8. Назначение и разновидности свай. Методы погружения заранее изготовленных свай.

Сваи используют для устройства фундаментов под различные здания и сооружения, повышения несущей способности слабых грунтов и укрепления стенок котлована от обрушения. Классификация свай: - по характеру работы в грунте: сваи-стойки, опирающиеся на несжимаемые грунты, и висячие, заглубленные в сжимаемые грунты. - по материалу - железобетонные, бетонные, деревянные, стальные. - по виду армирования ж/б свай - с напрягаемой и ненапрягаемой продольной арматурой, с поперечным армированием и без него. - по конструкции - квадратные, прямоугольные, 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 изготовляют на поверхности земли и затем погружают в грунт в вертикальном или наклоном положении. Набивные сваи устраивают в самом грунте.

Свайные фундаменты, состоящие из нескольких свай, образующих общую группу, наз. свайным кустом, а плиту, которая их соединяет - ростверком. Технология погружения свай:

1. Ударный метод - основан на использовании энергии удара, под действием которой свая нижней заостренной частью внедряется в грунт. По мере погружения она смещает частицы грунта в стороны, частично вниз, частично вверх. Свая вытесняет объем 1 грунта = объему ее погружаемой части, этим уплотняет грунтовое основание. Зона заметного уплотнения грунта вокруг сваи распространяется в плоскости, нормальной к продольной оси сваи, на расстояние, равное 2..3 диаметрам сваи.

Для создания ударной нагрузки 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

(рис) неподвижный цилиндр, имеющий пяту, является направляющей конструкцией. Ударная часть молота - подвижный поршень с головкой. Распыление топлива и распыление смеси происходит при ударе головки поршня по поверхности сферической впадины цилиндра, куда подается топливо. Число ударов в мин у штанговых - 50..60, у трубчатых - 47..55. Основной показатель, характеризующий погружающую способность молота - энергия одного удара. Она зависит от веса и высоты падения ударной части и энергии сгорания топлива. Для штанговых молотов

Е = 0,40Qh . для трубчатых Е = 0,90Qh.

где (Q-вес ударной части молота, Н; h - высота падения ударной части молота на сваю, м) . По полученному значению Ен подбирают молот, а затем его проверяют по коэф-ту применимости молота к,^K=(Q1+g)/EнQ- собственный вес молотаg- вес сваи Значение к от 3,5 до 6. В комплект к молоту входит наголовник для закрепления сваи в направляющих сваебойной установки, предохранения головы сваи от разрушения от ударов. Для забивки свай с целью удержания в рабочем положении молота, подъема и установки сваи в заданном положении применяют копры. Основная часть копра - его стрела, вдоль которой устанавливается перед I погружением и опускается по мере его забивки молот. Наклонные сваи погружают копром с наклонной стрелой. Копры бывают рельсовом ходу (прим. для забивки свай длиной более 12 м и при большом объеме забот) и самоходные (6... 10 м) - на базе трактора, крана и т.д. Сваю устанавливают на грунт, выверяют и опускают молот на наголовник сваи. Свая погружается под весом молота. Сначала удары производят с малой энергией, затем ее увеличивают. От каждого удара свая погружается на определенную величину, которая уменьшается по мере углубления. Затем наступает момент, когда после каждого залога свая погружается на одну и ту же величину называемую отказом. Сваи забивают до расчетного отказа (с точностью до 1 мм). Серия ударов наз. залогом.. Если средний отказ в 3 последовательных залогах е превышает расчетного, то забивку свай читают законченной. Сваи, не давшие контрольного отказа, после перерыва в 2-3 подвергают контрольной добивке.

2.вибрационный метод - уменьшение при вибрации коэф-та внутреннего трения в грунте и сил трения по боковой поверхности свай. При этом грунт уплотняется (виброуплотнение). Зона уплотнения = 1.5...3 диаметра свай.

Сваи погружают с помощью вибропогружателей,- он представляет собой, электромеханическую машину вибрационного действия -, подвешивают к мачте и соединяют со сваей наголовником. Способ применяется в слабых песчаных и супесчаных грунтах. Вибратор передает вибрацию на сваю и от нее к грунту. Связи между частицами грунта ослабевают и свая погружается под действием собственного веса. Эффективен в водонасыщенных грунтах. Этот метод не требует устройства каких-либо путей для рабочих передвижек, исключает разрушение свай и эффективен при погружении свай длинной до 6 м.

Рис. 6.2. Погружение свай вибрационным метолом:а—свае погружающая установка: /—вибропогружатель (вибромолот); 2—экскаватор; 3— свая; б —вибропогружатель с подрессоренной пригрузкой: / — электродвигатель; 2 — перегру­зочные плиты; 3—вибратор; 4—дебалансы; в—схема вибромолота: /—ударная часть с электродвигателем; 2 —дебалансы; 3 —боек; 4 — пружины; 5—-наковальня; г —схема погру­жения сваи способом вибрационного вдавливания: /—канат и блочки для подъема вибропог­ружателя; 2 — вибропогружатель; 3 ~вдавливающий канат и его блочки; 4—двухбарабанная лебедка; 5—рама стрелы

3. Виброударный метод - наиболее универсальный. Осуществляется вибромолотами, которые сочетают и в себе вибрацию и удары о сваю. Применяются в плотных грунтах с каменными включениями. Вибромолоты могут самонастраиваются -увеличивая энергию удара с повышением сопротивления грунта погружению сваи. Массе ударной части должна быть не менее 50% от массы сваи

4 Вибровдавливание -применяется в глинистых и суглинистых мягких грунтах. Этим способом погружаются свая от 3 до 6 м. Метод основан на комбинированном воздействии вибрации и статического пригруза. Вибровдавливающая установка состоит из 2 рам. Когда эта установка займет рабочее положение, вибропогружатель опускают вниз, наголовником соединяют со сваей и поднимают в верхнее положение, а сваю устанавливают на место ее забивки. Свая погружается под своим весом, весом погружателя и части веса трактора, передаваемого вдавливающим канатом через вибропогружатель на сваю.

5. Погружение свай завинчиванием - для завинчивания стальных и ж/б свай со стальными наконечниками с помощью установок, смонтированных на базе автомобилей или автомобильных тягачей. Метод применяют при устройстве фундаментов под мачты линий радиосвязи и т.д. Конструкция рабочего органа позволяет выполнять:- втягивать винтовую сваю внутрь трубы рабочего органа. - обеспечивать заданный угол погружения свай от 0 до 45° от вертикали, - погружать сваю в грунт путем вращения, - при необходимости вывертывать сваю из грунта.

Рис. 6.З. Схема процесса завинчивания свай:а —конструкция наконечника при погру­жении в мягкие грунты; 6 —то же, в плотные грунты; в—схема погружения сваи; /—-рабочий орган; 2 —редуктор наклона рабоче­го органа; 3—аутригеры; 4—свая; 5 — на­конечник сваи

6. погружение свай подмывом - грунт разрыхляют и частично вымывают водой, подаваемой под давлением из труб, закреплённых на свае. При этом сопротивление грунта у острия сваи снижается, а поднимающаяся вверх вода размывает грунт, уменьшая трение по боковой поверхности. Воду в трубки подают под давлением 0,5 МПа. Сваи на последнем метре или 2 м погружают без подмыва, забивкой. Применение подмыва не допускается при угрозе просадки ближайших сооружений и при наличии просадочных грунтов.

7. С помощью электроосмоса . Применяют в водонасыщенных плотных глинистых грунтах, моренных суглинках и глинах. Погружаемая свая подключается к отрицательному источнику постоянного тока, положительный источник подключается к спецэлектроду или к погруженной свае. Под действием постоянного тока вокруг погружаемой сваи образуется водонасыщенный грунт, и свая погружается под действием собственного веса или в сочетании с др. способами.

9 .Технология и методы устройства набивных свай.Набивные сваи устраиваются непосредственно в проектном положении путем бурения скважин и заполнения ее бетоном или др. материалом. Сваи часто делают с уширенной нижней частью - пятой.

1.Буронабивные сваи - предварительное бурение скважин и заполнения ее бетоном. Применяются сваи 200... 1800 мм и глубиной 60 м.

Три способа:

- Сухой способ -применим в устойчивых грунтах, которые могут держать стенки скважины. Методом вращательного бурения в грунте бурится скважина заданного диаметра и на заданную глубину. При необходимости нижнюю часть расширяют с помощью спец. расширителей. После этого в скважине монтируют арматурный каркас (при необходимости) и бетонируют методом вертикально перемещающейся трубы. Бетонолитные трубы состоят из отдельных секций и имеют стыки, позволяющие быстро и надежно соединять трубы. Бетонную смесь подают из автосмесителя или с помощью спец. загрузочного бункера. По мере укладки бетонной смеси бетонолитную трубу извлекают из скважины. В скважине бетонную смесь уплотняют с помощью вибраторов, закрепленных на приемной воронке бетонолитной трубы. Затем оформляется оголовок сваи - ростверк.

С применением глинистого раствора – в неустойчивых обводненных грунтах. Скважины бурят вращательным способом. В скважину глинистый раствор поступает по пустотелой буровой штанге. Поднимаясь по скважине вдоль ее стенок, раствор попадает в зумпф, оттуда возвращается насосом в буровую штангу для дальнейшей циркуляции. Затем устанавливают армокаркас, подают бетонную смесь, которая вытесняет глинистый раствор. По мере заполнения скважины бетоновод извлекают.

Устройство обсадными трубами - прим. в слабых грунтах, где возможно осыпание стенок скважины. Бурение производится одновременно с опусканием обсадной трубы в скважину, диаметром немного меньше самой скважины. После зачистки забоя и установки армокаркаса скважину бетонируют методом ВПТ. По мере заполнения обсадную трубу извлекают, дополнительно уплотняя бетонную смесь.

Для устройства уширения в основаниях свай используют взрывной способ. Для этого в пробуренной скважине обсадную трубу устанавливают так, чтобы ее нижний конец не доходил до дна на 1,2... 1,5 м. на дно опускают заряд взрывчатки расчетной массы и выводят проводник от детонатора к подрывной машине. Трубу заполняют бетонной смесью и производят взрыв.

Энергия взрыва уплотняет грунт и создает сферическую полость, которая немедленно заполняется бетонной смесью из обсадной трубы. Окончательно заполняют скважину. Буронабивные сваи делают 0 880.. 1200 мм, длиной до 35 м. используют литую бетонную смесь с осадкой конуса 16... 20 см.

2. Пневмотрамбованные сваи - при устройстве фундаментов с большим притоком воды. Бетонную смесь укладывают под давлением воздуха 0,25..0,3 МПа, который подается от компрессора через ресивер. Бетонную смесь подают небольшими порциями через шлюзовую камеру, которые состоят из 2 отрезков труб, соед. фланцами, которые имеют верхние и нижние отверстия - клапана. Подачу смеси через воронку в верхнюю камеру осуществляют при закрытом нижнем клапане. После подачи порции верхний клапан закрывается, а нижний - открывается и т.д.

3. Вибротрамбованные сваи - исп. в сухих связных грунтах. В грунт с помощью вибропогружателя погружают стальную обсадную трубу, имеющую на конце съемный ж/б башмак. После погружения трубы вибропогружатель снимают и внутреннюю полость трубы заполняют на 0,8... 1 м бет смесью. Смесь трамбуют, из-за чего она вместе с башмаком вдавливается в грунт, образуя уширенную пяту. Заполняют бет смесью, затем извлекают обсадную трубу при работающем вибропогружателе.

2. Частотрамбованные сваи - устраивают путем забивки обсадных труб, опирающихся на чугунный наконечник. Затем в полости устраивают сваю, уплотняя бет смесь с помощью ударов паровоздушного молота, передающихся через трубу.

Последовательность: на копер поднимают воздушный молот и обсадную трубу, ее нижний конец насаживают металлический башмак. Под действием удара молота трубу погружают до проектной отметки. Погружаясь, труба уплотняет грунт. Затем молот поднимают и устраивают сваю, исп-ют бет смесь с осадкой конуса 8.. 10 см. Параллельно с укладкой смеси извлекают обсадную трубу, причем металлич. башмак остается в основании сваи. При этом бет смесь уплотняется.

4.Песчаные и грунтобетонные сваи – прим для уплотнения слабых грунтов. Исп-ют обсадную трубу с четырехлопастным раскрывающимся наконечником. Трубу заполняют песком и с помощью вибропогружателя погружают в грунт. При движении трубы кольцо, открывающее лепестки наконечника, спадает и остается в грунте, а песок заполняет скважину. Песок уплотняют за счет вибрации от погружателя или трамбовками с помощью легкого копра. Таким способом выполняют набивку скважин на глубину до 7 м.

5. Грунтобетонные сваи - прим бурильно-крановые машины с пустотелой буровой штангой, имеющей на конце смесительный бур с режущими и перемешивающими лопастями. Через штанги нагнетают водоцементную суспензию. Смесительный бур при обратном вращении и извлечении послойно уплотняет грунт. В результате образуется грунтобетонная свая, изготовленная на месте без выемки грунта.