Инновационные решения для свайного фундаментостроения
Интенсификация строительного производства может быть достигнута лишь при условии применения современных высокопроизводительных средств комплексной механизации. При этом необходимо использовать ресурсосберегающие технологии, обеспечивающие экономию энергетических, материально-технических и трудовых ресурсов.
Специалистам известно, что одним из эффективных путей ускорения строительства и снижения его стоимости является применение свайных фундаментов.
Практика показывает, что свайные технологии позволяют сократить объем земляных работ на 75–95%, бетонных — на 30–55%, а трудоемкость работ нулевого цикла — в 1,5–2 раза, что снижает стоимость фундаментов на 15–25%. Кроме того, применение свайных фундаментов является большим резервом для повышения производительности труда в 1,5–2 раза и, в конечном итоге, для сокращения общих сроков строительства.
При этом в существенном повышении уровня комплексной механизации технологических процессов свайного фундаментостроения нуждаются и новейшие, прогрессивные технологии устройства свайных фундаментов.
На сегодняшний день в свайном фундаментостроении четко обозначились два функционально-прогрессивных направления, предусматривающих повышение производительности труда и снижение потребления энергоресурсов при свайном фундаментостроении:
- первое — с одного постанова в непрерывном режиме с высокой производительностью труда получать готовую армированную набивную сваю необходимого типоразмера (в соответствии со СНиП 2.02.03-85) высокого качества в грунтах II класса (согласно ГОСТ 25100-95, практически все грунты любого состояния и плотности, кроме скальных);
- второе — безударно и бесшумно, с тенденцией плавного увеличения усилия и непрерывного контроля несущей способности вдавливать железобетонные сваи всех типоразмеров промышленного изготовления (в соответствии с ГОСТ 19804-91), а также шпунты, трубы, сваи-оболочки и другие (в том числе нестандартные) свайные элементы во все несущие грунты.
По данным направлениям одна из инжиниринговых компаний в составе Российской инженерной академии разработала в рамках двух инновационных проектов комплекс оборудования для свайного фундаментостроения, обеспечивающий полномасштабное техническое оснащение указанных новейших технологий свайного фундаментостроения.
Комплекс включает в себя комплект модельного ряда безударно погружаемых инъекционных устройств для изготовления железобетонных набивных свай всех типоразмеров без выемки земли, а также комплект модельного ряда универсальных вдавливающих устройств для безударного и бесшум-
ного погружения забивных свай (всех типоразмеров) и свайных элементов.
Цель разработки комплекса — техническое обеспечение новейших быстрых технологий изготовления фундаментов из безударно-вдавливаемых железобетонных и виброинъекционных набивных свай. Техническое обеспечение должно быть направлено на повышение надежности и несущей способности применяемых ныне забивных и набивных свай, сокращение объемов земляных работ при одновременном уплотнении грунта (за счет устройства фундаментных колодцев без выемки земли), сокращение сроков и снижение стоимости изготовления фундаментов.
Общие характеристики комплекса:
- вдавливающие устройства оснащены новыми зубчатыми инерционными полигармоническими самобалансными вибраторами, способными в широком диапазоне амплитуд и ускорений безударно и бесшумно (т. е. без динамических воздействий на окружающую среду) создавать вдавливающие усилия от десятков до сотен и даже тысяч тонн;
- конструкции универсальных погружающих устройств позволяют им быть как свободно подвесными на крюковых обоймах кранов, так и навесными — на широко распространенных копровых установках грузоподъемностью 3, 5, 10,16 и 25 тс.
Первому направлению соответствует комплект модельного ряда высокопроизводительного унифицированного вибропробивного инъекционного устройства для изготовления железобетонных набивных свай без выемки земли.
Предлагаемые высокоамплитудные поличастотные погружающие устройства, оснащенные приводными вращающими механизмами, защищенными от внешних воздействий со стороны уплотняемого грунта, выгодно отличаются от существующих устройств тем, что способны обеспечить изготовление фундаментных колодцев в широком диапазоне диаметров и глубин, а также в несущих грунтах вышеуказанного класса (без выемки самого грунта) при существенно большей производительности и меньших энергозатратах.
Отсутствие колебательных движений формообразующего корпуса при вдавливании его в грунт исключает утрамбовку грунта, что резко снижает лобовое сопротивление грунта и практически исключает передачу динамических нагрузок на близстоящие сооружения.
Использование предлагаемых высокопроизводительных и малоэнергоемких машин открывает новые возможности для изготовлении качественных, с повышенной несущей способностью, виброинъекционных железобетонных набивных свай в грунтах разнообразного состояния при значительном снижении энергетических и материальных затрат, а именно:
- заменить такие методы устройства фундаментных колодцев, как бурение, погружение молотами или вибраторами инвентарных обсадных труб, закрытых снизу теряемым железобетонным башмаком;
- создать унифицированный ряд высокопроизводительных квазистатических вибровдавливающих инъекционных устройств (КСВВИУ) для изготовления с одного постанова фундаментных колодцев (без выемки земли) и железобетонных набивных свай в полном диапазоне вышеуказанных типоразмеров.
КСВВИУ — высокопроизводительное малоэнергоемкое навесное устройство (рис. 1), превосходящее по своим технико-экономическим показателям самые современные зарубежные аналоги лучших производителей мира (например, фирмы BAUER, Германия). Это устройство способно (без выемки земли) обеспечить: глубину колодцев (и сваи) — до 20 м; диаметры колодцев — 400 мм, 530 мм, 630 мм, 820 мм, 1 020 мм и 1 200 мм; время изготовления колодца и сваи — не более 15 мин.; диапазон устанавливаемых мощностей — от 30 до 120 кВт; рабочий диапазон температур окружающей среды — от -25 oС до +40 oС. Источник энергии — сеть переменного тока напряжением 380/220 В, 50 гц. Физический срок службы — не менее 10 лет. Расходы на материалы при эксплуатации — в среднем не более 10 000 руб. в год. Вибрационный и шумовой фон не превышает экологических норм. Удельная энергоемкость и материалоемкость — наименьшие из функциональных аналогов, существующих для данных целей наборов (комплектов) оборудования ведущих мировых производителей.
Далее мы представим подробнее второе решение, как наиболее подготовленное к промышленному производству и эксплуатации. Оно относится к вдавливающим устройствам и направлено на расширение технологических возможностей и эффективности его применения для безударного и бесшумного погружения в грунт свай, свай-оболочек, шпунтов (любых существующих типоразмеров) и др. строительных элементов.
Для погружения вышеуказанных свайных элементов ныне известно значимое и широко применяемое до настоящего времени многообразие устройств (с использованием в качестве исполнительных зубчатых инерционных самобалансных вибраторов) ударного (вибромолоты), погружающего (вибропогружатели) и вдавливающего (комбинированные устройства) действия. Наглядным свидетельством тому является опыт отечественной строительной индустрии, а также набор современного погружающего строительного оборудования, представленный на международных выставках специализированной строительной техники (BAUMA-2007 и BAUMA-2010 в Мюнхене, Германия, а также «СТТ-2009» и «СТТ-2010» в Москве). Заметим, что показанные там вибропогружающие устройства являются проверенным и отлично зарекомендовавшим себя оборудованием.
Анализ приведенного многообразия различных погружающих устройств показывает, что удельный вес зубчатых инерционых самобалансных вибраторов направленного действия в общей компоновке ударных, вибропогружающих и комбинированных устройств составляет наибольшую долю и несет наибольшую функциональную нагрузку, а это обеспечивает наибольшую составляющую эффекта использования этого оборудования. Их возможности создавать значительные направленные инерционные силы, периодически и симметрично изменяющиеся по величине и предназначенные для возбуждения колебаний, а также простыми средствами (изменением частоты вращения, радиуса инерции и массы небалансов) получать различные изменения величины инерционных сил по гармоническому закону (рис. 2) неоспоримы. Однако простое наращивание суммарной инерционной силы вибропривода не дает значимых преимуществ в повышении технологических возможностей вибраторов, так как при этом сохраняются все присущие им недостатки: динамическое воздействие на окружающую среду, непригодность для погружения свай (шпунта) в связные грунты, вредное воздействие на подшипниковые узлы привода вращательного движения и т. п. Значительная удельная материало- и энергоемкость является тормозом на пути развития и расширения их технологических и функциональных возможностей.
В связи с этим компания-разработчик в 2007 г. предложила зубчатый инерционный полигармонический самобалансный механизм с задачей создания несимметричных направленных инерционных сил и с возможностью использования его в качестве исполнительного. В 2009 г. появиляются: силовой полигармонический вибратор с законом формирования несимметричной направленной инерционной силы (рис. 3) и созданное на его основе квазистатическое сваевдавливающее устройство (КСВУ).
КСВУ — высокоэффективное, малоэнергоемкое навесное сваевдавливающее устройство (рис. 4), превосходящее по своим технико-экономическим показателям самые современные зарубежные аналоги (в т. ч. и вибропогружатели и вибромолоты) лучших производителей мира (Германия, Голландия, США, Франция, Япония и др.) как в абсолютных, так и в относительных величинах (таблицы 1, 2). Уникальность устройства не только в новизне технического решения, но и в функциональных возможностях: в рамках одной технологической схемы при шести- семи- и восьмикратной несимметрии формировать вдавливающие усилия от 50 кг до 3 тыс. т (и более). В таком же диапазоне усилий КСВУ может выдергивать без вредных воздействий на базовую машину ранее погруженные свайные элементы. Все типоразмеры модельного ряда предлагаемого устройства снабжены электромеханическими приводами, в плавном режиме позволяющие создавать рабочие усилия в диапазоне указанных величин (табл. 2).
По нашему мнению, электропривод существенно расширит рабочий диапазон низких температур.
Беспрецедентны и энерго- и ресурсосбергающие показатели КСВУ. Установленная мощность модельного ряда — от 0,37 кВт до 90 кВт. Они значительно меньше, чем у функциональных аналогов как отечественного, так и импортного производства (табл. 1, 2). Компактность и малый вес наших вдавливающих устройств позволяют использовать их как навесное оборудование на широкую гамму крановых и копровых установок грузоподъемностью от 1 до 25 тонн. Конструкция электропривода позволяет плавно регулировать и устойчиво удерживать величину вдавливающего усилия на любом уровне, необходимом для безударного погружения любого типоразмера сваи (свайного элемента), а при необходимости — плавно переводить режим вдавливания в ударный режим и обратно. Это в свою очередь позволяет практически в любых обстоятельствах выставлять головы свай в одной горизонтальной плоскости. Существенным и важным является возможность ведения текущего контроля над несущей способностью погружаемых свай в процессе вдавливания. Это освобождает от необходимости проводить недешевые и небыстрые контрольные испытания. Наконец, КСВУ открывает дорогу широкому применению свай-оболочек, которые во многих случаях могут успешно заменить набивные сваи (их просто нечем было вдавливать). Безусловно, выигрышными являются и ожидаемые показатели высокой надежности при относительно малом собственном весе устройства вследствие отсутствия быстроизнашивающихся деталей. В итоге — высокая расчетная производительность: не менее 60 свай в смену без динамических воздействий на окружающие здания и сооружения даже при приближении к ним на расстояние менее 50 см.
Оба технических решения по указанным проектам защищены патентами РФ и могут быть использованы в гражданском, промышленном, энергетическом и дорожном строительстве.
Внедрение предлагаемых устройств позволит не только вооружить строителей всех вышеназванных отраслей современными технологиями (например, свайного фундаментостроения), но и существенно увеличить экспортную составляющую отечественного машиностроения.
| Автор: В. Н. Ермоленко, И. В. Насонов Дата: 20.09.2010 Журнал Стройпрофиль 6-10 Рубрика: геотехнологии, фундаменты Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |  |