Д.т.н. Бекбасаров И.И., магистрант Исаков Г.И.

Таразский государственный университет им. М.Х. Дулати, Казахстан

НАГОЛОВНИК ДЛЯ ЗАБИВКИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ СВАЙ

При строительстве зданий и сооружений в сложных грунтовых условиях одним из надежных видов фундаментов являются свайные фундаменты из забивных железобетонных свай. Эффективность применения этих фундаментов на ряде площадках существенно снижается, за счет недопогружения и разрушения головной части свай при прорезке ими прослоек и линз малосжимаемых грунтов. В большинстве случаях незабитая и разрушенная часть свай срезается и не используется, а если и используется, то – не по назначению. Это приводит к значительным материальным потерям, дополнительным трудовым затратам и к увеличению сроков строительства. Так, известно, что потери железобетона от разрушений свай при забивке в промышленном и гражданском строительстве достигают 7-30% от объема всех применяемых свай. В гидротехническом строительстве и мостостроении эти потери доходят до 35% и более [1].

Для обеспечения защиты головной части железобетонных свай от разрушений при забивке используются свайные наголовники с амортизаторами [2]. В настоящее время для забивки свай трубчатыми дизель-молотами применяются Н-образные наголовники с верхней и нижней выемкой (рисунок 1,а). Такие наголовники снабжаются верхними и нижними амортизаторами. Для забивки свай штанговыми дизель-молотами в основном применяются П-образные наголовники с одним амортизатором (рисунок 1,б).

При Н-образных и П-образных наголовниках передача ударных нагрузок от молота к голове сваи происходит через ее торцовую поверхность, которая в процессе забивки расположена перпендикулярно к направлению удара молота. При такой контактной поверхности на ее краях по периметру при ударе имеет место большая концентрация напряжений, которая служит в последующем причиной повреждений и разрушений бетона головной части свай при забивке.

1- свая; 2 – Н - образный наголовник; 3 - верхний амортизатор; 4 – нижний амортизатор; 5 – шабот молота; 6 – корпус молота; 7 - П - образный амортизатор; 8 – наголовник для модульной сваи; 9 – модульная свая.

Рисунок 1. Схемы свайных наголовников: а – Н - образный наголовник; б – П - образный наголовник; в – наголовник для модульной сваи.

Кроме рассмотренных видов наголовников в практике сваебойного дела применяются свайные наголовники более сложной конструкции, предложенные ДальНИИС РФ для забивки модульных свай с конической или пирамидальной головной частью [3] (рисунок 1,в).

В свайных наголовниках конструкции ДальНИИС РФ ударные усилия от молота к свае передаются через наклонные грани головной части сваи (рисунок 1,в). При таком характере передачи ударных нагрузок концентрация напряжений на краях торцовой наклонной контактной поверхности головы сваи значительно ниже.

Учитывая изложенные особенности существующих наголовников, предлагается свайный наголовник новой конструкции, в котором передача ударных усилий от молота к свае обеспечивается только через боковую поверхность головной части свай (рисунок 2). В этом случае передача усилий к свае происходит за счет трения бетона сваи и резиновых пластин (амортизаторов) наголовника, прижатых к боковой поверхности сваи обжимающими рамами.

Рисунок 2. Схема нового свайного наголовника

Преимуществом новой конструкции наголовника является большая площадь передачи ударных усилий от молота к свае. Так при длине контактной поверхности равной размеру поперечного сечения сваи, площадь передачи ударных усилий в предлагаемом наголовнике в 4 раза будет превышать аналогичную площадь при П – образном и Н - образном наголовниках.

При проектировании рассматриваемого свайного наголовника необходимо знать поперечные усилия, которые нужно приложить, чтобы прижать резиновые амортизаторы к боковой поверхности сваи.

Равномерно-распределенную силу трения между резиновым амортизатором и бетоном боковой грани сваи можно рассчитывать по следующей формуле

, (1)

где - максимальное сжимающее напряжение, возникающее в головной части свай при забивке в грунты, МПа; - площадь поперечного сечения сваи, м²; - площадь боковой грани сваи через которую ударные усилия от молота передаются к свае (площадь трения), м².

Сжимающее напряжение в формуле (1) представляет собой напряжение, которое возникает в головной части сваи при передаче ударных усилий от молота к свае через ее торцовую часть, т.е. при использовании П -образного или Н - образного наголовников. Для определения этого параметра рекомендуется использовать методику, представленную в работе [1].

Зная силу трения можно определять поперечную равномерно распределенную силу , прижимающую резиновый амортизатор к боковой грани сваи по следующей формуле

, (2)

где - коэффициент трения скольжения между бетоном боковой грани и резиновым амортизатором наголовника.

Если резиновый амортизатор прижимается к боковой грани посредством винтов, то усилие , которое должен создавать один винт можно рассчитывать по формуле

, (3)

где - количество винтов прижимающих резиновый амортизатор к боковой грани сваи.

Литература:

1. Бекбасаров И.И. Основы рациональной забивки железобетонных свай в грунты. - Тараз: Тараз университеті, 2011. – 155 с.

2. Руководство по производству и приемке работ при устройстве оснований фундаментов. – Москва: Стройиздат, 1977. - 111 с.

3. Аббасов П.А., Цой Л.Б. Ударостойкая железобетонная свая и наголовник для ее погружения. Тезисы докладов Всесоюзного совещания-семинара по современным проблемам свайного фундаментостроения с СССР. – Пермь, 1988. – С. 136-137.