gototopgototop

Вибрационные воздействия при забивке свай

Трифонова Татьяна Васильевна – студентка магистратуры кафедры Строительных конструкций и управляемых систем Сибирского федерального университета.

Максимова Ольга Михайловна – кандидат технических наук, доцент кафедры Строительных конструкций и управляемых систем Сибирского федерального университета.

Аннотация: В статье выявлены недостатки использования забивных свай в условиях городской застройки. Рассмотрено влияние забивных свай на близлежащие здания. Рассчитаны виброускорения, оказываемые на близлежащие здания, в особенности на их фундаменты при использовании погружения свай в грунт дизельным молотом. Определены необходимые безопасные расстояния расположения строительных площадок от уже существующих зданий и сооружений. Построен график зависимости виброускорения, вызыванного забивкой свай дизельным молотом, от расстояния до строения.

Ключевые слова: Забивка свай, колебания грунта, измерения вибрации.

Введение

В современных условиях развивающегося строительства и урбанизации расстояния между сооружениями, необходимые для безопасного возведения свайных фундаментов сокращаются. Приходится возводить свайные фундаменты в условиях плотной городской застройки, что негативно сказывается на располагающихся в непосредственной близости от строительства уже существующих зданий.

Согласно нормам [1, 2], безопасным для существующих зданий счита- ется погружение свай на расстоянии более 25 м. При меньшем расстоянии не обходимо провести обследование зданий для выявления их конструктивных особенностей и технического состояния, определить допустимое значение вертикальной скорости колебаний. В случае необходимости принимаются меры по снижению влияния забивки свай.

Если в окружающей застройке находятся здания, чувствительные к динамическим воздействиям, например жилые дома со значительным износом, а также здания, имеющие историческую или культурную ценность, производитель работ, как правило, увеличивает указанное расстояние до 50–100 м.

1. Постановка цели и задач

Цель: выявить недостатки использования забивки свай дизельным молотом в условиях городской .

Задачи:

  • Рассмотреть влияние забивных свай
  • Рассчитать виброускорения, оказываемые на близлежащие здания, в особенности на их фундаменты.
  • Определить необходимые безопасные расстояния расположения строительных площадок от уже существующих зданий и сооружений.

2. Влияние разных видов свай на близлежащие здания

На сегодняшний день наиболее широко используются забивные, вибровдавливаемые и буровые сваи.

По способу погружения забивных свай в грунт выделяют следующие механизмы: дизельный молот, гидравлический молот, вибропогружатель, молот одиночного действия.

Эти механизмы вызывают вибрацию грунтов, что негативно влияет на фундаменты прилегающих зданий во время кратковременном усилении волн при нескольких ударах одновременно, также сильное усиление вибрационных воздействий происходит из-за эффекта резонанса, который происходит при использовании нескольких сваебоечных установок одновременно. [3] .

Метод забивки свай основан на приложении усилия к оголовку сваи, а именно в повторяющихся ударах по одному концу сваи, что позволяет внедрить ее в грунт.

Сама установка забивной сваи выглядит следующим образом:

На месте погружения сваи сверлится калибрующая скважина, глубина которой может доходить до 1/3 длины сваи или собирается направляющая конструкции, состоящая из решетчатого каркаса.

Свая вводится в калибрующую скважину или в направляющий каркас и тщательно поверяется уровнем. [4] В финале откалиброванная по вертикали свая вбивается в грунт при помощи сваебоечных установок.

Возводить фундаменты на забивных сваях без учета вибрационных воздействий на прилегающие здания можно при расстояниях, приведенных в таблице 1. [2]

Таблица 1. Допустимые расстояния.

Сооружения

Радиус зоны обследования, м

При забивке свай и шпунта

Производственные и гражданские здания с полным каркасом

25

Здания и сооружения, в конструкциях которых не возникают усилия от неравномерных осадок

25

Многоэтажные бескаркасные здания с несущими стенами

30

Высокие жесткие сооружения и дымовые трубы

25

3. Методика

Расчет виброскорости и виброускорений, вызываемых забивкой или вдавливанием свай. Определим виброскорости и виброускорения вызываемые забивкой свай.

Виброскорость и виброускорение – это значение вибрации, прямо связанное с силой, вызвавшей вибрацию. Виброускорение характеризует то силовое динамическое взаимодействие, которое вызывает механизм при совершении работы. В нашем случае при забивке или вдавливании свай в грунт.

1. Определяем частоту возбуждающей силы:

,

где n-число ударов t-время, с.

2. Определяем коэффициент упругого равномерного сжатия грунта Gz

3. Определяем жесткость системы "механизм-свая-грунт":

=,

где Gz- коэффициент упругого равномерного сжатия грунта

S-площадь поперечного сечения сваи

4. Определяем амплитуду вибросмещение фундамента пресса:

=

где Fm-возбуждающая сила, Н;

Kz–жесткость системы “механизм-свая-грунт”, H/м;

 m∑ –масса системы “механизм-свая”, кг;

ω– круговая частота возмущающей силы, с–1.

5. Определяем приведенный радиус сваи и относительное расстояние от источника вибрации до расчетной точки:

=,

где s – поперечное сечение, м2.

=,

r –расстояние от источника вибрации до расчетной точки, м

6. Определяем амплитуду вибросмещения:

Amr= Amф(+)

7. Определяем амплитуду виброскорости и виброускорения, а также их среднеквадратические значения:

vmr=2f Amr,

v=

где v , vmr, – соответственно среднеквадратическое и амплитудное значения виброскорости на расстоянии r от источника вибрации.

amr=2f vmr,

a=

где a , amr – соответственно среднеквадратическое и амплитудное значения виброускорения на расстоянии r от источника вибрации.

Рассчитаем виброускорения для забивки свай дизельным молотом

У дизельных молотов сила удара составляет 40-165 кН, ударная же часть весит 1,8-3 тонны, частота ударов дизельных молотов составляет в среднем 300 ударов в минуту. [5]

Для расчета выбраны средние значения параметров механизма забивки свай в грунт. А также подобраны средние размеры свай из сортамента. Для расчетов принимаем сваи квадратного сечения со стороной: 20, 25,30,35,40 см и вес равный 1 тонне.

Коэффициент упругого равномерного сжатия грунта принят равным =6,86·107

Расчеты производились для каждого вида механизмов, учитывая разные размеры свай, приняв расстояния от источника вибрации до точки измерения равные: 10, 25, 50, 100, 150 метрам.

4. Заключение

Значения всех расчетных параметров, а также виброскорости и виброускорений для расстояния 25 метров приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Вид моло-та

D

св, см

S, м2

Ча-

сто-та, Гц

r, м

Пара-метр δ

Amr,

 м

А ско-рости, м

v, м/с

А

Уско-рения, м

а, м/с2

Средние

значения, а, м/с2

 Дизель-ный мо-лот

20

0,04

5

25

200

0,01

0,3143

0,223

9,8698

6,9788

2,1343

25

0,06

5

25

166,6

0,003

0,07434

0,053

2,334

1,65068

30

0,09

5

25

142,86

0,001

0,041

0,0295

1,3087

0,925389

35

0,12

5

25

125

0,001

0,0286

0,020

0,899

0,6362

40

0,16

5

25

111,11

0,001

0,021

0,0153

0,679

0,4804

Произведя те же расчеты для расстояний равных 10, 50, 100 и 150 метрам, был получен график зависимости виброускорений, вызываемых дизель молотом, от расстояния до строения (рисунок 1). Из графика видно, что интенсивность вибраций убывает с увеличением расстояния от места забивки свай до существующих зданий.

Рисунок 1. Зависимость виброускорения, вызываемого дизельным молотом, от расстояния до строения.

Выводы

Дизельный молот можно безопасно использовать от уже существующих зданий на больших расстояниях, чем приведено в таблице 1, а такие расстояния не подходят для плотной городской застройки.

Список литературы

  1. Проектирование и устройство свайных фундаментов. Design and construction of pile foundations : СП 50-102-2003. – СПб. : ДЕАН, 2004. – 192 с.
  2. ВСН 490-87. Проектирование и устройство свайных фундаментов и шпунтовых ограждений в условиях реконструкции промышленных предприятий и городской застройки. – Взамен ВСН 358-76; введ. 1987-07-01. – М. : Минмонтажспецстрой СССР, 1988. – 27 с.
  3. Лютоев В.А. Определение предельно допустимых уровней вибрации при забивке свай для инженерных сооружений // Вестник института геологии Коми научного центра уральского отделения Ран. 2008. С.15-18.
  4. Несынов В.В., Кауркин М.Д., Андреев Д.О. Влияние свайного поля на сейсмические условия площадки // Геология в развивающемся мире. 2014. C. 37-40.
  5. Будилов И. Н., Гурьев Б. И., Кутушева Л. С., Лукащук Ю. В. Исследование напряженно- деформированного состояния элементов конструкции сваебойного трубчатого дизель- молота // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2008, С.90-96.

Интересная статья? Поделись ей с другими:

Внимание, откроется в новом окне. PDFПечатьE-mail