта смесь подается через приемный бункер. Бетонолитную трубу заполняют в таком количестве, чтобы слой бетонной смеси в ней был высотой до 1м, после чего его трамбуют специальными трамбовками или вибраторами. Под влиянием трамбовки бетонная смесь уплотняет грунт вниз и в стороны. По мере бетонирования и уплотнения бетонной смеси бетонолитную трубу постепенно извлекают из скважины, при этом необходимо строго следить, чтобы в трубе всегда оставалась бетонная пробка высотой не менее 30 см. Если по недосмотру бетонолитная труба будет поднята выше поверхности утрамбованного бетона, то в промежуток между бетонной смесью и низом бетонолитной трубы попадет грунт с боков скважины, что нарушит монолитность бетона набивных свай.

Бетонная смесь при трамбовании стремится раздвинуть грунт, и, в тех местах, где пласт слабее, бетон сжимает его сильнее, поэтому боковая поверхность сваи получает волнистое очертание с утолщениями в тех местах, где буровая скважина проходила слабые слои грунта. Набивные сваи, изготовленные таким способом, имеют диаметр 0,4; 0,5; 0,6; 1 и 1,2 м и длину до 30 м.

По второму способу, когда сваи изготовляются в несвязных, слабых и водонасыщенных грунтах, бурение скважины осуществляется вращательным способом. Стенки скважины в этом случае удерживаются от обрушения избыточным давлением воды или глинистым раствором аналогичен. Скважина заполняется глинисым раствором. Принцип избыточного давления воды, удерживающего стенки скважины от обрушения, заключается в том, что скважина заполняется водой выше уровня грунтовых вод; это создает усилие от гидротехнического потока воды в окружающий стенки грунт.

Принцип крепления стенок скважины глинистым раствором, который при бетонировании вытесняется из скважины. Недостаток этого метода заключается в необходимости изготовления и транспортирования глинистого раствора и удаления его после использования со строительной площадки .Сваи, изготовленные таким образом, имеют диаметр 0,6...1,7 м и длину до 30 м.

Устройство свай по третьему способу производится двумя методами. В первом случае обсадные трубы остаются в грунте, и более рационально, когда применяются инвентарные трубы, извлекаемые из грунта в процессе изготовления сваи. Вторым

методом изготовляют вибронабивные и трамбованные сваи, сваи с камуфлетной пятой и комбинированные

Вибронабивные сваи изготовляют посредством опускания в грунт обсадной трубы с помощью бурового оборудования или ударным способом, а также с помощью вибропогружателя. Вибронабивные сваи могут быть изготовлены без уширения в основании и с уширенной пятой. Для сваи без уширенного основания погружают трубу ударным способом, при этом на ее нижний конец надевают конический башмак. После погружения обсадную трубу частями наполняют пластинчатой бетонной смесью и уплотняют вибропогружателем. В процессе уплотнения труба извлекается из скважины.

Для вибронабивных свай с уширенной пятой вначале готовится скважина на длину секции обсадной трубы. Для получения уширенной пяты в обсадную трубу погружают пластичную бетонную смесь и для уширения в основании несколько приподнимают ее с одновременным уплотнением бетонной смеси вибротрамбовкой. После устройства расширения трамбовку извлекают и трубу заполняют бетонной смесью, уплотняя вибропогружателем. Верхнюю часть вибронабивных свай армируют каркасом.

Трамбованные сваи устраивают с применением обсадной трубы со стальным башмаком на конце. В погруженную ударным способом обсадную трубу вставляют арматурный каркас и до половины заполняют ее бетонной смесью. Уплотненную ударами по трубе бетонную смесь извлекают, а стальной башмак остается под основанием сваи. Извлечение трубы из скважины производится тем же молотом, которым погружали ее в грунт. Молот для этого отрегулирован таким способом, что сн автоматически обеспечивает извлечение трубы при подъеме на 4...5 см, а при падении вниз вновь вгоняет ее в скважину на 2...2,5 см. Этот процесс автоматического трамбования бетонной смеси продолжается до полного извлечения трубы из грунта.

Сваи с камуфлетной пятой изготовляют для увеличения их несущей способности. Такого типа сваи делаются как полностью из монолитного бетона, так и комбинированные.

Для изготовления монолитной сваи с камуфлетной пятой вначале бурят скважину, в которую опускают обсадную трубу. На дно скважины помещают взрывчатое вещество с детонатором. На взрывчатое вещество укладывают слой литой бетонной смеси. Перед взрывом трубу несколько приподнимают на высоту 1,2...1,8 м над зарядом и производят взрыв, который образует в грунте камуфлетную полость с уплотненными стенками из грунтовой оболочки. Созданную взрывом полость заполняют бетонной смесью, которая после вибрирования образует камуфлетную пяту. Далее обсадную трубу заполняют бетонной смесью, уплотняют и извлекают из грунта.

Принцип изготовления камуфлетной пяты для комбинированных набивцых свай тот же, что и для монолитных свай, только после заполнения обсадной трубы бетонной смесью на камуфлетную пяту в скважину вставляют заранее заготовленную сваю с плоским концом.

Производство свайных работ в зимнее время. Работы по устройству свайных фундаментов в зимнее время необходимо организовать так, чтобы площадка для погружения свай была подготовлена до начала промерзания грунта. Следует одновременно выполнить необходимые земляные работы, открыть и разобрать подлежащие ликвидации подземные сооружения, препятствующие забивке свай, засыпать разрытые места качественным грунтом с надлежащим уплотнением, подготовить места для складирования свай и сборных элементов подземной части здания.

До наступления морозов площадка в зоне производства свайных работ должна быть тщательно спланирована. В противном случае перекосы самоходной копровой установки на неровностях грунта вызовут неточную забивку свай. Чтобы уменьшить глубину промер-

зания, дно котлована желательно засыпать слоем снега толщиной 70...80 см. По мере производства работ снег удаляют бульдозером.

При складировании свай их нижний ряд следует укладывать на подкладки так, чтобы он не соприкасался с грунтом. Штабеля свай рекомендуется укрывать толем.

Перед забивкой сваи следует очищать от снега, наледи.