Глубина вкручивания винтовых свай

Оборудование, производящее статическое вдавливание свай

Не все знают, как называется машина, которая статически вдавливает элементы свайного фундамента. Процесс силового погружения конструктивных элементов фундамента в грунт осуществляется специальным оборудованием:

• сваевдавливающими машинами, известными также как гидравлические копры. Оборудование не нуждается во вспомогательных механизмах и функционирует самостоятельно. Поставляется на строительную площадку в разобранном виде и собирается из отдельных агрегатов. Конструкция позволяет выполнять поставленные задачи и перемещаться по свайному полю, имеющему наклон до 15%;
• сваевдавливающими установками. Агрегат конструктивно отличается от сваевдавливающей машины, имеет невысокую стоимость. Он циклически перемещается на следующую позицию с помощью специального оборудования. Установка может монтироваться на самоходное шасси, что сокращает строительный цикл. Требует подготовки площадки и обеспечения горизонтальности.

Повышенную эффективность выполнения работ обеспечивает гидравлический копер, включающий следующие конструктивные элементы:

1. Опорную раму, выполняющую функцию подвижного шасси.
2. Грузоподъемное устройство, обеспечивающее перемещение колонн к рабочему органу.
3. Зажимной узел, осуществляющий фиксацию с помощью гидравлических захватов.
4. Силовой блок, производящий статическое погружение элементов фундамента.
5. Грузовую раму, необходимую для размещения анкерных грузов.
6. Гидравлическую станцию, создающую требуемое давление для выполнения работ.

Машина более оперативно устанавливает конструкции, а также имеет гидравлические цилиндры, которые отлично справляются с погружением свай в площадку

Агрегаты статического погружения имеют ряд преимуществ:

• не создают при работе шума и вибрации в отличие от установки, которая забивает опоры ударным или вибрационным способом;
• отличаются повышенной производительностью, которую не может развить машина для забивания свай;
• не требуют специальной подготовки строительной площадки, необходимой для формирования свайного поля;
• позволяют выполнять работы на подвижных почвах с близким расположением водоносных слоев, где проблематично использовать другие технологии;
• позволяют создать надежный свайный фундамент, используя меньшее количество опорных элементов;
• обеспечивают целостность силовых опор, которые могут разрушаться при погружении ударным путем или вибропогружателем;
• гарантируют повышенную точность углубления, контролируемую компьютерной системой.

К основным недостаткам относятся:

1. Увеличенные габариты оборудования, не позволяющие производить работы на малых стройплощадках.
2. Необходимость использования техники, доставляющей сваевдавливающее оборудование к месту работы.
3. Повышенная стоимость вдавливания по сравнению с ударным или вибрационным методом.

Какие методы погружения опор существуют?

На сегодняшний день существует несколько методов погружения свай. Все способы можно подразделить на две большие группы: ударные и безударные. Первый вариант подразумевает различные методики забивания опорных элементов и является наиболее популярным, поскольку позволяет достигнуть нужной несущей способности всей конструкции. Кроме того, ударные технологии признаны наиболее эффективными многими строительными компаниями. Использование таких методов погружения свай в основном осуществляется на плотных и твердых грунтах, а также при большом диаметре самой опоры.

Ударный метод погружения представлен тремя основными технологиями:

• непосредственно ударный;
• вибрационный;
• виброударный.

Безударный метод погружения свай, в свою очередь, подразделяется еще на несколько технологий:

• вдавливание;
• завинчивание;
• электроосмос;
• подмыв.

Выбор метода погружения опорных конструкций осуществляется исключительно на основании данных, полученных при исследовании участка инженерами. Специалисты определяют качество грунта, его устойчивость, твердость, прочность, сыпучесть и т.д.

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.

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).

Безударные методы

Безударные способы основаны на достижении умягчения грунта, использовании специальной конструкции опор либо упрощении погружения свай. Данные методы позволяют существенно упростить трудозатраты на погружение опор фундаментов в среднем на 20-40%.

Метод завинчивания

Технология завинчивания применяется для заглубления винтовых свай. Их лопастная конструкция позволяет при сообщении вращательного момента углублять свайные опоры в грунт даже без применения спецоборудования и тягачей.

Посмотрите видео о том, как происходит процесс монтажа опоры с помощью ввинчивания в грунт.

Метод используется в тех случаях, когда требуется возвести малоэтажное здание, мачты, линии электропередач и другие сооружения в условиях неплотных или подтапливаемых грунтов. Технология относительно простая и может применяться в условиях любого климата.

Винтовые сваи обычно изготавливают из стали или железобетона. Нижняя часть имеет уширение за счёт установленных лопастей, что придаёт завинченной опоре дополнительную стойкость к сдвиговым и выдёргивающим силам. Сваи можно вкручивать без проблем даже в условиях плотной застройки, не беспокоясь за возможное проседание грунта под возведёнными объектами.

Метод подмывания грунта

Установка свай методом подмывания грунта применяется для заглубления опор в сыпучих и рыхлых слоях. Наибольшая эффективность достигается при необходимости погружения свайных конструкций с большим диаметром и/или длиной.

Схема подмывки грунта

Технология заключается в размытии грунта под высоким напором воды, подаваемой по трубам с диаметром 38-62 мм в направлении заглубления сваи. Плотность грунта снижается за счёт разрыхления и вымывания, а поднимающаяся на поверхность вода размывает стенки и уменьшает боковое трение погружаемой конструкции о проходимые слои почвы. Путь сваи освобождается под собственным весом, а грунт вымывается на поверхность.

Трубки для подачи воды могут находиться сбоку или по центру сваи. Боковая водяная струя является наиболее выгодной, так как позволяет существенно облегчить процесс заглубления за счёт снижения влияния бокового трения. Крепление трубок выполняют так, чтобы их концы находились выше острия свайных опор на 300-400 мм. Минимальное давление воды составляет 500 кПа.

Во время подачи воды могут ухудшаться несущие способности плотного слоя, поэтому подмыв грунта останавливают за 50-200 см до достижения заданной проектной глубины.

Метод электроосмоса

Технология установки свай методом электроосмоса основана на погружении двух свай с подключением одной к отрицательному полюсу электросети, а второго – к положительному. В результате такого подключения влага начинает скапливаться вблизи отрицательно заряженной опоры, облегчая ей погружение. Дополнительно для ускорения заглубления можно использовать забивную установку.

После отключения тока несущие способности грунта полностью восстанавливаются. Уровень влажности выравнивается до прежнего состояния.

Метод вдавливания

Технология вдавливания свай эффективно применяется для опор небольшой длины от 3 до 5 м и с трубчатым сечением. Погружение свай осуществляется путём воздействия статической нагрузки.

Посмотрите видео, как происходит процесс вдавливания железобетонных опор.

Сначала выполняется установка опоры в нужное положение, на верхнюю часть закрепляют оголовок, а затем посредством воздействия стрелы агрегата базовой машины производится погружение. Одновременно с вдавливанием может прикладываться и вибрационное воздействие.

Перед вдавливанием в грунты с высокой плотностью необходимо пробурить небольшую скважину, задающую направление для движения сваи.

Основные технологии устройства буронабивных свай

Скорость строительства и качество работ и свай определяет техника для буронабивных свай – машины с бурильным и грузоподъёмным оборудованием. В строительстве используется около десяти технологий бурения и заливки бетона.

Технология CFA

Технология CFA или НПШ (непрерывный полый шнек) формирует колонну из буровых полых шнеков с заглушкой на торце. Грунт поднимается на поверхность земли по спиральной навивке (ребордам). Заглушка и уплотнитель на нижнем торце колонны защищают внутреннюю полость от проникновения грунта. Скважина заполняется бетоном после выдавливания заглушки давлением бетонного раствора. Наполнение скважины бетонным раствором поднимает буровую колонну вверх. После заливки бетона в скважину погружают каркас, для облегчения погружения используют вибропогружатель. Плотность заполнения скважины бетоном контролируется датчиками в автоматическом режиме. Глубина свай по технологии CFA достигает 30 м.

Технология Double Rotary

В данной технологии для бурения скважины вращается не только шнек, но и обсадная труба. При бурении грунт достают на поверхность. Глубина бурения – до 25 м.

Технология CSP

Технология CSP использует двойной вращатель и непрерывный полый шнек. Таким образом, CSP объединяет две технологии – Double Rotary и CFA. Глубина бурения – до 22 м.

Технология Фундекс

Использует расходуемые наконечники, бурение без выемки грунта и заливку бетоном с постепенным поднятием обсадной трубы. Оригинальная техника Фундекс бурит сваи глубиной до 45 м.

Сваи с обсадной трубой и келли-штангой

Обсадную трубу одновременно вращают и вдавливают в грунт. По мере погружения трубу наращивают следующими секциями. Грунт вынимают шнеком на телескопической штанге через каждые 1,5 – 2 м. После бурения и очистки внутренней полости обсадной трубы в скважину опускают каркас и заливают сваю бетоном. Глубина сваи может достигать – до 80 м.

Вибрационный способ

Вибрационная технология использует колебания обсадной трубы, чтобы снизить коэффициент трения. Вибропогружатель крепится к верхнему торцу трубы. На нижнем торце трубы крепится наконечник. После бурения он остаётся в скважине, а труба поднимается вверх. Глубина вибросвай – до 25 м.

Типы и качественные характеристики забивных опор

Считается, что среди всех вариантов свай забивные опоры являются самыми надежными, так как они очень прочно стоят в земле. Благодаря этому для установки массивных ростверковых конструкций профессионалы рекомендуют применять именно их.

Забивка – самый верный и испытанный метод углубления опор в почву. В современном строительстве такая технология приобрела широкое распространение во всех уголках мира, вследствие чего были разработаны разнообразные типы свай и несколько методик их забивки.

Существует три вида забивных опор:

• Сваи из железобетона. Отличаются тем, что у них изначально присутствует заостренный конец. Железобетонные опоры могут иметь круглое, квадратное и другое сечение. Изготавливаются они из бетона марки 300 и выше, к тому же внутри каждой сваи есть арматурный скелет. Перед монтажом обязательно делается осмотр опоры – если на ней нет трещинок и сколов, можно приступать к работе. На верхний конец сваи надевают оголовок из стали, который защищает ее от эрозии во время забивания.
• Сваи из дерева. Чаще всего их делают из твердых древесных пород – кедра, лиственницы и дуба. На нижний конец каждой опоры надевается металлическое острие конусообразной формы, а на верхний конец – обруч из метала, оберегающий сваю от растрескивания при углублении. Обычно их длина достигает 10 м и более, а средний диаметр равняется 0,4 м. Для очень тяжелых зданий используются «пакеты» – группы из нескольких опор, устанавливаемых в почву как одно целое.
• Металлические сваи. Самый популярный вариант, применяемый в частном загородном строительстве. Металлические сваи представляют собой трубу со «шляпкой» и острым концом. Метал – один из самых универсальных материалов, потому опоры из него получаются более долговечными, чем опоры из дерева, и более практичными, чем железобетонные сваи.

Залог сваи

Поскольку измерение отказа сваи требует максимально точных данных, а определить величину углубления железобетонной конструкции от одного удара сваебойного молота практически не возможно, отказ принято высчитывать на основании залога.

Залог определяется исходя из типа используемого для погружения сваи оборудования:

• При забивке свай дизельными молотами одиночного действия (ударная часть которых падает на ствол сваи под воздействием силы гравитации) в качестве залога берется серия из 10 ударов;
• При погружении свай ударными механизмами двойного действия (гидромолотами, ударная часть которых опускается в низ под воздействием гидравлического привода) и вибропогружателями залог берется за одну минуту работы оборудования.

После определения глубины погружения сваи от залога (при использовании временного залога фиксируется количество ударов сваебойного механизма) рассчитывается средняя величина погружения сваи от одного удара. Полученный отказ сопоставляется с проектными данными, на основании чего принимается решение о завершенности погружения.

Нередко встречаются ситуации, когда погружение сваи практически остановилось из-за возросшего сопротивления почвы, но снятый фактический залог не соответствует проектному. Это происходит из-за образования под острием сваи пласта твердого грунта, который уплотняется под воздействием ударных нагрузок.

Также причиной нулевой продуктивности забивки сваи может стать отток воды от контактирующих со стенками сваи грунтов, в результате чего возрастает сила «сухого» трения почвы о ствол сваи.

В таком случае погружение сваи прекращается на определенный срок от 3 до 7 дней. По истечению данного времени происходит разуплотнение грунта под острием сваи, после чего производится ее добивка до получения требуемого отказа.

№2. Вибрационный способ погружения свай

Благодаря вибрации, которая передается на сваю специальным оборудованием, значительно снижается сила трения и сопротивление грунта. Именно поэтому для погружения сваи на проектную глубину зачастую потребуется гораздо меньше усилий, чем при забивке. Нельзя забывать, что при вибрировании так же, как и при ударном способе, осуществляется уплотнение грунта примерно на 1,5-3 диаметра сваи (все зависит от типа грунта), так что можно говорить о появлении дополнительных несущих способностей.

Данный способ предусматривает использование вибропогружателей. Такие установки через наголовник передают на сваю механические вибрации определенной частоты. Благодаря подобному влиянию грунт становится как бы плывучим, и свая начинает погружаться под действием собственного веса. Если речь идет о длинных тяжелых сваях, то используют низкие частоты, для легких небольших свай больше подойдут высокие частоты (более 1500 колебаний в минуту).

Процесс погружения начинается с установки вибропогружателя в исходное положение, крепления сваи и ее выравнивания по вертикали. Перед началом работ рекомендуется выполнить пробное включение, чтобы убедиться в отсутствии отклонений от вертикали. Подобное оборудование стоит дорого, да и управлять им должны квалифицированные специалисты: цена на вибропогружатель, точнее стоимость его использования, будет ниже, если воспользоваться услугами аренды. В Москве и по всей России аренду таких установок предлагает ГК «Буровые Технологии»: в стоимость включены услуги опытного оператора.

Вибрационный метод погружения свай рекомендуют использовать в следующих случаях:

• песчаные и водонасыщение грунты. Сваи-оболочки, металлический шпунт и железобетонные сваи в этом случае погружаются со скоростью 3,5-7 м/мин;
• на маловлажных и плотных грунтах способ также применим, но для этого придется предварительно пробурить скважину;
• при погружении в глинистые и тяжелые суглинистые грунты за 15-30 см до достижения проектной глубины лучше переходить на ударный способ.

Учтите, что в условиях плотной городской застройки, вибрация должна использоваться только лишь в нерезонансных режимах. Желательно, чтобы частота колебаний была не выше 40-50 Гц.

Виды дизель молотов для погружения свай

Классификация ударного оборудования, используемого в свайных работах, выполняется исходя из его конструкционных особенностей, согласно которым выделяют дизель молоты трубчатого и штангового типа.

В качестве направляющего элемента ударной части молота, в конструкциях штангового типа используются две вертикальные штанги, тогда как в трубчатых агрегатах — неподвижно зафиксированная труба.

Также сваебойные молоты делятся на группы исходя из массы ударной части. Выделяют молоты с бойком весом:

• до 0,6 тонн — легкие;
• до 1,8 тон — средние;
• свыше 2.5 тонн — тяжелые.

Рассмотрим каждый вид дизель молотов подробнее.

1. Штанговые.

Устройства штангового типа вы можете увидеть на изображении 1.1:Рис. 1.1: Штанговый дизель молот для сваебойных работ Конструкция штангового дизель молота состоит из таких основных элементов:

• Поршневой блок, установленный на шарнирную подпорку;
• Две вертикальные направляющие штанги;
• Система подачи топливной смеси;
• Устройство для фиксации свайного столба — «кошка».

Поршневой блок представляет собою монолитную конструкцию, отлитую внутри корпуса молота. В него входит сам поршень и компрессионные кольца, шланг для подачи топлива, форсунка для распыления топливной смеси и насос, приводящий ее в действие.

Поршневой блок неподвижно зафиксирован на шарнирной подпорке, из нижней стенки которой выходят две направляющие штанги.Рис. 1.2: Штанговый дизель молот СП-7 Штанги, для более жесткой фиксации, в верхней части соединены траверсой. По направляющим штангам во время работы движется ударная часть молота, на нижней стенке корпуса которой расположена камера для сгорания топливной смеси.

2. Трубчатые.

Конструкции трубчатого типа представлены на изображении 1.3.

Рис. 1.3: Трубчатые дизель молоты Строение всех молотов трубчатого типа полностью унифицировано, они проектируется по устоявшимся стандартам и обладают идентичными конструкционными особенностями.

Состоит трубчатый дизель молот из следующих частей:

• «Кошки» — для захвата и крепления свайного столба, кошка обладает автоматическим фиксирующе-сбрасывающим механизмом;
• Ударного бойка — он представлен поршнем, оборудованным компрессионными кольцами;
• Шабота — ударной поверхности, с которой соприкасается боек в процессе работы молота;
• Рабочего цилиндра, внутри которого детонация топлива;
• Систем смазки и охлаждения;
• Направляющей трубы из высокопрочной стали.

Рис. 1.4: Трубчатый дизель молот СП-77

В отличие от молотов штангового типа, трубчатые конструкции обладают системой принудительного водяного охлаждения, что дает возможность непрерывной эксплуатации данных устройств, тогда как в работе штанговых молотов должны присутствовать регулярные перерывы после каждого часа забивки свай, необходимые для естественного охлаждения элементов конструкции.

Вы можете сами выбрать нужную сваебойную установку в разделе нашей техники.

Так же смотрите

Оборудование для забивки свай и свайных работ

Сваебойная установка в аренду

Виды и сфера применения забивных ЖБ свай

№5. Погружение свай вдавливанием

Метод вдавливания используется на особо твердых и плотных грунтах (за исключением скальных пород) для погружения свай сплошного и трубчатого сечения небольшой длины (3-5 м). В основе метода – воздействие на сваю статической нагрузки. При работах используется спецтехника, которая занимает достаточно места, поэтому реализация способа возможна только на участках, где в распоряжении есть хотя бы 500 м2 площади.

Сначала сваю в вертикальном положении размещают в направляющей стреле установки, а свайный ствол фиксируют зажимами. Свая углубляется на метр, после чего на ее голову опускают оголовник, который и будет передавать давление на сваю через систему блоков от базовой машины (экскаватор, трактор). Это давление заставляет сваю постепенно погружаться в грунт. Если свая не может достичь необходимой глубины, с помощью оборудования ее немного приподнимают, снова опускают и продолжают вдавливание.

Методы погружения опор в грунт

Существует множество способов погружения голов свай в почву. Выбирается способ установки в зависимости от многих факторов: характеристик грунта, вида опоры, веса постройки, возможности применить определенный вид оборудования. Рассмотрим характеристики каждого метода при устройстве опор для фундамента.

Винтовой метод погружения

Винтовые сваи погружают в грунт винтовым методом

С помощью передвижных установок полые опоры со стальным наконечником завинчиваются в почву, их полость заполняется бетоном.

Установка для завинчивания устанавливается на автомобиль,который состоит из:

• четырех выносных опор, управляемых с помощью гидравлики;
• пульта управления;
• электрического двигателя;
• четырех захватов;
• привода, обеспечивающего вращение и наклон;
• гидросистемы;
• дополнительных вспомогательных устройств.

Используется винтовой метод для обустройства оснований линии радиосвязи, электрических передач и других конструкций.

Ударный метод

Опоры устанавливаются согласно проекту, на их головы надевается металлический наголовник, забивается с помощью ударной установки.

Виды установок:

• работающие на принципе воздействия на молот сжатого воздуха или пара (паровоздушные);
• энергия сгорающих газов приводит молот в рабочее состояние (дизельные);
• комбинирование вибрации и ударов (вибромолоты) со стороны голов;
• передающие колебательные, вибрирующие движения на опору (вибрационные).

Удерживает голову конструкции в вертикальном положении с помощью стрелы копр. Если опору нужно установить под наклоном, используют копры с наклонной стрелой. Копры применяются на рельсовом ходу и на базе тракторов, автомобилей, экскаваторов.

Вибрационный

Вибрационный метод эффективнее ударного

Погружающий с помощью вибрации механизм подвешивается к мачте виброустановки и качественно скрепляется вместе с наголовником опоры. Этот метод эффективнее ударного в несколько раз. Благодаря его использованию увеличивается скорость погружения, легче преодолевается плотность грунта, затрачивается меньше усилий.

Способ применяется:

• в пылеватой почве;
• в водонасыщенной мелкой почве;
• в песках.

Метод подходит для установки монолитных, полых опор, стального шпунта.

На глинистой почве и суглинке возникает снижающая несущую нагрузку почти на половину глинистая подушка. Чтобы восстановить несущие характеристики грунта, на последнем этапе установки (последние 15-35 см) головы опору забивают с помощью ударов.

Метод вдавливания

Короткую опору с трубчатым или сплошным сечением закрепляют в стреле установки в вертикальном положении, фиксируют на ее голове наконечник, который передает через блоки и полиспасты давление на опору, благодаря этому она поэтапно опускается в почву.

Способ подмывания грунта

Способом подмывания грунта сваи вбиваются намного быстрее, чем при других методах

Применяется для широких опор, устанавливаемых в супесях и песках на большую глубину. На опоре закрепляется несколько труб, из которых под высоким давлением выходит жидкость.

Почвенный слой у основания острия опоры и по бокам от нее размывается, она погружается в почву под воздействием молота и своего веса.

Когда перестают подавать воду, почва вокруг опоры уплотняется, ее несущие качества увеличиваются.

При таком методе скорость выполнения работ увеличивается на 1/3 по сравнению с другими методами, вследствие чего экономится расход топлива.

Использование электроосмоса

Установленную опору подключают к аноду (+) постоянной электрической цепи, следующую опору, готовую к монтажу, подключают к катоду (-). Пускают электрическое напряжение, вокруг опоры с положительным зарядом резко уменьшается влажность почвы, у сваи с отрицательным зарядом влажность почвы резко увеличивается.

В грунте с повышенной влажностью сопротивляемость грунта меньше, поэтому опора погружается быстрее с меньшими физическими и экономическими затратами.

Комбинированные способы

Комбинированные способы применяют в плотных грунтах

Комбинируя способы установки, можно снизить временные и экономические затраты на монтаж фундамента.

Ударный метод, комбинированный с вибрацией, применяется в плотных грунтах, до восьми раз увеличивает скорость выполнения работ.

Способ вдавливания при помощи вибрации исключает нарушение целостности опор, оптимально подходит для установки опор длиной до шести метров.