Методы погружения и извлечения различных типов свай

Свая — это элемент из металла, железобетона, дерева, пластика, погружаемый в землю и обеспечивающий создание требуемой (проектной) несущей способности. Типы свайных элементов:

• шпунт (плоский, корытный, Z-образный, шпунт Ларсена),
• трубошпунт,
• призматические железобетонные сваи,
• железобетонные шпунты,
• деревянные сваи,
• трубы,
• пластиковый шпунт,
• винтовые сваи,
• буронабивные сваи
• и так далее.

Ищете вибропогружатели? Все модели в наличии Подобрать

Несущая способность обеспечивается за счет передачи нагрузки от здания (сооружения) на грунтовые слои, которые могут воспринимать эту нагрузку без деформации. Такой подход обеспечивает долговечность построенных зданий и сооружений.

Классификация методов погружения

Для погружения свай и шпунта в почву используют следующие технологии.

• Ударный метод.
• Вибрационный метод.
• Статический метод.
• Вращательный метод.
• Комбинированный метод. В этом случае используют несколько видов воздействия. Виброударные, ударно-вращательные технологии, вибрационное вдавливание – сочетания методов могут быть разными.

Для облегчения процесса погружения используют вспомогательные технологии, которые снижают сопротивление почвы:

• гидропогружение,
• электроосмос,
• лидерное бурение.

Ударный метод забивки

Это самый древний известный способ создания свайных фундаментов. Техпроцесс состоит из двух этапов: вспомогательного (перемещение и установка сваи) и основного (забивка сваи ударами молота или другого устройства с массивной ударной частью).

Используя ударный метод погружения, важно учитывать плотность грунтов. При работе со слабыми породами молот необходимо опускать на сваю осторожно, избегая резкого погружения в грунт, поскольку это может привести к отклонению свайного элемента от проектного положения. Чаще всего провал происходит в ситуации, когда толща слабых грунтов прикрыта тонким слоем плотного грунта.

Выбор режимов работы (определение энергии удара и частоты ударов) должен опираться на следующие факторы:

• материал, тип и размер элемента (точнее – площадь его поперечного сечения),
• конкретные грунтовые условия в месте погружения.

При высокой плотности проходимого слоя и большой площади поперечного сечения необходимо увеличивать энергию одиночного удара. В легких же грунтовых условиях при погружении свайного элемента с малым сечением, стоит снизить энергию удара и увеличивать частоту воздействия.

Чаще всего в качестве базовой машины применяются копры или краны, оснащенные копровыми направляющими. Молот двигается вдоль направляющей с помощью специальных роликов (каретки), расположенных на его корпусе, снижая вероятность отклонения от заданной оси.

При отсутствии направляющих мачт применяют кондуктора, но в отдельных случаях свайный элемент (чаще всего труба или шпунт) может быть погружен и без них.

Вибрационный метод

Техпроцесс при вибропогружении состоит из тех же этапов, что и ударный метод. Но этот метод позволяет не только погружать сваю в почву, но и извлекать.

Наиболее распространенным является свободный подвес вибропогружателя, технологии с использованием направляющих мачт применяются значительно реже. Самым же массовый вариант — установка оборудования на гидравлические экскаваторы.

Перед началом работы необходимо убедиться, что закрепление сваи в вибропогружателе является жестким и соосным. Четкая фиксация элемента нужна, чтобы добиться сразу нескольких целей:

• гарантировать безопасность проводимых работ,
• обеспечить полную передачу энергии свайному элементу,
• облегчить достижение проектного положения.

Вибропогружатель Impulse VP350R (Россия)

• Частота, Гц 50
• Вынуждающая сила, кН 385
• Амплитуда, мм 6.8

Цена по запросу

В корзину

Вибропогружатель Impulse VP310 (Россия)

• Частота, Гц 48.3
• Вынуждающая сила, кН 400
• Амплитуда, мм 12

Цена по запросу

В корзину

В каталог

В настоящее время чистый вибрационный способ используется крайне редко, так как почти все вибропогружатели совмещают статическую нагрузку (создаваемую собственным пригрузом или усилием рукояти экскаватора) с вибрационной вынуждающей силой, то есть используют комбинированный метод.

Методы статического вдавливания

Процесс статического вдавливания можно описать так.

Погружаемая свая ставится в проектное положение в направляющем устройстве агрегата.

Происходит закрепление с помощью специального зажима, который передает создаваемое статическое усилие (от гидроцилиндров, тросовых лебедок) на свайный элемент.

Под действием статической нагрузки постепенно происходит заглубление опоры.

При работе с проходным зажимом его перемещают вдоль сваи (и повторяют приложение статического усилия) столько раз, сколько это необходимо для достижения проектной отметки.

После достижения поставленной задачи зажим открывается и агрегат меняет локацию.

Статическое вдавливание используется при работе в непосредственной близости к зданиям или сооружениям, в отношении которых недопустимы динамические нагрузки. Это могут быть ветхие здания или здания, которые представляют историческую ценность, трубопроводы, технологические линии с точным оборудованием и т. п. Кроме того, этот способ может быть востребован в местах, где запрещены высокие уровни шумовых нагрузок, что очень важно при работе в плотной застройке, например.

Вращательный метод

Изначально для завинчивания винтовых свай использовали специальное оборудование — кабестаны. Кабестан — это механизм, частью которого являются две пары захватов, которые обжимают сваю и передают ей вращательное движение при погружении в грунт.

Захваты начинают вращение за счет электродвигателя, установленного на кабестане.

В настоящее время кабестаны ушли в прошлое, а наибольшую популярность получило завинчивание свай с помощью буровых вращателей, монтируемых на различные базовые машины, и самоходных установок. Способы погружения могут отличаться: для погружения методом вращения трубы ее необходимо обхватить снаружи, винтовую сваю фиксируют с помощью оголовка (хаба).

В качестве базы для буровых вращателей могут выступать:

• краново-буровые машины,
• краново-манипуляторные установки,
• экскаваторы-погрузчики,
• полноповоротные экскаваторы.

Метод завинчивания можно совмещать с другими технологиями погружения. Например, широко используется завинчивание круглых свай с помощью вибрации, так же популярно совмещение статического вдавливание с вращением.

В настоящее время для завинчивания винтовых свай (анкеров, опор) активно используют гидровращатели. Это навесное гидравлическое оборудование, которое устанавливается на экскаваторы, погрузчики, КМУ и другую спецтехнику.

Завинчивание винтовых свай относится к сложным и ответственным видам работ, при котором все технические расчеты проводят профильные и сертифицированные организации, а работу осуществляют квалифицированные и аттестованные сотрудники.

Работа с небольшими элементами (создание свайных фундаментов хозяйственных помещений, коттеджных построек, установка дорожных знаков, опор для оград, мачт освещения) обычно проходит с применением свай диаметром 57, 76, 89 мм (с ними справятся вращатели мощностью 3 000–8 000 Нм). Далее идут сваи промышленные — 108, 114 мм (8 000–15 000 Нм), 133 мм (15 000–20 000 Нм), иногда 159 мм (25 000–50 000), 168, 219 мм (35 000–80 000 Нм), 325, 500 и выше (120 000–200 000 Нм и выше).

Требования к сваекруту напрямую зависят от диаметра сваи и лопастей, количества лопастей, грунта, технологии (например, возможности применения лидерного бурения) и базовой машины.

Экскаватор, оснащенный качественным, надежным и правильно подобранным сваекрутом повышенной мощности незаменим при установке крупных сельхозсооружений, опор ЛЭП, вышек мобильной связи, прокладке трубопроводов, строительстве временного жилья для рабочих, установке резервуаров и емкостей в нефте- и газодобывающих отраслях.

Гидроподмыв

Для облегчения погружения (снижения сопротивления) используется ряд дополнительных технологий. Первая из них — подмыв струей воды.

Вода под значительным давлением подводится к нижнему срезу или подошве оболочки в виде одной или нескольких струй. Подмыв снижает лобовое сопротивление грунта. Дополнительно поток воды, поднимаясь вдоль опоры на поверхность, приводит в движение грунт вокруг сваи. Это дает снижение бокового трения. Эффект от подмывания грунта настолько велик, что зачастую свая быстро погружается в почву под действием собственного веса или кратно снижаются требования к оборудованию (молоту или погружателю).

Практика возведения фундаментов показывает, что применение подмыва эффективно только в несвязных и малосвязных грунтах, которые хорошо поддаются размыву водой. В макропористых посадочных грунтах (лессовых) этот метод исключен.

Используют два вида подмыва:

• центральный, когда насадка подмывной трубы выходит из центрального отверстия в острие сваи;
• боковой, когда трубки для подвода воды располагают по бокам сваи.

Данный способ облегчения погружения является крайне трудоемким и технически сложным, а также требует больших затрат воды, поэтому широкого распространения он не получил. Наиболее часто используется при монтаже фундамента в непосредственной близости от какого-либо водоема.

Использование электроосмоса

Этот способ применяется для облегчения погружения опор в глинистые грунты твердой, полутвердой и тугопластичной консистенции.

Эффективность погружения с помощью электроосмоса обусловлена временным снижением сопротивления глинистого грунта погружению сваи-катода. На первом этапе в почву забивают сваю-анод, которая соединяется с положительным полюсом генератора постоянного тока. Затем погружают сваю-катод, соединенную с отрицательным полюсом генератора.

Действие электроосмоса основано на том, что в результате кратковременного действия постоянного тока влажность грунта изменяется в небольшой зоне вокруг электродов. Возле сваи-катода влажность увеличивается и образуется область повышенной водонасыщенности. Около сваи-анода, напротив, образуется зона осушенного грунта с пониженной влажностью. В итоге, при погружении сваи-катода в грунт уменьшаются лобовое и боковое сопротивления грунта.

Технология электроосмоса помогает в несколько раз увеличить скорость погружения свай. Одновременно уменьшается расход энергии, затрачиваемой погружающим устройством.

В то же время при таких работах повышаются требования к электроснабжению, а малейшее нарушение техники безопасности может привести к серьезным последствиям. При этом перечень грунтов, на которых данная технология будет эффективна, крайне ограничен. В результате электроосмос редко используется на практике.

Лидерное бурение

При работе в твердых или плотных грунтах для снижения сопротивления опоры может быть использовано лидерное бурение. В этом случае свайный элемент погружают в скважину, которую предварительно пробурили гидровращателем с использованием шнека меньшего, чем свая, диаметра.Такой подход снижает сопротивление как по боковой, так и по лобовой поверхности. Однако лидерное бурение нельзя проводить без согласования с проектной организацией.

Актуальные способы погружения

На сегодняшний день для создания свайных фундаментов и оснований используются установки, использующие все типы приведенных воздействий.

При этом наиболее распространенными видами оборудования являются:

• сваебойные молота (с гидравлическим и дизельным приводом),
• вибропогружатели с различным типом привода и различного базирования,
• буровые гидровращатели, устанавливаемые на различные базовые машины,
• установки статического вдавливания.