144434 (Технологии погружения металлического шпунта вблизи существующих зданий с обеспечением их безопасности и недопущения неравномерных осадок их фундаментов), страница 3

Одним из наиболее эффективных и в то же время наиболее безопасным способом производства работ в фундаментостроении является вибрационный метод.

Применение вибрационной технологии позволяет:

повысить производительность труда при экономии энергетических и материальных ресурсов;

использовать мобильные средства вибрационной техники и применять их без громоздких опорных конструкций для восприятия реактивных усилий;

комплексно механизировать строительные процессы.

Технико-экономические преимущества вибрационного метода определяются не только повышением скорости погружения и возможностью извлечения шпунта, но и более совершенной технологией вспомогательных операций, осуществляемых с использованием самоходных грузоподъемных установок.

Технология погружения включает следующие основные операции:

вырезку отверстия в шпунтине для крепления вибратора;

подтаскивание шпунтины к вибратору;

закрепление шпунтины в наголовнике вибратора;

подъем вибратора со шпунтиной и заводку шпунтины в замок ранее погруженной шпунтины;

погружение шпунтины, отсоединение вибратора от нее и снятие вибратора.

Металлические шпунтины, поступающие на строительные площадки, не имеют отверстия для крепления вибратора к шпунту, прорезать его приходится на месте забивки. Размеры отверстия и его расположение на шпунте зависят от конструкции наголовника.

До конца прошлого века, в некоторых случаях крепление вибратора осуществлялось заводкой прямоугольного клина в отверстие шпунтины. Это отверстие должно быть прямоугольным, а размеры его выбраны в соответствии с размерами клина. При этом необходимо сохранить относительно точное расположение верхней кромки отверстия в шпунтине по отношению к его торцу, который должен быть защищен и обрезан перпендикулярно продольным стенкам шпунтины [4]. Неточность в расположении верхней кромки крепежного отверстия в металлическом шпунте может значительно усложнить и затянуть производство работ по его погружению. Разметку крепежного отверстия на шпунтине нужно производить аккуратно и по возможности точно с помощью специального шаблона из листовой стали, накладываемого на шпунт (рис. 18); очерчивание границ отверстия следует делать хорошо заостренным специальным метчиком (а не мелом). Верхняя кромка отверстия не должна иметь рваных и сильно наплавленных мест. Перед заводкой шпунта в наголовник вибратора ее нужно подчистить драчевым напильником.

Рис. 18. Шаблон для вырезки отверстия в металлическом шпунте

Заправка шпунтины вибратора. В общем объеме погружения шпунтины ее заправка в наголовник вибратора может занимать сравнительно много времени, поэтому на строительной площадке этой операции должно быть уделено особое внимание.

Оборудование крана, с которого ведется погружение вибратором, дополнительно тросом с крюком, при помощи которого плита наголовника скрепляется с краном, переводя вибратор в горизонтальное положение. В этом положении вибратор подается к погружаемой шпунтине, которая заранее укладывается на шпалы или брусья, так, чтобы ее торец выступал за брус на 40 – 50 см. После заправки и закрепления шпунтины в вибраторе трос снимается, и при подъеме шпунтины вибратор снова переводится в вертикальное положение. Использование дополнительного троса исключает ручной поворот вибратора из вертикального положения в горизонтальное.

Применение этого способа заводки вибратора на шпунтину позволяет значительно сократить время закрепления вибратора.

Заводка шпунтины в замок. Для облегчения заводки шпунтин в замок используется специальная рамка (рис. 19) в виде отрезка шпунтины с частично вырезанными замками и с четырьмя приваренными пальцами. С помощью этих приспособлений рамка устанавливается на торец погруженной шпунтины. Вновь погружаемую шпунтину приставляют к оставшейся части замка, придавая ей нужное направление и затем вводя в замок погруженной шпунтины.

Рис. 19. Рамка для заводки шпунта в замок ранее погруженной шпунтины

При заводке шпунтины в замок необходимо поддерживать ее строго в вертикальном положении. В противном случае может возникнуть заедание торца погружаемой шпунтины в замке, что затруднит не только заводку в замок, но и дальнейшее погружение шпунта. Это имеет особенно большое значение в тех случаях, когда шпунт погружается на всю высоту.

Погружение шпунтины. После заводки шпунта в замок осуществляется погружение шпунта виброметодом, при котором шпунт должен находиться в вертикальном положении (особенно в начале погружения).

Для погружения шпунта вибрированием необходимо, чтобы он не имел существенных искажений в замке и резких остаточных искривлений по его длине.

Несмотря на эти технические преимущества вибромолотов по сравнению с вибраторами, для погружения шпунта до сих пор они почти не используются. Такое положение объясняется в основном отсутствием надежной конструкции вибромолота, способной противостоять интенсивным ударам, производимым с относительно большой частотой [4].

2. Сравнение вариантов погружения

Результаты проведенного цикла опытов, в которых сравнивалась погружающая способность различных типов сваебойных средств в глинистых грунтах полутвердой и твердой консистенции (В.В. Верстов, М.Г. Цейтлин, Я.К. Байтингер, Г.Ф. Ольшевский, 1984), позволяет сделать вывод о наибольшей эффективности ударно-вибрационного погружения со сравнительно небольшой энергией единичного удара и высокой частотой в режиме свободного вибромолота и отношении общей массы ударной части к величине вынуждающей силы, обеспечивающей устойчивую работу вибромолота. В таких условиях (в отличие от других сваебойных средств) при эффективном погружении деформации забиваемого шпунта не происходит.

Проведенные исследования и анализ производственного опыта использования средств вибрационной техники повышенной эффективности при погружении и извлечении шпунта позволяют сделать вывод о необходимости погружать шпунт преимущественно вибраторами и вибромолотами, с тем чтобы обеспечить при высокой производительности возможность его виброизвлечения и повторного использования [1].

При погружении шпунта вибрированием производительность почти в 2 раза выше, чем при его забивке.

При вибрационном погружении элементов в грунт с помощью введения дополнительных знакопеременных сил и (или) крутящих моментов можно существенно снизить необходимую для эффективного погружения постоянную составляющую силы, что дает возможность с помощью вибрационных машин относительно небольшой массы погружать в грунт элементы, сопротивление внедрению которых во много раз превосходит силу тяжести вибрирующей системы. В случаях значительного изменения свойств грунта под действием вибраций можно снизить не только величину требуемой постоянной силы, но и величину энергии, затрачиваемой на погружение.

При вибрационном погружении или извлечении, когда динамическое воздействие на сваю осуществляется жестко соединенным с ней вибровозбудителем, эффективность процесса определяется главным образом приложением к свае значительных периодических сил, которые совместно с постоянными силами (сила тяжести системы, безынерционное нажатие, усилие извлечения) обеспечивают перемещение сваи в грунте.

В ряде случаев (преимущественно при погружении элементов в маловлажные плотные грунты или при погружении элементов с развитой лобовой поверхностью) целесообразно применять вибромолоты, в которых вибровозбудитель воздействует на погружаемый элемент в основном ударами. Ударно-вибрационный режим может иметь преимущества перед вибрационным также и при наклонном или горизонтальном погружении элементов.

При ударно-вибрационном погружении масса погружаемого элемента, как правило, на должна превышать 3 – 5 т, так как для наиболее эффективного погружения этим методом в условиях значительного лобового сопротивления отношение масс погружаемого элемента и ударной части вибромолота должно приближаться к единице; применение вибромолотов с массой ударной части, превышающей 3 – 5 т, ограничивается долговечностью механизма, резко снижающейся с увеличением массы.

Наиболее эффективно используется вибрационный метод в водонасыщенных песчаных и пластичных глинистых грунтах, причем область применения виброметода охватывает все виды песчаных, а также глинистых грунтов до полутвердой консистенции включительно с содержанием каменных включений до 40% [1].

При погружении шпунта молотами шпунт часто деформируется; с увеличением мощности молота эти деформации шпунта возрастают и оказывают существенное влияние на успех погружения. В результате существенная доля работы ударного оборудования затрачивается не на преодоление сопротивления грунта погружению, а на проталкивание одной деформированной шпунтины в другую.

Так как погружение легких профилей шпунта тяжелыми молотами и сваебойным оборудованием не оправдано, то в том случае, когда по тем и иным причинам погружение шпунта на заданную глубину вибраторами или легкими молотами затруднено, дальнейшее погружение целесообразно вести с применением средств, позволяющих уменьшить сопротивление грунта, а не производить добивку шпунта тяжелым ударным оборудованием, способным сильно деформировать шпунт. В частности в таких случаях может оказаться полезным применение подмыва или наложение постоянного тока.

1. Погружение металлического шпунта вблизи существующих зданий

Работы по реконструкции действующих предприятий занимают значительное место в строительстве, и объем их непрерывно увеличивается. Это определяет необходимость устройства фундаментов вблизи существующих сооружений высокопроизводительными способами, к которым относится и вибрационный метод.

Вместе с тем при вибрационном погружении, как и при других видах динамических воздействий на погружаемый элемент, вблизи существующих сооружений возникает опасность их неравномерных осадок и повреждений, нарушения работы точного оборудования и вредного влияния на людей.

Строительство сооружений в городских условиях вблизи существующих зданий часто вызывает значительные их повреждения из-за больших осадок. В связи с этим возникает необходимость в расселении жильцов и больших дополнительных затратах на восстановление зданий.

Результаты выполненных исследований и производственный опыт использования средств вибрационной техники вблизи зданий и сооружений позволяет рекомендовать для снижения уровня колебаний грунта при вибропогружении применение вибраторов с меньшим статическим моментом массы дебалансов и высокой частотой.

В настоящее время отсутствуют эффективные способы защиты зданий от колебаний. Существует только один надежный путь – уменьшение исходного уровня колебаний, возникающих при вибрационном погружении и извлечении.

Во ВНИИГСе были проведены экспериментальные исследования с целью выяснения влияния на уровень колебаний грунта следующих факторов: вибрационных параметров погружаемых элементов и их размеров, образования грунтовой пробки в процессе погружения, изменения направленности колебаний погружаемого элемента, извлечения грунта из полости погружаемого трубчатого элемента (лидирование и опережающая выемка), выбега после отключения электродвигателя вибропогружателя [1].

Вибропогружатели металлического шпунта имеют частоты 16 – 25 Гц, которые менее опасны для окружающих зданий. В связи с этим при устройстве шпунтовых ограждений основным мероприятием по уменьшению уровня колебаний грунта является применение динамического торможения при выбеге вибропогружателя.

Вдавливание свай и шпунта является одним из надежных и простых способов устройства свайных фундаментов и ограждений котлованов вблизи существующих зданий и сооружений, а также в условиях реконструкции.

Способ вдавливания свай имеет следующие преимущества: отсутствуют динамические нагрузки на погружаемую сваю и рядом расположенные здания и сооружения; ликвидируются шум и загазованность воздуха, что удовлетворяет условиям охраны окружающей среды; энергоемкость значительно ниже, чем у ударного и других способов.

Необходимость генерирования минимального уровня колебаний при использовании вибрационного метода в фундаментостроении заставляет предъявлять жесткие требования к вибрационной технике и технологии производства работ. Наиболее ярким примером этого являются вибрационная техника и технология погружения (извлечения) металлического шпунта.

Применение шпунта при устройстве фундаментов вблизи существующих зданий обусловлено широким спектром решаемых с его помощью задач. Например, весьма надежным средством борьбы с образованием воронки оседания и предотвращения продольного прогиба протяженных зданий и сооружений, а также для выравнивания осадки гибких сооружений, возводимых на слабых грунтах, является разъединительный шпунтовый ряд [5]. Наиболее экономичными и быстровозводимыми являются рабочие и приемные шахты, необходимые при микротуннелировании – современной технологии прокладкитрубопроводов или футляров (кожухов инженерных сетей, стволы которых устраиваются возведением шпунтового ограждения) [6].

Использование вибропогружателей для погружения шпунта вблизи существующих зданий полностью не исключает опасность неравномерных осадок. Самый надежный путь защиты зданий – уменьшение исходного уровня колебаний, генерируемых при вибрационном погружении или извлечении шпунта. Частично решить эту задачу удается с помощью так называемых «городских» вибропогружателей, вибрационные параметры которых являются результатом теоретических и экспериментальных исследований. Однако сложным вопросом остается регулирование статического момента массы дебалансов. В процессе работ величина статического момента массы дебалансов и, соответственно, амплитуда колебаний вибрирующей системы должны обеспечивать погружение, т.е. вибрирование погружаемого элемента относительно прилегающего к нему грунта в условиях эффективного проскальзывания («срыва»), иначе говоря, отсутствие «присоединенной» к элементу массы грунта. Эффективность такого решения объясняется тем, что в состоянии «срыва» шпунта относительно прилегающего грунта интенсивность затухания колебаний в нем возрастает, а отношение амплитуд колебаний погружаемого элемента и окружающего его массива грунта составляет два-три порядка.