5. Классификация свай. Способы погружения свай

Сваи исп-ют для устр-ва фундаментов под различные здания и сооружения, повышения несущей способности слабых грунтов, а также для укрепления стенок котлованов от обрушения.

В строительном производстве сваи классифицируют по следующим признакам, определяющим или влияющим на методы устройства свайных фундаментов:

1. - по характеру работы в грунте:, висячие сваи, когда нагрузка свай передается грунту основания в большей части по боковой поверхности, и сваи – стойки (по нижнему торцу);

2. по материалу - железобетонные, бетонные, деревянные, стальные;

3. по виду армирования железобетонных свай -с напрягаемой и ненапрягаемой продольной арматурой, с поперечным армировани­ем и без него;

4. по форме сечения: квадратные, прямоугольные, круглые, трапецевидные.

5. по конструкции: цельные, составные, полые

6. по методам устройства свайных фундаментов — погружаемые и набивные. Погружаемые сваи изготовляют на поверхности земли и затем погружают в грунт в вертикальном или наклонном положении. Набивные сваи устраивают непосредственно в самом грунте.

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

Способы погружения забивных свай.

Сваи погружают ударом, вибрацией, вдавливанием, завинчива­нием, с использованием подмыва и электроосмоса, а также комби­нациями этих методов. Эффективность применения того или иного метода зависит в основном от грунтовых условий.

1. Ударный метод. Метод основан на использовании энергии удара (ударной нагрузки), под действием которой свая нижней заостренной частью внедряется в грунт.

Ударную нагрузку на оголовок сваи создают специальными механизмами — молотами самых разных типов, основными из ко­торых являются дизельные. На строительных площадках применяют штанговые и трубчатые дизель-молоты. В комплект к молоту входит наголовник, который предохраняет сваю от разрушения.

Рис. 1. Схемы передачи пог­ружающих сил на сваи при использовании дизель-молотов: а —штангового; б—трубчатого

Ударная часть штанговых дизель-молотов (рис.1)-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 неподвижный цилиндр, является направля­ющей конструкцией. Ударная часть молота — подвижный поршень с голо­вкой. Распыление топлива и воспламе­нение смеси происходит при ударе головки поршня по поверхности сферической впадины цилиндра.

Для забивки свай с целью удержания в рабочем положении молота, подъема и установки сваи в заданном положении приме­няют специальные подъемные устройства —копры. Основная часть копра — его стрела, вдоль которой устанавливается перед погруже­нием и опускается по мере его забивки молот. От каждого удара свая погружается на определенную величину, которая уменьшается по мере углубле­ния. В дальнейшем наступает момент, когда после каждого залога свая погружается на одну и ту же величину, называемую отказом. Сваи забивают до достижения расчетного отказа, указанного в проекте. Измерение отказов следует производить с точностью до 1 мм. Отказ принято находить как среднюю величину после замера по­гружения сваи от серии ударов, называемой залогом. Залог принимают равным 10 ударам или число ударов за 1-2 минуты.

2. Вибрационный и виброударный методы. Вибрационный метод основан на значительном умень­шении при вибрации коэффициента внутреннего трения в грунте и сил трения по боковой поверхности свай. Благодаря этому при вибрировании для погружения свай требуется усилий иногда в десятки раз меньше, чем при забивке. При этом наблюдается также частичное уплотнение грунта (виброуплотнение).

При вибрационном методе сваю погружают с помощью специ­альных механизмов—вибропогружателей. Вибропогружатель, представляющий собой электромеханическую машину вибрационного действия, подвешивают к мачте сваепогружающей установки и соединяют со сваей наголовником.

Вибрационный метод наиболее эффективен при несвязных водонасыщенных грунтах. Применение вибрационного метода для погружения свай в маловлажные плотные грунты возможно лишь при устройстве лидирующих скважин, т. е. при предварительном выполнении другого процесса, требующего буровых механизмов.

Более универсальным является виброударный способ погруже­ния свай с помощью вибромолотов. Наиболее распространенные пружинные вибромолоты. Вибромолоты могут самонастраиваться, т. е. увеличивать энер­гию удара с повышением сопротивления грунта погружению свай.

В практике строительства применяют также метод, основанный на комбинированном воздействии вибрации (или вибрации с уда­ром) и статического пригруза.

Метод вибровдавливания не требует устройства каких-либо путей для рабочих передвижек, исключает разрушение свай и особенно эффективен при погружении свай длиной до 6 м.

3. Погружение свай завинчиванием. Метод основан на завинчи­вании стальных и железобетонных свай со стальными наконечни­ками с помощью установок, смонтированных на базе автомо­билей или автомобильных тяга­чей.

Метод применяют главным образом при устройстве фундаментов под мачты линий электропередачи, радиосвязи и других сооружений, где в доста­точной мере могут быть исполь­зованы несущая способность винтовых свай и их сопротивле­ние выдергиванию.

Рабочие операции при погружении сваи методом завинчивания аналогичны операциям, выполняемым при погружении свай мето­дом забивки или вибропогружением. Только вместо установки и снятия наголовника здесь надевают и снимают оболочки.

4. Методы ускорения процесса погружения свай. Такие методы основаны либо на энергии давления водяной струи (подмыв грунта), либо на использовании эффекта электроосмоса.

- подмывом грунт разрыхляют и частично вымывают струями воды, вытекающими под давлением из нескольких трубок диаметром 38... 62 мм, укрепленных на свае.

Расположение подмывных трубок может быть боковым, когда две или четыре подмывные трубки с наконечни­ками находятся по бокам сваи, и центральным, когда один одно- или многоструй­ный наконечник размещен по центру погружаемой сваи.

Применение подмыва не допускается, если имеется угроза про­садки близлежащих сооружений, а также при наличии просадочных грунтов.

- погружение свай с использованием электроосмоса применяют при наличии йодонасыщенных плотных глинистых грунтов, морен­ных суглинков и глин. Для практической реализации метода погру­женную сваю присоединяют к положительному полюсу (аноду) источника тока, а соседнюю с ней погружаемую — отрицательному полюсу (катоду) того же источника тока. При включении тока вокруг сваи (анод) снижается влажность грунта, а у погружаемой сваи (катод), наоборот, повышается. После прекращения подачи тока происходит восстановление первоначального состояния грунтовых вод и несущая способность свай, являющихся катодами, возрастает.

5. Погружение свай в мерзлые грунты. Без дополни­тельных операций, удается обходиться при погружении свай мощными молотами и вибромолотами, если глубина промерзания не превы­шает 0,7 м. В остальных случаях следует создавать условия, близкие к летним. Для этого необходимо предотвращать промерзание грунта путем заблаговременного утепления мест забивки свай подручными материалами (опилки, солома и т. п.). Сам процесс погружения свай идентичен процес­сам, принятым для летних условий.

Погружают сваи в твердомерзлые грунты главным образом двумя методами: в оттаявший грунт или в пробуренные скважины, диаметр которых превышает наибольший размер поперечного сечения сваи. При погружении свай в оттаявший грунт вначале его оттаивают и затем погружают сваи в образовавшуюся в мерзлом грунте полость разжиженного грунта. Грунт оттаивают с помощью паровой иглы, перфорированной в нижнем конце. Под действием пара, выходящего у острия иглы, грунт раз­жижают до текучего состояния и в него погружают сваю до проек­тной глубины.

Метод погружения сваи в пробуренные скважины (рис. 6.6) предусматривает такую последовательность процес­сов и операций: бурение сква­жины; заполнение скважины песчано-глинистым раство­ром до отметки, при которой объем раствора с некоторым избытком достаточен для за­полнения зазоров между стен­ками скважины сваи после ее погружения; погружение сваи, сопровождающееся выжима­нием раствора; извлечение об­садной трубы.В пластично-мерзлые высокотемпературные (со сред­негодовой температурой не ниже —1°С) грунты сваи погружают забивным или бурозабивным методом.

Методы устройства набивных свай:

В зависимости от способа создания полости в грунте, метода укладки и уплотнения материала набивные сваи различают: буронабивные, пневмонабивные, вибротрамбованные, частотрамбованные.

Принципиальная схема устройства набивных свай состоит:

1. устройство полости в грунте: в зависимости от свойств грунта устройство полости ведут

а) без крепления стенок скважины: применяется в устойчивых грунтах, которые могут держать стенки скважины.

б) с применением глинистого раствора, удерживающего стенки скважины; Глинистый раствор готовят на месте производства работ преимущественно из бентонитовых глин. Недостаточно надежен при проведении работ зимой и достаточно трудоемок.

в) с обсадными трубами – возможно в любых геологических и гидрогеологических условиях. Обсадные трубы можно извлекать или оставлять в грунте в процессе производства свай. Секции обсадных труб соединяют стыками специальной конструкции или с помощью сварки.

2. заполнение полости рабочим материалом.

Буронабивной способ используют при устройстве свай диам. 400 -1200 мм на глубину до 30 м.При необходимости увеличения несущей способности набивных свай в нижней части устраивается уширение (пята). Буранабивной способ может выполняться бурением полости всеми способами, включая использование обсадных труб.

Пневмонабивные сваи применяют при устройстве свайных фундаментов в грунтах с большим притоком воды, затрудняющим сооружение буронабивных свай. В этом случае бетонную смесь укладывают в полость обсадной трубы при постоянном повышенном давлении воздуха, Бетонную смесь подают через шлюзовую камеру, которая действует по принципу пневмонагнетательных установок.

Вибротрамбованные сваи используют в сухих связанных грунтах, погружают обсадные трубы вибропогружателем на нижнем конце которого имеется съемный ж/б башмак. После достижения проектной отметки в обсадную трубу подают смесь ч/з вибропогружатель. Происходит уплотнение и трамбование, после чего по мере заполнения обсадную трубу извлекают, а башмак остается.

Частотамбованные сваи используют в плотных грунтах. Обсадную трубу с наконечником погружают с помощью молота. Последующие циклы аналогичны методу вибротрамбования.