Технология устройства свай

Устройство фундамента на буронабивных сваях

Для прочного и функционального фундамента часто используются буронабивные сваи. Это вид свайных оснований, когда бетон заливается в сделанную в грунте скважину, в которой размещен армирующий каркас. На сыпучих грунтах для укрепления применяются специальные опалубки или обсадная труба. Эта технология подходит для строительства загородных домов, промышленных объектов. Ее используют для работ в городской черте, где окружающим зданиям противопоказана вибрация.

  1. Описание и применение
  2. Классификация
  3. Особенности технологии
  4. Устройство буронабивного фундамента
  5. Советы профессионалов

Описание и применение

Технология буронабивного фундамента из свай со связывающим ростверком, описывается в строительных правилах СП 50-102-2003. Несколько основных методик устройства буронабивных фундаментов:

  • Использование непрерывного шнека (НПШ) с одновременной подачей бетонной смеси снизу вверх скважины через технологический клапан.
  • Защита от разрушения стенок отверстия в грунте путем создания противодавления бетонитового раствора.
  • Применение обсадных труб погружаемых и извлекаемых вибропогружателями или «дрейтеллером» (вращающим погружателем).

По каждой из технологий бетон подается в скважину, с заранее установленным в ней армированием и схватывается непосредственно в грунте. На сыпучих, подвижных, влажных грунтах, при частном строительстве, обязательно применяются обсадные трубы, удерживающие бетон в скважине. После затвердевания бетонной смеси, трубы аккуратно извлекаются или оставляются в качестве несъемной опалубки.

Буронабивные сваи применяются, когда затруднено использование других типов свайных фундаментов:

  • в городе, где шум при забивке может оказать негативное влияние на окружающих жильцов;
  • на заболоченных, слабых грунтах, кода требуется добраться до жестких слоев;
  • при возведении сооружений на площадках с крутым уклоном;
  • в промышленном строительстве.

Буронабивной фундамент обязательно делается с ростверком, представляющим собой раму из армированного бетонного монолита, соединяющую оголовки свай. Это делается для равномерного распределения давления на каждый элемент основания. Получается прочный ленточный фундамент с буронабивными сваями, который может применяться на сложных грунтах.

Классификация

Буронабивной фундамент классифицируется в зависимости от технологии изготовления. На глинистых и других плотных грунтах используется методика НПШ (непрерывный полый шнек). Шнек представляет собой полую трубу, закрытую обратным клапаном, который не позволяет изымаемому грунту попадать в нее. К трубе крепится прочная спираль, поднимающая грунт на поверхность наподобие классического бура. При достижении нужной глубины в полость трубы подается под высоким давлением бетон. Он открывает клапан, постепенно заполняя скважину по мере поднимания шнека наверх. Чтобы сделать буронабивную сваю прочнее, в бетон, мощным вибратором, вводится армирующий каркас. После заливки свая оставляется до тех пор, пока раствор не наберет нужную прочность.

Вторая методика – устройство буронабивных свай с обсадной трубой, эта технология применяется на зыбких грунтах. Труба защищает скважины от обрушения при введении в нее армирующей конструкции или избыточного давления на залитый раствор. Для этого бурится скважина по диаметру трубы, которую помещают в нее при помощи вращения, вдавливания или просто устанавливают там. После этого бур извлекается из грунта, в скважину устанавливается арматура так, чтобы образовался защитный слой бетона около 60 мм. Затем заливается раствор с одновременным уплотнением, а обсадная труба постепенно извлекается из скважины.

Особенности технологии

В строительстве буронабивной фундамент становится все популярнее. Это объясняется преимуществами этой технологии, позволяющей возводить сооружения практически на любых грунтах. К особенностям буронабивных свай относят:

  • Широкая область применения, возможность использования как на плотных, так и на зыбких грунтах (пучинистых или сыпучих почвах, возле водоемов).
  • Быстрое возведение фундамента. Технология с применением буронабивных свай позволяют сделать все работы быстрее, чем заливка ленточного основания или шведской плиты.
  • Построенный с соблюдением всех нормативов, фундамент на буронабивных сваях прослужит не менее 150 лет.
  • Простота конструкции за счет сравнительно небольшого объема земляных работ, достаточно пробурить скважины.
  • Возможность самостоятельного выбора диаметра и высоты опор, типа армирования, в зависимости от свойств грунта и конструктивных особенностей здания.
  • Повышенная несущая способность. Такой фундамент может выдерживать вес многоэтажных, промышленных здания, массивных железобетонных сооружений.

Диаметр сваи подбирается согласно действующим СНиП после геодезических изысканий, учета климатических и геологических особенностей. Непосредственно при проектировании рассчитывается масса здания, количество опор и определяется тип грунта. Информацию о несущей способности буронабивных свай на разных грунтах можно найти в таблице:

Технология буронабивного фундамента имеет недостатки, к которым относят:

  • использование тяжелой техники для бурения, установки обсадных труб, армирования на крупных строительных объектах;
  • относительная сложность технологических процессов;
  • необходимость расчетов.

Устройство буронабивного фундамента

Этот тип основания применяется не только в промышленном, но и частном строительстве. Возведение фундамента на буронабивных сваях требует спецтехники, но это быстрее и дешевле, чем заливка популярного ленточного основания. Важная особенность буронабивного фундамента – возможность его самостоятельного устройства с применением ручных или мотобуров.

Перед началом работ необходимо приготовить инструмент и материалы:

  • рулетка, моток шнура, набор колышков и молоток для разметки;
  • бур для скважин – ручной, с электрическим приводом или на ДВС;
  • опалубка из рубероида, пластика, железобетона или асбестоцемента, чтобы их можно было оставить в скважине, для промышленного строительства понадобятся съемные обсадные трубы;
  • арматура для опор и ростверка;
  • инструмент для приготовления бетонного раствора, цемент, щебень, песок.

Необходимые расчеты

Чтобы правильно провести расчет количества буронабивных свай необходимо определить общую массу здания (вес стенок, плит перекрытий, коммуникаций, мебели и т.д.). Учитывая, что сваи изготавливаются из бетона М300, со стандартным армированием, несущую способность одной буронабивной сваи можно найти по таблице:

Диаметр сваи, мм Площадь опоры, см² Несущая способность, кг Объем бетона, м³ Количество вертикальных прутков арматуры, шт Расход арматуры, пог. м
150 177 1062 0,0354 3 7
200 314 1884 0,0628 4 9
250 491 2946 0,0982 4 10
300 707 4242 0,1414 6 14
400 1256 7536 0,2512 8 18

При помощи портативных буров можно подготовить скважины диаметром до 200 мм, поэтому они чаще всего применяются в частном строительстве.

Чтобы рассчитать заглубление опоры, необходимо узнать глубину промерзания грунта в местности и прибавить 20 сантиметров. Например, если промерзание достигает 1,3 м, то буронабивные сваи погружаются на глубину 1,5 м. На пучинистых, сыпучих, болотистых и подвижных грунтах потребуются дополнительные исследования, а при заглублении нужно будет добираться до пластов с твердой породой.

Для расчета количества свай потребуется массу здания поделить на несущую способность одной опоры, а полученный результат умножить на коэффициент погрешности 1,2. Он учитывает возможные неточности при определении массы ростверка, мебели, снеговой нагрузки.

Подготовка и разметка

Планировка фундамента начинается со схемы свайного поля, на которой указываются расстановка буронабивных опор. Для этого на углах участка, чтобы убедиться, что он прямоугольный, нужно замерить диагонали, они должны быть равными.

Первые четыре буронабивные сваи устанавливаются по углам, остальные должны быть равномерно распределены под несущими стенками. В местах, где будут делаться скважины, забиваются колышки.

Расстояние между буронабивными сваями с ростверком по технологии не должно превышать 2 м, но не менее 3 свайных диаметров, чтобы не нарушить структуру грунта.

Монтаж

После подготовительных этапов можно приступать к монтажу буронабивных свай своими руками. Ручным, механическим или электрическим буром проделываем скважины на заданную глубину, согласно разметке.

В скважины опускается заранее изготовленные арматурные каркасы, устанавливаются обсадные трубы. Они могут быть из металла, пластика, рубероида, асбеста, железобетона. В частном строительстве они служат несъемной опалубкой для будущих буронабивных свай. Главное условие – точная вертикальная установка по уровню.

Пространство между обсадными трубами и скважиной заполняется грунтом, которые периодически утрамбовывается. При этом требуется контролировать вертикальность трубы. Высоту свай проверяют гидравлическим или лазерным уровнем, чтобы обвязка была горизонтальной. Если трубы выше, их срезают, арматурный каркас остается как основа для связывания ростверка.

В подготовленную опалубку заливается бетонный раствор марки М300, который уплотняется ручной трамбовкой или вибратором. Залитые буронабивные сваи оставляются до полного схватывания цемента в течение 2-3 недель.

Заливка ростверка

Чтобы достигнуть максимальной прочности буронабивной фундамент соединяется ростверком – железобетонной лентой или рамкой. Он равномерно распределяет давления на все сваи. Устройство ростверка схоже с технологией строительства стандартного ленточного фундамента. Единственное отличие – его нижняя часть находится на весу, не упираясь и не заглубляясь в грунт. Основой ростверка служат оголовки свай, поднятые над землей на проектную высоту.

Ширина ростверка равняется толщине несущих стен, высота – для деревянных, пенобетонных стен равна ширине. Для каменных и кирпичных зданий – на 50% больше ширины. Ростверк заливается в несколько этапов:

  • монтируется опалубка в виде короба, в которой проделываются отверстия для свай и будущих инженерных коммуникаций;
  • монолитный ростверк обязательно армируется по требованиям для железобетонных конструкций, каркас связывается с выступающей арматурой буронабивных опор;
  • в опалубку заливается бетонная смесь, которая должна полностью схватиться, затем опалубка демонтируется;
  • производится гидроизоляция поверхности лентой из рубероида, сложенной в два слоя, либо обмазочными составами.

Советы профессионалов

Несмотря на то, что буронабивной фундамент можно сделать самостоятельно, при возведении существует много моментов, известных только опытным строителям, которые делятся своим опытом. Чтобы избежать ошибок при строительстве, обратите внимание на такие моменты:

  • тщательно изучите тип грунта, для чего лучше выполнить геодезическую разведку, учитывая полученную информацию при подборе диаметра и глубины установки свай;
  • для частного строительства не применяйте опоры диаметром более 200 мм, поскольку для их монтажа потребуется спецтехника, что сделает фундамент дороже;
  • при заливке обсадных труб, часть арматуры должна выступать на высоту будущего ростверка для придания ему дополнительной прочности;
  • заливку ростверка можно производить только после полного схватывания раствора в буронабивных сваях;
  • расстояние между нижней частью ростверка и поверхностью грунта не должно быть меньше 150 мм, чтобы он не деформировался при вспучивании.

Устройство фундаментов из буронабивных свай – это технология набирающая популярность. Она позволяет создать прочную и недорогую основу как для частных домов, легких сооружений, так и промышленных объектов зданий на любых почвах. Затраты на устройство такого фундамента ниже, чем на строительство классической ленточной основы, заглубляемой ниже уровня промерзания грунта, в среднем на 40%. Показатели прочности и долговечности при этом остаются сопоставимыми.

Устройство фундамента из свай

Как устроен свайный фундамент

Свайный фундамент – это опорная конструкция под здание, состоящая из отдельно стоящих свай или свайного поля. Обычно их изготавливают из железобетона, но возможно использование не армированного бетона или бутобетона, что несколько уменьшает стоимость конструкции. Для повышения прочности и экономии бетона производят армирование свайного фундамента. В качестве арматуры обычно используется прутья из гладкой или профилированной стали. Фундаментные сваи обязательно устанавливают под углами здания, на пересечении внутренних несущих стен между собой и с наружными стенами. Если между обязательными сваями расстояние от 2 до 2,5 м и более, то между ними устраивают и промежуточные.

Виды свай и свайных фундаментов

Классификация ведется по видам, смотри раздел 6 СП 50-102-2003. В нем расписаны устройство свайного фундамента, его проектирование, а также виды свайных фундаментов.

По способу погружения они бывают:

    Забивные или вдавливаемые. Готовые погружают прямо в грунт или в лидерные (предварительно подготовленные) скважины.

По материалу – бетонные, железобетонные, стальные, деревянные.

с ненапрягаемой арматурой, установленной продольно и поперечными дистанцирующими отрезками арматуры;

с предварительно напрягаемой продольной прутковой или канатной арматурой с поперечной арматурой или без нее.

По конфигурации сечения:

поперечного – прямоугольные, квадратные, круглые, двутавровые и тавровые, круглые или квадратные с круглой полостью.

продольного – цилиндрические, призматические и с боковыми наклонными гранями – трапецеидальными, ромбовидными, пирамидальными;

по конструкции – цельные и составные;

по виду нижнего конца – с плоским концом, с заостренным, с объемным уширенным – булавовидным, полые с открытым или закрытым окончанием и с камуфлетными пятами – со взрывными полостями.

на растворе устанавливают готовые элементы;

устанавливают армирующий каркас и заливают бетон.

Типы свайных фундаментов:

  1. Из одиночных свай. Применяют для отдельных опор-колонн. Могут использоваться для оград или объектов небольшого размера.

Фундамент – свайный куст. Несколько опор, на которых стоит конструкция. Разновидности свайного куста:

кустовой – три сваи – треугольником, четыре – квадратом, пять – квадрат с центральной опорой, расстояние между ними от 2,5 до 3,5 диаметров свай;

ленточный – забивка в одну или две линии, расстояние между опорами более трех поперечных размеров (или диаметров);

сплошное поле – сваи забиты рядами и образуют сплошное поле с расстояниями от 3 до 6 диаметров.

Различия столбчатого и свайного основания здания

Общность в том, что основание не сплошное, а дискретное, с отдельными «точками» опоры.

Различия свайного и столбчатого фундаментов:

  1. В глубине заложения: сваи погружают на глубину более 5 м, столбы – немного ниже глубины промерзания грунта, т. е. на территории России это от 1 до 2,5 м.
  2. Столб передает нагрузку от здания на грунт своей подошвой, свая – и подошвой и боковыми поверхностями.

  • Разной площадью сечения – свая длинная и тонкая, столб – широкий и короткий.
  • Сваи могут использоваться на грунтах с невысокими несущими свойствами, например, на водонасыщенных, неоднородных, столбы – на плотных, однородных, с большой глубиной подземных вод и т. п.

    Устройство свайного фундамента из забивных свай, основные различия и применение

    Свайный забивной фундамент может быть изготовлен на любых конструкциях, описанных в подразделе 2. п. 1 этой статьи.

    Названия они будут носить по названию использованной забивной сваи.

    Забивные погружают в грунт на заданную расчетом глубину одним из способов:

    • забивкой паровым, механическим или дизельным молотом;
    • вибропогружением с помощью одного из нескольких разновидностей вибропогружателей;
    • статическим вдавливанием, используя большую массу вдавливающей установки;
    • комбинацией или попеременным использованием нескольких способов.

    На оголовках устраивают ленточный или балочный решетчатый ростверк или ростверк в виде сплошной плиты.

    Устройство ростверка свайного фундамента

    Ростверк – решетка из монолитного железобетона, соединяющая оголовки. Устраивается для размещения несущих наружных и внутренних стен.

    • низкий или заглубленный – верхняя плоскость или срез находится на уровне или ниже уровня грунта, в этом случае он схож с мелкозаглубленным фундаментом, но от него отличается опорой не на грунт, а на сваи;
    • повышенный или поверхностный – нижняя плоскость находится на грунте, но не опирается на него, на пучинистых грунтах требуется песчаная подушка;
    • высокий или приподнятый – при пучениях грунт его не достает, требует устройства забирки – легкой стенки от грунта до ростверка.

    Конструкция ростверка может быть:

    • сборной – готовые балки устанавливаются концами на забитые сваи, стыки соединяют цементно-песчаным раствором;
    • сборно-монолитной – готовые балки делают с выпусками арматуры, стыки арматуры сваривают и в опалубке заливают бетоном;
    • монолитной – арматурные каркасы балок ростверка устанавливают в опалубку, соединяют по определенным правилам и заливают бетоном.

    О правилах устройства ростверков и армирования стыков стен и углов смотри тут (статьи «Армирование ленточного фундамента» и «Армирование столбчатого фундамента»).

    Технология устройства свайных фундаментов

    Технология сооружения таких фундаментов в общем виде содержит следующие этапы:

    Она заключается в срезке плодородного грунта и выравнивании территории для движения сваепогружающей техники.

    Готовят площадку для складирования готовых свай или для их изготовления.

    Все действующие коммуникации под площадкой отмечаются ограждениями или переносятся за территорию свайного поля. Отводятся подземные воды и ливневые стоки.

    Разметка мест погружения свай или свайного поля.

    Разметка ведется с использованием разметки главных осей сооружения, вынесенных за пределы фундамента на обноски. В нужные точки погружения забивают колышки в соответствии с проектом фундамента или свайного поля.

    Делается горизонтальная и вертикальная разметка.

    Процесс погружения свай.

    Лебедкой свая подтягивается в зону сваебойного механизма, стрелой подъемника поднимается и устанавливается в точку погружения. Проверяется вертикальность или нужный угол захода в грунт и производится погружение выбранным способом.

    Срезание оголовков свай, достигших заданного отказа, но не погруженных на заданную глубину. Отказ задается как величина погружения за минуту или за несколько десятков ударов.

    Если нужно срезать несколько оголовков, то это делают отбойным молотком, если с десятков – используют сваерезки. После разрушения бетона арматура срезается на определенной высоте с учетом запаса для связи с ростверком.

    Строительство решетчатого ростверка или монолитной плиты.

    Изготавливается и монтируется опалубка под монолитный ростверк. Устанавливаются и увязываются каркасы балок на углах и стыках с внутренними несущими стенами. Контролируются зазоры для защитного слоя между опалубкой и стержнями каркаса, в т. ч. и снизу.

    Бетонный раствор нужно заливать сразу весь или частями. Но при заливке частями перерывы не должны быть более 2 – 3 часов. Вибрирование бетона обязательно. Укрывать необходимо зимой, а также жарким летом.

    Подробное ТТК на устройство свайного фундамента разрабатывается на конкретный объект строительства. Обычно это делается на больших стройках.

    Технология устройства набивных свай

    Порядок устройства набивных свай принципиально не отличается от общей технологической схемы выполнения свайных фундаментов: вначале подготавливается скважина, которая впоследствии заливается бетонной смесью. Иногда в процессе строительства возникает необходимость выполнить усиление набивной бетонной свайной опоры. Такое решение принимается проектировщиками в случае непредвиденных осложнений при изменении геологической структуры грунтов. В таком случае в готовую скважину до заполнения ее бетоном устанавливается пространственный арматурный каркас.

    Понятие «набивная свая»

    Чтобы иметь понятие об устройстве набивной свайной конструкции, можно представить бетонный или железобетонный столб с нижним наконечником, который заглубляется в грунт ниже отметки промерзания. При этом создается надежная и прочная свайная конструкция, способная защитить фундамент жилого дома от грунтовых сдвигов. Если участок под застройку находится на неоднородных сложных грунтах, рекомендуется свайный фундамент усиливать ростверком.

    Набивные сваи передают нагрузку от здания непосредственно на грунтовое основание.

    Виды набивных конструкций

    Набивные опоры различаются по виду материалов заполнения тела скважины:

    • Бетонные и железобетонные с арматурой.
    • Песчаные и грунтовые.
    • С металлическими или асбоцементными трубами – оболочками.

    Свайные опоры на площадке застройки могут располагаться одиночными конструкциями, полосами или свайными кустами. Набивные конструкции заглубляются в землю по вертикальной или наклонной оси.

    Горизонтальное сечение стержня сваи может иметь вид сплошного или кольцевого круга, а вертикальное сечение может быть:

    • коническое;
    • цилиндрическое;
    • гофрированное.

    Способ заделки свай может быть в виде свободной верхней части (головы) или бетонного ростверка.

    Особенности набивных свайных конструкций

    Конструктивно набивная опора состоит из ствола (тело) сваи, верхнего окончания именуемого головой, и нижней частью – пятой. Часто на нижнем окончании свайного стержня для повышения прочности закрепления в грунтовом основании выполняется уширение.

    Сама набивная опора может быть однородной монолитной или сборно-монолитной. В строительстве свайные фундаменты соединяются в единую несущую пространственную систему с помощью ростверка. Применение набивных фундаментных опор дает возможность частично изменить геометрические линейные габариты ростверка в сторону уменьшения.

    За счет эффективной работы конструкции сваи под действием сосредоточенной нагрузки до 1000 т можно полностью отказаться от создания ростверка. Из-за такой конструктивной особенности свайные опоры рекомендуется применять при значительных нагрузках на фундамент здания.

    Конструктивный вид опорных набивных стержней легко видоизменяется при наличии на участке различных условий, разных схем расположения, нагрузок и т.д. Чтобы обеспечить надежность здания с целью максимального использования несущей способности свайных фундаментных конструкций в процессе проектирования, возможно изменение шага расположения опор, глубины бурения скважины и марки бетонной смеси.

    Основное преимущество набивных фундаментов состоит в незначительных показателях просадки здания.

    Область применения свайных набивных стержней

    Исходя из конкретных геологических условий участка застройки и технико-экономических оценок вариантов проектного решения фундамента, подбирается тип свайной конструкции. Вид свайной конструкции определяется с учетом целесообразности применения того или иного вида

    Фундамент жилого дома на набивных сваях

    Специалисты – проектировщики фундаментов не советуют применять набивные сваи в условии агрессивных грунтовых вод или промышленных стоков. Наилучшими условиями устройства набивных опор считаются:

    1. Твердые грунты с включением отдельных разрушенных природных каменных или бетонных элементов.
    2. Глинистые твердые грунты со слоями гальки и валунов.
    3. Стесненные площадки с ограниченным подъездом для подвоза строительных материалов.
    4. Застройка рядом с существующими зданиями, в которых есть риски возникновения недопустимых деформаций при забивке свай тяжелыми механизмами.

    Свайные опорные конструкции допускается выполнять без крепления стенок скважины, если на площадке грунтовое основание из глинистой твердой консистенции.

    Технологический процесс

    Производство строительных работ проводится в следующей последовательности:

    1. На первоначальном этапе производится привязка проекта к условиям строительной площадке под застройку.
    2. Вначале ямобуром бурится скважина в 1,5 м до расчетной глубины плотного грунта.
    3. В отверстие вставляется металлический арматурный каркас. Устройство обсадных труб, которые одновременно служат опалубкой для бетонирования скважины. Основная функция обсадных труб – это борьба с плывунами и контроль постепенного правильного заполнения тела сваи бетонной смесью.
    4. Верх свайной конструкции подрезается до проектной отметки и заполняется бетоном нужной марки.
    5. Через несколько дней цвет бетона изменяется на светло-серый. Это означает, что бетонная набивная свая набрала 70% прочности, и фундаментная опора готова к эксплуатации.

    Видеоролик по монтажу набивных свай:

    Разделение набивных конструкций по видам

    Набивные сваи классифицируют по конструктивным видам и способу набивки:

    • Буронабивные свайные опоры.
    • Пневмонабивные свайные конструкции.
    • Вибротрамбованые и вибронабивные сваи.
    • Песчаные и грунтобетонные.

    Размеры свайных конструкций имеют широкий диапазон: длина может достигать до 20-30 м, наружный диаметр – от 50 до 150 см.

    Буронабивные свайные стержни

    Представленный вид свайной конструкции изготавливается таким образом:

    • Предварительное устройство скважины методом бурения до расчетной нижней отметки.
    • Погружение в отверстие скважины обсадной стальной или асбоцементной трубы.
    • Извлечение из тела скважины земляных масс, которые обсыпались при работе бурильной установки.
    • Постепенное заполнение подчищенной полости скважины бетонным массивом нужной марки.
    • Послойное уплотнение с утрамбовкой бетона.
    • Медленное постепенное извлечение обсадной трубы.

    К недостаткам такого вида устройства опорной конструкции можно отнести отсутствие контроля над плотностью и однородностью бетонного массива по всей рабочей высоте столба, а также риски возможной потери прочности бетона из-за размыва грунтовой водой.

    Армирование набивной сваи

    Армирование буронабивных свай производят в верхней части фундаментной конструкции. Арматурные металлические стержни устанавливаются на глубине до 2 м непосредственно в полужидкий бетонный массив. После набирания бетоном частичной прочности наземную часть арматурного каркаса связывают с арматурой конструкции ростверка.

    Сухой метод устройства набивных опор

    В строительстве фундаментов буронабивные свайные стрежни монтируют распространенным «сухим способом», при котором не надо укреплять стенки подготовленной скважины. Жидкий глинистый раствор, который подается в скважину, способен временно закрепить земляные стенки скважины и конструкции обсадной трубы.

    Метод сухой установки буронабивных свай дает хорошие результаты на грунтовых устойчивых основаниях. В этом варианте выполняется бурение рабочей скважины небольшого диаметра до заданной расчетной отметки опускания. Согласно проектному решению в нее монтируют пространственный каркас из стальной арматуры, и после технологического процесса армирования производится вертикальная укладка бетона с помощью подающей трубы. В завершении бетонных работ верхнюю головную часть набивной опоры помещают в инвентарный кондуктор для исключения рисков смещения по вертикали.

    В холодное время при отрицательных температурах голову сваи, заполненную бетоном, следует надежно защитить от промерзания.

    Глинистый раствор

    Если почва на участке относится к типу слабых грунтов с сильным насыщением водой, то в этом случае для производства работ потребуется увеличение трудозатрат, что приводит к удорожанию строительства. Это связано с обязательным дополнительным укреплением земляных стенок пробуренной скважины от осыпания и обрушения.

    Жидкий состав на основе глинистого вяжущего материала создает гидростатическое давление на боковую поверхность внутренних стенок скважины и обеспечивает надежное временное скрепление неустойчивых и насыщенных водою грунтовых почв.

    Глинистый раствор приготавливают непосредственно на строительной площадке. Во время бурения подготовленная смесь закачивается в скважину под давлением по полой металлической трубе-штанге.

    Во время бурильных работ глинистый раствор под воздействием статического давления поднимается к верху и выносит на поверхность разрушенный бурильной установкой грунт. Такой метод укрепления внутренней поверхности скважины позволяет обходиться без применения обсадных труб.

    Трубные обсадки

    Метод укрепления стенок скважины обсадными трубами эффективно применяется практически на грунтах, имеющих сложные гидрогеологические условия. При монтажных работах по набивке свайной конструкции обсадные трубы извлекаются из тела скважины, а в отдельных случаях оставляются в земле и служат дополнительным элементом укрепления сваи.

    Соединяются элементы труб с помощью специальных замков или методом сварки. Собранная обсадная труба необходимой длины опускается в скважину гидравлическими домкратами. Во время бетонных работ допускается извлечение обсадных труб.

    После того, как скважина заполнится бетонной смесью, рекомендуется выполнить формирование голов свайной конструкции.

    Буронабивные опоры с уширенной пятой

    Свайные конструкции с уширением пяты достигают значительных линейных размеров: их длина колеблется от 14 до 50 м, диаметр составляет от 0,5 до 2 м. Расширить нижнюю часть сваи (пяту) можно следующими методами:

    1. Распирание грунтового основания при усиленном трамбовании бетона внизу скважины.
    2. Применение специального гидравлического станка с раскрывающимися ножами. Во время вращательного процесса ножи своими острыми лезвиями срезают часть грунта и создают уширенную полость. Вяжущий глинистый раствор непрерывным потоком подается в тело скважины и на подобии цементного раствора скрепляет внутренние стены рабочей скважины сваи
    3. Взрывной метод уширения заключается в использовании силы удара от взрывной волны взрывчатых веществ, которые по обсадной трубе опускают на дно скважины. Полость скважины загружается бетонной смесью на высоту до 2 м и после поднимания на 0,5 м обсадной трубы, приводят в действие взрывное устройство. Взрывная энергия создает полость внутри скважины, значительно уплотняя ударной волной грунтовые стенки. После этого происходит полное заполнение сваи бетонной смесью.

    Видео устройства набивных свай:

    Буронабивная свайная конструкция с башмаком

    Метод «башмака» заключается в опускании в подготовленную полость скважины обсадной трубы с чугунным башмаком, который свободно закрепляется на нижнем окончании. После загрузки конструкции на расчетную глубину, чугунный башмак остается в грунте, выполняя функцию фундаментной плиты.

    Башмак на дне свайной конструкции значительно увеличивает прочность грунтового основания и всей свайной набивной конструкции.

    Пневмотрамбованные набивные сваи

    Такой вид набивных свай будет отличным решением устройства свайных фундаментов в сложных грунтах и насыщенных водой основаниях. Бетонная смесь нагнетается компрессором в тело обсадной трубы под повышенным воздушным давлением сжатого воздуха. Укладка дозируется маленькими порциями через шлюзовые камеры с затворными клапанами.

    Поочередное открывание верхнего и нижнего клапанов выжимает бетон непосредственно в скважину, автоматически трамбуя его.

    Набивные сваи из песка

    Наиболее дешевым вариантом усиления и уплотнения слабых грунтовых оснований считается устройство песчаных набивных конструкций. Для этого используется обсадная труба из стали с башмаком на окончании, которая погружается в землю специальным механизмом – вибропогружателем. При достижении проектной глубины часть трубы засыпается песком.

    Под действием песчаной массы обсадная труба внизу отделяется от башмака. Вибропогружатель извлекает обсадную трубу из скважины, дополнительно уплотняя вибрационными колебаниями почву. Усилить эффект уплотнения можно за счет проливки водою песка в скважине.

    Такой способ целесообразно применять при глубине свай до 7 м.

    Грунтобетонные опоры

    Для устройства грунтобетонных свайных конструкций необходимо применение бурильной установки оборудованной специальной штангой. На ее конце размещается смесительный бур с установленными плоскостями в виде лопастей. После бурения под давлением сжатого воздуха в пустотелую штангу закачивается растворная смесь. Обратное вращение полой штанги при поднимании вверх обеспечивает насыщение частиц грунта цементно-песчаной растворной смесью. Песок уплотняется и создается свайная конструкция из песка.

    Видео устройства набивных свай:

    Технология у набивного свайного фундамента позволяет качественно проводить строительные фундаментные работы без риска разрушения соседних домов. При правильном исполнении фундамент из набивных свай может прослужить до 100 лет.

    Технология забивки железобетонных свай

    Одним из наиболее надежных оснований, которые возможны при слабой почве, считается свайный фундамент. Железобетонные сваи позволяют передать нагрузку построенного здания на более плотный грунт, расположенный на существенной глубине.

    Регламент забивки свай – нормативная документация

    Забивка ж/б свай – свайное поле

    Следует понимать, что забивка железобетонных свай, является трудоемким процессом, требует привлечения специальной техники и регламентируется целым рядом нормативных документов (ГОСТ, СНиП, ТУ, Типовые строительные серии, инструкции и распоряжения). Перечень основных нормативов позволяет понять, насколько сложной является эта работа.

    Детальные сведения можно почерпнуть из указанных документов, однако для понимания процесса приведем краткую информацию.

    Схема забивки свай

    Расположение сваи определяется в ходе разработки проекта будущего строения. При этом каждый проект уникален, его разработке предшествует исследование местности (почвы, температурного режима, плотности застройки, наличия подземных коммуникаций, возможность подъезда техники и т.п.). Материал подготовлен для сайта www.moydomik.net

    В частном и промышленном строительстве используются следующие схемы установки свай:

    • свайный куст (в частном строительстве под колонны, в углах и т.п.);
    • свайная лента (в частном строительстве и для линейных сооружений);
    • свайное поле (в частном строительстве для очень больших и тяжелых домов, используется в основном в промышленном строительстве для многоэтажных домов).

    Согласно СНиП сваи могут быть установлены по одной из трёх схем:

    • рядовая схема (а) установки свай. Является наиболее простой. Целесообразна для использования при наличии песчаного и гравелистого грунта. Использование данной схемы предполагает монтаж свай по очереди – от первой до последней.
    • секционная схема установки свай (б). Используется в случае необходимости создания свайного поля при наличии на участке плотной почвы. Специфика использования данной схемы состоит в том, что сначала забиваются сваи одной секции, затем пропускается ряд, формируется очередная секция. После того, как все секции будут обустроены, выполняется заполнение пропущенных рядов. Применение схемы позволяет исключить риск уплотнения почвы.
    • спиральная (в) и (г). Представлена двумя разновидностями. Первая предполагает начало работ с середины свайного куста, вторая с его краёв. Первый способ рекомендован для работы в плотной почве, второй – в нормальной. Использование спиральной схемы обеспечивает равномерное перераспределение нагрузки на почву, что в последствие исключит её подвижки.

    Наличие схемы забивки свай (технологическая карта) позволяет организовать работу техники и строительной бригады, за счет чего достигается минимизация времени и средств, а все операции выполняются быстро и четко.

    Схема забивки свай (технологическая карта)

    Технология забивки свай

    Забивка жб свай предполагает решение многих вопросов, и выбор схемы только один из них. Второй важный выбор – это решение о том, какая технология забивки железобетонных свай будет использована. Технология определяет то, как забивают сваи, и то, чем забивают сваи под фундамент.

    Выбор способа основывается на учёте трёх факторов:

    • почва. Каждая технология имеет свои особенности, которые лучше раскрываются на определенном типе почвы. В частности, речь идет о скорости забивания сваи;
    • место. Некоторые методы не могут быть применены в условиях городской застройки, неровного рельефа участка, наличия подземных коммуникаций и т.п.;
    • свая. Непосредственно её длина, поперечное сечение, стойкость оголовка.

    В настоящее время получили признание технологии забивки свай, которые приведены в таблице в порядке убывания популярности:

    Технология Характеристика Оборудование
    1 Ударная Динамическая нагрузка Молот, копер
    2 Вдавливающая Статическая нагрузка Пресс
    3 Вибровдавливающая Динамическая и статическая нагрузка Вибровдавливатель
    4 Лидерная скважина Динамическая или статическая нагрузка Предварительное обустройство лидерной скважины, инструмент согласно выбранной технологии
    5 Размягченный грунт Динамическая и статическая нагрузка Водопровод, гидромолот
    6 Электроосмос Электрический ток Свая выполняет функцию катода

    Краткий обзор всех вариантов, приведённых в таблице.

    1. Ударная технология забивки свай

    Считается самой продуктивной. Позволяет забить до 40 свай за одну смену. Суть состоит в том, что для погружения сваи на оголовок воздействуют, используя сваебойные установки (приспособления).

    • молот для забивки свай. Молот может быть дизельный, механический, паровоздушный, гидравлический. Характеристики в таблице:

    Самыми востребованными считаются дизель-молоты. Характеристики в таблице:

    • копер для забивки свай. Задача копера правильно установить сваю в грунте.

    Продуктивность ударного метода обеспечивается действием энергии двух видов: ударная (передается на сваю от веса молота) и взрывная (за счет сгорания топливной смеси).

    Метод имеет ограничения, которые связаны с тем, что динамическая нагрузка, прикладываемая к оголовку сваи, вызывает сильную вибрацию. Это усложняет использование технологии в условиях плотной застройки или ветхих зданий, представляющих собой культурную или историческую ценность.

    Как забивают сваи по ударной технологии:
    • полная забивка сваи. Мощность ударов составляет 100% от мощности оборудования;
    • установка сваи и контроль отклонения от вертикальной оси;
    • копер с помощью лебедки поднимает сваю и подает её на сваебойную установку;
    • выполняется строповка сваи и поднятие;
    • работа молота. Мощность первых ударов составляет 1/3 от мощности оборудования;
    • отказ или достижение проектной глубины.

    2. Вдавливающая технология забивки свай

    Относится к разряду наиболее прогрессивных, поскольку в основе метода лежит статическая нагрузка. Вдавливающий метод можно использовать на любой почве в условиях застройки любой плотности.

    Суть технологии в том, что на сваю постоянно приходится вертикальная нагрузка. Сила ее воздействия увеличивается до момента достижения проектной глубины или отказа грунта.

    3. Вибровдавливающая технология забивки свай

    Технология, соединяющая в себе особенности двух предыдущих. В случае её применения, на оголовок сваи действует вибропогружатель, который оказывает динамическую нагрузку низкой амплитуды. Таким образом, свая слегка вибрирует. За счет этого снижается плотность грунта, и свая от статической нагрузки постепенно погружается на заданную глубину. Метод оправдан для применения в несвязной почве.

    4. Технология забивки свай «Лидерная скважина»

    Технология лидерного бурения является отличной альтернативой остальным при условии, что работы ведутся в плотной почве. Особенность метода в создании скважины, диаметром 70% от диаметра ствола сваи и глубиной на 1 метр меньше длины сваи. В лидерную скважину затем будут погружены железобетонные сваи, которые в процессе забивания раздвинут и без того плотный грунт. За счет этого будет достигнута необходимая прочность установки сваи.

    Технология отличается отсутствием шума и вибраций (при использовании пресса) и высокой производительностью (при использовании ударных инструментов).

    5. Технология забивки свай «Размягченный грунт»

    Суть метода в изменении характеристик почвы. Отмечено, что грунт, содержащий значительное количество воды, имеет меньшую сопротивляемость к нагрузкам.

    Таким образом, в основе технологии положен принцип размывания (размягчения) воды. Для этого на пятку сваи одевается насадка, подающая воду под давлением. Почва меняет свою структуру, и свая заходит легко. При этом, последние 1,5-2 метра дистанции сваю следует забивать в грунт молотом.

    6. Технология забивки свай «Электроосмос»

    В основе использования технологии лежит применение электрического тока, который подается через сваю. От тока глинистые грунты размягчаются, и свая проще заходит в грунт.

    Процесс забивки ж/б свай – этапы

    Если рассматривать полный процесс погружения свай, то его можно описать несколькими последовательными этапами:

    1. доставка. Железобетонные сваи достаточно тяжелые изделия, которые нужно привезти, выгрузить и расположить на строительном участке так, чтобы минимизировать их перемещения в процессе забивки;
    2. разработка плана работ. С учетом места расположения сваи и проекта работы, разрабатывается маршрут движения копера и молота по участку;
    3. подготовка участка. В частности: вывоз мусора, удаление деревьев, выравнивание (если предполагается) и т.п. В некоторых случаях перед установкой свай выполняется рытье котлована;
    4. разметка места установки свай;
    5. нанесение разметки на сваю. Разметка наносится яркой краской с шагом в 1000 мм. Наличие меток позволяет контролировать степень и скорость заглубления сваи в почву;
    6. настройка оборудования;
    7. забивка свай выбранной технологией.

    Отказ сваи при забивке

    Глубина погружения сваи определяется расчетным методом и отражается в проекте. Однако на практике свая может не достигнуть расчетной глубины или уйти ниже заданной отметки.

    Случай, когда свая больше не погружается в результате прикладываемого к ней усилия называется «отказ грунта» или «отказ сваи».

    Расчет точки отказа можно выполнить по формуле:

    Убедиться, что свая точно достигла «отказа» выполняется ряд ударов (при ударной технологии) или увеличивается время, в течение которого к оголовку сваи прилагается усилие (при вдавливающей технологии). Эти удары, не приводящие к продвижению сваи в почву, называются «залог».

    Есть еще один термин, описывающий случай, когда свая не погружается из-за перегрева – «ложный отказ». В этом случае работы приостанавливаются на время, достаточное для остывания наконечника сваи, находящегося в грунте.

    Забивка свай своими руками

    Несмотря на то, что забивка железобетонных свай в основном требует привлечения специализированного оборудования, её вполне реально реализовать самостоятельно. Рассмотрим, как забить сваи вручную, с той оговоркой, что свая имеет приемлемые для работы габариты.

    Установка свай своими руками выполняется по ударной технологии. Для организации динамической нагрузки нужно собрать треногу, подвесить на нее несколько бетонных блоков (служат противовесом) и молот. Молот поднимается тросами на максимальную высоту и фиксируется. После того как установлена свая, молот отпускается, и свая забивается в почву. Процедура повторятся до достижения необходимой глубины.

    Стоимость забивки свай

    В завершении немного о том, сколько стоит забить сваю и из чего формируется стоимость.

    Цена складывается из следующих параметров:

    • грунт. Чем сложнее почва, тем выше будет стоимость. Есть таблица коэффициентов, с помощью которой ведется пересчет грунта. На нее опираются и при формировании цены;
    • место расположения строительства. Чем дальше от места расположения техники, тем дороже;
    • объем работ. Причем, чем больше число свай, тем на большую скидку может претендовать заказчик. Отметим, что цена указывается за метраж свай и их число.

    Ориентировочные цены приведены в таблице.

    Таким образом, забивка свай является единственным способом устройства свайного железобетонного фундамента.

    Устройство плавного пуска — что и как?

    Устройства плавного пуска электродвигателей являются статическими электронными или электромеханическими устройствами, предназначенными для плавного ускорения и плавного замедления, а также для защиты трехфазных индукционных электродвигателей.

    Устройства плавного пуска УПП осуществляют действия по снижению величины пускового тока и помогают осуществить согласование крутящего момента двигателя и момента нагрузки.

    Принцип работы устройства плавного пуска

    Управление напряжением, подаваемым на двигатель, осуществляется посредством изменения угла открытия тиристоров. В устройстве находятся два встречно-включенных тиристора, предназначенных для положительного и отрицательного полупериодов. Сила тока в третьей фазе, оставшейся без управления складывается из токов фаз под управлением.

    После осуществления настройки, значение вращающего момента при пуске машины оптимизируется до предельно низкой величины пускового тока. Значение тока электродвигателя уменьшается параллельно значению установленного пускового напряжения на пуске. Величина пускового момента уменьшается в квадратичном отношении к напряжению.

    Уровень напряжения осуществляет контроль пускового тока и момента двигателя при запуске и остановке двигателя.

    Наличие в устройстве байпасных контактов, которые шунтируют тиристоры, способствует понижению тепловых потерь в тиристорах, а соответственно понижению нагрева всего устройства. Встроенная электронная дугогасительная система защищает контакты в случае появления повреждений в результате непредвиденных сбоев в работе, например, при прерывании подачи напряжения, возникновении вибрации или дефекте контактов.

    Рис 1. Внешний вид устройства плавного пуска 3RW30

    Рис 2. Внутренняя схема устройства управления плавным пуском 3RW30

    Баланс полярности

    Недостаток 2-фазного управления в устройстве плавного пуска асинхронного двигателя проявляется в появлении постоянного тока, вызванного фазовой отсечкой и наложением фазных токов, при которых возникает сильный акустический шум, выделяемый электродвигателем.

    Применение метода «баланс полярности» значительно понижает влияние значений постоянного тока во время разгона двигателя, соответственно снижается акустическая характеристика запуска, достигается это благодаря балансированию полуволн различной полярности в процессе разгона двигателя.

    Интерфейс устройства

    Интерфейс устройства плавного пуска УПП «человек-машина» разрешает производить настройку параметров, существенно облегчая и упрощая осуществление процесса запуска и эксплуатации двигателя. Встроенная функция управления насосом предотвращает возникновение гидравлического удара.

    Рис3. Интерфейс устройства плавного пуска

    Рис. Б. прикладной модуль AS-интерфейса

    Рис 4. Устройство плавного пуска электродвигателя — схема фидерной комбинации с AS-интерфейсом

    Интерфейс состоит из двух дисплеев с сегментными индикаторами и ЖК-дисплеем, позволяющим обеспечить видимость на значительном расстоянии, включает в свой состав описание параметров и сообщений.

    В возможности аппаратуры входит выбор режима программирования и языковые опции. Осуществляет копирование параметров из одного устройства в другое, увеличивая скорость программирования, повышая надежность оборудования и получая возможность корректирования и внесения идентичных параметров на одинаковых машинах.

    Плавный пуск для однофазного двигателя

    Устройство плавного пуска однофазного электродвигателя, применяемого в быту, активируется при подаче

    Uк выводам L1 и L2.

    Рис 5. Схема лицевой панели устройства TSG предназначенного для однофазного двигателя

    Происходит увеличение значение линейного напряжения в течение определенного отрезка времени до достижения его предельного значения. Выводы Т-2 и Т-3 постоянно запитаны от питающей сети. Время процесса регулируется регулятором, в диапазоне до 20 сек. С повышением параметров напряжения происходит увеличение вращающего момента. После окончания запуска, через шунтирующий контактор (байпас) происходит подключение двигателя от сети.

    Рис. 6. Схема работы устройства плавного пуска TSG при положении регулятора момента вращения Моn =0, при котором начинается цикл плавного пуска

    Устройство плавного пуска электродвигателя насоса

    Устройство плавного пуска для насоса с использованием преобразователя частоты осуществляет следующие операции это:

    1. Осуществление плавного пуска и торможения насосного агрегата.
    2. Производство автоматического коммутирования в зависимости от показателей уровня и параметров давления жидкости.
    3. Защиту агрегата от «сухого хода», то есть без жидкости.
    4. Защита агрегата при критическом снижении параметров напряжения.
    5. Осуществление защитных действий от перенапряжения на входе преобразователя.
    6. Сигнализирует о включении, отключении агрегата, а также при аварии.
    7. Осуществляет местный обогрев.

    Рис. 7. Устройство плавного пуска схема принципиальная, для автоматизации работы погружного насоса с поддержкой давления в полном автоматическом режиме

    Подключение электродвигателя осуществляется от контактов U,V,W преобразующего частотного устройства. Пусковая кнопка SB2 вызывает срабатывание реле К1 через ее контактную группу происходит соединение вводов STF и PS частотного преобразователя, который производит плавный запуск электрического насоса, который осуществляется по заложенному программному обеспечению, включенному в настройку устройства.

    Датчик определяющий давление ВР1 запитан от ввода преобразователя, делает возможной наличие обратной связи в цепи стабилизирующей давление. Работа этой системы происходит при обеспечении ПИД-регулятора. Потенциометр К1 или частотный преобразователь выполняют функцию по поддержанию заданных параметров давления. Насосный агрегата, при появлении «сухого» хода, должен отключаться для зашиты, в этом случае, контакты 7-8 в цепи катушки реле К3 замыкаются, отключение происходит при срабатывании датчика «сухого» хода подключенного от реле сопротивления А2 . Реле К2 осуществляет защитную функцию по отключению электродвигателя агрегата при аварии. При аварии происходит включение лампыНL1, лампа НL2 зажигается после срабатывания датчика реагирующего на понижение водяного уровня, на недопустимое значение.

    Термореле ВК1 осуществляет включение подогрева шкафа управления контактором КМ1, электронагревателей ЕК1 и ЕК2. Защита устройства от тока короткого замыкания и перегруза производится автоматом QF1.

    Высоковольтное устройство плавного пуска его отличительные особенности

    Рис 8. Схема высоковольтного устройства плавного пуска

    К отличительным особенностям относятся:

    1. Наличие оптоволоконного управления тиристорами.
    2. Управление на микропроцессорах.
    3. Способность к работе при повышенной температуре.
    4. Возможность задания различных алгоритмов и характеристик пуска и торможения для разных видов нагрузки.
    5. Способность к интеллектуальной защите.
    6. Возможность осуществления пуска при слабых источниках питания.
    7. Осуществление степени защиты от IP 00 доIP 65

    Важно: при наладке устройства плавного пуска нужно чтобы установленное время разгона было больше физического времени разгона двигателя, иначе присутствует возможность получения повреждения устройства, так внутренние байпасные контакты замыкаются по истечении времени пуска. В том случае если не произошел разгон двигателя, может выйти из строя система байпасных контактов.

    Важно: автоматический повторный пуск опасен не только повреждением устройства, но и может привести к смерти людей и тяжелому травматизму.

    Команда запуск, обязана сбрасываться до команды сброса, так как при наличии команды запуска после команды сброса, автоматически выполняется повторный перезапуск. Особенно это касается защиты двигателя.

    Для безопасности желательно присоединить выход общей ошибки в систему управления.

    Рекомендация: нежелательность автоматического пуска, диктует необходимость присоединения дополнительных компонентов, например, устройства выпадения фазы или нагрузки, с цепями управляющего и главного тока.

    Обзор устройств плавного пуска –применение, принципы действия, разновидности, схемы включения

    Проблема пускового тока

    Одна из особенностей работы асинхронного двигателя, которую можно назвать недостатком – большой пусковой ток при старте, который может превышать номинальный в 8 и более раз. Это обусловлено принципом его работы – при подаче на него номинального напряжения он стремится сразу выйти на полную мощность. Данная особенность проявляется в большой мере при пуске через линейный контактор, это также называют прямым пуском двигателя.

    В некоторых механизмах принципиально важно, чтобы пуск был плавный, без рывков и ударов. Это касается прежде всего технологического оборудования, у которого высокий момент инерции при запуске. Например, тяжелые маховики и конвейеры с продукцией, а также мощные насосы и вентиляторы.

    Иными словами, большой пусковой ток и большой момент инерции механической нагрузки на валу двигателя – взаимосвязанные вещи, от который часто необходимо избавляться.

    Кстати, в некоторых странах законодательно запрещено включать электродвигатели большой мощности прямой подачей напряжения, поскольку это создает помехи, падение напряжения и перегружает электросети, что может вызвать проблемы у других потребителей и даже стать причиной аварий.

    Как обеспечить плавный пуск двигателя

    Существуют несколько вариантов уменьшения пускового тока, которые используются на практике.

    1. Применение преобразователей частоты. В этом случае можно обеспечить сколь угодно долгий разгон, а также ограничить превышение номинального тока, например, на уровне 110%. Это лучший способ плавного пуска, однако, он используется далеко не всегда, поскольку преобразователь частоты – дорогостоящее электронное устройство, которое имеет множество функций. Если нужно только ограничение пускового тока и плавный разгон, преобразователь частоты будет избыточен, и большинство его функций останутся не востребованы.

    2. Схема «Звезда – Треугольник». Двигатель при этом должен быть таким, чтобы номинальное напряжение питания при включении его обмоток «треугольником» было 380 В. В этом случае двигатель запускается в два этапа. На этапе разгона обмотки включаются «звездой». Таким образом получается, что 380 В подается на схему, которая для нормальной работы требует напряжения порядка 660 В. Поскольку двигатель в «звезде» работает при пониженном напряжении, разгон (выход на рабочие обороты) получается сравнительно плавным. На втором этапе обмотки включаются «треугольником», и двигатель выходит на свою номинальную мощность. Минус этого способа – разгон получается ступенчатым, а пусковые токи могут принимать большое значение.

    3. Когда речь идет только о минимизации пускового тока, наиболее оптимальный вариант – использование устройства плавного пуска (softstarter).

    Ниже рассмотрим принципы работы устройств плавного пуска (УПП) и схемы их включения.

    Как работает устройство плавного пуска

    Рассмотрим пошагово, какие процессы происходят при работе УПП, и какие регулировки влияют на его работу.

    В минимальной конфигурации устройства плавного пуска (УПП) имеют три регулировки – время разгона, время торможения, и напряжение пуска.

    При включении действующее напряжение на двигателе определяется регулировкой напряжения пуска, которое обычно составляет 30…80 % от номинала. Понижение напряжения и его регулировка производится тиристорами, которые открываются (пропускают ток) только в части полупериода сетевого напряжения. Фазой открытия тиристоров можно менять напряжение на двигателе.

    Таким образом, регулируя фазу открытия тиристоров, можно менять ток и крутящий момент двигателя.

    В зависимости от конкретного случая может потребоваться большой начальный момент, чтобы двигатель мог тронуться с места. Но для уменьшения пускового тока начальное напряжение лучше устанавливать минимально возможным.

    При большом времени разгона пусковой ток будет минимальным. Однако, следует выбирать его оптимальным, обычно 10…20 секунд, в зависимости от типа нагрузки. При слишком большом времени разгона возможен излишний нагрев тиристоров. Критерием оптимального времени разгона служит время выхода двигателя на номинальные обороты и номинальный рабочий ток. По истечении времени разгона включается контактор байпаса, который может быть установлен внутри УПП, или быть внешним. Во время работы двигателя на номинальном режиме весь питающий ток идет только через этот контактор, при этом тиристоры в работе не участвуют.

    Если пришел сигнал на остановку двигателя, контактор байпаса выключается. Вступают в работу тиристоры, которые работают в обратном режиме – постепенно уменьшают фазу (время открытия в течение полупериода) с максимальной до нуля. Если время торможения не важно, то можно его установить минимальным (0-2 секунды), это увеличит ресурс тиристоров, и улучшит тепловой режим электрощита в целом. Двигатель будет останавливаться на выбеге, к ак при питании через обычный контактор. Но если важно исключить гидроудар, или плавно замедлить движение объектов без их резкой остановки и падения, то функция плавной остановки будет очень полезной.

    В УПП также могут присутствовать такие регулировки: управление крутящим моментом двигателя, конечное напряжение при останове, номинальный ток двигателя, ограничение пускового тока. Современные УПП имеют ЖК-дисплей и кнопки управления, которые позволяют конфигурировать несколько десятков различных параметров для тонкой настройки.

    Схемы включения

    Как во всех подобных устройствах, в схеме включения УПП имеется силовая часть, и часть управления.

    Силовая часть схемы – это та часть, через которую проходит ток питания двигателя. Ток двигателя поступает через силовые клеммы L1, L2, L3 (или R, S, T) на входы тиристоров или контактора байпаса, и затем через выходные клеммы T1, T2, T3 (U, V, W) подается на двигатель.

    Схема управления включает в себя в основном цепи запуска и остановки. Напряжение питания цепей управления обычно составляет 24…220 В, и может быть внешним, либо браться из УПП.

    С участием УПП можно реализовать схему плавного пуска электродвигателя с реверсом. Для этого нужно на входе установить реверсивный контактор по классической схеме. Важно сделать блокировку для предотвращения реверса двигателя во время его вращения.

    Допускается запускать УПП и начинать вращение двигателя подачей питания на цепи управления и силовые цепи. Это может быть удобно при дистанционной подаче силового питания. Однако, при этом следует предусмотреть меры безопасности – обслуживающий персонал должен понимать, что при подаче питания на УПП двигатель может начать вращаться.

    Пример схемы

    Рассмотрим для примера схему включения УПП ABBPSTX.

    В силовую часть входят: автомат защиты двигателя (вводной), тиристоры и контактор байпаса (внутри УПС), и собственно двигатель.

    Для питания цепей управления подается фазное напряжение 220В и нейтраль на клеммы 1, 2. В УПП имеется встроенный блок питания, который вырабатывает напряжение 24 В для питания органов управления. Допускается также применение внешнего БП 24 В, при этом напряжение на клеммы 1, 2 подавать не нужно.

    При соответствующем подключении и настройках кнопки могут быть как с фиксацией, так и без. Управление может производиться не только с кнопок, но и через контакты реле или контроллера.

    Имеются и другие входы для различных режимов работы, а также три выходных реле с сухими контактами, которые могут использоваться по необходимости для включения дополнительных контакторов и индикации.

    Защита

    В дешевых УПП часто не реализована защита от перегрузки по току, перегреву и короткому замыканию. В таких случаях необходимо устанавливать нужную защиту и включать УПП по схеме, рекомендованной производителем.

    В состав защиты могут входить:

    • Мотор-автомат (автомат защиты двигателя),
    • Полупроводниковые предохранители, либо защитные автоматы с характеристикой «В»,
    • Тепловое реле,
    • Короткое либо межвитковое замыкание в обмотках двигателя,
    • Контактор аварийной цепи, выключающий питание УПП при срабатывании внутреннего аварийного реле либо нажатии кнопки «Аварийный останов».

    Пример неправильной установки защиты, в результате которой произошел пожар:

    Следует сказать, что даже если в УПП входят все виды защит, необходимо на вводе силового питания и питания схемы управления устанавливать соответствующие защитные автоматы либо предохранители.

    Двухфазные УПП

    В некоторых бюджетных моделях управление выходным напряжением происходит только по двум фазам. Таким образом, происходит экономия на тиристорах и на одном контакте контактора байпаса.

    Это решение имеет право на жизнь, и главный плюс таких УПП – цена.

    Однако, имеются минусы, о которых стоит знать:

    • При запуске и торможении происходит перекос фаз, который приводит к дополнительному нагреву двигателя,
    • Пусковой ток по «прямой» фазе почти не уменьшается,
    • Постоянное присутствие фазного напряжения на двигателе представляет опасность для персонала.

    Заключение

    УПП нашли достойное место там, где не нужна регулировка скорости вращения двигателя, но важным аспектом является минимизация пусковых перегрузок питающей сети и приводимых в движение механизмов. Однако, в последнее время их всё больше вытесняют преобразователи частоты, которые имеют гораздо более широкий спектр возможностей управления двигателем.

    Устройство плавного пуска (УПП)

    Электрические двигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором отличаются простотой конструкции, невысокой стоимостью и являются самыми распространенными электрическими машинами. Однако, электродвигатели такого типа имеют недостатки, препятствующие их применению в ряде случаев.

    При непосредственном пуске электродвигателя от коммутирующего электроаппарата момент на валу превышает номинальный в 1,5 – 2 раза, потребляемый двигателем ток в 3-8 раза.

    Для того чтобы устранить эти недостатки, используют устройства плавного пуска или УПП (устройство плавного пуска). Эти устройства предназначены:

    • Для обеспечения плавного пуска и остановки.
    • Для снижения величины пускового тока.
    • Для синхронизации пускового момента с фактическим моментом нагрузки на валу.

    До появления электронных устройств для ограничения пускового момента и тока широко применялись механические тормоза, муфты, реакторы, пусковые резисторы. Использование электронных УПП более эффективно. Уменьшение величины тока и момента при включении двигателя через устройство плавного пуска достигается плавным увеличением напряжения в обмотках электрической машины.

    Сферы применения устройств плавного пуска

    Прежде чем ознакомиться с параметрами выбора УПП, рассмотрим, при каких режимах пуска и условиях требуется установка этого электроаппарата.

    По нагрузке и разности пусковых и номинальных токов различают следующие типы пусков электродвигателей:

    • Легкий пуск. При запуске электропривода ток не превышает номинального значения умноженного на три, переходной процесс длится не более 20 секунд. Для такого оборудования используют простейшие УПП.
    • Тяжелый пуск. В производственном оборудовании со значительной инерцией или с запуском под нагрузкой, токи возрастают более чем в 4 раза, длительность переходного процесса составляет более 30 секунд.
    • Особо тяжелый пуск. При таких условиях величина пускового тока может составлять 6-ти, 8-ми кратное значение от номинала. Разгон электродвигателя также занимает значительное время.

    УПП применяются в составе электропривода различного производственного оборудования и технологических установках с тяжелыми и особо тяжелыми условиями пуска. Кроме того, их применение обосновано:

    • При ограниченной мощности электросети. Пусковые токи создают перегрузку, при которой падает напряжение, срабатывает защита, перегреваются и отключаются генераторы. В таких случаях установка УПП является решением проблемы. При этом следует учесть, что устройство снижает пусковой ток в лучшем случае в 2,5 раза. Если мощности сети недостаточно, следует установить частотный преобразователь.
    • При недопустимости быстрого пуска. При непосредственном запуске момент на валу электродвигателя гораздо выше номинального. Это приводит к ударным нагрузкам на механическую часть оборудования, вызывает его поломки. УПП обеспечивает ограничение пускового момента и с успехом решает эту проблему.

    При срабатывании автоматического выключателя до того, как вал двигателя достигает номинальной скорости вращения, также же может помочь установка устройства плавного пуска.

    • На электроприводе насосных агрегатов. При пуске с повышенным моментом и резкой остановке насосных установок в сети возникают гидравлические удары, повреждающие запорно-регулирующую арматуру, контрольно-измерительные приборы, трубопровод. Плавный пуск и остановка агрегатов, которые обеспечивают УПП, позволяет избежать этих проблем.
    • На вентиляционном оборудовании. Высокий пусковой момент вызывает обрыв ременной передачи, увеличивает износ подшипников. Вентиляторы также требуют плавного запуска и остановки приводного двигателя.
    • На компрессорном оборудовании и центрифугах. Для привода такого оборудования необходимо согласование момента на валу и фактической нагрузки. Пульсации, возникающие при резком пуске и разгоне электродвигателя, отрицательно сказываются на работе таких промышленных установок.
    • На мельницах, дробильных установках и другом оборудовании с постоянным моментом нагрузки. Использование привода с УПП исключает механические удары при запуске.
    • На конвейерах и других промышленных установках с приводом через редуктор. Применение УПП снижает ударную нагрузку на шестеренки и продлевает срок службы оборудования.

    Характеристики УПП

    Основными критериями выбора УПП являются диапазон ограничения тока, степень защиты корпуса, допустимое количество пусков за единицу времени, номинальный ток и напряжение, допустимая мощность электродвигателя, возможность параллельного включения шунтирующего электроаппарата. Выбор устройства осуществляется по стандартным методикам.

    При выборе УПП также необходимо учесть наличие следующих функций:

    • Запуск в функции тока или напряжения. Устройства плавного пуска с такой функцией применяют при ограниченной мощности питающей сети. Такие УПП позволяют осуществлять регулировку тока и избежать перегрева кабелей, сработки защиты, остановку генераторов, чувствительных к резким колебаниям потребляемого нагрузкой тока. Для технологического оборудования, где недопустим быстрый пуск с повышенным моментом, используют УПП с пуском в функции напряжения. Такие устройства плавно увеличивают напряжение в обмотках электрических машин. Для более точной регулировки используют УПП с обратной связью по току и напряжению.
    • Количество фаз. Для пуска электродвигателей используются УПП с регулировкой электрических параметров по одной, двум и трем фазам. Устройства первых двух типов используются для привода оборудования с нечастым запуском, так как несимметричная нагрузка в момент пуска отрицательно сказывается на работе электрической машины.
    • Наличие шунтирующего контактора. При завершении переходного процесса целесообразно отключить подачу тока через устройство плавного пуска, чтобы исключить перегрев симистров. Это достигается параллельным включением в цепь контактора, который замыкает силовые контакты после разгона электродвигателя. Существуют модели УПП, не предусматривающие параллельного подключения контакторов, однако, для мощного двигателя лучше выбрать устройство с шунтирующим коммутирующим аппаратом.
    • Функции защиты. Многие УПП имеют встроенную защиту от перегрева самого устройства, изменения частоты питающего напряжения, снижения величины выходного тока, а также функции отключения нагрузки при превышении времени разгона, обрыва фаз, неравномерной нагрузки. В некоторых моделях также возможно подключение датчика нагрева обмоток электродвигателя. Для защиты привода с УПП от коротких замыканий необходимы предохранители или автоматические выключатели.
    • Функции регулирования скорости. Существуют УПП, где реализована возможность снижения частоты вращения электродвигателя. Однако, УПП не заменяют частотный преобразователь. Регулировка скорости осуществляется ступенчато. При длительной работе на пониженной скорости УПП сильно перегревается. Устройство плавного пуска не обеспечивает долговременной работы двигателя в режиме пониженной скорости. Такие режимы применяются при регулировке и наладке производственного оборудования.
    • Режим торможения. Для приводов инерционного оборудования следует выбрать УПП с функцией торможения. В этом режиме на обмотки электродвигателя подается напряжение, вызывающее торможение электрической машины. Такие устройства применяют для подъемников, транспортеров, тяговых вентиляторов.
    • Контроль состояния байпасного контактора. При незамкнутых силовых контактах шунтирующего контактора по достижении номинальной частоты вращения ротора электродвигателя, УПП осуществляет отключение привода.
    • Пуск с максимальным моментом. Устройства плавного пуска с этой функцией подают на обмотки номинальное напряжение питающей сети. После резкого пускового толчка, напряжение ограничивается. Далее разгон электрической машины осуществляется в плавном режиме. УПП с такой функцией используется для приводов оборудования с включением под значительной нагрузкой.

    Преимущества УПП

    Включение УПП в состав электропривода дает следующие преимущества:

    • Возможность использования мощных двигателей при маломощных электрических сетях. Ограничение бросков тока позволяет избежать срабатывания защитных электроаппаратов, перегрева обмоток трансформаторов, питающих токоведущих линий, перегрузок и остановок генераторов, а также снижения напряжения в сети, которое негативно влияет на другие электроприемники. Использование УПП позволяет устанавливать промышленное оборудование с тяжелыми и особо тяжелыми условиями пуска при ограничении мощности сети питания, когда применение другого электрооборудования для снижения тока пуска невозможно.
    • Снижение износа электродвигателей. Пусковые токи вызывают перегрев обмоток, старение их изоляции, перегрев и коррозию контактных групп, а также к преждевременному износу коммутирующих аппаратов. Увеличение крутящего момента при прямом запуске приводит к увеличению нагрузки на подшипники и другие механические элементы электродвигателя. Плавный пуск позволяет продлить срок эксплуатации двигателей и увеличить промежутки между ТО (техническим обслуживанием) и ремонтами электрических машин.
    • Уменьшение износа промышленного оборудования. Использование УПП обеспечивает плавный разгон. Это снижет ударные нагрузки на шестеренчатые редукторы, ременные приводы и другие механизмы.
    • Обеспечение безопасности технологических процессов. Многие примышленные установки нельзя резко останавливать и запускать. Например, быстрый пуск насосных агрегатов приводит к гидроударам и возникновению аварийных ситуаций. Использование УПП снижает вероятность аварий.
    • Возможность отказаться от механических устройств для торможения, а также электротехнических устройств для ограничения тока. Устройство плавного пуска заменяют тормозные муфты, реакторы, а также другое оборудование.
    • Невысокая стоимость. Средняя стоимость УПП ниже цены частотных регуляторов. В ряде случаев установки УПП достаточно для корректной работы привода.
    • Наличие защиты от ненормальных и аварийных режимов работы. Некоторые модели УПП защищают от пропадания фаз, несимметричной нагрузки и других аномальных режимов.
    • Возможность встраивания в системы автоматизации. УПП с микропроцессорными устройствами управления поддерживают протоколы связи с удаленными ПК. Контроль и управление приводами с такими УПП можно осуществлять в автоматическом режиме.
    • Снижение электромагнитных помех. При регулировании пуска по всем трем фазам, уменьшается интенсивность магнитного поля, которое создается двигателем при пуске. При использовании УПП отпадает необходимость установки дополнительных фильтров на слаботочных линиях, чувствительных к наводкам.

    Установка УПП дает неплохой экономический эффект. Он достигается снижением затрат на ТО и ремонт электродвигателей и технологического оборудования, экономии электроэнергии, расходов на закупку более мощных коммутирующих электротехнических устройств, дополнительную защиту.

    Схема УПП

    Схема наиболее распространенных УПП выполняется на базе ключей из встречно-параллельно включенных тиристоров.

    Плавная регулировка напряжения на обмотках достигается постепенным изменением угла проводимости полупроводниковых элементов путем подачи импульсов на управляющие электроды. После достижения номинального напряжения на обмотках включается шунтирующий контактор. При торможении электрической машины вначале отключается параллельно включенный коммутирующий аппарат, затем с генератора пусковых импульсов поступают сигналы, постепенно уменьшающие угол проводимости тиристоров до полной остановки электродвигателя.

    На рисунке представлена схема УПП с регулировкой по одной фазе. Такое устройство отличается невысокой стоимостью. Однако, при пуске возникает несимметричная нагрузка, увеличивается нагрев электромашины, возникают электромагнитные помехи. УПП такого типа используют для привода промышленного оборудования с нечастыми пусками.

    Для оборудования с тяжелыми условиями запуска применяют УПП с регулировкой по 2-м фазам.

    Для технологических установок с особо тяжелыми условиями запуска и частыми включениями и отключениями привода используют УПП с симисторными ключами на всех трех фазах и обратной связью по току или напряжению. Их использование не вызывает дисбаланса тока на фазах, увеличения электромагнитных помех при запуске и торможении электрической машины.

    Читайте также:  Хранение шин без дисков в гараже
  • Рейтинг
    ( Пока оценок нет )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: