5.2.2. Погружение свай подмывом.
Погружение свай подмывом осуществляется в целях уменьшения нагрузок на сваи, снижения сейсмических воздействий на грунты основания и рядом расположенные здания и сооружения при забивке и вибропогружении.
Погружение свай подмывом возможно в различных грунтовых условиях за исключением скальных грунтов и глинистых грунтов твердой консистенции. Наиболее эффективен этот способ в песчаных, хорошо дренирующих грунтах.
Суть погружения свай подмывом состоит в том, что в грунт параллельно погружаемой свае (шпунту) внедряют «водяные иглы) – напорные трубопроводы диаметром 40 - 130 мм. с гидравлическими насадками на нижних торцах труб. В трубы под определенным напором и с определенным расходом насосом подается вода по гибким шлангам (Рис. 21)
Рис. 21
Ориентировочные значения напоров воды и расходов при погружении свай подмывом приведены в таблице ??
Таблица ?? Ориентировочные напоры и расходы воды при погружении свай подмывом
Грунт основания |
Напор, м. в. ст |
Расход, м³/сек |
Песок |
30 – 50 |
25 - 48 |
Супесь |
35 – 70 |
35 – 60 |
Суглинок |
50 – 100 |
50 – 80 |
Глина |
70 - 140 |
70 - 100 |
Количество игл, их взаимное расположение определяется типом свай, их положением в пространстве. Как правило, количество игл устанавливается из расчета 1 труба на 1 погонный метр периметра сваи или сваи оболочки. При погружении наклонной сваи одну иглу располагают вдоль верхней грани, две – вдоль боковых граней сваи (Рис.22).
Подмывом сваю погружают на 1 – 2 м. выше проектной отметки. До проектной отметки сваю добивают молотом с целью образования вокруг сваи зоны уплотненного грунта.
При погружении свай на глубину более 20 м. в зону размыва грунта подают сжатый воздух. Нижние концы воздуховодных трубок располагают на 1 м. насадок водяных игл.
Расход воздуха составляет 3 – 4 м³/мин.
Рис. 22
5.2.3. Вибропогружение шпунтов и свай
Суть способа состоит в том, что свая (шпунт) погружается в грунт с помощью специального механизма – вибропогружателя. Этот механизм возбуждает вибрацию сваи и окружающего ее грунта. В результате резко, в 10 – 100 раз, снижается сопротивление грунта погружению сваи и, при определенных условиях, свая начинает погружаться в грунт подобно движению поршня в цилиндре.
Рис. 23. Технологическая схема погружения свай вибрацией.
На скорость погружения сваи влияют следующие факторы:
амплитуда и частота вибрации;
погружающее давление (вертикальное давление, действующее на сваю при погружении);
форма, поперечные размеры сваи и глубина ее погружения;
свойства грунтов.
Влияние
интенсивности колебаний (амплитуды
и частоты
)
можно представить графиком Рис. 24
Рис.24. Влияние частоты и амплитуды колебаний на скорость погружения свай
здесь
- начальная амплитуда;
- необходимая амплитуда, зависящая от
частоты
,
формы и поперечного сечения сваи, от
свойств грунта. Величина
определяется из опыта.
Достаточным условием погружения сваи является условие, когда
(22)
Амплитуда для погружения сваи определяется из уравнения:
(23)
где
- кинематический момент эксцентриков;
и
- соответственно вес погружаемой сваи
и вес частей вибропогружателя, жестко
соединенных со сваей.
Величина кинематического момента эксцентриков определяется по формуле:
(24)
где
-
вес эксцентрика,
-
расстояние от центра тяжести эксцентрика
до оси вращения шестерни, на которой он
закреплен.
Частота колебаний вибратора должна быть такой, чтобы достигался эффект срыва грунта со сваи, т.е резкое снижение сопротивления грунта погружению сваи.
Необходимым условием погружения сваи в грунт является условие, когда:
(25)
где
-
вынуждающая сила погружения;
-
критическое значение вынуждающей силы,
равной:
(26)
здесь
-
единичная или удельная удерживающая
сила (сила, отнесенная к единице боковой
поверхности сваи).
В окончательном виде уравнение (26) примет вид:
(27)
где
-
длина погруженной части сваи;
-
периметр сваи.
Для
шпунтов:
.
Величина
принимается:
при
погружении сваи квадратного и круглого
сечения:
;
при
погружении шпунтов
погонный поверхности.
Величина вынуждающей силы погружения , равная:
(28)
определяется по паспорту вибропогружателя. Марка вибропогружателя принимается по условию (28).
Влияние погружающего давления на скорость погружения сваи можно представить графиком (Рис.25).
Рис. 25 Влияние погружающего давления на скорость погружения свай
Условием эффективного погружения сваи является зависимость:
(29)
где
- величина вынуждающего давления,
необходимого для погружения сваи,
зависит от формы поперечного сечения
сваи и от вида грунта.
В силу относительно большой массы свай. Например, железобетонных, и в силу их большой амплитуды требуются относительно низкочастотные вибропогружатели, но с большой амплитудой и большим кинематическим моментом дебалансов.
Для металлического шпунта требуются наоборот высокочастотные вибропогружатели, но с небольшим кинематическим моментом дебалансов.
Пример 1.
Требуется погрузить металлический шпунт (плоский) на глубину 12 м. Масса 1-го погонного метра шпунта 50 кг. Общая масса шпунтины 600 кг.
Величина
необходимой амплитуды
.
Величина удельного сопротивления
погружению
.
Требуется подобрать вибропогружатель.
Решение.
определяем общее критическое сопротивление грунта при погружении сваи на глубину 12 м:
по условию
подбираем
вибратор с ближайшим большим значение
возмущающей силы
.
Таким вибратором является вибраторВПП-2
с
и
собственным весом
.
Вес сваи с вибропогружателем
.
Кинематический момент эксцентриков
.определяем амплитуду, которую будет развивать вибропогружатель:
Величина
А=3,6 мм
необходимой
мм.
Вывод. Погружение сваи можно осуществить вибропогружателем
ВПП-2.
Пример 2.
Требуется погрузить железобетонную сваю сечением 20х20 см на глубину 12 м.
Масса 1 м погонного сваи 0,2х0,2х1х2.5=0,1 т.
Общая масса сваи М=0,1х12=1,2 т.
Необходимая
амплитуда
боковой поверхности
сваи.
Решение:
1 определяем общую критическую силу сопротивления:
2.подбираем марку вибропогружателя ВП-1. Его характеристики:
3.определяем амплитуду вибропогружателя
4.определяем величину удельного погружающего давления:
Вывод.
Вибропогружатель ВП-1 применим для
погружения сваи, так как выполняются
условия
;
.