Назначение свай, их виды и способы погружения в грунт

Сваи применяют в слабых грунтах вместо фундаментов. Они как и фундаменты, передают нагрузку от зданий и сооружений на грунт.

Сваи бывают деревянные, бетонные, железобетонные, стальные и грунтовые. По форме поперечного сечения —круглые, квадратные, прямоугольные и многоугольные, а по форме ствола — цилиндрические, конические, призматические.

Расположение свай в плане зависит от конфигурации возводимого здания (сооружения), его массы и места приложения нагрузок.

По характеру работы сваи подразделяют на забивные сваи-стойки, висячие, шпунтовые и набивные в грунте.

Забивные сваи, кроме забивки, также могут погружаться в грунт способами подмыва, завинчивания и вдавливанием.

В сельском строительстве широко применяют короткие железобетонные сваи вместо ленточных бетонных, бутобетонных и столбчатых фундаментов, что позволяет получать экономический эффект за- счет сокращения срока выполнения работ по возведению подземной части здания, сокращения объемов земляных и бетонных работ.

Наиболее рациональной конструкцией является забивная свая-колонна длиной до 8 м, способная воспринимать нагрузку в пределах 15—25 т, которая совмещает функции фундамента (часть сваи, погруженной в грунт) и колонны (надземная часть сваи). Применение свай-колонн исключает операцию монтажа колонн, что сокращает трудоемкость работ по возведению подземной части здания и монтажа 'колонн почти в 10 раз, а стоимость общестроительных работ до 30%, по сравнению с устройством сборных фундаментов стаканного типа с установкой в них железобетонных колонн с замоноличнванием.

В производственных сельскохозяйственных зданиях рекомендуется применять различные свайные фундаменты (рис. 1.25).

В зданиях, представляющих стоечно-блочную схему каркаса, наиболее перспективные: безростверковые забивные сваи, на которые устанавливают колонны; сваи-колонны мачтового типа, представляющие собой различные варианты колонн каркаса здания, забетонированных в цилиндрическую скважину. Сваи-колонны мачтового типа могут применяться в зданиях животноводческих и птицеводческих ферм, складов сельхозтехники и сельхозпродуктов с полным стоечно-блочным каркасом.

На трубчатые цилиндрические сваи, заполненные бетоном, устанавливают колонны несколько меньшего диаметра по сравнению с трубой, что дает возможность перемещать последнюю в плане и позволяет повысить допуски при забивке трубчатых свай.

Применение трубчатых свай вместо фундаментов стаканного типа снижает стоимость работ по возведению подземной части здания на 15—20%, а трудоемкость примерно вдвое.

В сельском строительстве применяют железобетонные забивные висячие пирамидальные сваи, которые целесообразно использовать в следующих грунтах: песок, песок с илом, ленточные глины, лессовые 1-го типа по просадочности, насыщенные водой глины, суглинки, супеси разного происхождения. Пирамидальные сваи применяют при возведении производственных сельскохозяйственных стоечно-блочных зданий (рис. 1.26).

Пирамидальная свая представляет собой монолитную железобетонную сваю из бетона марки не менее 200. Виды пирамидальных свай представлены на рис. 1.27.

Армирование пирамидальных свай — конструктивное, с учетом условий их транспортирования (рис. 1.28).

Пирамидальная свая при ее погружении в грунт под .нагрузкой работает враспор, подобно объемному клину, это позволяет в процессе ее погружения создавать у боковых плоскостей сваи значительный объем уплотненного грунта, что способствует восприня-тию наибольшей вертикальной нагрузки.

Наряду с забивными в сельском строительстве применяют бу-ронабивные сваи, в том числе и с уширением пяты, в зависимости от качества грунтов и величины нагрузки на сваю.

Для малоэтажных зданий (сооружений) в обычных грунтовых условиях можно использовать короткие (до 3 м) буронабивные бетонные и бутобетонные сваи. Бетон и бутобетон должны иметь марку не менее 100.

Устройство бутобетоныых свай допускается при диаметре скважин не менее 500 мм и при условии осевой сжимающей нагрузки. При горизонтальных нагрузках или при возможности появления изгибающих моментов буронабивные сваи должны армироваться стальной арматурой. При этом защитный слой бетона должен быть не менее 50 мм. В зависимости от нагрузки и конструктивных решений буронабнвные сваи размещают в грунте в виде одиночных свай, рядов или кустов.

Буронабивные сваи рекомендуется размещать в грунтах глинистых (супеси, суглинки, глины) с коэффициентом консистенции В —0,4 н коэффициентом пористости 6=^1.

В сельском строительстве также применяют грунтобетонные (грунтоцементные) сваи диаметром 0,5—0,8 м и длиной до 3,5 м. Эти сваи изготовляют путем смешивания в разбуриваемой скважине местного грунта с цементом, водой и химическими добавками. Допускается использовать цемент портландский и шлакопортландский марки не ниже 400.

Грунтобетонные сваи устанавливают в бескаркасных малоэтажных (не более трех этажей) сельских зданиях (сооружениях) III, IV класса, передающих сжимающую нагрузку на сваи. При динамических нагрузках применение груитобетонных свай не рекомендуются. Грунтобетонные сваи заглублять ниже уровня грунтовых вод не допускается. Эти сваи изготовляют из грунтобетона марки 35 и 50.

Наибольшее применение грунтобетоиные сван находят в районах страны, не располагающих нерудными строительными материалами.

Ростверк по грунтобетонным сваям можно устраивать монолитным и сборным железобетонным.

Способы погружения свай в грунт. До начала погружения свай в грунт выполняют комплекс подготовительных работ в соответствии с проектом производства свайных работ, в состав которого входят: доставка готовых свай или материалов для изготовления набивных свай, доставка и монтаж оборудования для погружения или изготовления свай, разработка схемы перемещения сваебойной установки с указанием очередности погружения (изготовления) свай; планировка свайного основания и разбивка осей свайных рядов, устройство подмостей; пробная забивка свай для уточнения расчета несущей способности сваи. Последовательность забивки свай устанавливается проектом с учетом свойств грунта.

Сваи-стойки, висячие и шпунтовые сваи погружают в грунт сваебойными установками — ударами по голове сваи.

При забивке железобетонных и стальных свай обязательно применяют наголовники, предохраняющие головку сваи от повреждения при ударе по ней молотом сваебойной установки. При забивке деревянных свай голову сваи предохраняют от размочаливания бугелем, преставляющим собой цилиндрическое кольцо из полосовой стали, надеваемое на голову сваи. Нижний конец деревянной сваи заостряют в виде четырехгранной или трехгранной пирамиды. При наличии в грунте твердых включений на острие сваи надевают металлический башмак, защищающий острие от размочаливания. Деревянные сван применяют при условии заложения головы сваи ниже уровня грунтовых вод.

Для погружения свай и шпунта в несвязные (особенно вода-насыщенные) грунты широко используют вибропогружатели.

Процесс погружения свай в грунт состоит из: подъема и установки сван в проектное положение; собственно погружения сваи в грунт; перемещения сваебойной установки .к месту погружения сваи в грунт; перемещения сваебойной установки к месту погружения следующей сваи.

Существуют четыре основных схемы забивки свай (рис. 1.29): последовательно-рядовая, секционная и две концентрические (от середины к краям, от краев к середине).

Сваи забивают сваебойной установкой, состоящей из копра для подвешивания свайного молота, установки для поддержания сваи во время ее забивки; молота, погружающего сваю в грунт или вибропогружателя; силового оборудования, состоящего из паросиловой установки или компрессора, а также приводных и ручных лебедок для подъема свай, молота. Кроме того, в комплект сваебойной установки включается и вспомогательное оборудование: наголовник — специальное устройство, надеваемое на верх-иий конец сваи для предохранения ее головы от повреждения при забивке; пилы для срезки деревянных свай, приспособления для срезки железобетонных свай; сваевыдергиватели.

Тип п" мощность необходимого сваебойного оборудования устанавливают сообразно с местными условиями, объемом свайных работ, сроками их выполнения, длины сваи, особенностями предстоящих работ на данном строительстве. Как показывает практика, собственно забивка свай в общем расходе времени в большинстве случаев составляет незначительную долю. Значительная часть (70—80%) рабочего цикла затрачивается на вспомогательные работы—передвижку и установку сваебойного оборудования, подтаскивание и установку свай и др.

Забивка сваи продолжается до получения заданного проектом отказа — величины погружения сваи от одного удара молотом после окончания забивки. Забивку свай при приближении к проектной величине погружения производят «залогами», т. е. 10 ударами молота подряд.

Погружение сваи от одного залога замеряют с точностью до 1 мм. Отказ сваи определяется как частное от деления величины погружения сван от одного залога на число ударов в залоге.

Способ вибропогружения свай основан на том, что силы трения и сцепления в грунте под действием вибрации определенной частоты резко уменьшаются и свая, через которую вибрация передается на грунт, начинает погружаться; с увеличением массы вибрационной установки увеличивается скорость погружения сван.

Принцип погружения свай в грунт вибромолотом основан на том, что вибрация передается на сваю через спиральные пружины (рис. 1.30), а корпус вибратора, вибрируя, ударяет бойком по голове сваи.

Способ завинчивания свай, имеющих винтовые наконечники, производится самоходной установкой, смонтированной на базе автомобиля или специальным механизмом—электрокабестоном.

Погружение свай в грунт можно значительно облегчить при применении способа- подмыва, суть которого состоит в том, что к острию сваи во время ее погружения подводится струя воды, разрыхляющая грунт, что резко снижает его сопротивляемость под зстрпем. Наряду с этим вода из-под острия, поднимаясь вверх, (уменьшает трение сваи о грунт.

Способ погружения свай вдавливанием применяют при погружении коротких свай (длиной до б м). Для вдавливания свай используют специальную установку из двух тракторов.

Для погружения свай-колонн в грунт в сельском строительстве применяются самоходные сваебойные установки, оснащенные дизельными молотами.

При забивке свай-колонн в грунт средней плотности можно принимать молот аналогичной конструкции с массой ударной части на разряд меньше.

Сваи-колонны погружают в грунт следующим образом: сваи-колонны подают к месту погрузки их в грунт; стропуют, поднимают их в вертикальное положение, устанавливают на точку погружения, устанавливают молот на головке сваи, поднимают и опускают молот; в процессе погружения придают свае проектное положение; замеряют отказы; останавливают сваебойную установку и перебазируют ее для забивки следующей сваи-колонны.

Сваи-колонны для подъема стропуют стропом-удавкой (рис. 1.31), расположенным на расстоянии 0,3 / от верхнего ее торца, где / — длина сваи-колонны. Чтобы строп не скользил по свае-колонне, его пропускают через верхнюю монтажную петлю сваи.

Забивать сваю-колонну начинают легкими ударами при высоте падения молота 0,2—0,4 м, а после погружения ее на 1 м работы по забиванию прекращают и корректируют положение сваи, наголовника, сваебойной установки (рис. 1.31), после чего усиливают удары молотом, увеличивая высоту его падения до проектной.

Пирамидальные сваи в грунт погружают теми же сваебойными установками, что и сваи-колонны (рис. 1.32). Масса молота должна превышать массу сваи вместе с наголовником в 1,5 раза при погружении в грунт с модулем £тр^500 Па и в 2 раза сЕтр>500 Па.

Размер и глубину погружения пирамидальных свай определяют на основе предварительных расчетов, с учетом инженерно-геологических и гидрогеологических условий строительной площадки и действующих нагрузок на них.

Масса ударной части молота (табл. 1.11) приведена из условий использования его при забивке свай в плотные или мерзлые грунты без выполнения лидирующей скважины или предварительного разогрева мерзлоты.

Перечень набивных свай, их характеристику см. в табл. 1.9.

Устройство набивных бетонных свай ведут следующим образом: в пробуренной скважине оставшийся в забое грунт уплотняют бурильным агрегатом за счет развития максимального усилия подачи бура без его вращения либо ручным способом. Бетонную смесь в скважину укладывают через загрузочную воронку слоями с уплотнением вибраторами, слой бетонной смеси не должен быть более 1,25 h (А — длина рабочей части вибратора, м).

Аналогично бетонным, устраивают бутобетонные сваи, при этом составляющие бутобетонной смеси можно укладывать в скважину совмещенным или раздельным способом. При укладке бутобетона в скважину совмещение бадью заполняют чередующимися слоями смеси и подают в скважину. При раздельном способе укладки составляющих в скважину сначала подают бетонную смесь и укладывают ее слоями 30—35 см, а затем на слой бетонной смеси укладывают слой камня,толщиной до 25 см.

При окончании устройства бутобетонных свай скважину длиной 0,5 м от устья заполняют только бетонной смесью. Перерывы между укладкой слоя бетонной смеси и слоя камня, включая его втаплнвание, не должны быть более 10 мин.

При производстве работ в зимнее время грунт для набивных свай должен быть заранее предохранен от промерзания. Пробуренные скважины накрывают утеплителями. Температура бетонной смеси (бутобетоиной) в процессе укладки ее в скважины должна быть не ниже -[-10° С при наружной температуре воздуха —15° С и -f-15°C — при наружной температуре воздуха ниже —15° С.

Для устройства грунтобетонных свай используют бурильные агрегаты (табл. 1.12). Бурильный агрегат выбирают с учетом длины и диаметра бура, чтобы обеспечить бурение скважины, перемешивание и уплотнение смеси.

После окончания работ по забивке свай составляют акт на скрытые работы, в котором дают оценку качества работ и разрешение на подготовку голов свай для устройства по ним ростверка (монолитного железобетонного или монтажа сборного).