Порядок выполнения работ бескопрового погружения призматических свай с использованием сваеустановщика /, оборудованного захватным устройством, и крана 2 представлен на рис. 5.4. После заглубления сваи 5 на '/4 ее длины она освобождается от сваеустановщика, который перемещается к другой свае. Как и прежде, до конца погружения сваи погружатель 3 поддерживается краном через наголовник 4.
Свайные молоты. Как уже отмечалось, свайные молоты применяют для погруже-. ния свай в грунт ударом. Свайный молот включает в себя как обязательные части ударник, (падающую или ударную часть) и наковальню, или шабот (неподвижную часть, жестко соединенную с головой сваи).
Рис. 5.4. Последовательность операций бескопрового погружения призматических свай:
А -- установка сваи, б -- монтаж наголовника с погружателем. в -- погружение сваи
Рис. 5.5. Принцип работы паровоздушных молотов одиночного (о, б) и двойного (в, г) действия устройства для привода (подъема) ударной части и ее направления
Различают механические, паровоздушные, ди-/зельные и гидравлические свайные молоты. ^ Механический молот является простейшим механизмом, представляющим собой металлическую отливку массой до 5 Mr, сбрасываемую на погружаемую сваю. Отливку поднимают вдоль мачты копр^. канатом подъемной лебедки, откуда ее сбрасывают на сваю, отсоединяя от каната специальным расцепляющим устройством или отключением барабана лебедки от трансмиссии. Из-за низкой производительности (4...12 ударов в 1 мин) механические молоты применяют в основном при незначительных объемах свайных работ. \f Паровоздушный молот представляет собой пару цилиндр--поршень. В молотах одиночного действия (рис. 5.5, а) поршень 3 через шток 2 соединяется с наголовником / сваи, а ударной частью является цилиндр 4, направляемый поршнем. Под действием сжатого воздуха или пара, подаваемого в поршневую полость цилиндра от компрессорного или паросилового оборудования, цилиндр поднимается вверх, а после перекрытия впускного трубопровода и соединения поршневой полости с атмосферой (рис. 5.5, б) цилиндр падает, ударяя по наголовнику сваи. Управляют впуском и выпуском сжатого воздуха (пара) вручную, полуавтоматически и автоматически. Молоты с автоматическим управлением работают с частотой ударов 40...50 мин '.
В молотах двойного действия (рис. 5.5, в) ударной частью является соединенный с поршнем боек 5, движущийся внутри направляющего цилиндра. Сжатый воздух (пар) подают поочередно в нижнюю штоковую и верхнюю -- поршневую (рис. 5.5, г) полости паровоздушного цилиндра, обеспечивая тем самым подъем поршня с бойком и принудительное его падение на ударную плиту -- наковальню 6 с частотой 3 с '. По сравнению с молотами одиночного действия описанные молоты более производительны при меньшем отношении массы ударной части к общей массе, не превышающем '/4, в то время как у молотов одиночного действия это отношение равно в среднем ^/з.
Паровоздушные молоты используют для забивки вертикальных и наклонных свай на суше, а также под водой. Основным недостатком является зависимость от компрессорных или паросиловых установок.
Гидравлический молот работает по схеме паровоздушного молота двойного действия с тем отличием, что вместо воздуха или пара в рабочий цилиндр подается жидкость, для чего сваебойный агрегат с гидравлическим молотом оборудуют насосной установкой. Для придания ударной части ускорения в момент удара к насосу подсоединяют гидравлический аккумулятор, который подзаряжается во время обратного хода поршня. Распределение подачи рабочей жидкости в различные периоды работы молота осуществляется автоматически. Гидравлические молоты развивают энергию удара от 3,5 до 120 кДж при частоте ударов 50...170 мин '. Масса ударной части составляет 210...7500 кг.
Наибольшее распространение в строительстве получили дизельные молоты, работающие независимо от внешних источников энергии в режиме двухтактного дизеля. Различают дизель-молоты" с направляющими штангами -- штанговые и с направляющим цилиндром -- трубчатые.
Рис. 5.6. Дизельные молоты
У штанговых д и зель-мо л о-т о в (рис. 5.6, а) две направляющие штанги 4 объединены в нижней части основанием 2, отлитым заодно с поршнем 12. Основание поршневого блока опирается на сферическую пяту и наголовник /5. По штангам перемещается цилиндр 10, служащий одновременно ударной частью молота. В верхней части штанги объединены траверсой 7 захвата («кошки»), свободно перемещающейся по ним и подвешенной к канату 8 лебедки копра. Для запуска молота «кошку» опускают до зацепления подпружиненным крюком 6 пальца 5 ударной части, после чего ударную часть 10 поднимают, а затем рывком нажатием на рычаг 9 через присоединенный к нему канат расцепляют «кошку» с ударной частью. фундамент винтовой забивной свая
Последняя падает вниз, нанося удар по основанию 2 и сжимая воздух в закрытой поршнем 12 полости цилиндра. Одновременно выступающий на ударной части штырь нажимает на рычаг топливного насоса 14, которым по центральному каналу 13 в поршне топливо с некоторым опережением конца хода подается в цилиндр, распыляясь форсункой 3 и смешиваясь с нагретым вследствие сжатия до высокой температуры воздухом. В последней фазе движения ударной части вниз вследствие дополнительного сжатия топливно-воздушной смеси происходит ее самовоспламенение. Расширяющиеся при сгорании топлива газы отбрасывают ударную часть вверх, откуда она снова падает, повторяя процесс. Молот выключают прекращением подачи топлива.
Ударной частью трубчатого дизель - молота (рис. 5.6, б) служит поршень 22, перемещающийся в направляющем цилиндре 21. Удары поршня воспринимаются шаботом /7, герметично посаженным в нижнюю часть рабочей секции цилиндра. Молот центруют на свае штырем 16. Для пуска молота его поршень «кошкой» 20, подвешенной к канату 8, поднимают в верхнее положение, откуда его сбрасывают. При движении вниз поршень отжимает рычаг 23, которым включается насос 14, впрыскивающий из бака 19 в цилиндр порцию топлива. Последняя, смешиваясь с воздухом, стекает в сферическую выемку в шаботе /7. При дальнейшем падении поршень перекрывает канал 18, сообщающий цилиндр с атмосферой, и сжимает воздух в замкнутом уменьшающемся объеме. От удара поршня о шабот находящаяся в сферическом углублении последнего топливо-воздушная смесь разбрызгивается и воспламеняется. Расширяющиеся при сгорании смеси газы подбрасывают поршень вверх, откуда он снова падает, сжимая воздух, удаляя отработавшие газы через канал 18 в атмосферу и повторяя процесс. Останавливают молот прекращением подачи топлива.
Для отвода теплоты при работе трубчатого дизель-молота его топливный цилиндр выполняют с ребристой внешней поверхностью (воздушное охлаждение) или с дополнительно примыкающими к нему секциями, соединенными в нижней части кольцевым баком, заполненным водой (водяное охлаждение). При нагреве вода циркулирует по вертикальным трубам, равномерно охлаждая цилиндр. Трубчатые дизель-молоты с воздушной системой охлаждения работают без перегрева при температуре окружающего воздуха до 30 °С, а с водяным охлаждением --до 40 °С и выше.
Штанговые дизель-молоты не имеют принудительного охлаждения. Поэтому в летнее время при температуре окружающего воздуха 25 °С они работают с получасовыми перерывами после каждого часа работы. Штанговые дизель-молоты обладают малой энергией удара -- 3.2 и 65 кДж при частоте 50...55 мин ' и массе ударной части 240 и 2500 кг соответственно. Их применяют для забивки легких железобетонных и деревянных свай в слабые и средние грунты, а также для погружения шпунта при ограждении траншей, котлованов и т. п. Трубчатые дизель-молоты применяют для забивки железобетонных свай в любые нескальные грунты. Отечественной промышленностью выпускаются трубчатые дизель-молоты массой ударной части 500...5000 кг с энергией удара 15...150 кДж при частоте ударов 43...45 мин ', в том числе для работы в условиях низких температур (до --60 °С).
Для запуска этих молотов при низких температурах между фланцем шабота и амортизатором вводят разъемную (из двух частей) прокладку, увеличивая тем самым рабочий ход поршня, а следовательно, и степень сжатия топливно-воздушной смеси. При этом подачу топлива сни жают до минимума. После прогрева цилиндра прокладку снимают. При работе в условиях низких температур воду сливают. Заправлять зимой систему охлаждения водой рекомендуется лишь после явных признаков перегрева--снижения высоты подъема ударной части и появления пламени в выхлопных патрубках.
Для передачи ударных нагрузок свае без разрушения ее головы применяют наголовники со сдвоенным деревянным -- обычно дубовым амортизатором. После износа амортизатора его заменяют новым. Забивка свай без амортизатора приводит к их разрушению (до 15...20%).
Вибропогружатели и вибромолоты. Вибропогружатель представляет собой возбудитель направленных колебаний вдоль оси сваи. Соединяясь со сваей посредством наголовника 4 (рис. 5.7), он сообщает ей возмущающее периодическое усилие, которым преодолеваются сопротивления погружению сваи в грунт. Погружение сваи будет обеспечено, если это усилие вместе со статической пригрузкой больше указанных сопротивлений. В противном случае энергия вибровозбудителя будет расходоваться на упругое деформирование сваи и прилегающей к ней зоны грунта без совершения полезной работы.
Возбудителями колебаний являются вращающиеся дебалансы 3 со смещенными относительно оси вращения центрами масс. Для генерирования направленных колебаний дебалансы спаривают, вращая их в противоположные стороны с одинаковой частотой и в одной фазе. Возникающие при этом центробежные силы приводятся к вертикально направленной равнодействующей (возмущающей силе), изменяющейся по синусоидальному закону. Наибольшим значениям возмущающей силы, направленной вниз, будут соответствовать положения де-балансов, показанные на рис. 5.7, а. При повороте дебалансов на 180° возмущающая сила того же значения будет направлена вверх, а при повороте на 90 и 270° она будет равна нулю. В зависимости от положения дебалансов эта сила оказывает на сваю вдавливающее или выдергивающее воздействие. За счет дополнительной статической пригрузки от силы тяжести сваи и вибропогружателя вдавливающее воздействие будет увеличиваться, а выдергивающее -- уменьшаться. Если статическая пригрузка будет равна или больше амплитуды возмущающей силы, то равнодействующая этих сил будет приводиться только к вдавливающему усилию. По мере погружения сваи и роста в связи с этим сил сопротивления на граничных с грунтом поверхностях интенсивность погружения сваи падает и при определенных условиях дальнейшее ее погружение невозможно, что означает полное исчерпание энергетических возможностей вибропогружателя.
Для увеличения амплитуды возмущающей силы вибропогружатели изготовляют многодебалансными, состоящими из нескольких пар дебалансов. Обычно дебалан-сы выполняют заодно с зубчатыми колесами 2, являющимися последней парой в передаче движения дебалансам 3 от двигателя и синхронно вращающимися в противоположные стороны. Двигатели соединяют корпусом с вибровозбудителем жестко (рис. 5.7, а) или через пружинные амортизаторы 5 (рис. 5.7, б). Последним решением снижаются вредные воздействия вибрации на электродвигатели. Частота вибрации у вибропогружателей, выполненных по первой схеме, не превышает 10 Гц (низкочастотные вибропогружатели), а у вторых ее минимальное значение составляет 16,6 Гц (высокочастотные вибропогружатели). Как частоты, так и эксцентриситет у этих вибропогружателей можно изменить соответствующей настройкой, что позволяет выбирать оптимальные режимы их работы в зависимости от грунтовых и других условий.
Вибропогружатели обоих типов оборудуют дистанционным пультом управления с пусковой, регулирующей и защитной аппаратурой. В пределах своего назначения -- погружения свай и шпунта в песчанные и супесчаные водонасыщенные грунты -- вибропогружатели в 2,5...3 раза производительнее свайных молотов, они удобны в управлении, не разрушают погружаемых ими строительных элементов.
Рис. 5.7. Низкочастотный (а) и высокочастотный (б) вибропогружатели
К недостаткам относятся ограниченная область применения и сравнительно небольшой срок службы электродвигателей из-за вредного влияния вибрации.
Вибромолоты отличаются от вибропогружателей видом соединения корпуса вибровозбудителя с наголовником 6 (рис. 5.8). Это соединение выполнено через пружинные амортизаторы 5, которые позволяют корпусу вибровозбудителя совершать большие размахи, отрываясь от наголовника и ударяя бойком 3 по наковальне 4 при обратном движении. Обычно вибромолоты изготовляют бестрансмиссионными, сажая дебалансы 2 непосредственно на валы двух синхронно работающих электродвигателей, статоры которых установлены в едином корпусе /.
Рис. 5.8 Принципиальная схема устройства вибромолота
Оптимальный режим работы вибромолотов зависит как от соотношения параметров вибровозбудителя, так и от размера зазора между бойком и наковальней, который устанавливают на заводе-изготовителе на специальном стенде. Для сообщения свае большой энергии удара пружинные амортизаторы подбирают так, чтобы один удар бойка о наковальню приходился на два, три и т. д. оборота дебалансовых валов. Важной особенностью работы вибромолотов является их способность к самонастройке -- повышению энергии удара с увеличением сопротивления погружению сваи. Это объясняется тем, что с ростом сопротивлений уменьшается податливость сваи (увеличивается ее жесткость), чем определяется более высокая скорость обратного хода (после удара) и последующего прямого движения (вниз). Выпускаемые отечественной промышленностью вибромолоты характеризуются энергией удара до 3,9 кДж при массе ударной части до 2850 кг.
Если наголовки перемонтировать, то вибромолот может быть повернут на 180° для нанесения ударов снизу вверх. В такой компоновке вибромолоты используют как виброударные выдергиватели свай и шпунта.
Заключение
Свайный фундамент может стать единственным приемлемым решением для слабонесущих грунтов и сложных геологических условий. В остальных случаях следует руководствоваться принципами экономической и технологической целесообразности. Устройство свайного фундамента может потребоваться для высотных зданий, ответственных или уникальных объектов. Такое решение позволяет повысить надежность основы постройки, предотвратить нежелательные деформации и перемещения.