5. Свайные работы

5.1. Назначение и виды свай

Сваи применяют для устройства фундаментов промышленных и гражданских зданий, при строительстве опор мостов, набережных, эстакад и др. Короткие сваи (длиной 2-6 м) используют в качестве столбчатых фундаментов полносборных зданий.

Сваи можно классифицировать по многим признакам, важнейшими из которых являются:

- способ передачи нагрузок от сооружения на грунт;

- технология устройства;

- назначение;

- материал конструкции и форма поперечного сечения.

По способу передачи нагрузки на грунт сваи бывают висячие и сваи-стойки.

По технологии устройства сваи подразделяются на погружаемые различными способами (такие сваи, естественно, изготовлены заранее), их еще называют забивными; и набивные – изготавливаемые на месте их работы – в проектном положении.

По назначению сваи бывают одиночные, свайные кусты, совместно работающие в свайном поле, и шпунтовые.

Расположение свай в плане зависит от рода сооружения, его массы, места приложения нагрузки. При одиночном размещении каждая свая работает независимо от соседних свай. Сосредоточенная нагрузка от отдельных тяжело нагруженных опор или колонн передается на кусты свай, состоящие из 3-12 шт. Для совместной работы свайного поля при равномерно распределенной нагрузке сваи связывают поверху ростверком - это или плита, или лента. Для деревянных свай эта цель достигается с использованием так называемой обвязки, укладываемой поверху свай после их выравнивания.

Материалом для изготовления свай может служить дерево, металл, бетон и железобетон, уплотненный грунт, песок, щебень, грунтобетон.

Форма поперечного сечения бывает квадратной, прямоугольной, многогранной, круглой. Сваи могут быть сплошного сечения или полыми, постоянного по длине сечения и переменного (пирамидальные).

Висячие сваи передают нагрузку от сооружения на грунт за счет трения между боковой поверхностью сваи и грунтом, сваи-стойки – опиранием заглубленного конца сваи на плотные слои грунта (рис. 5.1.).

5.2. Забивные сваи

Забивные сваи погружаются в грунт различными способами – статическими, динамическими и комбинированными.

Статические способы – это вдавливание, подмыв, завинчивание.

Вдавливание применяют при погружении коротких свай сплошного и трубчатого сечения, оно эффективно для погружения железобетонных свай во влажные глинистые и суглинистые грунты. Для вдавливания используют установки (рис. 5.2), смонтированные из двух тракторов, вес которых через систему полиспастов и обойму передается на сваю, и внедряет ее в грунт. Преимущества способа – отсутствие динамических воздействий через грунт на рядом расположенные здания и сооружения.

Рис. 5.1. Сваи, отличающиеся по способу передачи нагрузки на грунт:

а – висячие сваи, б – сваи-стойки

Подмывом ускоряют погружение свай при использовании любых способов погружения. Заключается он в том, что в грунт рядом со сваей опускают две подмывные трубы. По трубам подают воду под давлением в несколько атмосфер. Вода, размывая грунт у острия сваи, значительно уменьшает трение ее боковой поверхности о грунт, в результате чего свая погружается под действием собственной массы и массы установленного на ней молота или другого погружающего устройства. Естественно, этот способ нельзя применять для висячих свай – трение уменьшается или добивать сваю на заключительном отрезке погружения без подмыва.

Завинчивание используется для погружения в грунт винтовых свай – это сваи, имеющие винтовой наконечник. Для этого используется специальное оборудование – кабестаны. Кабестан представляет собой механизм, включающий две пары захватов, обнимающих сваю и передающих ей вращательное движение при погружении в грунт. Для завинчивания свай большой длины (свыше восьми метров) кабестаны монтируют на кранах – плавучих или сухопутных, а длиной до 8 м используют мобильную установку на базе автомобиля. Основания с применением винтовых свай применяют тогда, когда на фундаменты при эксплуатации воздействуют выдергивающие усилия. Завинчивание свай может осуществляться как вертикально, так и наклонно на глубину до 10 м.

Рис. 5.2. Оборудование для погружения свай:

а - сваебойное оборудование на базе экскаватора; б – установка для вдавливания свай; в – то же, с помощью лебедки; г- низкочастотный вибропогружатель;

д – то же, высокочастотный; е – вибромолот;

ж – элементы оборудования для погружения свай с подмывом

Из динамических способов погружения свай можно выделить ударный метод (забивка) и вибропогружение.

Забивка осуществляется молотами – это устройства по принципу привода разделяющиеся на механические, паровоздушные и дизельные молоты. В любом случае сваебойный агрегат включает три обязательных элемента (рис. 5.3):

- шасси, на котором передвигается агрегат, это может быть трактор, экскаватор, самоходный кран, в том числе – автомобильный;

- устройство для установки сваи в вертикальное положение и сохранения его во время забивки – это так называемый копер;

- и собственно молот.

Механический молот – это металлическая отливка весом 0,1-3,0 т с захватным устройством и лебедкой, – устройство дешевое, простое, долговечное, но малопроизводительное.

Рис. 5.3. Сваебойный агрегат:

1 – шасси, 2 – копер, 3 – лебедка копра

Более производительны паровоздушные молоты, гидромолоты, и дизельмолоты. Первые совершают около 300 ударов в минуту, вторые – около 60.

Паровоздушные молоты по характеру использования энергии делятся на молоты простого и молоты двойного действия. Первые состоят из массивного корпуса, внутри которого находится паровой цилиндр. У такого молота рабочий ход происходит под действием силы тяжести ударной части, а энергия пара или сжатого воздуха используется при холостом ходе для подъема ударной части. Паровоздушные молоты двойного действия отличаются от молотов простого действия тем, что энергия пара или сжатого воздуха используется для дополнительного увеличения скорости падения ударной части, что увеличивает силу удара по свае.

Наибольшее распространение получили дизельмолоты, они оригинальны по конструкции, компактны, мобильны, не требуют громоздких котлов и насосных станций, автономны, экономичны.

У них один недостаток, понятный из схемы его работы (рис. 5.4) – затруднена забивка свай в слабые грунты.

Рис. 5.4. Дизельмолот:

1 –штанга, 2 – камера сгорания, 3 – цилиндр, 4 – поршень,

5 – система подачи топлива

Вибропогружение осуществляют с помощью вибропогружателей – это по существу вибратор, закрепляемый на верхнем конце сваи, который передает свои колебания свае, а она - грунту, вследствие этого уменьшаются силы трения в зоне контакта сваи и грунта, и свая под воздействием собственного веса и веса установленного на ней погружателя внедряется в грунт.

В зависимости от вида свай и свойств грунта вибропогружатели могут жестко закрепляться на свае или подрессориваться, использовать высокие частоты вибрации (для легких свай) или низкие (для тяжелых). Наиболее эффективен этот метод для грунтов песчаных и водонасыщенных. 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.

При вибрационном погружении в глину или тяжелый суглинок под нижним концом сваи образуется перемятая глинистая подушка, которая вызывает значительное (до 40%) снижение несущей способности сваи. Чтобы устранить возникновение этого явления, сваю погружают на заключительном отрезке длиной 15-20 см ударным методом.

Способы комбинированные представляют собой самые разные комбинации как статических, так и динамических методов: забивка с вибрацией вибромолотами, забивка с подмывом, вдавливание с вибрацией, вдавливание с подмывом и т. д. Наиболее универсальным и часто применяемым из них является погружение с помощью вибромолотов.