ГлавнаяСтатьи

Виброударные машины для погружения свай и оболочек в грунт

Приоритет создания теории виброударных машин и их внедрения для различных строительных целей принадлежит советским ученым и инженерам.

Первые вибрационные машины созданы Д. Д. Барканом в 1938 г., а широкое их внедрение и усовершенствование происходило в послевоенные годы. Сейчас в строительстве применяется множество машин разнообразный типов. Все виброударные машины основаны на общем принципе —они создают направленные колебания и удары, что достигается синхронным вращением дебалансов в равные стороны. По конструкции различают виброударные машины со встроенными электродвигателями (вибромолоты) и с электродвигателями, устанавливаемыми отдельно (вибропогружатели). В машинах первого типа электродвигатель участвует в производстве удара, т. е. является рабочим органом машины.

По принципу действия виброударные машины подразделяются на высокочастотные — с частотой колебаний не менее 1500 в минуту и низкочастотные — с частотой колебаний менее 1500 в минуту.

Основным свойством высокочастотных виброударных машин является небольшая амплитуда колебаний (несколько миллиметров). При этом из-за упругих свойств уплотняемой поверхности и соизмеримости упругих перемещений с амплитудой колебаний не происходит отрыва машины от трамбуемой поверхности. К этому типу относятся вибропогружатели ВПМ-1Г ВПМ-2, БТ-5, БТ-9, ВДШ-1, ВБП-3 и др. Основные параметры этих вибропогружателей находятся в пределах: мощность электродвигателей — 3—7 кет, возмущающая сила от 1 до 7 т, вес от 60 до 350 кг. Эти машины предназначены для погружения труб небольших диаметров весом 300—400 кг.

Низкочастйтные вибропогружатели и вибромолоты имеют большие амплитуды колебаний (до нескольких сантиметров). Вследствие значительной разницы между амплитудой колебаний и величиной упругих перемещений происходит отрыв машины от трамбуемой поверхности. При этом происходит не только вибрация, но и периодические удары; поэтому эти машины называют виброударными. К ним относятся легкие вибромолоты: В-81, С-402, В-103 и В-95 с основными параметрами в пределах: мощность электродвигателей от 2 до 14 кет; возмущающая сила от 1 до 9,5 т; вес ударной части от 80 до 1200 кг, а также вибромолот средней мощности С-467 мощностью 40 кет с возмущающей силой 16 т и весом ударной части 1200 кг. К низкочастотным относятся также вибропогружатели типов ВПП-4, ВПП-2, ВПП-1, ВПП-5, 102, 104, 108, 100, ВА-10, ВВПС-20/11, ВКП-I и др. с основными показателями в пределах: мощность от 16 до 60 кет; возмущающая сила 14—25 т; вес 1000— 4500 кг, а также вибропогружатели типа ВП и ВПУ.

В мостостроении и гидротехническом строительстве широко применяют низкочастотные виброударные машины.

Низкочастотные виброударные машины по конструктивному оформлению можно разделить на четыре класса: вибропогружатели простейшего типа; вибропогружатели с подрессоренной нагрузкой; вибромолоты; вибропогружатели продольно-вращательного действия.

Вибропогружатели простейшего типа состоят из электродвигателя, вибратора направленного действия и наголовника. Все рабочие органы механизма соединены между собой и с погружаемым телом в одно целое. Преимущество таких вибраторов — простота конструкции; недостатки — тяжелые условия работы электродвигателя, невозможность регулирования величины амплитуды колебаний, отсутствие приспособления для извлечения свай. К этим типам

относятся вибропогружатели типа В-102, В-104, В-108 и все вибропогружатели типа ВП. Эти вибропогружатели являются усовершенствованными моделями высокочастотного вибратора БТ-5.

Опыт применения высокочастотного вибропогружателя выявил его недостатки и показал пути усовершенствования. В частности, установлено, что для преодоления силы трения не требуется высокая частота колебаний, а желательно увеличить импульс удара, чтобы лучше преодолевать лобовое сопротивление.

Техническая характеристика вибропогружателей типов ВП и ВПУ приведена в табл. 8. Первый вибропогружатель — ВП-1 — в производственных условиях был применен на строительстве моста в 1951 г., а затем в 1953 г. Большое количество железобетонных оболочек диаметром 155 см и длиной до 60 м было погружено на строительстве моста в КНР в 1953—1955 гг. при помощи вибропогружателей ВП-1, КП-3, ВП-4 и ВП-5.

Рис. 1. Схема вибропогружателя простейшего типа; 1 — вибратор; 2 — наш-эвник; 3 — электродвигатель

Последней моделью является вибропогружатель ВПУ-250, отличающийся от своих предшественников рядом конструктивных изменений. В ВПУ-250 принято 2 грузовых вала вместо 4 и 8 в остальных вибропогружателях. Количество эксцентриков соответственно уменьшено до 6 вместо 10 и 20. Уменьшение количества грузовых валов и эксцентриков упрощает конструкцию вибропогружателя и увеличивает его надежность в работе.

В ВПУ-250, как и в некоторых других типах вибропогружателей, применены раздвижные гидравлические эксцентрики; за счет этого изменяется величина статического момента. В начальный период работы вибропогружателя эксцентрики расположены близко к оси вращения вала, а по мере увеличения числа оборотов они постепенно раздвигаются и, наконец, занимают крайнее положение. Положение эксцентриков регулируется гидравлическим приводом. Однако конструкция гидравлического привода еще несовершенна. Основным ее недостатком является неприспособленность к вибрационным нагрузкам. t

В ВПУ-160 скорость вращения эксцентриков переключали вручную и каждый раз приходилось снимать болты крепления фундаментных планок, а сами фундаментные планки переставлять в новое положение. Это делали при выключенном вибропогружателе. Вибропогружатели ВПУ-160 и ВПУ-250 позволяют регулиррвать обороты в момент запуска электродвигателей. У них имеется пускорегулирующая аппаратура, которая позволяет регулировать обороты в разных диапазонах путем посекционного вывода сопротивления из цепи роторов.

Вибропогружатель НВП-56 имеет отверстие размерами в плане 80 X 110 см для выемки грунта.

Вибропогружатели с подрессоренной нагрузкой типа ВПП конструкции О. А. Савинова и А. Я. Лускина состоят из двух частей: вибрирующей — вибратор и наголовник и не-ибрирующей — пригрузочная плита и электродвигатель. Обе части соединяются системой пружин, служащих виброизолирующим устройством.

Преимуществами этого вибратора являются возможность регулирования величины амплитуды, безопасность работы электродвигателя и возможность извлечения свай без амортизатора.

Рис. 2. Вибропогружатель ВПУ-160

Рис. 3. Схема вибропогружателя с подрессоренной нагрузкой: 1 — вибратор; 2 — наголовник; 3 — пригрузочные плиты; 4 — электродвигатель

Недостаток этих молотов — их невозможно применять для погружения оболочек больших размеров из-за небольшой возмущающей силы.

Вибропогружатели типа ВПП успешно применялись для погружения свай небольших размеров (до 30 см) и особенно для извлечения шпунтин. Вибропогружателем небольшой мощности ВПП-4 были погружены деревянные сваи длиной 6,5 м при производительности 64 сваи в смену, что превышает норму в 8 раз.

Вибромолоты конструкции С. А. Цаплина и др. Конструктивное оформление вибромолотов имеет множество разновидностей. Во всех вибромолотах электродвигатель участвует в работе вибратора.

Преимущества вибромолотов: возможность регулирования величины амплитуды и большой эффект ударного воздействия на погружаемый элемент; недостаток их: необходимость применения виброустойчивого электродвигателя, так как обычный электродвигатель быстро изнашивается.

Вибромолот конструкции С. А. Цаплина имеет вибратор, соединенный с наголовником при помощи пружин. Наголовник жестко закрепляется в свае. В зависимости от параметров вибратора, жесткости пружин, величины зазора между вибратором и наголовником вибромолот может работать на различных режимах.

На строительстве одной гидроэлектростанции вибромолотами было погружено около 500 г шпунтовых свай. Вибромолоты здесь оказались более эффективными, чем вибропогружатели грунтах на глубину 14 м. Оболочка погружена за 34 мин. без извлечения грунта из ее внутренней полости.

Стремление увеличить величину возмущающей силы привело к созданию конструкции вибропогружателей с переходом от одночастотного режима работы на двухчастотный.

Вибропогружателями с двухчастотным режимом называют такие, у которых число вращения эксцентриков неодинаково, в результате чего величина возмущающей силы, направленной вниз, увеличивается, а вверх, наоборот, уменьшается. Однако первый опыт погружения свай сечением 25 X 25 см в песчаные грунты двухчастотным вибропогружателем показал, что он не имеет преимуществ по сравнению с одночастотным. Свая была погружена двухчастотным вибропогружателем на глубину 2,9 м за 12 мин., и дальнейшее погружение ее прекратилось. После этого вибропогружатель перевели на одночастотный режим работы, и свая была погружена еще на 2,6 ж за 7 мин. При этом отмечено, что амплитуда колебаний вибропогружателя увеличилась, что и способствовало дальнейшему погружению сваи.

Погружению свай и свай-оболочек способствует совместное влияние возмущающей силы и амплитуды колебаний. Возмущающая сила направлена на преодоление лобового сопротивления и должна быть оптимальной — не больше той, которая требуется для данных грунтовых условий.

Амплитуда колебаний характеризует эффективность удара и должна быть стабильной. В действительности по мере погружения свай в грунт величина амплитуды падает, т. е. эффект удара снижается. Это происходит от того, что сопротивление грунтовой массы по мере погружения свай растет быстрее, чем растет величина амплитуды вибросистемы в грунте. Погружение свай прекращается при достижении амплитуды 0,3—0,5 см.

мента в процессе погружения сваи путем увеличения эксцентриситета эксцентриков или частоты их вращения. В новых типах вибропогружателей имеются приспособления для регулирования величины статического момента. Однако эта задача еще не решена успешно, так как она усложняется тем, что в грунте при вибропогружении происходят очень сложные явления. В работу вибросистемы вовлекается и грунтовая масса. При этом грунт колеблется не с той частотой, которая ему задана вибропогружателем, а имеет свою резонансную частоту, т. е. грунт является упругим телом, но не обладающим линейной упругостью при вибрации. По мере погружения свай в грунт эта зависимость усложняется. Разнообразие грунтовых условий еще больше усугубляет эту сложную зависимость.

Теоретически доказано, что оптимальный режим погружения свай будет достигнут в том случае, если частота их собственных колебаний как абсолютно недеформируемого тела (т. е. пренебрегая собственными деформациями, незначительными по сравнению с амплитудой колебания вибропогружателя) будет в 1,5—2 раза выше частоты вращения эксцентриков. В противном случае могут возникнуть вынужденные упругие колебания св-ай, на поддержание которых уйдет значительная часть энергии.

Частоты собственных колебаний свай с упругой заделкой в грунте достаточно высоки. Для железобетонных свай они составляют не менее 2000—2500, для деревянных — 2500—3000, для стального шпунта 3000—4000 колебаний в минуту.

Важным фактором, обеспечивающим оптимальные условия погружения свай, является использование явления резонанса, возникающего в том случае, если период колебания вибросистемы равен периоду колебаний возмущающей силы или составляет кратную долю от последнего.

При использовании явления резонанса можно достичь увеличения производительности при уменьшенной возмущающей силе, т. е. при меньшей мощности электродвигателя. Однако все известные типы вибропогружателей не имеют приспособления для такой регулировки; поэтому чрезвычайно актуальной задачей является разработка конструкции вибропогружателей с устройствами для самонастраивания режима работы, разработка методики использования резонансовых режимов при погружении свай и управления вибрацией в зависимости от грунтовых условий, размера свай и т. д.



Читать далее:
Выбор вида свай и оболочек
Проектирование фундаментов глубокого заложения
Конструкция винтовых сваи
Бурение скважин станками роторного бурения
Бурение скважин станками ударно-канатного бурения
Способы бурения скважин
Виды буровых свай
Примеры строительства фундаментов на железобетонных оболочках
Устройство уширенного основания оболочек
Бетонирование полости оболочек



Ваш отзыв


 



Главная