Курс лекций по теме свайные работы
Скачать 439.35 Kb.
|
 Климова А. Ю. КУРС ЛЕКЦИЙ по теме СВАЙНЫЕ РАБОТЫ Климова А. С.. Курс лекций по теме свайные работы. – Омск: БПОУ ОО «ОКОТСиТ», 2016. – 36 с. Курс лекций по теме «Свайные работы», является частью программы подготовки специалистов среднего звена БПОУ ОО «ОКОТСиТ» по специальности 270802 «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений» в соответствии с требованиями ФГОС СПО. Курс лекций адресован студентам очной (заочной) формы обучения. Методическая разработка содержит краткое описание видов свай и технологию их погружения. Раскрывает основные схемы забивки свай, особенности производства свайных работ в зимних условиях и в районах с особыми геофизическими условиями, подсчет объемов работ и потребности в материалах при выполнении свайных работ. © Омский колледж отраслевых технологий строительства и транспорта, 2016 Оглавление
Пояснительная запискаКурс лекций предназначен в помощь обучающимся специальности среднего профессионального образования 270802 – 51 «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений». Он составлен на основе программы по дисциплине «Свайные работы», ПМ 02 МДК 02.01 ТЕМА 2.2 Технология и организация строительных процессов, разработанной в соответствии с Федеральными государственными образовательными стандартами для данной специальности. Дисциплина «Свайные работы» является общепрофессиональной. Для полного и продуктивного изучения данной дисциплины, обучающимся необходима методическая разработка по курсу лекций на тему «Свайные работы». Обучающиеся, при изучении курса раскрывают теоретический материал:
Использование методических указаний позволяет обучающимся при минимальных затратах учебного времени самостоятельно изучить и проанализировать теоретический материал по теме «сварочные работы». Введение Расширение объемов городского строительства, приводит к необходимости освоения территорий со сложными гидрогеологическими условиями, на площадях, крайне ограниченных существующей застройкой и, как следствие, к увеличению удельных нагрузок на основание. Традиционное решение фундаментных конструкций зданий и сооружений в таких условиях — свайные фундаменты. Применение свайных фундаментов имеет многовековую историю, однако широкое использование забивных свай в промышленном и гражданском строительстве началось только в конце XIX в., в связи с появлением и развитием железобетона. Для погружения железобетонных свай были созданы мощные копровые установки. В ходе развития техники свайных работ наряду с ударными методами стали использовать вибрацию, вдавливание и их комбинации. Свайные основания — фундаменты различных зданий, инженерных сооружений — в определенных грунтовых условиях являются более надежными и экономичными, так как они менее чувствительны к изменению состояния грунта и колебаниям уровня грунтовых вод. При сооружении свайных оснований сокращаются объемы и трудоемкость земляных работ, расход материалов. По способу устройства сваи разделяют, на забивные, изготовляемые заранее, и набивные, сооружаемые путем бурения скважин с последующим заполнением их бетоном. В качестве сваебойного оборудования применяют механические, паровоздушные, гидравлические, дизельные молоты и вибропогружатели. Виды свай и способы их погружения в грунт Сваи применяют в слабых грунтах вместо фундаментов. Они как и фундаменты, передают нагрузку от зданий и сооружений на грунт. Сваи подразделяют по целому ряду признаков на несколько групп: по материалу - деревянные, металлические, бетонные и железобетонные, комбинированные, грунтовые; по конструкции - квадратные, трубчатые, прямоугольные и многоугольные, с уширением и без него, цельные и составные, призматические и конические, сплошного сечения и пустотелые, винтовые и сваи-колонны; по способу устройства - забивные, изготовляемые на заводе или на самой площадке и погружаемые в грунт, и набивные, устраиваемые непосредственно в грунте (в заранее пробуренной скважине); по характеру работы (по способу передачи нагрузки на основание) - сваи-стойки, которые передают нагрузку от здания своими концами на скальный или практически несжимаемый грунт, и висячие сваи, передающие нагрузку за счет трения грунта по боковой поверхности сваи; по виду воспринимаемой нагрузки - центральная, вертикально действующая нагрузка, нагрузка с эксцентриситетом, и усилия выдергивания; по виду армирования железобетонных свай - с напрягаемой и ненапрягаемой продольной арматурой, с поперечным армированием и без него. Свайный куст - несколько рядом расположенных свай, совместно воспринимающих общую нагрузку; ростверк - конструкция, объединяющая сверху сваи для их совместной работы. Деревянные сваи изготовляют из древесины сосны, ели, лиственницы, кедра, пихты, дуба. Длина свай 4…12 м, диаметр в тонком конце 18…34 см. В нижнем конце свая заострена на 3…4 грани, острие должно совпадать с осью сваи, отклоненное от оси острие может увести сваю при забивке от проектного положения. При забивке в плотные грунты и предохранения острия от разрушения на него надевают металлический башмак - наконечник, а на верхнюю часть – железное кольцо-бугель, предохраняющий голову сваи от разрушения (размочаливания) при забивке.         Когда требуются длинные сваи (> 12 м), их сплачивают из нескольких бревен - в торец, вполдерева или накладками. Для предохранения свай от гниения их пропитывают антисептиками или погружают так, чтобы вся свая располагалась ниже самого низкого уровня грунтовых вод.Металлические сваи применяют в портовом, мостовом, энергетическом и промышленном строительстве, при возведении высотных сооружений (радиомачт, телебашен). Используют стальные трубы диаметром 25...100 см, рельсы, двутавры, винтовые сваи со специальным наконечником, завинчиваемые в грунт. Сваи-оболочки - металлические трубчатые сваи диаметром 1.2...2 м и более, длиной до 14м, при необходимости их наращивают и соединяют на сварке. Сваи с открытым нижним торцом по мере заглубления заполняют грунтом, который, уплотняясь, увеличивает несущую способность сваи. Сваи-оболочки с закрытым нижним торцом в виде съемного наконечника забивают в грунт. Металлический наконечник всегда остается в грунте, сама свая может быть оставлена и заполнена бетонной смесью для повышения несущей способности или извлечена. В процессе извлечения сваи-оболочки ее полость заполняется бетонной смесью. Стальной шпунт применяют для устройства водонепроницаемых стенок котлованов, подпорных стенок, пирсов, набережных. Для шпунта выпускают специальные профили - плоские, корытообразные, зет-образные длиной до 30м, в отдельных случаях используют обычный стальной прокат. Железобетонные сваи выпускают сечением от 20  20 до 6060см и длиной от 3 до 16 м с обычной и предварительно напряженной арматурой. Предварительное напряжение позволяет сократить расход бетона на 15...20%, металла до 50...60% по сравнению с обычным армированием. Армирование необходимо для транспортирования и забивки свай, для нормальной работы на сжатие достаточно косвенного армирования. Предварительное напряжение при забивке препятствует возникновению деформаций, трещин, стягивает имеющиеся трещины.Полые сваи квадратного и трубчатого сечения длиной 2...6 м применяют в плотных грунтах и малых нагрузках от строящегося сооружения, наружный диаметр может доходить до 80см. Устройство свайных фундаментов является комплексным процессом, включающим на примере метода забивки:
Анализ грунтов, их несущей способности показывает, что для большей части территории России плотные грунты залегают на сравнительно небольшой глубине, что позволяет использовать сваи длиной 3...7м. Технология погружения забивных свай С предприятий стройиндустрии сваи доставляют в готовом для погружения в грунт виде. В зависимости от характеристик грунта существует ряд методов устройства свай, в том числе ударный, вибрационный, вдавливанием, завинчиванием, с использованием подмыва и электроосмоса, а также различными комбинациями этих методов. Ударный метод основан на использовании энергии удара (воздействия ударной нагрузки), под действием которой свая своей нижней заостренной частью внедряется в грунт. По мере погружения она смещает частицы грунта в стороны, частично вниз или наверх. В результате погружения свая вытесняет объем грунта, практически равный объему ее погруженной части. Меньшая часть этого грунта оказывается на дневной поверхности, большая - смешивается с окружающим грунтом и значительно уплотняет грунтовое основание. Зона заметного уплотнения грунта вокруг сваи составляет 2...3 диаметра сваи. Ударную нагрузку на оголовок сваи создают специальные механизмы: паровоздушные молоты, которые приводятся в действие силой сжатого воздуха или пара, непосредственно воздействующих на ударную часть молота; дизель-молоты, работа которых основана на передаче энергии сгорающих газов ударной части молота; вибропогружатели - передача колебательных движений рабочего органа на сваю (использование вибрации); вибромолоты - сочетание вибрации и ударного воздействия на сваю. Вибропогружатели и вибромолоты чаще используют при погружении трубчатых свай-оболочек большого диаметра, при погружении в грунт и извлечении шпунтовых свай. Рабочий цикл молотов всех типов состоит из двух тактов: холостого хода, в течение которого происходит подъем ударной части на определенную высоту, и рабочего хода, в течение которого ударная часть с большой скоростью движется вниз до момента удара по свае. В ряде свайных молотов рабочий ход происходит только под действием массы ударной части, такие молоты называются молотами одиночного действия. В молотах двойного действия в точке максимального подъема ударная часть получает дополнительную энергию, на сваю действуют эта энергия и масса ударной части молота. В процессе работы молота корпус его остается неподвижным на голове погружаемой сваи, ударная часть молота движется внутри корпуса. Энергия сгорания не только поднимает ударную часть молота на предельную высоту, но и воздействует на нее ударом, когда она под действием силы тяжести падает вниз. Подача топлива и его возгорание в зависимости от положения ударной части выполняются автоматически. Дизель-молоты, по сравнению с паровоздушными, отличаются более высокой производительностью, простотой в эксплуатации, автономностью действия и более низкой стоимостью. Автономность обеспечивается путем подъема за счет рабочего хода двухтактного дизельного двигателя. На строительных площадках применяют штанговые и трубчатые дизель-молоты (рис. 1).  Рис. 1. Схемы дизель-молотов, а - штангового; б – трубчатого. 1 - подвижный цилинд; 2 - направляющие штанги; 3 -поршень; 4 - подвижный поршень; 5 - головка; б - неподвижный цилиндр; 7 - опорная часть Ударная часть штанговых дизель-молотов -подвижный цилиндр, открытый снизу и перемещающийся в направляющих штангах. При падении цилиндра на неподвижный поршень в камере сгорания воспламеняется смесь воздуха и топлива. Образовавшиеся в результате сгорания смеси газы подбрасывают цилиндр вверх, после чего происходит новый удар и цикл повторяется. В трубчатых дизель-молотах неподвижный цилиндр, имеющий пяту, является направляющей всей конструкции. Ударная часть - подвижный поршень с головкой. Воспламенение смеси происходит при ударе головки поршня по поверхности сферической впадины цилиндра. Главное преимущество дизель-молота трубчатого типа над штанговым в том, что при одинаковой массе ударной части они обладают значительно большей (в 2...3 раза) энергией удара (рис 2).  Рис 2. Забивной способ погружения сваи Рекомендуется следующее отношение массы ударной части молота к массе сваи: для штанговых молотов 1,25; для трубчатых - 0,5...0,7. Для молотов одиночного действия количество ударов в 1 минуту составляет 45...100, масса ударной части до 2500кг. Аналогично для молотов двойного действия количество ударов в 1 минуту до 300, масса ударной части до 1200кг. В комплект молота входит наголовник, необходимый для закрепления сваи в направляющих сваебойной установки, предохранения головы сваи от разрушения ударами молота и равномерного распределения удара по площади сваи. В этой связи внутренняя полость наголовника должна соответствовать очертанию и размерам головы сваи и жестко на ней быть закрепленной. Для подъема и установки сваи в заданное положение и для забивки свай с обеспечением передачи усилия от молота сваи строго в вертикальном положении применяют специальные устройства -копры (рис.3).  Рис. 3. Сваебойные копровые установки: а - мостовая; б - рельсовая универсальная; в - на базе экскаватора; г-на тракторе; д - на автомобиле; 1 - кабина; 2 - копровая мачта; 3 - мост; 4 - рельсовый путь; 5 - свая; 6 – оголовник с блоками; 7 - ходовая тележка; 8 - поворотная платформа; 9 - молот; 10 - базовая машина; 11 -стрела; 12 - распорка; 13 - гидроцилиндр; 14 - выдвижной механизм; 15 - гидроцилиндр подъема и наклона стрелы; 16 - механизм подъема сваи; 17 - подвижная рама Основная рабочая часть копра - его стрела, вдоль которой устанавливают перед погружением молот, опускают и поднимают его по мере забивки сваи. Наклонные сваи погружают в грунт копрами с наклонной стрелой. Копры бывают на рельсовом ходу (универсальные, металлические копры башенного типа) и самоходные - на базе кранов, тракторов, экскаваторов и автомашин со стрелой длиной 9...18 м. Универсальные копры имеют значительную собственную массу до 20т. Монтаж и демонтаж таких копров, устройство для них подкрановых путей – достаточно трудоемкие процессы, поэтому универсальные копры применяют для забивки свай длиной более 12м при большом объеме свайных работ на объекте. Наиболее распространены в промышленном и гражданском строительстве сваи длиной 6...10м, которые забивают с помощью самоходных сваебойных установок. Такие установки маневренны и имеют механические устройства для подтаскивания и подъема на необходимую высоту сваи, закрепления головы сваи в наголовнике, в вертикальном выравнивании стрелы со сваей перед забивкой. Забивка свай состоит из трех основных повторяющихся операций:
забивка сваи. Центр тяжести свайного молота должен совпадать с направлением забивки сваи. Свайный молот поднимают на высоту, достаточную для установки сваи, с некоторым запасом на ход молота и в таком положении закрепляют. При забивке стальных и железобетонных свай молотами одиночного действия обязательно применение наголовников для смягчения удара и предохранения головы сваи от разрушения. В процесс забивки свай входят установка сваи в проектное положение, надевание наголовника, опускание молота и первые удары по свае с высоты 0,2...0,4м, после погружения сваи на глубину 1м- переход к режиму нормальной забивки. От каждого удара свая погружается на определенную глубину, которая уменьшается по мере заглубления сваи. В дальнейшем наступает момент, когда глубина забивки сваи практически незаметна. Практически свая погружается в грунт на одну и ту же малую величину, называемую отказом. Отказ — глубина погружения- сваи за определенное количество ударов обычного молота одиночного действия или за единицу времени для молотов двойного действия. Величина отказа - среднее от 10 или серии ударов в единицу времени. Залог - серия ударов, выполняемых для замера средней величины отказа: для паровоздушных молотов в залоге 20...30 ударов; для дизель-молотов в залоге 10 ударов; для дизель-молотов двойного действия отказ определяют за 1 мин. забивки. Замеры проводят с точностью до 1мм, забивку прекращают при получении заданного по проекту отказа (расчетного). Если средний отказ в трех последовательных залогах не превышает расчетного, то процесс забивки сваи считается законченным. Если при погружении свая не дошла до проектной отметки, но уже получен заданный отказ, то этот отказ может оказаться ложным, вследствие возможного перенапряжения в грунте от забивки предыдущих свай.      Через 3...4 дня свая может быть погружена до проектной отметки.Погружение свай вибрированием осуществляют с использованием вибрационных механизмов, оказывающих на сваю динамические воз            действия, которые позволяют преодолеть сопротивление трения на боковых поверхностях сваи, лобовое сопротивление грунта, возникающее под острием сваи, и погрузить сваю на проектную глубину (рис. 4.).На скорость погружения и амплитуду колебаний влияют масса вибрирующих частей сваи и вибратора, его эксцентриситет, плотность грунта, участвующего в колебаниях, частота колебаний вибропогружателя. Благодаря вибрации для погружения свай в грунт требуется усилия иногда в десятки раз меньшие, чем при забивке. При этом происходит частичное виброуплотнение грунта, в том числе и под головкой сваи. Зона уплотнения для разных грунтов составляет 1,5...3 диаметра сваи. Для погружения свай в грунт вибрированием используют вибропогружатели, которые подвешивают к мачте сваепогружающей установки и жестко соединяют с наголовником сваи. Действие вибропогружателя основано на принципе, при котором вызываемые дисбалансами вибратора горизонтальные центробежные силы взаимно ликвидируются, в то время как вертикальные силы суммируются. Амплитуда виброколебаний и масса вибросистемы, в которую входят свая, наголовники и вибропогружатель, должны обеспечить вибрацию примыкающим слоям грунта, включение их в эту систему, в результате происходит раздвижка зерен грунта под контуром погруженной части сваи. Способ наиболее приемлем в песчаных грунтах, водонасыщенных мелких и пылеватых грунтах, где скорость погружения может достигать 3,5...7м/мин. Этим методом погружают сплошные и полые железобетонные сваи, сваи-оболочки, металлический шпунт (рис 4).  Рис. 4. Вибропогружение свай: а - сваепогружающая установка; б — вибропогружатель с подрессоренной пригрузкой; в - вибромолот; 1- вибропогружатель; 2 — экскаватор; 3 - свая;4- электродвигатель; 5 - пригрузочные плиты; б - вибратор; 7 - дебалансы; 8 - наголовник; 9 - пружины; 10 - ударная часть с электродвигателем; 11 - боек; 12 — наковальня При глинистых и тяжелых суглинистых грунтах под острием сваи может возникнуть глинистая подушка, которая снижает несущую способность сваи до 40%. Поэтому на заключительной стадии погружения, на последние 15...30см свая погружается в грунт ударным способом. При выборе низкочастотных погружателей (до 420кол/мин), применяемых при погружении тяжелых железобетонных свай и трубчатых свай диаметром 1000 мм и более, необходимо, чтобы момент эксцентриков превышал массу вибросистемы не менее чем в 7 раз для легких грунтов и в 11 раз для средних и тяжелых грунтов. Для погружения легких свай массой до 3т и металлического шпунта в грунты, не оказывающие большого лобового сопротивления под острием сваи, применяют высокочастотные (от 1500кол/мин) вибропогружатели с подрессорной пригрузкой, состоящие из самого вибратора и присоединенного к нему с помощью системы пружин дополнительного пригруза с расположенным на нем электродвигателем. Вибрационный метод наиболее эффективен при несвязных водонасыщенных грунтах. Применение метода для погружения свай в маловлажные плотные грунты возможно лишь при устройстве лидирующих скважин, т. е. при предварительном пробуривании скважин. Более универсальным является виброударный способ погружения свай с помощью вибромолотов. При работе вибромолота наряду с вибрационным воздействием на сваю периодически опускается ударник, оказывая и динамическое воздействие на голову сваи. Наиболее распространены пружинные вибромолоты. В них при вращении валов с дебалансами в противоположных направлениях создаются постоянные колебания. Когда зазор между ударником и наковальней сваи оказывается меньше амплитуды колебаний, ударник периодически ударяет через наковальню по свае. Вибромолоты могут самонастраиваться, т. е. увеличивать энергию удара с повышением сопротивления грунта погружению сваи. Метод вибровдавливания основан на комбинации вибрационного или виброударного воздействия на сваю и статического пригруза. Вибровдавливающая установка состоит из двух рам. На задней раме находятся электрогенератор, работающий от тракторного двигателя и двухбарабанная лебедка, на передней раме размещены направляющая стрела с вибропогружателем и блоки, через которые проходит к вибропогружателю вдавливающий канат от лебедки. В рабочем положении вибропогружатель, расположенный над местом погружения сваи, поднимает сваю и устанавливает ее вместе с закрепленным наголовником на место ее забивки. При включении вибропогружателя и лебедки свая погружается за счет собственной массы, массы вибропогружателя и части массы трактора, передаваемой вдавливающим канатом через вибропогружатель на сваю. Одновременно на сваю действует вибрация, создаваемая низкочастотным погружателем с подрессоренной плитой. Метод вибровдавливания не требует устройства путей для передвижки рабочего агрегата, исключает повреждение и разрушение свай. Особенно эффективен при погружении свай длиной до 6м. Погружение свай вдавливанием применяют для коротких свай сплошного и трубчатого сечения (3...5м). Статическое вдавливание осуществляется в такой последовательности: сваю устанавливают в вертикальное положение в направляющей стреле агрегата. Далее на голову сваи опускают и закрепляют оголовник, передающий давление от базовой машины (трактора, экскаватора) через систему блоков и полиспастов непосредственно на сваю, которая благодаря этому давлению постепенно погружается в грунт. После достижения сваей проектной отметки погружение прекращают, снимают наголовник, агрегат переезжает на новую позицию. Применимо статическое вдавливание с использованием одновременно задействованных двух механизмом (рис. 5).  Рис. 5 Схема погружения сваи статическим вдавливанием: 1 - лебедка и тяговый канат для опускания опорной плиты и подъема наголовника; 2 – растяжки стрелы; 3 - блоки; 4 - рама стрелы; 5 - наголовник с блоками; 6 - вдавливающий канат; 7 -вдавливающая лебедка; 8 - опорная плита; 9 - отводной блок вдавливающего каната; 10 - свая;11 - рама; 12 – трактор Погружение свай завинчиванием основано на завинчивании стальных и железобетонных свай со стальным наконечником с помощью мобильных установок, смонтированных на базе автомобилей или других самоходных средств. Метод применяют чаще всего при устройстве фундаментов под мачты линий электропередачи, радиосвязи и других сооружений, где в достаточной мере могут быть использованы несущая способность винтовых свай и их сопротивление выдергиванию (рис. 6). Установка для завинчивания состоит из рабочего органа, приводов вращения и наклона рабочего органа, гидросистемы, пульта управления, четырех гидравлических выносных опор и вспомога-тельного оборудования. Рабочий орган кабестан - механизм, состоящий из двух пар захватов и электродвигателя. Захваты обжимают сваю и передают ей вращение от электродвигателя. В зависимости от назначения (передачи нагрузки на большую площадь или заглубления в плотные грунты) винтовые лопасти наконечников могут иметь в диаметре до 3м, минимальный диаметр лопастей составляет 30см; длина свай может превышать 20м. Конструкция рабочего органа позволяет выполнять следующие операции: втягивать винтовую сваю внутрь трубы рабочего органа (предварительно на сваю надевают инвентарную металлическую оболочку), обеспечивать заданный угол погружения сваи в пределах 0...45 от вертикали, погружать сваю в грунт путем вращения с одновременным использованием осевого усилия. Это усилие при необходимости можно использовать при вывертывании сваи из грунта. Вращение рабочего органа осуществляют от коробки отбора мощности через соответствующие редукторы (рис 6).  Рис. 6 Схема процесса завинчивания свай: 1 - конструкция наконечника при погружении в слабые грунты; б — то же, в плотные грунты; в схема погружения сваи; 1 - редуктор наклона рабочего органа; 2 - рабочий орган (кабестан); 3 -свая; 4 - наконечник сваи; 5 - выносные опоры Рабочие операции при погружении сваи методом завинчивания аналогичны операциям, выполняемым при погружении свай методами забивки или вибропогружения. Только вместо установки и снятия наголовника при этом методе одевают и снимают металлическую оболочку. После завинчивания винтовой сваи (диаметр труб достигает 1м), ее внутренняя полость заполняется бетоном. Скорость погружения винтовых свай зависит от диаметра лопасти и характеристик грунта и находится в пределах 0,2...0,6м/мин. Достоинства винтовых свай в их высокой несущей способности, возможности плавного погружения в грунт, восприятии отрицательных усилий. |
Похожие:
 | Севастьянова Г. К., Карнаухова Т. М. Общая химия: Курс лекций. – Тюмень: Тюмгнгу, 2005. – 210 с | | Курс лекций разработан в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Основы архивного дела» для специальности 034702 «Документационное... |
| Курс лекций по дисциплине «Технология обработки конструкционных материалов» составлен для студентов заочного отделения |  | Разработчик чубыкина М. М., преподаватель информатики Ульяновского авиационного колледжа |
| Сердюкова И. Д. Финансы и управление ими: Конспект лекций. Брянск: Издательство бгпу, 2000. 497 с | | Объем дисциплины «Английский язык в профессиональной сфере» и виды учебной работы |
| Методическая разработка предназначена для самостоятельной работы студентов на практическом занятии по теме «Описание физических свойств... | | Методическая разработка предназначена для самостоятельной работы студентов на практическом занятии по теме «Описание физических свойств... |
| | Курс лекций для слушателей курсов повышения квалификации сотрудников Федеральной регистрационной службы1 |