Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Ярославский государственный технический университет
ПРОЕКТИРОВАНИЕ свайных ФУНДАМЕНТОВ
Рекомендовано редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
Ярославль 2010
| УДК | 624.15 |
| ББК | |
| К |
| К | С.А. Тумаков, В.П. Фатиев, Г.Н. Голубь, С.М. Милонов, Проектирование свайных фундаментов: Учебное пособие. – Ярославль: Изд-во ЯГТУ, 2010. – 184 с. ISBN |
Приведены основные положения по проектированию свайных фундаментов. Дана классификация различных видов свай. Изложены методы и способы определения несущей способности свай. Рассмотрена теория расчета по первой и второй группам предельных состояний оснований свайных фундаментов. Даны примеры расчета свайных фундаментов.
Предназначено для студентов, обучающихся по направлению 270100 «Строительство» специальность 270102 "Промышленное и гражданское строительство" на факультете дополнительного образования и заочной формы обучения при выполнении учебных и исследовательских работ. Может быть использовано студентами дневной формы обучения.
Ил. 58. Табл. 35. Библиогр. 27.
УУДК 642.15
БББК
Рецензенты: кафедра;.
| ISBN | © Ярославский государственный технический университет, 2010 |
Введение
Проектирование оснований и фундаментов является одной из основных частей процесса проектирования зданий и сооружений. Выбор конструктивного решения фундаментов в значительной степени зависит от инженерно-геологических условий площадки строительства и величины и характера нагрузок, передаваемых на грунты основания. При наличии в верхней части основания слабых грунтов возникает необходимость в передаче давления сооружения на более плотные грунты, залегающие на большой глубине. Наличие в основании сооружения прослоек сильно деформируемых грунтов, также может привести к назначению значительной глубины заложения фундаментов. Необходимость устройства фундаментов глубокого заложения может быть вызвана большими нагрузками от сооружения, поскольку давления по подошве фундаментов ограничены расчетными сопротивлениями грунтов, размер которых, в свою очередь, зависит от глубины заложения.
В настоящее время в промышленном и, особенно, гражданском строительстве из всех видов фундаментов глубокого заложения наибольшее распространение получили свайные фундаменты. Применение свайных фундаментов взамен ленточных на естественном основании для жилых и общественных зданий в относительно благоприятных грунтовых условиях, как правило, бывает целесообразным при глубине заложения ленточных фундаментов более 1,7 м от поверхности планировки, а для производственных зданий - при глубине заложения отдельно стоящих фундаментов более 2,5 м. Удельный вес свайных фундаментов в настоящее время составляет примерно 27 % общего объема фундаментов [13].
Сваями называют относительно длинные стержни различной конфигурации, погруженные в грунт в готовом виде или изготовленные в грунте и предназначенные для передачи давления сооружения на глубоко расположенные грунты основания.
Свайными фундаментами чаще всего называют группу свай, объединенных поверху плитами или ростверками, которые обеспечивают передачу нагрузки от сооружения на отдельные сваи и их совместную работу в грунте.
Настоящее учебное пособие рассматривает вопросы проектирования свайных фундаментов в соответствие со сводом правил в строительстве СП 50-102-2003.
1. Общие положения
1.1. Основные положения по проектированию свайных фундаментов
Свайные фундаменты должны проектироваться на основе и с учетом:
а) результатов инженерных изысканий для строительства;
б) сведений о сейсмичности района строительства;
в) данных, характеризующих назначение, конструктивные и технологические особенности сооружения и условия его эксплуатации;
г) действующих на фундаменты нагрузок;
д) условий существующей застройки и влияния на нее нового строительства;
е) экологических требований;
ж) технико-экономического сравнения возможных вариантов проектных решений для принятия варианта, обеспечивающего наиболее полное использование прочностных и деформационных характеристик грунтов и физико-механических свойств материалов фундаментов.
При проектировании должны быть предусмотрены решения, обеспечивающие надежность, долговечность и экономичность сооружений на всех стадиях строительства и эксплуатации.
При разработке проектов производства работ и организации строительства должны выполняться требования по обеспечению надежности конструкций на всех стадиях их возведения.
При проектировании следует учитывать местные условия строительства, а также имеющийся опыт проектирования, строительства и эксплуатации сооружений в аналогичных инженерно-геологических, гидрогеологических и экологических условиях. Для этого должны быть выявлены данные о производственных возможностях строительной организации, ее парке оборудования, ожидаемых климатических условиях на весь период строительства и т.п.
Данные о климатических условиях района строительства должны приниматься в соответствии со СНиП 23-01 [11].
1.2. Основные указания по расчету
Расчет свайных фундаментов и их оснований должен быть выполнен в соответствии с ГОСТ 27751 [2] по предельным состояниям:
1) первой группы:
а) по прочности материала свай и свайных ростверков;
б) по несущей способности грунта основания свай;
в) по несущей способности грунта оснований свайных фундаментов, если на них передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и др.), в том числе сейсмические, если сооружение расположено на откосе или вблизи него или если основание сложено крутопадающими слоями грунта;
2) второй группы:
а) по осадкам оснований свай и свайных фундаментов от вертикальных нагрузок;
б) по перемещениям свай (горизонтальным и углам поворота головы свай) совместно с грунтом оснований от действия горизонтальных нагрузок и моментов;
в) по образованию или чрезмерному раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайных фундаментов.
Расчет по несущей способности, регламентированный подпунктом "в" для первой группы, допускается не производить, если конструктивными мероприятиями обеспечена невозможность смещения проектируемого фундамента.
В расчетах оснований свайных фундаментов следует учитывать совместное действие силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды (например, влияние подземных вод на физико-механические свойства грунтов и др.).
Сооружение и его основание должны рассматриваться совместно, т.е. должно учитываться взаимодействие сооружения со сжимаемым основанием.
Расчетная схема системы «сооружение – основание» или «фундамент – основание» должна выбираться с учетом наиболее существенных факторов, определяющих напряженное состояние и деформации основания и конструкций сооружения (статической схемы сооружения, особенностей его возведения, характера грунтовых напластований, свойств грунтов основания, возможности их изменения в процессе строительства и эксплуатации сооружения и т.д.). Рекомендуется учитывать пространственную работу конструкций, геометрическую и физическую нелинейность, анизотропность, пластические и реологические свойства материалов и грунтов, развитие областей пластических деформаций под фундаментом.
Нагрузки и воздействия, учитываемые в расчетах свайных фундаментов, коэффициенты надежности по нагрузке, а также возможные сочетания нагрузок принимаются в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07 «Нагрузки и воздействия» [9]. При этом нагрузки на перекрытия и снеговые нагрузки, которые могут относиться как к длительным, так и к кратковременным, при расчете свайных оснований по несущей способности считаются кратковременными, а при расчете по деформациям - длительными. Нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования в обоих случаях считаются кратковременными.
В расчетах необходимо учитывать нагрузки от складируемого материала и оборудования, размещаемых вблизи фундаментов. Нагрузку на полы промышленных зданий q допускается принимать равной 20 кПа, если в технологическом задании на проектирование не указывается большее значение этой нагрузки.
Усилия в конструкциях, вызываемые климатическими температурными воздействиями, при расчете оснований по деформациям не должны учитываться, если расстояние между температурно-осадочными швами не превышает значений, указанных в строительных нормах и правилах по проектированию соответствующих конструкций.
1.3. Инженерные изыскания
Свайные фундаменты следует проектировать на основе результатов инженерных изысканий, выполненных в соответствии с требованиями СНиП 11-02 «Инженерные изыскания для строительства», СП 11-102 «Инженерно-экологические изыскания для строительства», СП 11-104 «Инженерно-геодезические изыскания для строительства», СП 11-105 «Инженерно-геологические изыскания для строительства».
Выполненные инженерные изыскания должны обеспечить не только изучение инженерно-геологических условий нового строительства, но и получение необходимых данных для проверки влияния устройства свайных фундаментов на существующие здания и сооружения и окружающую среду, а также для проектирования, в случае необходимости, усиления оснований и фундаментов существующих сооружений.
Проектирование свайных фундаментов без соответствующего и достаточного инженерно-геологического обоснования не допускается.
Результаты инженерных изысканий должны содержать данные, необходимые для выбора типа фундамента, в том числе свайного, определения вида свай и их размеров, расчетной нагрузки, допускаемой на сваю, и проведения расчетов по предельным состояниям с учетом прогноза возможных изменений (в процессе строительства и эксплуатации) инженерно-геологических, гидрогеологических и экологических условий площадки строительства, а также вида и объема инженерных мероприятий по ее освоению.
Изыскания для свайных фундаментов в общем случае включают следующий комплекс работ:
- бурение скважин с отбором образцов и описанием проходимых грунтов;
- лабораторные исследования физико-механических свойств грунтов и подземных вод;
- зондирование грунтов - статическое и динамическое;
- прессиометрические испытания грунтов;
- испытания грунтов штампами (статическими нагрузками);
- испытания грунтов эталонными сваями и (или) испытания грунтов натурными сваями;
- опытные работы по исследованию влияния устройства свайных фундаментов на окружающую среду, в том числе на расположенные вблизи сооружения (по специальному заданию проектной организации).
Обязательными видами работ, независимо от уровня ответственности объектов строительства и типов свайных фундаментов, являются бурение скважин, лабораторные исследования и статическое, комбинированное или динамическое зондирование.
Для определения объемов изысканий для свайных фундаментов выделяются три категории сложности грунтовых условий в зависимости от однородности грунтов по условиям залегания и свойствам.
К первой категории относится однослойная или многослойная по составу толща грунтов с практически горизонтальными или слабо наклоненными слоями (уклон не более 0,05), причем в пределах каждого слоя грунты однородны по свойствам.
Ко второй категории относится однослойная или многослойная по составу толща грунтов с недостаточно выдержанными границами между слоями (уклон не более 0,1), причем в пределах слоев грунты неоднородны по свойствам.
К третьей категории относится многослойная по составу и неоднородная по свойствам толща грунтов с невыдержанными границами между слоями (уклон более 0,1), причем отдельные слои могут выклиниваться.
Для зданий III уровня ответственности для всех категорий сложности грунтовых условий обязательными являются следующие виды изысканий: бурение скважин, лабораторные исследования грунтов, зондирование грунтов (подразделение зданий по уровням ответственности в соответствие с ГОСТ 27751 приведено в [27]).
Для зданий II уровня ответственности для всех категорий сложности грунтовых условий обязательными являются следующие виды изысканий: бурение скважин, лабораторные исследования грунтов, зондирование грунтов и испытания грунтов эталонной сваей. Для второй и третьей категорий сложности грунтовых условий дополнительно должны быть проведены прессиометрические испытания и испытания грунтов натурной сваей.
Для зданий I уровня ответственности для всех категорий сложности грунтовых условий обязательными являются следующие виды изысканий: бурение скважин, лабораторные исследования грунтов, зондирование грунтов, испытания грунтов эталонной сваей, прессиометрические испытания, испытания штампами и испытания грунтов натурной сваей.
Размещение инженерно-геологических выработок (скважин, точек зондирования, мест испытаний грунтов) должно производиться с таким расчетом, чтобы они располагались в пределах контура проектируемого здания либо при одинаковых грунтовых условиях не далее 5 м от него.
Глубина инженерно-геологических выработок должна быть не менее чем на 5 м ниже проектируемой глубины заложения нижних концов свай при их рядовом расположении и нагрузках на куст свай до 3 МН и на 10 м ниже - при свайных полях размером до 10´10 м и при нагрузках на куст более 3 МН. При свайных полях размером более 10´10 м и применении комбинированных свайно-плитных фундаментов глубина выработок должна превышать предполагаемое заглубление свай не менее чем на ширину свайного поля или плиты, но не менее чем на 15 м.
Контрольные вопросы для самоподготовки.
1. Что обуславливает необходимость устройства свайных фундаментов?
2. Какая конструкция называется фундаментом? Для чего служит фундамент? Характерные особенности свайного фундамента.
3. Задачи проектирования свайных фундаментов.
4. Какие виды расчетов должны быть проведены при проектировании свайных фундаментов?
5. Классификация зданий и сооружений по уровням ответственности.
6. Классификация видов изысканий для свайных фундаментов в зависимости от уровня ответственности зданий и сооружений.
7. От каких параметров зависит объем изысканий для свайных фундаментов?
8. Нагрузки и воздействия, учитываемые при расчете свайных фундаментов.
9. Перечень вопросов, решаемых при проведении инженерных изысканий для свайных фундаментов.
2. Виды свай и свайных фундаментов
2.1. Виды свай по условиям взаимодействия с грунтом
По условиям взаимодействия с грунтом сваи подразделяются на сваи-стойки и висячие сваи или, как их еще называют, сваи трения.
Сваи-стойки прорезают толщу сжимаемых грунтов и опираются на несжимаемый грунт. Так как эти сваи при их нагружении не получают вертикального смещения, деформации сжатия самого ствола сваи не учитываются, то сил трения по боковой поверхности не возникает. Таким образом, такие сваи передают нагрузку на грунты основания только нижним своим концом. Несущая способность грунтового основания сваи-стойки или, как часто ее называют, несущая способность сваи по грунту определяется только реактивным отпором грунта под острием сваи, который чаще всего называется лобовым сопротивлением грунта RS под нижним концом сваи (рисунок 1, а).
К сваям-стойкам относятся сваи всех видов, опирающиеся на скальные грунты, а забивные сваи, кроме того, опирающиеся и на малосжимаемые грунты. К малосжимаемым грунтам под нижним концом сваи относятся крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем средней плотности и плотным, а также глины твердой консистенции насыщенные водой с модулем деформации Е > 50 МПа.
Висячие сваи нижним концом опираются на сжимаемые грунты. Под действием вдавливающей нагрузки они перемещаются вниз, вследствие чего по их боковым поверхностям возникают реактивные силы трения. Кроме этого, под нижним концом висячей сваи со стороны грунта возникает реактивный отпор – лобовое сопротивление. Таким образом, несущая способность грунтового основания висячей сваи или несущая способность висячей сваи по грунту определяется как сумма лобового сопротивления грунта RS под нижним концом сваи и равнодействующей сил трения грунта Rf по боковой поверхности сваи (рисунок 1, б).
2.2. Виды свайных фундаментов
В большинстве случаев нагрузка, передаваемая на свайный фундамент, превышает несущую способность одиночной сваи. Поэтому свайный фундамент, за исключением отдельных частных случаев, изготавливают из нескольких свай. В зависимости от размещения свай в плане различают свайные фундаменты из одиночных свай, ленточные свайные фундаменты, свайные кусты и сплошные свайные поля.
Одиночные сваи устраиваются в случаях когда несущей способности сваи, как по грунту, так и по материалу достаточно для восприятия нагрузок от колонн здания. Иногда такие сваи являются одновременно и колоннами здания, например, сваи-колонны для зданий сельскохозяйственного назначения.
Отдельно стоящие свайные кусты изготавливают под стойки и колонны, т.е. такие конструкции, у которых нагрузка на фундаменты передается в виде сосредоточенных силовых факторов.
Ленточные свайные фундаменты устраивают под стены зданий или протяженными конструкциями, у которых нагрузка на фундаменты передается в виде распределенных по длине силовых факторов. Ленточные свайные фундаменты также предусматривают под отдельно стоящие конструкции в случаях, когда несущая способность отдельно стоящих свайных кустов оказывается недостаточной или необходимо снизить или устранить влияние неравномерных осадок на внутренние усилия в надфундаментных конструкциях.
Сплошное свайное поле устраивается под сооружениями с большими нагрузками на фундаменты, например, высотные тяжелые здания, когда несущей способности свай, объединенных в свайные кусты, недостаточно для восприятия действующих нагрузок. Сплошное свайное поле может быть также применено для уменьшения деформаций здания, например, на площадках, где с поверхности залегают грунты средней прочности, но плитный фундамент, даже при достаточной несущей способности грунта, не проходит по деформациям.
Чтобы все сваи работали одновременно, их по верху объединяют железобетонной плитой или балкой – ростверком, который обеспечивает распределение нагрузки с надфундаментных конструкций на сваи и, приблизительно, равномерность осадки или при несимметричном загружении – осадку с креном.
В некоторых случаях, при незначительных нагрузках, передаваемых отдельными стойками, и большой несущей способности свай, например буровых свай, возможен вариант устройства безростверковых свайных фундаментов. Такое конструктивное решение предусматривает непосредственное сопряжение надфундаментной конструкции со сваей (рисунок 2).
По положению подошвы ростверка относительно поверхности грунта различают свайные фундаменты с высоким, повышенным или низким ростверком (рисунок 3).
У высокого ростверка его подошва расположена выше поверхности грунта. Такие ростверки изготавливаются при строительстве мостов, гидротехнических сооружений, в гражданском строительстве под внутренними стенами зданий с техническими подпольями.
 |
Повышенный свайный ростверк располагают непосредственно на поверхности грунта. Такие ростверки возможны при отсутствии пучинистых грунтов под подошвой ростверка и отсутствии ограничений, накладываемых эксплуатационными характеристиками сооружений и технологических процессов.
Низкие ростверки полностью заглублены в грунт. При этом глубина заложения подошвы ростверка назначается с учетом глубины сезонного промерзания и конструктивного решения сопряжения сваи с ростверком.
Для шарнирного сопряжения сваи с ростверком глубина заложения подошвы ростверка определяется из условия глубины промерзания так же, как и для фундамента мелкого заложения. Допускается делать глубину заложения подошвы ростверка выше глубины промерзания даже на пучинистых грунтах, но в этом случае между подошвой ростверка и промерзаемым грунтом необходимо обеспечить зазор, размером несколько больше высоты поднятия пучинистого грунта, а при определении несущей способности сваи следует учитывать отрицательные силы морозного пучения, действующие по боковой поверхности сваи.
Для жесткого сопряжения сваи с ростверком допускается делать глубину заложения подошвы ростверка выше глубины промерзания без устройства зазора между подошвой ростверка и промерзаемым грунтом. В этом случае соответствующим расчетом, на действие сил морозного пучения по подошве ростверка и боковым поверхностям свай, должно быть подтверждено выполнение условий расчета свайных фундаментов по первой и второй группам предельных состояний.
2.3. Подразделение свай по способу заглубления
По способу заглубления в грунт различают следующие виды свай:
а) забивные (вдавливаемые) железобетонные, деревянные и стальные, погружаемые в грунт без его выемки или в лидерные скважины с помощью молотов, вибропогружателей, вибровдавливающих, виброударных и вдавливающих устройств, а также железобетонные сваи-оболочки диаметром до 0,8 м, заглубляемые вибропогружателями без выемки или с частичной выемкой грунта и не заполняемые бетонной смесью;
б) сваи-оболочки железобетонные, заглубляемые вибропогружателями с выемкой грунта и заполняемые частично или полностью бетонной смесью;
в) набивные бетонные и железобетонные, устраиваемые в грунте путем укладки бетонной смеси в скважины, образованные в результате принудительного отжатия (вытеснения) грунта;
г) буровые железобетонные, устраиваемые в грунте путем заполнения пробуренных скважин бетонной смесью или установки в них железобетонных элементов;
д) винтовые;
е) бурозавинчиваемые.
2.4. Подразделение забивных железобетонных свай
Забивные железобетонные сваи размером поперечного сечения до 0,8 м включительно и сваи-оболочки диаметром 1 м и более подразделяются:
а) по способу армирования - на сваи и сваи-оболочки с ненапрягаемой продольной арматурой с поперечным армированием и на предварительно напряженные со стержневой или проволочной продольной арматурой (из высокопрочной проволоки и арматурных канатов) с поперечным армированием и без него;
б) по форме поперечного сечения - на сваи квадратные, прямоугольные, таврового и двутаврового сечений, квадратные с круглой полостью, полые круглого сечения;
в) по форме продольного сечения - на призматические, цилиндрические и с наклонными боковыми гранями (пирамидальные, трапецеидальные, ромбовидные);
г) по конструктивным особенностям - на сваи цельные и составные (из отдельных секций);
д) по конструкции нижнего конца - на сваи с заостренным или плоским нижним концом, с плоским или объемным уширением (булавовидные) и на полые сваи с закрытым или открытым нижним концом или с камуфлетной пятой.
Сваи забивные с камуфлетной пятой устраивают путем забивки полых свай круглого сечения с закрытым стальным полым наконечником с последующим заполнением полости сваи и наконечника бетонной смесью и устройством с помощью взрыва камуфлетной пяты в пределах наконечника.
2.5. Подразделение набивных свай
Набивные сваи по способу устройства подразделяют на:
а) набивные, устраиваемые путем погружения инвентарных труб, нижний конец которых закрыт оставляемым в грунте башмаком или бетонной пробкой, с последующим извлечением этих труб по мере заполнения скважин бетонной смесью;
б) набивные виброштампованные, устраиваемые в пробитых скважинах путем заполнения скважин жесткой бетонной смесью, уплотняемой виброштампом в виде трубы с заостренным нижним концом и закрепленным на ней вибропогружателем;
в) набивные в выштампованном ложе, устраиваемые путем выштамповки в грунте скважин пирамидальной или конусной формы с последующим заполнением их бетонной смесью.
2.6. Подразделение буровых свай
Буровые сваи по способу устройства подразделяют на:
а) буронабивные сплошного сечения с уширениями и без них, бетонируемые в скважинах, пробуренных в глинистых грунтах выше уровня подземных вод без крепления стенок скважин, а в любых грунтах ниже уровня подземных вод - с закреплением стенок скважин глинистым раствором или инвентарными извлекаемыми обсадными трубами;
б) буронабивные полые круглого сечения, устраиваемые с применением многосекционного вибросердечника;
в) буронабивные с уплотненным забоем, устраиваемым путем втрамбовывания в забой скважины щебня;
г) буронабивные с камуфлетной пятой, устраиваемые путем бурения скважин с последующим образованием уширения взрывом и заполнением скважин бетонной смесью;
д) буроинъекционные диаметром 0,15-0,25 м, устраиваемые в пробуренных скважинах путем нагнетания (инъекции) в них мелкозернистой бетонной смеси или цементно-песчаного раствора, или буроинъекционные с уплотнением окружающего грунта путем обработки скважины по разрядно-импульсной технологии (сваи РИТ);
е) буроинъекционные, устраиваемые полым шнеком;
ж) сваи-столбы, устраиваемые путем бурения скважин с уширением или без него, укладки в них омоноличивающего цементно-песчаного раствора и опускания в скважины цилиндрических или призматических элементов сплошного сечения со сторонами или диаметром 0,8 м и более;
з) буроопускные сваи с камуфлетной пятой, отличающиеся от буронабивных свай с камуфлетной пятой тем, что после образования и заполнения камуфлетного уширения в скважину опускают железобетонную сваю.
2.7. Деревянные сваи
Деревянные сваи рекомендуется применять в районах, где лес является местным строительным материалом. При этом подразумевается, что эксплуатационные свойства деревянных свай будут сопоставимы с другими видами свай.
Деревянные сваи изготавливаются из бревен хвойных пород (сосны, ели, лиственницы, пихты), соответствующих требованиям ГОСТ 9463, диаметром 22-34 см и длиной 6,5 и 8,5 м. Естественная коничность (сбег) бревен сохраняется.
Реже применяются сваи из цельных бревен длиной до 12 м.
Заготовка деревянных свай длиной свыше 16 м представляет значительные трудности, как по отбору бревен такой длины, так и по вывозу их с участка лесозаготовок. По этим причинам применяют или срощенные сваи из двух (и даже трех) бревен по длине, так называемые пакетные сваи, состоящие из нескольких бревен, как по длине (рисунок 4), так и поперечному сечению (рисунок 5).
Стыки бревен или брусьев в срощенных по длине деревянных сваях и в пакетных сваях осуществляются впритык с перекрытием металлическими накладками или патрубками. Стыки в пакетных сваях должны располагаться вразбежку на расстоянии друг от друга не менее 1,5 м. Срощенные по длине сваи из двух и более бревен стыкуются между собой стяжными хомутами, а также стальными или деревянными накладками на болтах. Для этой цели используются также обрезки стальных труб. На рисунке 4 представлены образцы стыков.
Пакетные сваи изготовляются длиной до 25 м, поперечным сечением (диаметром) до 600 мм и более.
Основным недостатком срощенных и пакетных свай является возможность расстройства стыков при забивке, а также в последующем - ржавление стальных частей стыков, находящихся в условиях грунтовых вод, агрессивных по отношению к стали.
Для облегчения погружения сваи в грунт низ ее заостряют колуном, в грунтах, содержащих гравий и гальку, на острие дополнительно насаживается металлический башмак (рисунок 6).
Для предотвращения повреждения сваи при забивке на ее голову насаживается предварительно нагретое металлическое кольцо-бугель, сварное кольцо из полосовой стали 50x12 мм.
Недостатком деревянных свай является то, что они могут загнивать в зоне переменной влажности при расположении головы сваи выше уровня грунтовых вод [17]. Для предотвращения этого на голову деревянной сваи одевается железобетонная насадка (рисунок 7).
2.8. Железобетонные и бетонные сваи
Наибольшее распространение в современном строительстве получили железобетонные сваи, проектируемые и изготовляемые из тяжелого бетона.
Для забивных железобетонных свай с ненапрягаемой продольной арматурой, на которые отсутствуют государственные стандарты, а также для набивных и буровых свай предусматривается бетон класса не ниже В15, для забивных железобетонных свай с напрягаемой арматурой - не ниже В22,5.
Стандартные забивные сваи, изготавливаемые по ГОСТ и сериям, имеют квадратное сплошное, квадратное с круглой полостью и полое круглое сечение. Номенклатура забивных железобетонных свай приведена в таблице 1, буронабивных свай – в таблице 2. Выдержки из серии 1.011.1-10 вып.1 даны в приложении П1. Основные конструктивные решения некоторых забивных свай показаны на рисунках 8-10.
Таблица 1 Номенклатура забивных железобетонных свай
| Сваи | Ширина грани или диаметр сваи, см | Длина сваи, м | Исходная рабочая документация |
| Цельные квадратного сплошного сечения с ненапрягаемой арматурой | 3-6 | Серия 1.011.1-10 вып.1 | |
| 4,5-6 | |||
| 3-12 | |||
| 8-16 | |||
| 13-16 | |||
| То же, с поперечным армированием ствола с напрягаемой арматурой | 3-6 | ГОСТ 19804.2 | |
| 4,5-6 | |||
| 3-15 | |||
| 8-20 | |||
| 13-20 | |||
| То же, без поперечного армирования ствола | 5-6 | ГОСТ 19804.4 | |
| 3-12 | |||
| Составные квадратного сплошного сечения с поперечным армированием ствола | 14-20 | Серия 1.011.1-10 вып.8 | |
| 14-24 | |||
| 14-28 | |||
| Цельные квадратного сечения с круглой полостью | 25, 30, 40 | 3-8 | ГОСТ 19804.3 |
| Цельные полые круглые сваи и сваи-оболочки | 40, 50, 60 | 4-18 | ГОСТ 19804.5 |
| 80, 100, 120, 160 | 6-12 | ||
| Составные полые круглые сваи и сваи-оболочки | 14-26 | ГОСТ 19804.6 | |
| 14-30 | |||
| 14-40 | |||
| 80, 100, 120, 160 | 14-48 | ||
| Сваи-колонны: | |||
| квадратного сечения | 5-8 | Серия 3.015-5 | |
| 5-12 | |||
| 5-16 | |||
| 8-16 | |||
| двухконсольные | 5-6,5 5-7,5 | Серия 1.821.1-2 ГОСТ 19804.7 | |
| полые круглые | 40, 50, 60, 80 | 5-18 | Серия 3.015-5 |
Таблица 2 Номенклатура буронабивных свай
| Тип сваи | Способ изготовления сваи | Диаметр сваи, мм | Класс бетона | Длина сваи, м |
| БСС | Вращательным бурением в устойчивых глинистых грунтах без закрепления стенок скважин | 500/1200 500/1400 500/1600 600/1600 | В15-В22.5 | 10-30 |
| 800/1800 | В15-В22.5 В15 В15 | |||
| БССм | То же | В15 | 2-4 | |
| БСВг | Вращательным бурением в неустойчивых грунтах с закреплением стенок скважин глинистым раствором | 600/1600 | В15-В22,5 | 8-20 |
| БСВо | Вращательным и ударно-канатным бурением в неустойчивых грунтах с закреплением стенок скважин трубами, оставляемыми в грунте | 600/1600 800/1800 | В15-В22,5 | 8-30 |
| БСИ | То же, с извлечением инвентарных обсадных труб | В15 | 8-50 |
 |
 |
 |
Набивные и буровые сваи изготавливаются в грунте. По характеру воздействия этих свай на грунт различают сваи, изготавливаемые без уплотнения грунта вокруг ствола, с частичным уплотнением и с полным вытеснением грунта в объеме изготавливаемой сваи.
Сваи без уплотнения или с небольшим уплотнением изготавливаются в буровых скважинах, поэтому их классифицируют как буровые сваи (п. 2.6). Поскольку при изготовлении сваи производят уплотнение бетонной смеси, большая часть буровых свай носит название буронабивных свай. На рисунке 11 показана последовательность изготовления буронабивной сваи с уширением без крепления скважины.
 |
Набивными сваями называются сваи, при изготовлении ствола которых происходит полное вытеснение грунта. Для этого в грунт погружается инвентарный сердечник для образования полости или инвентарная труба с бетонным наконечником, который оставляется в грунте. На рисунке 12 показана последовательность изготовления набивной часто-трамбованной сваи. Ствол сваи образован забивкой обсадной трубы со съемным башмаком.
Буроинъекционные сваи являются одной из разновидностей набивных свай. Они отличаются большой гибкостью (l / d = 80-120); малым диаметром (d = 120-250 мм); материалом ствола (мелкозернистый бетон или цементный раствор); способом изготовления (инъекция раствора в скважину). Примеры использования буроинъекционных свай приведены на рисунке 13.
 |
Новым видом буроинъекционных свай являются буроинъекционные сваи, изготовленные по разрядно-импульсной технологии (сваи РИТ). Для этого в скважину после заполнения ее мелкозернистой бетонной смесью опускают специальный разрядник. В процессе погружения разрядника на его электроды периодически подают высокое напряжение, обеспечивающее возникновение электрического разряда требуемой мощности, что вызывает уплотнение грунта в стенках скважины и в ее забое. Производят не менее чем 5-7 электрических разрядов с шагом соответственно 200-300 мм по ее длине и не менее чем 15 разрядов в забое скважины при энергии каждого разряда 30-40 кДж.
 |
2.9. Стальны