Вибрационное погружение шпунта

Широкое распространение технология вибропогружения шпунта получила в 1950-1970 годы. Соответствующую технику разработали советские инженеры и ученые. Впоследствии ее начали широко использовать в мировой практике.

При прокладке коммуникаций или выполнении строительных работ находящиеся поблизости здания и сооружения получают дополнительную осадку. Это может быть опасно, если фундамент расположен на слабых грунтах. Вибропогружение считается щадящим и высокоэффективным методом производства работ.

К вибрационной технике и к описываемому способу работ предъявляются жесткие требования. Использование шпунта позволяет исключить риск прогибов и оседаний фундамента.

Массово вибропогружатели начали использовать в СССР в 1950е годы. Позднее технологию переняли в США, Японии, ряде европейских стран. Сегодня выпуском вибропогружателей занимается свыше десятка специализированных фирм.

В ходе вибраций возникают колебания, которые могут нанести вред находящимся поблизости зданиям, сооружениям, коммуникациям. Однако правильно выбранные параметры работы техники исключают такую опасность. Расстояние от зданий до погружаемого шпунта должно составлять минимум 20 метров, от коммуникаций – 2-3 метра.  Перед погружением проверяется чистота полостей замков шпунта и его прямолинейность. Перед извлечением шпунт подвергается минутному вибрированию без подъема.

Если расстояния меньше, чем указано выше, то производится предварительная оценка опасности.  В ходе геомониторинга измеряются фактические параметры колебаний массивов грунта и зданий при погружении пробного шпунта и сопоставляются с критическими параметрами для данных условий.

По статистике вибропогружение относится к числу наиболее щадящих и эффективных способов выполнения шпунтовых работ. Высокая скорость погружения сводит к минимуму общее время динамического воздействия на окружающую среду.

Вибропогружатели эффективно используются не только для погружения, но и для извлечения шпунта. Существуют специальные модели, предназначенные для работ в условиях плотной городской застройки. Они имеют высокую (от 30 Гц и более) частоту колебаний. Желательно использовать те модели, которые позволяют плавно регулировать этот параметр.

Сложнее отрегулировать статический момент массы дисбалансов. Вибрирование погружаемого элемента относительно прилегающего к нему грунта должно происходить в условиях эффективного проскальзывания. Сначала шпунт не перемещается относительно прилегающих грунта и шпунтов стенки, а колеблется вместе с ними; при увеличении вынуждающей силы амплитуда колебаний шпунта и грунта растут. Затем резко увеличивается амплитуда колебаний погружаемого или извлекаемого шпунта и уменьшается амплитуда колебаний окружающего грунта. Далее колебания грунта и шпунта стабилизируются.

В зависимости от глубины погружения и от характеристик грунта изменяется статический момент массы дисбалансов. Именно поэтому при работе в условиях плотной городской застройки очень важна возможность плавного регулирования этого параметра.

Пуск и остановка вибропогружателя вызывают резонансные колебания высокой амплитуды, которые могут повлиять на находящиеся поблизости здания, сооружения и коммуникации. В целях устранения этой проблемы были изобретены вибропогружатели с безрезонансным пуском. Они имеют все преимущества обычных вибропогружателей и дают возможность с помощью пульта управления регулировать статический момент массы десбалансов. В момент запуска техники этот параметр равен нулю.  Он увеличивается при достижении вибропогружателем операционной частоты.  Амплитуду колебаний можно изменять пошагово. У таких вибропогружателей снижен уровень шума и уровень потребления энергии.

Использование специальной аппаратуры позволяет отрегулировать динамические воздействия колебаний на окружающую среду, оперативно оценить и отрегулировать уровень колебаний.

Все чаще применяются гидравлические вибропогружатели, работающие от гидравлических систем экскаваторов или от автономных дизельных силовых агрегатов.  Оснащены глушителями. Имеют дистанционный пульт управления, контроля и регулирования. Оснащены съемными гидравлическими наголовниками, позволяющими погружать единичный и соединенный в «пакеты» шпунт.

Современные строительные машины и механизмы многофункциональны, то есть способны выполнять несколько различных задач.  Это существенно сокращает финансовые расходы. Чаще всего специализированные фирмы используют для выполнения шпунтовых работ вибропогружатели на экскаватор, имеющие гидравлический привод.  Такая техника позволяет погружать шпунт быстро и эффективно. Машинист оснащенного вибропогружателем экскаватора может самостоятельно выполнить все стадии работ по погружению и извлечению шпунта. С помощью специальной трамбующей плиты можно уплотнить грунт обратной засыпки.

Наличие бокового захвата и компьютерной системы ориентировки шпунта в пространстве повышают эффективность работ.

Непосредственно выполнение шпунтовых работ состоит из следующих этапов:

• После доставки на площадку шпунт проходит входной контроль отсутствия деформаций, геометрической правильности и сохранности замков. Любые выявленные дефекты устраняются. Шпунт складируют рядами у места выполнения работ. Между рядами и отдельными шпунтами оставляют не менее 10см, чтобы облегчить строповку;
• Выполняется пробное погружение;
• Шпунт укладывают верхним концом на подставку высотой 1,0-1,2 м, при этом конец шпунтины должен выходить за подставку на длину не менее 1 м;
• Вибропогружатель переводится в горизонтальное положение и поднимается краном. Наголовник заводится за шпунтину, и она зажимается;
• Выполняется подъем вибропогружателя с закрепленной шпунтиной и ее перенос к месту погружения;
• Шпунт опускают до уровня грунта, и включают вибропогружатель;
• Производится погружение до заданной отметки. Затем вибропогружатель выключают и открепляют от шпунта;
• Аналогичным образом происходит погружение всех остальных шпунтин.

Нельзя допускать, чтобы погружаемая шпунтина тянула вниз ранее погруженную. Ранее погруженные шпунтины следует сварить между собой прерывистым швом, чтобы не допустить подобных осложнений.

Если требуется повышенная точность устройства шпунтовых ограждений, то применяется специальный кондуктор. Он состоит из маячных шпунтин, которые погружают по оси ограждения. К ним прикреплены направляющие балки. Шпунт погружают в пространство, находящееся между балками.

Если нужно точнее обеспечить вертикальное положение шпунта, то используют двухъярусный инвентарный кондуктор длиной 8-10 м. Он представляет собой объемный каркас, состоящий из двух вертикальных раздвинутых ферм. Они жестко связанны между собой с одного торца постоянным соединением, а с другого — съемной диафрагмой. Расстояние между поясами ферм по вертикали не менее 3 м. Расстояние по горизонтали между верхними и нижними поясами обеих ферм регулируется в зависимости от высоты профиля шпунта с помощью постановки брусьев-вкладышей. Кондуктор устанавливают на две поперечные балки. Их закрепляют на ранее погруженных шпунтинах.

После погружения шпунта в пределах кондуктора заднюю диафрагму демонтируют, и кондуктор переставляется вперед, закрепив на погруженном шпунтовом ряде.

Недопогружение шпунтины на проектную глубину может существенно осложнить погружение следующих шпунтин. Для устранения этого дефекта недопогруженную часть шпунтины срезают на уровне торцов шпунта или очередную погружаемую шпунтовую сваю наращивают на соответствующую длину, а затем, после достижения ею проектной глубины, обе шпунтины срезают до отметки верха шпунтового ряда.

С помощью вибропогружателей достаточно легко извлечь даже долго пролежавший в земле шпунт с большой глубины. Это дает возможность повторно использовать шпунт на других объектах.