4. Возведение фундаментов на сваях

Сваи используют для устройства фундаментов под различные здания и сооружения, повышения несущей способности слабых грунтов, а также для укрепления стенок котлованов от обрушения.

В строительном производстве сваи классифицируют по следующим признакам, определяющим или влияющим на методы устройства свайных фундаментов:

по характеру работы в грунте — сваи-стойки, опирающиеся на несжимаемые грунты, и висячие сваи, заглубленные в сжимаемые грунты;

по материалу — железобетонные, бетонные, деревянные, стальные;

по виду армирования железобетонных свай — с напрягаемой и ненапрягаемой продольной арматурой, с поперечным армированием и без него;

по конструкции — квадратные, прямоугольные и многоугольные, круглые, с уширением и без него, цельные и составные, призматические и конические, пустотелые, сплошного сечения, винтовые сваи-колонны;

по методам устройства свайных фундаментов — погружаемые и набивные. Погружаемые сваи изготовляют на поверхности земли и затем погружают в грунт в вертикальном или наклонном положении. Набивные сваи устраивают непосредственно в самом грунте.

Свайные фундаменты, состоящие из нескольких свай, образующих общую группу, называют свайным кустом, а плиту, которая их соединяет, — ростверком.

Устройство свайных фундаментов является комплексным процессом, в общем случае включающим (на примере метода погружения): подготовку территории для ведения работ и геодезическую разбивку с выносом в натуру положения каждой сваи; доставку на стройплощадку, монтаж, наладку и опробование оборудования для погружения свай; транспортировку готовых свай от места изготовления к месту их погружения; погружение свай; срезку отдельных свай на заданной отметке; демонтаж оборудования; устройство ростверка.

В некоторых случаях приходится извлекать сваи и шпунтины для устранения обнаруженных в процессе погружения дефектов или при окончательной разборке временных сооружений.

При строительстве промышленных объектов и специальных сооружений по технологическим условиям в ряде случаев необходимо возводить подземные части зданий на большой глубине и в сложных гидрогеологических условиях. К таким сооружениям относятся отстойники, резервуары, гаражи, скиповые ямы доменных цехов, подземные части атомных реакторов и другие сооружения. В этих условиях применение традиционного открытого способа технически сложно и, как правило, экономически нецелесообразно. Для их возведения пользуются специальными технологическими методами.

Технология погружения свай

С предприятий стройиндустрии или с баз комплектации строительных организаций железобетонные и деревянные сваи, стальные трубы и шпунтовые сваи доставляют к месту работ в подготовленном виде.

Сваи погружают ударом, вибрацией, вдавливанием, завинчиванием, с использованием подмыва и электроосмоса, а также комбинациями этих методов. Эффективность применения того или иного метода зависит в основном от грунтовых условий.

1. Ударный метод. Метод основан на использовании энергии удара (ударной нагрузки), под действием которой свая нижней заостренной частью внедряется в грунт. По мере погружения она смещает частицы грунта в стороны, частично вниз, частично вверх (на дневную поверхность). В результате погружения свая вытесняет объем грунта, практически равный объему ее погруженной части, и таким образом дополнительно уплотняет грунтовое основание. Зона заметного уплотнения грунта вокруг сваи распространяется в плоскости, нормальной к продольной оси сваи, на расстояние равное 2...3 диаметрам сваи.

Ударную нагрузку на оголовок сваи создают специальными механизмами — молотами самых разных типов, основными из которых являются дизельные.

На строительных площадках применяют штанговые и трубчатые дизель-молоты.

Ударная часть штанговых дизель-молотов — подвижный цилиндр, открытый снизу и перемещающийся в направляющих штангах. При падении цилиндра на неподвижный поршень, в камере сгорания смеси энергия подбрасывает цилиндр вверх, после чего происходит новый удар и цикл повторяется.

В трубчатых дизель-молотах неподвижный цилиндр, имеющий шабот (пяту), является направляющей конструкцией. Ударная часть молота — подвижный поршень с головкой. Распыление топлива и воспламенение смеси происходит при ударе головки поршня по поверхности сферической впадины цилиндра, куда по- дается топливо. Число ударов в 1 мин у штанговых дизель-молотов 50... 60, у трубчатых — 47... 55.

Основной показатель, характеризующий погружающую способность молота, — энергия одного удара. Последняя зависит от веса и высоты падения ударной части, а также энергии сгорания топлива. Количественно значения энергии удара (кДж) могут быть определены по следующим выражениям:

для штанговых молотов

Е= 0,40Qh; для трубчатых молотов

Е= 0,90Qh,

где Q — вес ударной части молота, Н;

h — высота падения ударной части молота, м.

Для конкретных условий строительства молот подбирают по необходимой номинальной энергии одного удара и коэффициенту применимости молотов.

Необходимая номинальная энергия удара Е > 25P,

где Р — расчетная нагрузка на сваю, Н.

По полученному значению Е подбирают молот (по соответствующим справочникам), а затем его проверяют по коэффициенту применимости молота k, который определяют из отношения веса молота и сваи к энергии удара, т. е.

k = (Q + q)/ Е ,

где Q — собственный вес молота, Н; q — вес сваи (включая вес наголовника и подбабка), Н.

Значение k колеблется от 3,5 до 6 (в зависимости от материала сваи и типа молота). Например, для забивки железобетонных свай штанговым дизель-молотом й = 5, деревянных свай k = 3,5, а трубчатым — соответственно k = 6 и к = 5.

В комплект к молоту входит, как правило, наголовник, который необходим для закрепления сваи в направляющих сваебойной установки, предохранения головы сваи от разрушения ударами молота и равномерного распределения удара по площади сваи.

Внутренняя полость наголовника должна соответствовать очертанию и размерам головы сваи.

Для забивки cвай с целью удержания в рабочем положении молота, подъема и установки сваи в заданном положении применяют специальные подъемные устройства — копры. Основная часть копра — его стрела, вдоль которой устанавливается перед погружением и опускается по мере его забивки молот. Наклонные сваи погружают копрами с наклоняющейся стрелой. Копры бывают на рельсовом ходу (универсальные металлические башенного типа) и самоходные — на базе кранов, тракторов, автомашин и экскаваторов.

Универсальные копры имеют значительную собственную массу (вместе с лебедкой — до 20 т). Монтаж и демонтаж этих копров и устройство для них рельсовых путей — весьма трудоемкие процессы, поэтому их применяют для забивки свай длиной более 12 м при большом объеме свайных работ на объекте.

Наиболее распространены в промышленном и гражданском строительстве сваи длиной 6... 10 м, которые забивают с помощью самоходных сваебойных установок. Эти сваебойные установки маневренны и имеют устройства, механизирующие процесс подтаскивания и подъема сваи, установку головы сваи в наголовник, а также выравнивание стрелы.

Забивку свай начинают с медленного опускания молота на наголовник после установки сваи на грунт и ее выверки. Под действием веса молота свая погружается в грунт. Чтобы обеспечить правильное направление сваи, первые удары производят с ограничением энергии удара. Затем энергию удара молота постепенно увеличивают до максимальной. От каждого удара свая погружается на определенную величину, которая уменьшается по мере углубления. В дальнейшем наступает момент, когда после каждого залога свая погружается на одну и ту же величину, называемую отказом.

Сваи забивают до достижения расчетного отказа, указанного в проекте. Измерение отказов следует производить с точностью до 1 мм. Отказ принято находить как среднюю величину после замера погружения сваи от серии ударов, называемой залогом. При забивке свай паровоздушными молотами одиночного действия или

дизель- молотами залог принимают равным 10 ударам, а при забивке молотами двойного действия — число ударов за 1... 2 мин.

Если средний отказ в трех последовательных залогах не превышает расчетного, то процесс забивки сваи считают законченным.

Сваи, не давшие контрольного отказа, после перерыва (продолжительностью 3...4 дн) подвергают контрольной добавке. Если глубина погружения сваи не достигла 85% проектной, а на протяжении трех последовательных залогов получен расчетный отказ, то необходимо выяснить причины этого явления и согласовать с проектной организацией порядок дальнейшего ведения свайных работ.