книги из ГПНТБ / Симагин В.Г. Свайные фундаменты. Особенности проектирования и возведения

1.Разгружаются конструкции (а иногда и усилива­ ются) существующих зданий на период забивки свай, например, за счет снижения временных нагрузок;

2.Удаляются оборудование и люди;

3.В процессе забивки сван ведутся наблюдения за состоянием существующих зданий путем 'нивелирования осадочных марок, фотографирования и зарисовки сосед­ них сооружений, которые могут получить повреждения.

Забивка сваи ближе 25—30 л от зданий, обладающих повышенной чувствительностью к динамическим воздей­ ствиям и развитию неравномерных осадок, не допуска­ ется. В таком случае в качестве фундаментов могут быть использованы буронабивные сваи или забивные, погруженные в лидирующие скважины.

При оценке влияния забивки свай на состояние со­ седних зданий следует иметь в виду, что наиболее чувст­ вительны к уплотнению при динамических воздействиях песчаные водонасыщенные грунты. В случае, когда су­ ществующие здания опираются на свайные фундамен­ ты, необходимо учесть возможность уплотнения грунтов при динамических воздействиях и возможность развития «отрицательного трения». Влияние динамических воздей­ ствий на грунты основания возрастает с увеличением числа источников колебаний. Поэтому одновременная работа нескольких копров вблизи существующих зданий не допускается. Следует заметить, что подвесные моло­ ты создают меньшие сотрясения, чем другие типы. Наи­ более точно влияние забивки сваи на состояние сущест­ вующих зданий может быть оценено пробной забивкой нескольких свай с обязательным замером колебаний грунта -и наблюдением за осадками зданий.

В результате замера колебаний грунта в трех взаим­ но перпендикулярных направлениях определяется уско­ рение колебаний по формуле

где А — амплитуда колебаний, мм; Т — период колебаний, сек;

w — сейсмичность основания.

Пробная забивка свай позволяет определить мини­ мальное расстояние до существующих зданий с учетом

90

требований СНиП II-A.12—69, вытекающих из величины расчетной сейсмичности.

При забивке свай вблизи подпорных стенок необхо­ димо учитывать характер засыпки за стенкой. Если она будет оседать при сотрясениях, давление на стенку может значительно возрасти. Если грунт малосжимаем, он мо­ жет сдвинуться к стенке, сильно увеличивая опрокиды­ вающий момент. Забивка в насыщенный водой тонко­ зернистый песок может вызвать большую осадку, если пористость грунта выше критической.

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ТРУДНОСТИ ПРИ ЗАБИВКЕ СВАЙ И СРЕДСТВА ИХ ПРЕОДОЛЕНИЯ

Нередки случаи, когда по тем или иным причинам при погружении свай возникают различные трудности, приводящие к увеличению трудоемкости и сроков работ, а в ряде случаев даже к повышению стоимости. Ниже приводятся основные трудности и дефекты, встречающи­ еся в практике сооружения свайных фундаментов, и спо­ собы их устранения.

1 . З а м е д л е н и е , начиная почти с поверхности, по­ гружения свай, особенно в водонасыщениые песчаные грунты.

При затруднениях с погружением сван необходимо прежде всего использовать более мощное сваебойное оборудование, подмыв или устройство лидирующих скважин. Последние могут выполняться бурением, забив­ кой или вибропогруженнем лидера с последующим его извлечением. Диаметр лидирующей скважины не дол­ жен превышать размера сечения, а ее глубина должна быть на 2 м и более меньше глубины забивки свай.

Для обеспечения забивки сваи в кусты необходимо погружать их в такой последовательности: вначале в се­ редине куста, затем постепенно приближаться к наруж­ ному ряду.

Неожиданное прекращение погружения сван на неко­ торой глубине может свидетельствовать о наличии

91

в а л у н а или других препятствий. В таком случае за­ бивку свай следует прекратить до выяснения причин прекращения погружения свай. При отсутствии доста­ точно полных геологических данных и невозможности проведения испытания свай пробной нагрузкой нередко имеет место з а в ы ш е н и е или з а н и ж е и и е длины свай. Особенно часто этот просчет встречается в про­ ектах в начальный период внедрения свайных фунда­ ментов. Например, в г. Петрозаводске при забивке свай на жилом доме по ул. Мурманской, здании лесотехникума и др. недобивка свай до проектных отметок дохо­ дила до 8 м.

В подобных случаях вопрос должен решаться инди­ видуально в каждом конкретном случае. Рекомендуется при величине фактической несущей способности сваи менее 70% проектной использовать передачу части на­ грузок от здания на грунт через подошву ростверка, для чего ростверк должен быть заглублен до плотных грун­ тов; иногда следует уширять его, предусматривать

из основных причин — иегоризонтальность спланирован­ ной площадки, так как некоторое навесное сваебойное оборудование, смонтированное на тракторах и экскава­ торах, имеет неподвижную стрелу, а там, где она по­ движная, контроль осуществляется часто на глаз. При однорядном расположении свай иногда прибегают к за­ бивке свай-дублеров. При двухрядном расположении свай никаких дополнительных мероприятий обычно не требуется, кроме того случая, когда группа свай накло­

ных величин возникает в основном при забивке свай ранней весной, когда грунт оттаял на 20—30 см, поэто­ му сверху сильно разжижен, а внизу еще мерзлый. Рекомендуется в такой период сваи не забивать или погружать их в лидирующие скважины. При отклонении свай в плане на 10—15 см голова ее усиливается специ­ альной железобетонной оболочкой. При отклонении бо­ лее чем на 15 см приходится забивать сваю-дублер.

6 . Преждевременное р а з р у ш е н и е г о л о в свай. П р и ч и н ы: применение бетона пониженной марки или не набравшего 1 0 0 % прочности; использование молотов

92

малой мощности; большая величина защитного слоя бетона над сетками в голове свай; некачественная или неправильная установка в голове свай сеток, которые при изготовлении свай занимают наклонные положения; наличие в верхней части слабого неоднородного пласта с твердыми включениями; ложный отказ и твердые включения, выход из строя прокладок; большое заглуб­

увеличение его мощности путем увеличения высоты па­ дения ударной части; удаление части слоя с включения­ ми; прорезка сваями большого сечения (уменьшится количество свай и вероятность попадания на твердые непробиваемые включения); увеличение времени «отды­ ха» свай.

Материал и конструкция сваи не рассчитаны на про­ хождение камней, строительных конструкций и т. п. Об их наличии свидетельствуют: ‘внезапный пулевой отказ; появление жесткого, резкого, звенящего удара; увеличе­ ние продольного изгиба; появление на стволе сваи про­ дольных и наклонных трещин, разрушений. Если голова сваи после забивки или после срубки имеет сколы, тре­ щины, неровности или другие подобные дефекты, то их устраняют следующими способами. Если разрушение

либо препятствием, то необходимо извлечь сваю и на ее место забить новую. При невозможности извлечения поврежденной сваи производится ее срубка и забивка рядом такой же сваи на проектную глубину. При затруд­ нениях с забивкой дублирующей сваи выполняется ремонт сваи путем бетонирования с установкой дополни­ тельного армирования.

7. В ы п у ч и в а н и е г р у н т а вокруг свайных кус­ тов может происходить вместе со сваями. Это наблю­ дается, когда забивка свай в кусте начинается с край­ них рядов. Выпученные сваи должны быть добиты.

В случае составных или наращиваемых свай необходима уверенность в том, что выпучивание пе разъединило 'Сты­ ки свай. Выпучивание можно уменьшить путем увеличе­ ния расстояния между сваями и определенной последова­

93

тельности забивки (от центра с постепенным приближе­ нием к наружным рядам).

8 . И с к р и в л е н и е свай наблюдается, если при за­ бивке сваи расположены слишком близко или недоста­ точна жесткость стволов, оно зависит также от характера грунта. Если сваи испытывают изгиб, то появляющиеся трещины приводят к коррозии арматуры.

9. Причинами п о л о м к и свай являются неправиль­ ное складирование и транспортирование, недостаточная прочность, использование молотов малой мощности и др.

МЕХАНИЗАЦИЯ РАБОТ ПО СРЕЗКЕ ГОЛОВОК СВАЙ

Нередки случаи, когда по тем или иным причинам при забивке сваи не погружаются до проектной отмет­ ки, поэтому приходится их срезать (при устройстве сборных ростверков) или срубать с оголением армату­ ры (при устройстве монолитных ростверков).

Для удаления головок железобетонных свай, возвы­ шающихся над проектной отметкой, и оголения армату­ ры свай обычно используются пневматические отбойные молотки, позволяющие срубать до 2 0 свай в смену. Ин­ ституты НИИмосстрой и БашНИИстрой предложили при срубке свай отбойным молотком использовать ин­ вентарный хомут, обжимающий бетон непосредственно под линией срубки и позволяющий получить достаточно ровную поверхность торца сваи. В ряде строительных организаций также разработаны и внедрены различные установки и приспособления для срубки свай (табл. 16). Они позволяют значительно сократить ручной труд, сни­ зить стоимость работ, увеличить производительность труда в 4—10 раз и обеспечить высокую точность срезки (в пределах 3—5 мм) без нарушения целостности бетона ниже линии среза.

04

95

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

ВКАРЕЛИИ'

Внастоящее время в Карелии делаются только пер­ вые шаги по применению свайных фундаментов, поэтому задача состоит в том, чтобы обобщить передовой опыт

других регионов нашей страны, а также разработать и применить новые конструкции и материалы для свай, способы производства работ, новое оборудование и ме­ ханизмы.

В последнее время получены интересные результаты по применению легких бетонов (менее 1800 кг/м3) в ка­ честве материала для свай [Ф. А. Ситников, 1970]. Как известно, применение легких бетонов в строительстве различных сооружений позволяет уже само по себе полу­ чить значительный экономический эффект. Хотя кон­ структивные легкие бетоны в стоимостном выражении дороже обычных (тяжелых) примерно той же прочно­ сти, но вследствие меньшего объемного веса они имеют ряд преимуществ: снижают вес конструкций, а следова­ тельно, и нагрузок, передаваемых на грунт, уменьшают расход арматурной стали и стоимость транспортирова­ ния сборных конструкций.

Правда, расход цемента в конструкциях из легких бетонов несколько выше, чем в конструкциях из тяже­ лых бетонов, а сам бетон обладает меньшей прочностью и имеет меньший модуль упругости. Но последнее свой­ ство оказывается не отрицательным для легких бетонов, применяемых в качестве материалов для свай, а наобо­ рот, положительным. Дело в том, что свойства легких бетонов, заключающиеся в меньшем модуле упругости, повышенной растяжимости и более позднем начале усадочных явлений, придают сваям, выполненным из них, большую трещияоустойчивость и долговечность. Благодаря этому появляется возможность значительно уменьшить количество арматуры по сравнению со свая­

1 Раздел іцатнісам Е. В. Шушаковым и В. Б. Фрейдиным.

96

щебня шунгитовых сланцев. С вводом в эксплуатацию нового шунгизитового завода в южной промышленной зоне г. Петрозаводска строительная индустрия Карелии будет ежегодно получать свыше 200 тыс. ж3 этого эффек­ тивного заполнителя для производства всевозможных строительных конструкций.

Получаемый в настоящее время шунгизитовый гравий имеет недостаточную прочность для того, чтобы исполь­ зовать его в конструктивных бетонах, в том числе и для свай. Однако работы последнего времени, выполненные в НИИЖБе, НИИ'СТРОМе, а также в Петрозаводском государственном университете имени О. В. Куусинена, свидетельствуют о наличии практических возможностей получения при обжиге более высокопрочных марок шун­ гизита.

Исследованиями, проведенными в ряде институтов, установлено, что при одной и той же кубиковой проч­ ности легкие бетоны имеют большую призменную проч­ ность, а это позволяет погружать в грунт длинные сваи на большую глубину, повышая их несущую способность без увеличения прочности бетона с повышенным расхо­ дом цемента. Меньший вес свай из легкого бетона также позволяет применить более легкое сваебойное оборудо­ вание, и для их погружения в грунт требуется меньшее количество равновеликих по энергии ударов.

При погружении овай из обычного бетона в них, кро­ ме сжимающих усилий и напряжений, могут возникать также и растягивающие напряжения до 25—35 кг/см2, особенно при забивке свай молотами [Г. М. Бадьин, 1967, Ф. А. Ситников, 1970 и др.].

Чтобы воспринять эти напряжения без образования трещин, требуется изготовлять сваи из бетона марки не ниже 600—800. При забивке свай из плотного бетона обычных марок в них часто наблюдается появление тре­

никают грунтовые воды, вызывая появление ее коррозии и этим значительно понижая несущую способность свай.

При забивке в аналогичных грунтовых условиях свай, выполненных из легкого бетона, благодаря большей деформативности и меньшему модулю упругости вели­ чина растягивающих напряжений не превышает

97

5—8 кг/см2, что воспринимается бетоном марки 250 и 300 без образования трещин.

Опыт применения свай из легкого бетона также показал, что они имеют большую величину действи­ тельного отказа по сравнению со сваями из плотного бетона одинаковой длины. Все это свидетельствует о большом преимуществе применения свай из нового материала — шунгизитобетона.

Моренные отложения являются наиболее распростра­ ненными в Карелии. Главная их особенность — значи­ тельное содержание крупнообломочного материала, в основном валунника, составляющего в среднем от 20 до 30%, а в некоторых случаях и до 50%. Средний раз­ мер валунов — около 50 см, а средне-максимальный — от 1 до 2 м. Это накладывает свои особенности на уст­ ройство свайных фундаментов, поскольку валуны, не позволяя производить забивку свай, могут свести на нет все усилия строителей.

Конечно, в первую очередь применение свай должно производиться на участках с минимальным содержани­ ем валунного материала. Вместе с тем, в этих специфи­ ческих условиях, как правило, наряду с широко распро­ страненными конструкциями призматических свай квад­ ратного сечения необходимо также применять и новые конструкции свай, появившиеся за последнее время. К ним прежде всего относятся буровые и буронабивные сваи.

Общим для этих свай является предварительное разбуривание скважин, выполняемое высокопроизводи­ тельными буровыми агрегатами. Когда встречается ва­ лун, он либо разбивается крестовыми долотами, либо проходится обычными методами. В случае встречи круп­ ных валунов или выхода скальных грунтов типа «ба­ раньих лбов», широко распространенных в Карелии, принимается решение на основании статического зонди­ рования о прекращении разбуривания и устройстве сваи-стойки, опирающейся на встреченный массив скаль­ ного грунта. Подобные свайные фундаменты благодаря их высоким экономическим показателям и высокой про­ изводительности работ получают все большее распро­ странение у нас в стране.

После проходки скважины в нее с небольшим уси­ лием опускается свая. Поскольку ее диаметр несколько

98

больше, чем диаметр пробуренной скважины, она раз­ двигает ее стенки и прочно закрепляется в грунте. Такой вид буровых спай называется бурозабивным. Их приме­ нением достигается высокая индустриализация производ­ ства работ по устройству свайных фундаментов. Недо­ статком их является потребность в предварительном разбуривании скважин, а также необходимость иметь довольно мощное буровое оборудование. Как правило, качество работ по устройству таких свайных фундамент тов получается очень высоким.

К буронабивным сваям относятся такие их конструк­ ции, которые после проходки скважин заполняются каким-либо материалом: бетоном, цементо-грунтом, пес­ ком, песчано-гравийной смесью и пр.

В зависимости от прочностных свойств материалазаполнителя несущая способность буронабивных свай может быть весьма различной: от неокольких тонн до сотен и даже тысячи тонн. Чтобы ее увеличить, перед заполнением материала, обычно бетона, в разбуренные скважины предварительно опускаются арматурные каркасы.

Примером такой конструкции овайных фундаментов являются сваи Камского автомобильного завода, где применение их дало огромную экономию денежных средств, сократило сроки производства работ и повыси­ ло производительность труда.

К недостаткам буронабивных свай относится доволь­ но большое количество операций, а также необходимость иметь на стройке бетонный узел или пользоваться товар­ ным бетоном при близком расположении объекта строи­ тельства от его базы индустриализации. Кроме того, из-за сложности нанесения антикоррозийных покрытий для изготовления бетонных буронабиівных свай необхо­ димо применять специальные виды цемента в условиях агрессивных грунтовых вод.

В последнее время появилось много новых конструк­ ций свай, которые уже прошли опытную проверку, пока­ завшую их высокие технико-экономические показатели. Часть из них может быть с успехом применена в специ­ фических грунтовых условиях Карелии. К ним нужно отнести пирамидальные оваи, предложенные В. Н. Го­ лубковым, которые, имея меньшую глубину забивки (что особенно важно в условиях республики), обладают

99