Технологии погружения металлического шпунта вблизи существующих зданий с обеспечением их безопасности и недопущения неравномерных осадок их фундаментов (стр. 2 из 5)

Рис. 5. Конструктивные схемы вибропогружателей, применяемых в свайных и буровых работах

а – бестрансмиссионный вибропогружатель с отдельным амортизатором и жестким грузозахватным органом; б – трансмиссионный вибропогружатель со встроенным приводным электродвигателем и амортизатором с жестким грузозахватным органом; в-вибропогружатель с подрессоренной пригрузкой, приводным электродвигателем обычного исполнения и жестким грузозахватным органом; г – вибропогружатель со встроенными приводными электродвигателями, центральным проходным отверстием и гибким грузозахватным органом

Накопленный опыт погружения шпунта вибропогружателями вблизи существующих сооружений показал, что при рационально выбранных параметрах их работы, как правило, нет необходимости в расчетной или инструментальной оценке опасности генерируемых колебаний в грунте, если расстояние от сооружения до ближайшего погружаемого шпунта составляет 20 м и более или 2–3 м для подземных коммуникаций. Перед погружением шпунт должен быть проверен на прямолинейность и чистоту полостей замков; при виброизвлечении шпунта из глинистых грунтов для «срыва» необходимо предварительное вибрирование шпунтины без подъема в течение 1–1,5 мин [5].

Многолетним опытом доказано, что при погружении в грунт элементов с малым лобовым сопротивлением (шпунт, трубы с открытым нижним торцом) вибрационный метод, реализуемый с помощью В-402, по сравнению с другими способами позволяет получать наибольшую производительность при щадящем динамическом воздействии и использовании простого комплекта машин, включающего вибропогружатель и кран. При этом высокая скорость погружения элементов в грунт (в зависимости от геологических условий – 0,5–2 м/мин) позволяет свести до минимума суммарное время динамического воздействия на окружающую среду.

Так, например, в слабых глинистых грунтах с помощью В-402 было возведено шпунтовое ограждение котлована для заглубленной части вестибюля станции метро вблизи жилого здания, являющегося архитектурным памятником. Здание, отстоящее от ограждения на одном конце на расстоянии 7 м, а на другом – 10 м, находилось в аварийном состоянии. Работы сопровождались геотехническим мониторингом. Как показали наблюдения, уровень колебаний грунта основания и элементов здания в процессе вибропогружения шпунта не представлял опасности для целостности здания, что подтвердили сохранившиеся маяки, установленные по фронту стены здания в 4 точках. По данным измерений, равномерные осадки здания за все время вибропогружения шпунта составили 2–3 мм. Особенно следует отметить, что в рассматриваемом случае из-за стесненных условий копровое оборудование взамен кранового невозможно было применить [6].

На основании накопленного опыта вибрационная технология погружения шпунта была призвана наиболее эффективной, особенно при погружении в водонасыщенные песчаные и пластичные глинистые грунты [1].

Вибромолоты, предназначенные для погружения элементов и, в частности, металлического шпунта, могут быть разделены на два типа: с направленной и ненаправленной (вращающейся) возмущающей силой вибратора.

Вибромолоты с направленной возмущающей силой. В таких вибромолотах вибратор конструируется по обычной двухвальной системе, при которой составляющие возмущающих сил в направлении, перпендикулярном погружению, уравновешиваются вращением эксцентриков в противоположные стороны. Существенной особенностью такой схемы вибромолота является отсутствие принудительной синхронизации их вращения, т.е. шестеренной связи между валами двигателей.

Вибромолоты по этой схеме впервые были предложены и осуществлены С.Я. Цаплиным, причем им же были разработаны и испытаны конструкции вибромолотов специально для погружения металлического шпунта. На рис. 7 приводится общий вид модели вибромолота конструкции С.Я. Цаплина, имеющего следующую техническую характеристику:

Мощность электродвигателя в квт…………………………………2 по 20

Число оборотов в 1 мин, …………………………………………… 1450

Момент эксцентриков в кгсм ……………………………………… 700

Вес ударной части в кг ……………………………………………. 700

Суммарная жесткость пружин в кг/см ……………………………. 1200

Полный вес вибромолота (без наголовника) в кг ………………… 2000

Рис. 7. Общий вид вибромолота (конструкция С.Я. Цаплина)

Вибратор может быть использован для погружения шпунта на глубину до 12 – 14 м в песчаные водонасыщенные грунты и на 6 – 7 м – в глинистые.

Общий вид одного из вибраторов с направленной возмущающей силой, дан на рис. 8. Характерной особенностью этого вибратора является наличие только верхних пружин; поэтому он работает только с предварительным натяжением последних. Техническая характеристика этого вибромолота следующая:

Количество электродвигателей………………………………. 2

Мощность каждого электродвигателя в квт ……….….…… 14

Тип электродвигателя (во встроенном исполнении с электро-

изоляцией по классу В) ………………………….……….…… АВ-52–4

Число оборотов ротора в 1 мин. ………….…………….…… 1440

Возможное число ударов в 1 мин.……………….………. 720 – 1440

Момент эксцентриков в кгсм…………………………………………… 400

Вес ударной части вибромолота в кг………………………………. 590

Полный вес вибромолота в кг…………………………………………. 870

Суммарная жесткость пружин в кг/см……………………………… 1000

Рис. 8. Общий вид вибромолота ЦНИС-7

Испытания показали, что такая конструкция вибромолота обладает долговечностью порядка 50 час. машинного времени работы вибромолота, что может быть признано вполне удовлетворительным [4].

Вибромолоты с ненаправленной возмущающей силой. Основная конструктивная схема этого типа вибромолота, запроектированного в НИИ оснований для погружения шпунта, иллюстрируется на рис. 9. Отличительной ее конструктивной особенностью является наличие только одного электродвигателя, на вал которого насаживаются (с обеих сторон) эксцентрики с заданным моментом.

Рис. 9. Общий вид вибромолота с ненаправленной возмущающей силой (конструкция В.Н. Тупикова)

Помимо вертикальной составляющей возмущающей силы, вызывающей вертикальные удары, в этих молотах существует еще горизонтальная составляющая той же силы, вызывающая горизонтальные колебания вибратора. Так как жесткость пружин в горизонтальном направлении весьма мала, то амплитуда вынужденных горизонтальных колебаний также будет небольшой, даже для мощных вибромолотов, в которых вибраторы имеют большие моменты эксцентриков. При этом на долговечность вибромолота и на скорость удара горизонтальные колебания вибратора не будут оказывать более или менее существенного влияния. Вместе с тем конструкция вибромолота весьма упрощается, и, стало быть, надежность его работы увеличивается.

Техническая характеристика указанного вибромолота с ненаправленной возмущающей силой (рис. 9) следующая:

Мощность электродвигателя в квт……………………………………………20

Число оборотов в 1 мин……………………………………………………….980

Момент эксцентриков в кгсм…………………………………………………700

Жесткость пружин в кг/см………………………………………………….1500

Вес ударной части в кг…………………………………………………………700

Общий вес вибромолота в кг…………………………………………………1100

Вибромолот предназначен для погружения шпунта средних профилей на глубину 12 -14 м (в водонасыщенные пески) и на 7 – 8 м в глинистые (средней прочности) [4].

2. Вибраторы для погружения металлического шпунта

Вибратор БТ-5. Впервые при погружении металлического шпунта был применен вибратор БТ-5 (рис. 12), который состоит из четырех узлов: коробки 1, редуктора 2, наголовника 3 и электродвигателя 4.

Рис. 12. Общий вид вибратора БТ-5

В коробке вибратора имеются два вала с эксцентриками, момент которых находится в пределах 300 – 350 кгсм. На один из валов насажены два эксцентрика, причем один из них закреплен наглухо, а другой может смещаться относительно первого и удерживается стопорным болтов в том положении, когда момент эксцентриков составляет определенную долю от максимальной величины.

На другом валу насажены четыре эксцентрика (две пары), суммарный момент которых равен моменту двух эксцентриков на первом валу. Поворот одной половины эксцентриков относительно другой позволяет регулировать, если это окажется необходимым, величину возмущающей силы, развиваемой вибратором, а следовательно, и величину амплитуды колебаний, от которой зависит скорость погружения шпунта, при постоянной частоте вибратора.

Коробка вибратора, образуемая верхней и нижней плитами и корпусами подшипников, закрывается с боков броневыми щитами, к которым присоединяется подвеска 5.

Редуктор служит для преобразования числа оборотов двигателя до необходимой величины (не менее 2300 в 1 мин.) и передачи крутящего момента от двигателя на один из валов вибратора.

Применение вибраторов для погружения металлического шпунта резко изменило как технологию производства этого вида работ, так и вспомогательное оборудование применяемое для погружения. Если для погружения шпунта молотом нет необходимости в креплении молота к последнему, то и вибратор необходимо, как правило, крепить жестко к погружаемому элементу. Практическое осуществление такого крепления затруднялось требованием абсолютной его жесткости. Наличие даже небольшого люфта в этом креплении ведет к образованию частых ударов самого вибратора о погружаемый элемент.