Динамические методы погружения свай и Свайные погружатели

Свайные погружатели предназначены для погружения в грунт свай, шпунта, труб и других несущих элементов строительных конструкций. Отдельные виды агрегатов используются также для извлечения ранее погруженных элементов (сваевыдергиватели). Свайные погружатели классифицируются по ряду признаков, основными из которых являются: метод погружения (ударный, вибрационный, смешанный); вид потребляемой энергии (молоты механические, паровоздушные, дизельные, электрические, гидравлические); погружающая способность (масса ударной части, вынуждающая сила, мощность двигателя и т. п.); конструктивные особенности. Классификация свайных погружателей динамического действия представлена схемой на рис.3.12.

	Свайные погружатели динамического действия

Механ-й

виброударный

Рис.3.12. Классификация свайных погружателей.

Метод погружения свай выбирается в зависимости от плотности грунта и параметров погружаемых элементов. При строительстве Исаакиевского собора в основание забито 10000 дубовых свай. При строительстве Литейного моста использовали пороховые молота. Порох взрывается и отдачей происходит забивка свай. На каждую сваю расходовалось 5-6 кг пороха. Далее в качестве рабочего тела стал использоваться пар и другие реагенты.

3.2.1. Механические молоты относятся к простейшему виду свайных молотов и предназначены для погружения свай и шпунта сравнительно небольшой длины (3... 5 м). Механический (ударно-контактный) молот представляет собой литую ударную часть массой 100... 3000 кг, подвешенную к свободному концу подъемного каната, который переброшен через головной блок стрелы копра и запассован на барабан приводной фрикционной лебедки. Ударная часть, поднятая на высоту 2... 4 м, при растормаживании барабана лебедки падает вниз и наносит удар по головке сваи. Эффективность погружения сваи при этом способе погружения определяется величиной ударного импульса I =ʃ_о^τ P*dt, где I - импульс удара развиваемый падающим грузом; Р – усилие, развивающееся при контакте падающего груза со сваей; τ – время удара; t – текущее время. Импульс удара можно записать как:

I =ʃ_о^τ P*dt = М (V₁ – V₂). [1],

где М – масса ударной части молота; V₁, V₂ – скорости ударной части в начале удара и после него. Допуская, что удар массы о сваю абсолютно неупругим, можно принять V₂ = 0. Тогда имеем:

I = М* V₁ = Q/g * √^¯2͞ g͞ Н^¯= 0,46 Q√^¯H.

Принимая закон нарастания напряжения под сваей по треугольному закону можем записать σ = 0,46 Q√^¯H*а/F*τ [2], где σ – амплитудное значение контактного давления. F – площадь лобовой части сваи; τ – время удара. Значение коэффициента «а» и время удара «τ» можно определить по таблицам 1 и 2. Для погружения сваи необходимо, чтобы значение напряжения, полученного по формуле [2], было больше предела прочности грунта - σ_р: σ ˃ σ_р, кроме того необходимо учесть еще и сопротивления погружению сваи по боковым поверхностям - Р_пов.Последняя растет с увеличением глубины погружения L_погр., таким образом сопротивления по боковым поверхностям сваи являются функцией величины ее заглубления: Р_пов = f (L_погр).

Значение коэффициента – «а»

Таблица 1

Скорость удара, м/с	Вес падающего груза (ударная масса), кгс
	1,3	1,2	1,1
	1,5	1,3	1,2
	1,7	1,4	1,2
	2,0	1,7	1,4
	2,5	2,0	1,7

Коэффициент «а» характеризует отставание процесса погружения сваи (развитие деформации грунта) от изменения (роста) напряжения под сваей. Чем больше этот коэффициент, тем короче временные рамки нарастания напряжений под сваей.

Значение времени удара – «τ», для сваи площадью поперечного сечения 100см²

Таблица 2

Импульс удара, Кгс*с	Рыхлый грунт	Плотный грунт	Очень плотный грунт
	0,03	0,015	0,005
	0,045	0,020	0,005
	0,065	0,027	0,005
	0,08	0,030	0,005
	0,95	0,035	0,005

Работа, затрачиваемая на подъем массы ударной части, найдется:

А = Q*Н _пад, если t_под время подъема ударной части, то необходимая мощность двигателя определится как

N = Q*Н/ t_под *ƞ, где ƞ – кпд механизма подъема груза.

Преимущества таких молотов состоит в простоте конструкции, широком изменении погружающей способности, длительном сроке эксплуатации и невысокой стоимости. Основным недостатком этого типа молотов является низкая производительность (4... 10 ударов в минуту). Поэтому их применение ограничено.

Ударный метод с более высокой частотой ударов, где в качестве энергии используется пар, воздух, энергия расширяющихся газов или жидкость. К такому оборудованию относятся паровоздушные молоты, дизель молоты и гидравлические молоты. Этим способомпогружают деревянные, металлические и железобетонные сваи и шпунт практически в любые грунты. Однако использование дизель-молотов при забивке свай в мягкие податливые грунты с сильно сжимаемыми прослойками нецелесообразно из-за недостаточной жесткости основания, не позволяющей осуществлять запуск молота. При забивке масса ударной части молотов должна быть равной массе железобетонных свай (при длине сваи более 12 м) или 1,5 массы сваи (при длине сваи до 12 м). При ударном методе погружения необходимо также соизмерять энергию удара с прочностью материала сваи.

3.2.2. Паровоздушные молоты. Силовыми установками молотов этого типа являются парообразователи или компрессорные - станции, мощность которых определяется мощностью молотов. Различаются паровоздушные молоты простого (одиночного) и двойного действия. В молотах простого действия рабочий ход (падение ударной части) происходит под действием ее собственной массы; холостой ход (подъем ударной части на определенную высоту) — под действием энергоносителя (пар, сжатый воздух).

Паровоздушный молот простого действия (Рис.3.13,а)). Ударной частью такого молота является тяжелый цилиндр 1. Поршень 2 и его шток 3, проходящий сквозь отверстие в днище цилиндра, остаются (по отношению к свае) неподвижными во время работы молота. Такие молоты несложны по конструкции, характеризуются небольшой массой неподвижных частей, просты и надежны в эксплуатации. Однако ввиду малой производительности (30... 40 ударов в минуту) и значительных габаритов они применяются сравнительно редко.

Паровоздушные молоты двойного (Рис.3.13,б)). действия распространены значительно шире. Корпус свайных молотов двойного действия при работе остается неподвижным по отношению к свае, удары по свае наносит массивный шток с поршнем, совершающий возвратно-поступательное движение внутри цилиндра (корпуса). Парораспределение осуществляется автоматически, благодаря чему частота ударов доходит до 120 — 300 в мин. Масса ударной части до 2250 кг. Их применяют для забивки и извлечения металлических и железобетонных свай в гидротехническом строительстве.

Рис. 3.13. Паровоздушные молоты одинарного (а) и двойного действия (б).

К недостаткам паровоздушных молотов следует отнести необходимость применения дорогостоящих и громоздких компрессорных установок или парообразователей, для транспортировки и обслуживания которых требуются дополнительный персонал и транспортные средства. Это делает сваебойные установки с такими молотами весьма громоздкими и сложными в эксплуатации.

При расчете и проектировании ПВМ основными показателями их работы являются масса падающей части «М» и её высота падения «Н». В этом случае энергия удара для молота простого действия определяется как:

Е₁ = М*Н*ƞ₁, где ƞ₁ – кпд механизма: направляющих опор, потери в поршне, цилиндре.

В случае молота двойного действия имеем:

Е₁ = М*Н*ƞ₁ + Р_в*F* Н*ƞ₂, где Р_в – давление воздуха в магистрали; F* Н – объем подаваемого в цилиндр воздуха; ƞ₂ – потери в магистрали подачи воздуха.

Масса «М» и высота падения «Н» ударной массы молота определяются с учетом прочности сваи. При этом рассматривается случай, когда свая уперлась в непреодолимое препятствие (например валун). Осадка сваи менее 0,1мм, при нескольких ударах – отказ. Вся энергия здесь идет на деформацию сваи. Работа деформации сваи определяется как:

А = σ²*V/2E, где σ – предел прочности сваи на сжатие; V – объем сваи; V = F*L; F – площадь сечения сваи; L – длина сваи; E- Модуль Юнга. Для молота простого действия имеем:

Е₁ = А; М*Н*ƞ₁ = σ²*V/2E, откуда Н ≤ σ²* F*L/2М*Е* ƞ₁. Из чего следует, что чем короче свая, тем меньше должна быть энергия удара.

Дата добавления: 2013-12-12