УДАРНЫЙ МЕТОД

Ударный метод погружения свай основан на забивке свай моло­тами—Механическими, паровоздушными одиночного и двойного действия и дизель-молотами, которые работают с копрами или мо­бильными копровыми (сваебойными) установками, обеспечивающи­ми направленное движение сваи и молота и механизацию вспомо­гательных операций.
Этим методом можно погружать различные железобетонные сваи (сплошные, трубчатые, крестообразные), а также деревянные сваи, деревянный и стальной шпунты.
Процесс забивки сваи состоит из следующих операций: пере­мещения (переезда) сваебойной установки к месту погружения очередной сваи; установки и выверки, подтаскивания, подъема сваи и установки ее в плане в проектное положение; забивки сваи; измерения погружения сваи; динамического ее испытания.
Трудоемкость и продолжительность перемещения, установки и выверки сваебойной установки зависят от ее конструкции. Универ­сальные металлические копры башенного типа, установленные на платформах-тележках, передвигаются на колесах по рельсам, име­ют большую грузоподъемность (учитываются масса сваи и молота) и значительную собственную массу (вместе с лебедкой — до 20 т). Монтаж и демонтаж этих копров и устройство для них рельсовых путей — весьма трудоемкие процессы. Поэтому их применяют для забивки свай длиной более 12 м при большом объеме свайных работ на объекте.

Ударный метод погружения свай основан на забивке свай моло­тами—Механическими, паровоздушными одиночного и двойного действия и дизель-молотами, которые работают с копрами или мо­бильными копровыми (сваебойными) установками, обеспечивающи­ми направленное движение сваи и молота и механизацию вспомо­гательных операций.
Этим методом можно погружать различные железобетонные сваи (сплошные, трубчатые, крестообразные), а также деревянные сваи, деревянный и стальной шпунты.
Процесс забивки сваи состоит из следующих операций: пере­мещения (переезда) сваебойной установки к месту погружения очередной сваи; установки и выверки, подтаскивания, подъема сваи и установки ее в плане в проектное положение; забивки сваи; измерения погружения сваи; динамического ее испытания.
Трудоемкость и продолжительность перемещения, установки и выверки сваебойной установки зависят от ее конструкции. Универ­сальные металлические копры башенного типа, установленные на платформах-тележках, передвигаются на колесах по рельсам, име­ют большую грузоподъемность (учитываются масса сваи и молота) и значительную собственную массу (вместе с лебедкой — до 20 т). Монтаж и демонтаж этих копров и устройство для них рельсовых путей — весьма трудоемкие процессы. Поэтому их применяют для забивки свай длиной более 12 м при большом объеме свайных работ на объекте.
Наиболее распространены в промышленном и гражданском строительстве сваи длиной 6… 10 м, их забивают с по­мощью самоходных сваебойных установок (рис. VIII.1), изго­товленных на базе кранов, тракторов, автомобилей и экскаваторов. Эти сваебойные установки маневренны и имеют механизмы для выравнивания стрелы, что упрощает их установку и выверку.
Подтаскивание и подъем железобетонной сваи — тоже трудоем­кие операции. При забивке длинных свай универсальным копром рекомендуется включать в комплект механизмов автомобильный кран, который поддерживает сваю за нижнюю скобу, постепенно приближаясь к копру. В это же время голова сваи поднимается за верхнюю петлю подъемным устройством, имеющимся на копре. При отсутствии автокрана сваю подают и поднимают с помощью двух вагонеток и специального подъемного приспособления. При таком решении трудоемкость этих операций существенно возраста­ет и, кроме того, сваи часто повреждаются.
Современные сваебойные установки имеют специальные устрой­ства, механизирующие процесс подтаскивания и подъема свай, а также установку головы сваи в наголовнике. Так, копровая установ­ка, показанная на рис. VIII.2, имеет выбросную стрелу, вылет ко­торой изменяется с помощью гидравлического устройства. Сваи небольшой длины (6…8 м) можно подтаскивать таким образом, чтобы их острие скользило по грунту.
Эффективность операции забивки свай и основном зависит от типа свайного молота и прежде всего от правильного определения соотношения между его массой и массой сваи, а также от соответст­вия Системы молота виду грунта и воздействия его на голову сваи.
Механические (подвесные) молоты из-за низкой производитель­ности (10…15 ударов в 1 мин) применяют лишь при небольших объемах свайных работ.
Масса ударной части свободно падающего молота при забивке сваи длиной 12 м в плотные грунты должна равняться 1,5 массы сваи с наголовником, а при забивке в грунты средней плотности — 1,25 этой массы.

Сваебойные установки

 
VIII.1. Сваебойные установки
а — на базе трактора; 1 — трактор; 2 — гидромультипликаторы для подъема моло­та и сваи; 3 — гидравлические раскосы;

Схема подтаскивания сваи сваебойной установкой

 
VIII.2.  Схема    подтаскивания      сваи сваебойной установкой
1 — забивная  свая; 2 — штабель свай; 3 — стрела— мачта; 5 — головка с блоками; 6 —Т — стрелка заводки сваи под молот; 8 — свая;   9 — рама;    10 — нижний   отводной блок; б — на базе автомобиля; 1 — опо­ры мачты (для транспортного положения); 2 — автомобиль; 3 — гидромультиплика-
торы для подъема молота и сваи; 4 — гидроцилиндры подъема   молота и   сваи; 5— гидроцилиндры наклона мачты; 6 —гидроцилиидр  выдвижения   стрелы;  7  — гидроцилиндр  перемещения  мачты;  8 —мачта; 9 — головка с блоками; 10 — мо­лот; 11 — рама; 12 — свая; 13 — вынос­ные опоры; в — на базе экскаватора; 1 — полиспаст; 2 — канал молота; 3 — свай­ный  канат;  4 —  стреловой канат;  5  — головка с блоками; 6 — молот; 7 — наго­ловник; 8 — мачта; 9 — свая; 10 — стре­ла    экскаватора;  11 — телескопическая распорка

Паровоздушные молоты бывают одиночного и двойного дейст­вия.
Молоты одиночного действия имеют массу ударной части 1,25… 6 т, число ударов в 1 мин у большинства моделей этих молотов не превышает 30.
Паровоздушные молоты двойного действия выпускают различных марок, отличающихся между собой по конструкции. У боль­шинства паровоздушных молотов двойного действия ударной ча­стью является поршень. Молот двойного действия может делать более 200 ударов в 1 мин. Число ударов можно регулировать авто­матически. С помощью молотов двойного действия сваи забивают в вертикальном и наклонном положении в грунты различной плот­ности.
Масса ударной части паровоздушных молотов двойного дейст­вия составляет 15…25% общей массы молота, а масса ударной ча­сти молотов одиночного действия — 65…76%;
Широко применяемые дизель-молоты по сравнению с паровоз­душными молотамд отличаются более высокой  производитель­ностью, простотой в эксплуатации, автономностью действия и более низкой стоимостью. Автономность дизель-молотов обеспечивается путем подъема ударной части за счет рабочего хода двухтактного двигателя, составляющего основу дизель-молота.
На стройках применяют штанговые и трубчатые дизель-молоты. Ударная часть штанговых дизель-молотов (рис. VIII.3,а)—подвиж­ный цилиндр, открытый снизу и перемещающийся в направляющих штангах. При падении цилиндра на неподвижный поршень в камере сгорания воспламеняется смесь воздуха и топлива. Образующаяся в результате сгорания смеси энергия подбрасывает цилиндр вверх, после чего происходит новый удар и цикл повторяется. Топливо поступает в форсунку камеры сгорания по трубке, проходящей в блоке поршня, с помощью насоса высокого давления, который при­водится в действие подвижным цилиндром.
В трубчатых дизель-молотах (рис. VIII. 3,6) неподвижный ци­линдр, имеющий шабот (пяту), является направляющей конструк­цией. Ударная часть молота — подвижный поршень с головкой. Распыление топлива и воспламенение смеси происходят при ударе головки поршня по поверхности сферической впадины цилиндра, куда топливо подает насос низкого давления, который по существу лишь дозирует поступление смеси.
Число ударов в 1 мин у штанговых дизелымолотов 50…60, у трубчатых — 47…55.
Главное преимущество дизель-молота трубчатого типа по срав­нению со штанговыми дизель-молотами состоит в том, что при оди­наковой массе ударной части они обладают значительно большей (в 2…3 раза) энергией удара. Так, для забивки свай длиной 8…10 м рекомендуется принимать следующее отношение массы ударной части молота к массе сваи: 1,25 при штанговых и 0,7…0,5 при трубчатых дизель-молотах.
Зимой штанговые дизель-молоты работают более эффективно, чем трубчатые молоты. Их можно запустить при температуре —30°С, а для надежного запуска трубчатого дизель-молота уже при температуре до —20°С нужно применять специальные присадки к топливу и предварительно подогревать молот в течение 20…30 мин. В процессе забивки свай в этих условиях штанговые дизель-молоты работают также более устойчиво.

Схемы дизель-молота

 
VIII.3. Схемы дизель-молота
а — штангового;   б — трубчатого;   1 — подвижный цилиндр;    2 — направляющие штаиги;    3 — пор­шень; 4 — подвижный поршень; 5 — головка; 5 — неподвижный цилиндр; 7 — шабот

Схема наголовника с поворотной рамкой

 
VIII.4. Схема наголовника с поворотной рамкой
1—наголовник;   2 — серьга;   3 — цапфа;   4 — по­воротная   рамка;   5 — штифт;   6 — планка;    7 — свая;  в — петля;  9 — карабин;  10 — стальной  канат

Схема автоматического суммирующего отказомера

 
VIII.5. Схема автоматического суммирующего отказомера
1 — свая; 2 — хомут; 3 — шарнир; 4 — храповая линейка; 5 — направляющая; 6 — указатель упру­гого отказа; 7 — мерная линейка для измерения упругого отказа; 8 — хомут опоры; 9 — подклад­ка; 10 — опора; 11 — шарнир; 12 — указатель ос­таточного отказа; 13 — мерная линейка для из-мереиия остаточного отказа; 14 — направляющая
 
Несмотря на ряд достоинств, при­менять дизель-молоты в ряде слу­чаев нецелесообразно, например при забивке свай в мягкие податливые грунты и грунты с сильносжимае­мыми прослойками, когда из-за не­достаточной жесткости основания трудно привести в действие дизель-молот, поскольку ударная часть поднимается на недостаточную вы­соту и требуемого сжатия в камере сгорания не происходит. Дизель-мо­лотами нельзя забивать сваи под водой.
При выборе типа молота (в зави­симости от массы свай и вида грун­тов) необходимо учитывать коэффи­циенты применимости К.
K = (Q + q)/W,    (VIII. 1)
где Q — масса молота, кг; q — масса сваи с наголовником, кг; W — энергия удара по паспорту.
Значения К колеблются от 2 до 6 (в зависимости от материала сваи и типа молота). Для забивки желе­зобетонных свай с помощью подвес­ных молотов К—3, с помощью оди­ночного действия и штанговых ди­зель-молотов К=5, молтов двойно­го действия и трубчатых дизель-мо­лотов К=6.
Наголовники необходимы для закрепления сваи в направляю­щих сваебойной установки, предохранения головы сваи от разру­шения ударами молота и равномерного распределения удара по площади сваи. При забивке свай подвесными и паровоздушными молотами применяют металлические сварные и литые наголовни­ки в виде опрокинутых коробок, имеющих внутри  амортизацион­ную    прокладку,    выполненную   из   досок    твердых    пород древесины или полимерных материалов.
Внутренняя полость наголовника должна соответствовать очер­танию и размерам головы сваи. Обычно наголовник подвешива­ют к молоту за ушки и вместе с ним поднимают и опускают на сваю. Наголовники дизель-молотов с поворотной рамкой (рис. VIII.4) позволяют при опущенном молоте заводить во внутрен­нюю полость головку сваи, лежащей на грунте, что несколько сокращает продолжительность подъема сваи. Применение наго­ловников сокращает продолжительность установки сваи.
Забивку сваи начинают с медленного опускания молота на наголовник после установки сваи на грунт и ее выверки. Под действием массы молота свая погружается в грунт. Чтобы обес­печить правильное направление сваи, первые удары производят с небольшой высоты подъема молота (как правило, не более 0,4…0,5 м). В начале погружения необходимо отсчитывать число ударов на каждый метр погружения сваи, отмечая при этом среднюю высоту падения ударной части подвесного молота оди­ночного действия. При использовании молотов и дизель-молотов замеряют время действия молота, расходуемое на каждый метр погружения сваи, число ударов в мин, а молотов двойного дей­ствия—давление пара (воздуха). В начале забивки необходимо внимательно наблюдать за правильностью погружения сваи в плане и по вертикали или по заданному углу наклона (при за­бивке наклонных свай).
В конце забивки с помощью подвесных молотов и паровоз­душных молотов одиночного действия, когда острие сваи погру­жено приблизительно до проектной отметки или получен проект­ный отказ, забивку производят «залогами» по 10 ударов в каж­дом. При забивке свай молотами двойного действия и дизель-молотами считать удары (из-за их большой частоты) практичес­ки невозможно. В этих случаях за отказ принимают величину погружения сваи за 1 мин. Отказы измеряют с погрешностью не более 1 мм.
Сваи, не давшие контрольного отказа после перерыва продол­жительностью 3…4 дня, подвергают контрольной добивке. Если глубина погружения сваи не достигла 85% проектной, а на про­тяжении трех последовательных залогов получен расчетный от­каз, необходимо выяснить причины этого явления и согласовать с проектной организацией порядок дальнейшего ведения свайных работ.
Динамические испытания свай проводят для определения их несущей способности. Более точным, но в то же время более
дорогим и трудоемким является способ статических нагрузок, требующий к тому же проведения длительных испытаний. При  динамическом способе определяют несущую способность сваи в зависимости от энергии удара свайного погружателя при ее за­бивке. Отказы при этом способе устанавливают с помощью отка-зомеров, которые можно ставить на грунт или подвешивать на сваю. Показанный на рис. VIII.5 полуавтоматический суммирую­щий отказомер хомутом крепят к свае. Он состоит из храповой линейки, вдоль которой перемещают указатели отказов. При по­гружении сваи в грунт один из указателей движется вниз и по­казывает на мерной линейке суммарное значение остаточного отказа. При некотором обратном движении сваи за счет упругой реакции грунта второй указатель перемещается вверх и показы­вает на мерной линейке суммарное значение упругого отказа.
Измерения, производимые при погружении сваи, и динамиче­ские испытания являются вспомогательными операциями.
Основная операция (забивка) продолжается 10 мин, а 15 мин (60% общей продолжительности цикла) затрачивается на вспомо­гательные операции. При несамоходных копрах и производстве свайных работ в зимних условиях вспомогательные операции за­нимают 70…80% времени, расходуемого на погружение сваи. Та­ким образом, становится очевидным, что механизация и авто­матизация вспомогательных работ имеют не меньшее значение, чем механизация и автоматизация основных процессов.
В системах, автматизирующих процесс забивки свай, осуще­ствляется автоматизация основных операций (запуск дизель-мо­лота, выключение его при достижении острием сваи проектной отметки) и таких вспомогательных операций, как учет числа ударов, запись на ленте самописца характеристики погружения сваи и др.