Доклад на тему инновационные технологии в погружении свай для мостов

Обновлено: 25.01.2025

Как строят опоры для мостов под водой

Задумывались ли вы когда-нибудь как строят бетонные опоры для будущих мостов прямо под водой?

Любое строительство моста начинается с комплексного геодезического исследования. Инженеры стараются выбирать наиболее узкое место реки или искусственно сокращают расстояние между берегами с помощью насыпи, когда это возможно.

После создания таких насыпей, для беспрепятственного протока воды строителям иногда приходится прибегать к углублению русла реки с помощью земснарядов. Также для возведения опор стараются использовать отмели, которые дополнительно отсыпают грунтом, создавая искусственные острова.

Концевые опоры мостов возводят непосредственно с берегов рек, используя для этого часть суши. А как построить мост, если опоры нужно возвести прямо посреди глубоководной реки?

Первый способ – осушить место возведения опор с помощью изменения русла реки. Временное русло в зоне строительства опор прокапывают земснарядами и пускают течение реки в обход.

Второй способ – вбить сваи для опор с борта специального понтона или судна.

Для этого в зоне возведения сначала создают водонепроницаемый каркас из специальных шпунтованных листов Ларсена. Профиль этих листов представляет собой жёлоб c закруглёнными краями боковых стенок и в стыках образует сплошную стену, которая герметизирует внутреннюю полость. Затем такой каркас усиливают изнутри, после чего из конструкции откачивают воду и вбивают сваи по контуру.

Впоследствии конструкция заливается бетоном, образуя монолитную глыбу, а уже затем сверху возводятся железобетонные опоры.

И наконец, третий способ – возведение опор с помощью закрытых (подводных) кессонов. Такой способ устройства оснований называют также пневматическим.

Закрытый кессон — устройство для образования рабочей камеры без воды.

В кессонах имеются специальные шлюзы, через которые извлекается грунт и вводятся материалы для бетонирования опор. Подкапывая дно под краями кессона изнутри, строители постепенно углубляют конструкцию до достижения твердого слоя, который может служить надежной подошвой для будущего сооружения.

Инновационная технология устройства набивных свай, изготавливаемых в грунте методом вдавливания Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Чесноков Георгий Владимирович, Шишкин Владимир Яковлевич, Петрушкин Игорь Сергеевич

В статье приводятся результаты сравнения различных технологий имеющих наибольшую распространенность при проектировании и строительстве свайных оснований в условиях плотной городской застройки, с новой инновационной технологией устройства набивных свай методом вдавливания . Автором подробно описаны самые распространенные технологии применяемые в настоящее время при устройстве свайных оснований, при строительстве зданий и сооружений различного назначения, определены основные минусы и плюсы применяемых технологий. По разработанным автором эскизам производится описание и ознакомление читателя с новой инновационной технологией устройства набивных свай методом вдавливания на объекте строительства, при этом автор постарался максимально подробно описать как технологию производства работ, так и необходимое оборудование и механизмы для выполнения приведенных технологий. В статье подробно изложена технология производства работ по устройству набивных бетонных, железобетонных и/или армобетонных свай, изготавливаемых методом вдавливания на объектах строительства. На основе имеющегося опыта и сравнительного анализа определены коэффициенты условий работы и надежности при назначении усилия вдавливания штампа в грунт. Так же авторами приведен пример возможного дальнейшего развития технологии устройства свай методом вдавливания с использованием штатных устройств измерения и контроля, с возможностью создания автоматического и/или полуавтоматического оборудования по устройству свайных оснований по технологии вдавливания .

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Innovative technology of cast-in-place piles produced in the ground by indentation method

The article presents the results of comparison of different technologies that are mainly common in designing and construction of pile foundations in restrained urban conditions with a new innovative technology of installation of composite piles by jacking method. The author describes the most common technologies currently used for installation of pile substructures, for civil engineering of different application in detail. The main advantages and disadvantages are defined. Rough plans designed by the author give insight into a new innovative technology of composite pile installation by pile pressing on the construction project, here with author tried to describe both technology of work execution and mechanisms for accomplishment of technologies in detail. This paper presents the standard operating procedure of installation of cast-in-place cement, concrete and/or fibercrete piles that are made by pile pressing on the construction projects. In terms of experience and comparative analysis the coefficients of working conditions and safety under appropriation of pressing-in forcing into the ground are defined. Also the author provides the example of possible further development of the technology by pile pressing with the aid of operational measuring and control devices with an opportunity of creation of automatic and/or semiautomatic equipment for installation of pressing-in forcing into the ground.

Текст научной работы на тему «Инновационная технология устройства набивных свай, изготавливаемых в грунте методом вдавливания»

Чесноков Георгий Владимирович

Шишкин Владимир Яковлевич

АО «НИИграфит», Россия, Москва Руководитель проекта

Почетный строитель, ведущий научный сотрудник, кандидат технических наук Эксперт по ПОС, аттестованный в Минрегионразвития

Петрушкин Игорь Сергеевич2

АО «НИИграфит», Россия, Москва

Инновационная технология устройства набивных свай, изготавливаемых в грунте методом вдавливания

Аннотация. В статье приводятся результаты сравнения различных технологий имеющих наибольшую распространенность при проектировании и строительстве свайных оснований в условиях плотной городской застройки, с новой инновационной технологией устройства набивных свай методом вдавливания. Автором подробно описаны самые распространенные технологии применяемые в настоящее время при устройстве свайных оснований, при строительстве зданий и сооружений различного назначения, определены основные минусы и плюсы применяемых технологий. По разработанным автором эскизам производится описание и ознакомление читателя с новой инновационной технологией устройства набивных свай методом вдавливания на объекте строительства, при этом автор постарался максимально подробно описать как технологию производства работ, так и необходимое оборудование и механизмы для выполнения приведенных технологий.

В статье подробно изложена технология производства работ по устройству набивных бетонных, железобетонных и/или армобетонных свай, изготавливаемых методом вдавливания на объектах строительства.

1 111524, Россия, Москва, ул. Электродная, 2, АО «НИИграфиг»

На основе имеющегося опыта и сравнительного анализа определены коэффициенты условий работы и надежности при назначении усилия вдавливания штампа в грунт.

Так же авторами приведен пример возможного дальнейшего развития технологии устройства свай методом вдавливания с использованием штатных устройств измерения и контроля, с возможностью создания автоматического и/или полуавтоматического оборудования по устройству свайных оснований по технологии вдавливания.

Ключевые слова: погружение свай; вдавливание; набивная свая; инновация; непрерывный полый шнек; вдавливание свай; забивная свая; несущая способность сваи; железобетонная свая

Одной из самых массовых и популярных технологий устройства свайных оснований является технология забивки свай. Существует целый модельный ряд штанговых и трубчатых дизель-молотов. Однако в зависимости от грунтовых условий на некоторых площадках строительства необходимо производить лидерное бурение находящихся на глубине прослоек или линз прочного грунта, для обеспечения погружения сваи на проектную отметку. Технология забивки свай продолжает развиваться и на смену дизель молотам пришли гидромолоты. Однако, в местах плотной городской застройки использование технологии забивки свай запрещено из-за негативного динамического воздействия на существующие здания и сооружения. [1, 2, 3]

Такие ограничения и наличие спроса на строительство в черте плотной городской застройки, послужили толчком развития двух основных, технологий при устройстве свайных оснований.

Погружение железобетонных свай методом вдавливания в соответствии [4]. То есть, те же самые сваи, которые использовали при забивке теперь стали погружать методом вдавливания.

Существует два типа сваевдавливающих установок (СВУ) которые различаются по конструкции и способу погружения железобетонной сваи:

• приложением нагрузки на оголовок сваи (сверху) установками с системами полиспастов (рис. 1), при этом создают максимальное усилие вдавливания до 80 тс.

• захват сваи по бокам и вдавливание, при помощи зажимной коробки циклического действия, которые могут развивать усилие вдавливания от 120 до1000 тс. Такие установки оснащаются краном-манипулятором и монтируются на платформе шагающего типа (рис. 2).

Рисунок 1. СВУ НИИОСП Рисунок 2. СВУ шагающего типа

pr/svu/113.htm] [фото авторов]

Так как производительность и усилие вдавливания второго типа СВУ шагающего типа в несколько раз больше, то постепенно установки с системами полиспастов полностью уйдут с рынка (рис. 1).

Вторая технология. Буровые железобетонные сваи изготавливаемые на площадке строительства при помощи полого шнека, технология CFA или непрерывный полый шнек.

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

На проектную глубину производят бурение полым шнеком необходимого диаметра, после чего бетононасосом прокачивают бетонную смесь через полый шнек к острию скважины. Далее с одновременным извлечением шнека производят заполнение скважины бетонной смесью. После полного заполнения скважины бетоном опускают или под собственным весом или при помощи вибратора арматурный каркас. После набора прочности бетоном свая готова.

Что касается первой технологии (вдавливание), то каких то, особых нареканий нет, если не считать большие габариты установки 9х12 м, единственный негативный момент заключается в погружении свай большой глубины (составных свай). При погружении составных свай производители работ вынуждены тратить от 30-50 минут на выполнение стыка свай через накладки и последующей антикоррозийной обработкой. Так же при анализе технологии была определена еще одна операция, которая увеличивала время цикла погружения сваи. Это операция додавливания сваи ниже границы движения зажимной коробки. Так как конструкция свае вдавливающей установки (далее СВУ) устроена таким образом, что зажимная коробка не может опустится ниже, чем на 1500 мм от поверхности земли, то конец сваи остается «торчать» из земли и не дает СВУ отъехать в сторону, так как свая находится внутри зажимной коробки. Для додавливания сваи в грунт необходимо использование стального додавливателя (стальной додавливатель принят исключительно из соображений долговечности, потому как железобетонный обычно выходит из строя после 30 или 60 использований), которым сваю додавливают в грунт и СВУ спокойно перемещается к новому месту погружения сваи [5], [6], [7].

В результате проделанного анализа можем подвести итог:

1. При погружении составных свай наблюдается технологический простой СВУ на время устройства стыка сваи и гидроизоляции стыка.

2. Присутствует операция (додавливание), влияющая на увеличение времени цикла устройства свай (многодельность).

3. Ограничение применяемых свай, размерный ряд выпускаемый на заводах изготовителях имеет следующие параметры от 300x300 до 400x400 мм.

4. Ограничение по несущей способности сваи (не более 200 тн), при этом СВУ может создавать усилие вдавливания (в зависимости от модели) до 1000 тс.

Так же и в технологии непрерывного полого шнека имеются ряд негативных моментов:

1. В процессе бурения происходит разуплотнение грунта (пониженная несущая способность сваи).

2. Возможно перебуривание грунта (в процессе бурения производится вынос на поверхность лишнего объема грунта с боковой поверхности и далее перерасход бетона при бетонировании или дополнительные осадки грунта).

3. Возможно перемешивание бетона с грунтом в процессе формирования тела сваи (влияет на качество сваи, т.е. на безопасную эксплуатацию).

4. Перерасход бетона в процессе формирования сваи (удорожание строительства).

Анализируя две выше перечисленные технологии, учитывая минусы, а так же преимущества технологий, были сформулированы основные задачи которые необходимо решить в разработке новой инновационной технологии устройства свайных оснований.

Прототипом технологии является устройство свай в выштампованных вытрамбованных скважинах [1], [3] и «опыт уплотнения грунтов щебеночными сваями» на Центральном Детском Мире на Лубянской площади в г. Москве, представленный в статье [8].

Отделом строительных проектов АО «НИИграфит» ГК Росатом было найдено решение, объединяющее в себе ряд передовых технологий, и предложено применение комбинированной технологии для устройства свайных оснований. Технология устройства Набивных Свай Вдавливания (НСВ - технология).

Новая инновационная технология устройства набивных свай методом вдавливания.

Рисунок 4. Состав оборудования для НСВ технологии: 1 - СВУ шагающего типа; 2 - штамп;

3 - бетононасос; 4 - автобетоносмеситель

В соответствии с [4] п. 6.1 указанные сваи определены как - набивные бетонные и железобетонные, устраиваемые в грунте путем укладки бетонной смеси в скважины, образованные в результате принудительного вытеснения — отжатия грунта.

Основное оборудование, машины и инструмент необходимые для выполнения работ по технологии НСВ представлено на рис. 4.

Суть технологии заключается в следующем:

При помощи мощных СВУ с усилием вдавливания от 120 тс до 1000 тс, на проектную отметку без бурения (уплотняя тем самым грунт в радиальном направлении) погружается методом вдавливания штамп (рис. 5 а; б), имеющий достаточную жесткость и прочность. Штамп снабжен подвижной бетонолитной трубой (рис. 5).

Проектная а) б) а) г) д) а) ж)

Рисунок 5. (разработан авторами)

Процесс формирования сваи по технологии НСВ:

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

а) погружение штампа методом вдавливания (клапан закрыт);

б) погружение штампа до проектной отметки (клапан открывается);

в) извлечение штампа с одновременной подачей бетона под давлением (клапан открыт);

г) клапан закрывается и происходит вдавливание штампа по свежеуложенному бетону (обратных ход), в результате чего подвижная бетонная смесь деформируется, стремясь под действием нагрузки из формы цилиндра перейти в форму шара тем самым создается уширение у острия сваи;

д) клапан открыт происходит подача бетона с одновременным извлечением штампа (формируется тело сваи);

е) армирование ствола сваи, путем погружения армокаркаса в свежеуложенную бетонную [9] смесь;

ж) готовая свая, выполненная по технологии НСВ с уширением.

Примечание. При устройстве сваи по технологии НСВ без уширения отсутствуют операция г), то есть после вдавливания штампа на проектную отметку открывается клапан и при одновременном извлечении штампа происходит заполнение скважины бетонной смесью на всю высоту.

На проектной отметке клапан бетонолитной трубы, у острия штампа открывают и подают бетонную смесь при помощи бетононасоса под избыточным давлением, заполнение скважины производят с одновременным извлечением штампа (рис. 5 в).

Объем грунта равный объему набивной сваи, вытесняется в радиальном направлении и в основание сваи, при этом происходит уплотнение грунта и, обеспечивается дополнительная несущая способность сваи по грунту.

После извлечения штампа на поверхность грунта в образованную скважину, заполненную бетонной смесью, опускают арматурный каркас или стальную трубу (возможно применение композитных армирующих изделий). При этом погружение армирующего элемента может осуществляться как под собственным весом, так и при помощи вибратора (рис. 5 е).

В результате на выходе имеем готовую набивную железобетонную (армобетонную или бетонную) сваю, выполненную по технологии НСВ (рис. 5 ж).

Конструкция штампа для устройства свай по технологии НСВ.

Вся суть технологии заключается в возможности вдавить в грунт с необходимым усилием на необходимую глубину специальной конструкции штамп (рис. 6). Конструкция штампа состоит из трех труб:

• наружная - толстостенная стальная труба необходимого диаметра. Формирует геометрию тела сваи.

• средняя - необходима для создания пространственной жесткости штампа путем заполнения пространства бетонной смесью между наружной и средней трубами и обеспечивает вертикальное перемещение бетонолитной трубы внутри себя.

• бетонолитная труба, перемещается внутри средней трубы при помощи цилиндров, либо под собственным весом. В нижнем положении бетонолитной трубы клапан открыт и возможно производить подачу бетонной смеси через отверстия клапана. В верхнем положении бетонолитной трубы клапан закрыт и можно осуществлять процесс погружения штампа в грунт.

Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 8, №4 (июль - август 2016)

НСВ - технология дает производителям огромный спектр усовершенствований, направленный на увеличение качества выполняемых работ, повышение производительности и снижение конечной стоимости объекта строительства.

Все современные буровые установки оснащены автоматизированными системами контроля времени, глубины, давления, развиваемое в гидросистеме во время бурения. Методы автоматического контроля качества свай базируются на измерении объема и давления закачки цементного раствора или бетонной смеси. Стандартные автоматизированные системы современных насосов позволяют измерять время, глубину, объем и давление закачки цементного раствора или бетонной смеси во время подачи в скважину. В процессе выполнения работ по устройству свай на экраны мониторов выводятся указанные параметры и графики, наглядно отражающие состояние технологического процесса в режиме реального времени. Все это позволяет операторам буровой установки и насоса вносить изменения в технологию бурения и подачи раствора или бетона. Кроме того, указанные параметры и графики остаются в памяти программного обеспечения бурового комплекса и, соответственно, на каждую сваю оформляется паспорт в электронном виде. При дополнительном оснащении устройствами беспроводной связи вся информация попадает в компьютер производителя работ и контролирующего его технического надзора.

Увеличение качества работ связано с наличием необходимых датчиков измерения различных параметров, таких как:

• усилие вдавливания на различных глубинах, а так же на отметке острия сваи (в том числе на отметке верха уширения в случае необходимости придать НСВ дополнительную несущую способность рис. 2 г);

• расход бетона в процессе формирования НСВ (при этом программа смоделирует профиль сваи в зависимости от глубины погружения и расхода бетонной смеси).

Повышение производительности решается за счет использования мощных гидравлических установок, имеющих многократный запас по усилию вдавливания и извлечения штампа, в то время как другие технологии устройства свай используют оборудования почти всегда на пределе его возможности. Так же не маловажным фактором является возможность применения автоматических и полуавтоматических операционных систем, направленных на снижение использования человеческих ресурсов, повышение производительности (самостоятельное позиционирование на местности при помощи ГЛОНАСС систем, то есть выставление в месте устройства НСВ сваи; погружение сваи до условного отказа с учетом коэффициента надежности, то есть вдавливаем штамп в грунт до необходимой отметки при которой усилие вдавливания, к примеру, будет больше расчетной нагрузки на сваю в полтора, два раза1, в результате обеспечиваем необходимую несущую способность сваи по грунту, экономим бетон и сталь, сокращаем время на устройство самой сваи и объекта в целом.

Усилие вдавливания при погружении штампа N должно быть не менее несущей способности сваи - указанной в проекте с коэффициентом надежности - kg, принимаемый равным в зависимости от уровня ответственности проектируемого здания или сооружения от 1,2 до 0,8:

где: N - усилие вдавливания, кН;

kg - коэффициент надежности, принимаемый равным:

1,2 - в отношении здания и сооружения повышенного уровня ответственности;

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1,0 - в отношении здания и сооружения нормального уровня ответственности;

0.8.- в отношении здания и сооружения пониженного уровня ответственности;

Fd - несущая способность сваи, кН, указанная в проекте [10];

m - коэффициент условий работы, принимаемый равным 0,6.

Примечание. Величину коэффициента m допускается уточнять по результатам статических испытаний свай (но не более 0,8).

Проделав огромную работу, наша организация готова предложить новую высокотехнологичную инновационную технологию способную обеспечить высокую эксплуатационную надежность, получить убедительную экономическую эффективность, заключающуюся в сокращении стоимости и сроков выполнения работ.

1. Абелев Ю.М., Абелев М.Ю. Основы проектирования и строительства на просадочных макропористых грунтах 3-е изд.. М., 1979.

2. Коновалов П.А. Основания и фундаменты реконструируемых зданий / ВНИИНТПИ. М., 2000.

3. Абелев Ю.М., Крутов В.И. Возведение зданий и сооружений на насыпных грунтах. М.: Госстройиздат, 1962.

4. СП 24.13330.2011 Свайные фундаменты. М., 2011.

5. Методические рекомендации по технологии погружения свай вдавливанием НИИСП ГОССТРОЯ УССР. Киев, 1988.

6. ГОСТ 19804-91 Сваи железобетонные. Технические условия. М, 1991.

7. Технические рекомендации по устройству фундаментов способом статического вдавливания свай для жилых и общественных зданий ГУП «НИИМосстрой». М., 2003.

8. Шишкин В.Я. Уплотнение грунтов основания щебёночными сваями / В.Я. Шишкин, А.А. Аникьев // Жилищное строительство, М., 2012.

9. Гвоздева А.А. Армирование элементов монолитных железобетонных зданий. М, 2007.

10. СП 45.13330.2012 Земляные сооружения, основания и фундаменты. М., 2013.

Chesnokov Georgiy Vladimirovich

Stock company «Research institute of graphite-based structural materials «NIIgraphit», Russia, Moscow

Shishkin Vladimir Yakovlevich

Stock company «Research institute of graphite-based structural materials «NIIgraphit», Russia, Moscow

Petrushkin Igor Sergeevich

Stock company «Research institute of graphite-based structural materials «NIIgraphit», Russia, Moscow

Innovative technology of cast-in-place piles produced in the ground by indentation method

Abstract. The article presents the results of comparison of different technologies that are mainly common in designing and construction of pile foundations in restrained urban conditions with a new innovative technology of installation of composite piles by jacking method. The author describes the most common technologies currently used for installation of pile substructures, for civil engineering of different application in detail. The main advantages and disadvantages are defined. Rough plans designed by the author give insight into a new innovative technology of composite pile installation by pile pressing on the construction project, here with author tried to describe both technology of work execution and mechanisms for accomplishment of technologies in detail. This paper presents the standard operating procedure of installation of cast-in-place cement, concrete and/or fibercrete piles that are made by pile pressing on the construction projects.

In terms of experience and comparative analysis the coefficients of working conditions and safety under appropriation of pressing-in forcing into the ground are defined.

Also the author provides the example of possible further development of the technology by pile pressing with the aid of operational measuring and control devices with an opportunity of creation of automatic and/or semiautomatic equipment for installation of pressing-in forcing into the ground.

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Keywords: pile installation; pressing; cast-in-place displacement pile; innovation; continuous flight auger; pile pressing; driven pile; pile cantilevering; concrete pile

1. ЛЬе1еу Уи.М., ЛЬе1еу М.Уи. Обпоуу ргоекйгоуашуа 1 Б^оке^уа па рговаёосЬпукк шакгорог181укЬ gгuntakh 3-е М., 1979.

2. Копоуа1оу Р.Л. ОБпоуап1уа 1 fundaшenty гекоп8^1гиешу№ 2ёап1у / УНТШТРГ М., 2000.

3. ЛЬе1еу Уи.М., Kгutoу VI. Vozvedenie zdaniy 1 sooгuzheniy па паБурпуЙ gгuntakh. М.: Gosstгoyizdat, 1962.

4. БР 24.13330.2011 Буаупуе Маше^у. М., 2011.

5. Metodicheskie rekomendatsii ро tekhno1ogii pogгuzheniya Буау vdav1ivaniem №КР GOSSTROУa ИЗБЯ. Kieу, 1988.

6. GOST 19804-91 Sуai zhe1ezoЬetonnye. Tekhnicheskie us1oуiya. М, 1991.

7. Tekhnicheskie гekoшendatsii ро ustгoystУu fundamentov sposoЬoш staticheskogo vdavlivaniya svay dlya zhilykh i obshchestvennykh zdaniy GUP «ШIMosstroy». М., 2003.

9. Gуozdeуa Л.Л. Лгшкоуаше e1eшentoу шono1itnykh zhe1ezoЬetonnykh zdaniy. М, 2007.

10. SP 45.13330.2012 Zeш1yanye sooruzheniya, osnoуaniya i fundaшenty. М., 2013.

Инновационные решения для свайного фундаментостроения

Интенсификация строительного производства может быть достигнута лишь при условии применения современных высокопроизводительных средств комплексной механизации. При этом необходимо использовать ресурсосберегающие технологии, обеспечивающие экономию энергетических, материально-технических и трудовых ресурсов.

Специалистам известно, что одним из эффективных путей ускорения строительства и снижения его стоимости является применение свайных фундаментов.
Практика показывает, что свайные технологии позволяют сократить объем земляных работ на 75–95%, бетонных — на 30–55%, а трудоемкость работ нулевого цикла — в 1,5–2 раза, что снижает стоимость фундаментов на 15–25%. Кроме того, применение свайных фундаментов является большим резервом для повышения производительности труда в 1,5–2 раза и, в конечном итоге, для сокращения общих сроков строительства.
При этом в существенном повышении уровня комплексной механизации технологических процессов свайного фундаментостроения нуждаются и новейшие, прогрессивные технологии устройства свайных фундаментов.
На сегодняшний день в свайном фундаментостроении четко обозначились два функционально-прогрессивных направления, предусматривающих повышение производительности труда и снижение потребления энергоресурсов при свайном фундаментостроении:
- первое — с одного постанова в непрерывном режиме с высокой производительностью труда получать готовую армированную набивную сваю необходимого типоразмера (в соответствии со СНиП 2.02.03-85) высокого качества в грунтах II класса (согласно ГОСТ 25100-95, практически все грунты любого состояния и плотности, кроме скальных);
- второе — безударно и бесшумно, с тенденцией плавного увеличения усилия и непрерывного контроля несущей способности вдавливать железобетонные сваи всех типоразмеров промышленного изготовления (в соответствии с ГОСТ 19804-91), а также шпунты, трубы, сваи-оболочки и другие (в том числе нестандартные) свайные элементы во все несущие грунты.

По данным направлениям одна из инжиниринговых компаний в составе Российской инженерной академии разработала в рамках двух инновационных проектов комплекс оборудования для свайного фундаментостроения, обеспечивающий полномасштабное техническое оснащение указанных новейших технологий свайного фундаментостроения.

Комплекс включает в себя комплект модельного ряда безударно погружаемых инъекционных устройств для изготовления железобетонных набивных свай всех типоразмеров без выемки земли, а также комплект модельного ряда универсальных вдавливающих устройств для безударного и бесшум-
ного погружения забивных свай (всех типоразмеров) и свайных элементов.

Цель разработки комплекса — техническое обеспечение новейших быстрых технологий изготовления фундаментов из безударно-вдавливаемых железобетонных и виброинъекционных набивных свай. Техническое обеспечение должно быть направлено на повышение надежности и несущей способности применяемых ныне забивных и набивных свай, сокращение объемов земляных работ при одновременном уплотнении грунта (за счет устройства фундаментных колодцев без выемки земли), сокращение сроков и снижение стоимости изготовления фундаментов.

Общие характеристики комплекса:
- вдавливающие устройства оснащены новыми зубчатыми инерционными полигармоническими самобалансными вибраторами, способными в широком диапазоне амплитуд и ускорений безударно и бесшумно (т. е. без динамических воздействий на окружающую среду) создавать вдавливающие усилия от десятков до сотен и даже тысяч тонн;
- конструкции универсальных погружающих устройств позволяют им быть как свободно подвесными на крюковых обоймах кранов, так и навесными — на широко распространенных копровых установках грузоподъемностью 3, 5, 10,16 и 25 тс.

Первому направлению соответствует комплект модельного ряда высокопроизводительного унифицированного вибропробивного инъекционного устройства для изготовления железобетонных набивных свай без выемки земли.

Предлагаемые высокоамплитудные поличастотные погружающие устройства, оснащенные приводными вращающими механизмами, защищенными от внешних воздействий со стороны уплотняемого грунта, выгодно отличаются от существующих устройств тем, что способны обеспечить изготовление фундаментных колодцев в широком диапазоне диаметров и глубин, а также в несущих грунтах вышеуказанного класса (без выемки самого грунта) при существенно большей производительности и меньших энергозатратах.

Отсутствие колебательных движений формообразующего корпуса при вдавливании его в грунт исключает утрамбовку грунта, что резко снижает лобовое сопротивление грунта и практически исключает передачу динамических нагрузок на близстоящие сооружения.

Использование предлагаемых высокопроизводительных и малоэнергоемких машин открывает новые возможности для изготовлении качественных, с повышенной несущей способностью, виброинъекционных железобетонных набивных свай в грунтах разнообразного состояния при значительном снижении энергетических и материальных затрат, а именно:
- заменить такие методы устройства фундаментных колодцев, как бурение, погружение молотами или вибраторами инвентарных обсадных труб, закрытых снизу теряемым железобетонным башмаком;
- создать унифицированный ряд высокопроизводительных квазистатических вибровдавливающих инъекционных устройств (КСВВИУ) для изготовления с одного постанова фундаментных колодцев (без выемки земли) и железобетонных набивных свай в полном диапазоне вышеуказанных типоразмеров.

КСВВИУ — высокопроизводительное малоэнергоемкое навесное устройство (рис. 1), превосходящее по своим технико-экономическим показателям самые современные зарубежные аналоги лучших производителей мира (например, фирмы BAUER, Германия). Это устройство способно (без выемки земли) обеспечить: глубину колодцев (и сваи) — до 20 м; диаметры колодцев — 400 мм, 530 мм, 630 мм, 820 мм, 1 020 мм и 1 200 мм; время изготовления колодца и сваи — не более 15 мин.; диапазон устанавливаемых мощностей — от 30 до 120 кВт; рабочий диапазон температур окружающей среды — от -25 oС до +40 oС. Источник энергии — сеть переменного тока напряжением 380/220 В, 50 гц. Физический срок службы — не менее 10 лет. Расходы на материалы при эксплуатации — в среднем не более 10 000 руб. в год. Вибрационный и шумовой фон не превышает экологических норм. Удельная энергоемкость и материалоемкость — наименьшие из функциональных аналогов, существующих для данных целей наборов (комплектов) оборудования ведущих мировых производителей.

Далее мы представим подробнее второе решение, как наиболее подготовленное к промышленному производству и эксплуатации. Оно относится к вдавливающим устройствам и направлено на расширение технологических возможностей и эффективности его применения для безударного и бесшумного погружения в грунт свай, свай-оболочек, шпунтов (любых существующих типоразмеров) и др. строительных элементов.

Для погружения вышеуказанных свайных элементов ныне известно значимое и широко применяемое до настоящего времени многообразие устройств (с использованием в качестве исполнительных зубчатых инерционных самобалансных вибраторов) ударного (вибромолоты), погружающего (вибропогружатели) и вдавливающего (комбинированные устройства) действия. Наглядным свидетельством тому является опыт отечественной строительной индустрии, а также набор современного погружающего строительного оборудования, представленный на международных выставках специализированной строительной техники (BAUMA-2007 и BAUMA-2010 в Мюнхене, Германия, а также «СТТ-2009» и «СТТ-2010» в Москве). Заметим, что показанные там вибропогружающие устройства являются проверенным и отлично зарекомендовавшим себя оборудованием.

Анализ приведенного многообразия различных погружающих устройств показывает, что удельный вес зубчатых инерционых самобалансных вибраторов направленного действия в общей компоновке ударных, вибропогружающих и комбинированных устройств составляет наибольшую долю и несет наибольшую функциональную нагрузку, а это обеспечивает наибольшую составляющую эффекта использования этого оборудования. Их возможности создавать значительные направленные инерционные силы, периодически и симметрично изменяющиеся по величине и предназначенные для возбуждения колебаний, а также простыми средствами (изменением частоты вращения, радиуса инерции и массы небалансов) получать различные изменения величины инерционных сил по гармоническому закону (рис. 2) неоспоримы. Однако простое наращивание суммарной инерционной силы вибропривода не дает значимых преимуществ в повышении технологических возможностей вибраторов, так как при этом сохраняются все присущие им недостатки: динамическое воздействие на окружающую среду, непригодность для погружения свай (шпунта) в связные грунты, вредное воздействие на подшипниковые узлы привода вращательного движения и т. п. Значительная удельная материало- и энергоемкость является тормозом на пути развития и расширения их технологических и функциональных возможностей.

В связи с этим компания-разработчик в 2007 г. предложила зубчатый инерционный полигармонический самобалансный механизм с задачей создания несимметричных направленных инерционных сил и с возможностью использования его в качестве исполнительного. В 2009 г. появиляются: силовой полигармонический вибратор с законом формирования несимметричной направленной инерционной силы (рис. 3) и созданное на его основе квазистатическое сваевдавливающее устройство (КСВУ).

КСВУ — высокоэффективное, малоэнергоемкое навесное сваевдавливающее устройство (рис. 4), превосходящее по своим технико-экономическим показателям самые современные зарубежные аналоги (в т. ч. и вибропогружатели и вибромолоты) лучших производителей мира (Германия, Голландия, США, Франция, Япония и др.) как в абсолютных, так и в относительных величинах (таблицы 1, 2). Уникальность устройства не только в новизне технического решения, но и в функциональных возможностях: в рамках одной технологической схемы при шести- семи- и восьмикратной несимметрии формировать вдавливающие усилия от 50 кг до 3 тыс. т (и более). В таком же диапазоне усилий КСВУ может выдергивать без вредных воздействий на базовую машину ранее погруженные свайные элементы. Все типоразмеры модельного ряда предлагаемого устройства снабжены электромеханическими приводами, в плавном режиме позволяющие создавать рабочие усилия в диапазоне указанных величин (табл. 2).

По нашему мнению, электропривод существенно расширит рабочий диапазон низких температур.

Беспрецедентны и энерго- и ресурсосбергающие показатели КСВУ. Установленная мощность модельного ряда — от 0,37 кВт до 90 кВт. Они значительно меньше, чем у функциональных аналогов как отечественного, так и импортного производства (табл. 1, 2). Компактность и малый вес наших вдавливающих устройств позволяют использовать их как навесное оборудование на широкую гамму крановых и копровых установок грузоподъемностью от 1 до 25 тонн. Конструкция электропривода позволяет плавно регулировать и устойчиво удерживать величину вдавливающего усилия на любом уровне, необходимом для безударного погружения любого типоразмера сваи (свайного элемента), а при необходимости — плавно переводить режим вдавливания в ударный режим и обратно. Это в свою очередь позволяет практически в любых обстоятельствах выставлять головы свай в одной горизонтальной плоскости. Существенным и важным является возможность ведения текущего контроля над несущей способностью погружаемых свай в процессе вдавливания. Это освобождает от необходимости проводить недешевые и небыстрые контрольные испытания. Наконец, КСВУ открывает дорогу широкому применению свай-оболочек, которые во многих случаях могут успешно заменить набивные сваи (их просто нечем было вдавливать). Безусловно, выигрышными являются и ожидаемые показатели высокой надежности при относительно малом собственном весе устройства вследствие отсутствия быстроизнашивающихся деталей. В итоге — высокая расчетная производительность: не менее 60 свай в смену без динамических воздействий на окружающие здания и сооружения даже при приближении к ним на расстояние менее 50 см.

Оба технических решения по указанным проектам защищены патентами РФ и могут быть использованы в гражданском, промышленном, энергетическом и дорожном строительстве.

Внедрение предлагаемых устройств позволит не только вооружить строителей всех вышеназванных отраслей современными технологиями (например, свайного фундаментостроения), но и существенно увеличить экспортную составляющую отечественного машиностроения.

Инновационная технология погружения свай MOVAX

Группа компаний «ЛАРССЕН Групп» более 15 лет занимается поставками на Российский рынок различного оборудования для фундаментных работ. Компании, входящие в ГК «ЛАРССЕН Групп» располагаются в Москве и Санкт-Петербурге. Один из партнеров, представляемых «ЛАРССЕН Групп» в России – компания MOVAX Oy (Финляндия) – производитель навесного оборудования экскаваторного класса: вибропогружателей с боковым захватом, буровых вращателей, сваебойных молотов.
MOVAX - это инновации.

MOVAX для свайных и фундаментных работ.
Производство Movax фокусируется исключительно на решениях экскаваторного класса для погружения и извлечения свай, строительства фундаментов. Технологии разрабатываются в тесном сотрудничестве с клиентами и партнерами. Целью является разработка и поставка оборудования, технологий и специальных решений для автоматизированного управления процессом погружения. MOVAX является признанным экспертом в свайных и фундаментных технологиях, особенно в проблематике строительства и проектирования зданий и сооружений в климатических условиях России, и имеет вибропогружатели, работающие во всех регионах Российской федерации - от Краснодара, Санкт-Петербурга и Москвы до Сибирской тундры и Дальнего востока.

MOVAX это комплексное решение для свай и фундаментов.
Компания Movax Oy предлагает широкий ассортимент свайного и фундаментного оборудования, устанавливаемого на экскаватор, с возможностью применения индивидуальных решений, охватывающих широкий спектр задач для технологий свайных работ, включая забивные и буронабивные сваи;

Модульная Система MOVAX™ обеспечивает универсальность использования одного и того же оборудования для разных типов свай. Таким образом, свайное оборудование MOVAX может работать автономно или в тандеме, для быстрой, эффективной, безопасной и точной установки свай. Единая компьютерная система управления MOVAX контролирует все навесное сваебойное оборудование MOVAX.

Перспективные технологии погружения свай

Вибропогружатель — это навесной агрегат, предназначенный для погружения (забивки) методом вибрации металлических свай, таких как шпунты, трубы и другие подобные профили.

Конструктивно вибропогружатель состоит из следующих узлов (упрощённая схема):

1. Мотор привода эксцентриков (электрический или гидравлический)
2. Шестерня привода эксцентриков
3. Шестерни-синхронизаторы
4. Эксцентрики (дебалансы)
5 .Гидравлический зажим («наголовник»)
6. Свая (шпунт, труба и т. п.)

Мотор посредством передаточного механизма, состоящего из шестерён-синхронизаторов, приводит в движение валы, на которых закреплены дебалансы. Вращающиеся дебалансы образуют разнонаправленную нагрузку, которая и приводит к вибрации всего агрегата, к которому в свою очередь прикреплена свая посредством зажима. Под воздействием вибрации свая погружается в грунт. При погружении/вдавливании сваи с помощью монтируемых на экскаватор вибропогружатели Delta (VM70, VM300, VM450, VM550) допускается применение вертикально направленного усилия со стороны рукояти экскаватора, что увеличивает производительность.

Гидравлические вибропогружатели монтируются на экскаватор через подвеску-переходник («серьга»).

Электрические вибропогружатели и тяжёлые гидравлические вибропогружатели свободно подвешиваются на кран за специальные кронштейны или держатели, которые являются частью корпуса этих вибропогружателей.

Основные параметры вибропогружателя

Рабочий момент, называемый так же эксцентриковый или статический, как определяющий фактор для амплитуды колебаний, является решающим параметром при выборе вибропогружателя.
Амплитуда (размах) колебаний и центробежная сила должны быть тем больше, чем выше плотность грунта.
Частота колебаний; чем она выше, тем меньше распространение колебаний в грунте, тем ниже поверхностное трение грунта и сваи (для глины не актуально).
Параметры давления в гидравлической системе и потока гидравлической жидкости влияют на подбор экскаватора или гидростанции, к гидроразводке которых подключается вибропогружатель.

Для подбора вибропогружателя на экскаватор необходимо знать следующее:

Параметры сваи (шпунта, трубы): Длина, Вес
Характеристики грунта, в который сваи будут погружаться.
Характеристики несущей машины:
- Рабочая масса (без ковша).
- Давление в гидравлической системе.
- Поток гидравлической жидкости.
Высота подъёма рукояти экскаватора (чтобы понять, нужен ли удлинитель и какой длины).

Читайте также: