Kafar – co to jest i do czego służy?

Kafar to maszyna budowlana do wbijania pali w grunt lub dno zbiornika wodnego. Jej główną częścią jest ciężka baba, która przekazuje energię uderzenia na pal. Urządzenie stosuje się podczas palowania, zwłaszcza na gruntach podmokłych, słabych i niestabilnych. Sprawdź, jak działa kafar, z czego się składa i jakie ma odmiany.

Kafar – co to jest?

Kafar należy do ciężkich maszyn używanych przy robotach fundamentowych. W czasie pracy ustawia pal w wyznaczonym miejscu, prowadzi go wzdłuż masztu i uderzeniami zagłębia w ziemię. Tak przygotowane pale przenoszą obciążenia konstrukcji na głębsze, bardziej nośne warstwy podłoża.

Palowanie wykonuje się między innymi przy budowie mostów, nabrzeży, pomostów, estakad, ścian oporowych oraz obiektów wznoszonych na torfach i namułach. Kafary mogą pracować na lądzie, zwykle na podwoziu gąsienicowym, albo na jednostkach pływających. Wersja nawodna umożliwia wbijanie pali w dno rzeki, jeziora lub basenu portowego.

Nazwa urządzenia prawdopodobnie pochodzi od niemieckiego słowa Keffer. W polszczyźnie technicznej kafar oznacza zarówno całą maszynę, jak i niekiedy jej element uderzający. W języku potocznym to samo słowo opisuje też bardzo silnego, muskularnego mężczyznę, lecz nie ma to związku z budownictwem.

Jak działa kafar?

Mechanizm podnosi, a następnie opuszcza babę umieszczoną w prowadnicy. Ciężar trafia w głowicę pala, a energia uderzenia powoduje jego stopniowe zagłębianie. Ruch odbywa się na krótkim odcinku – najczęściej kilku lub kilkunastu centymetrów – lecz powtarza się regularnie.

Masa baby wynosi od kilkudziesięciu kilogramów do kilkudziesięciu ton, natomiast częstotliwość pracy dochodzi do kilku lub kilkunastu uderzeń na minutę. Operator kontroluje położenie masztu, pion elementu i parametry wbijania. Czy sam ciężar wystarcza, aby pal osiągnął właściwą głębokość? Nie zawsze. Znaczenie mają także rodzaj gruntu, długość pala, jego przekrój oraz energia pojedynczego uderzenia.

Baba jest zasadniczym ciężarem kafara. To ona przekazuje energię na wbijany pal i decyduje o charakterze pracy maszyny.

Napęd urządzenia

Współczesne maszyny wykorzystują głównie napęd hydrauliczny, pneumatyczny albo spalinowy. Kafar pneumatyczny potrzebuje sprężonego powietrza doprowadzanego do młota. W modelu hydraulicznym pompa i siłowniki sterują ruchem elementu uderzeniowego, co pozwala precyzyjnie regulować częstotliwość pracy.

Starsze konstrukcje korzystały z pary wodnej. Para podnosiła babę, a po otwarciu zaworu ciężar opadał pod własnym ciężarem. W 1837 roku James Nasmyth opracował młot parowy, który w 1843 roku zastosowano do napędu kafara. Rozwiązanie to zwiększyło wydajność palowania w okresie rewolucji przemysłowej.

Rodzaje młotów

O sposobie pracy decyduje rodzaj młota. W konstrukcji z młotem opadowym baba jest unoszona na określoną wysokość, po czym blokada zostaje zwolniona. Ciężar spada swobodnie. Młot podrywany pozostaje połączony z liną, która podnosi go i kontroluje jego opuszczanie.

Z czego składa się kafar?

Podstawę maszyny tworzy rama lub podwozie, które przenosi obciążenia na podłoże. Na niej znajduje się maszt z prowadnicą. Ten pionowy zespół utrzymuje pal oraz babę w jednej osi, ograniczając ryzyko uderzeń poza głowicą.

Ważną częścią jest system podnoszenia. W zależności od modelu tworzą go liny, koła linowe, wciągarka, siłowniki hydrauliczne albo poduszki pneumatyczne. Konstrukcja musi także umożliwiać stabilne ustawienie maszyny. Nawet niewielkie odchylenie masztu może zmienić tor pala i pogorszyć jakość fundamentu.

Prowadnica pozwala wbijać pale pionowo, ale w wielu modelach także pod lekkim kątem. Odchylenie zwykle nie przekracza kilku stopni. Takie ustawienie wykorzystuje się między innymi przy ściankach szczelnych, umocnieniach brzegów i elementach przejmujących siły poziome.

Gdzie stosuje się kafary?

Maszyna sprawdza się tam, gdzie płytkie warstwy gruntu nie zapewniają wymaganej nośności. Pale mogą być wykonane z drewna, stali, betonu albo materiałów zespolonych. Po wbiciu tworzą pojedyncze podpory lub grupy połączone oczepem.

• fundamenty mostów i wiaduktów,
• nabrzeża, pomosty oraz konstrukcje portowe,
• pale pod budynki na gruntach bagiennych i nasypowych,
• ścianki szczelne zabezpieczające wykopy i brzegi zbiorników.

Na placu budowy dobiera się maszynę do długości i masy pala, głębokości wbicia oraz warunków transportowych. Kafar gąsienicowy pracuje na lądzie, natomiast jednostka pływająca wymaga stabilnej platformy i kontroli położenia względem dna.

Jak rozwijały się kafary?

Pierwsze udokumentowane kafary miały drewnianą konstrukcję w formie kozła. Na szczycie montowano koło linowe, a pracownicy ręcznie podnosili drewniany kloc i zwalniali go nad palem. W 1238 roku mistrz Eberhardt z Kolonii prowadził rozległe palowanie podmokłego terenu. Roboty trwały pięć lat i wykorzystywały dziesięć kafarów ręcznych.

Pod koniec XV wieku pojawiły się prowadnice, kierat oraz mechanizm zwalniający. Opis konstrukcji zachował się w Kodeksie Atlantyckim z 1500 roku, przypisywanym Leonardowi da Vinci. W XVII wieku napęd wspierało koło wodne, a w XVIII stuleciu stosowano także koła deptakowe i zwierzęta pociągowe.

Historia tych maszyn pokazuje stałą zmianę źródła napędu – od pracy ludzkich rąk, przez siłę zwierząt i wody, po parę, sprężone powietrze, hydraulikę oraz silniki spalinowe. Dzisiejszy kafar zachował jednak tę samą zasadę: ciężar uderza w pal, a prowadnica utrzymuje właściwy kierunek zagłębiania.