Ключевые слова: погружение сваи, ударный метод, вибрационный метод, вдавливание, лидерные скважины, подмыв грунта, электроосмос.
Свайные фундаменты заводского изготовления имеют множество преимуществ относительно свай, устраиваемых в грунте. К ним можно отнести скорость погружения свай, прочность материалов свои, гарантируемая заводом-изготовителем. Но кроме этого у готовых заводских свай есть и недостатки: меньшая несущая способность, ограничивающая этажность здания, динамическое воздействие на близлежащие грунты и соседние здания. Поэтому зависимости от условий строительной площадки каждого конкретного объекта необходимо тщательно подбирать наиболее эффективный для данного случая способ погружения свай.
Рис. 1. Способы погружения свай: а — ударный, б — вибрационный, в — вдавливание, г — завинчивание, д — лидерные скважины
На сегодняшний день можно выделить несколько основных технологий погружения: ударный метод (рис.1, а), метод вдавливания (рис.1, б), вибрационный метод (рис.1, в), метод завинчивания (рис.1, г), метод подмыва грунта, метод электроосмоса и погружение свай в лидерные скважины (рис.1, д). Кроме того, активно применяются различные комбинации этих способов. Рассмотрим их по порядку.
При ударном методе погружения используется энергия соударения оголовка сваи и ударного механизма погружающей установки. Под действием этой энергия свая своим заострённым концом прорезает толщу грунта и опускается до проектного положения. Для данного метода хорошо подходят дизель-молоты, паровоздушные молоты, механические молоты (рис. 2).
Рис. 2. Кран с механическим молотом: 1 — мачта копра; 2 — подвесной молот; 3 — металлический наголовник; 4 — свая
Вибрационный метод основан на передаче свае динамического воздействия от вибрационных механизмов погружателей. Вибрация помогает свае преодолеть сопротивление трения грунта о боковую поверхность сваи, а также лобовое сопротивление (рис. 3). Метод очень эффективен при прохождении плотных слоев грунтов.
Рис. 3. Воздействие вибрации на сваю и грунт
Метод вдавливания больше подходит для коротких свай. В процессе погружения сваю устанавливают вертикально в направляющем механизме, после чего на оголовок сваи передается давления от базовой машины при помощи системы блоков и полиспастов (рис. 4). Благодаря этому давлению острие сваи прорезает грунт и погружается до проектной отметки.
Рис. 4. Схемы вдавливающих установок: а — с канатным приводом; б — с гидравлическими домкратами двойного действия; 1 — гусеничный кран; 2 — копровая мачта; 3 — блоки полиспаста; 4 — грузовой канат; 5 — наголовник; 6 — свая; 7 — гидроцилиндр; 8 — вакуумный анкер; 9 — опорная плита; 10 — опорная балка с площадкой; 11 — гидравлическая станция; 12 — вакуумный насос; 13 — гидроцилиндр; 14 — кронштейн-упор; 15 — установка на гусеничном ходу; 16 — зажимная обойма; 17 — направление цикла вдавливания
Более универсальными и эффективными является комбинирование вышеописанных методов. К ним можно отнести виброударный метод и вибровавливание. Так при непрерывном воздействии вибрационной нагрузки на оголовок сваи дополнительно действует и вдавливающее усилие или же периодически опускается ударник. Данные методы позволяют в 3–7 раз быстрее погрузить сваю до проектной отметки.
Сваи, погружаемые в грунт завинчиванием, имеют на своем наконечнике специальные пластины, режущие грунт и облегчающие завинчивание. Сам ствол сваи чаще всего представляет собой полую металлическую трубу (рис. 5). Для погружения оголовок сваи зажимается в рабочем органе механизма, который в свою очередь вращательными и вдавливающими усилиями доводит сваю до проектной отметки. После этого полое пространство тела сваи заполняется бетоном. Винтовые сваи имеют высокую несущую способность и особенно хорошо работают на выдергивание, поэтому их часто применяют при строительстве мачт линий электропередач, радиосвязи и других сооружение, фундаменты которых работают на выдергивание.
Рис. 5. Конструкция винтовой сваи
При использовании метода подмыва к погружаемой свае крепятся одна или несколько трубок, по которым вдоль сваи под напором идет вода и выходит у острия сваи. Вода размывает грунт находящийся под острием и под напором поднимается на поверхность вдоль ствола сваи. Благодаря этому сопротивление грунта существенно снижается.
Метод электроосмоса применяется в водонасыщенных грунтах. При его применении к уже погруженной свае подводят положительный полюс электрической цепи постоянного того. Отрицательный полюс той же сети подводят к свае, готовой к погружению. При включении свай в цепь происходит отток воды от положительного полюса к отрицательному. Грунт около погружаемой сваи сильно увлажняется, что позволяет легче и быстрее погрузить сваю, используя оборудование меньшей мощности. После погружения сваи до проектной отметки и выключения её из цепи, грунт обретает своё прежнее состояние и уровень влажности.
Погружение свай с использованием лидерных скважин обычно комбинируется с другими способами погружения, такими как забивка, вдавливание, вибропогружение. Выбор способа зависит от конкретных грунтовых условий. Процесс погружения следующий. В месте предполагаемого расположения сваи устанавливается рабочий орган борового оборудования и пробуривается скважина. Это позволяет соблюдать вертикальное погружение сваи без отклонений. После чего острие сваи устанавливается в скважину, и свая погружается заранее выбранным методом. Данный способ хорошо подходит в грунтах, содержащих крупнообломочные включения, мерзлых, а также имеющих высокий модуль деформации.
Литература:
- Технологии устройства ограждений котлованов в условиях городской застройки и акваторий / А. Н. Гайдо, В. В. Верстов, Я. В. Иванов. — СПб.: СПбГАСУ, 2014. — 368 с.
- Технология устройства свайных фундаментов: учебное пособие/ В. В. Верстов, А. Н. Гайдо; СПбГАСУ — СПб., 2010. 180 с.
- Производство шпунтовых и свайных работ/В. В. Верстов, А. Н. Гайдо, Я. В. Иванов; СПбГАСУ. — Спб., 2011. — 292 с.
