Коэффициент применимости молота

3. Во избежание дополнительных мероприятий, значение необходимой энергии удара молота, обеспечивающей погружение свай в грунт, должно быть не менее

E_h ≥ ∑f_jl_j(n + q₂/Q)/N_у, (10)

где f_j - несущая способность сваи в пределах j-гo слоя грунта, кН; l_j - толщина j-гo слоя грунта, м; n - параметр, принимаемый 5,5 для трубчатых и 4,5 для штанговых дизель-молотов, а для других типов молотов - по аналогии с табл. 2; N_y - общее число ударов молота, необходимое для погружения сваи, которое можно рассчитать по формуле [21]

(11)

где Р_i - динамическое сопротивление грунта в i-м слое, определяемое по методике расчета несущей способности сван по грунту СНиП 2.02.03-85* [22]; l_i - толщина слоя; k_i - коэффициент, зависящий от точности расчетов и типа свайного молота; Q_i q_i - соответственно масса ударной части молота и масса сваи; E_рi - расчетная энергия молота при ударе (7); с_i - суммарная упругая деформация наголовника, сваи и грунта.

4. Значение контрольного отказа S_а сваи от одного удара при последнем (контрольном) залоге в 10 ударов должно удовлетворять условию

(12)

где β - коэффициент материала сваи, принимаемый 1000; 1500; 5000 кН/м² для деревянных, железобетонных, стальных свай соответственно; F_d - расчетная несущая способность сваи по грунту, кН; А - площадь поперечного сечения сваи, м².

5. Для молота, который удовлетворяет всем четырем условиям, надо также проверить условие бездефектного погружения сваи

N_y ≤ N_пp, (13)

где N_пр - предельно допустимое количество ударов молота по условию выносливости сваи (см. [21]).

С применением изложенной выше методики производят прогнозирование бездефектной технологии погружения свай. Для иллюстрации методики расчета приведем практический пример.

Пример 2. Согласно рабочим чертежам фундамент под опору моста запроектирован из четырех рядов свай, объединенных общим ростверком. Сваи в крайних рядах имеют наклон к вертикали 4:1. Приняты типовые призматические железобетонные сваи поперечным сечением 35×35 см длиной 12 м, погружаемые в грунт забивкой на глубину 11 м. Расчетная вертикальная нагрузка на голову сваи - N=770 кН (78,5 тс).

Вначале выберем способ погружения и параметры свайного молота.

По формуле (8) определяем энергию удара молота, необходимую для достижения расчетной вертикальной нагрузки на сваю

E_h ≥ 0,045×770×1,15 = 39,8 кДж.

По табл. 5 принимаем гидромолот Junttan марки ННК-4 с массой ударной части Q=4,0 т, имеющий параметры: Е_h = 48,0 кДж; q₁ = 6,3 т.

К.п.д. удара рассчитываем по формуле (2.12) [21] при q_гр = 0 и ε² = 0,2:

где ∑q_i = 6,3+0,35²×12×2,45+0,4 = 10,3 т.

Тогда по формуле (2.5) расчетная энергия удара составляет

E_d =E_hη = 48,0×0,42 = 20,2 кДж.

Выбранный тип молота проверяем по условию (9):

К = 0,6 т/кДж > ∑q/E_d = 10,3/20,2 = 0,51 т/кДж.

Определим число ударов, необходимое для погружения сваи, при следующих грунтовых условиях:

слой 1 - суглинок мягкопластичный (I_L = 0,6), толщина 4 м;

слой 2 - суглинок тугопластичный (I_L = 0,4), 4 м;

слой 3 - супесь пылеватая пластичная (I_L = 0,2), 3 м.

Выполним расчет по формуле (11) по слоям:

Слой 1 - по формуле (8) СНиП 2.02.03-85* [22] вычисляем значение сопротивления погружению сваи:

P₁= γ_c (γ_cRRA + u∑γ_cff_ih_i) = 1,0×[1,0×600×0,1225+1,4×1,0×(8×2+14×2)] = 135,1 кН,

где A = 0,35² = 0,1225 м²; u = 4×0,35 = 1,4 м; значения R и f_i взяты соответственно из табл. 1 и 2 [22].

Из рис. 7 [21] с₁ = 0,050 м; там же по табл. 10-К = 0,6.

Тогда по формуле (11) число ударов для прохода сваей первого слоя составляет:

Слой 2 - аналогично слою 1 вычисляем значение сопротивления погружению сваи:

Р₂ = 1,0×[1,0×2100×0,1225+1,4×1,0×(29×2+32×2)] = = 428,0 кН,

Из рис. 7 [21] с₂ = 0,024 м; там же по табл. 10-К = 0,6.

Слой 3:

P₃ = 1,0×[1,0×5000×0,1225+1,4×1,0×(63,5×2+66×1)] = 882,7 кН.

с₃ = 0,012 м; K =0,6.

Общее число ударов: N_y = 62+99+388 = 549.

Проверяем необходимость дополнительных мероприятий по облегчению погружения свай в грунт (например, применения подмыва) по условию (10):

E_h = 48,0 кДж > (5,5+4,0/4,0)×1,4×(8×2+14×2+29×2+32×2+63,5×2+66×1)/549 = 6,0 кДж.

т.е. дополнительные мероприятия не требуются.

Значение контрольного отказа сваи по формуле (12) составляет:

где расчетная несущая способность сваи по грунту определена по формуле (8) СНиП 2.02.03-85* [22]:

F_d = 1,0×[1,0×5120×0,1225+1,4×1,0×(8×2+14×2+29×2+32×2+63,5×2+66×1)] = 1130 кН.

Пытливый читатель должен был заметить, что второй множитель в формуле (12) представляет собой определенный ранее к.п.д. удара η. Так что Е_hη = E_d = 20,2 кДж.

Вычисленное значение отказа сваи является контролируемым параметром технологического процесса и указывается в проекте производства работ.

Наконец, для принятого молота, который удовлетворяет всем предыдущим условиям, проверяем условие (13) бездефектного погружения сваи.

Полагаем, что забивка производится с наголовником, имеющим деревянную прокладку толщиной s = 0,15 м; модуль деформации древесины - E_s = 3×10⁴ тс/м². Класс бетона сваи по прочности - В30 (E_b = 3×10⁶ тс/м²).

По формуле (1.7) [21] рассчитываем сжимающие напряжения в голове сваи при забивке:

.

Затем по графику (рис. 25 [21]) или по формуле (4.1), решенной относительно lgN_пр, определим допустимое количество ударов по свае из условия начала разрушения головы (значения К_д.у и К_в приняты по табл. 8 для данной сваи):

lgN_пp = (К_д.у-s/R_b)/K_д = (3,30-17,7×0,78/15,5)/0,8 = 3,01,

где 0,78 - коэффициент перехода от кубиковой прочности к призменной прочности бетона.

N_пр = 1000 ударов > N_y = 549 ударов, т.е. условие бездефектного погружения свай выполняется.

Таким образом, данный пример демонстрирует выполнение технологических расчетов при погружении свай способом забивки.

Копры и копровые установки. Процесс погружения свай включает в себя подъем и установку свай в направляющие, подъем, установку на сваю и запуск молота, обеспечение совместного поступательного движения сваи и молота. Все эти функции выполняются сваебойными агрегатами - копрами.

В качестве копров могут использоваться специально созданные для этого самоходные машины или установки в виде навесного копрового оборудования на базовые машины - тракторы, экскаваторы, подъемные краны. Для перемещения копров по свайному полю при возведении речных опор устраивают подкопровые мосты, эстакады, подмости. Копры устанавливают и на плавучие средства (рис. 10, 11).

Рис. 10. Использование временных подмостей для производства свайных работ:

1 - подмости: 2 - стреловой крап: 3 - копровая стрела; 4 - молот; 5 - подбабок; 6 - свая: 7 - шпунт: 8 - распорка: 9 - портальный кран; 10 - стойки; 11 - самоподъемная платформа; 12 - копер; 13 - направляющий каркас

Рис. 11. Использование плавучих средств для производства свайных работ:

1 - копер; 2 - молот; 3 - свая; 4 - плашкоут: 5 - кран; 6 - ограждение котлована; 7 - направляющий каркас; 8 - подкопровой мост

Самоходный копер состоит из ходовой части, на которой установлена поворотная или неповоротная рама с размещенными на ней механизмами подъема молота, «кошки» и сваи, а также копровой стрелы (мачты), у которой есть механизмы изменения вылета и наклона (рис. 12, 13).

Рис. 12. Рельсовый копер СП-69:

1 - ходовая часть; 2 - опорно-поворотный круг; 3 - поворотная платформа; 4 - противовес; 5 - задняя стойка; 6 - кабина машиниста; 7 - передняя стойка; 8, 9 - гидроцилиндры; 10 - параллелограмм; 11 - мачта; 12 - лебедки

Рис. 13. Копер КН-1-16:

1 - базовая машина - экскаватор ЭО-5122А; 2 - кронштейн поворотный; 3 - механизм наведения; 4 - раскосы; 5 - верхняя каретка; 6 - оголовок; 7 - дизель-молот (гидромолот); 8 - наголовник; 9 - мачта телескопическая; 10 - свая; 11 - нижняя каретка; 12 - сваерез

При подборе копровой установки (табл. 7, 8) проверяют ее применимость по длине, массе и наклону сваи, типу и массе молота, по условиям обслуживания копром свайного поля.

Таблица 7