способ вибрационного погружения в грунт полимерных шпунта и труб

Формула изобретения

Способ вибрационного погружения в грунт полимерных шпунта и труб, включающий изменение точки крепления вибромеханизма вдоль оси погружаемого элемента, позволяющее уменьшить потери энергии волн колебаний на преодоление сил внутреннего трения в материале шпунта и труб, отличающийся тем, что перестановку вибропогружателя осуществляют с шагом, величину которого определяют при расчете логарифмического декремента затухания колебаний в материале погружаемого пробного элемента, получаемого при анализе виброграмм свободных затухающих колебаний и вычисления по ним темпа уменьшения амплитуд вибраций на границе каждого шага перестановки вибропогружателя при падении скорости погружения элемента до значения 0,1 м/мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области технологии производства свайных работ и может быть использовано для погружения в грунт полимерных шпунта и труб.

Известен способ погружения свай с перестановкой вибромеханизма по оси погружаемого элемента (см. автореферат диссертации Л. Д. Акимовой «Некоторые вопросы комплексной механизации устройства фундаментов опор линий электропередачи высокого напряжения» - Л., 1956. - С.6), который позволяет производить погружение элемента при таком расположении вибромеханизма с центральным проходным отверстием, которое дает возможность уменьшения потерь энергии волн колебаний в теле шпунтины или трубы при вибрационном воздействии.

Недостатками данного способа являются: отсутствие критерия, определяющего расположение вибромеханизма, а также технологической последовательности производства работ по погружению элемента в грунт.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ погружения в грунт труб, при котором крепление вибромеханизма осуществляется в любом месте по длине погружаемого элемента (Совершенствование технологии вибрационного извлечения труб из скважин/ В.В. Верстов, В.В. Топчин, Б.Я. Яковлев и др.// Науч.-исслед. ин-т гидромеханизации, сан.-техн. и специальных строительных работ.- СПб, 1993. - С.43). Этот способ осуществляется применением вибратора с корпусом и наголовником, не замкнутыми в плане, который сбоку наводят на трубу, центрируют и фиксируют на ней. Рассматриваемый способ погружения предусматривает такое крепление вибромеханизма, которое по сравнению с аналогом позволяет устанавливать вибратор в любом месте по длине элемента, что исключает необходимость в ходе производства работ подъема вибромеханизма до уровня верхнего торца погружаемой трубы или шпунтины.

Недостатком вышеуказанного способа является отсутствие критерия для определения рациональных технологических приемов, в частности при перестановке вибромеханизма. Отсутствие такого критерия, который выражается величиной шага последовательных закреплений вибромеханизма вдоль продольной оси погружаемого элемента, не позволяет в процессе производства работ эффективно управлять технологическим процессом, в основе которого лежит преодоление сил сопротивления грунта погружению шпунта и труб при вибрациях и демпфирование части энергии колебаний в материале этих элементов.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является расширение технологических возможностей использования эффективного вибрационного способа для погружения полимерных шпунта и труб за счет снижения потерь энергии колебаний вследствие проявления демпфирующих свойств материала этих элементов.

Сущность изобретения состоит в том, что перестановку вибропогружателя осуществляют с шагом, величину которого определяют при расчете логарифмического декремента затухания колебаний в материале погружаемого пробного элемента, получаемого при анализе виброграмм свободных затухающих колебаний и вычисления по ним темпа уменьшения амплитуд вибраций на границе каждого шага перестановки вибропогружателя при падении скорости погружения элемента до значения 0,1 м/мин, которое характеризует нижний предел эффективности процесса.

Предлагаемый способ вибрационного погружения в грунт полимерных шпунта и труб на всех этапах поясняется чертежом фиг.1, на котором представлена технологическая схема, включающая этапы:

а - на погружаемый элемент 2 действует маховой момент в поперечной плоскости, снижающий эффективность заглубления элемента в грунт 1. По мере заглубления погружаемого элемента в грунт маховой момент уменьшается за счет увеличения сил защемления;

б - вибропогружатель 3 заглубляет полимерную шпунтину или трубу на глубину /, при этом происходит устойчивая фиксация элемента в толще грунта, в результате этого "эффект" поперечного раскачивания шпунтины или трубы 4 существенно уменьшается;

в, г - для последовательного уменьшения степени демпфирования упругих колебаний в теле шпунтины 1 или трубы и ,следовательно, для повышения скорости их погружения передачу колебаний осуществляют при таких точках закрепления вибромеханизма, которые обеспечивают снижение потерь энергии на внутреннее трение в материале погружаемого элемента;

д - погружение шпунтины до проектной отметки с обеспечением технического эффекта, достигнутого на этапах б, в и г.

На фиг.2 представлена примерная виброграмма свободных затухающих колебаний шпунтины или трубы, где: 1 - кривая виброграммы колебаний; A-, A_k+i - значение амплитуды колебаний двух последовательных максимальных отклонений; A - изменение амплитуды колебаний за один период.

Способ вибрационного погружения полимерных шпунта и труб в грунт осуществляется следующим образом. Вначале на объекте строительства производят пробное погружение в грунт того или иного элемента. При этом первоначально на каждом этапе заглубления по снимаемым виброграммам свободных затухающих колебаний (фиг.2) определяют амплитуды колебаний, а по ним находят логарифмический декремент затухания по формуле:

где - логарифмический декремент затухания колебаний; A _k, A_k+i -значения двух последовательных максимальных отклонений амплитуды (точки k и k+1). В зависимости от полученного декремента затухания колебаний, рассчитывают шаг / перестановки вибромеханизма, при котором создается возможность уменьшения потерь энергии от возбуждаемых упругих волн колебаний в теле заглубляемого элемента. При этом обеспечивают эффективное погружение шпунта или трубы при их заглублении на полную высоту.

Как известно, эффективное погружение элемента происходит при (см. Вибрационный метод погружения свай и его применение в строительстве /О.A.Савинов, А.Я.Лускин. Л.: Стройиздат, 1960. - 248 с.) амплитуде колебаний, превышающей 2 мм. Следовательно, для эффективного погружения элемента в грунт необходимо выполнение таких условий, при которых демпфирование колебаний на внутреннее трение в материале (коэффициент поглощения), характеризующийся значением логарифмического декремента затухания колебаний, регулируемый в процессе погружения изменением шага / по длине элемента L, будет лежать в пределах: поливинилхлорид - 0,044, полиэтилен низкого давления - 0,041. Опытами установлено, что указанные величины декремента затухания колебаний соответствуют скорости погружения элемента в грунт, достигшей величины не менее 0,1 м/мин (см. Исследование напряженно-деформируемого состояния полимерных труб при их погружении в грунт динамическими воздействиями / B.В.Верстов, В.В.Топчин // Технология производства специальных строительных работ.- 1987. - С.73).

Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами перед известными решениями:

- возможность использовать вибрационное воздействие для погружения элементов из материалов, обладающих значительными демпфирующими свойствами;

- повышение производительности работ за счет эффективного управления технологическим процессом путем поддержания скорости погружения элемента в рациональных пределах от 1,0 м/мин до 0,1 м/мин, что подтверждается результатами исследований и большим производственным опытом вибрационного погружения в грунт элементов с малым лобовым сопротивлением (шпунт, трубы с открытым нижним концом).