Способ погружения шпунта с заглублением в плотный водоупорный грунт
Владельцы патента RU 2535860:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет" (RU)
Изобретение может быть использовано при погружении шпунта в слои плотных водоупорных грунтов. Технический результат заключается в обеспечении устойчивости и водонепроницаемости ограждений котлованов различного назначения. Согласно способу погружения шпунта с заглублением в плотный водоупорный грунт посредством вибротехнических средств погружение шпунта ведут последовательно в двухстадийном режиме: в пределах верхней толщи слабых грунтов шпунт погружают в режиме гармонических колебаний с частотой 1000-2500 колебаний в минуту и амплитудой 10-20 мм, а при достижении шпунтом слоя плотного водоупорного грунта режим работы вибротехнического средства переводят на низкочастотный виброударный режим с частотой не менее 420 колебаний в минуту при высоте подскока ударной массы 20-40 мм и выдерживают отношение этой массы вибротехнического средства к его вынуждающей силе равным 0,4. 1 ил.
Способ относится к области строительства, изобретение может быть использовано при погружении шпунта в слои плотных водоупорных грунтов для обеспечения устойчивости и водонепроницаемости ограждений котлованов различного назначения.
Известен способ погружения шпунта с помощью вибротехнических средств в режиме гармонических колебаний с частотой 1000-2500 кол/мин и амплитудой 10-20 мм [Верстов В.В. Результаты исследований по контролю и снижению уровня динамического воздействия на окружающие сооружения при вибрационном погружении шпунта // Вестник отделения строительных наук РААСН. Выпуск 14. Т.2. - М.: Иваново, 2010 - С.22-26].
Недостатками указанного способа являются его технологические ограничения при погружении шпунта в слои плотного водоупорного грунта. При таком одностадийном режиме работы вибротехническое средство не эффективно преодолевает силы лобового сопротивления плотного водоупорного грунта, в который погружают шпунт на проектную глубины. Такое «недопогружение» шпунта может привести к потере устойчивости и отсутствию водонепроницаемости шпунтового ограждения.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ погружения шпунта с помощью работы вибротехнических средств в режиме низкочастотного виброударного режима с частотой не менее 420 кол/мин при высоте подскока ударной массы 20-40 мм [Верстов В.В., Цейтлин М.Г., Байтингер Я.К., Ольшевский Г.Ф. Экспериментальное сравнение эффективности различных сваебойных средств при забивке шпунта в тяжелые грунты // Сборник научных трудов ВНИИГС. - Л., 1984. - С.13-17].
Однако рассмотренный способ, принятый нами за прототип имеет следующие недостатки: при погружении шпунта в одностадийном низкочастотном виброударном режиме в верхней толще слабых грунтов распространяются динамические воздействия, которые отрицательно влияют на конструкции зданий и сооружений, прилегающих к строительной площадке. Такие воздействия вызывают деформации конструкций существующих зданий, приводящих к аварийным ситуациям, требующим полной остановки работ и смене технологии производства работ.
Задачей на решение, которой направлено настоящее изобретение, является повышение надежности и водонепроницаемости ограждения котлованов за счет гарантированного погружения шпунта на проектную глубину вибротехническими средствами с заглублением в плотный водоупорный грунт за счет регулируемого двухстадийного режима работы этих средств.
Способ погружения шпунта с заглублением в плотный водоупорный грунт посредством вибротехнических средств. При этом погружение шпунта ведут последовательно в двухстадийном режиме: в пределах верхней толщи слабых грунтов шпунт погружают в режиме гармонических колебаний с частотой 1000-2500 кол/мин и амплитудой 10-20 мм, обеспечивающих максимальную скорость погружения и минимальные динамические воздействия на окружающий массив грунта, а при достижении шпунтом слоя плотного водоупорного грунта режим работы вибротехнического средства переводят на низкочастотный виброударный режим с частотой не менее 420 кол/мин при высоте подскока ударной массы 20-40 мм и выдерживают отношение этой массы вибротехнического средства к его вынуждающей силе равным 0,4. Указанные действия на последнем этапе заглубления шпунта в плотный грунт вызывают усталостное разрушение последнего и обеспечивают таким образом снижение сил лобовое сопротивления плотного грунта заглублению в него шпунта.
Эффективность предлагаемого способа подтверждена авторами на основании статистической обработки экспериментальных данных, полученных в производственных условиях на реальных объектах строительства. В ходе экспериментов исследованы зависимости изменения глубины и времени погружения шпунта от изменения частоты колебаний и амплитуды вибротехнических средств, их массы, частоты и высоты подскока ударных частей. Так, авторами установлено, что для максимального заглубления шпунта в плотный водоупорный грунт применяют низкочастотный виброударный режим с частотой не менее 420 кол/мин при высоте подскока ударной массы 20-40 мм и выдерживают отношение этой массы вибротехнического средства к его вынуждающей силе равным 0,4.
Таким действием обеспечивают снижение сопротивления плотного грунта внедрению, вызывают усталостное нагружение породы под торцом шпунта, тем самым разрушают монолитную массу и уменьшают лобовое сопротивление.
На основании анализа экспериментальных результатов авторами установлена следующая математическая зависимость определяющая характер погружения шпунта в пределах залегания слоев плотного грунта:
H=a·(1-eb-Езаб)
где а=7,60-7,90; b=0,003-0,004 - эмпирические коэффициенты, зависящие от типа шпунта и характеристик плотного, водоупорного грунта;
H, м - глубина погружения шпунта;
Езаб, кДж - суммарная энергия удара, передаваемая на торец шпунта в минуту.
Способ погружения шпунта поясняется чертежом, где на фиг.1 представлены графические зависимости, определяющие изменение технологических параметров по глубине погружения шпунта;
на фиг.1a представлена технологическая схема погружения шпунта в виброударном режиме свободным беспружинным вибромолотом в геологическом разрезе, характеризующемся залеганием слоев плотных грунтов;
на фиг.1б представлен график изменения частоты ударов-колебаний по глубине погружения шпунта.
Способ реализуется следующим образом.
Погружение шпунта 1 производят вибротехническим средством 2. Которое может работать в режиме гармонических колебаний при жестком креплении с верхним торцом шпунта или в виброударном режиме при свободном опирании днища вибротехнического средства на этот торец. В пределах верхней толщи слабых грунтов 3 шпунт погружают в режиме гармонических колебаний с частотой 1000-2500 кол/мин и амплитудой 10-20 мм, обеспечивающих максимальную скорость погружения и минимальные динамические воздействия на окружающий массив грунта.
При достижении шпунтом слоя плотного водоупорного грунта 4 режим работы вибротехнического средства 1 переводят на низкочастотный виброударный режим с частотой не менее 420 кол/мин, при высоте подскока ударной массы 20-40 мм и выдерживают отношение этой массы вибротехнического средства к его вынуждающей силе равным 0,4.
В результате этих действий вызывают усталостное разрушение плотного водоупорного грунта и обеспечивают таким образом снижение сил лобового сопротивления плотного грунта заглублению в него шпунта.
Сочетание в предлагаемом способе двух последовательно сменяющих друг друга режимов работы вибротехнического средства (гармонических колебаний с высокой частотой и виброударного режима с низкой частотой ударов) позволяет получить существенный технико-экономический эффект за счет обеспечения эффективной работы на различных этапах погружения шпунта в разнородных грунтах.
Способ погружения шпунта с заглублением в плотный водоупорный грунт посредством вибротехнических средств, отличающийся тем, что погружение шпунта ведут последовательно в двухстадийном режиме: в пределах верхней толщи слабых грунтов шпунт погружают в режиме гармонических колебаний с частотой 1000-2500 колебаний в минуту (кол/мин) и амплитудой 10-20 мм, обеспечивающих максимальную скорость погружения и минимальные динамические воздействия на окружающий массив грунта, а при достижении шпунтом слоя плотного водоупорного грунта режим работы вибротехнического средства переводят на низкочастотный виброударный режим с частотой не менее 420 кол/мин при высоте подскока ударной массы 20-40 мм и выдерживают отношение этой массы вибротехнического средства к его вынуждающей силе равным 0,4, указанные действия на последнем этапе заглубления шпунта в плотный грунт вызывают усталостное разрушение последнего и обеспечивают таким образом снижение сил лобового сопротивления плотного грунта заглублению в него шпунта.
