Допускаемые отклонения в процессе забивки свай

Буровая установка УРБ 2А2 на гусеничном ходу - это идеальное решение для работы в труднодоступных местах, где необходима высокая маневренность и проходимость. Рекомендуем компанию "Алтайский трактор" - https://alttrac.ru/catalog/burilno-kranovie-mashini/yrb-2a2.

Оглавление:

• Особенности свайных работ
• Допустимые отклонения
  • Ударная технология
• Числовые показатели и допуски при ударной технологии складирования свай
  • Копры и принцип их работы
• Измерение возможных отклонений при забивке свай
  • Вибрационная техника
  • Технологии ускорения процесса погружения стержней
  • Выбор и описание основных методов погружения свай и дополнительного оборудования

C различных предприятий или баз строительных организаций деревянные и железобетонные, шпунтовые сваи и металлические трубы доставляют к месту выполнения работ в заранее подготовленном виде.

Схема устройства буронабивной сваи.

Сваи погружаются при помощи вибрации, вдавливания, удара, завинчивания, с применением электроосмоса либо комбинированием всех этих методы. Эффективность использования определенного метода зависит в первую очередь от фунтовых условий и уровня отклонения свай.

Особенности свайных работ

Подготавливаясь к выполнению работ по сооружению свайных оснований и шпунтовых ограждений, необходимо учитывать следующие моменты, дающие гарант безопасности:

• схема размещения в области производства работ с подземными конструкциями (электрокабелями с определением глубины их забивки, линиями электропередач, домов и прочих конструкций) и мероприятиями по поводу их защиты;
• подготовка фундамента под буровое и копровое оборудование исходя их инженерно-геологических условий площадки выполнения строительных работ и вида используемого оборудования;
• схема гидрометеорологических условий в процессе выполнения работ на акватории и мероприятия по предупреждению возможных дефектов шпунта и свай в определенных ситуациях.

Схема каркаса для свай.

Чтобы получить наиболее полные факты относительно складирования свайного основания, строительная компания, выполняющая сооружение, в случае необходимости осуществляет согласно предписаниям технического положения подрядные работы. Они связаны с испытанием свай статической либо динамической нагрузками. При этом сваи испытывают по необходимым стандартам и проектированию правил безопасности.

В процессе перемещения, подъема, хранения, монтажа на место погружения свай, их оболочек и шпунта следует обязательно принимать определенные меры против их возможного повреждения. Гребни и замки шпунтин при подъеме с помощью троса должны быть защищены деревянными прокладками. Используемый для крепежа котлованов или прочих временных конструкций шпунт необходимо извлечь для дальнейшей эксплуатации.

Забивая шпунт и железобетонные сваи, стоит использовать наголовники, оборудованные нижним и верхним амортизаторами для обеспечения безопасности. Зазоры посреди боковых плоскостей наголовника и сваи не должны быть более 1 см с каждой из сторон.

Для того чтобы погружать пакетные или наращенные сваи из дерева, недопустимо использовать вибропогружатели. Крепление подобного прибора, оборудованного сваей или шпунтом, должно обязательно быть в меру жестким. Работы по погружению шпунта и оболочек свай с использованием копров или плавучих кранов можно выполнять только при волнении в акватории не более 2 баллов. Таким образом, все плавучие средства будут надежно закреплены.

Общая схема устройства буронабивной сваи.

При забивке первых 5-20 элементов конструкции, размещенных в разнообразных пунктах стройплощадки, регистрируется число ударов на каждый м погружения прибора. Общее количество ударов на погружение иных свай не учитывают.

Использование подмыва в процессе погружения компонента возможно лишь на участках, удаленных как минимум на 20 м от существующих сооружений и домов. Для того чтобы уменьшить напор, расходование воды и мощность насосных устройств, подмыв сочетается с пригрузкой или забивкой свай с использованием буронабивных молотов.

Если же диаметр таких конструкций составляет до 1 м, допускается использование одной подмывной трубы, размещенной в центре сечения. Для оболочек в диаметре более 1 м трубы подмывного типа необходимо размещать по плоскости оболочки через 1-1,5 м.

В финале погружения подмыв прекращается, а затем свая погружается с использованием буронабивных молотов или вибропогружателя до проектного отказа без эксплуатации подмыва.

При сохранении вечномерзлого состояния грунтов при использовании конкретного объекта можно применять следующие варианты устройства оснований сваи:

• монтаж свай в заблаговременно пробуренные отверстия, диаметр которых будет как минимум на 5 см превышать самый крупный размер поперечного сечения сваи, с заполнением свободной площади при помощи грунтового песчано-известкового или песчано-глинистого раствора;
• забивка стержней в заблаговременно пробуренные отверстия, диаметр которых меньше диаметра круглых конструкций или наименьшего поперечного сечения;
• погружение стержней в заранее оттаянные грунты;
• непосредственное погружение стержней в пластично мерзлый грунт.

Схема свайно-винтового фундамента.

Уже готовые скважины следует закрывать или ограждать в целях безопасности. При этом их глубина не будет превышать допускаемые глубины погружения стержней более, чем на 20 см. Эти конструкции следует монтировать в скважины в срок, исключающий оплывание стенок скважины.

Полноценная расчетная загрузка проектного свайного основания допустима только лишь после достижения соответствующего температурного режима грунтов. Трубки температур для измерения температур в грунтах и для контроля смерзания его со стрежнями, которые являются частью проектного положения, монтируются в скважины наряду со стержнями на всю глубину.

Количество стержней, имеющих максимально допустимые отклонения от проектного положения, не должно подниматься выше 25% от общего количества стержней, а в случае со сваями-колоннами – 5%. Возможность применения стержней, в которых отклонения от проектного положения превышают допуск, рассматривается соответствующими организациями.

Допустимые отклонения

Схема фундамента из буронабивных свай.

Когда проектная документация подразумевает использование техники погружения стержней до необходимых проектом отметок, допустимые отклонения уровня голов конструкций не должны превышать допусков проектного положения.

Погружая стержни на определенные допустимые отметки, следует обязательно вести контроль над уровнем погружения, учитывать возможные отклонения в конструкции для соблюдения всех требований безопасности и не превысить допуск.

Следует понимать, что допустимые отклонения шпунтового ряда от положения, указанного в проектном плане, ни в коем случае не должны превышать данный допуск.

Ударная технология

Данный способ основывается на применении ударной энергии (нафузки), под воздействием которой свая внедряется в фунт нижней заостренной областью. По мере погрузки она смещает частички фунта в разные стороны (немного вниз и вверх (на дневную плоскость)). Вследствие пофужения свая полностью вытесняет объем фунта, который почти что равняется объему ее пофуженной области. Соответственно, фунтовый фундамент дополнительно уплотняется. Область заметного уплотнения фунта вокруг сваи распространяется по плоскости, стандартной к продольной свайной оси, на дистанцию, равную 2-3 диаметрам сваи.

Ударная нафузка на оголовок сваи осуществляется при помощи специальных механизмов – буронабивных молотов наиболее разнообразных типов, основными из которых являются дизельные.

Строительные площадки часто становятся местами использования трубчатых и штанговых дизель-молотов. Ударная область дизель-молотов штангового образца представляет собой подвижный цилиндр, открытый внизу и перемещающийся в направляющих штангах. В случае падения цилиндра в камере сгорания смеси на неподвижный поршень энергия выбрасывает цилиндр вверх, а затем происходит новый удар, и цикл повторяется. Трубчатые буронабивные дизель-молоты оборудованы неподвижным цилиндром, который имеет шабот (пяту) и представляет собой направляющую конструкцию. Ударная область молота для забивки – это подвижный поршень с головкой. Воспламенение смеси и распыление топлива осуществляется в момент удара головки поршня по плоскости сферической впадины на цилиндре, куда и подают топливо. Количество ударов за 1 минуту штанговых буронабивных дизель-молотов равняется 50-60, а трубчатых – 47-55.

Основным показателем, определяющим погружающую возможность буронабивных молотов, является энергия, которая наносится одним ударом. Она напрямую зависит от высоты и веса падения ударной области и энергии топливного сгорания.

Числовые показатели и допуски при ударной технологии складирования свай

Схема строповки свай.

Числовые значения и допуски ударной энергии (кДж) могут иметь следующие выражения:

для трубчатых молотов:

E = 0,90 Q h,

для штанговых молотов:

E = 0,40 Q h,

где Q представляет собой допуск веса ударной области молота, H, h – допуски высоты падения ударной области молота.

Для одного удара номинальная энергия, как показывает схема расчета, должна быть такой: Eh > 25P, где P представляет собой расчетную нагрузку на сваю.

Полученное значение служит для подборки буронабивных молотов (по определенным справочникам), после чего его проверяют при помощи коэффициента используемости прибора.

Последний получают из отношения веса буронабивных молотов и сваи к энергии удара:

K = (Q1 + q) / Eh, где Q – это реальный вес буронабивного молота, а q – масса сваи (включая вес подбабка и наголовника). Данный показатель колеблется от 3,5 до 6 в зависимости от материала сваи и конструкции молота. К примеру, для забивки деревянных свай при помощи свайштангового дизель-молота k = 3,5, а с помощью трубчатого – k = 6, Л = 5.

Комплектация буронабивных молотов содержит в основном наголовник, который служит для закрепления сваи в направляющих сваебойной конструкции, защита головы сваи от механических повреждений ударами молота и пропорционального распределения удара по объему сваи. Внутреннее сооружение наголовника должно быть аналогичным размерам головы сваи и ее очертанию.

Копры и принцип их работы

Составляющие процесса изготовления буронабивных свай с креплением глинистым раствором: а – бурение скважины; б -устройство расширенной полости; в -установка арматурного каркаса; г -установка бетонолитной трубы; д –бетонирование скважины.

Для забивки свай и удержания положения буронабивных молотов, подъема и установки используют специализированные подъемные механизмы – копры. Основной элемент конструкции копры – это стрела, по периметру которой монтируется молот для забивки заблаговременно перед его погружением ввиду правил безопасности.

Сваи наклонного типа погружают копрами наряду с наклоняющей стрелой. Копры могут быть оборудованы на рельсовом ходу (универсальные стальные башенного образца) либо иметь самоходную конструкцию – на основе тракторов, автомашин, кранов и экскаваторов. Универсальные виды копр обладают достаточно внушительной массой (вместе с лебедкой достигают 20 т). Демонтаж и монтаж данных копр и сооружение для них рельсовых путей – это довольно трудоемкие процессы. Таким образом, их используют для забивки свай в длину более, чем 12 м, при достаточно большом объеме свайных работ на конкретном объекте. Наиболее известные в промышленном и гражданском строительстве сваи имеют длину 6-10 м.

Эти буронабивные приборы обладают большой маневренностью и оборудованы устройствами, которые механизируют процесс подтаскивания и подъема сваи, монтаж головы сваи в наголовник и разравнивание стрелы.

Измерение возможных отклонений при забивке свай

Забивка свай берет свое начало с медленного опускания отбивного молота на наголовник после монтажа сваи на фунты и ее выверки. Под воздействием веса молота свая погружается в фунт. Чтобы обеспечить верные положения сваи, первичные удары выполняют с офаничением ударной энергии. После энергия удара постепенно увеличивается до максимальной. От каждого последующего удара свая погружается на определенный процент, который повышается по мере углубления. Далее наступает момент, когда после каждого удара свая погружается на одну и ту же величину (этот процесс называют отказом). Сваи забиваются до достижения расчетного проектного отказа.

Измерение отказов и возможного отклонения необходимо осуществлять с точностью до 1 мм. В основном отказ представляет собой среднюю величину серии ударов, именуемую залогом (допуск). В процессе забивки свай с помощью паровоздушных и буронабивных молотов одиночного воздействия или при помощи буронабивных дизель-молотов допуск равняется 10 ударам. Если же сваи забивают молотами двойного воздействия, рассчитывается количество ударов за 1-2 мин.

Если среднее отклонение в трех логических залогах не превышает расчетного, то процесс забивки конструкции сваи является законченным. Сваи, которые не дают контрольного отказа, после продолжительного перерыва в 3-4 дня подвергаются контрольной добивке. Когда глубина погружения сваи еще не достигла проектного показателя в 85% и если после трех логических залогов получен расчетный отказ, следует выяснить причины подобного явления и согласовать с соответствующей компанией порядок последующего выполнения свайного проектного производства.

Вибрационная техника

Данная методика основывается на большом уменьшении при вибрации коэффициента внутреннего трения в грунте, а также сил трения по боковой плоскости свай. Ввиду этого при вибрировании для погружения свай требуются гораздо меньшие усилия, чем при ее забивке. При этом может наблюдаться частичное грунтовое уплотнение (виброуплотнение). Участок уплотнения представляет 1,5-3 диаметра сваи (в зависимости от типа и плотности грунта).

Схема видов свайных фундаментов.

При вибрационной методике свая погружается при помощи специальных устройств – вибропогружателей. Данные приборы представляют собой электромеханическую машину вибрационного воздействия, которую подвешивают к мачте сваепогружающего прибора и соединяют со сваей при помощи наголовника.

Функции вибропогружателя основываются на принципе, при котором горизонтальные центробежные силы, вызываемые вибраторными дебалансами, взаимно уничтожаются, в то время как вертикальные, в свою очередь, суммируются. Шкала колебаний и вес виброкомплекса (наголовник, вибропогружатель и свая) должны обеспечивать деформацию грунтовой структуры.

При выборе низкочастотных погружателей (420 кол/мин), используемых при погружении тяжелых оболочек (свай трубчатого образца диаметром 100 мм и больше) и железобетонных свай, момент эксцентриков должен превышать массу вибросистемы как минимум в 7 раз для легких грунтов и в 11 раз для тяжелых и средних типов грунтов.

https://www.youtube.com/watch?v=FITGBPgt2Nw

Погружая сваю вибрационным методом в глину или в тяжелый суглинок, под ее нижним концом формируют перемятую глинистую подушечку, вызывающую внушительное (до 40%) снижение несущей способности сваи. Чтобы устранить риск данного явления, свая погружается на финальном отрезке в длину 15-20 см при помощи ударной техники.

Для забивки легких свай (весом до 3 т) и стального шпунта в грунт используют высокочастотные (1500 колебаний за 1 мин и более) вибропогружатели, оборудованные подрессоренной пригрузкой, состоящие из вибратора и подключенного к нему при помощи пружинного комплекса вспомогательного груза и приводного электродвигателя. Вибрационная техника является наиболее эффективной при несвязных фунтах.

Схема залегания сваи.

Использование вибрационного метода для погрузки свай в плотные фунты малой влажности возможно только при устройстве лидирующих скважин, то есть при заблаговременном выполнении другого процесса, для которого обязательно наличие буронабивных приборов.

Самые известные пружинные вибромолоты работают следующим образом. Вибровозбудитель в процессе вращения валов с дебалансами в противолопожные стороны друг от друга выполняет цикличные колебания. Когда зазор между сваей и ударником вибровзобудителя составляет меньше амплитуды колебаний вибровозбудителя, ударник начинает циклично ударять по наковальне наголовника сваи.

Буронабивные вибромолоты могут настраиваться в автоматическом режиме, то есть повышать энергию удара с повышением сопротивления фунта погружений свай. Масса ударной области (вибровозбудителя) вибромолота, применяемая к пофужению железобетонных свай, должна составлять как минимум 50% от веса сваи и 650-1350 кг. Строительная практика показывает, что используют и методику, основанную на комбинированном воздействии вибрации с ударом и статического пригруза.

Основа вибровдавливающей установки – это две рамы. Задняя рама оборудуется электрогенератором, который функционирует от специального тракторного двигателя, и двухбарабанной лебедкой. Передняя рама, в свою очередь, содержит блоки, сквозь которые проходит вдавливающий канат от лебедки к вибропогружателю и к направляющей стреле.

Схема особенностей винтовых свай фундамента.

В момент, когда вибровдавливающий агрегат достигнет необходимого для работы проектного положения (крюк подвески вибропогружателя при этом должен быть расположен над областью погружения сваи), вибропогружатель опускается вниз, наголовником соединяется со сваей и поднимается обратно в верхнюю позицию. Сваю же монтируют на место ее забивки. После включения вибропогружателя и лебедки свая погружается из-за собственной массы, веса вибропогружателя и доли веса трактора, который передается посредством вдавливающего каната сквозь вибропогружатель на сваю. В то же время на сваю воздействует вибрация, которую создает низкочастотный погружатель наряду с подрессоренной плитой.

Техника вибровдавливания не нуждается в сооружении каких-либо путей для передвижек. Помимо этого, она исключает повреждение свай и является особенно эффективной при погружении свай длиной до 6 м.

Технологии ускорения процесса погружения стержней

Данные методики основываются либо на расчетной энергии давления струи воды (подмыв грунта), либо на использовании эффекта электроосмоса. С помощью подмыва грунт разрыхляется и частично вымывается струей воды, которая вытекает под давлением из нескольких трубок в диаметре 38-62 мм, закрепленных на стержне. При этом сопротивление фунта у свайного острия понижается, а возрастающая по периметру ствола вода размывает грунт и тем самым уменьшает трение по боковым плоскостям конструкции.

Устройство свайных и плитных фундаментов.

Размещение подмывных трубок может быть как боковым (две либо четыре трубки со специальными наконечниками расположены по бокам сваи), так и центральным (один многоструйный наконечник оборудован в центре стержня). В случае бокового подмыва (в сравнении с центральным) формируются более рациональные условия для уменьшения сил трения по боковой плоскости трубы. При этом трубки подмыва крепят так, чтобы наконечники находились у стержней на 30-40 см выше острия.

Для подмыва грунта воду подают в трубки под давлением как минимум 0,5 МПа. При подмыве может быть нарушено сцепление между частями грунта под подошвой и немного по боковой плоскости труб, что может привести к дальнейшему понижению несущей способности стержней.

Таким образом, сваи на последнем или двух последних метрах погружают без какого-либо подмыва забивкой. Допуск подмыва невозможен и в том случае, когда присутствует угроза просадки близлежащих конструкций, или при наличии грунтов просадочного типа.

Выбор и описание основных методов погружения свай и дополнительного оборудования

В процессе погружения стержней основными факторами, определяющими выбор конкретной методики и возможные отклонения при ней, являются объем свайных работ, физико-механические качества грунта, тип используемых свай, допуски на глубину погрузки, производительность используемых установок и свайных погружателей.

Количество работ в частности измеряется объемом свай или метрами суммарной длины погрузочной области стержней. Шпунтовый ряд, в свою очередь, измеряют метрами длины ряда на определенной глубине погружения конструкции. Соответственно, ориентируясь на эти факты, измеряют допустимые возможности и отклонения оборудования за час или за одну смену.