Техническая характеристика гидровибропогружателей зарубежного производства

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

(19)

где P_i, P_бi, - динамическое сопротивление грунта погружению сваи в центре i-го слоя соответственно общее и по боковой поверхности; G_i - суммарный вес вибросистемы, включая вес вибропогружателя Q_в, наголовника Q_н и сваи Q_св; l_i - толщина слоя; W_i - мощность вибропогружателя, идущая непосредственно на процесс погружения сваи; А_i - амплитуда колебаний сваи (15); n_вi - 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_нарn_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 (I_L = 0,76), толщина 8 м;

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

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

Глубина воды в реке h_w = 10 м.

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

F_d = γ_c(γ_cRRA+и∑γ_cff_ih_i) = 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

P_h ≥ (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:

К_s = (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 100НD 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 l₁ = 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;

Р₁ = 1,0×(300+150)×0,558+377,2 = 628 кН;

G₁ = 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):

А₁ = 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 (l₂ = 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;

Р₂ = 1,0×(1250+150)×0,558+2547,5 = 3329 кН;

G₂ = ²/₃ 450+135 = 435 кН;

Р_в2 = (3329-435)/2,83 = 1023 кН,

где К_s = (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;

Р₂ = 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 (l₃ = 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;

G₃ = 450+135 = 585 кН;

Р_в3 = (4742 - 585)/2,38 = 1747 кН;

А₃ = 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):

G₃ = 450+450 = 900 кН;

Р_в3 = (4742-900)/2,38 = 1614 кН;

А₃ = 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.