В тех случаях когда в целях предохранения от вибрации конструкций и оборудования, находящихся вблизи погружаемой сваи, нельзя допускать никаких сотрясений и ударов, погружение сваи в грунт производится вдавливанием, т. е. путем погружения сваи в грунт под действием веса нагружаемых на нее плит или приложения к головке сваи иной силы (например, применяя гидравлические домкраты), достаточной для преодоления сопротивления грунта. Под действием этой силы свая должна дойти до заданной отметки и выдерживать проектную нагрузку.
гидравлическое вдавливание свай При погружении свай статической нагрузкой по ее поверхности развиваются большие силы трения. Наиболее благоприятные условия вдавливания свай обеспечиваются при слабых грунтах, при погружении сваи на небольшую глубину и применении трубчатых свай-оболочек.
Вдавливание с одновременным подмывом значительно облегчает и ускоряет погружение сваи.
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ СВАЙ, ПОГРУЖЕННЫХ МЕТОДОМ ВДАВЛИВАНИЯ
Погружение свай вдавливанием следует применять в рыхлых и средней плотности песчаных грунтах независимо от влажности и зернового состава, в пылевато-глинистых грунтах ленточных тугопластичной, мягкопластичной и текучепластичной консистенции, а также при прорезании указанных грунтов и опирании на плотные песчаные, тугопластичные полутвердые и твердые пылевато-глинистые, крупнообломочные, полускальные и скальные грунты.
Погружение свай методом вдавливания следует применять в тех случаях, когда недопустимо динамическое воздействие на конструкции расположенных рядом зданий и сооружений:
— вблизи имеющихся строений;
— вблизи коммуникаций;
— вблизи архитектурных и исторических памятников;
— в тех случаях, когда во избежание развития деформаций грунтов основания существующих зданий нецелесообразно применение любых типов набивных свай;
— при возведении новых фундаментов и усилении старых внутри помещений;
— в районах намывных территорий, где из-за повышенной плотности грунтов забивка и вибропогружение свай затруднительны.
Влияние процесса вдавливания свай на существующие здания и сооружения
Сваи, погружаемые вдавливанием, представляют собой конструкции фундаментов, сооружение которых осуществляется наиболее щадящими методами.
Использование этого метода может сопровождаться негативным воздействием на существующие здания, расположенные в непосредственной близости от места производства работ. В результате исследований технологических параметров процесса установлено, что негативные воздействия на грунты основания и конструкции расположенных рядом с местом производства работ зданий и сооружений при погружении свай методом вдавливания связаны прежде всего с превышением сил сопротивления грунта погружению над развиваемым усилием вдавливания свай.
При превышении сил сопротивления грунта над усилием вдавливания, вероятна возможность поднятия установки над поверхностью грунта с последующим резким её опусканием со скоростью вдавливания сваи. При этом на сваю и грунт передается некоторый дополнительный динамический импульс, увеличивающий скорость внедрения сваи в грунт, но оказывающий негативное динамическое воздействие на существующие здания и сооружения.
Пространственная деформация массива грунта при погружении сваи приводит к значительным неравномерным осадкам поверхности грунта и фундаментов расположенных рядом зданий и сооружений.
Негативные воздействия от процесса вдавливания свай проявляется также в виде выпора погруженных свай и грунта в околосвайном пространстве, что может вызвать осадоки основания существующих фундаментов.
При продавливании сваи через глинистые грунты текучей и текучепластичной консистенции, выпора грунта или поднятия ранее погруженных свай, как правило не наблюдается. В глинистых грунтах тугопластичной, полутвердой и твердой консистенции выпор происходит почти повсеместно.
При вдавливании сваи через мелкие и пылеватые пески средней плотности, последние могут значительно уплотняться и препятствовать процессу вдавливания.
Установлено, что причинами возникновения сверхнормативных динамических нагрузок на фундаменты существующих зданий и сооружений являются:
— вибрации механизмов установки на предельных режимах вдавливания;
— удары установки о грунт при нарушении технологии и правил управления механизмами;
— значительный выпор и подвижки глубинных слоев грунта.
Устранить негативное воздействие можно либо путем использования соответствующих технических средств либо варьированием определенных операций, а в отдельных случаях – назначением таких производственных мер, которые не были изначально предусмотрены проектом производства работ. При этом важно предусмотреть специфические условия работы глубокой опоры в грунте, обеспечивающие заданную несущую способность.
Меры по устранению негативных воздействий процесса вдавливания свай на существующие здания и сооружения
Задача погружения железобетонных свай методом вдавливания в условиях плотной застройки эффективно решается применением технологий с применением самоходных гидравлических установок типа УСВ-120 (120М, 160) и дополнительных технологических решений в виде предварительного рыхления грунта, лидерных скважин, а также увеличение массы установки дополнительным пригрузом.
Проведенные исследования показывают, что рыхление грунта снижает уровень динамического воздействия в полтора раза.
Если в процессе вдавливания зарегистрированные параметры колебаний окажутся выше нормативных или превосходят допустимые величины для расположенных рядом зданий и сооружений, необходимо применение ряда нижеприведенных мероприятий.
В настоящем технологическом регламенте приняты следующие варианты устранения негативного воздействия на существующие конструкции:
замена типа или вида оборудования принятого в ППР;
изменение режима работы оборудования;
предварительное рыхление грунта;
устройство лидерных скважин;
изменение последовательности погружения свайных элементов или работы в захватках;
ограничение интенсивности работ;
Первые четыре варианта представляют собой корректировку выбранного оборудования и снижение сопротивления погружению свай применением дополнительных технологических мероприятий. Следующие два мероприятия приводят к изменению схемы производства работ. Приведенные меры по сохранности конструкций существующих зданий выбраны в связи с их наибольшей распространенностью в практике производства работ.
Условия, при соблюдении которых мероприятия по снижению негативных воздействий на окружающую застройку могут оказаться жизнеметодными и эффективными являются:
— работы должны сопровождаться геотехническим мониторингом.
— для конкретной геотехнической ситуации рекомендации относительно ведения работ даются в соответствии с ВСН 490-87 «Проектирование и устройство свайных фундаментов и шпунтовых ограждений в условиях реконструкции промышленных предприятий и городской застройки», которые подтвердили свою эффективность на практике.
Следует отметить, что любое из перечисленных мероприятий сказывается на снижении производительности, а также на возможном снижении несущей способности при ошибочном выборе технологических параметров.
Технология погружения железобетонных призматических свай методом вдавливания
Установками, применяемыми для вдавливания железобетонных свай заводского изготовления, являются:
— стационарная установка ГД-170/112;
— самоходная установка УСВ-120;
— самоходная установка УСВ-120М;
— самоходная установка УСВ-160.
Вариант технологии вдавливания свай выбирается исходя из следующих условий:
— необходимого максимального усилия вдавливания;
— размеров свай, предназначенных для вдавливания;
— стесненности строительной площадки как по площади, так и по высоте.
Технология вдавливанию свай установкой ГД-170/112
Стационарная установка ГД-170/112 (рис. 2) обеспечивает возможность погружение свай сечением 35х35 и 40х40 см с максимальным усилием до 2000 кН (200 тс) при длине цельных свай (или звеньев составах свай) 6-16 м.
Базовой конструкцией установки является металлическая платформа из двух пространственных решетчатых балок 1, имеющих площадки для размещения съемного штучного пригруза 2 и кронштейна 3 для крепления рабочего органа с помощью пальцев 4.
Рабочий орган установки гидравлический однотраверсный, циклического действия, представляет собой траверсу, состоящую из верхней и нижней балок, на которых смонтированы механизмы зажима для вдавливания сваи.
Сваю 7 с помощью монтажного крана вводят в проемы верхней и нижней балок и зажимают посредством гидродомкрата 10, расположенного горизонтально на нижней балке 11 в передающего усилие зажима через рычаг 9 на подвижную плиту (щеку), которая прижимает сваю к стенке проема нижней балки.
Свая вдавливается двумя гидродомкратами 5, гидроцилиндры которых смонтированы вертикально и параллельно друг другу на верхней балке 6, а штоки соединены посредством нижней балки 11. При синхронном движении штоков гидродомкратов 5 вниз производится вдавливание сваи, а при движении их вверх (если освобождена свая) – холостой ход.
Установка оснащена двумя маслонасосными станциями, предназначенными для приведения в действие механизмов зажима и вдавливания сваи. Управление установкой осуществляют с пульта 12, где находятся гидрораспределители с рычагами управления механизмами зажима и вдавливания свай, а также манометры контроля усилий зажима и вдавливания.
Все грузовые операции по монтажу, демонтажу установки и загрузке свай выполняются с помощью крана, грузоподъемность которого должна быть не менее 12,5 т, а высота подъема крюка зависит от длины погружаемых свай (при длине свай 16 м, если они не составные, она должна достигать не менее 20 м). Установка может быть использована и для извлечения погруженных свай в случае, если отметки их верха расположены на 1,0- 1,5 м выше уровня строительной площадки.
Технология погружения сваи предусматривает следующие операции:
— размещение станин установки с разъемом 70 см. Станины должны быть установлены на ж/б плиты или дерево – металлические плоты.
— загрузка станин установки блоками (пригрузами) весом до 5 т каждая.
— установка вдавливающего органа с гидроцилиндром на станины и соединение его со станинами двумя пальцами диаметром 180 мм.
— заводка сваи в головку вдавливающей установки. Строповка сваи производится вертикально. При заводке сваи во вдавливающую установку обязательно пользоваться оттяжками длиной 15 – 20м во избежание раскачивания свай.
— подключение двигателя насоса с обязательным его заземлением.
— после проверки установки оператор по команде бригадира начинает процесс вдавливания.
— сваю погружают на величину хода поршня спаренных домкратов механизма вдавливания (до 1,0 м);
— осуществляют разжим сваи в рабочем органе установки;
— поднимают штоки спаренных гидродомкратов механизма вдавливания в верхнее положение (холостой ход);
— вновь зажимают сваю, и цикл повторяют сначала;
— расстроповка свай производится после погружения ее в грунт на 1,5 – 2,0м, до этого кран должен поддерживать сваю.
— после погружения сваи на проектную глубину демонтируют установку (порядок операций при демонтаже обратный тому, что при монтаже), и ее перемещают на следующую точку погружения.
ПОГРУЖЕНИЕ ШПУНТА МЕТОДОМ ВДАВЛИВАНИЯ
Установки УСВ – 120 (160) могут также погружать металлический шпунт типа “Ларсен IV”. При вдавливании металлического шпунта установка может располагаться как вдоль оси шпунтового ряда, так и поперёк её.
Требования к погружаемому шпунту:
— прямолинейность шпунтовых элементов.
— сохранность замков и отсутствие на них заусенцев.
— отсутствие на шпунтовых элементах грунта.
— смазка замков солидолом.
Для погружения шпунта используется монтажный кран, отвечающий по грузоподъемности массе погружаемых шпунтовых эдементов. Погружению шпунта предшествуют его строповка, подъем и заводка в зажимное устройство УСВ. Для предотвращения падения шпунтового элементов в верхней части его прорезают отверстие для строповки универсальным стропом.
Вариант технологии погружения шпунта выбирается в зависимости от габаритов площадки и приближения к существующим зданиям и сооружениям.
Для зажатия шпунтового элемента зажимное устройство УСВ – 120 оборудовано специальными вставками.
До проектной отметки шпунт погружается при помощи специальной накладки.
Расстроповку шпунтового элемента производят тогда, когда место строповки будет находиться на уровне рабочей площадки копровщика.
Контроль качества вдавливаемых свай
Причинами разрушения свай при вдавливании являются:
— заводская некондиция свай;
— перекос свай при вдавливании;
— наличие твердых включений в грунте под острием сваи в процессе вдавливания.
Восстановление поврежденных свай по соглашению с заказчиком возможно, если сваи погружаются в куст или на свайных полях. Одиночные сваи в ленточном расположении при их повреждениях должны дублироваться.
При ведении свайных работ с применением метода вдавливания следует вести журнал погружения или устройства свай.
При погружении свай вдавливанием необходимо контролировать: усилия зажима и вдавливания, вертикальность сваи и глубину погружения.
Для контроля усилий зажима и вдавливания в гидравлических вдавливающих установках применяют манометры, измеряющие по давлению масла в гидроцилиндрах зажима и вдавливания соответственно боковую и осевую нагрузку на погружаемую сваю. Манометры должны пройти метрологическую поверку и иметь дополнительную шкалу усилий (кН, или тс) или таблицу пересчета давлений в атм. на тонны сил.
Установка УСВ-120М дополнительно оснащена самопишущим манометром МСИР-12Д, который позволяет вести автоматическую запись на диаграммной ленте усилия вдавливания в зависимости от глубины погружения сваи. Возможно применение и других самопишущих приборов. Глубину погружения сваи определяют с помощью ходографов различных типов.
