Новые ресурсосберегающие конструкции железобетонной сваи и свайного наголовника

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 624.155

НОВЫЕ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ СВАИ И СВАЙНОГО НАГОЛОВНИКА

Бекбасаров И.И.

Изложены конструктивные и технологические принципы создания новой сваи с переменной прочностью ствола и свайного наголовника, обеспечивающие бездефектную и производительную забивку

Безопасная, бездефектная и производительная забивка свай в грунты в значительной мере определяются конструкцией самой сваи и свайного наголовника, предназначенного для защиты ее головной части от разрушений при ударах молота.

Традиционно железобетонные свай, используемые для возведения фундаментов зданий и сооружений, изготовляются из однородного материала, т.е. из одного вида бетона с постоянными прочностными характеристиками по стволу. Так в зависимости от вида бетона различают сваи из портландцементного бетона, шлакощелочного бетона, керамзитобетона, полимербетона и др. /1/. Такой подход к формированию ствола сваи обеспечивает простоту технологии ее изготовления, так как в этом случае свая изготовляется как цельная конструкция из бетона одного состава. С позиции же использования прочностных свойств материала такие сваи не достаточно эффективны, о чем свидетельствуют реальные условия их работы. Так материал сваи испытывает рабочие напряжения, т.е. вступает в работу, при складировании (при отгрузке сваи из формы на склад готовой продукции), погрузке на транспорт и транспортировке, разгрузке и складировании на строительной площадке, при установке на копер, забивке в грунты и при эксплуатации в составе фундамента здания или сооружения. Из всех этих этапов работы материала сваи, наиболее опасным является процесс забивки, так как именно в этот период в свае имеет место максимальное напряженное состояние, требующее полноту проявления прочностных свойств бетона сваи. Сжимающие напряжения, возникающие в сваях, при ударах молота достигают до 24,9-35,0 МПа /2/, что значительно выше напряжений, имеющих место в них при эксплуатации в составе фундамента.

При забивке наибольшие сжимающие напряжения возникают в головной части сваи, а минимальные - в ее нижней части. Экспериментальными исследованиями /2/ установлено, что для свай в общем случае при забивке характерны следующие эпюры распределения сжимающих напряжений по стволу:

- в виде трапеции с вогнутостью в верхней части (рисунок 1);

- в виде правильной трапеции;

- в виде трапеции с выпуклостью в верхней и средней части (рисунок 2).

Исходя из этого, целесообразно разные части свай изготовлять из разных видов бетонов или же из одного вида бетона, но разных составов, обладающих разными прочностными характеристиками /3/. Так, например верхнюю часть сваи следует изготовлять из бетона с высокими прочностными характеристиками, среднюю часть - из бетона со средними прочностными характеристиками, а нижнюю часть - из бетона с меньшими прочностными характеристиками. Иными словами подбор вида бетона (или состава бетона) для разных участков свай нужно производить в соответствии с эпюрой распределения напряжений, возникающих в них при забивке (рисунок 3), а прочностные характеристики бетона для каждого участка - по максимальным значениям напряжений в пределах рассматриваемого участка сваи.

Рисунок 1 Изменение напряжений по длине сваи СЦ 10-30 при глубине погружения 6 м

Таким образом, в полипрочных сваях (сваях с переменной прочностью бетона по длине), обеспечивается рациональное использование материала их ствола, так как прочность бетона их отдельных участков подбирается с учетом фактического уровня напряжений в них при забивке.

Рисунок 2 Изменение напряжений по длине сваи СЦ 10-30 при глубине погружения 7 м.

Рисунок 3- Схема к изготовлению забивной сваи с переменной прочностью бетона ствола.

На основе результатов экспериментальных исследований, изложенных в работе /2/, разработаны рекомендации по назначению длины участков свай с разной прочностью бетона ствола. Так, например, при необходимости забивки сваи длиной 10 м на глубину до 6 м в глинистые грунты с показателем текучести 0,65-0,42 целесообразно ее головную часть длиной 0,26 L (где L - общая длина сваи) изготовлять из бетона М150, а остальную часть сваи - из бетона марки М100.

Изготовление полипрочных свай можно производить в двух вариантах. Первый вариант реализуется следующим образом. В первую очередь изготовляются головная и нижняя части свай в вертикальных формах с выпуском основной арматуры. При этом армирование всех частей сваи остается традиционным. Затем после набора определенной прочности бетона, изготовленные части укладываются в обычную горизонтальную форму, и производится бетонирование средней части сваи. Второй вариант предполагает изготовление сваи в обычной горизонтальной форме с металлическими вкладышами, которые разделяют участки сваи с разным составом бетона. Вкладыши вынимаются непосредственно после заполнения бетоном всех трех участков формы, либо перед отправкой сваи в пропарочную камеру или после набора бетоном сваи определенной прочности. свая наголовник забивка железобетонный

Для обеспечения защиты головной части железобетонных свай от разрушений при забивке используются свайные наголовники с амортизаторами /4/. В настоящее время для забивки свай трубчатыми дизель-молотами применяются Н-образные наголовники с верхней и нижней выемкой (рисунок 4,а). Такие наголовники снабжаются верхними и нижними амортизаторами. Для забивки свай штанговыми дизель-молотами в основном применяются П-образные наголовники с одним амортизатором (рисунок 4,б).

При Н-образных и П-образных наголовниках передача ударных нагрузок от молота к голове сваи происходит через ее торцовую поверхность, которая в процессе забивки расположена перпендикулярно к направлению удара молота. При такой контактной поверхности на ее краях по периметру при ударе имеет место большая концентрация напряжений, которая служит в последующем причиной повреждений и разрушений бетона головной части свай при забивке.

Рисунок 4 - Схемы существующих свайных наголовников

Кроме рассмотренных видов наголовников в практике сваебойного дела применяются свайные наголовники более сложной конструкции, предложенные ДальНИИС РФ для забивки модульных свай с конической или пирамидальной головной частью /5/ (рисунок 4,в).

В свайных наголовниках конструкции ДальНИИС РФ ударные усилия от молота к свае передаются через наклонные грани головной части сваи (рисунок 4,в). При таком характере передачи ударных нагрузок концентрация напряжений на краях торцовой наклонной контактной поверхности головы сваи значительно ниже.

Учитывая изложенные особенности существующих наголовников, предлагается свайный наголовник новой конструкции, в котором передача ударных усилий от молота к свае обеспечивается только через боковую поверхность головной части свай (рисунок 5). В этом случае передача усилий к свае происходит за счет трения бетона сваи и резиновых пластин (амортизаторов) наголовника, прижатых к боковой поверхности сваи обжимающими рамами /6,7/.

Преимуществом новой конструкции наголовника является большая площадь передачи ударных усилий от молота к свае. Так при длине контактной поверхности равной размеру поперечного сечения сваи, площадь передачи ударных усилий в предлагаемом наголовнике в 4 раза будет превышать аналогичную площадь при П - образном и Н - образном наголовниках.

Рисунок 5 - Схема нового свайного наголовника

При проектировании рассматриваемого свайного наголовника необходимо знать поперечные усилия, которые нужно приложить, чтобы прижать резиновые амортизаторы к боковой поверхности сваи.

Равномерно-распределенную силу трения между резиновым амортизатором и бетоном боковой грани сваи можно рассчитывать по следующей формуле

,

где - максимальное сжимающее напряжение, возникающее в головной части свай при забивке в грунты,

МПа; - площадь поперечного сечения сваи, м2;

- площадь боковой грани сваи, через которую ударные усилия от молота, передаются к свае (площадь трения), м2.

Сжимающее напряжение в формуле (1) представляет собой напряжение, которое возникает в головной части сваи при передаче ударных усилий от молота к свае через ее торцовую часть, т.е. при использовании П - образного или Н - образного наголовников. Для определения этого параметра рекомендуется использовать методику, представленную в работе /1/.

Зная силу трения можно определять поперечную равномерно распределенную силу , прижимающую резиновый амортизатор к боковой грани сваи по следующей формуле

,

где - коэффициент трения скольжения между бетоном боковой грани и резиновым амортизатором наголовника.

Если резиновый амортизатор прижимается к боковой грани посредством винтов, то усилие , которое должен создавать один винт можно рассчитывать по формуле

,

где - количество винтов прижимающих резиновый амортизатор к боковой грани сваи.

Литература

1. Бекбасаров И.И. Основы рациональной забивки железобетонных свай в грунты. - Тараз: Тараз университеті, 2011. - 155 с.

2. Бартоломей А.А., Бекбасаров И.И. О динамических сжимающих напряжениях, возникающих в сваях при их забивке в грунты. Межвузовский сборник научных трудов: «Основания и фундаменты в геологических условиях Урала». - Пермь, 1984. - С. 6-12.

3. Исаков Г.И., Бекбасаров И.И. Принципы создания полибетонных забивных свай. Материалы ХIII студенческой НПК ТарГУ им. М.Х. Дулати, посвященной 20 - летию Независимости РК. - Тараз, 2011. - С.142-143.

4. Руководство по производству и приемке работ при устройстве оснований фундаментов. - Москва: Стройиздат, 1977. - 111 с.

5. Аббасов П.А., Цой Л.Б. Ударостойкая железобетонная свая и наголовник для ее погружения. Тезисы докладов Всесоюзного совещания-семинара по современным проблемам свайного фундаментостроения с СССР. - Пермь, 1988. - С. 136-137.

6. Бекбасаров И.И., Исаков Г.И. Наголовник для забивки железобетонных свай. Materialy VII Mezinarodni vedecro-prakticka conference «Nastoleni moderni vedy - 2011». - Praha Publishinq House «Education and Science» s.r.o., 2011. - S. 55-58.

7. Исаков Г.И., Бекбасаров И.И. Принципы создания новой конструкции наголовника для забивных железобетонных свай. Материалы ХIII студенческой НПК ТарГУ им. М.Х. Дулати, посвященной 20 - летию Независимости РК. - Тараз, 2011. - С.141-142.

Аннотация

?німді ж?не б?зылусыз ?а?уды ?амтамасыз ететін беріктігі ауыспалы жа?а ?аданы ж?не оны? бас?алпа?ын жасауды? конструкциалы? ж?не технологиялы? принциптері ?арастырыл?ан.

Described design and technological principles of a new pile with variable strength of the trunk and pile caps to ensure defect-free and productive driving.

Размещено на Allbest.ru