Сваи погружаются в грунт с помощью ударного, вибрационного, вдавливающего, виброударного или вибровдавливающего воздействия, а также завинчиванием.
Машины ударного действия разделяют на молоты механические, паровоздушные и дизель-молоты.
Механические (подвесные) молоты имеют ударную часть в виде отливки и применяются при малых объемах работ, в основном для забивки деревянных свай.
Паровоздушные молоты приводятся в действие паром или сжатым воздухом. Они бывают одиночного, двойного и дифференциального действия и отличаются друг от друга характером использования энергии пара (воздуха) в рабочем цикле.
В молотах двойного и дифференциального действия пар (воздух) используется как для подъема ударной части, так и для повышения частоты и энергии ударов.
Дизель-молоты работают по принципу однотактного двигателя внутреннего сгорания, бывают штанговыми и трубчатыми. Ударная часть у штанговых — цилиндр, у трубчатых — поршень (рис, 5.13). Подъем ударной части происходит за счет энергии газов, образующихся при сгорании топлива, рабочий ход — под действием силы тяжести. Молоты этого типа по сравнению с паровоздушными более мобильны и экономичны. Трубчатые молоты надежнее в работе и обладают большей погружающей способностью, чем штанговые.
Рис. 5.13. Трубчатый дизель-молот: а — в процессе подъема поршня; б — рабочий ход и впрыск горючего; в — момент удара н распыления горючего; г — сгорание и холостой ход
Разработаны и проходят испытания гидравлические молоты двойного действия, имеющие ряд преимуществ по сравнению с описанными выше.
Рабочими параметрами молотов ударного действия, определяющими область их применения, являются: общая масса, масса ударной части и высота ее подъема, количество ударов в минуту и энергия удара.
Молоты ударного действия и сваи при забивке устанавливаются чаще всего на копрах, состоящих из рабочей платформы с рельсоколесной ходовой частью и вертикального направляющего устройства стрелового или башенного типа. Молоты и сваи могут также располагаться на самоходных агрегатах, смонтированных на экскаваторах, кранах, тракторах и автомобилях (рис. 5.14).
При устройстве свайных фундаментов под здания, опоры мостов и путепроводов наиболее эффективна мостовая сваебойная установка ЦНИИОМТП, имеющая координатно-шаговый механизм и программное управление (рис. 5.15). Выбор средств забивки свай зависит от их типа, материала, массы, сечения, длины, условий производства и объема свайных работ. Масса ударной части молота должна соответствовать массе забиваемой сваи с учетом ее длины и характера грунтов.
Рис. 5.14. Самоходная копровая установка на кране-экскаваторе:
1 — распорки; 2 — стрела; 3 — молот; 4 — направляющие блоки
Рис. 5.15. Мостовая сваебойная установка:
1 — копровая рама; 2 — молот; 3 — копровая тележка; 4 — мостовая рама; 5—рельсовый путь
Рис. 5.16. Схемы забивки свай:
а — рядовая; 6 — спиральная; в — секционная; 1-13 — номера стоянок копровой установки
Технологический процесс погружения свай забивкой включает следующие операции: разметку мест забивки, передвижку и установку копра или сваебойного агрегата, подачу сваи к копру, подъем и установку ее на место погружения, забивку сваи. На подготовительные операции приходится около 75 % времени производства свайных работ. Поэтому большое значение имеют рациональный выбор копра или самоходной установки и схемы забивки.
Рис. 5.17. Схемы вибропогружателей:
а — с жестким креплением двигателя; б — с под-рессорной пригрузкой; в — вибромолот
В зависимости от расположения свай в основании сооружения и его размеров, а также грунтов применяются следующие схемы забивки: рядовая, спиральная (концентрическая) и секционная (рис. 5.16). Погружение свай-стоек ведут до проектной отметки.
Висячие сваи забивают до получения проектного (контрольного) отказа, под которым понимают величину погружения сваи от одного удара в конце процесса забивки. Контрольный отказ определяется при расчете несущей способности сваи.
Погружение свай может осуществляться вибропогружателем (рис. 5.17), который, будучи закреплен в верхней части сваи или шпунта, передает направленные колебания свае, а через нее грунту. Вибропогружатель вместе со сваей подвешивается к крюку крана или устанавливается в копре. При достижении критической частоты колебаний трение влажного грунта о сваю резко уменьшается, и под действием собственного веса и веса вибратора свая погружается в грунт. Наиболее эффективно вибропогружение в водонасыщенных песчаных грунтах.
Для легких свай и стального шпунта применяются высокочастотные вибропогружатели, тяжелых — низкочастотные. Вибропогружатели используются также для свай-оболочек.
При погружении свай и шпунта в связные плотные грунты целесообразно применять вибромолоты (рис. 5.17, в).
Рабочие параметры вибропогружателей — общая масса, возмущающая сила, частота колебаний; вибромолота — масса, возмущающая сила, частота ударов в минуту.
Способ вдавливания используется при устройстве свайных оснований из коротких (до 6 м) железобетонных свай сплошного или трубчатого сечения. Для этого применяются агрегаты статического вдавливания (рис. 5.18). Рассматриваемый способ эффективен при погружении свай во влажные суглинистые и глинистые грунты. При грунтах с включением гравия рационально применение ви-бровдавливающих агрегатов.
Погружение вертикальных или наклонных свай завинчиванием выполняется при строительстве инженерных сооружений, на фундаменты которых действуют выдергивающие нагрузки. Широкие лопасти винтового наконечника, в два-три раза превышающие диаметр ствола сваи, обеспечивают большую несущую способность винтовых свай. Применяют их при возведении мостов, причалов, подпорных стенок и для вантовых креплений различных сооружений. При этом используются электрокабестаны или самоходные установки (рис. 5,19).
Рис. 5.18. Установка для вдавливания свай:
1 - Рабочий трактор; 2 — направляющая стрела, о — наголовник; 4 — свая; 5 — пригрузочный трактор; 6 — опорная плита
Рис. 5.19. Самоходная установка для завинчивания свай:
1 — автомобильный тягач; 2 — пульт управления; 3 — рама; 4— рабочий орган; 5 — упоры; 6 — винтовая свая
Погружение свай способом подмыва эффективно в несвязных и других размываемых грунтах. По трубам, закрепленным на свае, к ее острию подводится под напором вода, размывающая грунт, в результате чего снижается лобовое сопротивление грунта и трение его о боковую поверхность сваи. Под действием собственного веса и установленного на ней молота свая погружается в грунт. Подмыв прекращается за 1—1,5 м до проектной глубины погружения, затем осуществляют забивку сваи молотом или вибропогружение до проектной отметки. Этот способ применим только для свай-стоек.
Когда стандартная длина сваи оказывается недостаточной для ее погружения на проектную отметку, ее наращивают различными способами в зависимости от материала сваи и характера воспринимаемых усилий.
Выдергивание неправильно забитых свай и металлического шпунта при разборке временных ограждений производится с использованием различного оборудования, но наиболее эффективны сваевыдергиватели.
