Основания и фундаменты промышленных зданий (стр. 3 из 4)
III.СВАИ И СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ
1. НАЗНАЧЕНИЕ И РАБОТА СВАЙ
Сваи представляют собой круглые или многогранные стержни (деревянные, бетонные, железобетонные или металлические), погруженные в грунт. По длине они могут быть постоянного сечения (цилиндрические и призматические) и переменного (конические и пирамидальные) .
Группу свай, образующую свайный фундамент, поверху связывают жесткой конструкцией в виде балки или плиты, обеспечивающей передачу давления от сооружения на все сваи и препятствующей горизонтальному перемещению верхней части последней. Конструкции, связывающие головы свай, называют ростверками и выполняют в зависимости от материала свай и постоянного уровня грунтовых вод из дерева, бетона или железобетона. Различают ростверки высокие и низкие (рис. 30.1). Высокими называют ростверки, нижняя плоскость которых лежит выше поверхности грунта. Такие ростверки устраивают, когда поверхность грунта покрыта водой, например при строительстве набережных, мостовых опор и т. д. Однако возможно устройство высоких ростверков и при строительстве гражданских зданий, например при устройстве технического подполья.
Низкими называют ростверки с заглубленной в грунт нижней плоскостью. В промышленном и гражданском строительстве обычно применяют низкие ростверки. Отметка заглубления низкого ростверка в грунт зависит от наличия подвалов и проходящих в нем подземных коммуникаций, возможности пучения грунтов, глубины заложения соседних фундаментов и ряда других причин. Свая своим нижним концом может опираться на практически несжимаемые грунты: скальные, плотные крупнообломочные, плотные песчаные, плотные малосжимаемые глинистые в твердом состоянии (при показателе консистенции IL<;0). В таких случаях все давление на грунт основания передается только через нижний конец сваи, по площади ее поперечного сечения. Такие сваи называют сваями-стоиками. Однако далеко не всегда нижние концы свай можно опереть на несжимаемые грунты. По большей части нижние концы свай остаются в сжимаемых грунтах. В таких случаях нагрузка от сваи воспринимается грунтом как по площади поперечного сечения сваи, так и по ее боковой поверхности. Такие сваи называют висячими, или сваями трения. Такое название сваи получили в связи с развитием сил трения по боковой поверхности свай (рис. 30.2).
2. ОСНОВЫ КЛАССИФИКАЦИИ СВАИ
Сваи могут быть деревянными, металлическими, бетонными и железобетонными. В последнее время начали применять грунтобетонные или грунтоцементные сваи. По способу внедрения в грунт различают сваи готовые, погружаемые в грунт забивкой, задавливанием, завинчиванием и т. д., и набивные, изготовляемые непосредственно в скважине, предварительно сделанной в грунте. Готовые сваи, погружаемые в грунт с помощью молотов и вибропогружателей, называют забивными. Поперечное сечение свай может быть сплошным (полнотелые сваи) или полым (пустотелые сваи и сваи-оболочки). Принципиального различия между пустотелыми сваями и сваями оболочками нет. При диаметре (стороне) поперечного сечения сваи до 800 мм и наличии внутренней полости сваи называют пустотелыми. При тех же условиях, но при диаметре более 800 мм сваи называют оболочками. Пустотелые сваи и сваи-оболочки могут быть с открытым или закрытым нижним концом, что сказывается на способе производства работ и на несущей способности сваи. Чтобы повысить несущую способность сваи, у ее нижнего конца устраивают уширенную пяту (разбуриванием или камуфлетным взрывом). Устройство уширенной пяты тем или другим способом возможно у забивных свай, но наиболее часто применяется у набивных свай. Конструкции готовых свай, как это видно из сказанного, более или менее стандартны. Конструкции набивных свай исключительно разнообразны. Скважины для устройства набивных свай могут выполняться непосредственно в грунте бурением или пробивкой, под защитой обсадной трубы или без нее, или с обсадной трубой, удаляемой после бетонирования сваи или остающейся в качестве внешней оболочки сваи. Возможно комбинирование различных методов устройства ствола сваи и уширенной пяты.
3.ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТДЕЛЬНЫХ ВИДОВ ЗАБИВНЫХ СВАЙ
Деревянные сваи изготовляют из лесоматериалов хвойных пород. Деревянные сваи могут быть цельными, изготовленными по длине из одного бревна, и срощенными по длине из двух бревен. Сращивание свай более чем из двух бревен не допускается (рис. 30.3). Возможно применение пакетных свай, сплоченных из нескольких цельных или ерошенных по длине бревен или брусьев. Диаметр бревен для цельных и составных по длине свай в тонком отрубе должен быть не менее 18 см, а для пакетных свай — не менее 16 см. При конструировании деревянных свай следует руководствоваться сортаментом свайного леса по ГОСТ 9463—60.
Деревянные сваи применяют в местностях, где древесина — местный строительный материал, при условии, что головы свай после срезки всегда будут находиться на 0,5 м ниже самого низкого уровня воды. При устройстве ростверка из древесины верхняя плоскость его также должна находиться на 0,5 м ниже самого низкого уровня воды. Перед забивкой нижние концы деревянных свай заостряют в форме трех- или четырехгранной пирамиды при общей длине заострения 2 d±5 см, где d — диаметр сваи. При проходке плотных грунтов и грунтов, имеющих твердые прослойки и включения, на острие сваи надевают металлический башмак. Голову сваи обрабатывают и надевают на нее металлическое кольцо — бугель. При погружении деревянных свай вибраторами головы свай обрабатывают в соответствии с конструкцией вибратора. Учитывая сказанное, заготовительная длина сваи должна быть больше расчетной на величину острия и срезаемого участка головы. Бревна для изготовления деревянных свай должны быть очищены от коры, наростов и сучьев. Естественная коничность бревен сохраняется. Стыки бревен в срощенных по длине и в пакетных сваях осуществляются впритык с устройством металлических накладок или стыковых патрубков. Стыки бревен в пакетных сваях должны располагаться вразбежку.
Забивные железобетонные сваи и сваи-оболочки получили наибольшее распространение и применяются в различных конструктивных модификациях. Железобетонные сваи изготовляют из обычного или предварительно-напряженного железобетона. Наиболее распространены железобетонные призматические сваи сплошного квадратного сечения (рис. 30.4). Такие сваи применяют размерами сечения от 200X200 до 400X400 мм, длиной 3—24 м. Интервалы длины для таких свай приняты для длин 3—6 м через 0,5 м и для длин 6—24 м через 1 м. Ненапряженные сваи изготовляют длиной 3—16 м, а предварительно-напряженные-— длиной более 16 м. Сплошные призматические железобетонные сваи армируют по расчету продольными стержнями из горячекатаной арматуры стали периодического профиля диаметром 12—22 мм класса А-II и поперечной арматурой спиралями, сетками в голове сваи и петлями из обыкновенной арматурной проволоки класса A-I диаметром 5—6 мм. Бетон для свай с ненапряженной арматурой принимается марки 200, а для свай с предварительно-напряженной арматурой — марки 300. В качестве крупного заполнителя для бетона применяют щебень крупностью не более 40 мм.
4. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ НАБИВНЫХ СВАЙ
Набивные сваи, устраиваемые непосредственно в скважинах, можно разделить на четыре основных типа.
1. Сваи с извлекаемой оболочкой, погружаемой бурением. В грунте с помощью обсадной трубы пробуривают скважину, которую после зачистки заполняют бетонном, одновременно извлекая обсадную трубу. Такие сваи могут быть выполнены и из железобетона, для чего в скважину предварительно опускают арматурный каркас. Усовершенствованием этого способа изготовления набивных свай является применение сжатого воздуха. В этом случае бетон поступает в обсадную трубу через специальный шлюзок. Уплотняют бетон и поднимают обсадную трубу автоматически с помощью сжатого воздуха. Сваи этого типа называют пневмосваями.
2. Сваи с извлекаемой оболочкой, забиваемой в грунт. Обсадную трубу снабжают съемным чугунным башмаком и забивают в грунт. Дальнейшее изготовление свай этого типа аналогично изготовлению свай предыдущего типа с той лишь разницей, что съемный башмак остается в грунте. Трамбование бетона в сваях со съемным башмаком можно вести паровым быстроходным молотом так, чтобы при ударе, направленном вверх, обсадная труба извлекалась из грунта на 4—5 см, а под ударами молота, направленными вниз, осаживалась обратно на 2— 3 см. Число ударов молота должно быть 70—80 и минуту. Сваи, изготовленные таким образом, называются часто- трамбованными. Следует отметить, что грунт иод нижними концами частотрамбованных свай уплотняется так же, как и при забивке готовых свай.
3. Сваи с оболочкой, остающейся в грунте. Легкую, слегка коническую оболочку заполняют деревянным сердечником и забивают в грунт. Затем сердечник удаляют, а оболочку заполняют бетоном.
4. Сваи без оболочек. Бурение скважин ведут без обсадных труб. Сохранность стенок скважин в глинистых грунтах обеспечивается связностью самого грунта. В глинистых грунтах бурение ведут под глинистым раствором. Для заполнения скважин применяют литой бетон. Сваи этого типа называют буронабивными. В настоящее время буронабивные сваи получили наибольшее распространение. Есть и другой способ изготовления свай без оболочек. Тяжелую (до 2 т) коническую трамбовку сбрасывают с высоты до 10 м и таким образом постепенно пробивают в грунте скважину. Чтобы стенки скважины лучше держались, под падающий конус подкладывают ком мятой глины в пластичном состоянии. Скважины для набивных свай без оболочек можно устраивать забивкой и последующим извлечением специальных легких сердечников. Затем скважину заполняют бетоном, который при укладке трамбуют.