Ф.14. СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ.
Буронабивные, металлические винтовые.

Ф.14.2. Что называется сваей?

Сваей называется стержень, погружаемый в готовом виде в грунт или изготовленный непосредственно в скважине в грунтовом массиве. Свая передает нагрузку на основание как нижним торцом, так и трением, возникающим по ее боковой поверхности при перемещении.

Верхняя часть сваи называется головой, нижний конец ее ограничивается острием. Между ними находится тело сваи, ограничиваемое ее боковой поверхностью.

Ф.14.3. Из чего состоит свайный фундамент?

Свайный фундамент состоит из свай, объединенных в верхней части балкой или плитой, именуемыми ростверком. Ростверк служит для распределения нагрузки, передаваемой сооружением на сваи. Головы свай обычно заделывают в ростверк. Однако свайный фундамент может состоять и только из одной сваи, которая будет являться продолжением колонны наземной конструкции. Нижняя поверхность ростверка называется его подошвой. Глубиной заложения свайного фундамента называется расстояние от поверхности грунта до плоскости, проведенной через острие свай.

Рис.Ф.14.3. Свайные фундаменты с низким и высоким ростверками: а,б - свайный фундамент с низким роствером; в - свайный фундамент с высоким ростверком

Ф.14.4. Как выбрать вид свай и вид свайного фундамента?

При строительстве зданий и сооружений применяются два вида свайных фундаментов: безростверковые и с ростверками.

К безростверковым относятся конструкции со сваями-колоннами, состоящие из одиночных свай, насадок и колонн.

В конструкциях безростверковых свайных фундаментов используются сваи-колонны или иные любые виды свай с применением оголовков, насадок, монолитных стаканов и опорных балок (рис.Ф.14.4).

К конструкциям с ростверками относятся фундаменты под колонны, включающие более двух свай (свайный куст) и фундаменты под несущие стены в виде ленточных ростверков с однорядным, двухрядным и более расположением свай.

В конструкции фундаментов типа "свайный куст" используются все конструкции свай. При выборе типа свай определяющим является требуемая величина ее несущей способности и вид нагрузки, действующей на фундамент.

При большой требуемой величине несущей способности применяются сваи-оболочки, а также буровые опоры с уширением или без него. Если на фундамент действуют наклонная или горизонтальная нагрузки, то применяют сваи больших сечений или диаметров. При значительных выдергивающих нагрузках применяются буронабивные сваи с уширением или винтовые сваи.

Ф.14.5. Как выбрать несущий слой грунта?

Под несущим слоем грунта понимается слой, который обладает прочностью, достаточной для восприятия нагрузок от веса сооружения. Как правило, такой слой залегает в глубине грунтовой толщи, а выше располагаются более слабые слои грунтов. Поэтому длина сваи принимается такой, чтобы свая могла прорезать слабые слои грунтов (насыпных, рыхлых песков, илов, текучих глин и т.п.) с заглублением острия свай по крайней мере на 0,5-1 м в прочный грунт.

Ф.14.6. Каким образом устраиваются свайные фундаменты без ростверков?

Безростверковые свайные фундаменты состоят из одной сваи, на которую непосредственно передается нагрузка от здания или сооружения. Данные фундаменты рекомендуется применять при нагрузках до 1000 кН на сваю квадратного сечения, до 3000 кН на полую круглую сваю и больших нагрузках на сваи-оболочки и буронабивные сваи.

Безростверковые свайные фундаменты используются при проектировании жилых зданий с несущими стенами (рис.Ф.14.6,а), одноэтажных и многоэтажных каркасных зданий (рис.Ф.14.6,б), эстакад, галерей (рис.Ф.14.6,в), линий электропередачи (рис.Ф.14.6,г) и т.д.

Для легких сельскохозяйственных зданий - домов усадебного типа, животноводческих и птицеводческих ферм, складов сельскохозяйственной продукции, навесов - применяются сваи-колонны. Сваей-колонной является забивная свая квадратного или круглого сечения, надземная часть которой служит колонной здания или сооружения. Сваи-колонны позволяют устраивать свайные фундаменты без ростверков.

Ф.14.7. Какие бывают виды забивных свай?

Забивные железобетонные сваи размером поперечного сечения до 0,8 м включительно и сваи-оболочки диаметром 1 м и более подразделяются:

а) по форме поперечного сечения - на сваи квадратные, прямоугольные, таврового и двутаврового сечений, квадратные с круглой полостью, полые круглого сечения (рис.Ф.14.7.А,а);

б) по форме продольного сечения - на призматические, цилиндрические и с наклонными боковыми гранями (пирамидальные, трапецеидальные, ромбовидные, с уширенной пятой (рис.Ф.14.7.А,б);

в) по способу армирования - на сваи и сваи оболочки с ненапрягаемой продольной арматурой с поперечным армированием и на предварительно напряженные со стержневой или проволочной продольной арматурой с поперечным армированием и без него (рис.Ф.14.7.Б,в);

г) по конструктивным особенностям на цельные и составные из отдельных секций (рис.Ф.14.7.Г);

Рис.Ф.14.7.А. Формы сечения железобетонных свай: а - поперечных: 1 - квадратная; 2 - квадратная с круглой полостью; 3 - круглая пустотелая; 4 - прямоугольная; 5 - швеллерная; 6 - двутавровая; б - продольных: 7 - призматическая; 8 - цилиндрическая; 9 - пирамидальная; 10 - трапецеидальная; 11 - ромбовидная; 12 - с уширенной пятой

Рис.Ф.14.7.Б. Конструкция железобетонных свай: а - призматическая с поперечным армированием ствола; б - то же, без поперечного армирования ствола; в - то же, с круглой полостью; г - полая круглая: 1 - строповочная петля; 2 - арматурные сетки головы; 3 - продольная арматура; 4 - спираль острия; 5 - поперечная спиральная арматура

Рис.Ф.14.7.В. Составная свая: а - верхнее звено; б - нижнее звено

д) по конструкции нижнего конца - на сваи с заостренным или плоским нижним концами, с плоским или объемным уширениями и на полые сваи с закрытым или открытым нижним концами или с камуфлетной пятой (рис.Ф.14.7.Д).

Составные сваи применяются в слабых грунтах мощностью более 12 м и состоят из двух звеньев с различными стыками: стаканным, коробчатым, сварным, болтовым, клеевым.

Применение свай квадратного сечения с круглой полостью позволяет снизить расход цемента на 15-25 % по сравнению со сваями сплошного квадратного сечения.

Забивные сваи применяются для всех типов зданий и сооружений в любых грунтах (за исключением грунтов с непробиваемыми включениями) для восприятия вдавливающих, выдергивающих и горизонтальных нагрузок.

Ф.14.8. По каким признакам классифицируются сваи?

Все известные сваи классифицируются по трем признакам:

1) По материалу: железобетонные, бетонные, металлические, деревянные;

2) По способу заглубления в грунт:

а) забивные железобетонные, деревянные и стальные, погружаемые в грунт без его выемки с помощью молотов, вибропогружателей, вибровдавливающих и вдавливающих устройств, а также железобетонные сваи-оболочки;

б) сваи-оболочки железобетонные, заглубляемые вибропогружателями с выемкой грунта и заполняемые частично или полностью бетонной смесью;

в) набивные бетонные и железобетонные, устраиваемые в грунте путем укладки бетонной смеси в скважины, образованные в результате принудительного вытеснения грунта;

г) буровые железобетонные, устраиваемые в грунте путем заполнения пробуренных скважин бетонной смесью или установки в них железобетонных элементов;

д) винтовые;

3) По условиям взаимодействия с грунтом:

а) сваи-стойки, передающие нагрузку на грунт нижним концом и опирающиеся на скальные или малосжимаемые прочные грунты. К малосжимаемым грунтам относятся крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем средней плотности и плотные, а также глины твердой консистенции в водонасыщенном состоянии с модулем деформации E ³ 50 МПа (рис.Ф.14.8,а);

б) висячие сваи, опирающиеся на сжимаемые грунты и передающие нагрузку на грунты основания боковой поверхностью и нижним концом (рис.Ф.14.8,б).

Рис.Ф.14.8. Схемы передачи нагрузки на основание

Сваи по характеру передачи нагрузки на грунт подразделяются на сваи-стойки и висячие сваи (см.рис.Ф.14.8). Сваи-стойки прорезают толщу слабых или недостаточно прочных грунтов и опираются на прочные грунты скальные, полускальные, крупнообломочные, плотные песчаные грунты, глинистые грунты твердой консистенции.

Свая-стойка всю свою нагрузку передает через нижний конец, так как при малых ее перемещениях - осадках не происходит мобилизации сил трения по боковой поверхности. Свая-стойка работает как сжатый стержень в упругой среде. Ее несущая способность определяется прочностью самого материала на сжатие и сопротивлением грунта под нижним концом - острием.

К висячим сваям относятся сваи, опирающиеся на сжимаемые грунты. Они имеют перемещения под воздействием нагрузок значительно большие, чем сваи-стойки, при этом в работу включаются силы трения, возникающие по боковой поверхности. У висячих свай нагрузка передается основанию не только через нижний конец, но и боковой поверхностью. Нагрузка на такую сваю определяется суммой этих двух воздействий. Таким образом, висячая свая отличается от сваи-стойки тем, что передает нагрузку от веса сооружения не только своим нижним концом, но и боковой поверхностью.

Свая-стойка подобна колонне, которая опирается на несжимаемый грунт и поэтому ее несущая способность определяется только размером ее поперечного сечения. Висячая свая под действием нагрузки перемещается относительно окружающего сжимаемого грунта, при этом на ее боковой поверхности возникает трение, которое оказывает сопротивление внедрению сваи в грунт. Поэтому несущая способность висячей сваи зависит как от площади поперечного сечения, так и от площади боковой поверхности сваи.

Ф.14.10. Как подразделяются сваи по условиям их изготовления?

По условиям изготовления сваи подразделяются на:

1) предварительно изготовленные на заводе или полигоне и затем погружаемые в грунт;

2) сваи, изготовляемые непосредственно в грунте.

Ф.14.11. Какие материалы используются для изготовления свай?

Основным материалом являются бетон и железобетон. Сваи изготавливаются также из дерева, металла, асбоцемента. Возможно комбинирование из этих материалов по длине сваи. Например, применение дерева для части сваи, располагающейся ниже уровня грунтовой воды, и бетона в зоне переменного увлажнения.

Ф.14.12. Как изготавливаются набивные сваи?

Набивные сваи изготавливаются из бетона и железобетона. При изготовлении набивных свай в выштампованном ложе используют щебень, который втрамбовывается в массив грунта основания в нижней части сваи.

Набивные сваи изготавливают диаметром поперечного сечения до 0,8 м и длиной до 50 м следующим образом. В грунт погружается инвентарная труба с нижним концом, закрытым теряемым башмаком (рис.Ф.14.12). После забивки трубы в грунт в нее подается бетон, и молот производит частые удары вверх и вниз; при этом от каждого удара труба поднимается на 3-4 см и вновь погружается на 1-2 см. Таким образом бетон трамбуется, а труба извлекается из грунта. Сваи, изготовленные подобным способом, называются частотрамбованными.

Рис.Ф.14.12. Изготовление частотрамбованных и виброштампованных свай

К набивным сваям относятся также вибронабивные сваи, которые изготавливают в скважине, образованной путем погружения вибратором инвентарной трубы, закрытой также теряемым затем железобетонным башмаком. Бетонная смесь уплотняется вибрированием. Уширенная пята в основании вибронабивной сваи образуется путем выдавливания из обсадной трубы башмака и одновременно порции бетона, равной по высоте 3-4 диаметрам сваи, и втрамбовывания их в грунт.

Виброштампованные сваи изготавливают, заполняя скважину бетоном с уплотнением ее виброштампом. Такой способ уплотнения бетона в скважине обеспечивает вдавливание бетона в грунт и уширение пяты ствола сваи с уплотнением грунта вокруг сваи.

При необходимости армирования сваи в обсадную трубу устанавливают арматурный каркас из четырех-шести стержней диаметром 14-20 мм и спирали из проволоки диаметром 6 мм с шагом 150 мм.

Ф.14.13. Какое поперечнее сечение имеют сваи?

Поперечное сечение свай - квадратное, прямоугольное, круглое, квадратное с круглой полостью, трубчатое открытого профиля, в виде швеллера или двутавра. Последние два вида поперечного сечения (см.рис.Ф14.7.А,а) применяются, когда при одной и той же площади поперечного сечения нужно развить боковую поверхность (например для свай, смерзающихся с окружающим грунтом).

Ф.14.14. Какой продольный профиль имеют сваи?

Сваи делаются призматическими, цилиндрическими, пирамидальными, трапецеидальными, ромбовидными с уширенной пятой, цилиндрическими с несколькими уширениями по высоте (см.рис.Ф.14.7.А,б).

Ф.14.15. Какой длины и какого поперечного размера изготавливаются сваи?

Сваи сплошного квадратного сечения выпускаются сечением 20´ 20 см длиной 3-6 м (через 0,5 м), сечением 25´ 25 см длиной 4,5-6 м (через 0,5 м), сечением 30´ 30 см длиной 3-12 м (до 6 м через 0,5 м, более 6 м через 1 м), сечением 35 ´ 35 см длиной 8-16 м (через 1 м), сечением 40´ 40 см длиной 13-16 м (через 1 м).

Длина острия этих свай соответственно 15, 25, 30 и 35 см. Сваи квадратные с круглой полостью изготавливаются сечением от 25´ 25 см до 40´ 40 см длиной 3-8 м. Полые круглые сваи имеют диаметр 0,4-0,8 м, а при их диаметре более 0,8 м именуются сваями-оболочками. Длина их секции 4-8 м. Длина составной сваи - до 40 м. Сваи диаметром до 0,6 м выпускаются с закрытым нижним концом.

Сваи с прямоугольным сечением 35´ 35 см выпускаются длиной до 16 м.

Ф.14.16. Когда рекомендуется применение пирамидальных, трапецеидальных, ромбовидных свай и свай с уширенной пятой?

Они применяются только как висячие сваи, когда необходимо более полно использовать несущую способность однородного грунта. Ромбовидные сваи рекомендуются, чтобы уменьшить величину касательных сил морозного пучения грунта при промерзании. Сваи с уширенной пятой применяются в слабых грунтах, подстилаемых более прочными с тем, чтобы они работали как сваи-стойки.

Ф.14.17. Имеется ли преимущество у пирамидальных свай?

Пирамидальные сваи наиболее эффективны в недоуплотненных однородных грунтах. При забивке этих свай происходит уплотнение окружающего грунта в большей степени, чем у обычных призматических или цилиндрических свай. Опыты показывают, что в просадочных грунтах в процессе забивки наблюдается уменьшение пористости на 15-40 % на расстоянии до трех диаметров сваи.

Пирамидальные сваи выпускаются с углом наклона боковых граней от 1 ° до 15° . Голова сваи имеет размеры до 80´ 80 см и острия - до 10´ 10 см. Длина этих свай - от 4 до 6 м.

Пирамидальные сваи изготавливаются ненапрягаемыми с поперечным армированием ствола или с напрягаемым центральным стержнем без поперечного армирования.

Рис.Ф.14.17. Пирамидальные сваи: а - с поперечным армированием ствола; б - с продольной напрягаемой арматурой

Ф.14.18. Что такое сваи-колонны?

Сваи-колонны (рис.Ф.14.4) применяются при устройстве свайных фундаментов взамен столбчатых и ленточных при строительстве малоэтажных производственных зданий, как правило сельскохозяйственного назначения. Свая-колонна выполняет одновременно функцию сваи (погружаемая в грунт - нижняя часть) и колонны (надземная часть).

Сваи-колонны применяются сечением 20´ 20 и 30´ 30 см с двухсторонними консолями. Консоли колонны погружаются в грунт, что увеличивает ее несущую способность. Консоли служат также для опирания фундаментных балок под наружные стены.

Сваи-колонны в надземной части имеют закладные детали для крепления опорных металлических столиков под стеновые панели и балки покрытий.

Применение свай-колонн требует повышенной точности разбивки осей, так как сама свая является элементом каркаса здания.

Сваи-колонны погружаются в грунт забивным способом с проверкой их вертикального положения.

Ф.14.19. Как изготавливают сваи в выштампованном ложе?

Сущность устройства свай в выштампованном ложе или вытрамбованных котлованах состоит в том, что котлованы под отдельные фундаменты не отрываются, а вытрамбовываются на необходимую глубину с последующим заполнением бетоном в распор. Для повышения несущей способности в дно котлована втрамбовываются порциями щебень или песчано-гравийная смесь.

Вытрамбовывание котлованов производят путем сбрасывания трамбовки с экскаватора по направляющей штанге длиной 4-8 м. Трамбовки применяют квадратного, прямоугольного, шестигранного или круглого сечений длиной от 1 до 3,5 м.

При устройстве фундаментов в вытрамбованных котлованах с уширенным основанием после образования котлована в него подаются щебень или гравий порциями высотой 0,6-1,2 м с уплотнением каждой порции трамбовкой. В результате втрамбовывания жесткого материала в основании котлована создается уширение с увеличением размеров уплотненной зоны грунта.

Фундаменты в вытрамбованных котлованах наиболее эффективны в просадочных лессовых грунтах, так как при вытрамбовании вокруг котлована повышается плотность грунта и устраняются его просадочные свойства (см.рис.Ф.15.14).

Ф.14.20. Какой вид в плане имеют контуры свайных фундаментов?

Свайные фундаменты представляют в плане вид кустов, когда ростверки имеют квадратное, прямоугольное, а реже треугольное очертания. Фундаменты под стены проектируются в виде лент и перекрестных лент с одно-, двух и трехрядным расположением свай, возможно и в шахматном порядке. При большом числе свай они могут объединяться сплошной плитой-ростверком, повторяющим контуры всего здания или сооружения.

Ф.14.21. Какой размер обычно рекомендуется для ростверка?

Ростверк обычно выполняется из бетона или железобетона. Голова сваи заделывается в ростверк на 5-10 см. Толщина ростверка в остальной части определяется сопротивлением материала на продавливание. При передаче на сваю не только вертикальных сил, но также сдвигающих сил и моментов заделку следует соответственно рассчитывать на это воздействие. В плане край ростверка должен отстоять от боковой внешней стороны поверхности сваи не менее чем на 5 см и не менее чем на 0,15 размера сваи. Высота ростверка должна быть равна (h0 + 0,25 м), где h0 - расчетная рабочая толщина ростверка, которая должна составлять не менее 0,3 м.

Ф.14.22. Чем отличаются высокий и низкий ростверки?

Если подошва ростверка уложена непосредственно на грунт, то такой ростверк называется низким. Если подошва находится существенно выше поверхности грунта, то такой ростверк называется высоким (см.рис.Ф.14.3). В некоторых случаях, например при пучинистых грунтах, подошву ростверка устанавливают несколько возвышающейся над грунтом на величину порядка 20 см. Однако такой ростверк тоже именуется низким. В некоторых случаях, например при устройстве свайных фундаментов в сейсмически опасных районах, головы свай не заводятся в ростверк, а между ними и нижней поверхностью ростверка устраивается амортизирующая песчаная прослойка.

Ф.14.23. Как можно подразделить буронабивные сваи?

Буронабивные сваи по способу устройства подразделяются на:

а) буронабивные сплошного сечения с уширениями и без них, бетонируемые в скважинах, пробуренных в пылевато-глинистых грунтах выше уровня грунтовых вод без крепления стенок скважин, а в любых грунтах ниже уровня грунтовых вод - с закреплением стенок скважин глинистым раствором или инвентарными извлекаемыми обсадными трубами;

б) буронабивные полые круглого сечения, устраиваемые с применением многосекционного вибросердечника;

в) буронабивные с уплотненным забоем, устраиваемые путем втрамбовывания в забой скважины щебня;

г) буронабивные с камуфлетной пятой, устраиваемые путем бурения скважин с последующим образованием уширения взрывом и заполнения скважин бетонной смесью;

д) буроинъекционные диаметром 0,15-0,25 м, устраиваемые путем нагнетания (инъекции) мелкозернистой бетонной смеси или цементно-песчаного раствора в пробуренные скважины;

е) сваи-столбы, устраиваемые путем бурения скважин с уширением или без него, укладки в них омоноличивающего цементно-песчаного раствора и опускания в скважины цилиндрических или призматических элементов сплошного сечения со сторонами или диаметром 0,8 м и более;

ж) буроопускные сваи с камуфлетной пятой, отличающиеся от буронабивных свай с камуфлетной пятой (см.подп."г") тем, что после образования камуфлетного уширения в скважину опускают железобетонную сваю.

Ф.14.24. Как изготавливаются буронабивные сваи?

В зависимости от грунта основания буронабивные сваи могут изготавливаться с применением извлекаемых инвентарных обсадных труб или без них. В маловлажных структурно устойчивых глинистых грунтах бурение скважин можно производить без устройства обсадных труб, так как вследствие структурной прочности грунта стенки скважины определенное время могут находиться в устойчивом состоянии. В водонасыщенных глинистых грунтах бурение скважин осуществляется под защитой глинистого раствора как с использованием обсадных труб, так и без них (рис.Ф.14.24).

Рис.Ф.14.24. Последовательность изготовления буронабивных свай без оболочек: а - бурение скважины; б - устройство уширения механическим способом; в - установка арматурного каркаса; г - опускание в скважину бетонолитной трубы; д - заполнение скважины бетонной смесью; е - извлечение бетонолитной трубы с вибрацией; ж - формирование головы сваи в инвентарном кондукторе

Буронабивные сваи без применения обсадных труб изготавливаются в следующей последовательности. В грунте проходят скважину с использованием установки ударного или вращательного способов бурения. Грунт в забое скважины при ударном способе бурения разрушается ударами долота, присоединенного к бурильным трубам и канатам. При бурении вращательным способом оно выполняется специальной насадкой со сплошным или кольцевым забоем. В процессе бурения применяется глинистый раствор, который оказывает гидростатическое давление на стенки скважины, предохраняя их тем самым от обвала. Кроме того, восходящим потоком глинистого раствора частицы разбуренного грунта выносятся на его поверхность.

После изготовления скважины в нее опускается арматурный каркас, который в зависимости от вида внешней нагрузки может устанавливаться по всей длине сваи, на части ее длины или только у верха для связи с ростверком. Затем скважина бетонируется методом вертикально перемещающейся трубы. При подъеме бетонолитной трубы в процессе бетонирования нижний конец ее должен быть всегда заглублен в бетонную смесь не менее чем на 1 м. Поданная бетонная смесь уплотняется с помощью вибратора, закрепленного на бетонолитной трубе.

Ф.14.25. Как устраивается уширенная пята буронабивной сваи?

Уширение сваи в нижней части выполняется с целью увеличения ее несущей способности. Применяются следующие способы уширения сваи:

-  трамбованием бетона в нижней части сваи;

-  с помощью камуфлетного взрыва;

-  при помощи механического уширителя.

При устройстве уширения первым способом в нижнюю часть обсадной трубы подается порция бетонной смеси, которая затем частично выбивается в грунт, образуя уширенную грушевидную пяту в 1,5-2 диаметра трубы.

Устройство уширения вторым способом образуется энергией взрыва: одним взрывом сосредоточенного заряда, двумя последовательными взрывами, взрывом кольцевого заряда и групповым взрывом нескольких зарядов, расположенных по периметру скважины.

Двойное камуфлетирование применяют при необходимости получения большой пяты в неглубокой скважине или в скважине малого диаметра.

Рис.Ф.14.25. Сваи с камуфлетным уширением: а - со сборным стволом; б - с набивным стволом:1 - забивная свая; 2 - уширенная камуфлетная пята; 3 - уплотненная взрывом грунтовая оболочка; 4 - бетонный ствол; 5 - арматурный каркас

Камуфлетирование кольцевыми и групповыми зарядами применяют в основаниях свай и свай-оболочек диаметром более 1 м.

Сваи с камуфлетным уширением изготавливают со сборным стволом из железобетонных свай, а также с набивным стволом.

В глинистых грунтах уширение производится механическим способом (см.рис.Ф.14.24,а) с использованием ножей, которые раздвигаются при помощи гидравлического механизма. При вращении ножей грунт срезается и падает в стакан, после заполнения которого он извлекается из скважины и ножи очищаются от грунта. Наибольший диаметр уширения можно получить до 3,5 м.

Ф.14.26. Как делаются деревянные сваи?

Деревянная свая представляет собой бревно со снятой корой длиной до 6,5 м и заостренным нижним концом. В верхней части делается металлическое кольцо-бугель, предохраняющее от повреждения ее при забивке. В нижней части у острия делается маталлический башмак. Деревянные сваи следует пропитывать для предохранения их от загнивания в зоне переменного увлажнения. Если необходимо забить длинные сваи, то их наращивают и делают составными. Стык является сложным местом, так как в стыке должны быть обеспечены центрировка и прочность. Если сечение одного бревна недостаточно, то применяют пакетные сваи из двух-трех бревен, соединяемых параллельно. Такие пакетные сваи имеют одно острие.

Ф.14.27. Как устраиваются металлические сваи?

Стальные сваи бывают трубчатыми и открытого профиля. Диаметр трубчатых свай от 0,2 до 0,8 м. Трубчатая свая может быть после опускания заполнена бетоном. Забивные стальные сваи могут быть также выполнены с конусом, приваренным снизу. Секции по длине могут свариваться или скрепляться навинчивающимся кольцом. Металлические завинчивающиеся сваи имеют на конце винтовую лопасть размером до трех диаметров трубы. Завинчивающиеся сваи применяются для восприятия вырывающих усилий. Металлические сваи требуют антикоррозийного покрытия.

Ф.14.28. В каких случаях применяются винтовые сваи?

К сваям с уширенной пятой относятся также сваи, имеющие на конце винтовую лопасть (рис.Ф.14.28). Ствол сваи может быть металлическим или железобетонным (сплошным или пустотелым). Башмак с винтовой лопастью (1,25 витка, диаметром 3-3,5 диаметра ствола) соединяют со стволом при помощи закладных деталей.

Рис.Ф.14.28. Винтовая свая: а - общий вид; б - башмак: 1 - ствол сваи; 2 - винтовая лопасть; 3 - наконечник;4 - нож лопасти; 5 - хвост лопасти

Винтовые лопасти изготавливают стальными или чугунными. Основное преимущество винтовых свай в том, что они могут передавать на грунт выдергивающие нагрузки. Погружаются винтовые сваи завинчиванием при помощи специального механизма, называемого кабестаном.

Винтовые сваи применяют для опор мостов, фундаментов мачт, башен, опор линий электропередачи. Винтовые сваи могут быть заложены в любые грунты, допускающие завинчивание, за исключением глинистых грунтов текучей консистенции, а также илов и заторфованных грунтов.

Ф.14.29. Как устраивают комбинированные сваи и когда их применяют?

Это сваи, составленные по длине из двух различных материалов. Примером является конструкция, когда деревянная часть располагается снизу, ниже уровня воды, а верхняя часть выполняется из бетона или железобетона. Комбинированная свая в нижней части забивная, а в верхней части может быть набивной.

Ф.14.30. Каким образом производится погружение в грунт предварительно изготовленных свай?

Эти сваи погружаются с помощью забивки, вибропогружения, вдавливания и завинчивания.

Ф.14.31. Как производится забивка свай?

Забивка осуществляется сваебойными молотами. На сваю при забивке надевают металлический наголовник с прокладками, смягчающими силу удара. Направляющим устройством при забивке свай является копер.

Ф.14.32. Какие бывают молоты для погружения свай?

Молоты бывают механические, паровоздушные, дизельные и вибромолоты. Наиболее простые - механические молоты. Забивка состоит из подъема молота (тяжелой падающей массы) с помощью прикрепленного троса и опускания его на сваю под действием силы тяжести. Это молот одиночного действия. Паровоздушные и дизельмолоты могут быть не только одиночного, но и двойного действия, когда к падающему молоту прикладывается посылающая его вниз сила, дополнительная к силе тяжести. Таким образом, ускорение падающего молота двойного действия существенно более ускорения силы тяжести.

К вибромолотам относятся молоты ударно-вибрационного действия, когда одновременно действуют и вибрация, и силы ударов падающего молота. Для облегчения погружения свай в песчаные грунты и супеси может быть использован подмыв. Иногда для облегчения погружения свай устраиваются лидерные скважины размером несколько меньше, чем поперечное сечение сваи.

Ф.14.33. Что такое отказ сваи и чем отличаются ложный и истинный отказы сваи?

Перемещение сваи от одного удара молотом называется отказом сваи. Отказ сваи определяется при достижении сваей проектной отметки. Используя величину отказа, можно определить несущую способность сваи теоретическим методом.

В маловлажных песчаных грунтах несущая способность свай во времени снижается. Это объясняется тем, что под концом сваи при забивке образуется зона уплотнения (рис.Ф.14.33,а), которая после прекращения процесса забивки сваи уменьшается за счет релаксации напряжений, что и приводит к уменьшению первоначальной несущей способности сваи. Это явление подтверждается контрольной добивкой сваи после отдыха - интервала времени. Отказ до отдыха называется ложным, а отказ после отдыха - истинным. Поэтому в песчаных грунтах величина отказа после отдыха будет больше, чем без отдыха. В глинистых грунтах отказ после отдыха будет меньше, чем до отдыха, так как при забивке сваи происходит разрушение структурных связей, рост гидродинамического давления воды и ее движение по стволу сваи вверх , что играет роль смазки, уменьшая в совокупности несущую способность сваи. После отдыха сваи происходит засасывание сваи в грунт за счет частичного восстановления структурных связей.

Ф.14.34. Когда рекомендуется применять вибропогружение и вдавливание свай?

Вибропогружение эффективно при погружении свай в водонасыщенные песчаные и малосвязные грунты. При этом происходит разжижение песчаного грунта и резко уменьшаются силы трения по боковой поверхности. После прекращения вибрации эти силы трения восстанавливаются.

Вдавливание применяется для коротких свай, когда нельзя применить забивку или вибропогружение, чтобы не разрушить находящиеся рядом конструкции.

Ф.14.35. Как устраиваются набивные сваи?

Отличие набивных свай от забивных состоит в том, что набивные сваи изготавливают непосредственно на строительной площадке с применением специальных машин и механизмов.

Набивные сваи по способу устройства подразделяются на:

а) набивные, устраиваемые путем погружения инвентарных труб, нижний конец которых закрыт оставляемым в грунте башмаком или бетонной пробкой, с последующим извлечением этих труб по мере заполнения скважин бетонной смесью;

б) набивные виброштампованные, устраиваемые в пробитых скважинах путем заполнения скважин жесткой бетонной смесью, уплотняемой виброштампом в виде трубы с заостренным нижним концом и закрепленным на ней вибропогружателем;

в) набивные в выштампованном ложе, устраиваемые путем выштамповки в грунте скважин пирамидальной или конусной формы с последующим заполнением их бетонной смесью.

Ф.14.36. Имеются ли различия в характере деформации грунта в основании сваи и основании свайного фундамента?

Характер деформации грунта вокруг отдельно стоящей сваи рассмотрен в ответе на вопрос Ф.14.37. Свайный фундамент представляет собой группу свай, объединенную поверху ростверком. Наиболее часто на практике применяются ленточные свайные фундаменты и свайные фундаменты под колонны (рис.Ф.14.36,а).

При нагружении свайного фундамента грунт в межсвайном пространстве перемещается вместе с ним как единое целое и силы трения возникают только по боковой поверхности свай внешнего ряда (рис.Ф.14.36,б). В результате доля несущей способности свайного фундамента, обусловленная трением, уменьшается. В то же время, сопротивление грунта под концами свай возрастает в результате увеличения площади опирания.

Осадка свайного фундамента при равной нагрузке на сваю всегда больше осадки одиночной сваи. Это явление объясняется тем, что напряжения в грунте ниже концов свай возрастают вследствие суммирования напряжений, создаваемых отдельными сваями (см.рис.Ф.14.36,в).

Рис.Ф.14.36. Распределение напряжений вокруг свай: а - работа грунта в основании свайного фундамента; б - одиночной сваи; в - группы свай:1 - грунт в межсвайном пространстве; 2 - контур свайного фундамента

Ф.14.37. Какой характер имеет напряженно-деформированное состояние грунта вокруг сваи?

При забивке сваи в грунт частицы грунта выдавливаются из-под ее острия в стороны и вверх. При погружении сваи до глубины менее 4d наблюдается выпор грунта на поверхность основания (рис.Ф.14.37,а). Подъем поверхности основания происходит на расстоянии (3-4)d вокруг сваи. Величина подъема основания зависит от влажности грунта.

При дальнейшем погружении сваи наблюдается только внутренний выпор (рис.Ф.14.37,б), что приводит к уплотнению грунта в пределах цилиндрического тела диаметром до (3-5) d в зависимости от вида грунта. Под нижним концом сваи образуется зона, в пределах которой плотность грунта максимальная. Размер этой зоны зависит от вида грунта и его прочностных свойств. В песчаных грунтах после прекращения забивки сваи в этой перенапряженной зоне начинается процесс релаксации напряжений, происходит разуплотнение грунта и размер переуплотненной зоны грунта уменьшается.

Рис.Ф.14.37. Деформация грунта вокруг сваи

В водонасыщенных глинистых грунтах процесс погружения сваи сопровождается разрушением структурных связей и возникновением избыточного давления в поровой воде, что приводит также к выпиранию грунта на поверхность. Это выпирание сопровождается значительным подъемом поверхности грунта и продолжается несколько дней после прекращения процесса забивки сваи. Вокруг висячей сваи возникает напряженно-деформированная зона. Вертикальные сжимающие напряжения имеют максимум непосредственно у сваи, уменьшаясь в радиальном направлении. На расстоянии примерно 3d от оси сваи их величина незначительна и не вызывает уплотнения грунта. Поэтому, чтобы не происходило наложения напряжений от соседних свай, их рекомендуют располагать на расстоянии не менее 3d друг от друга.

Для свай-стоек, опирающихся на более прочные грунты, расстояние между осями свай в уровне их острия принимается рав-
ным 1,5d.

Касательные напряжения на боковой поверхности сваи увеличиваются до определенной глубины, оставаясь затем практически постоянными в пределах всей длины ствола сваи. В ряде опытов было отмечено увеличение сил трения с глубиной.

Ф.14.38. Почему при определении сил трения не учитывается вид материала сваи?

При погружении сваи в грунт на ее боковой поверхности образуется грунтовая "рубашка", которая как бы прилипает к ее боковой поверхности, перемещаясь как единое целое со сваей. Трение возникает не между телом сваи и грунтом, а между грунтовой "рубашкой" и окружающим грунтом. Поэтому силы трения мало зависят от вида материала сваи.

Ф.14.39. По каким предельным состояниям выполняется расчет свайных фундаментов и их оснований?

Расчет свайных фундаментов и их оснований должен быть выполнен по следующим предельным состояниям:

а) первой группы:

- по прочности материала свай и свайных ростверков;

-  по несущей способности грунта основания свай;

-  по несущей способности оснований свайных фундаментов, если на них передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и др.), а также если основания ограничены откосами или сложены круто падающими слоями грунта;

б) второй группы:

-  по осадкам оснований свай и свайных фундаментов от вертикальных нагрузок;

-  по перемещениям свай (горизонтальным и углом поворота головы сваи) совместно с грунтом основания от действия горизонтальных нагрузок и моментов;

-  по образованию или раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайных фундаментов.

Расчет конструкций свай и ростверков по первой группе предельных состояний выполняется во всех случаях на вертикальные и горизонтальные нагрузки по прочности материала свай, а также по несущей способности грунта основания.

Расчет свайных фундаментов по второй группе предельных состояний (по деформациям) выполняется при всех видах грунтов, за исключением тех случаев, когда сваи опираются на крупнообломочные грунты, плотные пески и твердые глины. Расчет по деформациям выполняется также при действии на фундаменты горизонтальных нагрузок, которые могут вызвать горизонтальные смещения фундаментов.

По образованию и раскрытию трещин рассчитываются железобетонные элементы свайного фундамента в соответствии с нормами проектирования железобетонных конструкций.

Ф.14.40. Какие нагрузки и воздействия учитываются при расчете свайных фундаментов?

Нагрузки и воздействия, учитываемые в расчетах свайных фундаментов, определяются по СНиП [3].

Расчет свай, свайных фундаментов и их оснований по несущей способности выполняется на основные и особые сочетания нагрузок с коэффициентами надежности более единицы, а по деформациям - на основные сочетания расчетных нагрузок с коэффициентом надежности, равным единице.

Расчеты свай всех видов выполняются на воздействия нагрузок, передаваемых на них от здания или сооружения, а забивных свай, кроме того, на усилия, возникающие в них от собственного веса при изготовлении, складировании, транспортировании свай, а также при подъеме их на копер за одну точку, удаленную от головы свай на 0,3l, где l - длина сваи.

Ф.14.41. В каких случаях необходимо выполнить расчет свай по прочности их материала и по прочности грунта основания?

Расчет по прочности материала свай выполняется во всех случаях для свай-стоек.

Расчет по прочности грунта выполняется как для свай-стоек, так и для висячих свай.

Ф.14.42. Сколько времени рекомендуется обычно отводить на "отдых" сваи?

Продолжительность "отдыха" сваи, после которого замеряется истинный или действительный отказы для песчаных грунтов, составляет 3-5 суток. В глинистых грунтах он больше: в супесях - 5-10 суток, в суглинках - 15-20 суток, в глинах - 25-30 суток и более (см.Ф.14.33).

Ф.14.43. Какие расстояния рекомендуются между сваями в свайном фундаменте?

Расстояние между осями забивных висячих свай должно быть не менее 3d, где d -  диаметр круглого или сторона квадратного сечения сваи. Максимальное расстояние обычно не превосходит 6d. Минимальное расстояние между сваями-стойками 1,5d. При редком расположении свай они начинают работать как одиночные, исчезает кустовой эффект. При одинаковой нагрузке осадка сваи в кусте превышает осадку одиночной сваи. В глинистых грунтах несущая способность сваи в кусте получается меньшей, чем у одиночной сваи.

Ф.14.44. Что такое "кустовой эффект" в свайном фундаменте?

Кустовой эффект -  это взаимное влияние свай при небольшом расстоянии между ними. Работа свай в кусте отличается от работы одиночных свай. Осадка сваи в кусте превышает осадку одиночной сваи, поскольку сопротивляющиеся этому силы бокового трения полностью не мобилизуются.

Ф.14.45. Как определяется несущая способность сваи-стойки?

Несущая способность сваи-стойки определяется минимальным значением предельной нагрузки либо по прочности грунта под ее нижним концом, либо разрушением сваи по ее материалу. При низком ростверке сваи рассчитываются без учета их продольного изгиба. Сопротивление под нижним концом сваи, опирающейся на скальные и малосжимаемые грунты, принимается равным 20 МПа. У песчаных грунтов сопротивление под нижним концом зависит от крупности песчаных грунтов, их плотности, а также от глубины их нахождения. В глинистых грунтах это сопротивление зависит также от глубины и от показателя текучести I_L. Величина сопротивления дается на единицу площади поперечного сечения сваи.

Ф.14.46. Как определяется несущая способность висячей сваи?

Несущая способность висячих свай определяется либо расчетным методом, либо путем забивки опытных свай, а также применением статического зондирования.

Висячие сваи рассчитываются по грунту. Сопротивление погружению сваи возникает под ее пятой-острием (лобовое сопротивление) и по боковой поверхности (сопротивление благодаря мобилизации сил трения). Как и для свай-стоек, лобовое сопротивление зависит от грунтов (плотности и вида песчаных грунтов и показателя текучести глинистых грунтов), а также от глубины погружения нижнего конца. Боковое сопротивление зависит от вида песчаных грунтов, показателя текучести IL глинистых грунтов, от глубины слоя, для которого определяется коэффициент трения. Лобовое сопротивление дается на единицу площади поперечного сечения сваи, поэтому полученная величина R умножается на площадь поперечного сечения A. Боковое сопротивление трению дается на 1 м2 боковой поверхности, поэтому оно умножается на соответствующую площадь боковой поверхности рассматриваемого"пояса". С глубиной сопротивление трению увеличивается. Сопротивления под острием и по боковой поверхности суммируются. Однако предварительно они умножаются на коэффициент условий работы, который зависит от способа погружения свай.

Ф.14.47. От чего зависит сопротивление выдергиваемой сваи?

Это сопротивление зависит только от сил бокового трения и, естественно, не зависит от лобового сопротивления.

Ф.14.48. Что такое отрицательное трение грунта, окружающего сваю?

Отрицательное трение возникает тогда, когда окружающий сваю грунт вместо того, чтобы сопротивляться вдавливанию сваи в грунт и создавать силы сопротивления, направленные вверх, наоборот, из-за оседания грунта вокруг сваи тянет ее вниз. В этих расчетах изменяется знак сил трения.

Ф.14.49. В чем заключается динамический способ определения несущей способности свай?

Динамический способ заключается в нахождении несущей способности сваи по величине отказа при забивке ее на глубину, близкую к проектной.

В формулу для расчета несущей способности входят параметры оборудования, используемого для погружения испытываемой сваи, - энергия падающего молота, вес наголовника и др. Грунт характеризуется только величиной отказа. Чтобы найти величину предельной нагрузки на сваю, рассчитанную по результатам динамических испытаний, ее делят на коэффициент надежности, равный 1,4.

Ф.14.50. На что затрачивается энергия при забивке сваи?

Энергия при забивке сваи затрачивается на преодоление сопротивления грунта погружению сваи, на упругие деформации соударяемых молота и сваи, на превращение механической энергии в тепловую, на разрушение головы сваи.

Ф.14.51. В чем заключается статический метод испытания свай?

Статический метод испытания сваи заключается в том, что к забитой на заданную глубину свае ступенями прикладывается нагрузка, чаще всего создаваемая домкратом, и выжидается стабилизация осадки при данной ступени нагрузки, после чего прикладывается следующая ступень нагрузки. Ступени составляют обычно 1/10-1/15 ожидаемой величины предельной нагрузки. После этого строится график зависимости осадки от нагрузки, причем за предельную принимается нагрузка, вызывающая 20 % осадки от предельной для проектируемого здания или сооружения. Эта нагрузка делится на коэффициент надежности, равный 1,2.

Ф.14.52. В чем заключается метод статического зондирования для определения несущей способности свай?

Статическое зондирование представляет собой вдавливание в грунт штанги с конусом стандартного размера (диаметр его основания 36 мм, угол заострения 60 ° ). Измеряется вдавливающее усилие в зависимости от глубины и с помощью переходных формул находится несущая способность сваи.

Ф.14.53. Как выбирается длина свай?

Длина свай выбирается в зависимости от грунтовых условий. Нижние концы свай заглубляют в плотные грунты не менее чем
на 1 м.

Ростверк чаще всего располагают ниже пола подвала. В пучинистых при промерзании грунтах ростверк закладывается ниже глубины промерзания. Оптимальные значения длины сваи и ее сечения определяются технико-экономическим сопоставлением.

Ф.14.54. Как определить число свай в свайном фундаменте?

Число свай определяется путем деления величины нагрузки на свайный куст на несущую способность одиночной сваи, которая определяется как расчетная несущая способность сваи, деленная в свою очередь на коэффициент надежности по нагрузке g _k (обыч-
но g _k = 1,4), то есть уменьшенная в 1,4 раза. Для ростверка подбирается наиболее компактное очертание. Сваи размещаются рядами или в шахматном порядке. Шаг свай в кусте выбирается кратным 5 см. При расчете ленточного ростверка число свай n на 1 п.м. длины может оказаться дробным. Тогда расстояние a, м, между сваями будет a=1/n.

Ф.14.55. Как устанавливается размещение свай в фундаменте, к которому прикладывается вертикальная сила с постоянным эксцентриситетом?

Сваи располагаются на разном расстоянии исходя из того, чтобы на каждую из них приходилась бы практически одна и та же нагрузка. В этом случае оказывается возможным избежать крена ростверка.

Ф.14.56. Каким образом и по какой схеме рассчитываются осадки свайных фундаментов?

Свайные фундаменты передают усилия на основание через боковую поверхность и через свою подошву, ограничиваемую плоскостью, проведенной на уровне острия забивных свай. Осадка фундамента из свай-стоек обычно не рассчитывается из-за ее малости. Тело свайного фундамента образуют собственно сваи и заполняющие межсвайное пространство грунты. Свайный фундамент имеет подошву большую, чем подошва ростверка, и к контуру свайного поля добавляется со стороны ширины и длины величи-
на , где - средневзвешенное значение угла внутреннего трения грунта в пределах высоты фундамента, равной h. При подсчете нагрузки на уровне подошвы фундамента в нее включаются вес грунта и вес свай. Поскольку при подсчете осадок расчет ведется на величину давления за вычетом природного, то практически вес фундамента на осадку почти не влияет, а осадка формируется за счет нагрузки, приходящейся на фундамент от сооружения. Так как величина сжимаемой толщи под свайным фундаментом получается существенно меньшей, чем под фундаментом мелкого заложения при тех же нагрузках, то и осадка свайного фундамента также обычно получается меньшей, чем у фундамента мелкого заложения.

Рис.Ф.14.56. Схема для расчета осадок свайного фундамента

[на главную]

Хостинг от uCoz