4.3. Свайные фундаменты.
Понятия: отказ, ложный и истинный отказы.
Явления, происходящие в грунте при забивке сваи.
Величина погружения сваи при ударе (забивке) носит название отказ.
При погружении свай через песчаные грунты величина отказа с глубиной резко уменьшается и в некоторых случаях может достигнуть нуля.
Для увеличения отказа сваи необходимо предоставить отдых, т.е. остановить забивку на 3…5 дней. За это время в около свайном пространстве восстанавливается поровое давление, грунтовая вода снова подходит к стволу сваи, трение снижается и сваю можно снова добивать т.к. отказ увеличивается относительно первоначальной величины, полученной до отдыха.
Такой же эффект может быть получен при добавлении воды в около свайное пространство во время забивки.
При погружении свай через водонасыщенные глинистые грунты величина отказа с увеличением глубины забивки может увеличиваться и свая как бы проваливается в водонасыщенное основание.
При забивке в
глинистых грунтах величина отказа (е)
с глубиной
или становится постоянной, или
увеличивается.
После отдыха в
течение 3…6 недель (снятие динамических
воздействий) величина отказа уменьшается.
Это явление получило название «засасывание
сваи».
Отказ (е) сваи во время забивки получил название «ложный».
Отказ (е) сваи после отдыха – «истинный».
Получение истинного отказа сваи в глинистых грунтах приводит к увеличению ее несущей способности.
Насколько повышается несущая способность сваи после отдыха?
В
Почти максимальная несущая способность
при забивке
В
Необходимо учитывать повышение несущей
способности
В глинах – в
1,7…6 раз
Понятие о кустовом эффекте.
При проектировании свайного фундамента расстояние между сваями (в осях) принимается не менее 3d (d – диаметр или сторона поперечного сечения сваи). Если необходимо более тесное расположение свай, несущую способность их нужно дополнительно уменьшать, т.е. увеличивать число или длину свай. Это связано с взаимным влиянием свай друг на друга, т.е. наложением возникающих в грунте напряжений («кустовой эффект»). Расстояние от боковой грани крайней сваи до грани ростверка обычно принимается не менее 15см.
При расчете свайных фундаментов из висячих свай кустовой эффект не учитывают, а ведут расчет свайного фундамента в целом по второму предельному состоянию (по деформациям) грунта основания.
Типы и реконструкции ростверков.
Ростверк — верхняя часть свайного или столбчатого фундамента, распределяющая нагрузку на основание. Ростверк выполняется в виде балок или плит, объединяющих оголовки столбов (свай) и служащая опорной конструкцией для возводимых элементов сооружения. Ростверком называют также одинарный или двойной металлический настил, который укладывают на грунтовую (гравийную) подушку, и выполняющий роль фундамента для лёгких зданий. Ростверк служит для распределения нагрузки, передаваемой сооружением на сваи. Головы свай обычно заделывают в ростверк. Однако свайный фундамент может состоять и только из одной сваи, которая будет являться продолжением колонны наземной конструкции. Нижняя поверхность ростверка называется его подошвой. Глубиной заложения свайного фундамента называется расстояние от поверхности грунта до плоскости, проведенной через острие свай.
Ростверки могут быть монолитными, сборными и сборно-монолитными.
Сопряжение свайного ростверка со сваями бывает свободно опирающимся и жестким. Свободное опирание ростверка на сваи должно учитываться в расчете как шарнирное сопряжение и при монолитных ростверках должно выполняться путем заделки голов свай в ростверке на глубину 5—10 см. Заделка выпусков арматуры в ростверке в этом случае не обязательна. Свободное опирание принимают для центрально нагруженных свай.
Жесткое сопряжение свай и ростверка предусматривается в следующих случаях: стволы свай располагаются в слабых грунтах, нагрузка приложена с эксцентриситетом, при действии на сваи горизонтальных и выдергивающих нагрузок, а также динамических воздействий. Жесткое сопряжение сваи с монолитным ростверком осуществляется с заделкой головы сваи в ростверк на глубину, соответствующую длине анкеровки арматуры, или с заделкой в ростверк выпусков арматуры на длину их анкеровки, определяемой расчетом. Эта длина должна быть не менее 20d при арматуре периодического профиля и 40 d для гладких стержней (d — диаметр стержня). При жестком сопряжении верхнюю часть головы сваи разбивают и обнаженную арматуру замоноличивают в ростверк. Неразбитую часть головы сваи заделывают в ростверк на глубину 5—10 см.
Конструкцию ростверка и технологию его устройства принимают в зависимости от типа свай. Ростверки объединяют группу свай в одну конструкцию и распределяют на них нагрузки от сооружения. Они чаще всего представляют собой непрерывную ленту по всему контуру здания в плане, включая внутренние стены. В зависимости от типа здания или сооружения ростверки разделяют на высокие и низкие.
Если подошва ростверка уложена непосредственно на грунт, то такой ростверк называется низким. Если подошва находится существенно выше поверхности грунта, то такой ростверк называется высоким. В некоторых случаях, например при пучинистых грунтах, подошву ростверка устанавливают несколько возвышающейся над грунтом на величину порядка 20 см. Однако такой ростверк тоже именуется низким. В некоторых случаях, например при устройстве свайных фундаментов в сейсмически опасных районах, головы свай не заводятся в ростверк, а между ними и нижней поверхностью ростверка устраивается амортизирующая песчаная прослойка.
Способ усиления ростверков выбирают в зависимости от характера повреждений и вызвавших его причин.
При коррозии наружного слоя бетона ростверков, а также для исправления и предохранения от дальнейшего разрушения выветрившейся и трещиноватой их поверхности следует применять торкретирование путем нанесения на поверхность конструкции под давлением цементного раствора. Перед торкретированием поверхность ростверка должна быть тщательно очищена стальными щетками или пескоструйным аппаратом, продута сжатым воздухом и промыта водой под давлением. Торкретирование рекомендуется выполнять по металлической сетке с ячейками размером 5—10 см при диаметре проволоки около 5 мм. Сетку привязывают вязальной проволокой к анкерам диаметром 8—10 мм, заделанным в ростверке на 15—25 см. Расстояние между анкерами принимают 50— 80 см. Торкрет наносят под давлением 0,4—0,6 МПа толщиной 20— 40 мм в 2—3 слоя полосами шириной 1 —165 м сверху вниз. Каждый последующий слой наносят после схватывания предыдущего.
При серьезных повреждениях железобетонных ростверков любых типов (плит, подколонников, лент, насадок), осуществляют более крупные ремонтные работы. Пустоты и трещины в бетоне заделывают нагнетанием цементного раствора под давлением. Для этого в ростверке перфораторами бурят вертикальные или наклонные шпуры диаметром 40—80 VMM, располагая их в таком порядке, чтобы максимально охватить разрушенный массив. Рекомендуемое расстояние между шпурами 0,8—1,5 м. Длина наклонных шпуров не должна быть более 0,4 толщины массива при бурении с обеих сторон массива и не более 0,75— при бурении с одной стороны. Общее число и расположение шпуров устанавливают в зависимости от степени разрушения ростверка, а также от расположения рабочей арматуры, поскольку шпуры должны буриться между стержнями арматуры. После окончания бурения шпуров через инъекционные трубки промывают бетон под давлением 0,2— 0,4 МПа. Для цементации обычно применяют водоцементный раствор состава от 1:10 до 1:1 (отношение цемента к воде по массе). В начале нагнетания применяют более жидкий раствор от 1:10 до 1:4 при давлении до 0,5—1,1 МПа. При малых поглощениях раствора его состав в процессе нагнетания не изменяют, но увеличивают давление до 1,1 МПа.
При недостаточной прочности бетона и значительном разрушении ростверков их усиляют обоймами. Обойму обычно выполняют на всю высоту ростверка по его периметру. Обоймы выполняют по такой же технологии, что и у фундаментов мелкого заложения.
Для свайных фундаментов с высоким ростверком усиление ствола свай является наиболее доступным. В этом случае сваи с поперечными или продольными трещинами и частичным разрушением стволов следует усиливать железобетонными обоймами, толщина стенок которых должна быть не менее 100 мм. Обойма устраивается на всю высоту свободной части сваи с заглублением в грунт не менее чем на 1 м. Известен способ обуривания ствола сваи скважинами малого диаметра. При этом способе вплотную к поверхности сваи пробуривают в грунте скважины диаметром 50—80 мм с расчетом не менее одной скважины вдоль грани сваи. По скважинам нагнетается цементный раствор, который окружает сваю сплошной рубашкой, препятствующей дальнейшему разрушению материала ствола и повышающей прочность окружающего грунта. Усиление стволов свай можно выполнять путем погружения забивной сваи или устройства буронабивной сваи вплотную к стволу. При устройстве буронабивной сваи у ствола бурят одну-две скважины, которые затем армируют и бетонируют. При таком способе следует усилять не все сваи подряд, а каждую вторую или даже третью. Иногда разрушенные стволы свай усиляют забивкой конической сваей.
Усиление всего свайного фундамента осуществляют при значительном разрушении фундамента, при большом увеличении нагрузки на фундамент, а также в связи с недостаточной несущей способностью грунта, на который опирается свайный фундамент.
При исчерпании несущей способности основания под сваями применяют методы закрепления и повышения прочности грунтов. Грунт вокруг стволов и под остриями свай может быть упрочнен цементацией, силикатизацией, смолизацией или обжигом.