8. Технология устройства свай

8.1. Основные положения

Свая – это несущий элемент, вертикально расположенный в грунте, воспринимающий усилия от всех вышерасположенных конструкций и передающий эти усилия на грунтовое основание.

В зависимости от способа передачи усилий на грунт (по характеру работы) сваи разделяют на:

а) висячие – передающие усилия на грунт в основном за счет трения по боковой поверхности. Используются, как правило, в слабых грунтах;

б) сваи-стойки – передающие усилия на грунт в основном за счет сопротивления нижнего конца сваи (острия). Сваи-стойки обычно прорезают толщу верхних слабых грунтов и опираются на плотные мало сжимаемые грунты (рис. 8.1).

Рис. 8.1. Схемы работы свай в грунте: а – сваи-стойки; б – висячие сваи; 1 – илистый грунт; 2 – торфяной грунт; 3 – насыпной грунт; 4 – железобетонный ростверк; 5 – сваи-стойки; 6 –скалистый грунт; 7 – лёссовый грунт; 8 – висячие сваи; 9 – средне-зернистый песок; 10 крупнозернистый песок

До середины прошлого века сваи использовались как специальные конструкции: в опорах мостов, в подпорных стенках причалов и т. п. В 1960-е годы были разработаны новые прогрессивные технологии устройства свай. Это сделало сваи не только конкурентоспособными, но и в ряде случаев более эффективными, чем обычные фундаменты, что и обусловило их широкое применение при возведении промышленных и гражданских сооружений.

Использование свай вместо обычных фундаментов (ленточных, столбчатых) позволяет сократить расход бетона на 20…40 %, разработку грунта на 70…90 %; упрощает работы нулевого цикла при высоком уровне фунтовых вод, а также при отрицательных температурах. Общая стоимость фундаментов снижается на 20…30 %.

По технологии устройства различают две группы свай:

– забивные, которые делаются на заводе, доставляются на объект и погружаются тем или иным способом в грунт в проектное положение;

– набивные, изготовляются на месте путем укладки бетонной смеси в скважины в грунте, пробуренные в проектном месте,

8.2. Устройство забивных свай

Для внедрения готовых свай в грунт используются следующие технологии:

– ударное погружение;

– вибропогружение;

– вдавливание;

– завинчивание.

Ударная технология погружения свай. Погружение ведется серией вертикальных ударов по голове сваи.

Сваи железобетонные заводского изготовления. Обычное сечение свай 300300 мм; длина – 5…16 м. Сваи длиной 12…16 м могут быть составными из двух элементов.

Сваи деревянные могут использоваться лишь ниже уровня грунтовых вод (в воде дерево не гниет). На таких сваях из лиственницы построено большинство старых зданий в Санкт-Петербурге, включая соборы и дворцы. В настоящее время при строительстве промышленных и гражданских сооружений (ПГС) деревянные сваи практически не применяются.

Стальные сваи – шпунт. Стальные пластины специального профиля, шириной 200…400 мм и длиной 6…12 м. Служат для устройства подпорных стен, крепления стенок глубоких котлованов.

Для погружения свай в грунт используется сваепогружающие установки СПУ (рис. 8.2, ).

Рис. 8.2. Сваепогружающие установки

СПУ включает:

– базовую машину – трактор, экскаватор, автомобиль, мобильный мост;

– копёр – для удержания свай в нужном положении; для навески погружающего механизма (погружателя);

– погружатель – механизм, который силовым импульсом внедряет сваю в грунт.

Рациональные области применения различных СПУ:

– тракторные установки – погружение свай длиной 5…12 м при рядовом расположении свай, производительность – 20…30 шт./смену;

– экскаваторные (или на базе стреловых кранов) – погружение свай длиной 6-16 м при кустовом расположении свай в фундаментах под колонны, производительность – 15…25 шт./смену;

– мостовые установки (рельсовые или гусеничные) – погружение свай длиной 5…10 м при расположении свай полем или устройство нескольких фундаментов домов при квартальной застройке микрорайона. Производительность – 50…70 шт./смену. Однако при больших начальных затратах эффективны лишь при больших объемах работ.

Используются погружающие механизмы – дизель-молоты (рис. 5.3, 5.4). Погружение ведется падением ударной части, возвращение ее в исходное положение происходит за счет газов от взрыва топлива (соляр) в рабочем цилиндре. Высоту подъема ударной части регулируют подачей топлива в цилиндр. Основной параметр молота – масса ударной части, которая в зависимости от рода грунта определяет максимально возможную длину погружаемой сваи.

Технологический состав процесса состоит из:

– разбивка осей свайных рядов;

– разбивка и закрепление штырями свайных точек;

– постановка агрегата на точку и постановка на него сваи;

– наведение при помощи агрегата сваи на проектную точку;

– погружение с контролем вертикальности и замером отказа.

При достижении сваей «отказа» погружение прекращается независимо от фактической глубины погружения сваи.

«Отказ» – величина погружения сваи от одного удара в мм (1,5…4,0), при достижении которой полностью обеспечивается проектная несущая способность сваи.

При сдаче свайного поля предъявляются:

– исполнительная схема погруженных свай;

– паспорта на сваи;

– акты на устройство стыков (при составных сваях);

– журнал свайных работ (с указанием отказа каждой сваи);

– акт погружения и испытания пробных свай.

Рис. 8.4. Работа трубчатого дизель-молота; а – рабочий удар, взрыв топлива; б – ударная часть подброшена взрывом; в – падение ударной части с высоты h; 1 – свая; 2 – неподвижная часть (цилиндр); 3 – камера сгорания; 4 – подвижная часть (поршень)

Достоинства данной технологии:

– высокая производительность;

– погружение в любые виды грунтов;

– значительное повышение несущей способности сваи (на 15…30 %) за счет уплотнения грунта под острием.

Недостатки:

– динамическое воздействие на сваю (должен быть запас прочности);

– большие динамические воздействия на здания и сооружения, расположенные рядом.

При наличии рядом со строительной площадкой ветхих или аварийных зданий данная технология неприемлема.