Коэффициент снижения бокового сопротивления песчаного грунта Ks

Скорость погружения сваи-оболочки v может быть определена, исходя из величины прогнозируемого чистого времени погружения, мин [21]:

(19)

где Pi, Pбi, - динамическое сопротивление грунта погружению сваи в центре i -го слоя соответственно общее и по боковой поверхности; Gi - суммарный вес вибросистемы, включая вес вибропогружателя Q в, наголовника Qн и сваи Q св; li - толщина слоя; Wi - мощность вибропогружателя, идущая непосредственно на процесс погружения сваи; Аi - амплитуда колебаний сваи (15); n в i - количество оборотов дебалансов в секунду.

Мощность вибропогружателя в формуле (19) можно определить по формуле, предложенной О.А. Савиновым (индексы i опущены):

(20)

Суммарное время t погр погружения одной сваи-оболочки определяется следующим образом

t погр = t п + t ycт + t нар n c + (t вп + t под )(n c + 1 ) + t гp + t охл, (21)

где t ycт - время установки столба в направляющий кондуктор; t нар - время наращивания оболочки отдельными секциями с устройством стыка и гидроизоляцией; t вп - время установки и снятия вибропогружателя и подмостей; t под - время монтажа и демонтажа подмывных устройств и эрлифта; t гр - время извлечения грунта; t oxл - время охлаждения вибропогружателя и подтяжки болтов (все компоненты принимаются по ЕНиР); n с - число наращиваемых секций сваи-оболочки.

Пример 3. Прогнозирование процесса вибропогружения железобетонных свай-оболочек рассмотрим на примере фундамента опоры реального автодорожного моста.

Исходные данные: типовые сваи-оболочки наружным диаметром 1,6 м, с толщиной стенки 12 см, имеют полную длину 32 м и погружаются с открытым нижним концом на глубину 24 м. Расчетные параметры сваи-оболочки:

- площадь основания А = π×(1,62 - 1,362)/4 = 0,558 м2;

- периметр наружный и = π×1,6 = 5,02 м;

внутренний - и = π×1,36 = 4,27 м;

- полный вес сваи-оболочки:

Q св = 0,558×32×2,5 = 44,6 тс = 450 кН.

В основании опоры залегают следующие грунты:

слой 1 - суглинок текучепластичный (IL = 0,76), толщина 8 м;

слой 2 - суглинок мягкопластичный (IL = 0,6), 4 м;

слой 3 - суглинок полутвердый (IL = 0,2) - простирается ниже.

Глубина воды в реке hw = 10 м.

Решение: прежде всего по формуле (11), табл. 2 и 7 [22] определим несущую способность сваи-оболочки по грунту:

Fd = γc (γcRRA + и∑γcffihi) = 1,0×[1,0×(2180+1,5×10×10)×

×0,558+0,7×5,02×2,0×(4+7,4+8,8+8,8+19+20+69,2+

+72+74,8+77,6+81,8+84,6)] = 1300+3710 = 5010 кН.

Необходимое значение вынуждающей силы вибропогружателя по формуле (16) составляет

Ph ≥ (1,4×5010-2,8×600)/2,38 = 2241 кН,

где предварительно принимаем G = 450+150 = 600 кН. Средний по слоям коэффициент из табл. 11 равен:

Кs = (3,4×8+3,0×4+1,5×12)/24 = 2,38.

Такому значению необходимой вынуждающей силы не удовлетворяет даже лучший отечественный вибропогружатель ВРП 70/200 (см. табл. 9). Принимаем по табл. 10 гидровибропогружатель марки 100 НD фирмы РТС (Франция), имеющий параметры: M = 1,15 кН·м; n в = 1400 об/мин = 23,3 об/с; Р в = 2510 кН; Q в = 135 кН.

Далее определим время погружения сваи-оболочки по формуле (19), исходя из следующего порядка выполнения технологических операций.

Заходка 1 - вначале в направляющие устанавливают краном столб высотой 16 м. Проходят слой 1 толщиной l 1 = 8 м с оставлением в оболочке грунтового сердечника, т.е. без извлечения грунта из полости.

Р б1 = 0,7×(5,02+4,27)×2,0×(4+7,4+8,8+8,8) = 377,2 кН;

Р 1 = 1,0×(300+150)×0,558+377,2 = 628 кН;

G 1 = 450/2+135 = 360 кН.

Реальные значения вынуждающей силы и частоты вращения вибропогружателя на этой заходке:

Р в1 = (628-360)/3,4 = 79 кН;

Мощность машины, идущая непосредственно на процесс погружения сваи, по формуле (20) равна:

Амплитуда колебаний вибросистемы по формуле (15):

А 1 = 1,15/360 = 0,003 м.

По формуле (19) определяем время погружения сваи на заходке 1.

.

Заходка 2 - наращивают сваю еще одной секцией длиной 8 м. Проходят слой 2 толщиной 4 м и часть слоя 3 толщиной 4 м (l 2 = 8 м), также с оставлением в оболочке грунтового сердечника.

Р б2 = 377,2×5,02/(5,02+4,27)+0,7×(5,02+4,27)×2,0×(19+20+69,2+72) = 2547,5 кН;

Р 2 = 1,0×(1250+150)×0,558+2547,5 = 3329 кН;

G 2 = 2/3 450+135 = 435 кН;

Р в2 = (3329-435)/2,83 = 1023 кН,

где Кs = (3,4×8+3,0×4+1,5×4)/16 = 2,83;

А2 = 1,15/435 = 0,0026 м;

.

Вследствие большого бокового сопротивления сваи погружение на второй заходке сильно замедлилось. Выход состоит в погружении сваи с опережающим забоем. Пересчитаем параметры на этот случай:

Р б2 = (377,2+2343,7)×5,02/(5,02+4,27) = 1470 кН;

Р 2 = 1,0×(1250+150)×0,558+1470 = 2251 кН;

Р в2 = (2251-435)/2,83 = 642 кН;

Заходка 3 - производят наращивание сваи еще одной секцией длиной 8 м. Проходят часть слоя 3 толщиной 8 м (l 3 = 8 м), также с опережающим забоем.

В конце погружения реализуется полная несущая способность сваи-оболочки (см. выше):

Р б3 = 3710 кН; Р3 = 1,0×(1700+150)×0,558+3710 = 4742 кН;

G 3 = 450+135 = 585 кН;

Р в3 = (4742 - 585)/2,38 = 1747 кН;

А 3 = 1,15/585 = 0,002 м;

Знак «минус» в знаменателе показывает, что время погружения стремится к бесконечности, т.е. погружения не происходит. Таким образом, расчет подтверждает, что режимы с более высокими частотами менее эффективны для погружения оболочек, а погружающая способность гидровибропогружателей ниже, чем традиционных машин с электромеханическим низкочастотным приводом.

Проверим, что будет, если на заходке 3 производить погружение оболочки спаренным вибратором (см. рис. 20):

G 3 = 450+450 = 900 кН;

Р в3 = (4742-900)/2,38 = 1614 кН;

А 3 = 2×1,15/900 = 0,0026 м;

Полное (чистое) время погружения одной сваи-оболочки (при выполнении всех предусмотренных выше технологических мероприятий) равно

t п = 5,4+6,8+4,7 = 17 мин.

Заметим, что в общем времени t погр цикла погружения оболочки, определяемом по формуле (21), чистое время погружения составляет весьма незначительную часть, так как остальные компоненты формулы исчисляются часами. Тем не менее, изложенная выше методика прогнозирования вибропогружения свай играет важную роль. Она позволяет оценить погружающую способность вибраторов и проверить возможность применения различных технологических приемов, улучшающих процесс погружения.

5.3. Агрегаты для возведения фундаментов из буронабивных свай

Особенностью технологии работ по сооружению свай этого типа является монолитное подводное бетонирование свай непосредственно в грунте в проектном положении. Сначала в грунте тем или иным способом делают скважину (при необходимости с уширением), затем устанавливают в нее арматурный каркас и укладывают бетонную смесь (рис. 21).

Рис. 21. Технологическая схема устройства буронабивных свай:

I - бурение скважины; II - разбуривание уширения; III - установка арматурного каркаса; IV - заполнение скважины бетонной смесью

Предложенный в 1899 году русским инженером Страуссом способ устройства буронабивных свай получил распространение преимущественно в зарубежных странах. Известно много разновидностей этого способа - «симплекс», «вибро», «стерн», «вит», «атлас», «франки» и др.

Скважины для свай в нескальных грунтах устраивают забивкой, впбропогружением, задавливанием инвентарных или оставляемых в грунте стальных обсадных труб с закрытым или открытым нижним концом. В связных грунтах бурить можно без обсадных труб, используя гидростатическое давление глинистого раствора пли воды зля преотвращенпя обрушения грунта в скважине. При этом применяют разное механическое бурильное оборудование, которое выбирается в зависимости от вида грунта (рис. 22, а-г). При устройстве обычных в мостостроении скважин диаметром 0,8 - 1,7 м и глубиной до 50 м используют открытые снизу инвентарные трубы, погружаемые задавливанием гидродомкратами (рис. 22, е). Для разбуривания уширеиии применяют вращающиеся уширители с раскрывающимися лопастями, режущими грунт, и с ковшовым буром (рис. 23, табл. 13). При строительстве опор на акватории буровой агрегат устанавливают на подмости (см. рис. 10).

Рис. 22. Виды бурильного инструмента и оборудования:

а - лопастной бур; б - шнековый бур; в - ковшовый бур; г - грейфер; д - ударное долото; е - обсадная труба; ж - шарошечное долото

Разработку скальных грунтов в скважинах производят ударным способом при помощи долота (рис. 22, д) или вращательным бурением шарошечным инструментом (рис. 22, ж). Долото подвешивают на канате к мачте агрегата ударно-канатного бурения и сбрасывают с высоты. Буровой шлам удаляют из скважины, промывая ее специальным устройством (рис. 24).

Рис. 23. Уширитель к бурильным машинам фирмы Kato (Япония)