Машини для улаштування пальових основ

При зведенні різних будинків і споруджень на ґрунтах, що не володіють необхідною несучою здатністю, навантаження сприймається палями, зануреними в ґрунт. Застосовуються дерев'яні, металеві, бетонні, залізобетонні й комбіновані палі, що мають різні розміри по довжині і форму поперечного переріза.

Дерев'яні палі виготовляють із деревини сосни, дуба, кедра довжиною 4-12 м і діаметром від 18 до 34 см. Дерев'яні палі мають невелику масу, зручні в обслуговуванні і дають можливість застосовувати просте устаткування при провадженні робіт. Недоліком паль є їх мала несуча здатність, обмежений термін служби через загнивання дерева в умовах змінної вологості ґрунту.

Металеві палі являють собою суцільнотягнені сталеві труби діаметром від 25 до 100 см, рейки, двотаврові балки, які застосовуються в основному при будівництві великих споруджень (мостів, телевеж і т.п.).

Залізобетонні палі набутили найбільшого застосування в різних областях будівництва. Вони можуть мати суцільний квадратний перетин від 200X200 до 400X400 мм і довжину від 3 до 16 м при ненапружених арматурах. Велике навантаження несуть палі з попередньо напруженими арматурами, що мають ті ж перетини і довжину,- 3-20 м. Застосування паль із попередньо напруженими арматурами дозволяє скоротити витрата бетону до 20 % і металу до 60 % у порівнянні з палями з ненапруженими арматурами.

У малоповерховому і сільськогосподарському будівництві застосовуються порожні залізобетонні палі квадратного перетину 200X200 і 300X300 мм. При цьому маса палі і витрата бетону знижуються до 40 %. Бетонні та залізобетонні палі виготовляють не тільки в умовах заводу, але й безпосередньо на будівельному майданчику. Такі палі називаються буронабивними. Технологічний процес їхнього виготовлення складається з буріння необхідної глибини і діаметра шпар, опускання обсадних труб, установки арматурних каркасів, бетонування паль і видалення обсадних труб.

Для підвищення несучої здатності палі в Науково-дослідному інституті будівельного виробництва був розроблений і впроваджений ефективний спосіб улаштування бурових опор з коренеподібною основою. Така основа (рис. 12.3, б) являє собою чотири або п'ять кореневих пальок 9 і 10. У верхній частині кожної з пальок є строповочна скоба-фіксатор 11, через яку проходить гнучкий зв'язок 12 зі смугової або круглої сталі. Таке з'єднання дозволяє палькам розходитися в сторони, приймаючи стійке положення (рис. 12.3, в).

Технологічний процес улаштування буронабивної палі з коренеподібною основою складається з наступних операцій. За допомогою начіпного бурового устаткування 2, підвішеного на крані 1, бурять шпару (рис. 12.3, а) з наступним закріпленням стінок інвентарною обсадною трубою 3 (рис. 12.3,6). Потім у вибій шпари скидають пакет 4 з п'яти коротких пальок.

Пакет занурюють за допомогою віброзанурювача або пальового молота 5 із трубчастою щоглою 6 (рис. 12.3, в). При груповому забиванні середня палька 10 із симетричним вістрям поринає вертикально, а крайні 9 зі скошеними площинами вістря відхиляються по радіальних напрямках, ущільнюючи значний обсяг ґрунту основи. Навколо забитих кореневих пальок утвориться пружне ґрунтове ядро, що і збільшує несучу здатність бурової опори. Після пристрою коренеподібної підстави встановлюється арматурний каркас 8 (рис. 12.3, г), витягається обсадна труба і у шпару подається бетонна суміш баддею 7 (рис. 12.3,д).

У ґрунт палі занурюють забиванням, вібрацією та вгвинчуванням. Вибір способу занурення паль залежить від ґрунтових умов, розмірів і матеріалів паль, глибини їхнього занурення в ґрунт і обсягу пальових робіт. Палі поринають у результаті подолання сил тертя палі об ґрунт. Чим більше сила тиску на палю, тим швидше переборюються сили тертя палі об ґрунт і тем інтенсивніше процес занурення.

Для забивання паль і шпунтів застосовуються молоти (механічні, пароповітряні, дизельні), машини вібраційної дії (віброзанурювачі та вібромолоти), копрове устаткування.

Основним елементом найпростішого молота є робочий орган, що падає з певної висоти і наносить удари по наголовнику, закріпленому на головці палі.

Так улаштований механічний молот масою 1000-5000 кг із висотою падіння робочого органа 1,5-3 м із частотою ударів 4-12 у хвилину. Через малу продуктивність такі молоти мають обмежене застосування і використовуються для занурення паль невеликої довжини (3-5 м) при незначному обсязі пальових робіт.

Рис. 12.3. Технологія улаштування буронабивних паль із коренеподібною основою:

а - буріння шпари; б - закріплення стінок; в - занурення пакета; г - установка арматурного каркаса; д - заповнення бетонної суміші; 1 - кран; 2 - бурове устаткування; 3 - обсадна труба; 4 - пакет пальок; 5 - пальовий молот;

6 - трубчаста щогла; 7 - баддя; 8 - арматурний каркас; 9 - крайня палька;

10 - середня палька; 11 - скоба-фіксатор; 12 - гнучкий зв'язок

Пароповітряні молоти бувають простої і подвійної дії. У молотах простої дії енергію привода (пара або стиснене повітря) використовуються тільки для підйому ударної частини (холостий хід), а падіння ударної частини (робочий хід) відбувається під дією власної ваги.

У молотах подвійної дії енергію привода використовуються як для підйому ударної частини, так і при русі її вниз для збільшення швидкості падіння та відповідно сили удару.

Дизельні молоти (штангові, трубчасті) -це пальові занурювачі, що використовують у процесі роботи енергію газів, що згоряють. Вони працюють за принципом двотактних двигунів внутрішнього згоряння, у яких тиск газів, що утвориться при згорянні рідкого палива, передається безпосередньо робочому органу - ударної частини.

У штанговому дизель-молоті (рис. 12.4, а) ударною частиною є масивний циліндр 2, що, рухаючись по напрямних штангах 3, падає на поршень 1, Зусилля від поршня до наголовника палі 11 передається через сферичну плиту 12, з'єднану з поршнем і наголовником сергою 10. Утворена шарнірна опора забезпечує центральний удар по палі при деякому зсуві осей молота і палі.

Для пуску дизель-молота циліндр гаком 4 кішки 5 піднімається у верхнє положення (на малюнку показано штрих-пунктирною лінією). При повороті гака циліндр під дією власної ваги падає вниз. Повітря, що заповнило порожнину циліндра, стискується, нагріваючись до температури запалення палива. Падаючий циліндр наносить удари по палі та одночасно припливом натискає на штовхач 7 паливного насоса 8, установленого на основі поршня.

Рис. 12.4. Дизельні молоти:

а - штанговий; б - трубчастий; 1 - поршень; 2 - циліндр; 3 - штанга; 4 - гак;

5 - кішка; 6 - форсунка; 7 - штовхач; 8, 15 - паливні насоси; 9 - трубопровід;

10 - серга; 11 - наголовник; 12 - сферична плита; 13 - п'ята; 14 - поглиблення;

16 - важілець; 17 - циліндр; 18 - поршень; 19 - вихлопні вікна; 20 - кульова головка; 21 – штир

Пальне, надходячи по трубопроводу 9, впорскується форсункою 6 у циліндр. Нагріте повітря запалюється і силою вибуху циліндр відкидається нагору. При цьому відпрацьовані гази вільно виходять в атмосферу. Досягши крайнього верхнього положення, циліндр втрачає швидкість і починає рухатися вниз, знову стискаючи свіже повітря. Цикл роботи повторюється, і молот працює автоматично доти, поки насос не виключиться. Число ударів молота 50-110 у хвилину, застосовується при відносно невеликих масах паль, що занурюють, (350- 2000кг).

У трубчастому дизель-молоті (рис. 12.4, б) ударною частиною є рухливий поршень із кульовою головкою 20. Циліндр молота 17 нерухомий та являє собою довгу трубу, відкриту зверху. У нижній частині отвір труби закритий п'ятою 13, що має сферичне заглиблення 14, що відповідає кульовій головці поршня. На нижній поверхні п'яти встановлений штир 21, що входить у наголовник палі.

Дизель-молот підвішують до стріли копра, установлюють на головку палі та закріплюють у стрілі. Потім поршень лебідкою копра за допомогою захвата кішки піднімають у верхнє положення.

Після розкриття кішки поршень під дією власної ваги починає рухатися вниз. При падінні поршень віджимає важілець 16 паливного насоса 15, приводить його в дію, тим самим забезпечуючи подачу палива в сферичне поглиблення. Опускаючись униз, поршень перекриває вихлопні вікна 19, стискаючи повітря до обсягу кільцевої камери згоряння, утвореної поверхнями робочого циліндра, поршня та заглибленням п'яти. У момент удару поршня об п'яту енергія затрачається на занурення палі і на стиск суміші. Паливо запалюється, тиском газів, що розширюються, поршень підкидається нагору і цикл роботи молота повторюється. Число ударів молота 50-60 у хвилину.

Основні переваги дизель-молотів - незалежність від сторонніх джерел енергії, простота пристрою та експлуатації, висока продуктивність. Ці переваги забезпечили дизель-молотам широке поширення.

Машини для забивання паль, що використовують ефект вібрації, выдносяться віброзанурювачі та вібромолоти.

Віброзанурювач (рис. 12.5, а) складається з віброзбуджувача спрямованої дії 2 з дебалансами 3, електродвигуна 4, що служить приводом, і наголовника 1, що кріпиться до палі своїми щоками. Обертання від електродвигуна валів дебалансів передається клиноремінною передачею. При обертанні валів виникає відцентрова сила F₀, що приводить у коливання занурювач і палю.

Необхідна для успішного занурення палі сила підбирається залежно від водонасиченості ґрунту, виду, розмірів і ваги палі. Розглянутий віброзанурювач застосовується в основному для занурення паль у водонасичені незв'язні ґрунти. Недоліком таких занурювачів є швидке зношування електродвигуна, тому що він піддається вібрації.

Рис. 12.5. Схеми вібраційних занурювачів паль:

а, б - занурювачі; в - вібромолот;

1 - наголовник; 2 - вібровзбуджувач; 3 - дебаланс; 4 - електродвигун;

5 - плита; 6 - пружина; 7 - ударник; 8 - ковадло

Рис. 12.6. Схеми зрубки залізобетонних паль:

а - установлений на палю хомут й оголення арматури; б - зрізка арматури;

в - зрубана частина сваї; г - вирівнювання торця палі; д - паля без обтискного хомута;

1 - лінія зрізання паль; 2 - відбійний молоток; 3 - обтискної хомут; 4 - паля;

5 - бензоріз; 6 - зрубує часть, що, палі; 7 - арматури

Віброзанурювач (рис. 12.5,б) являє собою більш досконалу конструкцію, оскільки значно знижується передача вібрації на електродвигун. Це досягається установкою між віброзбуджувачем та електродвигуном пружин 6, що слугують выброізоляторами. Електродвигун кріпиться на плиті 5, що створює додатковий тиск на занурювану палю.

Вібромолот (рис. 12.5, в) відрізняється від віброзанурювачів введенням у конструкцію ударника 7 і ковадла 8, що слугують обмежниками коливань. Зазор між ними менше амплітуди коливань. Тому поряд з вібрацією виникає удар ударника по ковадлу. Таким чином, вібромолоти поєднують переваги віброзанурювачів і пальових молотів ударної дії.

Вібромолотами палі поринають в 3-4 рази швидше, ніж вібрзанурювачами тієї ж потужності, і область їхнього застосування у зв'язку із цим значно ширше. Вони використовуються для занурення (або видалення) металевих і залізобетонних паль у ґрунти різної щільності ы породи.

Поряд з основним устаткуванням при зануренні паль використовується і допоміжне устаткування. До нього выдносяться машини та обладнання для зрізання голів паль (рис. 12.6), монтажне оснащення, засоби підмощювання, транспортне устаткування.

Технологічний процес і операції пальових робіт - переміщення, установка на місце занурення, наведення та занурення паль виконуються спеціальними машинами - копрами і копровим устаткуванням, оснащеним молотами і іншими анурювачами паль. При цьому копри і копрове устаткування беруть участь в роботі при виконанні всіх технологічних процесів та операцій, а молоти або анурювачі зайняті тільки в процесі безпосереднього занурення паль.

Схеми основних типів копрів і копрового устаткування наведені на рис. 12.7.

Рис. 12.7. Схеми основних типів копрів:

а - з навісним устаткуванням без механізму наведення паль;

б - те ж, з механізмом наведення; в - мостовий

Для малих розосереджених обсягів пальових робіт, а також для занурення паль і паль-колон при будівництві виробничих сільськогосподарських будинків і споруджень найбільш раціональні копри, що навішують на стандартні транспортні машини на пневмоходу (рис. 12.8). Він розміщений на базі автомобіля 4 і складається з копрової стріли 1, до якої кріпиться молот і механізм підйому стріли 3. Керування всіма механізмами копрового встаткування виконується гідроциліндрами.

Маючи гарну мобільність, такий копер може швидко переміщатися на значні відстані. При переїздах з об'єкта на об'єкт копрове встаткування укладають у транспортне положення без розбирання, зняття молота і застосування додаткових вантажопідйомних механізмів. Для перекладу з робочого в транспортне положення стріла своїми гідроциліндрами укладається на стійку 5 Ця операція займає 5-8 хв. У якості транспортного засобу може служити і трактор, установлюється копрове устаткування і на екскаваторі.

Вибір машин і устаткування для бурових робіт визначається розмірами та обсягом необхідних шпурів і шпар, твердістю породи. При бурінні шпурів і невеликих шпар (глибиною до 10 м) застосовуються пневматичні бурильні молотки. Буріння шпар різного діаметра і глибини виконується бурильними машинами та верстатами. При роботі із пневматичними бурильними молотками необхідно ретельно стежити за станом всіх частин молотка і своєчасним їхнім змащенням. Осі бурильного молотка і шпуру в процесі свердління повинні збігатися, тому що навіть при незначному відхиленні бур швидко зношується та може поламатися. Основні параметри бурильних машин і верстатів - осьовий тиск, частота обертання, потужність - визначаються залежно від діаметра шпари і міцності порід. Значення необхідних параметрів указуються в інструкції для експлуатації. Середня швидкість буріння машин 7-10 м/год.

Рис. 12.8. Копер на базі автомобіля:

1 - стріла копра; 2 - молот; 3 - механізм підйому стріли;

4 - автомобіль;5 - стійка

Необхідна глибина занурення палі визначається її несучою здатністю. Несучою здатністю палі називається найбільше розрахункове навантаження на палю (у кН). Вона дозволяє нормально експлуатувати будинок або спорудження. При забиванні паль необхідно дотримувати режим роботи молота. Тривалість безперервної роботи його не повинна превищувати 15-25 хв, після чого необхідно робити перерву на 5-8 хв. Після занурення палі в ґрунт варто зупинити молот, тому що подальша робота на такому режимі може викликати поломку його деталей.

При експлуатації віброзанурювачів і вібромолотів частота струму повинна становити 50 Гц, відхилення напруги не повинне перевищувати 5-10 % нормального значення. Оскільки ці машини сприймають значні циклічні навантаження, необхідно не менш двох разів у зміну ретельно оглядати болтові з'єднання електродвигуна, привода, шарнірів, наголовників, кінцевих гайок валів, з'єднання електричного кабелю, зварені шви наголовників, корпуса віброзбуджувачів.

ПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

1. В чому полягає процес буріння?

2. Які способи буріння застосовуються в будівництві?

3.Опишіть пристрій робочих органів і механізмів для буріння.

4.Які машини та устаткування застосовуються для пальових робіт?

5. Вкажіть особливості вибору машин для буріння та занурення палі.