Тема 4. Методы и средства устройства свайных фундаментов

Сваи получили широкое применение при возведении свайных фунда­ментов под здания, сооружения и машины, а также при устройстве подпор­ных стен причальных сооружений, набережных, различных шпунтовых ограждений, при уплотнении оснований и т.д.

Экономичность свайных фундаментов позволяет в настоящее время применять их не только в слабых грунтах при значительных нагрузках, но и в грунтах плотных и средней плотности при сравнительно небольших на­грузках, имеющих место в массовом жилищном строительстве.

Свайный фундамент состоит из свай и ростверка. Ростверк объединяет головы свай и служит опорной плитой или балкой для возводи­мых промышленных и гражданских зданий и сооружений. Железобетонные ростверки выполняются сборными или монолитными.

По принципу работы в грунте сваи подразделяются на два основных типа: сваи-стойки (рисунок 2а), которые прорезают всю толщу слабых грун­тов и передают нагрузку на практически несжимаемые грунты, лежащие под нижним концом сваи; висячие сваи, не достигающие плотных грунтов и воспринимающие нагрузки на грунт боковой поверхностью и нижним кон­цом (рисунок 2б).

 

Рисунок 2- Схемы работы свай: а – сваи-стойки; б – висячие сваи; 1 – растительный грунт; 2 – водоносный песок; 3 – торф; 4 – слабый суглинок; 5 – скала; R – сопротивление грунта; F – сила трения между боковой поверхностью сваи и грунтом

С целью увеличения несущей способности висячих свай устраивают уширенную пяту.

По способу возведения сваи разделяются на две основные группы: за­бивные (название «забивная» условно принято по самому древнему способу погружения свай), погружаемые в грунт в готовом виде, и набивные, бето­нируемые в предварительно пройденной скважине.

Набивные бетонные и железобетонные сваи чаще всего применяются для фундаментов глубокого заложения в слабых грунтах и при передаче больших сосредоточенных нагрузок, а также при ведении работ вблизи су­ществующих зданий и сооружений, когда нежелательны динамические на­грузки, возникающие при забивке или вибропогружении свай.

Для уплотнения грунтов оснований применяют грунтовые (песчаные) набивные сваи.

При действии на свайный фундамент значительных горизонтальных сил все сваи или часть их устраиваются наклонными. Расположение свай в плане может быть:

-одиночное - под отдельно стоящие опоры;

-ленточное - для передачи распределенных по длине нагрузок (на­пример, от стен зданий) с расположением свай в один, два и более рядов;

-кустовое - под колонны и столбы с расположением свай в плане на участке квадратной, прямоугольной, круглой и другой формы;

- в виде свайного поля - с равномерным расположением свай под всем зданием или сооружением с большими распределёнными по всей площади нагрузками (дымовые трубы, доменные печи, силосы и др.).

Наибольшее применение в современном строительстве получили за­бивные сваи, изготовляемые из железобетона, дерева и стали.

Железобетонные сваи (ненапряженные и предварительно напряженные) классифицируются по форме поперечного сечения, длине, весу, конструкции нижнего конца. Наиболее распространенными являются сваи прямоугольные и квадратные со сплошным поперечным сечением, квадратные с круглой по­лостью и круглые полые сваи. Такие сваи изготовляются по установленному сортаменту. Сваи квадратные сплошного сечения имеют размер от 20x20 см до 40x40 см (с модулем 5 см). Длина их достигает 28 м.

В последние годы стали применять предварительно напряженные квадратные сваи сплошного сечения без поперечного армирования. Они имеют длину от 3 до 9 м и применяются в слабых или средней плотности грунтах.

По длине сваи могут быть целыми (до 12...20 м по сортаменту) и со­ставными, сращенными из отдельных звеньев. Применение составных свай обусловлено простотой изготовления и транспортирования коротких звень­ев, а также возможностью погружать сваи с помощью оборудования мень­шей грузоподъемности и высоты.

В современном строительстве применяются следующие способы по­гружения свай: -забивкой;

вибрированием (вибропогружением);

вдавливанием; -завинчиванием;

подмывом;

комбинированно (например, вибровдавливанием, забивкой или виб­рированием с подмывом и др.).

Имеются практические рекомендации по применению способов по­гружения в различные грунты. Так, ударный метод пригоден при любых грунтах; вибропогружение эффективно при наличии рыхлых песчаных и супесчаных водонасыщенных грунтов; вибровдавливание рекомендуется при погружении в мягкопластичные, текучепластичные и текучие суглинки и глины; применение метода вдавливания ограничивается глинистыми грунтами текучей консистенции.

При выборе копра или другого сваебойного агрегата учитываются: его полезная высота, грузоподъемность, способность забивать наклонные сваи, изменять вылет и поворачивать башню, тип путей передвижения, потреб­ляемая мощность, способ монтажа, демонтажа и перебазирования, а также специфичные условия строительной площадки. Современные копры позво­ляют погружать сваи длиной не более 13...17 м. Грузоподъемность копра подбирается по суммарному весу сваи и погружающего механизма.

Для забивки свай используются молоты механические, паровоздушные одиночного и двойного действия и дизельные штанговые и трубчатые.

Тип молота выбирается в зависимости от веса забиваемой сваи и плот­ности грунта.

Сваи забивают в определенной последовательности (рисунок 3). После­довательно-рядовая схема забивки применяется в несвязных грунтах; в гли­нах и суглинках такая схема забивки может привести к неравномерным осадкам сооружения. Концентрическая от краев к центру забивка характер­на сильным уплотнением в центральной зоне, поэтому применять такую схему следует в слабых, водонасыщенных грунтах. Концентрическая за­бивка от центра к краям возможна в слабосжимаемых грунтах, иначе сваи в процессе

 

 

Рисунок 3. Схема очередности погружения свай: а – последовательно-рядовая;

б и в – концентрические; г - секционная

 

забивки будут отклоняться из-за неравномерного уплотнения грунта со стороны забитых свай и свободной внешней части. При секционной схеме забивки, применяемой в связных грунтах, сначала членят свай­ное поле на секции, забивая сваи в граничных рядах, а затем ведут последо­вательно-рядовую забивку в пределах секции.

Погружение свай в лидерные скважины является наиболее распро­страненным способом при большой глубине промерзания грунта, находя­щегося в пластично-мерзлом состоянии. Обычно диаметр лидерной сква­жины принимается несколько меньше наибольшего размера сечения сваи. Сваю в лидерную скважину погружают забивкой или вибрацией. Возможность применения вибрационного метода объясняется тем, что грунт, при­легающий к свае (толщиной до 1 см), под действием вибрационных колеба­ний сваи нагревается и оттаивает, образуя своего рода смазку, облегчаю­щую внедрение сваи в грунт. Погруженная вибрацией свая вмерзает через 3...20 суток в зависимости от времени года. Свая, погруженная забивкой, вмерзает быстрее - через 1...2 суток.

Устройство набивных свай. Различают набивные сваи бетонные и железобетонные, с уширенной пятой и без уширения (рисунок 4). Процесс уст­ройства набивной сваи в общем случае состоит из операций по бурению скважины (или погружению металлической трубы), устройству уширения, установке арматурного каркаса, укладке с уплотнением бетонной смеси и вспомогательных операций.

По способу производства работ набивные сваи можно разделить на три основные группы: бетонируемые под защитой извлекаемой металлической оболочки; бетонируемые в остающейся в грунте оболочке; бетонируемые без защиты оболочки.

Для защиты голов свай от разрушения при забивке молотами и равно­мерного распределения силы удара на площади сваи применяются литые металлические наголовники, которые снабжаются сменными прокладками-амортизаторами из древесины или пластмассовых пластин.

Забивка свай молотамибез каких-либо дополнительных мер допуска­ется при небольшой глубине промерзания грунта (менее 30 см).

 

Рисунок 4 - Набивные сваи:

а – бетонная; б – железобетонная с разбуренным уширением; в – железобетонная с камуфлетным уширением; г – комбинированная камуфлетная; д – в железобетонной оболочке; 1 – бетонный ствол; 2 – выпуски арматуры; 3 – арматурный каркас; 4 – бетонное уширение; 5 – оголовок сваи; 7 – уплотненный взрывом грунт; 8 – оболочка; 9 – бетонное заполнение оболочки

 

Погружение свай с помощью пробойникавозможно при глубине про­мерзания не более 50 см, когда появляется опасность разрушения сваи и значительного отклонения ее. Пробойник погружают на всю глубину мерз­лого грунта и затем извлекают. Сваю устанавливают в образовавшуюся лунку и забивают до проектной отметки.

До устройства ростверка срезают головы свай под проектную отметку с помощью отбойных молотков, специальных установок для раздавливания или срезки свай, взрывом или другими способами.

Монолитные ростверки в виде плит или лент бетонируют в инвентар­ной разборно-переставной опалубке.