СПОСОБ ПОГРУЖЕНИЯ СВАЙ ВДАВЛИВАНИЕМ
METHOD TO SUBMERGE PILES BY INDENTATION

Способ относится к области строительства, изобретение может быть использовано при погружении свай вдавливанием в слои плотных грунтов при сопротивлении грунта, превышающем максимальное усилие вдавливающей установки.
Известен способ погружения свай вдавливанием, включающий приложение к свае статического вдавливающего усилия различными методами (Буров В.П. Исследование процессов погружения свай методом вдавливания с целью обоснования параметров выбора оптимальных параметров сваевдавливающих установок: автореферат дис. канд. техн. наук. - Омск, 1969.-20 с.).
L
Недостатками способа являются технологические ограничения при погружении сваи в слоях плотных грунтов (модуль деформации Е>14 МПа, показатель текучести I<0,3), что обусловлено отсутствием методики определения параметров вдавливания (усилия и скорости) в зависимости от прочностных характеристик слоев грунта, составляющих геологический разрез, включая несущий слой.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ погружения сваи вдавливанием который включает загрузку в рабочий орган вдавливающей установки сваи, которую устанавливают вертикально и зажимают в механизме зажима, сваю погружают на величину хода поршня гидродомкратов механизма вдавливания (до 1,0 м), осуществляют разжим сваи в рабочем органе установки, поднимают штоки гидродомратов механизма вдавливания в верхнее положение (холостой ход), вновь зажимают сваю и цикл повторяется сначала до погружения сваи на проектную глубину. При погружении свай в слои плотных грунтов при сопротивлении погружению, превышающем максимальное усилие 2 вдавливания, обеспечиваемого установкой, при котором погружение останавливают, извлекают сваю и применяют специальные описанные ниже способы снижения сопротивления грунта погружению (Руководящий технический материал. РТМ 36.44.12.2-90. Проектирование и устройство фундаментов из свай, погружаемых способом вдавливания. - СПб.: ВНИИГС, 1992. - 46 с.).
Однако рассмотренный способ имеет следующие недостатки: извлечение сваи из грунта и последующее применение специальных способов снижения сопротивления грунта погружению в виде бурения лидерных скважин, рыхления грунта шнеком, применения антифрикционных обмазок поверхности сваи приводят к снижению производительности труда более чем в 2 раза, увеличению стоимости работ на 40% и снижению несущей способности свай по грунту до 20%. Кроме того, технически сложно извлечь погруженные сваи с глубины более 10 м, что требует изменения проектного решения и погружения дополнительных свай.
Задачей на решение, которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности способа вдавливания свай в слои плотных грунтов.
Способ погружения сваи вдавливанием включает загрузку в рабочий орган вдавливающей установки сваи, которую устанавливают вертикально и зажимают в механизме зажима, сваю погружают на величину хода поршня гидродомкратов механизма вдавливания (до 1,0 м), осуществляют разжим сваи в рабочем органе установки, поднимают штоки гидродомратов механизма вдавливания в верхнее положение (холостой ход), вновь зажимают сваю и цикл повторяется сначала до погружения сваи на проектную глубину. При этом при наличии в геологическом разрезе слоев плотных грунтов увеличивают усилие вдавливания до значения, равного сумме лобового сопротивления сваи в этих слоях грунтов и бокового сопротивления в пределах всей глубины погружения сваи по разрезу, а также уменьшают скорость вдавливания сваи до минимального значения, определяемого из выражения:
вд
d
d
V=(F-F)/Fn
где V- скорость вдавливания сваи, м/мин;
вд
F - усилие вдавливания, кН;
d
F - несущая способность сваи в интервале погружения, кН.
n=0,4-0,9 опытный коэффициент, среднее значение которого составляет 0,6.
Таким действием обеспечивают снижение вязкого сопротивления грунта, которое линейно возрастает при увеличении скорости погружения сваи. В результате достигают сокращения дополнительного сопротивления грунта, что позволяет погружать сваи в слои плотного грунта без увеличения усилия вдавливания и веса установки.
В процессе погружения сваи до проектной отметки прикладываемое усилие и скорость вдавливания задают в зависимости от конкретных инженерно-геологических условий, в том числе от залегания грунтов разной плотности определяющих сопротивление сваи в интервале погружения.
вд
Известна математическая зависимость, по которой определяют усилие вдавливания свай статической нагрузкой F [Бахолдин Б. В. Исследование процесса погружения свай вдавливанием / Бахолдин Б.В., Перлей Е.М., Светинский Е.В. // - М. Основания фундаменты и механика грунтов, 1997. -№3. с.25-27]:
<mrow><msub><mi>F</mi><mrow><mi>в</mi><mi>д</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>R</mi><mo>+</mo><mi>V</mi><mi>n</mi><mi>R</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>A</mi><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>f</mi><mo>+</mo><mi>V</mi><mi>n</mi><mi>f</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>Ω</mi><mo>,</mo><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi>к</mi><mi>Н</mi><mtable><mtr><mtd><mrow /></mtd><mtd><mrow /></mtd><mtd><mrow /></mtd></mtr></mtable><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
2
где R, f - удельное статическое сопротивление грунта под нижним торцем и по боковой поверхности сваи, соответственно, кН/м;
V - скорость вдавливания сваи, м/мин;
n=0,4-0,9 опытный коэффициент (среднее значение равно 0,6), определяющий зависимость вязкого сопротивления от удельного статического сопротивления грунта под нижним торцем и по боковой поверхности сваи;
2
А - площадь поперечного сечения сваи, м;
2
Ω - площадь боковой поверхности сваи, м.
Выражение 1 записывают в виде:
<mrow><msub><mi>F</mi><mrow><mi>в</mi><mi>д</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>F</mi><mi>d</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>F</mi><mi>d</mi></msub><mi>n</mi><mi>V</mi><mo>,</mo><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi>к</mi><mi>Н</mi><mtable><mtr><mtd><mrow /></mtd><mtd><mrow /></mtd><mtd><mrow /></mtd></mtr></mtable><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
d
где F - несущая способность сваи в интервале погружения, т.к.
d
F=RA+fΩ.
Из выражения 2 скорость вдавливания определяют по формуле:
<mrow><mi>V</mi><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>F</mi><mrow><mi>в</mi><mi>д</mi></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>F</mi><mi>d</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><msub><mi>F</mi><mi>d</mi></msub><mi>n</mi><mtable><mtr><mtd><mrow /></mtd><mtd><mrow /></mtd><mtd><mrow /></mtd></mtr></mtable><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
Уравнение 3 позволяет регулировать и настраивать усилие вдавливания и скорость погружения сваи в зависимости от наличия в геологическом разрезе слоев грунтов разной плотности.
При вдавливании сваи в слоях плотных грунтов увеличивают усилие вдавливания до значения равного несущей способности сваи в интервале погружения, а также уменьшают скорость вдавливания до минимального значения. В слабых грунтах уменьшают усилие и увеличивают скорость вдавливания до максимального значения.
вд
Эффективность предлагаемого способа подтверждена авторами на основании статистической обработки экспериментальных данных, полученных в производственных условиях на значительном количестве реальных объектов строительства. В ходе экспериментов в различных инженерно-геологических условиях исследованы зависимости изменения глубины и времени погружения сваи от изменения усилия и скорости вдавливания. Так, установлено что при вдавливании в несущий слой плотных грунтов для гарантированного погружения сваи на требуемую глубину устанавливают усилие вдавливания до значения F=1,0-1,2 уменьшают скорость вдавливания сваи до нулевого значения, и таким образом выдерживают сваю под нагрузкой до начала процесса «продавливания» слоя.
Способ погружения сваи вдавливанием поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен фрагмент технологической карты с графическими зависимостями, определяющими изменение технологических параметров по глубине вдавливания сваи;
на фиг.1a - представлен общий вид установки вдавливания свай и расположение сваи в геологическом разрезе, включающем, в том числе и напластования плотных грунтов;
вд
на фиг.1б - представлен график изменения усилия вдавливания (F) по глубине погружения сваи (Д);
на фиг.1в - представлен график изменения скорости вдавливания (V) по глубине погружения сваи (Н).
Способ реализуется следующим образом.
С поверхности грунта установкой для вдавливания свай 1 производят вдавливание сваи 2. При вдавливании сваи в слоях плотных грунтов 3 увеличивают усилие вдавливания до значения, равного сумме лобового сопротивления сваи в этих слоях грунтов и бокового сопротивления в пределах всей глубины погружения сваи по разрезу, а также уменьшают скорость вдавливания сваи до минимального значения.
Вдавливание в таком режиме выполняют, настолько необходимо для погружения сваи через встречающиеся слои плотных грунтов или до проектной отметки.
d
вд
d
Для определения технологических параметров вдавливания первоначально выполняют расчет изменения значений несущей способности сваи F в интервале погружения по каждому элементы составляющему геологический разрез, включая слои плотных грунтов. Затем определяют требуемые значения усилий вдавливания (F=1,0-1,2F) и строят соответствующий график изменения параметра по глубине погружения Н (фиг.1б).
Далее по зависимости 3 рассчитывают значения скорости вдавливания V по глубине погружения и строят соответствующий график изменения параметра по глубине погружения H (фиг.1в).
При погружении сваи машинист установки вдавливания на основании представленных в составе технологической карты графиков с учетом напластования слабых и плотных грунтов в составе геологического разреза настраивает рабочие параметры погружения сваи пропорционально изменяя усилие и скорость вдавливания по описанной выше методике.
В результате достигается повышение эффективности способа вдавливания свай в слоях плотных грунтов.