Способ погружения свай вдавливанием

Изобретение относится к области строительства и может быть использован при погружении свай вдавливанием в слои плотных грунтов при сопротивлении грунта, превышающем максимальное усилие вдавливающей установки. Способ погружения сваи вдавливанием включает загрузку в рабочий орган вдавливающей установки сваи, которую устанавливают вертикально и зажимают в механизме зажима. Сваю погружают на величину хода поршня гидродомкратов механизма вдавливания (до 1,0 м), осуществляют разжим сваи в рабочем органе установки, поднимают штоки гидродомратов механизма вдавливания в верхнее положение (холостой ход), вновь зажимают сваю и цикл повторяется сначала до погружения сваи на проектную глубину. Вдавливание сваи при наличии в геологическом разрезе слоев плотных грунтов увеличивают усилие вдавливания до значения, равного сумме лобового сопротивления сваи в этих слоях грунтов и бокового сопротивления в пределах всей глубины погружения сваи по разрезу, а также уменьшают скорость вдавливания сваи до минимального значения, определяемого из указанного соотношения. Технический результат состоит в повышении эффективности способа вдавливания свай в слои плотных грунтов. 1 ил.

 

Способ относится к области строительства, изобретение может быть использовано при погружении свай вдавливанием в слои плотных грунтов при сопротивлении грунта, превышающем максимальное усилие вдавливающей установки.

Известен способ погружения свай вдавливанием, включающий приложение к свае статического вдавливающего усилия различными методами (Буров В.П. Исследование процессов погружения свай методом вдавливания с целью обоснования параметров выбора оптимальных параметров сваевдавливающих установок: автореферат дис. канд. техн. наук. - Омск, 1969.-20 с.).

Недостатками способа являются технологические ограничения при погружении сваи в слоях плотных грунтов (модуль деформации Е>14 МПа, показатель текучести I_L<0,3), что обусловлено отсутствием методики определения параметров вдавливания (усилия и скорости) в зависимости от прочностных характеристик слоев грунта, составляющих геологический разрез, включая несущий слой.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ погружения сваи вдавливанием который включает загрузку в рабочий орган вдавливающей установки сваи, которую устанавливают вертикально и зажимают в механизме зажима, сваю погружают на величину хода поршня гидродомкратов механизма вдавливания (до 1,0 м), осуществляют разжим сваи в рабочем органе установки, поднимают штоки гидродомратов механизма вдавливания в верхнее положение (холостой ход), вновь зажимают сваю и цикл повторяется сначала до погружения сваи на проектную глубину. При погружении свай в слои плотных грунтов при сопротивлении погружению, превышающем максимальное усилие 2 вдавливания, обеспечиваемого установкой, при котором погружение останавливают, извлекают сваю и применяют специальные описанные ниже способы снижения сопротивления грунта погружению (Руководящий технический материал. РТМ 36.44.12.2-90. Проектирование и устройство фундаментов из свай, погружаемых способом вдавливания. - СПб.: ВНИИГС, 1992. - 46 с.).

Однако рассмотренный способ имеет следующие недостатки: извлечение сваи из грунта и последующее применение специальных способов снижения сопротивления грунта погружению в виде бурения лидерных скважин, рыхления грунта шнеком, применения антифрикционных обмазок поверхности сваи приводят к снижению производительности труда более чем в 2 раза, увеличению стоимости работ на 40% и снижению несущей способности свай по грунту до 20%. Кроме того, технически сложно извлечь погруженные сваи с глубины более 10 м, что требует изменения проектного решения и погружения дополнительных свай.

Задачей на решение, которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности способа вдавливания свай в слои плотных грунтов.

Способ погружения сваи вдавливанием включает загрузку в рабочий орган вдавливающей установки сваи, которую устанавливают вертикально и зажимают в механизме зажима, сваю погружают на величину хода поршня гидродомкратов механизма вдавливания (до 1,0 м), осуществляют разжим сваи в рабочем органе установки, поднимают штоки гидродомратов механизма вдавливания в верхнее положение (холостой ход), вновь зажимают сваю и цикл повторяется сначала до погружения сваи на проектную глубину. При этом при наличии в геологическом разрезе слоев плотных грунтов увеличивают усилие вдавливания до значения, равного сумме лобового сопротивления сваи в этих слоях грунтов и бокового сопротивления в пределах всей глубины погружения сваи по разрезу, а также уменьшают скорость вдавливания сваи до минимального значения, определяемого из выражения:

V=(F_вд-F_d)/F_dn

где V- скорость вдавливания сваи, м/мин;

F_вд - усилие вдавливания, кН;

F_d - несущая способность сваи в интервале погружения, кН.

n=0,4-0,9 опытный коэффициент, среднее значение которого составляет 0,6.

Таким действием обеспечивают снижение вязкого сопротивления грунта, которое линейно возрастает при увеличении скорости погружения сваи. В результате достигают сокращения дополнительного сопротивления грунта, что позволяет погружать сваи в слои плотного грунта без увеличения усилия вдавливания и веса установки.

В процессе погружения сваи до проектной отметки прикладываемое усилие и скорость вдавливания задают в зависимости от конкретных инженерно-геологических условий, в том числе от залегания грунтов разной плотности определяющих сопротивление сваи в интервале погружения.

Известна математическая зависимость, по которой определяют усилие вдавливания свай статической нагрузкой F_вд [Бахолдин Б. В. Исследование процесса погружения свай вдавливанием / Бахолдин Б.В., Перлей Е.М., Светинский Е.В. // - М. Основания фундаменты и механика грунтов, 1997. -№3. с.25-27]:

$$F_{вд}=\left(R+VnR\right)A+\left(f+Vnf\right)\Omega ,кН\begin{array}{ccc}& & \end{array}\left(1\right)$$

где R, f - удельное статическое сопротивление грунта под нижним торцем и по боковой поверхности сваи, соответственно, кН/м²;

V - скорость вдавливания сваи, м/мин;

n=0,4-0,9 опытный коэффициент (среднее значение равно 0,6), определяющий зависимость вязкого сопротивления от удельного статического сопротивления грунта под нижним торцем и по боковой поверхности сваи;

А - площадь поперечного сечения сваи, м²;

Ω - площадь боковой поверхности сваи, м².

Выражение 1 записывают в виде:

$$F_{вд}=F_d+F_{d}nV,кН\begin{array}{ccc}& & \end{array}\left(2\right)$$

где F_d - несущая способность сваи в интервале погружения, т.к.

F_d=RA+fΩ.

Из выражения 2 скорость вдавливания определяют по формуле:

$$V=\left(F_{вд}-F_d\right)/F_{d}n\begin{array}{ccc}& & \end{array}\left(3\right)$$

Уравнение 3 позволяет регулировать и настраивать усилие вдавливания и скорость погружения сваи в зависимости от наличия в геологическом разрезе слоев грунтов разной плотности.

При вдавливании сваи в слоях плотных грунтов увеличивают усилие вдавливания до значения равного несущей способности сваи в интервале погружения, а также уменьшают скорость вдавливания до минимального значения. В слабых грунтах уменьшают усилие и увеличивают скорость вдавливания до максимального значения.

Эффективность предлагаемого способа подтверждена авторами на основании статистической обработки экспериментальных данных, полученных в производственных условиях на значительном количестве реальных объектов строительства. В ходе экспериментов в различных инженерно-геологических условиях исследованы зависимости изменения глубины и времени погружения сваи от изменения усилия и скорости вдавливания. Так, установлено что при вдавливании в несущий слой плотных грунтов для гарантированного погружения сваи на требуемую глубину устанавливают усилие вдавливания до значения F_вд=1,0-1,2 уменьшают скорость вдавливания сваи до нулевого значения, и таким образом выдерживают сваю под нагрузкой до начала процесса «продавливания» слоя.

Способ погружения сваи вдавливанием поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен фрагмент технологической карты с графическими зависимостями, определяющими изменение технологических параметров по глубине вдавливания сваи;

на фиг.1a - представлен общий вид установки вдавливания свай и расположение сваи в геологическом разрезе, включающем, в том числе и напластования плотных грунтов;

на фиг.1б - представлен график изменения усилия вдавливания (F_вд) по глубине погружения сваи (Д);

на фиг.1в - представлен график изменения скорости вдавливания (V) по глубине погружения сваи (Н).

Способ реализуется следующим образом.

С поверхности грунта установкой для вдавливания свай 1 производят вдавливание сваи 2. При вдавливании сваи в слоях плотных грунтов 3 увеличивают усилие вдавливания до значения, равного сумме лобового сопротивления сваи в этих слоях грунтов и бокового сопротивления в пределах всей глубины погружения сваи по разрезу, а также уменьшают скорость вдавливания сваи до минимального значения.

Вдавливание в таком режиме выполняют, настолько необходимо для погружения сваи через встречающиеся слои плотных грунтов или до проектной отметки.

Для определения технологических параметров вдавливания первоначально выполняют расчет изменения значений несущей способности сваи F_d в интервале погружения по каждому элементы составляющему геологический разрез, включая слои плотных грунтов. Затем определяют требуемые значения усилий вдавливания (F_вд=1,0-1,2F_d) и строят соответствующий график изменения параметра по глубине погружения Н (фиг.1б).

Далее по зависимости 3 рассчитывают значения скорости вдавливания V по глубине погружения и строят соответствующий график изменения параметра по глубине погружения H (фиг.1в).

При погружении сваи машинист установки вдавливания на основании представленных в составе технологической карты графиков с учетом напластования слабых и плотных грунтов в составе геологического разреза настраивает рабочие параметры погружения сваи пропорционально изменяя усилие и скорость вдавливания по описанной выше методике.

В результате достигается повышение эффективности способа вдавливания свай в слоях плотных грунтов.

Способ погружения сваи вдавливанием включает загрузку в рабочий орган вдавливающей установки сваи, которую устанавливают вертикально и зажимают в механизме зажима, сваю погружают на величину хода поршня гидродомкратов механизма вдавливания (до 1,0 м), осуществляют разжим сваи в рабочем органе установки, поднимают штоки гидродомратов механизма вдавливания в верхнее положение (холостой ход), вновь зажимают сваю и цикл повторяется сначала до погружения сваи на проектную глубину, отличающийся тем, что вдавливанием сваи при наличии в геологическом разрезе слоев плотных грунтов увеличивают усилие вдавливания до значения, равного сумме лобового сопротивления сваи в этих слоях грунтов и бокового сопротивления в пределах всей глубины погружения сваи по разрезу, а также уменьшают скорость вдавливания сваи до минимального значения, определяемого из выражения:
V-(F_вд-F_d)/F_dn,
где V - скорость вдавливания сваи, м/мин;
F_вд - усилие вдавливания, кН;
F_d - несущая способность сваи в интервале погружения, кН;
n=0,4-0,9 опытный коэффициент, среднее значение которого составляет 0,6.