Нагрузки на грунт:

а – висячие сваи, б – сваи-стойки

Подмывом ускоряют погружение свай при использовании любых способов погружения. Заключается он в том, что в грунт рядом со сваей опускают две подмывные трубы. По трубам подают воду под давлением в несколько атмосфер. Вода, размывая грунт у острия сваи, значительно уменьшает трение ее боковой поверхности о грунт, в результате чего свая погружается под действием собственной массы и массы установленного на ней молота или другого погружающего устройства. Естественно, этот способ нельзя применять для висячих свай – трение уменьшается.

Завинчивание используется для погружения в грунт винтовых свай - это сваи, имеющие винтовой наконечник. Для этого используется специальное оборудование – кабестаны. Кабестан представляет собой механизм, включающий две пары захватов, обнимающих сваю и передающих ей вращательное движение при погружении в грунт. Для завинчивания свай большой длины (свыше восьми метров) кабестаны монтируют на кранах – плавучих или сухопутных, а длиной до 8 м используют мобильную установку на базе автомобиля. Основания с применением винтовых свай применяют тогда, когда на фундаменты при эксплуатации воздействуют выдергивающие усилия. Завинчивание свай может осуществляться как вертикально, так и наклонно на глубину до 10м.

Рис. 6.2. Оборудование для погружения свай:

а - сваебойное оборудование на базе экскаватора; б – установка для вдавливания свай; в – то же, с помощью лебедки; г- низкочастотный вибропогружатель; д – то же, высокочастотный; е – вибромолот;

ж – элементы оборудования для погружения свай с подмывом

Из динамических способов погружения свай можно выделить ударный метод (забивка) и вибропогружение.

Забивка осуществляется молотами – это устройства по принципу привода разделяющиеся на механические, паровоздушные и дизельные молоты. В любом случае сваебойный агрегат включает три обязательных элемента (рис. 6.3):

- шасси, на котором передвигается агрегат, это может быть трактор, экскаватор, самоходный кран, в том числе - автомобильный;

- устройство для установки сваи в вертикальное положение и сохранения его во время забивки - это так называемый копер;

- и собственно молот.

Забивка заключается в установке сваи на место и закрепление ее, погружении сваи в грунт ударами молота, передвижении и установки копра на новом месте.

Установка сваи заключается в подтягивании сваи к копру и ее подъеме, расположении на размеченном месте, закрепление в стреле копра. Сваи подают к месту забивки и располагают на близком расстоянии от копра, чтобы их можно было подтянуть тросами, проходящими через блоки на копре к двухбарабанной лебедке. Забиваемую сваю надо закрепить так, чтобы она стояла вертикально или с проектным уклоном. Свая не должна отходить от стрелы копра, но в то же время свободно скользить вдоль нее по мере погружения в грунт. В примитивном случае сваю притягивают к стреле копра петлей из пенькового каната. В лучшем случае для направления свай во время забивки применяют специальные приспособления в виде ползунков, скользящих между стоек копра и соединенных со сваей болтами и хомутами.

Первые удары по свае молотами рекомендуется делать при небольшом подъеме молота, чтобы легкой осадкой сваи в грунт дать ей правильное направление.

Забивают сваи-стойки до проектной отметки – до уровня оголовков свай, а сваи висячие – до так называемого проектного (контрольного) “отказа” – наименьшую, разрешенную величину погружения сваи за 10 ударов (“залог”), разрешенную проектом.

Механический молот – это металлическая отливка весом 0,1-3,0 т с захватным устройством и лебедкой, – устройство дешевое, простое, долговечное, но малопроизводительное.

Рис. 6.3. Сваебойный агрегат:

1 – шасси, 2 – копер, 3 – лебедка копра

Более производительны паровоздушные молоты, гидромолоты, и дизельмолоты. Первые совершают около 300 ударов в минуту, вторые – около 60.

Паровоздушные молоты по характеру использования энергии делятся на молоты простого и молоты двойного действия. Первые состоят из массивного корпуса, внутри которого находится паровой цилиндр. У такого молота рабочий ход происходит под действием силы тяжести ударной части, а энергия пара или сжатого воздуха используется при холостом ходе для подъема ударной части. Паровоздушные молоты двойного действия отличаются от молотов простого действия тем, что энергия пара или сжатого воздуха используется для дополнительного увеличения скорости падения ударной части, что увеличивает силу удара по свае.

Из них большее распространение получили дизельмолоты, они оригинальны по конструкции, компактны, мобильны, не требуют громоздких котлов и насосных станций, автономны, экономичны.

У них один недостаток, понятный из схемы его работы (рис. 6.4)

– затруднена забивка свай в слабые грунты.

Рис. 6.4. Дизельмолот:

1 –штанга, 2 – камера сгорания, 3 – цилиндр, 4 – поршень,

5 – система подачи топлива

Вибропогружение осуществляют с помощью вибропогружателей – это по существу вибратор, закрепляемый на верхнем конце сваи, который передает свои колебания свае, а она - грунту, вследствие этого уменьшаются силы трения в зоне контакта сваи и грунта, и свая под воздействием собственного веса и веса установленного на ней погружателя внедряется в грунт.

В зависимости от вида свай и свойств грунта вибропогружатели могут жестко закрепляться на свае или подрессориваться, использовать высокие частоты вибрации (для легких свай) или низкие (для тяжелых). Наиболее эффективен этот метод для грунтов песчаных и водонасыщенных. Применение вибрационного метода для погружения свай в маловлажные плотные грунты возможно лишь при устройстве лидирующих скважин, т. е. при предварительном выполнении другого процесса, требующего буровых механизмов.

При вибрационном погружении в глину или тяжелый суглинок под нижним концом сваи образуется перемятая глинистая подушка, которая вызывает значительное (до 40%) снижение несущей способности сваи. Чтобы устранить возникновение этого явления, сваю погружают на заключительном отрезке длиной 15-20 см ударным методом.

Способы комбинированные представляют собой самые разные комбинации как статических, так и динамических методов: забивка с вибрацией вибромолотами, забивка с подмывом, вдавливание с вибрацией, вдавливание с подмывом и т. д. Наиболее универсальным и часто применяемым из них является погружение с помощью вибромолотов.

Набивные сваи в зависимости от конструкции и способа изготовления различают:

- набивные бетонные, с трамбованием бетона во время подъема обсадной трубы;

- грунтовые набивные (скважины уплотнения);

- вибросваи;

- сваи с уширенной пятой;

- буронабивные;

- вибонабивные;

- штампонабивные и т. д.

Для всех видов требуется бурение скважины или выштамповка ложа с последующим заполнением ее или бетой смесью, или грунтом с уплотнением или грунтом с добавлением вяжущих веществ. Если грунты склонны к обрушению, стенки скважины закрепляют обсадными трубами. При устройстве буронабивных свай в неустойчивых обводненых грунтах для удержания стенок скважины от обрушения применяют глинистый раствор. Для усиления несущей способности набивных свай они могут армироваться.

Технологию устройства ростверка выбирают в зависимости от типа свай и конструкции ростверка. На сваях из бетона и железобетона ростверк выполняют из сборного и монолитного железобетона.

При забивных сваях, головы которых часто оказываются на разных отметках, перед устройством ростверка выполняют трудоемкие операции по выравниванию голов свай (срубают бетон, режут арматуру т. д.). Срезают бетон обычно с помощью пневматических отбойных молотков. Более эффективно применять для этих целей установки для срезки свай, состоящие из жесткой замкнутой станины, подвижной рамы, съемных зубьев и гидромолота с поршнем. При подготовке голов набивных свай к устройству ростверков проверяют верхнюю поверхность по нивелиру и при необходимости выравнивают опорную поверхность свай бетонной смесью или цементно-песчаным раствором.

По назначению сваи бывают одиночные, кусты свай, сваи, совместно работающие в свайном поле, шпунтовые.

Расположение свай в плане зависит от рода сооружения, его массы, места приложения нагрузки. При одиночном размещении каждая свая работает независимо от соседних свай. Сосредоточенная нагрузка от отдельных тяжело нагруженных опор или колонн передается на кусты свай, состоящие из 3-12 шт. Для совместной работы свайного поля при равномерно распределенной нагрузке сваи связывают поверху ростверком - это или плита, или лента. Для деревянных свай эта цель достигается с использованием так называемой обвязки, укладываемой поверху свай после их выравнивания.

Для водонепроницаемых перемычек и экранов в гидротехническом строительстве, крепления вертикальных стенок котлованов, устройства набережных, причалов и т. п. используются шпунтовые сваи, погружаемые вплотную одна к другой, для образования сплошной стенки, называемой шпунтовым рядом.

Шпунтовые сваи могут быть деревянными с прямоугольным или треугольным шпунтом, металлическими с плоским, U-образным или Z-образным поперечным сечением (рис. 6.5), железобетонными - плоскими или (реже) двутавровыми, всегда преднапряженными.

Рис. 6.5. Шпунтовые сваи:

а – деревянные с прямоугольным шпунтом, б – деревянные с треугольным шпунтом, в – металлические плоские, г – металлические U-образные, д – металлические Z-образные

Рис. 6.6. Сваи из различных материалов и с различной формой

поперечного сечения