Вибраторы для погружения металлического шпунта

2.         Вибраторы для погружения металлического шпунта

 

Вибратор БТ-5. Впервые при погружении металлического шпунта был применен вибратор БТ-5 (рис. 12), который состоит из четырех узлов: коробки 1, редуктора 2, наголовника 3 и электродвигателя 4.

Рис. 12. Общий вид вибратора БТ-5

В коробке вибратора имеются два вала с эксцентриками, момент которых находится в пределах 300 – 350 кгсм. На один из валов насажены два эксцентрика, причем один из них закреплен наглухо, а другой может смещаться относительно первого и удерживается стопорным болтов в том положении, когда момент эксцентриков составляет определенную долю от максимальной величины.

На другом валу насажены четыре эксцентрика (две пары), суммарный момент которых равен моменту двух эксцентриков на первом валу. Поворот одной половины эксцентриков относительно другой позволяет регулировать, если это окажется необходимым, величину возмущающей силы, развиваемой вибратором, а следовательно, и величину амплитуды колебаний, от которой зависит скорость погружения шпунта, при постоянной частоте вибратора.

Коробка вибратора, образуемая верхней и нижней плитами и корпусами подшипников, закрывается с боков броневыми щитами, к которым присоединяется подвеска 5.

Редуктор служит для преобразования числа оборотов двигателя до необходимой величины (не менее 2300 в 1 мин.) и передачи крутящего момента от двигателя на один из валов вибратора.

Применение вибраторов для погружения металлического шпунта резко изменило как технологию производства этого вида работ, так и вспомогательное оборудование применяемое для погружения. Если для погружения шпунта молотом нет необходимости в креплении молота к последнему, то и вибратор необходимо, как правило, крепить жестко к погружаемому элементу. Практическое осуществление такого крепления затруднялось требованием абсолютной его жесткости. Наличие даже небольшого люфта в этом креплении ведет к образованию частых ударов самого вибратора о погружаемый элемент.

Конструкция наголовника вибратора, при помощи которого осуществляется жесткое крепление к шпунту, должна удовлетворять ряду требований:

во-первых, прикрепление шпунта к вибратору должно осуществляться быстро (не менее 2 – 3 мин.);

во-вторых, осуществление жесткого крепления не должно быть сопряжено с устройством каких-либо дополнительных конструктивных элементов в самом шпунте, которое потребует относительно большой затраты времени;

в-третьих, конструкция, осуществляющая жесткое крепление шпунта и вибратора, должна позволять легко и быстро снимать вибратор со шпунта.

Наиболее выгодным, с точки зрения удовлетворения поставленным выше трем условиям, оказался клиновый наголовник, предложенный В.Н. Тупиковым и автором. К плите наголовника с помощью болтов, проходящих через нижнюю плиту вибратора, крепятся две массивные щеки 1, между которыми заводится погружаемый шпунт. Щеки наголовника и шпунт имеют отверстия, в которые заходит клин 2. Заводка последнего осуществляется винтом 3, вращающимся в массивной гайке 4, укрепленной к ребрам одной из щек наголовника.

Вибратор БТ-5 имеет следующую техническую характеристику:

Число оборотов эксцентриков в 1 мин. ……………………… 2300–2500

Момент эксцентриков в кгсм ………………………………… 300 – 350

Возмущающая сила в т ……………………………………… 17 – 21,8

Мощность электродвигателя в квт …………………………. 28 – 30

Вес вибратора с наголовником в т …………………………. 1,3 – 1,4

Было установлено, что применение вибраторов типа БТ-5 является целесообразным в том случае, если время погружения одной шпунтины не превышает 3 мин [4].

Вибратор 100. Вибраторы типа 100 состоят из следующих узлов (рис. 14): корпуса 1, электромотора 2, подвески 3 и наголовника 4.

В корпусе вибратора помещены два вала с четырьмя эксцентриками на каждом валу: два средних – неподвижные и два крайних – подвижные. Крутящий момент от двигателя передается валам цепной передачей 5, а в вибраторах 102 и 104 клиновыми ремнями типа В. Как показала практика, в процессе работы вибратора ремни приходится подтягивать, и они быстро выходят из строя.

К нижней части вибратора присоединяется наголовник для жесткого крепления вибратора к шпунтине. Конструкция наголовника аналогична конструкции наголовника вибратора БТ-5.

Техническая характеристика вибратора типа 100 следующая:

Рис. 14. Вибратор 100

Ориентировочные значения максимальной глубины погружения вибраторов типа 100 приблизительно на 40% больше, чем для вибратора БТ-5 при погружении шпунта в водонасыщенные пески и на 50 – 70% больше при погружении в другие грунты. Скорости погружения в водонасыщенные пески рассматриваемыми вибраторами типа 100 несколько ниже, чем дают вибраторы БТ-5, в связи с меньшим ускорением колебаний, вызываемых вибраторами типа 100.

Вибратор ВПП-2. Вибратор ВПП-2 (рис. 15) разработанный ВНИИГСом (О.А. Савинов и А.Я. Лускин), отличается от вибраторов БТ-5 и 100 конструктивной схемой и параметрами. Вибратор ВПП-2 состоит из следующих основных узлов: вибратора 1, наголовника 2, пригрузочной плиты 3, электродвигателя 4, пружинного устройства 5, цепного привода 6 и конической передачи 7. Вибратор жестко скреплен с наголовником и, следовательно, с погружаемой шпунтиной и сваей. Электродвигатель и пригрузочная плита, подрессоренные пружинным устройством, в процессе работы практически не вибрируют. К пригрузочной плите 3 приварены две серьги 8, в нижней части которых закреплены цапфы 9, а к верхней части шарнирно присоединена подвеска 10.

Рис. 15. Общий вид вибратора ВПП-2 (конструкции О.А. Савинова и А.Я. Лускина)

Наголовник вибратора ВПП-2 (рис. 16) принципиально не отличается от наголовника вибратора БТ-5. Он состоит из плиты и двух массивных щек 1, между которыми заводится шпунтина. Щеки усиливаются ребрами 2. Вверху между щеками имеется сменный вкладыш, размеры которого зависят от толщины шпунтины. Винт 3 (в нижней части) обеспечивает плотное прижатие стенки шпунта к одной из щек наголовника. Клин 4 и винт 5, с помощью которого клин заводится в отверстие, вырезанное в верхнем конце шпунтины, расположены под углом 80°. Это дает возможность крепить шпунтину и наголовник при ошибке в расстоянии от торца шпунтины до верхней кромки отверстия в 5 мм, а при неточной вырезке отверстия в шпунтине избежать прокладок или зачистки отверстия. Техническая характеристика вибратора ВПП-2 такова:

Число оборотов эксцентриков в 1 мин. ………………………… 1500

Момент эксцентриков в кгсм …………………………………… 800 – 1000

Мощность электродвигателя в квт ……………………………. 30 – 40

Вес вибратора (с пригрузочной плитой) в т …………………. 2,2

Рис. 16. Наголовник вибратора ВПП-2

Вибратор ВПП-2 по своим параметрам занимает промежуточное положение между вибраторами типа 100 и БТ-5. Момент эксцентриков вибратора ВПП-2 в 3 раза больше, чем у вибратора БТ-5, и в 3 раза меньше, чем у вибратора типа 100, число оборотов его меньше, чем у вибратора БТ-5, и больше, чем у вибратора 100.

Как показывают измерения, амплитуда вынужденных колебаний шпунта, вызываемых вибратором ВПП-2, изменяется в пределах 5 – 10 мм. При таких амплитудах шпунт может быть погружен в песчаные водонасыщенные грунты на глубину 12 – 14 м. Применение вибраторов ВПП-2 для погружения в неводонасыщенные пески и тем более в глинистые грунты на глубину больше 6 – 7 м не является рациональным [4].

В настоящее время развивается тенденция к уплотнению застройки и производству работ по реконструкции существующих зданий и предприятий. Строительство зданий и сооружений в городских условиях вблизи существующих зданий часто вызывает значительные их повреждения из-за небольших осадок.

Опыт показывает, что проектные и строительные организации, как правило не учитывают причин, вызывающих недопустимые осадки зданий. Такими причинами, являются: динамическое воздействие, при вибропогружении шпунта; понижение уровня грунтовых вод; дополнительная нагрузка на основание существующего сооружения при строительстве вблизи него нового.

Одним из наиболее эффективных и в то же время наиболее безопасным способом производства работ в фундаментостроении является вибрационный метод.

Применение вибрационной технологии позволяет:

повысить производительность труда при экономии энергетических и материальных ресурсов;

использовать мобильные средства вибрационной техники и применять их без громоздких опорных конструкций для восприятия реактивных усилий;

комплексно механизировать строительные процессы.

Технико-экономические преимущества вибрационного метода определяются не только повышением скорости погружения и возможностью извлечения шпунта, но и более совершенной технологией вспомогательных операций, осуществляемых с использованием самоходных грузоподъемных установок.

Технология погружения включает следующие основные операции:

вырезку отверстия в шпунтине для крепления вибратора;

подтаскивание шпунтины к вибратору;

закрепление шпунтины в наголовнике вибратора;

подъем вибратора со шпунтиной и заводку шпунтины в замок ранее погруженной шпунтины;

погружение шпунтины, отсоединение вибратора от нее и снятие вибратора.

Металлические шпунтины, поступающие на строительные площадки, не имеют отверстия для крепления вибратора к шпунту, прорезать его приходится на месте забивки. Размеры отверстия и его расположение на шпунте зависят от конструкции наголовника.

До конца прошлого века, в некоторых случаях крепление вибратора осуществлялось заводкой прямоугольного клина в отверстие шпунтины. Это отверстие должно быть прямоугольным, а размеры его выбраны в соответствии с размерами клина. При этом необходимо сохранить относительно точное расположение верхней кромки отверстия в шпунтине по отношению к его торцу, который должен быть защищен и обрезан перпендикулярно продольным стенкам шпунтины [4]. Неточность в расположении верхней кромки крепежного отверстия в металлическом шпунте может значительно усложнить и затянуть производство работ по его погружению. Разметку крепежного отверстия на шпунтине нужно производить аккуратно и по возможности точно с помощью специального шаблона из листовой стали, накладываемого на шпунт (рис. 18); очерчивание границ отверстия следует делать хорошо заостренным специальным метчиком (а не мелом). Верхняя кромка отверстия не должна иметь рваных и сильно наплавленных мест. Перед заводкой шпунта в наголовник вибратора ее нужно подчистить драчевым напильником.

Рис. 18. Шаблон для вырезки отверстия в металлическом шпунте

Заправка шпунтины вибратора. В общем объеме погружения шпунтины ее заправка в наголовник вибратора может занимать сравнительно много времени, поэтому на строительной площадке этой операции должно быть уделено особое внимание.

Оборудование крана, с которого ведется погружение вибратором, дополнительно тросом с крюком, при помощи которого плита наголовника скрепляется с краном, переводя вибратор в горизонтальное положение. В этом положении вибратор подается к погружаемой шпунтине, которая заранее укладывается на шпалы или брусья, так, чтобы ее торец выступал за брус на 40 – 50 см. После заправки и закрепления шпунтины в вибраторе трос снимается, и при подъеме шпунтины вибратор снова переводится в вертикальное положение. Использование дополнительного троса исключает ручной поворот вибратора из вертикального положения в горизонтальное.

Применение этого способа заводки вибратора на шпунтину позволяет значительно сократить время закрепления вибратора.

Заводка шпунтины в замок. Для облегчения заводки шпунтин в замок используется специальная рамка (рис. 19) в виде отрезка шпунтины с частично вырезанными замками и с четырьмя приваренными пальцами. С помощью этих приспособлений рамка устанавливается на торец погруженной шпунтины. Вновь погружаемую шпунтину приставляют к оставшейся части замка, придавая ей нужное направление и затем вводя в замок погруженной шпунтины.

Рис. 19. Рамка для заводки шпунта в замок ранее погруженной шпунтины

При заводке шпунтины в замок необходимо поддерживать ее строго в вертикальном положении. В противном случае может возникнуть заедание торца погружаемой шпунтины в замке, что затруднит не только заводку в замок, но и дальнейшее погружение шпунта. Это имеет особенно большое значение в тех случаях, когда шпунт погружается на всю высоту.

Погружение шпунтины. После заводки шпунта в замок осуществляется погружение шпунта виброметодом, при котором шпунт должен находиться в вертикальном положении (особенно в начале погружения).

Для погружения шпунта вибрированием необходимо, чтобы он не имел существенных искажений в замке и резких остаточных искривлений по его длине.

Несмотря на эти технические преимущества вибромолотов по сравнению с вибраторами, для погружения шпунта до сих пор они почти не используются. Такое положение объясняется в основном отсутствием надежной конструкции вибромолота, способной противостоять интенсивным ударам, производимым с относительно большой частотой [4].