Метод вдавливания свай

Ударный метод

Технология ударного воздействия базируется на применении специализированных агрегатов – копров, которые оборудованы молотами, способными вбивать опоры в слои почвы. Сила удара молота о сваю сообщает ей поступательную энергию, под действием которой она заглубляется, вытесняя и уплотняя слои грунта. Площадь уплотнения оказывается равной примерно 2-3 диаметрам сваи и создаётся непосредственно в поле механического воздействия.

Виды ударных установок

Забивающая установка Ударная установка может быть оснащена штанговым и трубчатым молотом. В штанговых машинах молот цилиндрической формы перемещается вдоль направляющих. При его падении на сваю в управляющей камере сгорания происходит повышение давления, в результате чего молот поднимается. Затем под действием силы тяжести он падает на сваю и цикл повторяется.

Трубчатый молот оснащён неподвижным цилиндром со специальной направляющей конструкцией, называемой шаботом. Ударная часть представляет собой поршень с головкой, который при сгорании топлива воздействует на сваю. Фиксация сваи выполняется наголовником, закрепляемым к молоту. Благодаря этому верхняя часть забиваемой опоры не повреждается под ударным воздействием, а сообщаемая энергия распределяется равномерно по её поперечной площади.

Погружение заранее изготовленных свай способно существенно ускорить процесс их забивки и, соответственно, закладки фундамента при любых температурах окружающей среды.

Оборудование, производящее статическое вдавливание свай

Не все знают, как называется машина, которая статически вдавливает элементы свайного фундамента. Процесс силового погружения конструктивных элементов фундамента в грунт осуществляется специальным оборудованием:

• сваевдавливающими машинами, известными также как гидравлические копры. Оборудование не нуждается во вспомогательных механизмах и функционирует самостоятельно. Поставляется на строительную площадку в разобранном виде и собирается из отдельных агрегатов. Конструкция позволяет выполнять поставленные задачи и перемещаться по свайному полю, имеющему наклон до 15%;
• сваевдавливающими установками. Агрегат конструктивно отличается от сваевдавливающей машины, имеет невысокую стоимость. Он циклически перемещается на следующую позицию с помощью специального оборудования. Установка может монтироваться на самоходное шасси, что сокращает строительный цикл. Требует подготовки площадки и обеспечения горизонтальности.

Повышенную эффективность выполнения работ обеспечивает гидравлический копер, включающий следующие конструктивные элементы:

1. Опорную раму, выполняющую функцию подвижного шасси.
2. Грузоподъемное устройство, обеспечивающее перемещение колонн к рабочему органу.
3. Зажимной узел, осуществляющий фиксацию с помощью гидравлических захватов.
4. Силовой блок, производящий статическое погружение элементов фундамента.
5. Грузовую раму, необходимую для размещения анкерных грузов.
6. Гидравлическую станцию, создающую требуемое давление для выполнения работ.

Машина более оперативно устанавливает конструкции, а также имеет гидравлические цилиндры, которые отлично справляются с погружением свай в площадку

Агрегаты статического погружения имеют ряд преимуществ:

• не создают при работе шума и вибрации в отличие от установки, которая забивает опоры ударным или вибрационным способом;
• отличаются повышенной производительностью, которую не может развить машина для забивания свай;
• не требуют специальной подготовки строительной площадки, необходимой для формирования свайного поля;
• позволяют выполнять работы на подвижных почвах с близким расположением водоносных слоев, где проблематично использовать другие технологии;
• позволяют создать надежный свайный фундамент, используя меньшее количество опорных элементов;
• обеспечивают целостность силовых опор, которые могут разрушаться при погружении ударным путем или вибропогружателем;
• гарантируют повышенную точность углубления, контролируемую компьютерной системой.

К основным недостаткам относятся:

1. Увеличенные габариты оборудования, не позволяющие производить работы на малых стройплощадках.
2. Необходимость использования техники, доставляющей сваевдавливающее оборудование к месту работы.
3. Повышенная стоимость вдавливания по сравнению с ударным или вибрационным методом.

№2. Вибрационный способ погружения свай

Благодаря вибрации, которая передается на сваю специальным оборудованием, значительно снижается сила трения и сопротивление грунта. Именно поэтому для погружения сваи на проектную глубину зачастую потребуется гораздо меньше усилий, чем при забивке. Нельзя забывать, что при вибрировании так же, как и при ударном способе, осуществляется уплотнение грунта примерно на 1,5-3 диаметра сваи (все зависит от типа грунта), так что можно говорить о появлении дополнительных несущих способностей.

Данный способ предусматривает использование вибропогружателей. Такие установки через наголовник передают на сваю механические вибрации определенной частоты. Благодаря подобному влиянию грунт становится как бы плывучим, и свая начинает погружаться под действием собственного веса. Если речь идет о длинных тяжелых сваях, то используют низкие частоты, для легких небольших свай больше подойдут высокие частоты (более 1500 колебаний в минуту).

Процесс погружения начинается с установки вибропогружателя в исходное положение, крепления сваи и ее выравнивания по вертикали. Перед началом работ рекомендуется выполнить пробное включение, чтобы убедиться в отсутствии отклонений от вертикали. Подобное оборудование стоит дорого, да и управлять им должны квалифицированные специалисты: цена на вибропогружатель, точнее стоимость его использования, будет ниже, если воспользоваться услугами аренды. В Москве и по всей России аренду таких установок предлагает ГК «Буровые Технологии»: в стоимость включены услуги опытного оператора.

Вибрационный метод погружения свай рекомендуют использовать в следующих случаях:

• песчаные и водонасыщение грунты. Сваи-оболочки, металлический шпунт и железобетонные сваи в этом случае погружаются со скоростью 3,5-7 м/мин;
• на маловлажных и плотных грунтах способ также применим, но для этого придется предварительно пробурить скважину;
• при погружении в глинистые и тяжелые суглинистые грунты за 15-30 см до достижения проектной глубины лучше переходить на ударный способ.

Учтите, что в условиях плотной городской застройки, вибрация должна использоваться только лишь в нерезонансных режимах. Желательно, чтобы частота колебаний была не выше 40-50 Гц.

Динамические испытания свай с определением упругого отказа

Динамические испытания с определением упругого отказа

Основным преимуществом измерения упругого отказа в процессе динамических испытаний является более достоверное определение несущей способности сваи Fd. Что позволяет более полно использовать резервы несущей способности основания и, как следствие, эффективно проектировать свайные фундаменты. Ниже представлена формула, по которой определяется допускаемая нагрузка на сваю N. В соответствии с этой формулой значение нагрузки, которую можно передать на сваю с регистрацией упругого отказа будет на 15% выше, по сравнению с аналогичной сваей, которая подвергалась испытанием без измерения упругого отказа.

ɣk — коэффициент надежности, принимаемый равным:

1,25 — если несущая способность сваи определена расчетом по результатам статического зондирования грунта, по результатам динамических испытаний сваи, выполненных с учетом упругих деформаций грунта, а также по результатам полевых испытаний грунтов эталонной сваей или сваей-зондом;

1,4 — если несущая способность сваи определена расчетом, в том числе по результатам динамических испытаний свай, выполненных без учета упругих деформаций грунта;

Процесс проведения испытаний динамических испытаний свай с определением упругого отказа на видео.

Свая после каждого удара перемещается в три этапа: вначале она перемещается на некоторую максимальную глубину, затем упругими силами грунта выталкивается вверх и после быстрозатухающих колебаний останавливается в грунте на отметке, отличающейся от положения ее до удара на некоторую величину, называемую остаточным отказом. Разность величин погружения свай на максимальную глубину и остаточного отказа называют упругим отказом.

В соответствие с Приложением Д СП 45.13330.2012 «Земляные сооружения, основания и фундаменты» расчетный отказ для ж/б свай длиной свыше 25 метров, а также стальных трубчатых свай следует оценивать расчетом, основанным на волновой теории. Ниже приведен пример расчета отказа металлической сваи с закрытым нижним концом, погружаемой забивкой. Геометрические параметры сваи: длина 35 метров, диаметр ствола 325 мм, для обустройства одного из объектов месторождения нефтегазовой отрасли.

Применение автоматизированных средств измерений позволяет получать результаты в графическом виде непосредственно в процессе испытаний. Ниже приведен график зависимости глубины погружения от количества ударов, глубины погружения от уровня напряжения в материале сваи, мобилизация динамического сопротивления в процессе забивки.

Получите консультацию специалиста по телефону: Инженер ООО НПО «Геосмарт» Александр +7-908-579-39-03

Работаем по всей России и СНГ! Рассчитайте стоимость испытаний

Методы и технология выполнения работ

Погружение свай методом статического вдавливания отличается технологическими нюансами. Они зависят от особенностей свайного поля, конструктивного исполнения опор, вида грунта, характера выполняемых работ и конкретных условий строительной площадки.

Наиболее оперативными и производительными являются кустовой и линейный метод

Различают следующие способы силового погружения:

1. Локальный или точечный метод. Используется при необходимости вдавливания опор на расстоянии более метра от существующих коммуникаций или инженерных объектов. Применяется при восстановлении аварийных оснований, реконструкции сооружений, выполнении работ внутри объектов. Технология обеспечивает щадящий режим погружения, обеспечивающий целостность рядом расположенных строений. Процесс отличается малой производительностью, составляющей до 15 колонн за смену.
2. Линейный метод. Используется на открытых строительных площадках и позволяет выполнять однорядное расположение. Оборудование перемещается вдоль продольных осей свайного поля и обеспечивает максимальную эффективность вдавливания при возведении объектов промышленной сферы, сооружении конструкций гидротехнического назначения.
3. Координатный способ. Предусматривает многорядное размещение опорных элементов на свайном поле. Технология предусматривает последовательное перемещение специального оборудования для статического вдавливания по продольным и расположенным к ним перпендикулярно рядам опор будущего свайного фундамента. Особенность метода – повышенная производительность вдавливания, превосходящая вибропогружение свай на 40%.

Такая технология по эффективности превосходит погружение путем забивки.

Вдавливание свай — технология, которая применяется для строительства самых различных объектов

Процесс подготовки оборудования включает следующие этапы:

1. Подготовку сваевдавливающего оборудования к выполнению работ согласно требованиям эксплуатационной документации.
2. Проверку плотности грунта, горизонтальности площадки и отсутствия посторонних предметов, затрудняющих выполнение строительных мероприятий.
3. Контроль соответствия предварительно выполненной разметки свайной площадки требованиям, заложенным в проекте.
4. Установку гидравлического оборудования, такелажной оснастки и необходимых технологических устройств.
5. Перемещение установки с помощью крана на исходную точку строительной площадки.
6. Контроль горизонтальности расположения установки, соответствия координат рабочего органа и участка погружения.
7. Последовательную загрузку контргрузов с противоположных сторон рабочей платформы и проверку стабильности расположения установки.
8. Подключение кабеля электрического питания, приведение в рабочее положение гидравлического узла.
9. Перемещение элемента в рабочую зону и фиксация в гидравлическом приспособлении.
10. Опускание опоры с последующим перемещением гидравлического узла по вертикали и циклическим вдавливанием с одновременным уплотнением почвы.

Для осуществления процедуры погружения конструкции, используются сваевдавливающие машины или как их ещё называют гидравлические копры

Ударный метод

Технология ударного воздействия базируется на применении специализированных агрегатов – копров, которые оборудованы молотами, способными вбивать опоры в слои почвы. Сила удара молота о сваю сообщает ей поступательную энергию, под действием которой она заглубляется, вытесняя и уплотняя слои грунта. Площадь уплотнения оказывается равной примерно 2-3 диаметрам сваи и создаётся непосредственно в поле механического воздействия.

Виды ударных установок

Забивающая установка

Ударная установка может быть оснащена штанговым и трубчатым молотом. В штанговых машинах молот цилиндрической формы перемещается вдоль направляющих. При его падении на сваю в управляющей камере сгорания происходит повышение давления, в результате чего молот поднимается. Затем под действием силы тяжести он падает на сваю и цикл повторяется.

Трубчатый молот оснащён неподвижным цилиндром со специальной направляющей конструкцией, называемой шаботом. Ударная часть представляет собой поршень с головкой, который при сгорании топлива воздействует на сваю. Фиксация сваи выполняется наголовником, закрепляемым к молоту. Благодаря этому верхняя часть забиваемой опоры не повреждается под ударным воздействием, а сообщаемая энергия распределяется равномерно по её поперечной площади.

Погружение заранее изготовленных свай способно существенно ускорить процесс их забивки и, соответственно, закладки фундамента при любых температурах окружающей среды.

Сваевдавливающая машина (гидравлический гидростатический копер)

Схема сваевдавливающей машины.

Машина такого типа представляет собой основную раму (на ней крепятся следующие установки: становка перемещения машины, крановая и сваевдавливающая) и грузовую раму, служащую для закрепления анкерных грузов. Два крепления сваевдавливающей установки, боковое и центральное, позволяют работать в непосредственной близости от существующих зданий.

Такое оборудование представляет собой функционально-законченный механизм, для работы которого не требуется вспомогательное оборудование.

Технология работы сваевдавливающей машины следующая: в разобранном виде оборудование доставляется на строительную площадку, подготовка которой занимает гораздо меньше времени, чем для работы сваевдавливающей установки. Для этого достаточно лишь чернового выравнивания площадки и разметки точек вдавливания. При этом площадка может даже иметь небольшой уклон (до 15%), так как в процессе работы машины благодаря имеющимся гидравлическим цилиндрам этот недочет будет устранен. Кроме того, весь процесс работы по вдавливанию полностью контролируется, соответственно, после ее проведения нет необходимости в дополнительных статических испытаний установленных элементов.

Конечно, стоимость такой машины довольно высока, но так как она включает в себя и шасси, и кран, и сваевдавливающую установку, то эта стоимость вполне адекватна и не превышает суммарную стоимость, которую имеет все это оборудование.

Преимущества сваевдавливающей машины:

• не требуется дополнительное оборудование для возведения фундамента;
• отсутствие вибрационных и ударных нагрузок на грунт и расположенные в непосредственной близости здания и сооружения;
• отсутствие необходимости в лидерных скважинах;
• отсутствие необходимости в принятии дополнительных мер по подготовке площадки к проведению работ;
• высокая скорость проведения работ.

Схема элементов сваи.

Справедливости ради следует отметить и то, что данная технология имеет и некоторые недостатки:

• не всегда есть возможность проведения работ на небольших строительных площадках из-за габаритов применяемой техники;
• для доставки на строительную площадку требуется гораздо больше техники, что увеличивает цену перевозки;
• стоимость погружения одного погонного метра превышает цену на погружение, к примеру, забивных свай.

Таким образом, возведение свайного фундамента методом вдавливания свай является наиболее прогрессивным способом проведения работ. Он отличается энергоемкостью, высокой производительностью и скоростью проведения работ, позволяет избежать дополнительных работ по проведению подготовки строительной площадки. Прогресс не стоит на месте, и вместе с ним растет число применяемых в строительстве методов.

В каждом конкретном случае следует выбирать тот, который будет отвечать запросам постройки и возможностям использования определенного оборудования.

Технология вдавливания железобетонных свай, шпунтов и труб состоит из следующих этапов

Подготовительный

Перед началом производства работ выполняется подготовка строительной площадки. В большинстве случаев достаточно выполнить черновое выравнивание, так как свае вдавливающие установки работают на уклонах и погружают сваи до проектной отметки на глубину до 10 м прямо с дневной отметки поверхности грунта. В случае необходимости устраивается котлован, размеры которого больше размера здания на технологическую ширину (1-3м), необходимую для погружения угловых свай и крайних свай, располагающихся возле бровки котлована.

Производственный

Технологический цикл вдавливания свай включает следующие операции: установка СВУ на точку вдавливания; загрузка СВУ тарированными грузами; строповка, подъём и загрузка погружаемых элементов в гидравлические зажимы вдавливающего устройства (кондуктора) СВУ с помощью встроенного крана-манипулятора; выравнивание установки гидроцилиндрами и центрирование сваи; вдавливание; переезд СВУ на отметку проектного положения следующей сваи. Сам процесс погружения свай и шпунтов выполняется свае вдавливающей машиной путем использованием двух или четырёх вращающихся зажимов стола, передающих вертикальную вдавливающую нагрузку на тело сваи, без её повреждения.

При работе сваевдавливающей установки усилие вдавливания контролируется оператором машины в диапазоне от 0 до 320 тонн. Кроме того, за счет применения тарированных при грузов возможно увеличить или снизить общий вес установки до требуемого проектной документацией значения расчетной нагрузки на сваю.

Давление в системе при погружении свай непрерывно контролируется машинистом установки с помощью поверенного прибора (манометра), установленного непосредственно в кабине оператора. Данная система позволяет использовать такие преимущества технологии вдавливания, как:

• возможность погружения свай строго до заданного проектом усилия (отказа);
• недопущение разрушения сваи по материалу, что часто происходит при забивки свай;
• своевременное информирование и оперативное реагирование в случае попадания свай на линзы слабого грунта, что при производстве свай по другим технологиям выявляется только при выполнении контрольных испытаний свай по окончании производства работ и приводит к существенному удорожанию стоимости строительства.

За счет использования в гидравлическом устройстве кондуктора сменных зажимов свае вдавливающие установки погружают сваи следующих сечений: 300х300, 350х350 и 400×400 мм, а также сваи и трубы круглого сечения диаметром от 200 до 550 мм.

В настоящее время имеются следующие эффективные конструкции свай, применение которых возможно только методом вдавливания:

• чрезвычайно экономичные сваи без поперечного армирования, разработанные в 1960 годах и долго не применявшиеся из-за высокого процента разрушения стволов при забивке;
• сваи пирамидальные с небольшим (до 4 %) продольным уклоном граней, которые в ряде грунтовых условий обладают повышенной несущей способностью за счет возникающего распора;
• сваи с переменным сечением по длине, которые особенно эффективны в грунтовых условиях второго типа по просадочности, а также в составе больших групп;
• сборные железобетонные составные сваи с безметалльным стыком, которые на 10 % экономичнее традиционных;
• комбинированные сваи с телескопическим строением ствола, позволяющие получать несущую способность в два-три раза более усилия вдавливания за счет их устройства по методу «top-down»;
• сваи без острия, с минимальным продольным армированием, изготовленные безопалубочным методом из тяжелого бетона, которые на 25 % более экономичны, чем изготовленные традиционными методами.

Кроме того, СВУ, самостоятельно передвигаются по строительной площадке на полозьях («лапах») и выполняют работы с использованием встроенного крана-манипулятора, что позволяет достичь рекордной скорости погружения — до 60 железобетонных свай в смену. Очевидно, что технология погружения свай методом вдавливания является безусловным лидером в свайном фундаментостроении по качеству, надежности и скорости производства работ.

Достоинства и недостатки

В чем же заключаются преимущества свайного фундамента?

• это одна из наиболее надежных конструкций для укрепления фундамента;
• она достаточно проста, так как не требует рытья ям;
• как уже говорилось выше, не требует устройства подвала;
• применяется в случае слабого верхнего слоя, либо, напротив, слишком плотного грунта;
• используется не только в гражданском, но и в промышленном строительстве;
• позволяет существенно сэкономить;
• не является источником разрушительных вибраций.

Проверка за процессом

Особенности данного метода позволяют проводить компьютерный мониторинг работ, что повышает их качество в разы. Но на этом достоинства не заканчиваются: так, применять технологию вдавливания можно, не проводя выравнивания площадки, а также без детального изучения типа грунта, на котором будет зиждиться будущая постройка. Кроме того, она не формирует столь высокий уровень шума, как иные вариации монтажа (особенно забивная). Это позволяет использовать данную технологию рядом с муниципальными и социально значимыми объектами, будь то детский сад, школа или больница.

Впрочем, у этого способа есть и незначительные недостатки. В том числе, необходимость использования специализированной крупногабаритной техники. Это вносит существенные ограничения в работу: к примеру, проводить ее можно лишь на строительных участках площадью не менее 500 м2. Однако на этом «минусы» вдавливания свай заканчиваются.

Стоимость услуги вдавливания свай

Вид работ	Стоимость
Вдавливание свай	от 850 рублей за погонный метр
Забивка шпунта Ларсена	от 650 рублей за погонный метр
Перебазировка сваебоя	от 80 000 рублей

Все цены на услуги →

Рассматриваемая методика подходит как для строительства новых объектов, так и для реконструкции уже эксплуатирующихся. Предусматривается погружение элементов под действием вдавливающих усилий специальных гидравлических установок. Как при статическом зондировании, так и при использовании данной методики работы проводятся с учетом прочностных характеристик грунтов, уровня залегания вод и проектных нагрузок на элементы оснований. При новом строительстве реактивные усилия воспринимаются массой установки, анкерными сваями или балочной клеткой, а при реконструкции — собственным весом сооружения. При необходимости равномерного распределения по стенам выполняются ростверки из железобетона.