|
Вибропогружающие машины
применяются для погружения свай (включая тяжелые железобетонные сваи, шпунт и
сваи-оболочки) в малосвязные грунты, преимущественно — в водонасьпценные
пески и супеси. В этих грунтах скорость погружения сваи способом вибрирования
по сравнению с забивкой свайными молотами увеличивается в 3—4 раза.
Действие вибропогружающих машин основано на резком
снижении сопротивления грунта погружению сваи при сообщении ей механических
колебаний, направленных вдоль продольной оси сваи.
Погружению сваи препятствуют силы сопротивления по ее
боковой поверхности и силы лобового сопротивления под острием сваи. При
погружении и извлечении шпунта и при извлечении свай основное значение имеет
сопротивление по их боковой поверхности. При погружении свай, особенно
коротких, основное значение может иметь лобовое сопротивление. И то и другое
сопротивление содержит упругую составляющую деформаций.
Если амплитуда колебаний сваи мала, то смещения грунта не
выходят за пределы упругих деформаций и свая не погружается. С увеличением
колебаний появляются пластические деформации грунта и проскальзывание сваи
относительно прилегающего грунта, т. е. имеет место погружение.
Вибропогружающие машины имеют вибрирующий механизм —
вибровозбудитель, обычно состоящий из двух или четырех валов, на которых
насажены неуравновешенные массы — дебалансы, вращающиеся с одинаковой угловой
скоростью в противоположных направлениях. При вращении валов вибрирующего
механизма каждым дебалансом создается центробежная сила инерции, которая
раскладывается на горизонтальные и вертикальные составляющие. При этом
горизонтальные составляющие взаимно уравновешиваются, а вертикальные —
складываются, образуя знакопеременную суммарную силу инерции, направленную
вдоль оси у.
Центробежная сила инерции F, создаваемая вращением
дебаланс- ных валов, называется возмущающей (вынуждающей) силой. Эта сила является
периодической функцией времени, и ее величина изменяется по синусоидальному
закону, а направления ее действия совпадают с осью у.
Под действием знакопеременной возмущающей силы в
вибромашине создаются механические колебания, которые и сообщаются
погружаемой свае ( 210).
Возмущающая сила, необходимая для погружения сваи, в
основном зависит от характера и водонасыщенности грунта, вида, размеров и
массы сваи.
Различают два вида вибропогружающих машин — вибропогружатели
и вибромолоты. Вибропогружатели являются машинами вибрационного действия,
сообщающими погружаемой свае обычно вертикально направленные колебания,
создаваемые жестко соединенным с ним вибровозбудителем. Вибромолоты
представляют собой машины ударно-вибрационного действия, при котором основное
воздействие на погружаемую сваю осуществляется периодическими ударами корпуса
вибровозбудителя о наголовник сваи.
Вибропогружатели разделяют: по форме возбуждаемых
колебаний — на машины продольного и продольно-вращательного действия; по
схеме устройства — на машины с жесткой установкой двигателя и с
подрессоренной пригрузкой; по виду используемой энергии — на машины с
электрическим и гидравлическим приводом; по назначению и области применения —
высокочастотные (частота в пределах 700—1500 кол/мин), для погружаемых
элементов с относительно малым лобовым сопротивлением и небольшой массой и
низкочастотные, для элементов с большим лобовым сопротивлением и значительной
массой (частота в пределах 300—500 кол/мин).
Вибропогружатель ( 211, а) состоит из жестко соединенных
между собой электродвигателя /, вибровозбудителя направленного действия 2 и
наголовника 3. Погружаемая свая жестко скрепляется с наголовником, образуя
единую совместно колеблющуюся систему.
Недостатком таких вибропогружателей является участие в
вибрации электродвигателей, что снижает долговечность последних. В связных
грунтах (глинах) погружающая способность вибропогружателей резко снижается и
при таких грунтах вибропогружатели неэффективны.
В гидротехническом строительстве низкочастотные
вибропогружатели применяются для погружения в песчаные водонасыщенные грунты
железобетонных вертикальных и наклонных свай квадратного и круглого сечений,
свай-оболочек и металлического шпунта на глубину до 20—30 м.
Вибропогружатель с подрессоренной пригрузкой ( 211, б)
состоит из электродвигателя /, пригрузочных плит 2, пружин 4, вибровозбудителя
5 и наголовника 3. В этом типе вибропогружателя, меняя вес или количество
пригрузочных плит, можно регулировать режимы вибрации и вес машины в
зависимости от условий погружения Здесь электродвигатель, установленный на
пригрузочных плитах, отделен от вибратора пружинами, благодаря чему
уменьшается масса вибрируемых частей и увеличивается амплитуда колебаний
погружаемой сваи, а также значительно снижается действие вибрации на
электродвигатель.
Вибропогружатели продольного действия с подрессоренной
при- грузкой применяют для погружения стального шпунта, железобетонных свай и
оболочек на глубину 16—30 м.
'Вибропогружатели продольно-вращательного действия ( 211,
в), помимо продольных, сообщают погружаемой свае вращательные колебания.
Достигается это тем, что вращение дебалансов происходит в двух различных
плоскостях, расположенных симметрично относительно продольной оси машины.
Эффективность погружения свай такими вибропогружателями
несколько выше и расход электроэнергии меньше, чем у вибропогружателей
продольного действия, однако широкого применения они пока не нашли.
В гидротехническом строительстве специальные типы
вибропогружателей продольно-вращательного действия ( 212) применяются для
погружения тонкостенных сборных железобетонных оболочек диаметром 4—6 м в
грунты различной плотности: от мягких водонасыщенных песчаных до глинистых.
Свайные вибромолоты сочетают в себе преимущества
вибропо- гружаталей и обычных свайных молотов ударного действия. Работа
вибромолота основана на совместном воздействии на сваю энергии удара и
вибрации. Благодаря этому вибромолоты по сравнению с вибропогружателями
способны погружать сваи в более плотные грунты на большую глубину и с большей
скоростью.
Особенностью вибромолотов является возможность создавать
устойчивые периодические движения ударной части, завершаемые ударом с
частотой, меньшей частоты вращения дебалансов, в результате чего
увеличивается эффективность погружения сваи.
Вибромолот ( 213, а) состоит из вибровозбудителя 1,
двигателя 2 (встроенного или вынесенного), наголовника 3, деталей соединения
вибровозбудителя с наголовником, которые могут включать в себя упругие
элементы 4 и штанги 5 (для пружинных вибромолотов) или направляющие и
ограничители в перемещениях вибровозбудителя (для беспружинных вибромолотов).
Вибромолоты различают: по виду используемой энергии — на
машины электрические, с двигателями внутреннего сгорания и гидравлические; по
виду связи вибровозбудителя с наголовником — на машины с двухвальным
возбудителем и с одновальным; по наличию трансмиссии — на бестрансмиссионные
и трансмиссионные вибромолоты.
Наиболее просты по конструкции и наиболее распространены
электрические вибромолоты. Гидравлические вибромолоты, имеющие в качестве
источника энергии гидромоторы или турбины, применяются редко. Вибромолоты с
двигателями внутреннего сгорания применяют в тех случаях, когда требуется
автономность машины.
Пружинные вибромолоты ( 213, б ив) имеют упругую связь (цилиндрические
витые пружины, пневмопружины и т. п.) между вибровозбудителем и наголовником.
Вибромолоты такой конструкции обеспечивают стабильный ударный режим работы,
более эффективны, чем беспружинные, и поэтому наиболее распространены.
Беспружинные вибромолоты ( 213, а и г) ^применяются реже, они обладают
меньшей эффективностью при одинаковой массе вибровозбудителя.
Вибромолоты с двухвальным вибровозбудителем ( 213, а)
позволяют получать колебания строго вертикального направления. Вибромолоты с
одновальным вибровозбудителем ( 213, в) дают колебания по непрямолинейным
плоским траекториям. Такие вибромолоты меньше по габаритам (в плане) и по
массе.
В бестрансмиссионных вибромолотах ( 213, а, б и в)
дебалансы устанавливаются непосредственно на валу двигателя. Машины этого
типа наиболее распространены благодаря простоте конструкции И надежности в
работе. В трансмиссионных вибромолотах ( 213, г) дебалансы устанавливаются на специальных валах и приводятся во вращение от двигателя при
помощи зубчатой, цепной, ременной передачи или с помощью муфт. Эти машины
менее надежны в работе в связи с наличием уязвимых элементов трансмиссии.
Вибромолоты предназначены для погружения деревянных и
железобетонных свай, металлического шпунта и труб, а также электродов
заземления, иглофильтров, зондов и т. п. в несвязные водо- насыщенные грунты
и грунты средней плотности.
Некоторые типы вибромолотов предназначены не только для
погружения, но и для извлечения из грунта погруженных элементов.
|