Техническая характеристика отечественных копровых установок для забивки свай

Таблица 8

Техническая характеристика зарубежных копровых установок для забивки свай

Самоходные рельсовые копры (рис. 12) - традиционные средства забивки сваи. Однако у них большой вес, высокая трудоемкость сборки-разборки, малая маневренность, и они требуют устройства рельсовых путей. Поэтому при строительстве мостов преимущество отдается самоходным копрам на гусеничном ходу.

Все шире входят в практику также бескопровые сваебойные установки (пример см. на рис. 14). Когда ими пользуются, сваю надо предварительно надежно зафиксировать в направляющих или лидерной скважине. Установка закрепляется на голове сваи при помощи крана, а затем запускается и работает автономно.

Рис. 14. Бескопровая сваебойная установка:

1 - дизель-молот; 2 - строповочная серьга; 3 - «кошка» 4 - направляющая для молота и «кошки»; 5 - кольца 6 - свая; 7 - лидерная скважина; 8 - наголовник 9 - стакан; 10 - рама

Вибропогружатели

Способ вибропогружения применяют для заглубления в нескальные грунты на глубину 20-70 м преимущественно железобетонных, металлических или комбинированных свай-оболочек диаметром 1-3 м.

Различают низкочастотные (с циклической частотой колебания (о менее 10 Гц) и высокочастотные (с частотой свыше 16,6 Гц) вибропогружатели.

Первые отечественные низкочастотные (300...500 об/мин) вибропогружатели ВП-1 и ВП-3 для погружения свайных элементов большого поперечного сечения и длины были созданы в НИИ Мостов при ЛИИЖТе в 1950-1952 гг. Они явились прообразом многих последующих конструкций.

Механический вибропогружатель включает в себя: собственно вибратор, состоящий из нескольких грузовых валов с насаженными на них тяжелыми эсцентриками; приводной электродвигатель с редуктором для передачи крутящего момента валам; наголовник для жесткого прикрепления вибратора к свае (рис. 15).

Рис. 15. Низкочастотный вибропогружатель ВПМ-170:

1 - эксцентриковые валы; 2 - электродвигатель; 3 - блок шестерен; 4 - синхронизирующие шестерни; 5 - фланец

В процессе вращения в разные стороны грузовых валов, соединенных синхронизирующими шестернями, возникает направленная вдоль вертикальной оси вибратора знакопеременная вынуждающая сила, которая изменяется по гармоническому закону. Максимальное значение вынуждающей силы можно определить по формуле

P_в = Q_эeω²/g, (14)

где Q_э - вес эксцентрикой; е - расстояние от оси вращения до центра тяжести эксцентриков; ω - угловая скорость вращения грузовых валов; g - ускорение силы тяжести (g = 9,81 м/с²).

Произведение Q_э·е представляет собой суммарный грузовой момент М эксцентриков вибратора и вместе с вынуждающей силой Р_в является одной из основных его характеристик.

Под действием вибратора, жестко соединенного со сваей, в нелинейной динамической системе вибратор-свая-грунт возникают продольно направленные колебания с амплитудой А. Если амплитуда достигает критического значения, при котором происходит преодоление сил трения по боковой поверхности, свая, проскальзывая в грунте, периодически надавливает нижним концом на него, преодолевая его сопротивление и в этой зоне. Амплитуда А₀ колебаний вибросистемы после срыва сил трения в основном зависит от величины грузового момента и массы вибросистемы:

А₀ = Q_эe/(Q_в + Q_св = М/G, (15)

где Q_в и Q_св - вес вибратора с наголовником и сваи соответственно.

В последние десятилетия больше других использовался для погружения железобетонных свай-оболочек диаметром 1,6 м и 3,0 м длиной до 60-70 м отечественный вибропогружатель ВП-160 (ВП-170, BПM-170) - см. рис. 15. Характерной его особенностью является использование двухскоростной схемы вращения грузовых валов, из которых половина вращается с удвоенной скоростью. Поэтому вынуждающая сила, направленная вниз, превышает силу, направленную вверх.

Обычно вибропогружатель закрепляют па свае болтами посредством наголовника (рис. 16). При погружении свай-оболочек Ø 3,0 м применяют спаренный вибропогружатель из двух вибропогружателей ВПМ-170, установленных на едином наголовнике. Совместность колебаний вибропогружателей обеспечивается соединением их синхронизирующими шестернями 4 (см. рис. 15).

Рис. 16. Крепление вибропогружателя к оболочке:

1 - вибропогружатель: 2 - переходной патрубок; 3 - болты крепления; 4 - фланец оболочки; 5 - оболочка

Другой конструкцией вибропогружателя является модель с проходным отверстием в центральной части, что позволяет извлекать грунт грейфером из полости оболочки, не снимая вибропогружателя (рис. 17). Однако такие конструкции плохо зарекомендовали себя в эксплуатации.

Рис. 17. Вибропогружатель с проходным отверстием ВУ-1,6

Значительное влияние на производительность погружения свай-оболочек оказывает конструкция узла крепления к ним вибропогружателя, который должен быть жестким. Но болтовые соединения, кроме периодической подтяжки гаек (из-за их отвинчивания под действием вибрации), требуют значительных затрат труда и времени на установку и снятие вибропогружателя. Безболтовые зажимные наголовники (например, гидравлические) позволяют сократить затраты труда в 8-10 раз (рис. 18).

Рис. 18. Гидравлический зажимной наголовник

В процессе погружения в грунт сваи-оболочки при постоянных параметрах вибратора скорость погружения, амплитуда колебаний, сила тока и потребляемая двигателем мощность постелено снижаются. С целью оптимизации режимов погружения в 1969 г. были созданы вибропогружатели с автоматически изменяемыми параметрами. В них максимально возможная скорость погружения при минимальных затратах мощности обеспечивается путем регулирования частоты колебаний и грузового момента эксцентриков на разных стадиях погружения оболочки. Вибропогружатели типа ВРП (табл. 9) некоторыми специалистами признаются наиболее совершенными (см. [20]).

Успешный опыт создания и применения в нашей стране вибропогружателей способствовал развитию свайной вибротехники за рубежом. Так, японской фирмой Kensetsu Kikai Tesa создан параметрический ряд низкочастотных вибропогружателей с вынуждающей силой 370...2140 кН.

Таблица 9