Классификация свай по материалу

Справочник: Классификация свай и свайных фундаментов

Классификация свай

В условиях, когда с поверхности залегают слои слабых грунтов, не способные служить основанием для фундаментов мелкого заложения, чаще всего прибегают к устройству фундаментов из свай. Сваю можно представить как стержень, погруженный в грунт или изготовленный непосредственно в грунте. Группу таких свай, объеденных поверху распределительной плитой или балкой, называют свайным фундаментом.

Рис.1 Типы свайных ростверков

Объединительные распределительные балки и плиты называют ростверком. Как правило, они выполнены из монолитного или сборного железобетона. Различают низкие и высокие свайные ростверки (Рис.1).

По характеру передачи нагрузки на грунт сваи подразделяют на сваи – стойки и висячие сваи. К первой группе относятся сваи, прорезающие толщу слабых грунтов и опирающиеся на малосжимаемые грунты.

Свая – стойка всю нагрузку на грунт передает через нижний конец, так как отсутствуют силы трения на боковой поверхности (Рис.2а). Свая – стойка работает как стержень, несущая способность которого определяется прочностью материала сваи или сопротивлением грунта под ней.

К висячим сваям относятся сваи, опирающиеся на сжимаемые грунты. Несущая способность висячей сваи определяется суммой сопротивления сил трения по боковой поверхности и грунта под ней (Рис.2б).

Рис.2 Передача нагрузки сваями

По способу изготовления сваи бывают, изготовляемые заранее в заводских условиях и производимые на месте в «полевых условиях»

Конструкции предварительно изготовленных свай

Такие сваи в зависимости от материала изготовления подразделяют на: железобетонные, стальные, комбинированные и деревянные. В свою очередь железобетонные сваи подразделяют:

по конструктивным особенностям – на сваи цельные и составные;

по способу армирования – на сваи с поперечным армированием и без него, с ненапрягаемой и предварительно напряженной арматурой;

по форме поперечного сечения (Рис.3);

по форме продольного сечения (Рис.4).

Рис.3 Поперечное сечение свай

Рис.4 Продольное сечение свай

В настоящее время наиболее часто применяют призматические сваи сплошного квадратного сечения, квадратного сечения с круглой полостью и полые цилиндрические.

Рис.5 Конструкции железобетонных свай

Сваи сплошного квадратного сечения выпускают сечением от 0,2х0,2 до 0,4х0,4 м и длиной от 3 до 16 м. При необходимости увеличения длины, сваи стыкуют применяя соединения различного типа. Известны случаи применения составных свай длиной до 100 метров. Сваи сплошного квадратного сечения применяют в любых сжимаемых грунтах без твердых включений для передачи на основание вдавливающих, выдергивающих и горизонтальных нагрузок. Полые круглые сваи изготавливают цельными или составными. Длина одного звена от 4 до 8 м, длина составной сваи до 40 м. Полые круглые сваи выпускают диаметром от 0,4 до 0,8 м . Такие сваи больших диаметров иногда применяют в качестве оболочек для прокладки коммуникаций.

Применение сваи квадратного сечения с круглой полостью позволяет снизить расход цемента до 25% и арматуры до 60%. Но область применения таких свай ограничена вдавливающими нагрузками до 500 кН и горизонтальными до 15 кН. Деревянные сваи представляют собой простейшую конструкцию – бревно с заостренным нижним концом. Верхний конец сваи снабжается стальным кольцом, защищающим от «размочаливания» во время забивки. Стальные сваи подразделяют на трубчатые и шпунтовые (шпунт Ларсена). Трубчатые сваи изготавливают из стандартных стальных труб диаметром от 0,2 до 0,8 м, шпунтовые – из стального шпунта различного профиля. Также в качестве свай используют двутавровые балки и швеллеры.

Рис.6 Профили прокатного стального шпунта Ларсена

Преимуществом стальных свай является возможность наращивания длины по мере погружения в грунт.

Способы погружения предварительно изготовленных свай

В настоящее время применяют: вибропогружение, забивку, статическое вдавливание и ввинчивание свай. Вибропогружение свай наиболее эффективно в насыщенных водой, преимущественно песчанных грунтах. Вертикальные колебания, передаваемые через сваю, разжижают грунт, что приводит к уменьшению сил трения и дает возможность легко погружать сваи. После прекращения работы погружателя структура грунта вокруг сваи в течение некоторого времени восстанавливается, что увеличивает трение на боковой поверхности сваи.

Забивка свай в грунт осуществляется сваебойными молотами. Молоты для забивки свай подразделяются на механические, дизельные, паровоздушные и электрические. При забивке свай в обезвоженные плотные песчаные грунты для повышения производительности забивки осуществляется подмыв.

Суть метода заключается в размыве грунта. Напор воды подается по трубам к концу сваи, что значительно уменьшает сопротивление грунта. Также для уменьшения сопротивления грунта погружению свай, их забивают в предварительно пробуренные лидерные скважины. Глубина скважин не должна превышать 0,9 от длины сваи и иметь диаметр не более диагонали поперечного сечения сваи.

Статическое вдавливание свай применяется в условиях, исключающих применение вибропогружения и забивки. Применяется при устройстве свайных фундаментов вблизи сооружений или усилении существующих фундаментов. Для этого используют специальные станки, оснащенные крановой установкой для подачи свай, вдавливающим механизмом и контргрузами, например DTZ360, масса которого с противовесами может достигать 364 т.

Ввинчивание свай, осуществляется, практически любыми буровыми установками, оснащенными особыми механизмами (кабестанами). Метод основан на применении специальных (винтовых) свай снабженных в нижней части винтовыми лопастями.

Сваи, изготовляемые в грунте (набивные сваи)

Набивные сваи изготавливают из бетона, железобетона или цементно – песчаного раствора.

По способу изготовления такие сваи делят на три основных типа: сваи без оболочки, сваи с неизвлекаемой и извлекаемой оболочками. Сваи без оболочки применяют как в сухих и маловлажных так и в водонасыщенных глинистых грунтах.

В первом случае изготовление сваи осуществляется в следующем порядке: в грунте пробуривается скважина (возможно уширение пяты сваи механическим способом). Затем в готовую скважину устанавливают арматурный каркас. Рис.7

Рис.7 Последовательность изготовления набивных свай без оболочек

Далее скважина бетонируется с помощью вертикально перемещающейся трубы, которая извлекается из скважины по мере бетонирования. Поданная в скважину бетонная смесь уплотняется с помощью вибратора, закрепленного на подающей трубе. По данной технологии изготавливаются сваи диаметром от 0,3 до 1,2 м и длиной до 30 м. Во втором – проходку скважины производят под защитой глинистого раствора, который препятствует обрушению ее стенок.

Далее при бетонировании бетонная смесь вытесняет глинистый раствор. Сваю, скважина под которую получена бурением, называют буронабивной. Кроме бурения скважину можно пробить трубой с закрытым нижним концом (инвентарный сердечник) или вытрамбовать специальной трамбовкой. Сваи различают: набивные виброштампованные и набивные в выштампованном ложе. Еще одной разновидностью буронабивных свай являются буроинъекционные сваи.

Такие сваи устраиваются путем заполнения вертикальных или наклонных скважин цементно – песчаным раствором под давлением. Получающаяся неровная поверхность обеспечивает хорошее сцепление сваи с окружающим грунтом. Наличие арматурного каркаса позволяет сваям воспринимать не только сжимающие, но и растягивающие усилия. Такие сваи используют для усиления фундаментов существующих зданий, создания свайных стен и в качестве анкеров.

Сваи с извлекаемой оболочкой можно применять в любых геологических условиях, так как в процессе изготовления используют обсадные трубы, защищающие стенки скважины от обрушения. Простейшим видом таких свая является свая, предложенная инженером А. Э. Страусом. Для изготовления такой сваи в процессе бурения скважины в грунт погружается обсадная труба. После погружения оболочки до проектной отметки в скважину порциями подается бетонная смесь. Каждую порцию бетонной смеси интенсивно трамбуют с постепенным извлечением обсадной трубы. Данным методом образуется свая с неровной поверхностью, что увеличивает ее несущую способность. Сваи с неизвлекаемой оболочкой применяют в случаи отсутствия возможности изготовления свай с извлекаемой оболочкой. Такие условия создаются сложными водонасыщенными глинистыми грунтами с прослойками песков и супесей, где подземные (грунтовые) воды способны разрушить ствол сваи во время твердения бетонной смеси.

Виды свай – классификация, материалы изготовления, свайные фундаменты

Свайные фундаменты представляют собой подземные конструкции удлиненной формы, расположенные группой или в виде отдельных элементов, установленные вертикально, либо наклонно. Некоторые виды свай вбиваются в грунт, другие – вкручиваются, третьи – вдавливаются или погружаются, а четвертые – набиваются. Каждый из вариантов отличается не только технологией монтажа, но и материалами изготовления, а также возможностью использования в тех или иных условиях. Но для любого типа свайного фундамента определяется одна и та же функциональная принадлежность, заключающаяся в увеличении несущей способности ослабленных грунтов и передаче нагрузки от строения на пласты, имеющие более плотную, практически несжимаемую структуру по сравнению с вышележащими слоями.

Какими бывают сваи

Классификация свай производится по нескольким параметрам:

• конструкции – цельные или составные, выполненные из отдельных секций, с острием или тупым нижним концом (открытым, закрытым), с уширениями на разных уровнях или без них;
• по размеру – короткие (жесткие) и длинные (гибкие или средней жесткости);
• форме сечения – круглые и многоугольные, трапецеидальные, пирамидальные и конические, крестообразные, тавровые и двутавровые, сплошные и пустотелые, ровные и переменного поперечного профиля;
• материалу изготовления – деревянные, бетонные или железобетонные, из металла, грунтобетонные, комбинированные;
• характеру работы – висячие и опорные (сваи-стойки);
• технологии монтажа – забивные, винтовые, набивные (частотрамбованные, буронабивные), вдавливаемые;
• способу армирования – с поперечно и продольно установленными ненапрягаемыми или предварительно напряженными стержнями, расположенными в центре, по периметру или углам.

В зависимости от грунтовых условий, конструкции и высоты дома выбирают различные типы свай. К примеру, в качестве свайного фундамента на вечномерзлых грунтах, а также в районах с сейсмичностью, превышающей 6 баллов, не допускается использовать сплошные железобетонные стволы без поперечного армирования. А круглые полые жб сваи великолепно проявляют себя в условиях сейсмичности 7 и более баллов, но использование такого фундамента при строительстве гидротехнических сооружений не допускается.

Назначение и виды свайопределяют вариант их изготовления – в заводских условиях, на площадке или непосредственно в грунте.

Сваи-стойки представляют собой столбы, проходящие сквозь слабые слои и опирающиеся непосредственно на плотные грунтовые пласты. К висячим сваям относятся стволы, передающие нагрузку от сооружения на сжимаемый грунт через свои боковые поверхности.

Для погружения свайного фундамента до необходимой отметки забивным или вдавливаемым способом используют специальное оборудование – молоты, копры или другие установки ударного и вибрационного действия. Они бывают:

• гидравлическими;
• механическими;
• дизельными;
• пневматическими и т.д.

Набивные типы свай выполняются с предварительным бурением скважин или забивкой полых труб в грунт, который в процессе углубления удаляется разными способами. Образованное отверстие впоследствии заполняется бетонным раствором. В зависимости от технологии производства работ и характеристик грунта, оболочки вынимают или оставляют в качестве обсадки. Часто конструкция буронабивных свай предусматривает устройство уширенной пяты, увеличивающей несущую способность фундамента. Отверстие в нижней части образуется механическим путем (разбуриванием) или посредством камуфлетного взрыва.

Винтовые сваи изготавливают из железобетона, либо металла. Они состоят из ствола и винтовых лопастей, расположенных на установленном в нижней части башмаке-наконечнике. Столб может быть как пустотелым, так и сплошным или заполненным бетоном, а лопасти – литыми стальными или чугунными, сварными металлическими и даже пластмассовыми.

Одним из видов свайных фундаментов являются шпунтовые стенки, выполненные из дерева, а также стали или железобетона. Сваи устанавливаются вплотную друг к другу, создавая водонепроницаемое ограждение.

Деревянные сваи

Для деревянных свай используют длинномерную древесину ели и сосны. В определенных ситуациях допускается применять дуб, лиственницу или кедр. В качестве материала выбирают прямоствольные бревна, очищенные от коры. При значительном заглублении допускается выполнять наращивание деревянных свай по длине до 3-4 элементов.

Нижнюю часть стволов заостряют, а в случае погружения в каменистые или слишком плотные грунты – на нее надевают защитные металлические башмаки. Сверху на бревна устанавливают бугель, представляющий собой кольцо из металла. Он предохраняет дерево от возможного разрушения ударным молотом.

Железобетонные сваи

Сборные сваи изготавливаются на заводах, а монолитные – непосредственно на площадках в соответствии с проектом. Арматура может быть обычной, либо предварительно напряженной, а для заливки применяют тяжелые бетоны с соответствующими показателями по морозоустойчивости.

Металлические сваи

Для свай используются трубы, сварные конструкции или прокатный профиль. Изделия небольшого диаметра допускается погружать закрытыми снизу коническими наконечниками. В качестве защиты от коррозии поверхность металлических свай обрабатывают:

• битумом;
• каменноугольными смолами;
• др. антикоррозийными составами.

Свайные фундаменты

Конструкция свайного фундамента состоит из группы свай и ростверков, являющихся связывающим и распределяющим нагрузки звеном сооружения. На несущие плиты или балки, объединяющие сваи, опирают наземные части строений. В зависимости от своего места расположения относительно горизонта, ростверки бывают:

• низкими – находятся ниже уровня поверхности земли и передают через свою подошву часть усилия на грунт. Как правило, устраиваются не выше отметки промерзания;
• промежуточными – укладываются без заглубления непосредственно на поверхностном слое непучиноопасных грунтов. Вертикальное давление по подошве не передают;
• высокими – располагаются над уровнем земли под внутренними стенами домов при наличии технического подполья, а также под мостовыми опорами и т.д. Жесткость такой конструкции придают дополнительные наклонные сваи.

Проект сооружения может предусматривать различное расположение свайных стволов:

• одиночное – под легкие каркасные строения;
• ленточное (одно- или многорядное) – под несущие стены протяженных сооружений;
• кустовое – под массивные колонны и столбы;
• сплошное – под башни и высотные дома, имеющие небольшую площадь в плане.

Используя при возведении фундаментов в гражданском строительстве разные виды свай, удается увеличить объем сдаваемого жилья за счет повышения этажности строений, а также использования площадок с грунтами, имеющими неудовлетворительные характеристики. Кроме того, можно отметить значительное снижение трудоемкости и сокращение временных сроков на этапе земляных работ, по сравнению с открытым способом монтажа подземной части сооружения, дающее застройщику экономическую выгоду.

Классификация свай по материалу

Большое количество типов свай (более 100), применяемых в отечественном и зарубежном фундаментостроении, можно класси­фицировать по трем основным признакам:

1) по особенностям передачи нагрузки на грунт;
2) по способу заглубления или устройства свай в грунте;
3) по материалу.

Наиболее важным признаком является способ заглубления свай, который оказывает большое влияние на их несущую способ­ность по грунту.
Специфической особенностью свай любого типа является пере­дача нагрузки на грунт их нижним концом и боковой поверх­ностью. В зависимости от характера напластования и физико-ме­ханических свойств грунтов сваи могут передавать всю восприни­маемую нагрузку на грунт преимущественно нижним концом или боковой поверхностью. В соответствии с этим сваи подразделяют на два основных типа: сваи-стойки, передающие нагрузку нижним концом или уширением (уширенной пятой) на любые малосжимаемые грунты; сваи висячие, передающие нагрузку на любые грунты боковой поверхности и нижним концом. Кроме перечисленных основных типов, можно еще назвать сваи уплотнения с наклонной боковой поверхностью (конические, пирамидальные, клиновид­ные); сваи трения, передающие нагрузку только трением по боковой поверхности (анкерные, воспринимающие растягивающие усилия).

По способу устройства различают: сваи, изготавливаемые за­ранее и погружаемые в грунт в готовом виде; сваи, сооружаемые (бетонируемые) в грунте, на месте возведения фундамента; ком­бинированные, состоящие из свай первых двух типов.

В зависимости от применяемого материала сваи бывают дере­вянные, бетонные, железобетонные, стальные и комбинированные.

Кроме перечисленных основных признаков, сваи различают: по форме поперечного сечения — круглые, квадратные, прямо­угольные, треугольные, многогранные, трубчатые, крестового се­чения и др.; в зависимости от профиля в продольном сечении — цилиндрические или призматические, конические или пирамидаль­ные, с рифленой поверхностью и др.; по характеру действующего усилия — сжатые и растянутые, а также работающие на изгиб; по направлению погружения — вертикальные и наклонные; по способу погружения — забивные, завинчиваемые, погружаемые вибрацией, заглубляемые в предварительно пробуренные (лидерные) скважины и др. Сваи, погружаемые с подмывом, не могут быть выделены в отдельную группу ввиду того, что подмыв применяют в качестве вспомогательного средства для облегчения заглубления свай, а не как самостоятельный способ их погружения. Погружае­мые с подмывом сваи на последнем этапе погружения (после пре­кращения подачи воды) должны быть всегда добиты до получения проектного отказа для обеспечения их расчетной несущей способ­ности.

В главе СНиП П-Б.5-67* «Свайные фундаменты. Нормы про­ектирования» рассматриваются четыре типа свай: а) забивные железобетонные и деревянные; б) набивные бетонные и железо­бетонные; в) сваи-оболочки железобетонные; г) винтовые со стальным или железобетонным стволом.

К забивным отнесены сваи, погружаемые в грунт с помощью молотов и вибропогружателей, а также задавливаемые сваи; к на­бивным — сваи, сооружаемые путем предварительного устройства в грунте скважин (любым способом) и последующего заполнения их бетонной смесью, укладываемой как с уплотнением, так и без уплотнения (только под действием собственного веса).

Принятая в СНиПе классификация по отдельным характерным признакам не может точно отразить большого разнообразия кон­струкций и методов заглубления свай в грунт, применяемых в фундаментостроении. Известно, что под термином «забивные сваи» подразумеваются сваи, погружаемые забивкой с помощью мо­лотов. Распространение этого термина на сваи, заглубляемые в грунт вибропогружателями, вибромолотами и задавливанием, приводит к условности, а следовательно, к некоторой неточности такого термина. Аналогичная картина наблюдается и с термином «набивные сваи», под которым подразумеваются сваи всех типов, сооружаемые непосредственно в грунте путем заполнения скважин бетонной смесью как с принудительным уплотнением ее, так и без уплотнения, хотя принятый термин «набивные» может относиться только к первой группе свай.

В действующей терминологии одни термины (сваи забивные и сваи набивные) приняты по способу их устройства (заглубления) в грунте, а другие (сваи-оболочки и винтовые сваи) — по харак­терным особенностям конструкции. Из-за разного подхода к наз­начению терминов, некоторые из них оказываются излишними, так как охватываются другими. Например, сваи-оболочки можно отнести к сваям забивным, поскольку под ними подразумеваются сваи всех типов, принудительно погружаемые в грунт разными способами.

Несмотря на некоторые отмеченные погрешности принятой в СНиПе терминологии, она широко используется из-за отсутствия других, более совершенных терминов.

До разработки более удачной терминологии необходимо рас­смотреть целесообразность применения терминов, назначаемых по одному или нескольким классификационным признакам, например по материалу, конструкции, несущей способности по грун­ту или способу устройства. Очевидно, лучшими следует считать термины, отражающие наибольшее количество характерных приз­наков. С этой точки зрения классификация по материалу не является определяющей, поскольку из одного и того же материала, например железобетона, можно изготовить сваи, бетонируемые в грунте, забивные и винтовые, а также сваи-оболочки. Остальные три взаимосвязанных признака являются определяющими при вы­боре оптимальных терминов. Поскольку эти признаки взаимосвя­заны, то можно ориентироваться на один из них (например, на характерные особенности технологии устройства свай или особен­ности конструкции). Если в качестве основного принять технологи­ческий признак, то сваи всех типов можно разделить на три класса: сваи, погружаемые в грунт; сваи, сооружаемые в грунте, и сваи комбинированные. К погружаемым следует отнести изготавливаемые в стороне стальные, деревянные, железобетонные сваи, которые погружают в грунт любым из числа известных способов. К сооружаемым в грунте сваям (которые за рубежом на­зывают «Оrtbetonpfahle» или «In-situ pile») относятся сваи, изго­тавливаемые путем укладки бетонной смеси в скважины, предва­рительно разработанные в грунте любым способом. К комбини­рованным следует отнести сваи, состоящие из готовых стальных, деревянных или железобетонных элементов, которые после заглуб­ления в грунт взаимно соединяют, омоноличивая их тем или иным способом бетонной смесью или цементным раствором, укладываемыми в грунт. Рассмотренная терминологическая классификация в большей степени удовлетворяет характерным особенностям конструкции свай и технологии их сооружения, но не отражает влияния этих признаков на изменение удельной несущей способности по грунту. Например, погружаемые сваи и сваи-оболочки отнесены к одному классу, хотя между ними имеется существенное различие в вели­чинах удельной несущей способности грунтов по торцу и боковой поверхности элементов.

Взамен терминов, применяемых по технологическому признаку, более приемлемыми следует считать термины по характерным признакам конструкции, которые могли бы одновременно отра­жать особенности заглубления свай в грунт. В качестве таких терминов до разработки лучших можно принять следующие: «свая», «свая-оболочка» и «свая-столб». Два первых термина при­няты в СНиПе и являются общеизвестными, третий термин новый.

Под термином «свая» подразумевают полый или сплошного се­чения деревянный, железобетонный или стальной элемент, погру­жаемый принудительно любым способом в грунт с закрытым ниж­ним концом (или с открытым концом, но заглубляемый без удаления грунта из его внутренней полости), а также элемент, устанавливае­мый в полость заранее пробуренной скважины и принудительно допогружаемый до наступления сопротивления грунта, обеспечива­ющего восприятие расчетной нагрузки.

Термином «свая-оболочка» обозначают полый или заполняемый бетонной смесью после заглубления в грунт железобетонный или стальной элемент, который принудительно погружают с открытым нижним концом и выемкой грунта из его полости, или такой же элемент, устанавливаемый в предварительно пробуренную сква­жину.

В «Технических условиях проектирования железнодорожных, автодорожных и городских мостов и труб» (СН 200-62) под терми­ном «свая» подразумевают элемент диаметром не более 0,8 м; под термином «свая-оболочка» — элемент диаметром от 0,8 до 2 м.
В ГОСТ 17382-72 к полым сваям отнесены элементы диаметром 0,4-0,8 м, к сваям-оболочкам — элементы диаметром 1-3 м.
В настоящей работе подразделение на сваи и сваи-оболочки принято в соответствии с СН 200-62.

Под термином «свая-столб» подразумевается несущий элемент, сооружаемый на месте строительства фундамента путем устройства в грунте любым способом скважины и последующего заполнения ее бетонной смесью, или же заранее изготовленный элемент, устанавливаемый в предварительно пробуренную скважину без после­дующего принудительного заглубления его нижнего конца в грунт.

Общим для всех терминов является понятие «свая», указываю­щее на то, что обозначаемые этими терминами элементы являются основной несущей частью фундаментов независимо от их конструк­ции, методов расчета и возведения.

Несмотря на общность между этими элементами имеются и раз­личия. Существенное различие в методах заглубления элементов в грунт оказывает, как правило, решающее влияние на плотность, а, следовательно, и на несущую способность грунтов, находящихся под нижним концом и вдоль боковой поверхности элементов. Из-за вытеснения грунта принудительно погружаемыми «сваями» его плотность вблизи свай превышает природную. Вследствие принуди­тельного заглубления низа «свай-оболочек» в грунт он сохраняет природную плотность. В результате устройства «свай-столбов» происходит некоторое разуплотнение грунтов основания.

В дальнейшем под понятием «свайный фундамент» будет подра­зумеваться фундамент из свай, свай-оболочек или свай-столбов. Общим понятием «несущий элемент» (когда не требуется обращать внимание на специфические признаки) будут обозначены свая, свая-оболочка или свая-столб. Свая-оболочка или свая-столб будут называться оболочка или столб.

12.2.2. Классификация свай

По материалу сваи могут изготавливаться железобетонными, бетонными, стальными, деревянными. Выбор материала свай определяется гидрогеологическими условиями, особенностями возводимого сооружения, применяемым для устройства свай обо­рудованием и другими факторами.

По способу изготовления и заглубления в грунт различают сле­дующие виды свай: сборные и монолитные, забивные, вдавлива­емые, завинчиваемые, буроопускные, буронабивные, в том числе

с уплотненным забоем, набивные в пробивных скважинах, виб- роштампованные. Применение различного вида свай должно обо­сновываться технико-экономическими расчетами.

Для забивных свай чаще всего используются железобетонные сваи, они могут применяться независимо от уровня грунтовых вод и в любых грунтах при отсутствии включений валунов. Стальные и деревянные сваи используются редко. Погружение в грунт за­бивных свай выполняют при помощи молотов, вибропогружате­лей (вибрация ослабляет сцепление между зернами грунта и между грунтом и сваей и способствует погружению свай в грунт), виб­ровдавливающих и вдавливающих устройств.

Железобетонные сваи изготавливают сплошного сечения (квад­ратные, прямоугольные, круглые и др.) и пустотелые с открытым или закрытым нижним концом. Круглые пустотелые сваи большого диаметра (обычно 100—160 см) называются сваями оболочками.

Рис. 12.12. Армирование свай; формы поперечного сечения свай: а) свая без поперечного армирования; б) свая с поперечным армированием; в) сечения свай; 1 — арматурные сетки; 2 — предварительно напряженный стержень; 3 — арматурная спираль; 4 — стержни арматурного каркаса;

5 — навивка арматуры в виде спирали

Сваи без поперечного армирования ствола (рис. 12.12, а), при­меняют для восприятия вдавливающих нагрузок до 500 кН и го­ризонтальных нагрузок до 15 кН при условии полного погруже­ния свай в грунт и в случае, если часть сваи выступает до 2 м над поверхностью грунта и находится внутри помещения с положи­тельными температурами.

Сваи с поперечным армированием ствола (рис. 12.12, б) реко­мендуется применять для всех видов зданий и сооружений в лю­бых грунтах для восприятия вдавливающих, выдергивающих и горизонтальных нагрузок.

Наряду с забивными сваями достаточно часто применяют на­бивные и буронабивные сваи (рис. 12.13). Набивные сваи изготав­ливают в скважине, предварительно пробитой в грунте. При про­бивке грунт уплотняется, и за счет уплотнения повышается несу­щая способность свай. Набивные сваи выполняются диаметрами до 1,2 м включительно, длиной до 50 м.

Рис. 12.13. Буронабивные сваи:

1 — арматурный каркас на всю длину сваи;

— арматурный каркас в верхней части сваи; 3 — арматурные стержни; 4 — уширенная пята сваи, выполненная механическим способом;

5 — уширенная пята сваи, выполненная камуфлетным взрывом

Набивные сваи различаются по способам изготовления. Так, набивные виброштампованные сваи изготавливаются путем запол­нения скважин жесткой бетонной смесью, уплотняемой вибро­штампом в виде трубы с заостренным нижним концом и закреп­ленным на ней вибропогружателем. В случае возможного обруше­ния стенок скважины применяют набивные сваи с извлекаемой или с неизвлекаемой оболочкой. При их изготовлении в проби­тую скважину опускается инвентарная труба, нижний конец ко­торой закрыт бетонной пробкой, в трубу подается бетонная смесь, и по мере заполнения трубы бетоном она извлекается из скважи­ны, бетон при уплотнении вдавливается в грунт. Бетонная проб­ка остается под нижним концом сваи. При необходимости после

заполнения бетонной смесью оставляют также и трубы, которые в этом случае являются оболочкой сваи.

Для увеличения несущей способности набивных свай внизу сваи может выполняться уширенная пята. Для ее устройства в нижней части скважины механическим способом или камуфлет- ным взрывом выполняется полость, которая после заполнения бетоном и образует уширенную пяту.

Буронабивные сваи изготавливают в заранее пробуренных сква­жинах. По способам изготовления и размерам они выполняются аналогично набивным сваям.

Набивные и буронабивные сваи могут усиливаться арматурой. Арматурные каркасы ставятся на всю длину или только в верхней части сваи. Выпуски арматуры позволяют обеспечить связь свай с ростверком.

Недостатком набивных и буронабивных свай является слож­ность контроля за качеством выполненных свай. Пробные рас­копки свай иногда выявляют, что бетон свай расчленен осыпав­шимся со стенок скважины грунтом, особенно часто это слу­чается при выполнении свай малого диаметра, а оставлять в грунте инвентарные трубы дорого. Вместе с тем буронабивные сваи позволяют производить работы практически без сотрясе­ний земли, что важно при выполнении работ вблизи существу­ющих зданий, целостность которых может нарушаться при за­бивке свай.

Известные конструкции свай очень разнообразны и по формам поперечного сечения, и по формам продольного сечения, и по способам заглубления в 1рунт или изготовления в грунте, и по конструкции различных элементов (ствола, оголовка, острия свай, армирования и т.п.). Рассмотренные конструкции свай наиболее простые и достаточно часто применяются в строительстве.

Работа свай в грунте

По характеру работы сваи различаются на сваи-стойки и вися­чие сваи. Сваи-стойки опираются на скальные или практически несжимаемые грунты (рис. 12.14, а). Под действием вдавливаю­щей силы такие сваи практически не получают осадки, и, соот­ветственно, между сваей и грунтом не возникают силы трения. Вся нагрузка, приложенная на сваю-стойку, передается по стволу сваи на грунт через острие сваи.

Висячие сваи опираются на сжимаемые грунты. Под нагрузкой они получают осадку; соответственно, между поверхностью сваи и грунтом возникают силы трения, а также грунт оказывает со­противление острию сваи (рис. 12.14, б).

Рис. 12.14. Свайные фундаменты:

а) на сваях-стойках; б) на висячих сваях; 1 — сжимаемые грунты;

2 — скальные или мапосжимаемые грунты; 3 — силы сопротивления по боковой поверхности сваи; 4 — силы сопротивления острию сваи

Проектируя свайные фундаменты, учитывают, что нижние кон­цы забивных свай, как правило, должны заглубляться в прочные грунты, прорезая слабые напластования. Сваи, опирающиеся на крупнообломочные, гравелистые и средней крупности песчаные грунты, пылевато-глинистые грунты с показателем текучести /£

Классификация свай и свайных фундаментов

При строительстве зданий и сооружений применяются два вида свайных фундаментов: безростверковые и с ростверками. К безростверковым относятся конструкции со сваями-колоннами, состоящие из одиночных свай, насадок и колонн. В конструкциях безростверковых свайных фундаментов используются сваи-колонны или иные любые виды свай с применением оголовков, насадок, монолитных стаканов и опорных балок (рис.Ф.14.4). К конструкциям с ростверками относятся фундаменты под колонны, включающие более двух свай (свайный куст) и фундаменты под несущие стены в виде ленточных ростверков с однорядным, двухрядным и более расположением свай. В конструкции фундаментов типа «свайный куст» используются все конструкции свай. При выборе типа свай определяющим является требуемая величина ее несущей способности и вид нагрузки, действующей на фундамент. При большой требуемой величине несущей способности применяются сваи-оболочки, а также буровые опоры с уширением или без него. Если на фундамент действуют наклонная или горизонтальная нагрузки, то применяют сваи больших сечений или диаметров. При значительных выдергивающих нагрузках применяются буронабивные сваи с уширением или винтовые сваи. Забивные железобетонные сваи размером поперечного сечения до 0,8 м включительно и сваи-оболочки диаметром 1 м и более подразделяются: а) по форме поперечного сечения — на сваи квадратные, прямоугольные, таврового и двутаврового сечений, квадратные с круглой полостью, полые круглого сечения (рис.Ф.14.7.А,а); б) по форме продольного сечения — на призматические, цилиндрические и с наклонными боковыми гранями (пирамидальные, трапецеидальные, ромбовидные, с уширенной пятой (рис.Ф.14.7.А,б); в) 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 с поперечным армированием и без него (рис.Ф.14.7.Б,в); г) по конструктивным особенностям на цельные и составные из отдельных секций (рис.Ф.14.7.Г);

Рис.Ф.14.7.А. Формы сечения железобетонных свай: а — поперечных: 1 — квадратная; 2 — квадратная с круглой полостью; 3 — круглая пустотелая; 4 — прямоугольная; 5 — швеллерная; 6 — двутавровая; б — продольных: 7 — призматическая; 8 — цилиндрическая; 9 — пирамидальная; 10 — трапецеидальная; 11 — ромбовидная; 12 — с уширенной пятой

Все известные сваи классифицируются по трем признакам: 1) По материалу: железобетонные, бетонные, металлические, деревянные; 2) По способу заглубления в грунт: а) забивные железобетонные, деревянные и стальные, погружаемые в грунт без его выемки с помощью молотов, вибропогружателей, вибровдавливающих и вдавливающих устройств, а также железобетонные сваи-оболочки; 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 вытеснения грунта; г) буровые железобетонные, устраиваемые в грунте путем заполнения пробуренных скважин бетонной смесью или установки в них железобетонных элементов; д) винтовые; 3) По условиям взаимодействия с грунтом: а) сваи-стойки, передающие нагрузку на грунт нижним концом и опирающиеся на скальные или малосжимаемые прочные грунты. К малосжимаемым грунтам относятся крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем средней плотности и плотные, а также глины твердой консистенции в водонасыщенном состоянии с модулем деформации E ³ 50 МПа (рис.Ф.14.8,а); б) висячие сваи, опирающиеся на сжимаемые грунты и передающие нагрузку на грунты основания боковой поверхностью и нижним концом (рис.Ф.14.8,б).

Сайт инженера-проектировщика

• > Главная

• > Расчеты

• > Несущие конструкции

• > Изоляционные материалы

• > Чертежи в формате dwg

• > Проекты повт. применения

• > Справочник материалов

• > Метизы

• > Здания и сооружения

• > RAL, текстуры, цвета

• > Программы для проектирования

Свежие записи

Классификация свайных фундаментов

КЛАССИФИКАЦИЯ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Элементы в виде стержней из бетона, железобетона и других материалов в толще грунтового основания, которые воспринимают нагрузки от здания, называют свайным фундаментом. Такие фундаменты состоят из заглубленных в грунт свай и ростверка (распределительной балки или плиты). Ростверк обеспечивает равномерную передачу нагрузки от здания.

Свайные фундаменты классифицируются по следующим признакам:

а) по способу углубления в грунт сваи бывают забивные и набивные. Забивные сваи изготавливают на заводах и углубляют методом забивки, вдавливания или вибрации;

б) в зависимости от взаимодействия с грунтом: сваи-стойки концами опираются на прочные грунты и передают на них нагрузки; висячие сваи не достигают прочного грунта, а только уплотняют толщу основания и передают нагрузку на грунт трением, которое возникает между боковой поверхностью сваи и грунтом (рис. 1);

в) по форме поперечного сечения: круглые, квадратные, прямоугольные, многогранные, трубчатые, таврового и двутаврового сечения;

г) по форме продольного сечения: цилиндрические, призматические, с наклонными боковыми гранями (пирамидальные, конические, трапециевидные, ромбовидные)

д) по глубине: короткие — до 6 м; длинные — более 6 м.

е) по материалу: железобетонные, бетонные, деревянные, стальные.

Рис. 1. Виды свайных фундаментов: а — сваи-стойки; б, в — висячие сваи;1 — свая забивная; 2 — ростверк; 3 — свая набивная

По сечению забивные сваи бывают:

— призматические железобетонные сплошного сечения (рис. 2. ), размерами 200 × 200 и 300 × 300 мм, длиной 3 — 12 м;

— призматические железобетонные с круглой полостью, размерами 250 × 250 и 300 × 300 мм, длиной 4 — 12 м;

— трубчатые железобетонные, диаметром 400 — 800 мм, длиной 4 — 12 м;

— деревянные из бревен хвойных пород, диаметром не мене 180 мм. Их применяют только в грунтах с постоянной влажностью, ствол покрывают битумной или дегтярное мастикой, забивают ниже уровня грунтовых вод, чтоб избежать загнивания;

— пирамидальные — с верхним сечением 300 × 300 мм и наклоном боковых граней до 14 °, длиной 5 — 12 м.

Рис 2. Фундамент из забивных свай: а — свая трубчатая; б — железобетонная сплошная призматическая свая; в — тоже с круглой полостью; г -железобетонная пирамидальная свая; д — деревянная свая; 1 — стальной башмак забивной сваи; 2 — стальной бугель; 3 — стальной наконечних

Набивные сваи (рис. 3) изготавливают из монолитного бетона, который заполняет предварительно пробуренные скважины, объединенные сверху ростверком. Изготавливают диаметром 400 — 700 мм. Вверху сваи соединяют между собой железобетонным ростверком. Нижняя часть сваи может быть расширена.

Рис. 3. Набивные сваи и фундаменты в вытрамбованных скважынах: а -буронабивная свая с одинаковым сечением ствола; б — то же с уширением; в – вытрамбованнная скважина; 1 — уширение; 2 — уплотненная зона грунта

Под наружные стены зданий без подвалов ростверк размещают на 100 … 150 мм ниже уровня поверхности земли и укладывают под него, при связных грунтах, слой крупнозернистого песка, щебня или шлака толщиной 200 мм и более, а при несвязных грунтах, тощего бетона или шлака толщиной не менее 100 мм.

Под внутренние капитальные стены ростверк укладывают на слой бетона, щебня или шлака толщиной не менее 100 мм.

При наличии подвала или технического подполья под всем зданием отметки пола подвала совмещают с верхом ростверка.