Сваи использую для: устройства фундаментов, повышение несущей способности слабых грунтов, укрепления стенок котлованов от обрушения. Сваи классифицируют по следующим признакам:
по характеру работы в грунте – сваи-стойки, висячие сваи;
по материалу – железобетонные, бетонные, деревянные, стальные;
по виду армирования – с напрягаемой и ненапрягаемой продольной арматурой;
по конструкции – квадратные, прямоугольные и многоугольные, с уширением и без него, цельные и составные, призматические и конические, сплошные и пустотелые, винтовые;
по методам устройства – погружаемые и набивные.
Свайные фундаменты, состоящие из нескольких свай называют свайным кустом, а плиту которая их соединяет – ростверком.
Комплексный процесс устройства свай методом погружения: подготовка территории, геодезическая разбивка, доставка на стройплощадку, монтаж, наладку и опробование оборудования, погружение свай, резку отдельных свай на заданной отметке, демонтаж оборудования, устройство ростверка.
Технология погружения свай
Сваи погружают ударом, вибрацией, вдавливанием, завинчиванием, с использованием подмыва и электроосмоса, а также комбинацией этих методов.
1. Ударный метод. Основан на использовании ударной нагрузки. В результате погружения свая вытесняет объём грунта равный объёму её погружённой части, дополнительно уплотняя грунтовое основание. Зона уплотнения – 2 … 3 диаметра сваи. Ударную нагрузку создают – молотами. Применяют штанговые и трубчатые дизель-молоты. Число ударов в 1 мин у штанговых дизель-молотов 50…60, у трубчатых 47…55. В комплект к молоту входит наголовник, необходим для закрепления, предохранения сваи, и равномерного распределения удара. Удержание свай в рабочем положении производится копрами. Копры бываю на рельсовом ходу (универсальные металлические башенного типа) и самоходные. Универсальные применяют при забивке свай длиной более 12 м. Наиболее распространены сваи длиной 6…10 м, которые забивают с помощью сваебойных установок.
Забивку свай начинают с медленного опускания молота на наголовник после установки сваи и её выверки. Под действием веса молота свая погружается в грунт. Первые удары с ограничением энергии удара. Затем энергию удара постепенно увеличивают до максимальной. От каждого удара свая погружается на определённую 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 расчётного отказа, указанного в проекте. Измерение отказов следует производить с точностью до 1 мм. Отказ следует производить с точностью до 1 мм. Отказ находят как среднюю величину после замера погружения сваи от серии ударов, называемой залогом. При забивке свай паровоздушными молотами одиночного действия или дизель-молотами залог принимают равным 10 ударам, а при забивке молотами двойного действия – число ударов за 1…2 мин. Если средний отказ в трёх последовательных залогах не превышает расчётного, то процесс забивки сваи считают законченным. Сваи, не давшего контрольного отказа, после перерыва (продолжительность 3…4 дн) подвергают контрольной добивке. Если глубина погружения сваи не достигла 85% проектной, а на протяжении трёх последовательных залогов получен расчётный отказ, то необходимо выяснить причины этого явления и согласовать с проектной организацией порядок дальнейшего ведения свайных работ.
2. 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 частичное уплотнение грунта (виброуплотнение). Зона уплотнения составляет 1,5…3 диаметра сваи (в зависимости от вида грунта и его плотности). Сваю погружают с помощью специальных механизмов – вибропогружателей. Амплитуда колебаний и масса вибросистемы (вибропогружатель, наголовник и свая) должны обеспечить разрушение структуры грунта с необратимыми деформациями.
При выборе низкочастотных погружателей (420 кол/мин) (тяжелые ж/б сваи и оболочки) необходимо, чтобы момент эксцентриков превышал вес вибросистемы не менее чем в 7 раз для лёгких грунтов и 11 раз для средних и тяжёлых грунтов. Для погружения лёгких (масса до 3т) свай применяют высокочастотные (1500 колебаний в 1 мин и более) вибропогружатели с подрессоренной нагрузкой. Виброционный метод наиболее эффективен при несвязанных водонасыщенных грунтах.
Более универсальным является виброударный способ погружения свай с помощью вибромолотов. Наиболее распространены пружинные вибромолоты. Вибромолоты могут самонастраиваться, увеличивать энергию удара с поваышением сопротивления грунта погружению свай. Масса ударной части вибромолота должна быть не менее 50% от массы сваи и составлять 650…1350 кг.
В практике строительства применяется также метод, вибровдавливания. Метод вибровдавливания исключает разрушение свай и эффективен при погружении свай длиной до 6 м.
3. Погружение свай завинчиванием. Метод основан на завинчивании стальных и железобетонных свай со стальными наконечниками. Метод применяют при устройстве фундаментов под мачты линий электропередач, радиосвязи, где могут быть использованы несущая способность винтовых свай и их сопротивление выдёргиванию.
4. Методы ускорения процесса погружения свай. Основаны на энергии давления водяной струи (подмыв грунта), либо на использовании эффекта электроосмоса. Применение подмыва не допускается, если имеется угроза просадки близлежащих зданий, а также при наличии просадочных грунтов. Электроосмос при погружении применяется при наличии водонасыщенных плотных глинистых грунтов. Применение метода позволяет на 25…40% ускорить процесс погружения сваи, а также уменьшить нагрузки, необходимые для погружения.
5. Погружение свай в мёрзлые грунты. Сезоннопромерзающие грунты при глубине промерзания 0,7 м сваи погружаются обычными методами при использовании мощных молотов и вибромолотов. В остальных случаях следует создавать условия близкие к летним (предотвращать грунты от промерзания, оттаивать слой мёрзлого грунта или разрушать мёрзлый грунт).
Методы погружения свай в вечномёрзлые грунты характеризуются технологическими особенностями (высокая несущая способность грунтов в ненарушенном состоянии). Поэтому при выполнении свайных работ необходимо максимально сохранять мёрзлые грунты в их естественном состоянии, а на участках где в процессе погружения свай нарушается структура грунта, следует восстанавливать свойства этих грунтов. Вмерзание свай приводит к тому, что они приобретают высокую несущую способность. У этих грунтов среднегодовая температура на глубине 5…10 м не выше – 0,6о для супесей, - 1о С для суглинков и –1,50 С для глин. Погружение сваи в твёрдомёрзлые грунты происходит двумя методами: в оттаявший грунт (паровые иглы) или пробуренные скважины, диаметр которых превышает диаметр сваи.
В пластинчато-мёрзлые высокотемпературные (среднегодовая температура не ниже – 10 С) грунты сваи погружают забивным или бурозабивным методом. Обычные методы неприемлемы из-за малой скорости вмерзания свай. Забивать сваи можно в пластинчато-мёрзлые пылеватые суглинки и песчаные грунты, не содержащие включений, и только в период сезонного оттаивания. Бурозабивным методом сваи погружают в два этапа. На первом пробуривают лидирующую скважину, диаметр которой на 1…2 см меньше стороны сваи. На втором погружают сваю с помощью вибромолота или дизель-молота.
6. Последовательность погружения свай. Наибольшее распространение имеет рядовая система погружения свай, применяемая при прямолинейном расположении их отдельными рядами или кустами.
Спиральная система предусматривает погружение свай концентрическими рядами от краёв к центру свайного поля или от центра к краям свайного поля.
7. Выбор методов погружения свай и сваепогружаемого оборудования. Основными факторами, определяющими выбор метода погружения, являются физико-механические характеристики грунта, объём свайных работ, вид свай, глубина погружения, производительность применяемых установок. Объёмы работ измеряются числом свай или метрами суммарной длины погружённой части свай. Производительность оборудования измеряют за час или за смену. Число машин, необходимых для выполнения свайных работ определяют исходя из эксплуатационной сменной производительности сваепогружающей установки.
Технология устройства набивных свай
Набивные сваи устраивают на месте их проектного положения путём укладки бетонной смеси или песка (грунта) в полости (скважины), образуемые в грунте. Сваи часто делают с уширенной нижней частью – пятой. Уширение получают путём разбуривания специальными бурами, распирания грунта усиленным трамбованием бетонной смеси в нижней части скважины или взрывания заряда взрывчатого вещества.
В зависимости от способов создания в грунте полости и методов укладки и уплотнения материала набивки сваи подразделяют на буронабивные, пневмонабивные, вибротрамбованные, частотрамбованные, песчаные и грунтобетонные.
Технология устройства ростверков
При сваях из бетона и железобетона ростверки выполняют из сборного и монолитного железобетона. При забивных сваях, перед устройством ростверка выполняют операции по выравниванию голов свай (срубают бетон).
Контроль качества
Руководствуются следующим: 1) от качества выполнения свайных работ зависит несущая способность свайных фундаментов; 2) устройство свай относится к скрытым работам, требующим проверки качества. Контролируют: соответствие материалов проекту, соблюдения технологии погружения или набивки, несущую способность свай, соответствие положения свай в плане. Несущую способность погруженных свай определяют статическим и динамическим методами, а набивных – только статическим. Статический – свая нагружается грузами или домкратами до момента смещения. Динамический метод основан на косвенной оценке несущей способности сваи по значению отказа. Отказы замеряют с помощью отказомеров, которые можно ставить на грунт или подвешивать на сваю.
При контроле положения свай в плане следят, чтобы не были превышены допустимые отклонения: 0,2D – для забивных свай при однорядном расположении; 0,3D – при кустовом. Отметки голов свай – при монолитном ростверке -+ 50 мм, при сборном ростверке -+ 30 мм. Отклонение от проектных размеров при устройстве буронабивных свай не должны превышать -+ 20 в наклоне сваи, -+ 25 см в расположении свай, от +50 до-20 см в диаметре ствола и уширении сваи.