3. Устройство свайных оснований

Сваи применяют для устройства фундаментов промышленных и гражданских зданий, при строительстве опор мостов, набережных, эстакад и др. Короткие сваи (длиной 2-6 м) используют в качестве столбчатых фундаментов полносборных зданий.

По технологии устройства сваи подразделяются на погружаемые различными способами (такие сваи, естественно, изготовлены заранее), их еще называют забивными; и набивные - изготавливаемые на месте их работы – в проектном положении.

По назначению сваи бывают одиночные, свайные кусты, совместно работающие в свайном поле, и шпунтовые.

Забивные сваи погружаются в грунт различными способами – статическими, динамическими и комбинированными.

Из динамических способов погружения свай можно выделить ударный метод (забивка) и вибропогружение.

Забивка осуществляется молотами – это устройства по принципу привода разделяющиеся на механические, паровоздушные и дизельные молоты. В любом случае сваебойный агрегат включает три обязательных элемента (рис. 3.1):

- шасси, на котором передвигается агрегат, это может быть трактор, экскаватор, самоходный кран, в том числе - автомобильный;

- устройство для установки сваи в вертикальное положение и сохранения его во время забивки - это так называемый копер;

- и собственно агрегат для погружения сваи.

Забивка заключается в установке сваи на место и закрепление ее, погружении сваи в грунт ударами молота, передвижении и установки копра на новом месте.

Установка сваи заключается в подтягивании сваи к копру и ее подъеме, расположении на размеченном месте, закрепление в стреле копра. Сваи подают к месту забивки и располагают на близком расстоянии от копра, чтобы их можно было подтянуть тросами, проходящими через блоки на копре к двухбарабанной лебедке. Забиваемую сваю надо закрепить так, чтобы она стояла вертикально или с проектным уклоном. Свая не должна отходить от стрелы копра, но в то же время свободно скользить вдоль нее по мере погружения в грунт.

Механический молот – это металлическая отливка весом 0,1-3,0 т с захватным устройством и лебедкой, – устройство дешевое, простое, долговечное, но малопроизводительное.

Рис. 3.1. Сваебойный агрегат:

1 – шасси, 2 – копер, 3 – лебедка копра

Более производительны паровоздушные молоты, гидромолоты, и дизельмолоты. Первые совершают около 300 ударов в минуту, вторые – около 60.

Из них большее распространение получили дизельмолоты, они оригинальны по конструкции, компактны, мобильны, не требуют громоздких котлов и насосных станций, автономны, экономичны.

У них один недостаток – затруднена забивка свай в слабые грунты.

По назначению сваи бывают одиночные, кусты свай, сваи, совместно работающие в свайном поле, шпунтовые.

Расположение свай в плане зависит от рода сооружения, его массы, места приложения нагрузки. При одиночном размещении каждая свая работает независимо от соседних свай. Сосредоточенная нагрузка от отдельных тяжело нагруженных опор или колонн передается на кусты свай, состоящие из 3-12 шт. Для совместной работы свайного поля при равномерно распределенной нагрузке сваи связывают поверху ростверком - это или плита, или лента.

Производство работ начинают с разбивки мест установки свай. Оси закрепляют створными знаками. Разбивку каждого свайного ряда и куста сохраняют до приемки всех свай этого ряда. Центр сваи закрепляют штырем или колышком.

В состав работ по устройству свайного основания включаются доставка, раскладка, погружение. Поднимать сваи при погрузке и разгрузке необходимо за подъемные петли. При подъеме свай длиной более 6 м следует пользоваться траверсой. Перетаскивать сваи волоком запрещается.

В зависимости от формы и размера участка, а также от вида грунта выбирают способ и схему погружения свай.

В несвязных грунтах при большом участке застройки принимают последовательно-рядовую схему, когда забивают сначала в одном направлении, а затем параллельно первому ряду – в обратном направлении.

При кустовом расположении свай в слабосжимаемых грунтах сваи забивают по спиральной схеме, начиная от середины ряда по спирали по направлению к крайним рядам участка. На больших площадях и плотных грунтах сваи забивают по секционной схеме, т.е. их погружают по секциям через ряд.

При подборе молотов следует иметь в виду, что дизель-молоты нецелесообразно применять при слабых грунтах. Для работы молота необходимо, чтобы сопротивление сваи погружению при ударе было достаточным для сжатия горючей смеси в молоте. Кроме того, молоты подбирают по требуемой энергии удара

Е_тр  25F, Нм, (3.1)

где F - расчетная нагрузка на сваю, Н.

Подобранный по этой формуле молот проверяют на соответствие его забиваемой свае

К=(m_м+m_св)/Е, (3.2)

где К - условный коэффициент применимости молота;

m_м - масса молота, кг;

m_св - масса сваи с учетом массы оголовка, кг;

Е - энергия удара молота, Нм.

Если К2, то применяют механические молоты; при 2К3,5 – паровоздушные молоты, при 3,5К5 – дизель-молоты, К5 – молоты с большей энергией удара.

Если при проверке молотов по этой формуле оказывается возможным применение нескольких типов молотов, то принимают молот, условный коэффициент для которого ближе к нижнему пределу.

Копры подбирают в зависимости от длины и массы сваи и массы молота. Высота копра должна быть примерно на 3 м больше длины сваи. Грузоподъемность лебедки копра должна быть достаточной для подъема наиболее тяжелого элемента (сваи с оголовком или молота). При погружении сваи вибропогружателем грузоподъемность лебедки должна обеспечивать подъем сваи со смонтированным на ней вибропогружателем.

Задача 1. Определить технико-экономические показатели двух вариантов комплексного процесса - забивки свай при условии, что свайное поле состоит из трех двойных рядов свай длиной 20 м. В каждом ряду по 30 свай. Продолжительность забивки одной сваи - 30 мин. Механизмы для забивки свай:

- молот СССМ-0,7 - для обоих вариантов;

- копер С-428;

- копер-экскаватор Э - 1011;

Решение. Для варианта с копром С-428 составляем ведомость подсчета трудоемкости и заработной платы, причем зарплату рабочих и стоимость аренды молота на забивке свай не учитываем, т.к. они будут одинаковы в обоих вариантах.

Определение нормативной трудоемкости и заработной платы

Таблица 3.1.

Наименование	Объем	Нвр		Трудоемкость			Рас-	Зар-
процесса, ед. изм.	работ	чел.ч	маш.ч	чел.ч	маш.ч		ценка,р	плата,р
1	2	3	4	5		6	7	8
1.Укладка путей копра, м	20	0,1	-	2	-		0,2	4
2.Передвижка путей копра, м	100	0,5	-	50	-		0,1	10
3.Забивка свай, шт.	180	-	1,5	-	270

Из таблицы:

Трудоемкость равна 52/8=6,5 чел.дн.

Зарплата рабочих 14 руб.

Машино-смен копра 270/8=33,8 маш.см.

Принимаем 30 маш.см. с учетом перевыполнения норм.

Мощность электродвигателей, установленных на копре С-428, ориентировочно 10 кВт. Стоимость одной машино-смены копра 12 руб. Сопоставимую стоимость забивки одной сваи можно определить по формуле:

С=(КТ _{Смаш.см} +0,2КiТiWi+Ср)/Vo, где

К - количество механизмов, занятых в данном процессе;

Т - количество смен, отработанных данными механизмами при выполнении процесса;

С_маш.см - стоимость машино-смены данного механизма, р.;

Кi ,Тi - соответственно количество и время механизмов, потребляющих электроэнергию;

W - мощность электродвигателей, установленных на одном механизме, кВт;

Ср - зарплата рабочих, р.;

Vо - общий объем работ в данном процессе;

С₁=(1*30*12+0,2*1*30*10+14)/180=2,41 руб.

При варианте с копром на базе экскаватора Э-1011 учитывают только стоимость аренды копра, т.к. путей для не требуется и электроэнергии он не потребляет. Стоимость 1 маш.смены копра 40 руб. Затраты машинного времени те же, что и для копра С-428.

С₂=(1*30*40)/180=6,66 руб.

Задача 2.Подобрать молот для забивки железобетонных свай. Длина сваи 6 м, масса с оголовком 1500 кг, несущая способность 4 т, грунт – суглинок средней плотности.

Решение. Требуемая энергия удара определяется по формуле:

Е_тр > 25F=25*4=100 Нм, где

F – несущая способность сваи, т.

По справочнику подбираем:

- паровоздушный молот одиночного действия СССМ-0,7 с энергией удара 187,5 Нм и массой 2295 кг;

- паровоздушный молот двойного действия С-35 с энергией удара 108,5 Нм и массой 3767 кг;

- дизель-молот С-222А с энергией удара 150 Нм и массой молота 2000 кг.

Каждый из этих молотов проверяют по формуле:

для молота СССМ-0,7: К=(2295+1500)/1875=2,02

для молота С-35: К=(3767+1500)/1085=4,85

для молота С-222А: К=(2000+1500)/1500=2,33

По условному коэффициенту подходит молот СССМ-0,7 с К=2,02 при 2 <К< 3,5 для паровоздушных молотов;

Задача 3. По условию предыдущей задачи подобрать копер.

Решение. Требуемые параметры копра: высота – не менее Н=6+3=9 м, грузоподъемность лебедки - не менее 2,3 т.

По справочнику находим:

- копер С- 428 высотой 14 м и грузоподъемностью 4 т;

- копер-экскаватор Э-1011 высотой 15м и грузоподъемностью 4 т.