Глава 6. Свайные работы.
6.1. Общие положения.
Свайные фундаменты применяют при строительстве зданий и сооружений для передачи нагрузки на грунт, особенно в тех случаях, когда в основании залегают слабые или неустойчивые (просадочные) грунты, а также для упрочнения и повышения устойчивости оснований, ограждений подземных и заглубленных объектов от доступа воды, предотвращения осыпания или оползания грунтов.
Свайные фундаменты по сравнению с другими их видами имеют ряд преимуществ. Их использование в ряде случаев позволяет снизить объем трудоемких земляных работ на 70-90%, исключить сложные работы по водопонижению, снизить материалоемкость фундаментов на 15-35% и трудоемкость их устройства в 1,2-1,8 раза.
Свайный фундамент состоит из свай объединенных по верху горизонтальной железобетонной конструкцией – ростверком. Расположение свай в плане зависит от особенностей конструкции здания или сооружения, а также от нагрузок передаваемых на основание и может быть:
одиночным;
кустами;
в виде свайного поля.
Погружение свай в свайных полях проводят по трем схемам, приведенным на рисунке 6.1.
Рис.6.1. Схемы забивки свай:
а) – рядовая; б) – спиральная; в) – секционная: 1-13 – последовательность забивки свай.
Сейчас известно более 500 видов свай. Однако в практике строительства применяют небольшое количество видов, так как остальные имеют узкую область применения.
6.2. Классификация свай.
По материалу:
деревянные;
металлические;
бетонные и железобетонные;
комбинированные;
грунтовые.
Деревянные изготавливают из сосны, ели, лиственницы, кедра, пихты, дуба. Длина свай 4-12 м. При забивке свай в плотные грунты на острие сваи надевают металлический наконечник, а на верхний конец – железное кольцо-бугель, предохраняющий сваю от размочаливания при забивке. Для предотвращения свай от гниения их пропитывают антисептиками и погружают так, чтобы вся свая располагалась ниже самого низкого уровня грунтовых вод. Применяются также шпунты из деревянных брусьев толщиной от 5 до 26 см.
Металлические сваи применяют в портовом, мостовом, энергетическом и промышленном строительстве, при возведении высотных сооружений (радиомачт, телебашен и т.п.). В качестве свай используют стальные трубы диаметром 25-100 см, рельсы, двутавры, винтовые сваи, завинчиваемые в грунт. Используются также сваи-оболочки – металлические трубы диаметром 1,2-2 м и более, длиной до 14 м, при необходимости их наращивают сваркой. Внутренняя полость сваи с открытым торцом заполняется грунтом, а с закрытым нижним торцом – бетоном.
Бетонные и железобетонные сваи выпускают сечением от 20х20 до 60х60 см и длиной от 3 до 16 м. Анализ грунтов и их несущей способности показывает, что для большей части территории России плотные грунты залегают на сравнительно небольшой глубине, что позволяет использовать сваи длиной 3-7 м. Такие сваи бывают как погружаемыми, так и набивными.
Комбинированные сваи. Применяются, например, при значительных колебаниях верхнего уровня грунтовых вод – нижняя часть выполняется деревянной (постоянно находится в воде), а верхняя – бетонной или железобетонной.
Грунтовые сваи. Грунтовые (или песчаные) сваи применяются для уплотнения слабых грунтов. Относятся к набивным сваям. Стальная обсадная труба с раскрывающимся наконечником погружается в грунт с помощью вибропогружателя. По достижении проектной глубины труба заполняется песком, после чего с помощью вибропогружателя извлекается на поверхность; наконечник раскрывается от веса песка, который высыпается и уплотняется под действием вибрации. Дополнительное и эффективное уплотнение достигается проливом скважины водой. Применяют трубы диаметром 32-50 см, глубина скважин до 7 м.
Рис.6.2. Схема устройства грунтовых свай:
а) – погружение обсадной трубы; б) – извлечение обсадной трубы; в) –конструкция раскрывающегося наконечника обсадной трубы; 1–вибропогружатель; 2 – обсадная труба; 3 – раскрывающийся наконечник; 4 – песок; 5 – створка наконечника; 6 – фиксирующее кольцо; 7 – шарнир.
По способу возведения сваи можно разделить на две группы:
сборные – изготавливаются на заводе и погружаются в грунт различными способами (погружаемые, забивные и др.);
набивные – изготавливаются в грунте.
По характеру передачи нагрузки на грунт сваи делятся на:
сваи-стойки – передают нагрузки своей нижней частью на более прочные грунты, залегающие под толщей слабых грунтов;
висячие сваи – передают нагрузку на основание за счет сил трения грунта с поверхностью сваи.
Рис.6.3. Схемы передачи нагрузки сваями на основание:
а) – свая-стойка; б) – висячая свая; 1 – слабый грунт; 2 – прочный грунт; 3 – свая; 4 – силы трения.
По виду армирования (железобетоные сваи) бывают:
с напрягаемой продольной арматурой;
с ненапрягаемой продольной арматурой;
с поперечным армированием;
без поперечного армирования.
По конструкции классифицируют сваи с различными поперечными (рис.6.4.) и продольными (рис.6.5.) сечениями.
Рис.6.4. Разновидности сечений сборных свай.
Рис.6.5. Виды сборных свай:
а) – призматическая; б) – составная; в) – полая; г) – с уширением внизу; д) – с уширением на стволе; е) – с уширением вверху; ж) – пирамидальная; з) – ромбическая; и) – пирамидально-призматическая; к) – с оголовком; л) – винтовая.