Тема 8.3. Устройство фундаментов глубокого заложения.

8.3.1 Понятие сваи. Типы и материал сваи. Способ погружения. Ростверки. Выбор типа молота для забивки свай.

Свайные фундаменты – один из наиболее распространенных видов фундаментов глубокого заложения, в частности опор мостов. Конструкция фундамента зависит от размеров моста, величины пролетов, конструкции опор, местных гидрологических условий, а также производственных возможностей.

Сваей называют полностью или частично погруженный в грунт стержень, служащий для передачи давлений от сооружения на нижележащие слои грунта. В зависимости от способа опирания сваи различаются на сваи-стойки (сама свая проходит через слои слабых грунтов и опирается концом на плотную породу) и висячие сваи (передает давление, главным образом, за счет трения своих боковых поверхностей о грунт)

По материалу сваи могут быть деревянными, бетонными, ж/бетонными (наиболее распространенные), металлическими, ж/б сваи-оболочки

По способу погружения в грунт – забивные, набивные, подмывные, вибропогружаемые, завинчиваемые, забуриваемые, камуфлетные.

Конструкция, скрепляющая головы свай, распределяющая и передающая им давление от вышележащей части сооружения, называется ростверком. Ростверк делают в виде ж/б плиты. Головы ж/б свай разбивают и заводят обнажившуюся арматуру в толщу бетона ростверка. В зависимости от уровня расположения ростверка по отношению к поверхности грунта различают низкие и высокие ростверки. При низком ростверке головы свай ниже поверхности грунта, а при высоком – верхние части свай оказываются выше грунта и защемлены в нем только нижней частью.

Необходимую минимальную энергию удара молота E_h, кДж, следует определять по формуле

где N - расчетная нагрузка, передаваемая на сваю, кН.

Принятый тип молота с расчетной энергией удара E_d ³ E_h, кДж, должен удовлетворять условию

где К - коэффициент применимости молота, значения которого приведены в табл. 1;

m₁ - масса молота, т;

т₂ - масса сваи с наголовником, т;

т₃ - масса подбабка, т.

Таблица 1

Тип молота	Коэффициент К, т/кДж, при материале свай
	железобетон	сталь	дерево
Трубчатые дизель-молоты и молоты двойного действия	0,6	0,55	0,5
Молоты одиночного действия и штанговые дизель-молоты	0,5	0,4	0,35
Подвесные молоты	0,3	0,25	0,2

8.3.2 Способы и последовательность погружения свай.

Доставляемые на строительную площадку призматические сваи укладывают в штабеля правильными рядами, не более четырех рядов по высоте, головами к копру. Максимальная высота штабеля не превышает 2/3 его ширины и не более 2 м.

Трубчатые сваи укладывают в один-два яруса. Сваи в штабеле опирают на прокладки шириной не менее 15 см и высотой на 2 см больше высоты монтажной петли, это обеспечивает свободную строповку сваи и сохранность петель. Прокладки располагают рядом со строповочными петлями, что соответствует расчетной схеме работы сваи на монтажные нагрузки.

Перед установкой в копровую стрелу сваю осматривают и размечают краской по длине через 0,5-1 м.

Самоходные копры на рельсовом ходу перемещаются на место забивки очередной сваи по предварительно уложенным на балласте и отрихтованным звеньям рельсового пути. Несамоходные копры передвигают при помощи копровой лебедки, канат от которой зачаливают за неподвижный анкер; при этом молот должен быть опущен в нижнее положение (примерно на уровень нижней рамы копра). Сваи подтягивают к копру через отводный блок, закрепленный на нижней раме копра.

Рис.193. Схемы последовательности погружения отдельных свай опоры

Последовательность забивки сваи должна быть такой, при которой сводятся к минимуму непроизводительные затраты времени на перемещение копра или крана. Во избежание сильного уплотнения грунта при большом количестве свай их следует забивать по спирали, начиная от середины, и идти к краям (рис.193, б) или применить секционную последовательность (рис.193, в), а для свайных фундаментов, вытянутых в плане, - рядовую (рис.193, а). Принципиальные схемы забивки свай на суходоле приведены на рис.194, а, а в водотоке с применением подмостей - на рис.194, б и понтонов - на рис.195, а, б.

Рис.194. Схемы погружения свай

1 - навесная копровая мачта; 2 - стрела крана; 3 - распорка; 4 - подкопровый мостик.

Рис.195. Схемы погружения свай с понтонов в русле реки.

1 - навесная копровая мачта; 2 - подкопровый мостик; 3 - понтоны.

Сваи, как правило, погружают до получения расчетного отказа, т.е. до средней величины погружения свал от одного удара в залоге. За залог принимают группу последовательных ударов. Свая, не давшая расчетного отказа, должна подвергаться контрольной добивке после "отдыха" (в течение 3-7 сут.).

Качество свайных работ (оценка их несущей способности) обычно контролируют динамической нагрузкой (контрольной бойкой молотом). В отдельных случаях сваи испытывают статической нагрузкой. При контроле динамической нагрузкой сваи добивают после их "отдыха".

По технике безопасности при свайных работах нужно иметь в виду следующее. До начала работ сваебойное оборудование должно быть освидетельствовано. Стальные канаты, блоки, крюки, грузозахватные приспособления должны соответствовать требованиям Госгортехнадзора России. Свайные работы должны вестись под руководством производителя работ или мастера.

При приемке свайных работ должны быть предъявлены проектная документация, паспорта на сваи, акты геодезической разбивки осей свайных фундаментов, исполнительный план свайного ростверка, сводные ведомости и журнал свайной бойки, а также акты динамических и журналы статических испытаний свай, если они выполнялись.

Забивку свай производят молотами одиночного или двойного действия или дизель-молотами. Ударный механизм подвешивают на копре. Для предохранения верхней части сваи от разрушения применяют наголовник.

Рис.196. Наголовник для свай

1 - свая; 2 - амортизирующий вкладыш (мешковина); 3 - стальной стакан; 4 - деревянный вкладыш;

5 - бугель.

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

Сущность подмыва заключается в том, что к острию сваи при помощи трубок подается под большим давлением струя воды, размывающая грунт, окружающий сваю. В результате свая, не встречая сопротивления, легко погружается. После прекращения подачи воды разрыхленный грунт постепенно уплотняется и вновь плотно прилегает к поверхности забитой сваи. Подмывные трубки могут быть прикреплены к свае сбоку или пропущены внутри полой сваи и выступают у острия сваи.

Рис.197. Схема погружения свай с подмывом

1 - запасной насос; 2 - основной насос; 3 - магистральный напорный водопровод; 4 - манометр; 5 - предохранительный клапан; 6 - подводящие шланги; 7 - сваебойный молот; 8 - свая; 9 - подмывные трубы; 10 - тросы для подъема подмывных труб.

Подмыв свай струей воды целесообразен, если в основании залегают несвязные (песчаные, супесчаные и гравелистые) грунты (рис.197). Его обязательно сочетают с последующей добивкой молотами или вибраторами. Для обеспечения подмыва к острию свай под большим давлением по специальным трубам с наконечниками подают воду, которая размывает грунт и уменьшает силы трения. Сваи погружают в специальном направляющем каркасе. После прекращения подачи воды грунт уплотняется и вновь плотно прилегает к поверхности забитой сваи. Подмыв прекращают, когда свая не доходит до проектной отметки на 1-2 м, а дальше ее погружают принудительно вибропогружателем или молотом.

Сущность вибрационного способа заключается в том, что с помощью вибраций, сообщаемых свае и окружающему грунту, значительно уменьшаются силы трения между его частицами и свая легко погружается в грунт. Принцип действия вибратора заключается в том, что при помощи согласованно вращающихся в противоположные стороны эксцентричных грузов создается вертикально направленное периодическое инерционное усилие.

Рис.198. Вибропогружатель

1 - электродвигатель; 2 - эксцентричный груз; 3 - вал вибромашины; 4 - корпус; 5 - наголовник вибратора, установленный на сваю.

Принцип действия вибропогружателя (рис.198, а) заключается в том, что путем согласованного вращения эксцентричных грузов (дебалансов, в противоположные стороны (I-IV)) возникают центробежные силы, суммирующиеся в вертикальное направленное периодическое инерционное усилие R, которое изменяется по синусоидальному закону (рис.198, б) и вызывает вибрации сваи и окружающего грунта совместно с прикрепленным вибратором. Для погружения железобетонных свай применяют низкочастотные вибраторы (300-600 м ), для легких свай и шпунта - высокочастотные (до 1500 м ). Разновидность вибропогружателей - вибромолоты (рис.199) имеют пригрузочную плиту и пружины упругой подвески вибратора, специальную траверсу для подъема, соединенную с плитой наголовника. Вибромолот ударяет по пригрузочной плите (наковальне), минуя траверсу и плиту наголовника. Наковальня с плитой наголовника соединены упруго с помощью штанг и пружин. В процессе работы вибромолота пружины способны накапливать энергию и отдавать ее при ударах.

Рис.199. Вибромолот ВМ-7У

1 - наголовник вибратора, установленный на сваю; 2 - вибровозбудитель; 3 - подвеска; 4 - пружина крепления наголовника; 5 - пригрузочная плита; 6 - пружина упругой подвески вибратора; 7 - траверса; 8 - штанга.

Эффективность работы вибромолотов может быть увеличена за счет статической пригрузки.

Завинчивание свай осуществляют при помощи кабестанов. Неподвижную часть кабестана закрепляют для восприятия реактивного момента возникающего при завинчивании сваи. Трос огибает ролики, смонтированные на кабестане и закрепляется концами на анкерах и лебедке.

Буровые сваи, в том числе с уширенным основанием устраивают как вертикальными, так и наклонными с уклоном 1:4. применяются во всех грунтах, кроме скальных. Диаметр – от 0,4 до 2,0м. по способу устройства различают: а) буровые сваи столбы, сооружаемые путем устройства скважины и последующего заполнения е бетонной смесью, б) бурообсадные сваи столбы, сооружаемые так же как и буровые, но с установкой на всей длине или части их Ж\Б или стальной оболочки.

Сваи с камуфлетным уширением.

Последовательность устройства сваи при сосредоточенном заряде.