5.2. Общая характеристика свайных вибропогружателей и сущность рабочего процесса

Современные конструкции вибрационных машин, применяемых для погружения и извлечения свай, в зависимости от режима работы и принципиального устройства подразделяются на две группы - вибропогружатели и вибромолоты. Первые являются машинами вибрационного действия, сообщающие погружаемому (извлекаемому) элементу обычно вертикально направленные колебания, создаваемые жестко соединенным с ним вибровозбудителем. Вторые представляют собой машины ударно-вибрационного действия, при котором основное воздействие на погружаемый элемент осуществляется периодическими ударами корпуса вибровозбудителя о наголовник погружаемого элемента. Вибропогружатели предназначены для погружения различных элементов в слабые, главным образом несвязные, водонасыщенные грунты, например водонасыщенный песок, слабые пластичные глинистые, суглинистые и супесчаные грунты и т.п. Вибромолоты предназначены для погружения различных элементов в слабые несвязные и средней плотности грунты, а элементы с малым лобовым сопротивлением, например металлический шпунт, могут забиваться ими и в плотные грунты. Вибропогружатели и вибромолоты применяются и для извлечения шпунта, труб, свай и т.п. из грунта. Вибропогружатели в слабых водонасыщенных грунтах погружают с большей скоростью, чем вибромолоты. Вибромолоты обладают большей погружающей способностью в средние и плотные грунты при относительно меньшем удельном расходе электроэнергии.

Вибропогружатель с центробежным возбудителем колебаний жестко связан с погружаемым элементом. Вынуждающая сила изменяется приблизительно по синусоидальному закону и заставляет сваю совместно с вибропогружателем совершать колебания, амплитуда и форма которых зависят от амплитуды и частоты вынуждающей силы, параметров вибропогружателя, силы тяжести и формы погружаемого элемента и свойств грунта. Ударно-вибрационный режим погружения и извлечения обычно осуществляется вибромолотами. В вибромолоте вибровозбудитель присоединяется к погружаемому элементу не жестко, а через относительно мягкий упругий элемент или даже без упругого элемента, а воздействие вибровозбудителя на сваю осуществляется в виде периодически сообщаемых ей ударов. Когда свая в результате удара приобретает недостаточно большую энергию, ее движение тормозится упругой составляющей сопротивления грунта совместно с диссипативными силами, которые в грунте велики, и погружения не происходит. При более сильных ударах предел упругости грунта превышается, появляются пластические деформации и проскальзывание сваи относительно прилегающего грунта и происходит ее погружение. В начале забивки удар по свае происходит при движении ее навстречу вибромолоту, так как она слабо зажата и сила сцепления с грунтом меньше выдергивающей силы, создаваемой упругим элементом. В этом случае может происходить проскальзывание сваи относительно грунта в сторону, обратную ударам. В результате уменьшается скорость сваи после удара, а часть энергии, приобретенной при ударе, приходится расходовать на преодоление сопротивления на ранее пройденном участке и, следовательно, погружение затруднено. Для уменьшения вредных последствий слабого сцепления сваи с грунтом используют безынерционную пригрузку, уравновешивающую выдергивающую силу упругого элемента и предотвращающую встречное движение сваи. В зависимости от требований к конструкции вибромашины, определяемых ее технологическим назначением, формой, габаритами и массой, валы дебалансного механизма могут быть выполнены горизонтальными и вертикальными, соосными параллельными или взаимно перпендикулярными. Направление и синхронность вращения валов с дебалансами достигается, как правило, зубчатыми колесами. На рис.5.1 представлены различные кинематические схемы дебалансных вибровозбудителей, позволяющих генерировать различные виды колебаний и их сочетания (на схемах продольные оси свайных элементов перпендикулярны плоскости рисунка). Направления вращения дебалансов и генерируемые ими виды колебаний указаны соответствующими стрелками. В зависимости от назначения вибромашины и типа погружаемого (извлекаемого) элемента вибровозбудитель конструируют с возможностью генерирования одного или нескольких видов колебаний, которые используют для выполнения определенной технологической операции. При этом в ходе работ настройка вибровозбудителя на тот или иной вид колебаний может производиться вручную путем перестановки дебалансов на валах в требуемое положение или дистанционно.