Рис. 4. Конструктивные схемы свободных пружинных вибромолотов

а – свободный пружинный вибромолот без регулирования натяжения пружин во время его работы; свободные пружинные вибромолоты с регулированием режима их работы изменением натяжения пружин статической нагрузкой; б – сила пригруза приложена к вибровозбудителю и передается погружаемому элементу в течение времени удара; в-сила пригруза приложена к вибровозбудителю и передается погружаемому элементу первоначально только в течение времени удара, а на заключительной стадии погружения – дополнительно к этому в виде постоянно действующей вдавливающей силы; г – сила пригруза постоянно приложена к погружаемому элементу и вибровозбудителю, по мере заглубления элемента имеется возможность увеличения силы его вдавливания с одновременным уменьшением пригруза вибровозбудителя и увеличение его ударной скорости

Вибропогружатели ВПП-2А и его модификации решены по схеме рис. 5, в с подрессоренной пригрузкой, виброустановка ВШ-1 является вибромашиной комбинированного действия и может работать в вибрационном и в различных ударно-вибрационных режимах (одноударном и двухударном, как при забивке шпунта, так при его выдергивании) [13]. Эти вибромашины комплектуются наголовниками, выполненными по схемам рис. 2, а или рис. 2, б.

Широкое внедрение вибрационной техники и технологии в фундаментостроении было осуществлено в 50-х – 70-х гг. прошлого века. Это явилось следствием усилий, в основном, отечественных ученых и инженеров, разработавших на основе теоретических и экспериментальных исследований соответствующие вибротехнические средства и обосновавших рациональную область применения и высокую эффективность вибрационного метода.

Необходимость генерирования минимального уровня колебаний при использовании вибрационного метода в фундаментостроении заставляет предъявлять жесткие требования к вибрационной технике и технологии производства работ. Наиболее ярким примером этого являются вибрационная техника и технология погружения (извлечения) металлического шпунта.

Рис. 5. Конструктивные схемы вибропогружателей, применяемых в свайных и буровых работах

а – бестрансмиссионный вибропогружатель с отдельным амортизатором и жестким грузозахватным органом; б – трансмиссионный вибропогружатель со встроенным приводным электродвигателем и амортизатором с жестким грузозахватным органом; в-вибропогружатель с подрессоренной пригрузкой, приводным электродвигателем обычного исполнения и жестким грузозахватным органом; г – вибропогружатель со встроенными приводными электродвигателями, центральным проходным отверстием и гибким грузозахватным органом

Накопленный опыт погружения шпунта вибропогружателями вблизи существующих сооружений показал, что при рационально выбранных параметрах их работы, как правило, нет необходимости в расчетной или инструментальной оценке опасности генерируемых колебаний в грунте, если расстояние от сооружения до ближайшего погружаемого шпунта составляет 20 м и более или 2–3 м для подземных коммуникаций. Перед погружением шпунт должен быть проверен на прямолинейность и чистоту полостей замков; при виброизвлечении шпунта из глинистых грунтов для «срыва» необходимо предварительное вибрирование шпунтины без подъема в течение 1–1,5 мин [5].

Многолетним опытом доказано, что при погружении в грунт элементов с малым лобовым сопротивлением (шпунт, трубы с открытым нижним торцом) вибрационный метод, реализуемый с помощью В-402, по сравнению с другими способами позволяет получать наибольшую производительность при щадящем динамическом воздействии и использовании простого комплекта машин, включающего вибропогружатель и кран. При этом высокая скорость погружения элементов в грунт (в зависимости от геологических условий – 0,5–2 м/мин) позволяет свести до минимума суммарное время динамического воздействия на окружающую среду.

Так, например, в слабых глинистых грунтах с помощью В-402 было возведено шпунтовое ограждение котлована для заглубленной части вестибюля станции метро вблизи жилого здания, являющегося архитектурным памятником. Здание, отстоящее от ограждения на одном конце на расстоянии 7 м, а на другом – 10 м, находилось в аварийном состоянии. Работы сопровождались геотехническим мониторингом. Как показали наблюдения, уровень колебаний грунта основания и элементов здания в процессе вибропогружения шпунта не представлял опасности для целостности здания, что подтвердили сохранившиеся маяки, установленные по фронту стены здания в 4 точках. По данным измерений, равномерные осадки здания за все время вибропогружения шпунта составили 2–3 мм. Особенно следует отметить, что в рассматриваемом случае из-за стесненных условий копровое оборудование взамен кранового невозможно было применить [6].

На основании накопленного опыта вибрационная технология погружения шпунта была призвана наиболее эффективной, особенно при погружении в водонасыщенные песчаные и пластичные глинистые грунты [1].

Вибромолоты, предназначенные для погружения элементов и, в частности, металлического шпунта, могут быть разделены на два типа: с направленной и ненаправленной (вращающейся) возмущающей силой вибратора.

Вибромолоты с направленной возмущающей силой. В таких вибромолотах вибратор конструируется по обычной двухвальной системе, при которой составляющие возмущающих сил в направлении, перпендикулярном погружению, уравновешиваются вращением эксцентриков в противоположные стороны. Существенной особенностью такой схемы вибромолота является отсутствие принудительной синхронизации их вращения, т.е. шестеренной связи между валами двигателей.

Вибромолоты по этой схеме впервые были предложены и осуществлены С.Я. Цаплиным, причем им же были разработаны и испытаны конструкции вибромолотов специально для погружения металлического шпунта. На рис. 7 приводится общий вид модели вибромолота конструкции С.Я. Цаплина, имеющего следующую техническую характеристику:

Мощность электродвигателя в квт………………………………… 2 по 20

Число оборотов в 1 мин, …………………………………………… 1450

Момент эксцентриков в кгсм ……………………………………… 700

Вес ударной части в кг ……………………………………………. 700

Суммарная жесткость пружин в кг/см ……………………………. 1200

Полный вес вибромолота (без наголовника) в кг ………………… 2000

Рис. 7. Общий вид вибромолота (конструкция С.Я. Цаплина)

Вибратор может быть использован для погружения шпунта на глубину до 12 – 14 м в песчаные водонасыщенные грунты и на 6 – 7 м – в глинистые.

Общий вид одного из вибраторов с направленной возмущающей силой, дан на рис. 8. Характерной особенностью этого вибратора является наличие только верхних пружин; поэтому он работает только с предварительным натяжением последних. Техническая характеристика этого вибромолота следующая:

Количество электродвигателей………………………………. 2

Мощность каждого электродвигателя в квт ……….….…… 14