2014-02-02
2280
Классификация свай.
Общие положения.
Свайные фундаменты применяют при строительстве зданий и сооружений для передачи нагрузки на грунт, особенно в тех случаях, когда в основании залегают слабые или неустойчивые (просадочные) грунты, а также для упрочнения и повышения устойчивости оснований, ограждений подземных и заглубленных объектов от доступа воды, предотвращения осыпания или оползания грунтов.
Свайные фундаменты по сравнению с другими их видами имеют ряд преимуществ. Их использование в ряде случаев позволяет снизить объем трудоемких земляных работ на 70-90%, исключить сложные работы по водопонижению, снизить материалоемкость фундаментов на 15-35% и трудоемкость их устройства в 1,2-1,8 раза.
Свайный фундамент состоит из свай объединенных по верху горизонтальной железобетонной конструкцией – ростверком. Расположение свай в плане зависит от особенностей конструкции здания или сооружения, а также от нагрузок передаваемых на основание и может быть:
· одиночным;
|
|
|
· кустами;
· в виде свайного поля.
Погружение свай в свайных полях проводят по трем схемам, приведенным на рисунке 6.1.
Рис.6.1. Схемы забивки свай:
а) – рядовая; б) – спиральная; в) – секционная: 1-13 – последовательность забивки свай.
Сейчас известно более 500 видов свай. Однако в практике строительства применяют небольшое количество видов, так как остальные имеют узкую область применения.
По материалу:
· деревянные;
· металлические;
· бетонные и железобетонные;
· комбинированные;
· грунтовые.
Деревянные изготавливают из сосны, ели, лиственницы, кедра, пихты, дуба. Длина свай 4-12 м. При забивке свай в плотные грунты на острие сваи надевают металлический наконечник, а на верхний конец – железное кольцо-бугель, предохраняющий сваю от размочаливания при забивке. Для предотвращения свай от гниения их пропитывают антисептиками и погружают так, чтобы вся свая располагалась ниже самого низкого уровня грунтовых вод. Применяются также шпунты из деревянных брусьев толщиной от 5 до 26 см.
Металлические сваи применяют в портовом, мостовом, энергетическом и промышленном строительстве, при возведении высотных сооружений (радиомачт, телебашен и т.п.). В качестве свай используют стальные трубы диаметром 25-100 см, рельсы, двутавры, винтовые сваи, завинчиваемые в грунт. Используются также сваи-оболочки – металлические трубы диаметром 1,2-2 м и более, длиной до 14 м, при необходимости их наращивают сваркой. Внутренняя полость сваи с открытым торцом заполняется грунтом, а с закрытым нижним торцом – бетоном.
Бетонные и железобетонные сваи выпускают сечением от 20х20 до 60х60 см и длиной от 3 до 16 м. Анализ грунтов и их несущей способности показывает, что для большей части территории России плотные грунты залегают на сравнительно небольшой глубине, что позволяет использовать сваи длиной 3-7 м. Такие сваи бывают как погружаемыми, так и набивными.
|
|
|
Комбинированные сваи. Применяются, например, при значительных колебаниях верхнего уровня грунтовых вод – нижняя часть выполняется деревянной (постоянно находится в воде), а верхняя – бетонной или железобетонной.
Грунтовые сваи. Грунтовые (или песчаные) сваи применяются для уплотнения слабых грунтов. Относятся к набивным сваям. Стальная обсадная труба с раскрывающимся наконечником погружается в грунт с помощью вибропогружателя. По достижении проектной глубины труба заполняется песком, после чего с помощью вибропогружателя извлекается на поверхность; наконечник раскрывается от веса песка, который высыпается и уплотняется под действием вибрации. Дополнительное и эффективное уплотнение достигается проливом скважины водой. Применяют трубы диаметром 32-50 см, глубина скважин до 7 м.
Рис.6.2. Схема устройства грунтовых свай:
а) – погружение обсадной трубы; б) – извлечение обсадной трубы; в) –конструкция раскрывающегося наконечника обсадной трубы; 1–вибропогружатель; 2 – обсадная труба; 3 – раскрывающийся наконечник; 4 – песок; 5 – створка наконечника; 6 – фиксирующее кольцо; 7 – шарнир.
По способу возведения сваи можно разделить на две группы:
· сборные – изготавливаются на заводе и погружаются в грунт различными способами (погружаемые, забивные и др.);
· набивные – изготавливаются в грунте.
По характеру передачи нагрузки на грунт сваи делятся на:
· сваи-стойки – передают нагрузки своей нижней частью на более прочные грунты, залегающие под толщей слабых грунтов;
· висячие сваи – передают нагрузку на основание за счет сил трения грунта с поверхностью сваи.
Рис.6.3. Схемы передачи нагрузки сваями на основание:
а) – свая-стойка; б) – висячая свая; 1 – слабый грунт; 2 – прочный грунт; 3 – свая; 4 – силы трения.
По виду армирования ( железобетоные сваи) бывают:
· с напрягаемой продольной арматурой;
· с ненапрягаемой продольной арматурой;
· с поперечным армированием;
· без поперечного армирования.
По конструкции классифицируют сваи с различными поперечными (рис.6.4.) и продольными (рис.6.5.) сечениями.
Рис.6.4. Разновидности сечений сборных свай.
Рис.6.5. Виды сборных свай:
а) – призматическая; б) – составная; в) – полая; г) – с уширением внизу; д) – с уширением на стволе; е) – с уширением вверху; ж) – пирамидальная; з) – ромбическая; и) – пирамидально-призматическая; к) – с оголовком; л) – винтовая.
Ударный метод основан на забивке свай в грунт специальным сваебойным оборудованием (свайными молотами). Технологический процесс забивки свай состоит из следующих операций:
· разметка мест забивки свай;
· доставка свай на место забивки (автотранспортом);
· раскладка свай на местах забивки с помощью крана;
· установка копра на место забивки;
· подтаскивание свай к копру с помощью лебедки;
· подъем свай на штангу с помощью лебедки;
· забивка свай молотом;
· передвижка копра на следующую стоянку и повторение цикла забивки.
Рис.6.6. Схема забивки свай:
а) – схема раскладки свай; б) – схема забивки отдельной сваи копром; 1– размеченные места забивки свай; 2 – разложенные сваи; 3 – забитая свая; 4 – стоянки копра; 5 – трактор; 6 – штанга; 7 – лебедка; 8 – молот; 9 – погружаемая свая.
Вибрационный и виброударный методы осуществляются с помощью вибромолотов и вибропогружателей.
Машины и оборудование свайное.
Агрегаты для погружения свай бывают:
· ударного действия (свайные молоты);
· вибрационного действия (вибропогружатели);
|
|
|
· виброударного действия (вибромолоты, сочетающие удар и вибрацию).
Для подтаскивания и установки сваи в точке погружения, для установки молота на сваю, направления молота и сваи при забивке, а также перемещения агрегата в зону производства работ служат копры.
Копровые установки (свайный молот, вибропогружатель или вибромолот в совокупности с копром) выполняются передвижными, самоходными и плавучими (для производства свайных работ на водоемах).
Свайные молоты делятся на:
· механические;
· паровоздушные;
· дизельные (штанговые и трубчатые).
Наиболее широкое применение получили дизель-молоты, так как в сравнении с механическими и паровоздушными они имеют более высокую производительность, проще в эксплуатации и дешевле. Существуют два типа дизель-молотов: штанговые и трубчатые. Разница между ними в конструкции направляющих для ударной части, а работают они оба по типу двигателя внутреннего сгорания. На рис.6.7. приведена схема трубчатого дизель-молота.
Рис.6.7. Схема трубчатого дизель-молота:
1 – ударная часть – поршень; 2 – направляющая секция трубы; 3 – рабочая секция трубы; 4 – шабот (пята); 5 – подъемно-сбрасывающее устройство («кошка»); 6 – канат; 7 – компрессионные кольца; 8 – топливный насос; 9 – камера сгорания.
Серийно выпускаются молоты с массой ударной части 500; 1250; 1800; 2500; 3500; 5000 кг для погружения железобетонных свай весом до 13 т и длиной до 25 м.
В паровоздушном молоте вместо топлива используется сжатый воздух или пар, нагнетаемые компрессором.
Вибропогружатели.
Их работа основана на передаче вибрации через сваю на грунт, что уменьшает его сопротивление. Вибропогружатели имеют массу до 2500 кг, погружают сваи длиной до 12 м, массой до 10 т. Различают низкочастотные и высокочастотные вибропогружатели. Высокочастотные применяют для погружения в малосвязные грунты легких свай (до 3 т), шпунта, труб и профильного металла. Низкочастотные применяются в более плотных грунтах для погружения тяжелых железобетонных свай и свай-оболочек. Применение вибрационного метода для погружения свай в маловлажные плотные грунты возможно лишь при предварительном пробуривании лидирующих скважин. На рис.6.8. дан схематический вид низкочастотного вибропогружателя.
|
|
|
Рис 6.8. Низкочастотный вибропогружатель:
1 – электродвигатель; 2 – наголовник; 3 – свая; 4 – дебалансные валы; 5 – корпус.
Вибромолот.
Более универсальным является виброударный метод погружения свай с помощью вибромолотов, которые по виду привода разделяются на электрические, пневматические, гидравлические и с двигателем внутреннего сгорания. Наиболее широко распространены пружинные вибромолоты (рис.6.9.), работающие следующим образом:
· вибровозбудитель при вращении валов с дебалансами в противоположных направлениях совершает постоянные колебания;
· ударник периодически ударяет через наковальню по свае.
Вибромолоты могут быть самостоятельно настраиваться, то есть, увеличивать энергию удара с повышением сопротивления грунта погружению сваи. Масса ударника вибромолота при погружении железобетонных свай должна быть не менее 50% массы сваи и составлять 650-1350 кг.
Рис.6.9. Схема пружинного вибромолота:
1 – вибровозбудитель; 2 – дебалансы; 3 – ударник; 4 – наковальня; 5 – наголовник; 6 – свая; 7 – пружины.
Копры.
Различают копры рельсовые (КР), навесные (КН) на тракторах, экскаваторах и автомобилях, навесное копровое оборудование (КО) на гусеничных тракторах, экскаваторах и кранах. Применяются также копры мостового типа (КМ).
Рис.6.10. Копер на тракторной основе (КН):
1 – трактор; 2 – копровая стрела; 3 – гидроцилиндры; 4 – свайный молот; 5 – канатно-блочная система; 6 – подставка; 7 – транспортное положение стрелы; 8 – шарнир.
Копры КН применяют на рассредоточенных объектах в радиусе до 200 км, например, при строительстве технологических трасс и погружении пробных свай при изыскательских работах. Применяются для погружения свай длиной до 12 м.
Рис.6.11. Навесное копровое оборудование на экскаваторе (КО):
1 – экскаваторная стрела; 2 – копровая стрела; 3 – гидроцилиндры; 4 – домкрат или телескопическая пята; 5 – свайный молот.
Навесное копровое оборудование применяется для погружения свай длиной до 16 м.
Рис.6.12. Рельсоколесный копер (КР):
1 – рельсы; 2 – нижняя рама; 3 – ходовые тележки; 4 – поворотная платформа; 5 – копровая мачта; 6 – механизмы изменения ориентации мачты; 7 – свайный молот.
Рельсоколесные копры (КР) имеют большую грузоподъемность и значительный собственный вес (до 20 т). Монтаж и демонтаж этих копров и устройство для них рельсовых путей – весьма трудоемкие процессы. Поэтому их применяют для погружения свай длиной более 12 м и при больших объемах свайных работ на одном объекте.
Рис 6.13. Копер мостового типа (КМ):
1 – рельсы; 2 – самоходный мост; 3 – тележка; 4 – копровое оборудование.
Копры мостового типа применяются при рядовой схеме забивки свай под здания и инженерные сооружения (опоры мостов, путепроводов, технологических эстакад и т.д.)
Погружение свай вдавливанием.
Статическое и вибрационное вдавливание свай осуществляют с помощью специальных установок, действующих на сваю массой, либо массой и вибрацией одновременно. Для погружения свай методом статического вдавливания (рис.6.14.) используют установки состоящие из двух тракторов, направляющей рамы, опорной плиты, наголовника для передачи давления и двух лебедок. Этот способ применяется для коротких свай длиной 3-5 м сплошного и трубчатого сечения.
Технология вдавливания свай следующая:
· сваю устанавливают в вертикальное положение на штанге агрегата;
· на голове сваи закрепляют оголовник, передающий давление от правого трактора через опорную плиту, раму и систему полиспастов непосредственно на сваю, которая благодаря этому давлению постепенно погружается в грунт.
Рис.6.14. Схема погружения сваи вдавливанием:
1 – свая; 2 – рама; 3 – трактор; 4 – лебедка; 5 – растяжки штанги; 6 – штанга; 7 – блоки; 8 – оголовник; 9 – вдавливающий канат; 10 – вдавливающая лебедка; 11 – опорная плита.
Как разновидность этого метода существует метод вибровдавливания, когда на оголовник устанавливается вибропогружатель, который, передавая вибрацию на сваю, облегчает ее погружение.
Погружение сваи завинчиванием.
Применяется чаще всего при устройстве фундаментов под мачты ЛЭП, радиосвязи и других сооружений, где могут возникать выдергивающие нагрузки. Длина сваи может превышать 20 м. Диаметр лопастей свайных наконечников от 300 до 3000 мм (в зависимости от величины нагрузки на сваю и вида грунтов). Применяется для завинчивания полых стальных и железобетонных свай со стальным наконечником. В случае завинчивания полых железобетонных винтовых свай, диаметр которых может достигать 1м, их внутренняя полость заполняется бетоном. Скорость завинчивания свай зависит от диаметра лопасти и характеристик грунта и находится в диапазоне 0,2-0,6 м/мин.
Рис.6.15. Схема завинчивания сваи:
1 – завинчивающий механизм (кабестан); 2 – механизм наклона кабестана; 3 – аутригер; 4 – свая; 5 – наконечник сваи.
Погружение свай гидроподмывом.
Применяют в малосвязных и несвязных грунтах. При погружении свай гидроподмывом грунт разрыхляют и частично вымывают струями воды, вытекающими из нескольких трубок Ø38-62 мм, укрепленных на свае. При этом сопротивление грунта у острия сваи снижается, а поднимающаяся вдоль сваи вода уменьшает силы трения между сваей и грунтом, препятствующие ее погружению.
Рис 6.16. Схема погружения свай гидроподмывом:
а) – общий вид сваи, погружаемой гидростатическим методом; б) – расположение подмывных трубок вне сваи; в) – то же внутри сваи; 1– свая; 2 – подмывные трубки; 3 – напорные шланги; 4 – подача воды; 5 – молот; 6 – крепеж; 7 – внутренняя полость сваи.
Давление подаваемой воды должно быть не менее 0,5 МПа. Свая погружается под действием собственной массы и массы, установленного на ней молота. Когда до проектной отметки погружения сваи остается 0,5-2 м, подачу воды прекращают и молотом добивают сваю до проектной глубины.
Применение метода подмыва не допускается, если имеется угроза просадки близлежащих сооружений, а также в целом на просадочном грунте.
Погружение свай с использованием электроосмоса.
Применяется в водонасыщенных плотных глинистых грунтах и суглинках. Сущность метода: уже погруженную в грунт сваю подсоединяют к положительному полюсу (аноду) электрической сети постоянного тока, а соседнюю (погружаемую) сваю – к отрицательному полюсу (катоду). При включении тока молекулы воды отталкиваются от анода и притягиваются к катоду, в результате чего влажность грунта у погруженной сваи резко снижается, а у погружаемой (с отрицательным полюсом) наоборот – резко увеличивается. В более влажном грунте свая погружается быстрее, что позволяет применять сваебойное оборудование меньшей мощности. После отключения тока влажность грунта выравнивается. В качестве анода и катода используются полосы стали, которыми оснащается свая. Их площадь достигает 20-50% боковой поверхности сваи. Эта операция отпадает при использовании металлических свай.
