3. СВАЙНЫЕ РАБОТЫ

Сваи используются для устройства фундаментов под различ­ ные виды зданий, опор мостов, эстакад и т. п., а также для повыше­ ния несущей способности слабых грунтов и для укрепления стенок котлованов.

3.1.Виды свай

Встроительном производстве сваи классифицируют по сле­ дующим признакам:

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

-по материалу — железобетонные, бетонные, деревянные,

стальные;

-по виду армирования железобетонных свай— с напрягаемой продольной арматурой, с ненапрягаемой продольной арматурой,

споперечным армированием и без него;

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

-по способу изготовления — забивные (сборные), поставляе­ мые на строительную площадку в виде сборных элементов, изготав­ ливаемых на заводе, и погружаемые в грунт различными способа­ ми; набивные, устраиваемые прямо в грунте.

Из забивных наибольшее распространение получили железобе­ тонные сваи, которые имеют следующие характеристики:

-размер сечения от 200 х 200 до 400 х 400 мм (с интервалом 50 мм);

-длину от 3 до 20 м (с интервалом 1 м);

-арматуру А-1, А-И, А-1П;

-класс бетона В15-В30, для предварительно напряженных железобетонных свай В30-В40.

Забивка— основной способ погружения готовых свай. Для за­ бивки применяют копры, оборудованные механическими, паровоз­ душными или дизельными молотами. Механические и паровоздуш­ ные молоты в массовом строительстве постепенно заменяются гид­ равлическими и вибрационными дизель-молотами из-за их высокой производительности и простоты эксплуатации.

Методы забивки свай

У дарный метод забивания свай основан на использовании энергии удара (ударной нагрузки), под действием которой свая нижней заостренной частью внедряется в грунт. В результате по­ гружения свая вытесняет объем грунта, практически равный объе­ му ее погруженной части, и таким образом дополнительно уплотня­ ет грунтовое основание. Зона заметного уплотнения грунта вокруг сваи распространяется на расстояние, равное двум-трем диаметрам сваи.

Ударную нагрузку на оголовок сваи создают специальными ме­ ханизмами — молотами самых разных типов, основными из кото­ рых являются дизельные.

В комплект к молоту входит наголовник, который необходим для закрепления сваи в направляющих сваебойной установки, пре­ дохранения головы сваи от разрушения ударами молота и равно­ мерного распределения удара по площади сваи.

Для забивки свай с целью удержания в рабочем положении мо­ лота, подъема и установки сваи в заданном положении применяют специальные подъемные устройства— копры. Основная часть коп­ ра — его стрела, вдоль которой устанавливается перед погружени­ ем и опускается по мере забивки сваи молот. Наклонные сваи по­ гружают копрами с наклоняющейся стрелой.

Копры бывают на рельсовом ходу (универсальные металличе­ ские башенного типа) и самоходные — на базе кранов, тракторов, автомашин и экскаваторов.

Универсальные копры применяют при забивке свай длиной бо­ лее 12 м и при большом объеме свайных работ. Наиболее распро­ страненные в строительстве сваи длиной 6 ... 10 м забивают при по­ мощи самоходных установок.

Забивка свай ведется до получения заданного проектом отказа.

Отказ— глубина погружения сваи от одного удара. Отказ изме ряют с точностью до 1 мм. Осадку от одного удара в конце забивю сваи измерить трудно, поэтому отказ определяют как среднее зна чение при серии ударов, называемой залогом.

При погружении свай дизель-молотами и паровоздушными мс лотами одиночного действия залог принимается равным 10 ударал при погружении свай молотами двойного действия и вибропогр) жателямизалог принимают равным числу ударов за 1 мин забивки.

Существуют следующие основные схемы забивки свай: ряде вая, секционная и две спиральных (от краев к середине в обычны условиях, от середины к краям при плотном грунте).

Недостатком забивных свай является динамическое воздейст вие на людей и здания, поэтому были разработаны безударные спс собы погружения готовых свай.

Вибрационным методом обычно погружают полые сва и стальной шпунт, поскольку такие конструкции свай при погружс нии встречают меньшее сопротивление грунта.

Вибрационный метод основан на значительном уменьшении пр вибрации коэффициента внутреннего трения в грунте и сил трени по боковой поверхности свай. При этом происходит частичное уг лотнение грунта. Зона уплотнения составляет 1,5. ..3 диаметра сват При вибрационном методе сваю погружают с помощью спещ альных механизмов — вибропогружателей. В зависимости от мае сы свай используют низкочастотные (400 колебаний в минуту) ил высокочастотные погружатели (1500 колебаний в минуту). После; ние применяются при погружении свай небольшой массы. Вибрг ционный способ наиболее эффективен при несвязных водонась

шенных грунтах.

Действие вибропогружателя основано на принципе, при коте ром вызываемые дебалансами вибратора горизонтальные центре бежные силы взаимно ликвидируются, в то время как вертикальны суммируются.

Более универсальным является виброударпый метод погру жения свай с помощью вибромолотов.

Метод вдавливания коротких свай (до 6 м) более безопасе* для окружающих сооружений, чем вибрационный и виброударньп методы. Однако в плотных грунтах перед вдавливанием необходи мо бурить лидирующие скважины небольшого диаметра.

Метод вдавливания свай предусматривает их погружение в грунт с помощью специальных установок, воздействующих иа сваю своей массой. При этом применяют агрегаты из двух тракто­ ров, оборудованных направляющей рамой, опорной плитой, наго­ ловником для передачи давления на сваю, соединенными с вдавли­ вающим полиспастом.

В практике строительства применяют также метод, основанный на комбинированном воздействии вибрации и статического пригруза. Вибровдавливаю щ ая установка состоит из вибропогружателя и лебедки с вдавливающим канатом. После включения вибропогру­ жателя и лебедки свая погружается за счет собственного веса, веса вибропогружателя и части веса трактора, передаваемого вдавли­ вающим канатом через вибропогружатель на сваю. Этот способ бо­ лее эффективен, чем простое вдавливание.

Метод завинчивания основан на ввинчивании стальных и же­ лезобетонных свай со стальными наконечниками в грунт с помо­ щью установок (кабестанов), смонтированных на базе автомобилей или автомобильных тягачей.

Метод применяют главным образом при устройстве фундамен­ тов под мачты линий электропередачи, радиосвязи и другие соору­ жения, где присутствуют выдергивающие усилия.

Угол погружения таких свай 0 -4 5 1радусов от вертикали.

Метод погружения свай с подмывом основан на разрыхлении

ичастичном вымывании струями воды грунта под острием свай. Вода подается под давлением не менее 0,5 МПа по нескольким трубкам диаметром 38...62 мм, укрепленным на свае. Расположе­ ние подмывных трубок бывает центральным или боковым. Цен­ тральное расположение более предпочтительно, поскольку при бо­ ковом расположении подмывные трубки часто повреждаются и за­ полняются грунтом.

При этом сопротивление грунта у острия сваи снижается, а по­ дымающаяся вдоль сваи вода размывает грунт, уменьшая тем са­ мым трение по боковым поверхностям сваи.

Всвязи с размывом грунта под пятой сваи за 1-1,5 м до проект­ ной отметки подмыв прекращают и дальше сваю погружают без подмыва.

Погружение свай с помощью электроосмоса применяется при установке свай в глинистых грунтах. Оно основано на том

принципе, что при кратковременном действии постоянного тока во­ круг забиваемой сваи, подключенной в сеть в качестве катода, влажность 1рунга возрастает, в результате чего понижаются силы трения между сваей и грунтом. Для этого железобетонные сваи ос­ нащаются по боковым поверхностям электродами в виде металли­ ческих пластин. Площадь этих пластин должна составлять 20-25 %

от площади боковой поверхности сваи.

Комбинированный метод погружения свай применяют в тех случаях, когда осуществить их погружение на всю длину каким-то одним методом невозможно. При этом в зависимости от условий строительной площадки применяют различные методы погружения свай, например подмыв с забивкой или подмыв с вибропогружени­ ем и др.

Выбор методов погружения свай в мерзлые грунты

В зимних условиях метод погружения свай зависит от глубины промерзания грунта.

Если толщина мерзлого слоя не превышает 0,7 м, используют более мощное сваебойное оборудование.

При толщине мерзлого слоя более 0,7 м бурят лидирующие скважины, разрыхляют или протаивают грунт в местах расположе­ ния свай огневым способом, электроили паропрогревом и др.

Для предотвращения замерзания грунта места погружения свай можно заблаговременно утеплять опилками, листьями и другими подручными материалами.

3.3. Устройство пабивных свай

Основной недостаток забивных свай — перерасход материаль­ ных и трудовых ресурсов за счет срубки оголовков свай («полов»), которые образуются в результате неодинаковых отказов. К достоин­ ствам набивных свай относятсяэкономия материалов и дополнитель­ ная возможность изготовления свайразличной несущей способности без значительного изменения технологии работ. Возможно произ­ водство работ вблизи зданий и сооружений, поскольку они не сопро­ вождаются значительными динамическими воздействиями на окру­ жающую среду в отличие от процесса погружения готовых свай.

Н абивны е сваи изготавливают непосредственно на площадке в проектном положении методом устройства скважин и заполнения их бетонной смесью или другими материалами.

Применяются следующие виды набивных свай:

-вибротрамбованные;

-частотрамбованные;

-пневмонабивные;

-песчаные и грунтовые;

-грунтобетонные;

-буронабивные.

Вибротрамбованные сван устраивают в сухих связных грун­ тах. В грунт погружают обсадную трубу с башмаком, который пре­ дохраняет ее внутреннюю полость от попадания грунта. Загружают порцию бетонной смеси на 0,8-1 м и трамбуют ее с помощью трам­ бующей штанги, подвешенной к вибропогружателю; при трамбова­ нии образуется уширенная пята сваи. Укладывают и трамбуют по­ следующие слои. Извлекают обсадную трубу при работающем виб­ ропогружателе и устанавливают арматурный каркас для связи

сростверком.

Частотрамбованны е сваи образуются в результате забивки обсадной трубы с металлическим башмаком, установки арматурно­ го каркаса и укладки высокоподвижной бетонной смеси с одновре­ менными возвратно-поступательными ударами молота, чтобы об­ садная труба при каждом цикле ударов поднималась на 4-5 см, за­ тем опускалась на 2-3 см и таким образом уплотняла бетонную смесь. Далее обсадную трубу извлекают с помощью паровоздушно­ го молота двойного действия.

Пневмонабивные сваи устраивают в обводненных грунтах, для чего после бурения скважины в полость обсадной трубы уста­ навливают арматурный каркас, сжатым воздухом вытесняют грун­ товую воду, порциями укладывают бетонную смесь методом пнев­ матического бетонирования с одновременным подъемом обсадной трубы, в которой постоянно поддерживается повышенное давление воздуха (0,2-0,3 МПа).

Песчаны е и грунтовые сваи устраивают обычно в целях укре­ пления слабых грунтов. При изготовлении песчаных свай пользу­ ются вибронабивным способом, для чего обсадную трубу с закры­

тым наконечником погружают и заполняют песком. При подъеме трубы с вибрированием кольцо с наконечника трубы спадает, и песок заполняет скважину.

Для устройства грунтобетонных свай применяют буришь- но-крановые машины с пустотелой буровой штангой, имеющей на конце смесительный бур с режущими и перемешивающими лопастя­ ми. Через штанги нагнетают растворонасосом водоцементную сус­ пензию, изготовляемую в растворосмесителе. Смесительный бур при обратном вращении и извлечении послойно уплотняет грунт, насы­ щенный водоцементной эмульсией. В результате образуется грунто­ бетонная свая, изготовленная на месте без выемки грунта.

Такие грунтобетонные сваи обладают достаточной прочностью и низкой себестоимостью.

Буронабивные сван устраивают предварительным бурением скважин до заданной отметки и последующим формованием сваи. В зависимости от грунтовых условий буронабивные сваи устраива­ ют одним из следующих трех способов:

-без обсадной трубы в открытой скважине («сухой» способ);

-без обсадной трубы с заполнением скважины глинистым раствором для предотвращения обрушения стенок скважины;

-с креплением скважин обсадными трубами.

Скважина устраивается вытрамбовыванием, вращательным или ударным бурением.

Основное отличие машин для устройства скважин — способ извлечения грунта из скважины. При вытрамбовывании скважины с помощью пробойника-лидера или обсадной трубы грунт не извле­ кается. Шнековый бур поднимает грунт наверх благодаря враще­ нию винтового шнека. В случае применения ковшовых и грейфер­ ных буров грунт поднимается в закрытых буровых снарядах.

Для заполнения скважин бетонной смесью в строительстве применяют бетонолитные трубы, состоящие из отдельных секций, которые имеют стыки, позволяющие быстро и надежно соединять трубы. Используют литую бетонную смесь с осадкой конуса 16. ..20 см. Чаще всего изготовляют буронабивные сваи диаметром от 400 до 2000 мм и длиной до 30 м.

Глинистый раствор для удержания стенок скважин от обруше­ ния применяют при устройстве буронабивных свай в неустойчивых

обводненных грунтах. В скважину глинистый раствор поступает по пустотелой буровой штанге. Плотность глинистого раствора 1,2... 1,3 г/см3. Его готовят из бентонитовых глин.

Устройство буронабивных свай с креплением стенок скважин обсадными трубами возможно,в любых геологических и гидрогеоло­ гических условиях. Обсадные трубы можно оставлять в грунте или извлекать из скважин в процессе изготовления свай. Погружают об­ садные трубы в процессе бурения скважины гидродомкратами, а так­ же посредством забивки трубы в грунт или вибропогружением.

3.4. Устройство ростверков

Назначение ростверков — объединение отдельных свай в об­ щий свайный фундамент. Ростверки бывают монолитными и сбор­ но-монолитными различной высоты и формы. Процесс возведения ростверка мало отличается от традиционных схем бетонирования плит. По отметкам срубаются оставшиеся после забивки части свай и оголяется продольная арматура свай. На 0,10-0,15 м ниже плани­ ровочных отметок снимается грунт и укладывается слой шлака, щебня или песка. Устанавливаются и закрепляются щиты опалубки. Арматура ростверка и свай соединяется. Бетонируются плиты (бал­ ки) ростверка; опалубка снимается.

3.5. П риемка свайных работ

Работы по устройству свайных фундаментов и шпунтовых ог­ раждений относятся к числу скрытых работ, и судить об их качестве можно только по документам технической отчетности. По этой причине приемочной комиссии должны быть представлены сле­ дующие документы:

-утвержденный проект и рабочие чертежи;

-паспорта готовых свай и элементов сборных ростверков;

-журналы бурения скважин, погружения свай, бетонирования набивных свай и ростверков;

-акты лабораторных испытаний прочности бетона и приемки арматуры, стыков и сопряжений; данные геодезической разбивки

иисполнительные планы;

- данные контрольных испытаний нагрузкой (погружаемых

свай— статической и динамической; набивных — статической).

В процессе приемки проверяют:

-соответствие примененных материалов и изделий проекту,

-соблюдение технологии работ,

-несущую способность свай,

-их соответствие проектному положению.

Приемка оформляется актом, в котором должны быть отмече­ ны все выявленные дефекты, указаны сроки их устранения, дана оценка качества выполненных работ.

При приемке могут быть допущены некоторые отклонения от проектного положения свай, однако эти отклонения не должны пре­ вышать значений, нормируемых СНиПом.

Если у приемочной комиссии возникают сомнения в несущей способностисвай или если в проекте имеются специальные указания, то должныбытьпроведены контрольные испытания контрольной добивкой или статической нагрузкой. При контрольной добивке произ­ водят 3-5 ударов молота и определяют фактический отказ свай. Ис­ пытание статической нагрузкой выполняют гидравлическими дом­ кратами, укладкой дополнительного груза, натяжными муфтами или лебедками. Для этого сваю нагружают сверху грузами или через спе­ циальные упоры гидравлическими домкратами до момента смеще­ ния ее относительно окружающего грунта. По усилию, необходимо­ му для смещения сваи, судят о ее несущей способности. Этот метод надежен, но весьма трудоемок и требует много времени (4 ... 12 сут).

Динамический метод основан на косвенной оценке несущей способности сваи по значению отказа.

При контроле положения свай в плане следят, чтобы не были превышены допустимые отклонения:

-0,2/) для забивки свай при однорядовом расположении;

-0,32) при расположении свай в два и три ряда в лентах и кус­ тах (р — максимальный диаметр сваи).

Отметки голов свай могут иметь отклонение при монолитном

ростверке ±50 мм, при сборном ростверке ±30 мм. Отклонения от проектных размеров при устройстве буронабивных свай не должны превышать ±2° в наклоне сваи, ±25 см в расположении свай, от +50 до -20 см в диаметре ствола и уширении сваи.