Методы вбивания свай в грунт

• Вбивание ударным методом
• Погружение сваи с помощью колебательных движений
• Завинчивание свай
• Погружение посредством подмыва грунта
• Электроосмос при погружении шпунтов

Сваи – это такие строительные сооружения, которые применяются в строительных работах для принятия нагрузки фундамента здания, способные передавать ее в лежащие ниже слои грунта.

Сваи используются для принятия нагрузки фундамента здания, где слабый земляной грунт.

Забить шпунт в почву можно самыми разными способами. Все будет зависеть от некоторых характеристик. О нескольких способах будет рассказано ниже.

Вбивание ударным методом

Этот метод погружения шпунта в грунт основан на воздействии энергии удара, из-за которой свая проникает в нижние слои почвы своим заостренным концом. Ударную нагрузку в данном случае могут создать несколько инструментов:

• паровоздушный молот – механизм, приводящийся в действие посредством сжатого пара или воздуха, которые воздействуют на основную часть молота;
• вибропогружатель (вбивает шпунт с помощью колебательных движений);
• вибромолоты (сочетание энергии удара и вибрации);
• дизель-молоты (передача сваи энергии, которая образуется в результате сгорания газов).

Вбивание сваи – это погружение шпунта в грунт под воздействием энергии удара, из-за которой свая проникает в нижние слои почвы своим заостренным концом.

Данный вид инструмента имеет более высокую производительность и автономность, низкую стоимость работы и он прост в использовании по сравнению с паровоздушным молотом. Существует две разновидности дизель-молота, а именно: трубчатый и штанговый. Штанговый дизель-молот состоит из подвижного цилиндра, который является главной ударной силой этого механизма. Цилиндр открыт снизу и перемещается по направляющим штангам. Если цилиндр попадает на неподвижный поршень, то смесь воздуха и топлива воспламеняется, образуя энергию. Эта сила подбрасывает обратно вверх цилиндр. После этого подобные движения повторяются и становятся цикличными.

В трубчатых же дизель-молотах ударной частью является поршень с головкой, находящийся в движении, а неподвижный цилиндр – это направляющая часть механизма. Этот вид дизель-молота имеет преимущество над штанговым, так как он обладает значительно большей силой удара.

Для того чтобы поднять шпунт строго в вертикальное положение и забить его с наибольшим усилием, применяют специальное устройство, которое называется копра. Основной ее рабочей частью является стрела, вдоль которой устанавливают переднюю часть молота. По мере забивания сваи его поднимают и опускают.

Сами сваи могут быть самой разной длины, но чаще всего они используют длиной 6-10 м, забивают их при помощи самоходных установок. Используются эти устройства потому, что они маневренны, имеют устройства для подъема, подтаскивания, удержания в вертикальном положении сваи.

Погружение происходит в три этапа: установка, передвижение копра на место вбивания сваи, вертикальный подъем самой сваи и ее забивка. С каждым ударом свая проникает вглубь грунта на определенную глубину. Среднее количество ударов, за счет которых свая может погрузится в почву, – 10.

Погружение сваи с помощью колебательных движений

Присоединение вибропогружателя к железобетонной свае: 1 — свая; 2 — рабочая арматура сваи; 2 — конус; 4 — конусный стакан вибропогружателя; 5 — конусная плита

Данный метод забивки шпунта осуществляется благодаря вибрационному механизму, который способен оказывать динамическое воздействие. Это позволяет преодолевать нарастающую силу трения на боковые поверхности сваи, возникает возможность забивания сваи на глубину, задуманную по проекту. Этот метод требует намного меньшего усилия, чем при обычной забивке.

Чтобы погрузить сваю в почву с помощью колебаний, используют вибропогружатели. Они подвешиваются к мачте сваепогружающего механизма и крепко соединяются со сваей. Масса вибросистемы и ее амплитуда должны обеспечивать вибрацию в той части сваи, где происходит ее соприкосновение с грунтом. Благодаря такому принципу работы должно происходить раздвижение зерен почвы. Этот способ больше всего подходит для песчаного грунта, где скорость погружения сваи может быть достигнута до 7 м/мин. Если устанавливать сваю таким методом в суглинистых или глинистых почвах, то возникнет наибольшая вероятность появления глинистой подушки, которая будет снижать несущую способность свай. Сами сваи при этом должны быть полыми железобетонными или же сплошными.

При использовании вибровдавливания сваи возникает комбинация виброударного и вибрационного воздействия. Установка вибровдавливающего типа состоит из двух рам. На задней раме находятся электрогенератор и двухбарабанная лебедка, а на передней – направляющая с вибропогружателем стрела и блоки. Если вибропогружатель находится в рабочем состоянии, то свая поднимается и и устанавливается на месте с прикрепленным наголовником. Во включенном положении вибропогружателя и лебедки шпунт вбивают под массой собственного веса, массой частей трактора и вибропогружателя. Вместе с тем на саму сваю действуют колебательные движения и вибрация (создается за счет низкочастотного погружателя).

Метод вибровдавливания хорош тем, что он исключает повреждение или разрушение шпунта и не требует особых механизмов для перемещения рабочих устройств. Данный вид погружения в основном применяется для забивки шпунтов длиной до 6 м.

Завинчивание свай

Схема завинчивания свай: 1— кабестан; 2 — полиспаст; 3 — лестница; 4 — люлька, подвешенная к кабестану; 5 — пульт управления; 6 — главная расчалка; 7—боковая расчалка.

Забивать сваю в данном случае нужно при помощи мобильных установок, которые обычно монтируют на автомобильных базах. Шпунты при этом имеют стальной наконечник. Данный метод применим в том случае, если фундамент устанавливается под мачты линий радиосвязи или электропередач.

Принцип установки точно такой же, как и при вибропогружении, только вместо наголовника снимают и надевают оболочку из металла. Также после полного закручивания сваи образовавшуюся внутреннюю полость заполняют бетонной смесью. Скорость завинчивания сваи в данном методе составляет 0,2-0,6 м/мин.

Главные плюсы использования завинчивания свай заключаются в том, что они плавно погружаются в грунт, воспринимают отрицательные усилия и имеют большую несущую способность.

Погружение посредством подмыва грунта

Схема подмыва грунта для погружения свай: а -погружение квадратных свай с подмывом грунта; 1- молот; 2- трос, поддерживающий подмывные трубки; 3 -напорный шланг; 4- подмывные трубки; 5 -свая; б – расположение подмывных трубок; в -наконечник подмывной трубы.

Этот вид погружения свай преимущественно применим в песчаных и супесчаных почвах. Сваи при этом должны иметь большую длину и поперечное сечение, но для висячих свай подобный метод неприменим.

Способ действия данного метода заключается в том, что вода, находящаяся у острого конца шпунта, под напором выливается из трубы и разрыхляет грунт на своем пути, частично вымывая его. Сопротивление почвы у наконечника сваи снижается, а вода, которая поднимается вдоль шпунта, частично размывает прилегающий по бокам грунт, уменьшая этим силу трения с боковых поверхностей. В результате этих действий свая погружается в грунт за счет собственной массы и веса молота, установленной на ней.

Чтобы подмыть часть грунта, воду подают под давлением не меньше 0,5 МПа. При смывании нарушается связь между частицами почвы не только под подошвой, но и у боковых сторон. При подмыве грунта должно учитываться и то, что установка в дальнейшем должна воспринимать нагрузку, поэтому подмыв происходит до определенного уровня, а затем благодаря сваебойному механизму погружают на глубину, задуманную по проекту (обычно на 0,5-2 м). Производительность при этом возрастает на 40%, что позволяет экономить горючее по сравнению с обычной забивкой.

Подмывка грунта неприменима в тех случаях, если в дальнейшем планируется устанавливать сооружения близко и если имеется просадочный грунт.

Электроосмос при погружении шпунтов

Схема вибропогружения свай: а -сваепогружающая установка; б -вибропогружатель с подрессоренной пригрузкой; в -вибромолот; 1- вибропогружатель; 2- экскаватор; 3- свая; 4- электродвигатель; 5 – пригрузочные плиты; 6 -вибратор; 7 – дебалансы; 8- наголовник; 9- пружины; 10 -ударная часть; 11- боек; 12- наковальня.

Данный вид погружения применим для плотных глинистых и суглинистых грунтов, перенасыщенных водой. Метод реализуется следующим действием: одну из погруженных свай присоединяют к положительно заряженному источнику тока (аноду), а соседнюю сваю – к отрицательно заряженному (катоду).

При включении этой установки у сваи с положительно заряженным полюсом сильно снижается влажность у грунта, а у соседней – увеличивается. Это позволяет быстрее погрузить шпунт в грунт, так как во влажной почве свая опускается быстрее. Это также позволяет использовать установки с меньшей мощностью.

После прекращения работы механизма влажность грунта вокруг каждой сваи становится прежней, и это увеличивает несущую способность каждой из свай.

При выборе метода погружения шпунта в грунт следует учитывать несколько факторов: физико-химические характеристики почвы, вид сваи, объем работы, глубину погружения. Если учесть все эти показатели, можно выбрать оптимальный вид вбивания шпунта в грунт.