В книге изложено современное состояние вибрационной техники и технологии в свайных и буровых работах. Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследовании в этой области, а также анализ опыта применения вибрационной технологии в строительстве. Освещены вопросы расчета и разработки средств вибрационной техники и технологических процессов, обеспечивающих экономию трудовых и материальных ресурсов. Предназначена для инженерно-технических и научных работников строительных организаций.

Введение
Основные принятые обозначения

Глава I. Общие сведения
§ 1. Сущность процессов вибрационного погружения и извлечения. Взаимодействие вибрирующих тел с грунтом
§ 2. Расчетные модели взаимодействия погружаемого (извлекаемого) элемента с грунтом
§ 3. Область эффективного применения вибрационного метода и классификация вибрационных машин
§ 4. Применение вибрационной технологии

Глава II. Основы теории вибрационного погружения и извлечения
§ 5. Погружение и извлечение при продольных колебаниях
§ 6. Погружение и извлечение при продольно-вращательных колебаниях
§ 7. Погружение и извлечение под действием продольных ударов
§ 8. Погружение трубчатых элементов под действием продольных ударов и вращательных колебаний
§ 9. Погружение под действием знакоперменных ударных нагрузок
§ 10. Выбор вида динамического воздействия и определение сопротивления грунта

Глава III. Вибрационные и ударно-вибрационные погружатели
§ 11. Особенности динамики вибрационных и ударно-вибрационных погружателей
§ 12. Методика приближенного расчета параметров вибрационных и ударно-вибрационных погружателей
§ 13. Вибропогружатели и вибромолоты
§ 14. Средства защиты от вибраций грузоподъемных устройств, работающих с вибровозбудителями
§ 15. Состояние свайной вибротехники за рубежом

Глава IV. Вибрационная технология производства свайных работ
§ 16. Погружение и извлечение металлического шпунта
§ 17. Погружение призматических железобетонных свай
§ 18. Погружение свай-оболочек
§ 19. Изготовление набивных свай по вибрационной технологии
§ 20. Несущая способность свай, погруженных вибрационным методом и изготовленных по вибрационной технологии
§ 21. Применение вибрационного метода вблизи существующих сооружений

Глава V. Вибрационная технология производства буровых работ в строительстве
§ 22. Общие сведения о применении вибрационного метода в буровых работах
§ 23. Проходка инженерно-геологических и других технических скважин
§ 24. Проходка крепких и связных пород при ударно-канатном бурении скважин на воду
§ 25. Погружение и извлечение обсадных труб в процессе ударноканатного бурения скважин
§ 26. Погружение фильтровых колонн при устройстве гравийных проволочных фильтров скважин на воду
§ 27. Восстановление производительности скважин на воду при их освоении и ремонте
§ 28. Извлечение обсадных труб при ликвидации скважин

Глава VI. Вибрационная технология производства некоторых видов специальных строительных работ
§ 29. Применение вибрационной техники при устройстве заглубленных сооружений
§ 30. Устройство тонких противофильтрационных завес
§ 31. Применение вибрационной техники при бестраншейной прокладке труб
§ 32. Вибрационная технология глубинного уплотнения песчаных оснований

Заключение
Список литературы
Список изобретений

Введение

В соответствии с решениями XXVII съезда КПСС одним из главных: направлений научно-технического прогресса является переход на ресурсосберегающие технологии, обеспечивающие экономию трудовых, энергетических и материально-технических ресурсов.

Этому направлению отвечает применение вибрационной техники и технологии при производстве строительных работ. Использование вибрационной техники позволяет при сравнительно небольших затратах энергии не только интенсифицировать отдельные производственные операции, но и в определенных условиях коренным образом изменить или существенно усовершенствовать способы производства работ, придав им новые черты, характерные для вибрационной технологии, под которой следует понимать технологию производства строительных работ с использованием средств вибрационной техники.

Применение вибрационной технологии позволяет существенно повысить производительность труда, в ряде случаев использовать более экономичные конструкции, комплексно механизировать строительные процессы, снизить расход металла и цемента.

Первые теоретические и экспериментальные исследования процесса вибрационного погружения свай были выполнены в НИИОснований Д.Д. Барканом свыше 50 лет тому назад. В этом институте были разработаны первые вибраторы, а также технология основных видов работ в фундаментостроении с использованием вибрационного метода. Работы ВНИИГСа, выполнявшиеся под руководством О.А. Савинова, создали необходимую базу для развития вибрационного метода погружения свай и его применения в ряде других видов строительных и буровых работ. Успешному развитию вибрационного метода и его внедрению в практику строительства способствовали труды ЦНИИСа, выполнявшиеся под руководством А.С. Головачева и В.И. Черняева.

Большое значение для развития вибрационного метода имели работы К.С. Силина и Б.П. Татарникова, на основе которых были созданы технология и вибрационное оборудование для сооружения фундаментов на сваях-оболочках.

Исследования Б.М. Ребрика способствовали распространению вибрационного метода при инженерных изысканиях. Создание вибрационных машин Д.Д. Барканом и В.Н. Тупиковым (НИИОснований), О.А. Савиновым и А.Я. Лускиным (ВНИИГС), Б.П. Татарниковым (ЛИИЖТ) положило начало разработке основных типов современных вибропогружателей. Первые вибромолоты были разработаны во ВНИИстройдормаше (С.А. Цаплин, Л.В. Ерофеев).

Во ВНИИГСе под руководством М. Г. Цейтлина были проведены исследования, созданы вибрационные и ударно-вибрационные машины, работающие при различных видах и сочетаниях вибрационных воздействий, а также разработана вибрационная технология ряда видов специальных строительных работ.

Теория вибрационного и ударно-вибрационного погружения получила развитие в трудах Г.Г. Азбеля, Д.Д. Баркана, И.И. Блехмана, И.И. Быховского, А.С. Головачева, М.А. Турина, Р.Ф. Нагаева, Ю.И. Неймарка, С.А. Осмакова, О.А. Савинова, М.Г. Цейтлина, О.Я. Шехтер и др.

Закономерности изменения свойств грунта при вибрировании изучались в НИИОснований (Д.Д. Баркан, Н.А. Преображенская, Л.Р. Ставницер, В.М. Шаевич и др.), в ЛИСИ (H.Н. Маслов, Б.И. Далматов, В.А. Ершов, Е.Д. Ковалевский), в ЛПИ им. М.И. Калинина (П.Л. Иванов), во ВНИИГСе (О.А. Савинов, A.Я. Лускин, E.М. Перлей), в ЛИИЖТе (Б.М. Гуменский, H.Н. Ермолаев, И.В. Прокудин), в ЦНИИСе (А.С. Головачев) и др. Работы И.Р. Арабаджяна, Б.А. Белостоцкого, В.В. Верстова, B.М. Лукина, С.И. Лукомского, Г.Е. Метта, В.В. Мокина, E.М. Перлея, Б.Б. Рубина, А.М. Рукавцова, Е.В. Светннского, А.Н. Тарасова, В.И. Тепликова, В.Е. Трофимова, Н.С. Шкуренко позволили эффективно использовать вибрационный метод при различных видах работ в фундаментостроении и бурении.

Благодаря трудам советских инженеров и ученых вибрационный метод получил распространение в практике мирового фундаментостроения.

В начале 60-х годов ряд фирм Японии, ФРГ, США, Франции и других стран начали выпускать вибропогружатели различных параметров, которые в настоящее время используются почти во всех странах мира.

Практика строительства дает многочисленные примеры преимуществ применения вибрационной технологии. Известно, что распространение свай-оболочек как экономичного вида фундаментов при устройстве опор высокой несущей способности и связанные с этим изменения в технологии производства работ стали возможными благодаря использованию вибрационного метода. Применение виброметода при изготовлении набивных свай позволяет путем последовательного выполнения операций по вибрационному погружению и извлечению инвентарного элемента обеспечить комплексную механизацию всего процесса, включающего также извлечение грунта и уплотнение бетона.

В основе вибрационного бурения лежат операции по погружению в грунт и извлечению трубчатого элемента с грунтовым керном, что обеспечивает высокую производительность при инженерных изысканиях. Вибрационное бурение получило распространение при устройстве скважин строительного назначения, которые используются при устройстве опор глубокого заложения, при водопонижении, устройстве траншейных стен, противофильтрационных завес, опор линий электропередачи, при бестраншейной прокладке трубопроводов и в других случаях. Скважины строительного назначения обычно имеют большой диаметр и бурятся преимущественно в мягких породах. В этих условиях использование буровых станков во многих случаях нецелесообразно или в связи с недостаточной производительностью (станки ударно-канатного бурения), или в связи с большой мощностью привода и громоздкостью, определяемыми затратами энергии на рыхление грунта, а также с необходимостью иметь опорные конструкции для восприятия реактивного крутящего момента (станки вращательного бурения). Вибрационное бурение скважин строительного назначения позволяет мобильными средствами получить существенную экономию трудозатрат. Ударно-вибрационная посадка труб обеспечивает не только повышение темпов работ, но и возможность экономии обсадных труб — за счет увеличения выхода их в породу, а следовательно, и существенного уменьшения количества труб, требуемого для обсадки скважин. Используя вибрирование, эти трубы после завершения эксплуатации скважин возможно и необходимо извлекать из грунта.

Погружение, и особенно извлечение металлического шпунта, в настоящее время, как правило, не осуществляется без применения высокопроизводительной вибрационной технологии; при этом оборачиваемость металлического шпунта обеспечивается только с применением вибрирования.

Используя вибрационную технологию, можно во многих случаях взамен металлического шпунта сооружать тонкие противофильтрационные цементно-глинистые стенки. Процесс их устройства состоит из комплекса операций, включающих вибрационное погружение тонкостенных инвентарных элементов и их вибрационное извлечение с одновременной подачей раствора. Приведенные примеры, перечень которых мог быть и продолжен, показывают, что в основе технологического процесса лежат операции по вибрационному погружению в грунт или извлечению различных элементов, вследствие чего открываются возможности для существенного снижения трудозатрат и экономии материалов. Распространение вибрационного метода потребовало решить ряд проблем, основными из которых являются следующие: увеличение долговечности средств вибрационной техники; уменьшение уровня вибраций работающих с вибропогружателями грузоподъемных устройств; уменьшение уровня вибраций, передающихся по грунту окружающим зданиям и сооружениям.

В последние годы на новую ступень поднялось развитие вибрационной техники и технологии, особенно в специальных строительных работах. Распространению мощных вибрационных погружателей способствовали выполненные под руководством А. С. Головачева работы ЦНИИСа по созданию вибромашин с регулируемыми параметрами, что позволяет во многих случаях почти вдвое уменьшить установочную мощность источников электропитания и применить системы автоматического регулирования параметров вибропогружения при оптимальном энергетическом режиме работы и повышении надежности и долговечности вибраторов. Кроме того, ЦНИИС впервые в отечественной практике внедрил в строительство гидрофицированные наголовники, за счет чего уменьшилось время вспомогательных операций и сократились затраты ручного труда.

Исследования и разработки ВНИИГСа позволили создать новую технологию и оборудование для погружения и извлечения металлического шпунта, бурения скважин на воду и их освоения, изготовления набивных свай, проходки скважин строительного назначения, укладки малоподвижных бетонных смесей под водой и под глинистым раствором, устройства тонких противофильтрационных стенок, бестраншейной прокладки трубопроводов и т. п.

Авторы настоящей книги главное внимание уделили вопросам создания и применения вибрационной техники и технологии, основанных на разработанном советскими специалистами вибрационном методе погружения в грунт и извлечения различных элементов.

Этот метод получил значительное распространение в свайных и буровых работах, где применение вибрирования в указанных операциях (погружения и извлечения) обычно определяет эффективность всего технологического процесса.

Книга построена таким образом, чтобы читатель имел возможность получить сведения о сущности вибрационных процессов, теории погружения в грунт различных элементов и их извлечения, и используя полученные данные, выбрать или разработать новые средства вибрационной техники, применить в строительной практике эффективную вибрационную технологию производства работ.