Чем забивают сваи: обзор способов забивания ЖБ свай

обзор способов забивания ЖБ свай

Сваи, забитые на большую глубину, предотвращают деформацию основания при замерзании или периодическом подтоплении почвы. Для погружения стержней на заданную глубину применяют ударный метод, технологию предварительного бурения, метод вдавливания, вибрации. Выбор способа зависит от типа почвы на участке застройки.

Ударный метод

Этот способ может применяться для строительства на любых типах почвы, включая промерзшие и каменистые. Забивать опоры ударным способом можно в любое время года независимо от погоды и температуры воздуха. Последовательность работ:

• копр устанавливают в нужной точке;
• опору поднимают и центрируют по отметке;
• сваебойная машина с закрепленным грузом наносит удары по верхней части опорного столба.

Вбивание сваи продолжается до тех пор, пока она не достигнет проектной глубины. Когда наконечник стержня достигает плотного, несжимаемого пласта, она приобретает нужную несущую способность.

К плюсам этого способа относится высокая скорость монтажа, эффективность на всех типах грунта.

Метод лидерного бурения

Принцип метода — в точке монтажа бурят скважину, в которую и забивают опорный столб. Преимущества лидерного бурения:

• при меньшем воздействии ударных нагрузок снижается вероятность деформации опоры;
• снижается шумовое загрязнение и вибрационное воздействие на грунт;
• сокращается срок выполнения монтажных работ.

Технология бурения применяется при работе с твердыми, каменистыми и вечномерзлыми почвами. В сыпучих дисперсных грунтах с минимальной плотностью скважина выполняет роль направляющей. Если опоры погружаются на значительную глубину, то при ударном закладывании велика вероятность отказа сваи. Предварительное бурение позволяет пройти плотные слои и заглубить свайные конструкции на проектную глубину.

Метод вдавливания

Вдавливание стержней выполняется при помощи СВУ — сваевдавливающей установки.

СВУ имеет большую мощность. Точечное давление, которое создает оборудование, превышает 1 000 тонн. Основные этапы монтажа:

• Техника заезжает на участок застройки и занимает исходную позицию.
• Кран поднимает стержень, устанавливает его в вертикальном положении в нужную точку.
• Гидравлический узел захватывает опору и вдавливает ее в грунт, пока не опустится в нижнюю точку. Затем он отпускает сваю и перемещается в верхнюю точку.

Цикл операций повторяется до тех пор, пока опорный столб не погрузится на расчетную глубину.

Метод вдавливания применяется в условиях плотной городской застройки. Эта технология позволят устанавливать опоры на расстоянии 1 м от уже существующих построек. К плюсам метода можно отнести отсутствие шума и почвенных вибраций в процессе работы. Благодаря этой особенности возможно строительство зданий и сооружений на участках с неровным рельефом и нестабильным грунтом, склонным к образованию оползней.

Вибрационный метод

Погружение опоры происходит за счет высокочастотных или низкочастотных виброколебаний, которые создает специальное оборудование. Это может быть вибропогружатель, вибрационный молот или квазистатическая установка. Под действием динамической нагрузки и веса вибропогружателя свая с заостренным наконечником проходит верхние слои грунта и заглубляется в плотный пласт. Этот метод эффективен при строительстве фундамента на участках с песчаной почвой, супесями, низкоплотными водонасыщенными грунтами.

Порядок работы:

• Столб при помощи стрелового крана устанавливают в вибропогружатель в вертикальном положении с обязательной проверкой уровня нивелиром.
• Вибропогружатель включают на минимальную скорость и начинают медленно вдавливать опору в почву.

Вибрационный метод обеспечивает дополнительное уплотнение грунта вокруг опоры, увеличивая ее устойчивость. На плотных грунтах применяют вибромолот, который создает два вида нагрузок — вибрационную и ударную.

Как забивают сваи: технология, устройства и методы

Устройство фундамента на сваях сегодня является достаточно распространённой технологией, широко применяемой при малоэтажном строительстве. Фундаментные сваи, в свою очередь подразделаются на три основных вида – буронабивные, винтовые и забивные. Каждая разновидность предусматривает и свою технологию заглубления в грунт.

Содержание

• 1 Виды и особенности забивных свай
• 2 Некоторые нюансы забивания
• 3 Методы забивки свай
  • 3.1 Ударный метод
  • 3.2 Лидерное бурение
  • 3.3 Углубление опоры вибрацией
  • 3.4 Углубление вдавливанием

Виды и особенности забивных свай

Из всех разновидностей забивные сваи, как считается, являются наиболее надёжной опорой для фундамента. Благодаря тому, что они достаточно плотно держаться в грунте, именно забивная технология рекомендуется для обустройства тяжёлых ростверковых фундаментов. Забивка свай является самым старым и испытанным способом их погружения в грунт. Сегодня данная технология широко распространена по всему миру, в связи с чем разработаны различные методики забивки и специальные приспособления.

Железобетонные сваи

Современные забивные сваи могут быть нескольких видов:

• Железобетонные. Имеют уже готовое заострённое окончание и могут быть любого сечения – квадратного, круглого, двутаврового и т.п. Должны быть изготовлены их бетона не ниже 300 марки и иметь внутри арматурный каркас. Перед забивкой отлитую сваю следует внимательно осмотреть – она не должна иметь трещин, деформаций и прочих дефектов. На верхний торец при заглублении надевается специальный стальной оголовок, предотвращающий его разрушение при ударах молота.
• Деревянные. Изготавливают обычно из твёрдых пород деревьев (кедр, лиственница, дуб) и снабжаются коническим остриём из металла, надеваемым на заглубляемый конец. На верхнюю часть надевают металлический обруч, во избежание её растрескивания во время забивки. Бывают длиной до 10 и более метров, а диаметром до 40 см. В отдельных случаях, когда нужно добиться особой прочности свайного фундамента, применяются связки из нескольких свай – “пакеты”, забиваемые в грунт как единое целое.
• Металлические. Наиболее распространённый тип свай, используемый в частном строительстве. Сталь является наиболее универсальным материалом, более долговечным, чем дерево, и более технологичным, чем бетон. Могут быть как изготовлены в домашних условиях, так и забиты в грунт с помощью ручного молота. Конструктивно состоят из трубы, острия и оголовка.

Некоторые нюансы забивания

Процесс забивания сваи

Главное предназначение свайного фундамента – предотвратить деформации основания постройки во время сезонных циклов замерзания и оттаивания почвы. Для этого свая должна быть забита на глубину ниже уровня промерзания почв. Также при забивании необходимо пройти насквозь слабые грунты до достижения твёрдого основания – это позволяет создать максимально прочный фундамент.

В случае, если грунт наоборот, чересчур плотный, а необходимое углубление свай достаточно большое, применяют методику подмыва грунта. Вглубь почвы вдоль сваи под напором подаётся вода, которая, с одной стороны размягчает грунт, а с другой – уменьшает силу трения.

При забивании сваи необходимо убедиться, что свая не упёрлась в глубине в твёрдый предмет – например, камень. Это особенно важно при неглубоком заглублении свай при малоэтажном строительстве. Дело в том, что в ходе строительства нагрузка на сваи значительно возрастёт и они со временем углубятся ещё на несколько сантиметров, за исключением той сваи, что упёрлась под землёй в камень. Это неизбежно приведёт к перекосу основания и, в итоге, всей постройки.

Производить установку свай желательно в тёплое время года, когда грунт уже полностью оттаял. Это позволит избежать неприятности в виде ослабших опор после полного оттаивания почвы. Однако, в некоторых случаях приходится производить заглубление опор и в холодное время года. Если грунт не успел промёрзнуть глубже одного метра, то работа по заглублению производится в штатном режиме, до тех пор пока свая не будет забита на нужную глубину (глубже уровня промерзания почвы и глубже слабых грунтов).

В случае, если грунт промёрз на значительную глубину, то работа может быть невозможна без нанесения повреждений свае.

В данных случаях применяется специальное устройство – “паровая игла”. Она представляет собой трубку с отверстиями на конце, через которую подаётся пар. Эта трубка опускается в про буренную скважину небольшого диаметра и производит оттаивание почвы на необходимую глубину. Другая техника, применяемая для зимнего забивания опор – лидерное бурение (см. ниже).

Методы забивки свай

Лидерное бурение

На сегодня в арсенале строителей имеются несколько методов заглубления забивных свай, каждый из которых имеет свои плюсы и свои минусы:

• Ударный метод.
• Погружение вдавливанием.
• Погружение вибрацией.
• Метод лидерного бурения.

Ударный метод

Это наиболее распространённая технология, применяемая как в частном, так и промышленном строительстве. Данная технология предусматривает углубление опоры с помощью ударов специальными молотами, также именуемыми копрами.

Для этого созданы многочисленные механизмы, различающиеся мощностью, способом работы и другими техническими характеристиками. Ударный метод является единственной технологией, доступной для забивания свай своими руками.

Для этого применяется нехитрое устройство – ручной молот. Самая простая конструкция его такова:

• Тренога, сваренная из стальных труб или сделанная из брёвен (брусьев).
• Пара подвешенных на ней блоков.
• Собственно молот – тяжёлая металлическая деталь с плоской рабочей частью.
• Два троса, перекинутые через блоки и служащие для подъёма молота.

Забивка свай ударным методом

Принцип работы в данном случае предельно прост – молот поднимается на максимальную высоту и фиксируется в таком положении. Свая устанавливается вертикально и также фиксируется. После этого молот отпускается и, набирая ускорение в свободном падении, бьёт по торцевой стороне сваи, загоняя её в грунт. Подъём молота осуществляется с двух сторон с помощью тросов, после чего он опять сбрасывается на забиваемую опору.

В виде усовершенствования конструкции можно снабдить копр барабаном с фиксатором и рукояткой для накручивания троса.

Кроме того, можно установить на этот барабан электромотор, превратив ручной молот в электрический. Для этого нужно будет предусмотреть систему редукторов и сцепление, для отъёма барабана от шкива электромотора при сбрасывании молота. Возможна и установка на устройство и двигателя внутреннего сгорания.

Высчитывать высоту треноги необходимо с тем расчётом, чтобы падающий сверху молот смог набрать достаточную скорость для мощного удара по тыльной стороне сваи. При необходимости большого заглубления, металлические сваи можно сделать составными – надставлять их с помощью сварки.

Самодельные копры отлично подойдут для забивания металлических трубчатых свай на сравнительно небольшую глубину – до нескольких метров. Это позволяет широко использовать самодельный копр в частном строительстве при возведении относительно лёгких конструкций. В промышленном строительстве применяются многотонные устройства на гусеничном или колёсном ходу, монтируемые на базе бульдозеров, автокранов или экскаваторов. Посмотрите видео, как устанавливают сваи ударным методом.

Лидерное бурение

В случае, если грунт на месте строительства оказывается слишком плотным, для ускорения забивания применяется технология лидерного бурения. В заранее отмеченных местах с помощью бурильной установки делаются скважины диаметром чуть меньше диаметра свай. В данные отверстия и забиваются сваи, в том числе и с применением самодельного копра. Также лидерное бурение применяется для устройства свайного фундамента в мёрзлых почвах в холодное время года.

При лидерном бурении глубина скважины должна быть на полметра меньше глубины углубления опоры. Это необходимо для более плотного удержания сваи грунтом.

Кроме этого существует ещё несколько технологий заглубления опор в грунт. Среди этих технологий можно упомянуть методы вдавливания и погружения опоры вибрацией. Однако, оба они требуют привлечения специализированных строительных машин – их практически невозможно осуществить самостоятельно. Посмотрите видео, как заглубить сваи лидерным бурением.

Углубление опоры вибрацией

Производится специальным механизмом, устанавливаемом на экскаваторе или кране – вибропогружателем. Он представляет собой электрический или бензиновый (дизельный) двигатель, приводящий в движение устройство со смещённым центром тяжести. Устройство закрепляется на оголовке опоры и приводится в действие. При этом возникают поступательные колебания, направленные сверху вниз. Под их воздействием свая и действием своего веса она углубляется в землю. Такой метод применяется там, где невозможно использовать ударный метод – в районах с плотной жилой застройкой, рядом с ветхими и аварийными зданиями и т.д. Посмотрите видео, как монтируют сваи с помощью вибропогружателя.

Углубление вдавливанием

Данный метод также используется там, где невозможно или запрещено применение ударного способа. Для вдавливания сваи используется специализированная многотонная техника, которая захватывает сваю и, перенося на неё свой вес, буквально втыкает её в грунт. Несмотря на то, что данный способ является достаточно сложным и дорогостоящим, существуют области строительства, где без него никак не обойтись – при реконструкциях старинных зданий, строительных работах в непосредственной близости с жилым зданием. Посмотрите видео, как происходит процесс вдавливания свай.

Как видим, выбор того или иного способа заглубления забивных свай в грунт зависит от целого ряда факторов. Каждый метод более всего подходит для определённой ситуации, и выбирать технику забивания опор следует с максимальной точностью – от этого зависит эффективность и скорость работы над закладкой фундамента здания.

Основы забивки свай, типичные проблемы и решения

Гидравлический вибромолот

Посмотреть полную статью можно здесь.

Забивка свай является важной частью строительного процесса. Вертикальные колонны из различных материалов (дерево, бетон, сталь или их комбинация) вбиваются в нераскопанный грунт. Сваи представляют собой тип глубокого фундамента, который используется для удержания больших конструкций, часто мостов. В этой статье мы обсудим основы забивки свай, распространенные проблемы и возможные решения.

Ранняя забивка свай

Ранняя забивка свай производилась вручную. Энергия, необходимая для забивания сваи, создавалась за счет веса тарана, падающего через гравитационное поле. В двадцатом веке большая движущая сила была достигнута за счет использования пневматических или паровых машин для ускорения движения тарана вниз. Многие современные сваебойные молоты приводятся в действие дизельными или гидравлическими системами.

Использование свай

Мягкие почвы лучше всего подходят для использования свай. Большая часть грузоподъемности создается за счет трения кожи. Чтобы выдерживать большие нагрузки, их группируют под фундаменты.

Фото: Junttan

Анатомия сваебойщика

На высоком уровне сваебойная система состоит из четырех основных частей: поводок, подушка молота, шлем и подушка сваи. Каждая часть играет роль в передаче энергии свае, что, в свою очередь, влияет на производительность молота. Подробнее читайте в нашем глоссарии.

Направляющая

Направляющая сваебойного копра представляет собой поддерживающую конструкцию, которая направляет сваю и молот. Они классифицируются по способу крепления к копру — подвесные, фиксированные или качающиеся. Поводки удерживают сваю и молот на одной линии.

Подушка для молотка

Подушка для молотка, обычно изготавливаемая из искусственных материалов, помещается между ударной пластиной и шлемом.

Шлем

Шлем представляет собой временную стальную шапку, надеваемую поверх сваи и предназначенную для максимальной защиты головы во время вождения.

Ворсовая подушка

Ворсовая подушка обычно изготавливается из дерева. Его помещают между шлемом и ворсом.

Типы копров

Существует несколько типов копров, в том числе:

Вибромолот

Вибромолоты скорее режут грунт, чем забивают сваи, используя технику вращения и систему противовеса. Они приводятся в действие гидравлическими двигателями. Кран или экскаватор поднимает молот. Гидравлические зажимы прикрепляют его к свае. Они забивают сваи быстрее и работают (сравнительно) тише.

Дизельный ударный молот

Этот отбойный молот использует двухтактный дизельный двигатель. Баран поднимают, затем отпускают и позволяют ему свободно падать. Когда он попадает в кучу, энергия поднимает его обратно. Он будет продолжать работать до тех пор, пока не закончится топливо или пока он не будет остановлен вручную.

Пневматический/паровой молот двойного действия

Эти молоты увеличивают скорость удара за счет более короткого хода. Активное давление ускоряет плунжер во время хода вниз. Этот тип молота значительно увеличил скорость, с которой можно было забивать сваи.

Гидравлический ударный молот

В гидравлическом молоте используется внешний источник энергии для подъема молота до максимальной точки его хода. В гидравлическом молоте одностороннего действия свободно падающий поршень развивает фактическую энергию, вводимую в сваю, — почти такой же рабочий ход, как у отбойного молота или пневматического / парового молота одностороннего действия.

Конструкция свайного фундамента

Конструкция свайного фундамента сильно зависит от грунта, в который забиваются сваи. Другие факторы включают материал свай, ожидаемую нагрузку и ожидаемый уровень использования.

Имейте в виду, что забивка свай меняет поведение почвы вокруг них. Кроме того, почва, особенно на большой территории, может сильно различаться. Определить правильный дизайн сложно. Процесс планирования должен включать всестороннее и тщательное тестирование почвы. Тестирование и оценка должны продолжаться во время строительства.

Проблемы с забивкой свай и их решения

Сложный аспект работы с грунтом представляет множество проблем, которые можно предвидеть. План снижения рисков проекта может учитывать вероятные проблемы, которые могут возникнуть. Решения могут быть включены в планирование на случай непредвиденных обстоятельств, что позволяет избежать перерасхода средств.

Проблемы со счетчиком ударов забивной сваи

Количество ударов рассчитывается заранее. Если количество ударов в поле отличается, скорее всего, есть проблема. Вот распространенные проблемы и решения, связанные с подсчетом ударов:

Увеличенное количество ударов, необходимое для забивания сваи

Количество ударов, необходимое для забивания сваи на требуемую глубину, рассчитывается заранее. Он основан на почве и системе привода. Если для забивания сваи требуется намного больше ударов, чем планировалось, значит проблема в грунте и/или системе забивки.

Сначала убедитесь, что система забивки соответствует типу сваи. (Что-то, что должно быть сделано до начала работы.) Если они совпадают, убедитесь, что работа системы привода соответствует рекомендациям производителя оборудования. Проблемы с приводной системой могут быть связаны с низкой эффективностью молота или слишком мягкой подушкой. Почва может иметь большую прочность, более высокий коэффициент демпфирования или более сильные землетрясения почвы, чем предполагалось при первоначальном тестировании.

Резкое изменение количества ударов несущих свай

Если количество ударов для группы свай резко меняется или уменьшается, используйте бурение для проверки состояния грунта. Если над скальной породой нет признаков выветривания профиля, вероятно, повреждена пятка сваи. Осмотрите внутреннюю часть сваи на наличие повреждений носка сваи. Если вы не можете провести внутреннюю проверку, вам необходимо оценить проблему с помощью динамических измерений. Или вам, возможно, придется извлечь кучу.

Немного меньшее количество ударов

Существует две основные причины меньшего, чем ожидалось, количества ударов. Меньшее сопротивление грунта или лучшая производительность молота. Вам нужно будет провести повторное испытание в случае более низкого сопротивления грунта. Это требует установления коэффициента настройки и перехода на меньшую мощность. Оцените работу молотка и при необходимости внесите коррективы.

Значительно меньшее количество ударов

Если количество ударов намного ниже ожидаемого, проверьте отверстия в почве. Если нет признаков мягких слоев, свая может быть повреждена ниже уровня. Вы также должны оценить растягивающие напряжения вдоль сваи и сжимающие напряжения в носке. Другими причинами могут быть сросшийся ворс, препятствие или неравномерный контакт носка. Проверьте, нет ли повреждений пальцев ног.

Сваи забиваются глубже, чем предполагалось

Сваи забиваются в грунт намного глубже, чем первоначально предполагалось, что может быть связано с более низким сопротивлением грунта, чем предполагалось. Или повышение производительности системы вождения. Испытание на повторный удар необходимо для определения изменений прочности грунта. Инженер-строитель определит, требуются ли изменения в системе забивки или глубине сваи.

Перемещение свай

Непредвиденное перемещение свай является еще одним признаком проблемы, которую необходимо решить до продолжения работ.

Боковое смещение ранее забитых свай

Если ранее установленные сваи смещаются вбок при забивке новых свай, вероятной причиной является смещение грунта. Однако причиной мог быть провал грунта на соседнем склоне. Решения включают изменение последовательности забивки свай или повторное забивание установленных свай. Вы также можете уменьшить движение грунта, предварительно забурив места для свай.

Сваи за пределами допуска выравнивания

Конструкция сваи учитывает определенный допуск на выравнивание. Частично это зависит от типа материала, из которого сделана свая. Если сваи выходят за пределы этого допуска, это, вероятно, связано с проблемами контроля выравнивания свай-молотов или состоянием грунта. Существует несколько способов регулировки контроля соосности молота и сваи. Например, можно использовать шаблон или свайный ворот. С помощью затвора свая направляет сваю в лидер. Возле поверхности также может быть препятствие. Удаление препятствия сместит почву и может выявить другие проблемы с почвой под ней. Инженер должен будет оценить почву и определить следующие шаги.

Свайные препятствия

Решение по устранению свайных препятствий зависит от глубины препятствия. Препятствие может выявить загрязненную почву.

Неглубокие свайные препятствия

Если вы обнаружите неглубокие препятствия в пределах трех футов от рабочего уровня, вы, скорее всего, сможете просто удалить их без значительного воздействия на окружающую почву.

Глубокие заграждения из свай

Земляные работы часто не являются жизнеспособным решением, когда заграждения расположены выше трех футов или ниже уровня грунтовых вод. В этой ситуации можно использовать предварительное бурение мест расположения свай. Глубокие свайные препятствия могут потребовать от инженера разработки корректирующего проекта. Глубокие препятствия могут снизить расчетную несущую способность. В этом случае могут понадобиться дополнительные сваи.

Бетонные сваи

Бетонные сваи подвержены различным видам растрескивания. Направление, расположение и серьезность трещин дают ключ к разгадке причины. Общие проблемы с бетонными сваями и их решения включают:

Частичные трещины — легкая забивка свай

Если легкая забивка свай вызывает частичные горизонтальные трещины в бетонной свае, проверьте выравнивание молотка по отношению к свае. Другой возможной причиной является слишком высокое комбинированное натяжение и изгиб.

Полные горизонтальные трещины – легкая забивка свай

Если легкая забивка свай вызывает полные горизонтальные трещины в бетонной свае, расчетные напряжения растяжения могут быть ошибочными. Если напряжения растяжения слишком велики, добавьте амортизацию или уменьшите длину хода молотка. Если слишком низкое, это может быть связано с плохой работой молота.

Полные горизонтальные трещины при жесткой забивке

Полные горизонтальные трещины при жесткой забивке требуют расчета растягивающих напряжений по длине сваи. Если они высокие, вам может понадобиться более тяжелый таран. Если слишком низко, землетрясения, вероятно, сильнее, чем ожидалось.

Использование волоконно-оптических датчиков для мониторинга сваи позволяет измерять напряжения по всей длине сваи во время забивки. Это обеспечивает большую точность по сравнению со стандартным мониторингом. Обратите внимание, что трещины, обнаруженные на ранней стадии, можно заделать эпоксидной смолой. В противном случае они могут оказаться в куче кучи.

Выкрашивание вблизи головы сваи

При наличии выкрашивания (выкрашивания или выкрашивания) вблизи головы сваи необходимо определить напряжение головы сваи для наблюдаемого числа ударов по сравнению с допустимыми напряжениями. Одной из причин повреждения у оголовка бетонной сваи является недостаточная амортизация сваи. Добавление ворсовой амортизации является решением для высоких нагрузок. Однако, если ваши расчеты указывают на низкий уровень стресса, есть несколько возможных причин. К ним относятся проблемы с производительностью молота и выравниванием, а также плохое качество сваи.

Фото предоставлено: Jacobs Demolition and Carting

Стальные и деревянные сваи

Есть несколько факторов, которые могут вызвать деформацию оголовка стальной сваи или расщепление оголовка деревянной сваи. К ним относятся:

• Неправильный размер или форма шлема
• Недостаточная прочность стали
• Неравномерная головка сваи
• Неправильное бандажирование

Для защиты сваи можно использовать металлический наконечник или ботинок. Используйте их с обвязкой в ​​верхней части стопки, чтобы предотвратить расщепление.

Если проблема не устранена, рассчитайте нагрузку на оголовок сваи. Уменьшите ход молотка для уменьшения количества ударов; увеличение для большого количества ударов. Однако вам может понадобиться выбрать другой молот — даже другой тип сваи.

Проблемы с молотом

Иногда причиной проблем является сваебойный молот. Одним из примеров является случай, когда рабочий ход дизель-молота составляет менее 90% расчетного хода. В этом случае причиной может быть трение плунжера. Если наблюдаемое количество ударов меньше рассчитанного, сопротивление грунта, вероятно, ниже, чем первоначально предполагалось. Если они похожи, используйте более низкое давление сгорания, чтобы выровнять ход молота.

Проблемы с данными волнового анализа

При использовании программы волнового анализа для прогнозирования поведения сваи вы можете столкнуться с проблемами данных. Если конкретный молоток, который вы используете, не указан в списке при вводе данных волнового анализа, используйте молоток того же типа. Он должен иметь аналогичный энергетический рейтинг и вес барана. Вам нужно будет изменить его данные, чтобы они соответствовали приложению. В некоторых случаях нет молотка, соответствующего пределам нагрузки и сопротивления при движении. Возможно, расчетные напряжения и количество ударов слишком велики. Один из вариантов — увеличить прочность материала или внести изменения в конструкцию. Выполните испытание на повторное включение или статическую нагрузку, чтобы подтвердить работоспособность.

Заключение

Забивка свай звучит просто – забейте столбы в землю. Но это сложный процесс, требующий тщательного тестирования и точного расчета. От этого зависит выбор правильного материала сваи и оборудования для почвы и грузоподъемности. Есть несколько проблем, которые могут возникнуть в этой области. Подготовка и планирование на случай непредвиденных обстоятельств являются ключом к поддержанию проекта по забивке свай в соответствии с планом и бюджетом.

Посмотреть полную статью здесь.

Забивка свай, часть I: Введение в молоты и методы

Посмотреть полную статью можно здесь.

Забивка свай — это процесс установки сваи — связанной несущей колонны — в землю без предварительного выемки грунта. Эти сваи забивают, толкают или иным образом устанавливают в землю. Как метод строительства забивка свай существовала еще до того, как человечество стало грамотным. По сути, забивные сваи — самый старый тип фундамента глубокого заложения.

Забивные сваи позволяют размещать конструкции в местах, которые в противном случае были бы непригодны с учетом подземных условий. Это делает эту технику невероятно полезной и по сей день. Несмотря на то, что метод забивки свай претерпел значительные изменения, для установки сваи в землю по-прежнему используется одна и та же базовая техника.

История забивки свай: от римского мира до наших дней

Забивка свай существует уже тысячи лет. С самого начала человеческой истории забивные сваи использовались для возведения укрытия над водой или землей. Используя таким образом забивные сваи, древние люди также могли защитить себя и свою пищу от животных и других людей.

В римском мире забивные сваи обычно использовались для обеспечения стабильного фундамента в различных грунтах вокруг Средиземного моря. Римляне — искусные планировщики инфраструктуры — также использовали забивные сваи для поддержки военных и гражданских работ. Фактически, один из старейших мостов в Риме был назван «Pons Sublicius», что означает «мост из свай». В конце Римской республики один из самых амбициозных и сложных мостов был построен армией Юлия Цезаря, когда они пересекали реку Рейн. Этот мост поддерживался серией свай и был разработан не только для того, чтобы быть устойчивым, но и для того, чтобы выдерживать атаки противоборствующих армий.

В римскую эпоху сваи делались из дерева. Эти сваи забивали отбойными молотами, которые поддерживались небольшими деревянными установками. Деревянные сваи продолжали использоваться до конца девятнадцатого века.

В этот же период китайские и другие азиатские строители использовали инновационный метод забивки свай. Каменный блок поднимали с помощью веревок, которые, как научили люди, натягивали и располагали в виде звезды вокруг оголовка сваи. По мере того как веревки тянулись и растягивались, каменный блок подбрасывался вверх, а затем направлялся вниз, чтобы нанести удар по оголовку сваи.

В Венеции, городе, построенном в болотистой дельте реки По, первые итальянцы использовали деревянные сваи для поддержки зданий. Эти сваи были забиты через мягкую грязь болота на слой валунов ниже. Эти забивные сваи исключительно хорошо сохранились; в 1902 году, когда упала колокольня собора Святого Марка, деревянные сваи были в таком хорошем состоянии, что их использовали для поддержки реконструированной башни. Колокольня и ее опорные плиты были построены в 9 в.00 г. н.э.

В девятнадцатом веке ряд достижений позволил более широко использовать забивные сваи. Во-первых, пар заменил человеческую силу, чтобы вращать лебедки, которые забивали сваи. Разработка парового молота, использование бетонных свай и создание первой формулы динамического забивания свай позволили еще более эффективно устанавливать сваи.

В 1845 году шотландский изобретатель Джеймс Нейсмит разработал паровой молот, который использовался для забивания свай на Королевских верфях в Девонпорте, Англия. Это открытие стало возможным благодаря широкому использованию энергии пара, которая применялась как в Великобритании, так и в России для паровых машин. Паровой молот Нейсмита изначально был разработан для использования в качестве кузнечного молота для производства стали. Его использование в качестве сваебойного механизма позволяло забивать сваи со скоростью одна за четыре с половиной минуты. В то время при забивании свай с помощью человека можно было установить только одну сваю более чем за двенадцать часов.

Компания GeoQuip предоставила вибромолот HPSI 500, оснащенный кессонной балкой и зажимами, компании Lane Construction в рамках проекта развязки дорог I-264/Witchduck для забивки трубных свай диаметром 36 дюймов. Фото предоставлено: GeoQuip

. Паровые молоты начали использоваться в Соединенных Штатах после 1875 года. В 1887 году компания Vulcan Iron Works разработала первый молот «№1». Этот молот и последующие стали самыми популярными типами паровых молотов в Соединенных Штатах. В Европе паровые молоты производились такими компаниями, как BSP, Menck + Hambrock и Nilens.

Эти ранние паровые молоты полагались исключительно на падение поршня в качестве энергии, используемой для забивания сваи. В двадцатом веке были разработаны паровые молоты с направленным вниз усилием. В этих молотах использовался пар (а позже и сжатый воздух) для ускорения ползуна вниз с большей силой, чем могла бы обеспечить только сила тяжести. Было два типа таких молотков. Составные молоты использовали воздух или пар при движении вниз, а молоты двойного или дифференциального действия использовали воздух или пар при полном давлении для ускорения ползуна вниз.

Хотя сваи-таймеры чрезвычайно долговечны при надлежащих условиях, они подвержены разрушению. Кроме того, деревянные сваи ограничены по размеру и длине, поскольку они могут быть только такими же длинными или широкими, как деревья, из которых они были вырезаны. В конце 1800-х годов французский инженер представил в Европе бетонные сваи. Вскоре после этого американец А.А. Рэймонд впервые использовал бетонные сваи в Соединенных Штатах при строительстве фундамента здания в Чикаго. Раймонд основал компанию Raymond Concrete Pile Company, которая стала одним из крупнейших и наиболее успешных предприятий по забивке свай в мире.

В то время как деревянные сваи обычно забивались до допустимой нагрузки менее 50 тысяч фунтов, бетонные сваи могли забиваться до 60 тысяч фунтов или более. В результате при той же нагрузке при использовании бетонных свай можно было использовать меньшее количество свай и меньшие фундаменты (по сравнению с деревянными сваями). Поскольку производство бетона стало более совершенным, использование бетонных свай стало более распространенным.

На рубеже двадцатого века также начали использовать стальные сваи. В то время использовались два типа стальных свай: двутавровые и трубчатые. Двутавровые сваи использовались как способ решения проблем, возникающих при использовании двутавровых свай. Когда двутавровые сваи забивали в плотный песок и гравий для опор и устоев мостов, часто происходило подмывание. Двутавровые сваи выдерживали жесткую забивку, что позволяло забивать их достаточно глубоко, чтобы противостоять размыву.

Трубы использовались в качестве свай двумя разными способами. Трубы с открытыми или закрытыми концами использовались без заливки бетоном в приложениях, где сваи должны выдерживать боковые или морские растягивающие нагрузки, например, на морских нефтяных платформах. Бетонные заливные трубы использовались в других целях и приводились в движение оправками. Стальные трубы, заполненные бетоном, могут включать кессоны, сваи-баллоны, однотрубные сваи и сваи-оболочки.

В дополнение к усовершенствованию самих свай, эволюционировали и буровые установки, которые их забивали. Скидочные буровые установки чаще всего использовались до разработки крановых буровых установок. С появлением мобильных кранов использование блочных установок прекратилось.

Более эффективная, чем традиционная установка на кране, модель CZM EK250, оснащенная гидромолотами, является одной из самых инновационных и передовых моделей фундаментного оборудования на рынке.

Динамика свай

Хотя забивка свай может показаться простым процессом — забивание сваи в землю с применением силы, — для успешной забивки свай на самом деле требуется знание нескольких типов техники. Это включает в себя понимание того, как свая будет взаимодействовать с грунтом (геотехническая инженерия), динамики движущихся тел (инженерная механика) и напряжений во время забивки и после установки (строительная инженерия). Лучше всего это можно продемонстрировать, исследуя динамику сваи.

Динамическая формула была первой попыткой создать уравнение, которое моделировало бы динамику забивки свай и делало его полезным для подрядчиков. Динамическая формула использовала ньютоновскую механику удара как способ моделирования движения сваи. Полученную формулу затем можно было бы применить к текущей работе. Наиболее популярной динамической формулой является формула Engineering News.

В то время как динамическая формула широко использовалась в прошлом, когда в строительных проектах стали использовать бетонные и стальные трубы, она утратила свою полезность. Динамическая формула не учитывает систему забивки и грунт, взаимодействующий со сваей. Кроме того, он моделирует сваю как одну жесткую массу. В результате использование динамической формулы с бетонными сваями привело к растрескиванию при растяжении.

Волновое уравнение — или теория волн напряжения — решает многие из этих вопросов. Австралиец Дэвид Виктор Айзекс изучил использование динамической формулы с бетонными сваями и разработал математическую модель, которая учитывала последовательное распространение и отражение волн. При этом он мог учитывать напряжения и смещения сваи при ее забивании. Эта формула также учитывает такие факторы, как растягивающие напряжения в бетонных сваях, влияние веса ползуна, а также влияние жесткости подушки молота и веса приводной крышки.

Британский совет по исследованиям в области строительства дополнил работу Айзекса, заказав исследование волн напряжения в сваях. Исследование привело к разработке серии диаграмм, которые затем можно было использовать для оценки напряжений и сопротивления бетонных свай. В исследовании также рассматривался ряд технических вопросов, которые интересуют и по сей день, таких как контрольно-измерительные приборы и сбор данных о напряжениях и усилиях в сваях, влияние подушки молота на генерацию и действие волны напряжения сваи, взаимосвязь веса тарана к весу сваи и поперечному сечению, а также испытания падающей башни на материале подушки для определения жесткости подушки.

После Второй мировой войны инженер-механик Э.А.Л. Смит из компании Raymond Concrete Pile Company разработал численный метод для моделирования волн напряжения в сваях и поведения свай. Техника Смита состояла из пяти основных элементов:

1. Разделение сваи на серию пружин и масс;
2. Интегрирование модели с использованием метода конечных разностей первого порядка;
3. Моделирование молотков и подушек свай с использованием метода статического гистерезиса;
4. Моделирование грунта как комбинации демпферов, зависящих от скорости, и демпферов, зависящих от смещения; и
5. Моделирование нелинейности грунта.

Модель грунта, предложенная Смитом, до сих пор является стандартной во многих волновых уравнениях, используемых сегодня, включая программу Техасского транспортного института, которая была разработана с использованием модели Смита. В 1960-х программа WEAP добавила еще один элемент: сложность сгорания дизель-молотов.

Помимо динамической формулы, методы полевого мониторинга также могут использоваться для понимания динамики сваи. Принципы геотехнической инженерии, которые учитывают неопределенность, создаваемую использованием почвы и горных пород, усовершенствовали формулы, используемые для забивки свай. Первоначально количество ударов молота на фут использовалось как способ определения емкости сваи. Позже теория волны напряжения использовалась для сравнения силы и скорости сваи в данный момент времени. С помощью этого метода удалось разделить статическую и динамическую составляющие сопротивления грунта. Компьютерная модель, программа анализа волн сваи Case (или CAPWAP), позволила дополнительно уточнить реакцию грунта для определения емкости сваи.

Установка нового поколения для установки крутонаклонных свай Junttan PMx26 уникальна своими возможностями. Открывая новую эру в сваебойных машинах, установка свай до 12 м с наклоном до 1:3 в стороны и вперед и 1:2,5 назад. Как обычно в каждом случае, эта установка была разработана и вдохновлена ​​нашими клиентами, чтобы добиться большего успеха.

Внедрение дизельных молотов

В 1920-х годах в Германии были впервые разработаны дизельные молоты. Эти типы молотов имели два явных преимущества перед другими методами забивания свай. Во-первых, они могли работать без внешнего источника питания. Во-вторых, они, как правило, были легче других молотков, но обладали сравнимой ударной силой. Дизель-молоты были впервые представлены в Соединенных Штатах после Второй мировой войны.

Большинство производимых сегодня дизель-молотов трубчатого типа с воздушным охлаждением. Однако в некоторых случаях используются дизельные молоты стержневого типа и дизельные молоты с водяным охлаждением. Ползун стержневых дизель-молотов перемещается по колоннам, аналогичным колоннам пневматических/паровых молотов. Однако камера сгорания скрыта, так как воздух сжимается, а дуэль впрыскивается. Затем камера обнажается, когда плунжер выбрасывается вверх из места сгорания. Сегодня дизель-молоты стержневого типа используются только для очень небольших дизель-молотов. Напротив, дизельные молоты с водяным охлаждением имеют резервуар для воды, который окружает камеру сгорания. Хотя эта модель обеспечивает превосходную охлаждающую способность, они неудобны в использовании. В результате дизель-молоты с водяным охлаждением не пользуются популярностью в строительной отрасли.

Вибромолоты

В ХХ веке инженеры бывшего Советского Союза разработали первый вибропогружатель. Этот молот приводился в действие электродвигателем мощностью 28 кВт и имел динамическую силу 214 кН. В 1950-х годах и позже в Советском Союзе были разработаны различные вибрационные молоты и оборудование для бурения грунта.

Два наиболее важных типа вибрационных молотов, разработанных в Советском Союзе, включают ВПМ-170 и ВУ-1,6. ВПМ-170 мог забивать свайные трубы диаметром 1600 миллиметров в любой тип грунта, кроме каменистых. Он также может работать на двух разных частотах. Трубу такого же диаметра ВУ-1,6 можно было погрузить на глубину до 30 метров. Он также мог удалить вилку из сваи во время движения. Этот молот имел большое центральное отверстие, которое позволяло ему удалять грунт, не останавливая сваебой.

Эта советская технология была лицензирована японцами, которые затем разработали свои собственные вибромолоты. Следует отметить молот Урага, в котором внутри каждого эксцентрика размещался электродвигатель. Это сделало молот Урага машиной с «прямым приводом».

В 1969 году американцы представили свой первый гидравлический вибромолот MKT V-10. Эта машина во многом отличается от современных вибромолотов. Во-первых, для демпфирования стрелы и крюка крана использовались спиральные стальные пружины; современные машины обычно используют резиновые пружины. Во-вторых, эксцентрики В-10 были длинными и устанавливались перпендикулярно самой машине. Сегодня на большинстве машин эксцентрики устанавливаются спереди на заднюю часть корпуса и приводятся в движение напрямую или через ведущую шестерню с изменяемой скоростью. Со временем американцы разработали уникальный тип вибромолота с тонкими молотами для забивания шпунтовых свай, гидравлическим приводом и мощными двигателями, насосами и моторами.

Ударно-вибрационные молоты

Первый ударно-вибрационный молот был изготовлен в Советском Союзе в 1949 году. Этот тип молота включает в себя вибропогружатель, который передает вибрации и удары при забивке сваи. Первоначальный ударно-вибрационный молот был приварен к верхней части металлической трубы, а затем молоток вбивал руб в различные почвы. Результаты забивки свай таким способом сравнивались с забивкой свай с использованием только вибрации. Сравнение этих двух результатов показало, что ударно-вибрационная забивка существенно эффективнее по максимальной глубине забивки и скорости установки сваи.

Ударно-вибрационный молот впервые был использован при строительстве Сталинградской (ныне Волгоградской) электростанции. С помощью этих молотов в песчаник средней твердости были забиты сваи для сооружения противофильтрационной стены под плотиной. Ударно-вибрационные молоты, использованные в этом проекте, превосходили обычные вибрационные, воздушно-паровые и дизельные молоты. Успешное использование этих молотков привело к их более широкому распространению, особенно в Европе.

С 1980 года компания HPSI разрабатывает и производит самые качественные, самые надежные и долговечные вибромолоты и гидравлические системы на рынке. Модель HPSI 500 адаптируется к любому типу свай (трубчатые сваи, стальные шпунтовые сваи, двутавровые сваи, шпунтовые сваи, бетонные сваи и т. д.) с использованием различных специальных зажимных приспособлений.

Обзор проектирования и строительства свайных фундаментов

В отличие от структурного проектирования, проектирование свайного фундамента не является аккуратным и точным. То, как взаимодействуют сваи и окружающие грунты, усложняет процесс, поскольку введение свай в грунт обычно меняет характер грунта. В результате часто возникают интенсивные деформации вблизи свай. Поскольку грунты неоднородны, а группировка и форма свай могут сильно различаться, проектирование и строительство свайного фундамента может быть сложным процессом.

Вместо того, чтобы пытаться в общих чертах охарактеризовать поведение свай, имеет смысл работать над пониманием факторов, влияющих на успешное проектирование свайных фундаментов. Инженер по фундаменту должен иметь представление о следующих основных факторах:

• Нагрузки на фундамент;
• Подземные условия;
• Значение особых дизайнерских мероприятий;
• Критерии эффективности Фонда; и
• Текущие методы проектирования и строительства фундаментов, характерные для района, где должны быть выполнены работы.

Следует проконсультироваться с опытным инженером-геотехником от начальных этапов планирования до окончательного проектирования и строительства. Этот инженер может помочь в выборе типа сваи, оценке длины сваи и выборе наилучшего метода определения емкости сваи.

Чтобы успешно воплотить проектирование свай в строительство, инженеры должны оценить требования методов статического анализа, динамических методов полевой установки и контроля строительства. Инструменты, которые будут использоваться для свайного фундамента, должны быть четко включены в планы.

Свайный фундамент должен соответствовать проектным требованиям по прочности на сжатие, боковую и подъемную силу. Для достижения этой цели подрядчикам может потребоваться забивка свай до заданной длины или до требуемой предельной грузоподъемности. Следует соблюдать осторожность, чтобы избежать чрезмерного забивания, которое может привести к повреждению свай и/или перерасходу средств на фундамент. Использование анализа волновых уравнений, динамического мониторинга процесса забивки свай и испытаний под статической нагрузкой могут помочь в достижении этих целей.

Во время строительства знающие инженеры должны контролировать и проверять установку свай. Самые лучшие проекты, планы и спецификации часто терпят неудачу, если не осуществляется надлежащий контроль и проверка. Наконец, анализ результатов забивки свай после завершения строительства по сравнению с прогнозами, длиной сваи, полевыми проблемами и возможностями испытаний под нагрузкой необходим, чтобы помочь вовлеченным инженерам набраться опыта и лучше спланировать следующий забивной фундамент.

Процесс проектирования и возведения свайного фундамента уникален по сравнению с другими типами структурного проектирования и строительства. Мощность сваи необходимо учитывать как при проектировании, так и при строительстве. Лучший способ сделать это — использовать динамические данные, а не методы статического анализа. Кроме того, при проектировании следует учитывать возможность забивки свай, поскольку могут возникнуть большие затраты, если сваи, которые были выбраны и запланированы, не могут быть забиты.

Процесс проектирования и строительства фундаментов с забивными сваями можно описать с помощью следующей блок-схемы из 18 блоков:

1. Установить требования к структурным условиям и характеристикам площадки: определить общие требования к конструкции.
2. Получить общую геологию участка: это может включать обширные геологические исследования или поверхностное исследование.
3. Собрать опыт строительства фундаментов в этом районе: проконсультируйтесь с подрядчиками, которые завершили строительство свайного фундамента в этом районе.
4. Разработать и выполнить программу разведки недр: принять решение о том, какую информацию необходимо получить на участке.
5. Оцените информацию и выберите систему фундамента: используйте собранную выше информацию, чтобы принять решение о правильной системе фундамента.
6. Глубокий фундамент: выбор между забивными сваями и системой глубокого фундамента
7. Забивная свая
8. Выберите тип забивной сваи на основе использования формул и с учетом несущей способности сваи, геотехнических возможностей типа сваи для грунтовых условий на площадке, возможностей имеющихся подрядчиков и стоимости.
9. Расчет длины сваи, грузоподъемности и производительности
10. Расчет управляемости: это делается с помощью программы волнового уравнения.
11. Удовлетворительный дизайн: рассмотреть все аспекты проекта и внести необходимые изменения
12. Подготовка планов и спецификаций, установка процедуры определения пропускной способности на местах
13. Выбор подрядчика
14. Выполнить анализ волнового уравнения представленного подрядчиком оборудования: анализ следует провести повторно на основе оборудования для забивки свай, которое подрядчик планирует использовать.
15. Установить предварительные критерии вождения
16. Забейте тестовую сваю и оцените грузоподъемность
17. Настройка критериев вождения или дизайна
18. Строительный контроль: надзор и проверка забивки свай по мере их проведения.

На протяжении всего процесса для успешного завершения любого проекта по забивке свай необходима хорошая коммуникация.