Вибропогружатели. Конструктивные особенности и принцип работы. Для каких типов свай применяются вибропогружатели.

На строительной площадке всегда присутствует спецтехника. Среди многообразия машин, автоматического оборудования и специализированного инструмента можно встретить и вибропогружатели. Само название раскрывает суть и принцип работы устройства. Вибропогружатели сообщают погружаемым в грунт элементам: металлической опоре, трубе, шпунту колебания определённо частоты и амплитуды, направленные вдоль их оси. За счёт этого снижается коэффициент трения между грунтом и погружаемым элементом, опора или труба быстро монтируются на нужную глубину.

Вибропогружатели применяют в строительстве — не только для монтажа металлического шпунта, стальных свай, балок двутаврового сечения и ЖБИ-опор в песчаные и водонасыщенные грунты, но и для извлечения их из грунта. 

Конструкция

Вибропогружатели могут различаться в зависимости от производителя, модификации, мощности, но основные конструкционные элементы присутствуют у всех моделей оборудования:

  • Силовая установка, включающая приводной двигатель. Им может быть как электромотор, так и дизельный двигатель внутреннего сгорания. Некоторые вибропогружатели оснащаются гидроприводом исполнительной части;
  • Генератор вибрации;
  • Наголовник. Наголовник фиксирует и удерживает верхнюю часть элемента, устанавливаемого в грунт. Наголовник имеет механический или гидравлический захват.

Генератором вибрации чаще всего выступают вибраторы направленного действия. Они имеют разбалансированные валы, синхронно вращающиеся в разных направлениях. Количество таких валов всегда чётное и зависит от мощности вибропогружателя. Общий вес «разбалансированных масс» на каждом валу одинаков. Валы приводятся во вращение от электродвигателя, гидромотора или выходного вала редуктора, соединяемого с коленчатым валом ДВС.

Принцип работы

Суть работы любого вибропогружателя заключается в генерации низкоамплитудных колебаний высокой частоты и их передаче через наголовник на погружаемый элемент. Вибрации, воздействующие на шпунт, сваю, трубу посредством их стенок передаются и на слои грунта. Грунт контактирует как с боковыми поверхностями элемента или опоры, так и с их наконечниками. 

Низкоамплитудные вибрации приводят к снижению плотности грунта, т.к. внутренние связи в почвенных слоях нарушаются. Металлическая опора или иной элемент, не встречая значительного сопротивления, постепенно углубляется в почву на необходимую глубину.

На эффективность и скорость работы вибропогружателя оказывают влияние одновременно несколько факторов:

  • частота виброколебаний;
  • масса самого вибропогружателя;
  • масса устанавливаемого элемента;
  • качественный состав грунта.

Определяющим фактором является именно состав грунта.

При одинаковых температурных условиях, мощности оборудования, типе и весе устанавливаемых элементов погружение будет идти быстрее на грунтах с низкой плотностью.

Технические параметры вибропогружателей

 Основными параметрами вибропогружателей являются:

  • мощность приводного двигателя;
  • амплитуда колебаний, выражаемая в мм;
  • частота колебаний, выражаемая в Гц;
  • центробежная, или вынуждающая, сила генератора вибрации.

Центробежная сила возникает сразу после начала вращения разбалансированных валов и увеличивается прямо пропорционально частоте их вращения. Т.е., даже если суммарная разбалансированная масса невелика, а приводной двигатель вращает валы с высокой частотой, вибропогружатель будет иметь высокий КПД. Вынуждающая сила имеет максимальное значение, если она направлена строго вертикально вдоль оси погружаемой опоры. Именно поэтому так важно наблюдать за малейшим отклонением по вертикали опоры или сваи в процессе установки.

Частота возбуждающих колебаний всегда равна частоте вращения разбалансированных валов. 

По этому признаку вибропогружатели классифицируют на:

  • низкочатотные;
  • высокочастотные.

Низкочастотные вибропогружатели, рабочая частота которых не превышает 10 Гц, используют при монтаже в грунт массивных железобетонных свай длиной 12 м и более. 

В частном и коммерческом строительстве применяют высокочастотные машины с рабочей частотой выше 16 Гц, т.е. 16 колебаний в секунду.

Область применения

Вибропогружатели используют при работе не только с металлическими и железобетонными элементами, но и с бетонными растворами. Их часто используют в плотных городских застройках при строительстве и жилых, и коммерческих, и социальных объектов. Но преимущественно вибропогружатели задействованы при строительных работах на глинистых грунтах, песчаных почвах. Вибропогружатель средней мощности позволяет установить стальные сваи и трубы даже в плотные слои. Единственное исключение – оборудование нельзя применять в скалистых районах. 

Погружатели вибрационного типа используются при:

  • установке фундамента;
  • капитальном ремонте или модернизации коммунальных систем;
  • монтаже промышленных коллекторов;
  • возведении мостов и плотин;
  • строительстве подземных автостоянок.

Без вибропогружателя не обойтись, если строительство планируется на берегу озера или реки. Оборудование всегда используется при возведении пристаней и причалов, пирсов и укреплений береговых линий.

Технология монтажа свай с применением вибропогружателя

Процесс установки железобетонных или стальных свай в песчаные грунты или водонасыщенные почвы выглядит следующим образом:

  1. На стволе сваи наносятся специальные метки шагом до 0,5-1,0 м, с помощью которых оператор вибропогружателя определяет фактическую глубину, на которую свая вошла в грунт;
  2. Свая крепится к монтажным петлям с помощью карабина и максимально подтягивается к виброплатформе;
  3. Далее опора стропуется и приподнимается над поверхностью земли. С помощью стрелы манипулятора или лебёдочного механизма перемещается в точку установки;
  4. Выполняется жёсткая фиксация верхней части сваи в наголовнике, проверяется вертикальная соосность;
  5. Запускается виброплатформа и выполняется погружение сваи в грунт.

Вибропогружатель выключается, как только свая войдёт в грунт на заданную глубину.

Применение вибропогружателя ограничено лишь для опор составной конструкции. Вибрационная нагрузка может разрушить сварные соединения в процессе заглубления, в результате чего опора деформируется и придёт в негодность. Поэтому применение такого оборудования рационально только в отношении полнотелых железобетонных опор, прямого и корытообразного шпунта или пустотелых свай литой конструкции.