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. По мере погружения она смещает частицы грунта в стороны, частично вниз, частично вверх (на дневную поверхность). 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 .

На строительных площадках применяют штанговые и трубчатые дизель-молоты .

Ударная часть штанговых дизель-молотов (рис. 6.1, а)-подвижный цилиндр , открытый снизу и перемещающийся в направляющих штангах . При падении цилиндра на неподвижный поршень

в камере сгорания смеси энергия под¬брасывает цилиндр вверх, после чего происходит новый удар и цикл повторяется.

В трубчатых дизель-молотах (рис. 6.1, б) неподвижный цилиндр, имеющий шабот (пяту), является направляющей конструкцией. Ударная часть молота - подвижный поршень с головкой. Распыление топлива и воспламенение смеси происходит при ударе головки поршня по поверхности сферической впадины цилиндра, куда подается топливо. Число ударов в 1 мин у штанговых дизель-молотов 50...60, у трубчатых -47.. .55.

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. Наклонные сваи погружают копрами с наклоняющейся стрелой. Копры бывают на рельсовом ходу (универсальные металлические башенного типа) и самоходные - на базе кранов, тракторов, автомашин и экскаваторов.

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 процес¬сы, 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 ма-невренны 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. Метод основан на значительном уменьшении при вибрации коэффициента внутреннего трения в грунте и сил трения по боковой поверхности свай. Благодаря этому при вибрировании для погружения свай требуется усилий иногда в десятки раз меньше, чем при забивке. При этом наблюдается также частичное уплотнение грунта (виброуплотнение). Зона уплотнения составляет 1,5...3 диаметра сваи (в зависимости от вида грунта и его плотности).

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 выборе низкочастотных погружателей (420 кол/мин), применяемых при погружении тяжелых железобетонных свай и оболочек (трубчатых свай диаметром 1000 мм и более), необходимо, чтобы момент эксцентриков превышал вес вибросистемы не менее чем в 7 раз для легких грунтов и в 11 раз для средних и тяжелых грунтов.

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.

Для погружения легких (массой до 3 т) свай и металлического шпунта в грунты, не оказывающие большого лобового сопротивления под острием сваи, применяют высокочастотные (1500 колебаний в 1 мин и более) вибропогружатели с подрессоренной пригрузкой, которые состоят из вибратора и присоединенного к нему с помощью системы пружин дополнительного груза и приводного электродвигателя.

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.

Наиболее распространенные пружинные вибромолоты работают следующим образом. Вибровозбудитель при вращении валов с дебалансами в противоположных направлениях совершает Периодические колебания. Когда зазор между ударником вибровозбудителя и сваей меньше амплитуды колебаний вибровозбудителя, Ударник периодически ударяет по наковальне наголовника сваи.

Вибромолоты могут самонастраиваться, т. е. увеличивать энергию удара с повышением сопротивления грунта погружению свай.

Масса ударной части (вибровозбудителя) вибромолота применительно к погружению железобетонных свай должна быть не менее 50% от массы сваи и составлять 650... 1350 кг.

В практике строительства применяют также метод, основанный на комбинированном воздействии вибрации (или вибрации с ударом) и статического пригруза. Вибровдавливающая установка состоит из двух рам. На задней раме находятся электрогенератор, работающий от тракторного двигателя, и двухбарабанная лебедка, на передней раме - направляющая стрела с вибропогру жателем и блоки, через которые проходит к вибропогружателю вдавливающий канат от лебедки. Когда вибровдавливающая установка займет рабочее положение (крюк подвески вибропогружателя должен находиться над местом погружения сваи), вибропогружатель опускают вниз, наголовником соединяют со сваей и поднимают в верхнее положение, а сваю устанавливают на место ее забивки. После включения вибропогружателя и лебедки свая погружается за счет собственного веса, веса вибропогружателя и части веса трактора, передаваемого вдавливающим канатом через вибропогружатель на сваю. Одновременно на сваю действует вибрация, создаваемая низкочастотным погружателем с подрессоренной плитой.

Метод вибровдавливания не требует устройства каких-либо путей для рабочих передвижек, исключает разрушение свай и особенно эффективен при погружении свай длиной до 6 м.

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 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.

Конструкция рабочего органа позволяет выполнять следующие операции: втягивать 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, при необходимости вывертывать сваю из грунта. Вращение рабочего органа и его наклон осуществляют от коробки отбора мощности автомобиля через соответствующие редукторы.

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 одно- или многоструйный наконечник размещен по центру погружаемой сваи. При боковом подмыве (посравнению с центральным) 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 подают под давлением 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 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 сезонно промерзающие грунты 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 грунтов). Сам процесс погружения свай идентичен процессам, принятым для летних условий.

технологическими особенностями, обусловленными физико-механическими свойствами мерзлых грунтов, 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 грунтом, приводит к тому, что они приобретают высокую несущую способность. Это явление может быть эффективно использовано при погружении свай в твердомерзлые грунты, условно относимые к низкотемпературным У этих грунтов 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 грунты 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 грунте полость Разжиженного грунта. 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.

I В грунтах с небольшим количеством льда можно получить Полость нужных размеров в короткое время (1... 3 ч), а в грунтах с большой степенью насыщения льдом этот процесс происходит в течение 6...8 ч. Скорость погружения иглы определяют так, чтобы диаметр протаянной полости в 2... 3 раза превышал больший размер сваи в поперечном сечении. Через некоторое время после погружения сваи происходит вмерзание и она, будучи как бы заделанной в толщу вечномерзлого грунта, приобретает необходимую несущую способность.

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.

В пластично-мерзлые высокотемпературные (со среднегодовой температурой не ниже - ГС) погружены сваи погружают забивным или бурозабивным методом. Методы погружения в оттаянный грунт и в скважины большего сечения, чем сечение свай, в условиях высокотемпературных грунтов малопригодны из-за того, что вмерзание сваи происходит весьма медленно. Забивать сваи можно в пластично-мерзлые пылеватые суглинки и песчаные грунт, не содержащие включений, и только в период сезонного оттаивания, так как зимой грунты деятельного слоя охлаждаются до -5... -10°С и становятся твердомерзлыми. Поэтому область применения бурозабивного метода значительно шире.

Бурозабивным методом сваи пофужают в два этапа. На первом этапе пробуривают лидирующую скважину, диаметр которой принимается на 1...2 см меньше стороны сваи. На втором этапе погружают сваю с помощью вибромолота или дизель-молота. При этом грунт отжимается от углов сваи к середине ее стенок. Грунт оттаивает за счет тепловой энергии, фансформированной из механической, развиваемой молотом, и частичного выжимания грунта из скважины. Достаточно оттаять тонкому слою грунта и температура в зоне, прилегающей к свае, повысится на незначительную величину, а процесс вмерзания сваи в грунт произойдет за короткое время. Применение лидирующих скважин позволяет повысить точность установки сваи, обеспечить погружение ее на проектную глубину, устранить случаи поломки сваи при попадании под острие валунов и др.

6. Последовательность погружения свай. От расположена 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. Если расстояние между центрами свай менее пяти их диаметров (или соответственно размеров сторон поперечного сечения), то грунт в середине свайного поля может уплотняться, что усложняет процесс. При этом бывают случаи, когда невозможно погрузить сваи, расположенные в этой зон е. В этом случае погружать сваи надо от центра к краям свайного поля .

При больших расстояниях между сваями порядок погружения определяется технологическими соображениями, прежде всего использованием эффективного оборудования. Так, у некоторых копров башенного типа мачты опираются на выдвижные рамы, расположенные над платформами-тележками и смещающиеся примерно на 1 м. Этими копрами можно забивать сваи двух рядов с одной стоянки копра. Для сооружения подземной части жилых Домов применяют специальные краны, оснащенные навесным копровым оборудованием, двухбарабанной лебедкой для подъема молота и сваи и дизель-молотом. Такие краны могут забивать сваи Длиной 8 м, перемещаясь по рельсовому пути, уложенному примерно на нулевой отметке вдоль бровок котлована строящегося здания.

При устройстве свайных фундаментов жилых и промышленных зданий большой протяженности весьма эффективно забивать сваи с помощью мостовой сваебойной установки. Эта установка представляет собой передвижной мост, по которому перемещается с копром. Сваи длиной 8... 12 м забивают дизель-молотом. как мачта копра опускается ниже пола рабочей площадки копра, то можно забивать сваи ниже рамы моста. Данная установка является своего рода координатным устройством, облегчающим выполнение разбивки мест погружения сваи, при этом можно устанавливать сваи с большой степенью точности. Расположение сваи в зоне действия мостовой установки позволяет сократить продолжительность операций по подтаскиванию сваи, что, в свою очередь, повышает производительность всего процесса.

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.

При погружении свай зимой с использованием стержневых электронагревателей для оттаивания мерзлого грунта район забивки свай разбивают на три участка-захватки: на первом - бурят скважины, на втором - скважины уже заранее пробурены и утеплены сверху, на третьем - сваи погружают. Интервал между отогревом скважины и погружением в нее сваи не должен превышать одной смены. Примерно так же с разбивкой на захватки устанавливают порядок погружения свай, если устройство ростверков начинают до завершения погружения всех свай под здание или сооружение.

В последнее время активно ведется жилищное и гражданское строительство в северных районах нашей страны. Для устройства фундаментов зданий и сооружений, возводимых в условиях вечной мерзлоты или других специфических условиях, лучше всего подходят буроопускные сваи. Любые фундаменты возводятся с учетом строгого последовательного исполнения всех звеньев технологической цепочки и соблюдением строительных норм и правил, а в северных климатических условиях при наличии постоянного промерзания грунтов к подбору и устройству свайных фундаментов нужно отнестись более ответственно.

Конструкция буроопускной сваи

Буроопускная металлическая свая представляет собой стальную трубу с толщиной стенок 4-12 мм длиной 4-36 м с различными наконечниками:

• Плоским, с отверстием для отвода воздуха.
• Тупым литым с отверстием.
• Эллиптическим.
• Без наконечника.

Выбирать конструкцию сваи с тем или иным наконечником рекомендуется в зависимости от условий погружения и особенностей возводимого строения. Металлические конструкции обязательно обрабатываются антикоррозийными составами.

Наряду с металлическими сваями широко применяются железобетонные конструкции цилиндрического или квадратного сечения, которые могут быть длинномерные или состоять из нескольких секций. Маркируются железобетонные конструкции буквами «С» (квадратное сечение) или буквами» «СО», что означает свая — оболочка. Наиболее часто применяют железобетонные сваи с рабочим сечением 250 х 250 мм или 400 х 400 мм и длиной до 16 метров.

Буроопускные сваи могут быть полыми или сплошными.

Схема конструкции буроопускной сваи

Пример маркировки металлической сваи

Для упрощения подбора свайных конструкций изделия обязательно маркируются. В качестве примера можно рассмотреть следующую маркировку, например, SM-426/10/8/Э/Т/У/09Г2С-4/БП. Это означает, что конструкция сваи металлическая с диаметром стволовой части в 426 мм с толщиной стенок 10 мм, длина составляет 8 метров, буква «Э» означает применение электросварной трубы по ГОСТУ10704-91,буква «Т» вид наконечника (тупой), буква «У» обозначает тип хвостовой части сваи (усиленный), «БП» означает, что данная свая выпускается без покрытия.

Преимущество свайного буроопускного фундамента

Буроопускные свайные фундаменты имеют ряд преимуществ:

1. Отсутствие земляных работ. Обычно перед началом работ по устройству фундаментов выполняются земляные работы по снятию растительного слоя и разработке котлованов или траншей для последующего монтажа несущих конструкций. Буроопускные сваи в качестве несущего основания не требуют разработки земляных котлованов, которые в условиях постоянного промерзания грунтов технологически тяжело выполнить.
2. Отсутствие сезонности выполнения работ. Производство работ по устройству свайного фундамента в вечномерзлых грунтах допускается в любые погодные условия и независимо от времени года, что крайне важно в таких специфических северных условиях.
3. Доступная и простая технология. В названии «буроопускные сваи» буквально в двух этих словах заключается вся технология устройства подобного несущего основания дома или сооружения.

Недостатки свайного буроопускного фундамента

К недостаткам этого вида свайного фундамента можно отнести следующее:

• В процессе производства работ по заполнению скважины цементно-песчаным раствором появляется избыточное тепло, что значительно увеличивает длительность вмораживания свайной конструкции, следовательно, увеличивается сроки строительства.
• Необходимость применения специальных авторастворовозов для изготовления и подогрева цементных смесей, что приводит к удорожанию строительства.
• Невозможность контролирования качества заполнения цементным раствором зазоров между стенками пробуренной скважины и телом сваи.

Некоторые недостатки вполне возможно устранить непосредственно на строительной площадке: например, для защиты от появления избыточной теплоотдачи строительных цементных растворов в полость металлической конструкции сваи заливают хладагент или охлаждающую жидкость.

Требования к свайным фундаментам в условиях мерзлоты

В северных климатических районах с постоянным промерзанием земляного основания возможно явление морозного пучения грунтов, которое свойственно глинистым и пылеватым почвам. Такое явление выпучивания замерзшего грунта может вызвать неравномерную осадку во время сезонного оттаивания верхнего слоя мерзлой почвы.

Чтобы исключить опасность неравномерной просадки здания, а, следовательно, возможного перекоса и опрокидывания несущих конструкций постройки, свайные фундаменты на мерзлых грунтах опускают на большую глубину. Поэтому так важно на стадии проектирования выполнить тщательный расчет величины опускания буроопускных свайных конструкций, учесть весь комплекс действующих геологических и гидрогеологических условий во время сезонного промерзания и оттаивания грунтов основания.

Буроопускные сваи обладают значительной способностью сопротивляться силе морозного пучения грунтов в условиях вечной мерзлоты. Правильное устройство свайного фундамента гарантирует устойчивость, прочность и долговечность всего здания или постройки.

Технология устройства буроопускных свай

Свайная технология применения буроопускных конструкций в качестве фундаментов разработана исключительно для сложных климатических условий вечномёрзлых скальных, твердомерзлых грунтов. Погружение свайных конструкций происходит в несколько этапов:

1. Устройство скважины в грунте диаметром большим по размеру на 50 или 100 мм, чем диаметр конструкции сваи.
2. Опускание опоры с квадратным поперечным сечением в полость подготовленной скважины на проектную глубину.
3. Заполнение бетонной смесью марки не менее М 300 с морозостойкими добавками зазоров между телом сваи и боковыми стенками скважины.
4. Демонтаж обсадных труб.

Когда буроопускная конструкция установлена, нужно подождать некоторое время для ее смерзания с окружающим грунтом, и лишь после этого свая готова к эксплуатации.

После завершения технологического процесса свайная буроопускная конструкция принимает нагрузку от веса дома или постройки и других факторов, и передает ее на нижние более крепкие грунтовые основания.

Обсадные трубы

Устройство свайных фундаментов буроопускным способом выполняется под защитой металлических инвентарных обсадных труб. Для предотвращения попадания земляной массы и грунтовой влаги, в пространство между телом сваи и скважины размещаются конструкции труб обсадки. После завершения процесса монтажа обсадные конструкции извлекаются.

В особых случаях, согласно проекту производства работ, обсадку оставляют в грунтовом массиве. Обсадные трубы могут иметь разные диаметры и для каждого конкретного случая можно подобрать свой размер. Внешнее сечение может быть в пределах от 620 мм до 2500 мм.

В грунт трубы обсадки погружаются с помощью следующих способов:

• Методом забивки труб.
• С помощью специального оборудования (вибростол).
• С применением бурового оборудования.

Процесс бурения грунта может выполняться ударным или вращательным методом.

Пример бурения скважины с обсадной трубой представлен на видео:

Виды буроопускных свай

В настоящее время заводы — изготовители производят металлические прямоугольные буроопускные конструкции с уширением внизу ствола, закрепленным элементом и ребрами жесткости. Несущую способность буроопускной конструкции обеспечивает специальная цилиндрическая вставка, расположенная между наконечником и телом сваи.

Разрешается применять также полые сваи с последующим заполнением бетонной смесью. Размеры буронабивных конструкций подбираются на основании расчетных данных.

Металлические буроопускные сваи

Способы погружения свайных опор

Погружение свайных буроопускных конструкций в промерзшие грунты проводится следующим способом:

1. Предварительное устройство скважины методом бурения.
2. Очистка пробуренной скважины от снега, воды и шлама. Разрешается оставлять в полости слой не более 150 мм.
3. Обязательное устройство песчано-гравийной амортизационной подушки с последующим механическим послойным уплотнением. Вместо мелкого гравия можно использоваться щебень мелкой фракции.
4. Заполнение скважины цементно-песчаным раствором в пропорции 1: 5 на 1/3 глубины. В процессе погружения свайной опоры раствор будет выдавливаться и равномерно заполнять пространство вокруг опорной конструкции.
5. Погружение металлической конструкции сваи в грунт с помощью специальной технологии. Обычно свая устанавливает в строго вертикальном положении в течение нескольких часов.
6. Заполнение зазоров между телом свайной конструкции и скважины цементно-песчаной (глинистой) смесью, которая после замерзания смерзается с грунтом и добавляет дополнительную устойчивость буроопускной конструкции.

При заполнении пазух свайного фундамента следует помнить, что рекомендуется использовать для этих целей мерзлый материковый грунт.

Процесс монтажа буроопускной сваи

Механизированный способ уплотнения амортизационной подушки заключается в ударном опускании фундаментной опорной конструкции квадратного сечения с большой высоты в скважину.

Погружение буроопускных свай

Буроопускной способ погружения свай можно проводить следующими методами:

1. Механизированный монтаж опор при помощи специальных механизмов. Для этой цели привлекается дорогостоящая грузоподъемная техника.
2. Метод предварительного оттаивания мерзлого грунта с помощью установки специальных игл (шпунтов). Размораживание происходит под действием пара или электрической энергии. Такой метод энергозатратный, хотя относится к несложным по исполнению. Метод оттаивания мерзлого грунта требует внимания и продолжителен по времени.
3. Использование при монтаже свай скважины меньшего диаметра. Забивка металлической конструкции сваи в мерзлый грунт проводится без предварительных подготовительных работ по устройству скважины. Такой метод рекомендован в пластичных мерзлых грунтах.

Погружение сваи механизированным способом

Каждый из этих методов погружения следует выбирать в соответствии существующих условий строительства домов и сооружений.

Если мерзлые грунты имеют пластичную структуру, то использование буроопускных свай является достойной альтернативой бурозабивной технологии устройства свайных фундаментов в условиях вечной мерзлоты.

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.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА ВЛ 35 - 500 кВ

ПОГРУЖЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СВАЙ В ЛИДЕРНЫЕ СКВАЖИНЫ АГРЕГАТОМ УВВС-60/10 В ПЛАСТИЧНОМЕРЗЛЫЕ
ГРУНТЫ ПОД ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ОПОРЫ BЛ 500 кВ

2.2. Устройство лидерных скважин и погружение свай производить ударновибровдавливающим сваепогружателем УВВС-60/10. Техническая характеристика агрегата приведена в технологической карте ТК-1-25-5 .

2.3. Для проходки лидерных скважин в мерзлых грунтах применить лидер, состоящий из цельнотянутой трубы соответствующего диаметра и длины с толщиной стенок от 12 до 18 мм, см. рис. 2. На нижнем конце трубы приварен наконечник, выполненный в виде кольца, внутренняя и наружная конические поверхности образуют режущую кромку.

2.4. Согласно РСН 41-72, площадь поперечного сечения лидерных скважин принимают равной 0,75 - 0,95 площади поперечного сечения сваи. Глубина проходки лидерных скважин для бурозабивных свай не должна превышать глубины погружения свай.

В данной технологической карте Æ скважины принят 250 мм, глубина 7,0 м.

2.5. Последовательность производства работ на пикете и схема движения агрегата приведена на рис. .

Условные обозначения

Места раскладки свай

116 - последовательность погружения свай

Направление движения агрегата УВВС-60/10

Экспликация

Рис. 1. Схема движения ударновибровдавливающего сваепогружателя УВВС-60/10 при забивке свай

2.6. Технологическая последовательность производства работ:

а) сваи выложить так, чтобы их оголовки находились вблизи точек погружения (рациональная схема раскладки свай для данного типа фундамента приведена на рис. );

б) при необходимости, подтаскивание сваи к агрегату производить через нижний отводной блок в пределах до 5 м;

в) агрегат с закрепленным к вибропогружателю лидером подъезжает к месту погружения сваи;

г) при помощи механизмов продольной и поперечной коррекции стрелу и лидерную трубу установить в вертикальное положение и опустить на точку прокола лидерной скважины;

д) опускают аутригеры и включают пригрузку, в зависимости от плотности грунта регулировать энергию удара вибромолота;

е) по достижении проектной отметки лидер вместе с керном грунта извлекают из скважины;

и) агрегат с лидером перемещается к точке прокола очередной скважины, технологическая последовательность производства работ при устройстве лидерных скважин приведена на рис. 2 К-1-25-6 ;

к) перерывы в работе при устройстве лидерных скважин не должны превышать 10 - 15 минут. Перед перерывами в работе, продолжительность которых превышает указанное предельное время, лидер должен быть освобожден от керна грунта;

л) после устройства всех лидерных скважин в кусте свай (2 или 4) отсоединяют от вибромолота лидерную трубу, и вибропогружатель приступает к погружению свай;

м) технологическая последовательность производства работ по вибропогружению свай см. технологическую карту ТК-1-25-5 , п. 2.4.

2.7. Во время забивки постоянно проверять правильность направления сваи и направляющей стрелы сваепогружателя.

2.8. Отклонения от проектного положения забиваемых свай не должны превышать величин, приведенных в таблице № 2 Общей части.

2.9. Приемку свайного фундамента производить на основании перечня исполнительной документации, указанной в СНиП III-9-74 п. 8.15, 8.26.

2.10. При производстве свайных работ необходимо выполнять правила по технике безопасности, указанные в СНиП III-А.11-70, а также приведенные ниже основные требования:

а) запрещается находиться под сваей и лидерной трубой во время ее подъема и установки в наголовник;

б) все операции по опусканию и подъему вибромолота, подтягиванию сваи выполнять по сигналу электролинейщика V разряда;

в) запрещается производить строповку свай при ее подъеме и установке в наголовник за монтажные петли, строповку свай производить специальными тросами, см. узел 3, рис. 3 К-1-25-5 ;

г) в процессе работы запрещается находиться у работающего молота ближе чем на 3 м;

д) не допускается оставлять сваю, молот и лидерную трубу на весу во время перерывов в работе;

е) при силе ветра 6 баллов и более работы должны быть прекращены, молот опущен в крайнее нижнее положение;

и) каждый работающий на строительной площадке обязан строго выполнять требования «Правил пожарной безопасности при производстве строительных работ».

2.11. Работы по вибропогружению свай выполняется звеном рабочих в составе:

Профессия	Разряд	Количество
Машинист вибропогружателя
Электролинейщик
Электролинейщик
ИТОГО:

2.12. Калькуляция трудовых затрат составлена на вибропогружение 16 металлических свай в предварительно проколотые лидерные скважины. Время погружения одной сваи условно принято 20 минут. Фактическую норму времени определить из пробного погружения 5-ти свай на характерных пикетах.

Результаты пробного погружения оформить актом. По результатам пробного погружения откорректировать калькуляцию трудовых затрат.

Калькуляция трудовых затрат

Обоснование	Наименование работ	Ед. изм.	Объем работ	Норма времени на единицу, чел.-ч	Затраты труда на весь объем, чел.-день
§ 23-3-3 табл. 2 п. 5б, 6б (применить)	Прокалывание скважин лидером при помощи агрегата УВВС-60/10	1 скваж.
	Электролинейщик				2,15
	Машинист			0,55	1,07
Выпуск Т-32 § 1 табл. п. 1г, 2г (применить)	Вертикальное погружение металлических свай СМ-8 в лидерные скважины агрегатом УВВС-60/10	1 свая
	Электролинейщик
	Машинист				1,95
	ИТОГО:	ч.-дн.

Примечание : 1. При производстве работ в зимних условиях учесть поправочный коэффициент для VI температурной зоны, см. ЕНиР «Общая часть», стр. 12.

2. Продолжительность рабочей смены принята 8,2 часа.

3. Технико-экономические показатели

3.1. Технико-экономические показатели определены на свайный фундамент, состоящий из 16-ти металлических свай.

3.2. Трудоемкость, чел.-дн.
Работа основного механизма, маш.-смен
Численность звена, чел.
Производительность труда рабочих за смену, пикет
Продолжительность забивки 16 свай, смен
	Отвес	ОТ-1500	1948-71
	Уровень	УС-2-500	9560-67
	Деревянные подкладки				Лес круглый Æ 20 см, дл. - 1 м
	Ключ для разворота свай
	Кувалда		11401-75		вес 5 кг
	Лопата	ЛКО-2	3620-63
	Лопата
	Лом	ЛО-28	1405-72
	Каска монтажника
	Топор	А-2	1399-73
	Аптечка				медицинская

4.3. Потребность в эксплуатационных материалах

№№ п.п.	Наименование	Ед. изм.	Норма на час работы механизма	Кол-во на принятый объем работ
	Дизельное топливо	кг		235,6
	Дизельная смазка		0,76	18,8
	Бензин		0,23

Примечание : 1. При работе механизмов в зимнее время расход топлива и смазочных материалов увеличить на 10 %.

2. Часовые нормы расхода горюче-смазочных материалов приведены для средних величин загрузки двигателей.

Страница 13 из 17

Сваи-оболочки - это полые сваи диаметром 0,8 м и более. Такие сваи погружают в грунт с открытым нижним концом.

Рассмотрим более подробно технологию сооружения фундамента мостовых опор с использованием свай-оболочек , она состоит из следующих элементов:

• изготовление на берегу пространственного распорно-направляющего каркаса и доставка его к будущей опоре на плавсистеме;
• наводка каркаса на оси опоры и закрепление якорями и маячными сваями;
• установка на дно водоема сваи-оболочки или ее секции через гнезда в ящике-каркасе;
• закрепление на верху оболочки переходника-наголовника и вибропогружателя;
• погружение сваи-оболочки с одновременной выборкой грунта из внутренней полости;
• опускание в оболочку арматурного каркаса;
• заполнение внутренней полости оболочки бетонной смесью;
• сооружение ростверка и надфундаментной части опоры.

Область применения фундаментов на сваях-оболочках :

• большие глубины в водоеме;
• несвязные и малосвязные грунты основания опоры;
• большое количество опор на однотипных сваях-оболочках.

Достоинства технологии :

• индустриальность;
• высокое качество железобетонных свай-оболочек заводского изготовления;
• большая несущая способность свай-оболочек.

Недостатки :

• для работы с секциями свай-оболочек необходимы мощные краны;
• для доставки секций нужны мощные транспортные средства;
• высокая энергоемкость виброметода.

Собранный (изготовленный) на берегу пространственный каркас с помощью плавсредств доставляется к месту установки на реке (рис. 2.31).

Производится виброметодом с применением мощных вибропогружателей (рис. 2.32).

Каркас может быть обустроен днищем с отверстиями и боковыми стенками из дерева или металла. Его сооружают так, чтобы была возможность демонтажа и повторного использования.

Каркас на ось опоры наводят буксирными и пеленажными катерами, используя пункты геодезической основы и применяя метод засечек.

Рис. 2.31 - Наводка и опускание распорно-направляющего ящика-каркаса: a - доставка каркаса; б - опускание каркаса

Для точного наведения каркаса в плане используют полиспасты и лебедки, расположенные на плашкоуте. На плашкоут также удобно поместить кран для установки секций свай-оболочек, вибропогружателя и средства выборки грунта из оболочек.

После наводки на ось моста и установления центра опоры плашкоут закрепляют маячными сваями по углам каркаса. Ими могут быть как специально забитые металлические или железобетонные сваи, так и угловые сваи-оболочки.

Рис. 2.32 - Погружение свай-оболочек с наращиванием секций и разработкой грунта из внутренних полостей оболочек

Сваи-оболочки можно предварительно укрупнить соединением секций (обычно фланцевыми стыками). В случае необходимости (при большой глубине воды) секциям можно придать плавучесть для их объединения до опускания на дно. Затем на укрупненную сваю-оболочку устанавливают и закрепляют болтами металлический переходник-налоговник. На него, в свою очередь, устанавливают и закрепляют вибропогружатель, который и осуществляет погружение сваи-оболочки (рис. 2.33, а).

По мере погружения оболочку наращивают с постановкой полного количества болтов и обваркой фланцев секций сваи-оболочки по контуру. Фланцевый стык секций покрывают обмазочной гидроизоляцией.

Эффективным средством ускорения погружения оболочки является подмыв. Для этого подмывные трубки (водонапорные иглы) располагают по контуру оболочки (рис. 2.33, б).

Также эффективна опережающая разработка грунта внутри сваи-оболочки грейфером или эрлифтом ниже ножа оболочки.

Рис. 2.33 - Виброметод при погружении свай-оболочек: а - крепление вибропогружателя на свае-оболочке; б - размещение подмывных водонапорных трубок; 1 - вибропогружатель; 2 - переходник-наголовник; 3 - болты крепления; 4 - фланец оболочки; 5 - оболочка

Методы разработки грунта из внутренней полости сваи-оболочки зависят от грунтовых условий. Грунт разрабатывается:

• одноканатным грейфером (виброгрейфером в связных грунтах);
• эрлифтом (в несвязных грунтах);
• гидроэлеватором (в связных грунтах);
• ударно-канатным или вращательным буровыми методами (в галечниковых грунтах или полутвердых глинах).

Работа эрлифта показана на рис. 2.34.

Заполнение внутренней полости оболочки бетонной смесью выполняется методом ВПТ (рис. 2.35). Смесь должна быть литой и иметь осадку конуса (ОК) не менее 16-20 см. Основное требование - конец бетонной трубы должен быть всегда заглублен в бетон .

Величина заглубления конца бетонолитной трубы (h ) в бетон должна быть не менее

где Н - глубина погружения сваи-оболочки.

Интенсивность бетонирования J должна быть высокой, не менее J ≥ 2 м 3 /(час·м 2). При этом должно выполняться условие

J ≥ h/2К , м/ч,

где К - показатель сохранения подвижности бетонной смеси, час, - время, за которое ОК уменьшается до 15 см (К ≈ 0,6 ч).

Рис. 2.35 - Бетонирование внутренней полости сваи-оболочки методом ВПТ: a - опускание бетонолитной трубы; б - заполнение трубы бетонной смесью

Порядок работ :

1. Опускание бетонолитной трубы в оболочку.
2. Промывка забоя напорной струей воды.
3. Подача бетонной смеси в бункер бетонолитной трубы (предварительно в устье бункера устраивают пробку, например, из ветоши, которую закрепляют в верхней части бункера проволокой).
4. Быстрый сброс бетонной смеси в трубу, для чего обрубают проволоку. Заполнение трубы новой порцией бетонной смеси.
5. Наддергивание и быстрое осаживание трубы. Главное - не допустить прорыва воды в бетонолитную трубу снизу .

Вибропогружение свай-оболочек

Железобетонные полые сваи диаметром до 0,8 м (погружаемые обычно с закрытым концом) и сваи-оболочки (погружаемые с открытым концом) диаметром до 2,0 м, изготовляют методом центрифугирования на заводах МЖБК. Сваи-оболочки можно изготовлять в вертикальных цилиндрических виброформах. На стройплощадке секции пустотелых свай обычно соединяют сваркой обечаек с постановкой накладок, а свай-оболочек - болтами на фланцах. Металлические части стыков секций перед погружением бетонируют или, как отмечалось в предыдущей лекции, защищают от коррозии специальными составами (например, полимерными или битумными). Внутренние полости погруженных в грунт тонкостенных свай-оболочек обычно армируют (подвешивают арматурные каркасы цилиндрической формы) и заполняют бетонной смесью. Толстостенные сваи-оболочки с двухрядным армированием не заполняют бетоном, даже если используют на водотоках с умеренным ледоходом. Часто они имеют только бетонную пробку в нижней части сваи-оболочки.

Как отмечалось ранее, погружение свай-оболочек производят вибропогружателем, жестко соединенным со сваей через переходник-наголовник. Болтовое соединение оболочки с наголовником прочно, но неудобно: приходится выполнять трудоемкие работы по установке и снятию вибропогружателя. Целесообразно использовать безболтовые зажимные гидравлические наголовники, позволяющие сократить трудозатраты в 8-10 раз. Кроме вибропогружателя соответствующей мощности, для погружения свай-оболочек необходимы направляющие каркасы и оборудование для извлечения грунта из внутренней полости. Для несвязных грунтов используют грейферы, эрлифты и гидроэлеваторы, для связных плотных грунтов - виброгрейферы, которые подвешивают на стрелу крана.

В отечественной практике хорошо зарекомендовали себя низкочастотные вибропогружатели ВП-170 и ВПМ-170, обеспечивающие погружение железобетонных свай-оболочек диаметром 1,6 м на глубину 60-70 м. Для погружения в грунт оболочек диаметром 3,0 м используют спаренный вибропогружатель из двух ВП-170, закрепленных на едином наголовнике.

Используют также вибропогружатель ВУ-1,6 с проходным отверстием в центральной части, который можно не снимать во время работ по извлечению грунта из внутренней полости оболочки.

Рекомендуется вести по поточной технологии , обеспечивающей минимум простоев оборудования. Для этого в работе одновременно должны находиться 3-4 оболочки. Каждая из них участвует в определенной операции:

• установке в направляющий каркас;
• наращивании очередной секции;
• креплении вибропогружателя;
• погружении;
• извлечении грунта из внутренней полости.

Тип вибропогружателя выбирают, исходя из необходимой вынуждающей силы. Для низкочастотных вибропогружателей значение необходимой вынуждающей силы Р в определяется по формуле

Р в = 1,4Ф - 3Q/κ,

где Ф - расчетная несущая способность сваи по проекту, кН;

Q - вес вибросистемы (включая вибропогружатель, сваю и наголовник), кН;

κ - коэффициент снижения бокового сопротивления грунта во время вибропогружения, принимаемый по табл. 2.12.

Таблица 2.12 - Значение коэффициента κ

В любом случае должны выполняться условия: Р в > 1,3Q при погружении свай-оболочек с извлечением грунта и Р в > 2,5Q при погружении свай сплошного сечения и полых свай без извлечения грунта.

Технические характеристики некоторых отечественных вибропогружателей для погружения свай и свай-оболочек приведены в табл. 2.13.

Для ориентировочного выбора типа вибропогружателя можно использовать данные, приведенные в табл. 2.14.

Выбор источника питания вибропогружателя надо производить с учетом перегрузки его электродвигателей на 30-35%.

Таблица 2.13 - Технические характеристики отечественных вибропогружателей

МШ-2М - вибропогружатель для погружения и извлечения шпунта.

Таблица 2.14 - Данные для выбора вибропогружателя

Недостатками вибропогружателей с электромеханическим приводом является высокая потребляемая мощность и частый выход из строя электродвигателей из-за воздействия вибрации и сгорания обмоток.

За рубежом используют свайные гидровибропогружатели (табл. 2.15).

Таблица 2.15 - Технические характеристики гидровибропогружателей зарубежного производства

Технология погружения сваи-оболочки обычно слагается из следующих процессов :

• транспортировки секций сваи-оболочки в пределах стройплощадки;
• подъема секции и установки ее в направляющие устройства;
• соединения секций между собой;
• установки и закрепления вибропогружателя на оболочке;
• погружения сваи-оболочки;
• выборки грунта из внутренней полости оболочки;
• установки (подвески) арматурного каркаса в оболочку;
• заполнения внутренней полости оболочки бетонной смесью.

Способы погружения сваи-оболочки определяются грунтовыми условиями и глубиной погружения, их можно принимать в соответствии с табл. 2.16.

После выборки грунта из внутренней полости сваи-оболочки при необходимости в нее опускают арматурный каркас (рис. 2.36).

Подводная укладка бетонной смеси в оболочку производится через бетонолитную трубу длиной до 50 м. Она состоит из секций по 6-10 м с водонепроницаемыми прокладками между ними и фланцевыми стыками на болтах.

Таблица 2.16 - Способы погружения свай-оболочек

	Глубина погружения, м
Водонасыщенные Несвязные рыхлые Текуче- и мягкопластичные связные		Под действием силы тяжести То же, с опережающей выборкой грунта из оболочки Вибропогружение
Плотные и средней плотности несвязные Тугопластичные и полутвердые глинистые		Под действием силы тяжести с опережающей выборкой грунта из оболочки Вибропогружение с выборкой грунта из оболочки
Все грунты со скальными прослойками и валунами более 30 см	независимо от глубины	Опускание в лидерную скважину, вибропогружение с удалением препятствий бурением

Если необходимо обеспечить высокий класс бетона заполнения, в оболочки следует укладывать не литую, а жесткую бетонную смесь. Чтобы она растекалась во внутренней полости, в нижней части бетонолитной трубы закрепляют 1-2 вибратора (рис. 2.37) мощностью по 1-1,5 кВт. При этом необходимо не допустить прорыва воды внутрь бетонолитной трубы.

Рис. 2.37 - Крепление вибраторов к низу бетонолитной трубы: 1 - фланец; 2 - нижняя секция трубы; 3 - центратор трубы; 4 - кабель; 5 - муфта; 6 - трубка; 7 - крепление вибратора; 8 - вибратор; 9 - бандаж; 10 - прокладка