Свайные фундаменты

Песчаные набивные сваи - наиболее дешевый способ уплотнения слабых грунтов. Стальная обсадная труба с башмаком погружается в грунт с помощью вибропогружателя. Достигнув проектной отметки, она частично заполняется песком, при подъеме обсадной трубы за счет массы песка она отделяется от башмака, и с помощью вибропогружателя извлекается на поверхность, при этом грунт от вибросотрясений уплотняется. Дополнительное и эффективное уплотнение может быть достигнуто проливом скважины водой. Применяют трубы диаметром 32...50 см; при извлечении в трубе всегда должен находиться слой песка высотой 1,0... 1,25 м. Способ применим для скважин глубиной до 7 м.

Грунтобетонные сваи. Нашли применение грунтобетонные сваи, которые устраивают с помощью бурильных установок с пустотелой буровой штангой, имеющей на конце смесительный бур со специальными режущими и одновременно перемешивающими смесь лопастями. После пробуривания скважины в слабых песчаных грунтах до нужной отметки в пустотелую штангу под давлением из растворосмесительной установки подают водоцементную суспензию (раствор). Буровая штанга медленно при обратном вращении начинает подниматься вверх, грунт насыщается цементным раствором и дополнительно уплотняется буром. В результате получается цементно-песчаная свая, изготовленная на месте без выемки грунта.

Бурозавинчивающиеся сваи. Нередко котлованы под заглубленные сооружения приходится устраивать вблизи существующих зданий. Забивка свай и шпунта может привести к их деформациям из-за возникающих динамических воздействий. При устройстве буронабивных свай, где погружение обсадной трубы происходит с опережающей выборкой грунта из полости трубы, возможна утечка грунтового массива из-под рядом стоящих фундаментов, что также может привести к деформациям существующих строений. Использование методов «стена в грунте» или применение глинистого раствора для погружения труб приводит к удорожанию проекта.

При этих методах происходит нарушение естественной подземной среды и ее равновесия, которое может привести к нежелательным результатам или к серьезному удорожанию строительства.

В случаях плотной застройки целесообразно применять метод бурозавинчивающихся свай. Сущность метода в том, что металлическая труба не забивается в грунт, а завинчивается. На трубу в заводских условиях навивается узкий шнек из арматуры диаметром 10... 16 мм с шагом 200...500 мм. В зависимости от грунтовых условий труба может быть оснащена заглушкой с рыхлителями, глухими или теряемыми, позволяющими при необходимости не допустить воду в тело трубы. При за-винчивании трубы окружающий грунт частично уплотняется, около 15--25% его выдавливается наружу. Если труба в нижней части глухая, то после завинчивания до проектной отметки в нее вставляется арматурный каркас и она заполняется бетонной смесью. Для труб с теряемым наконечником в нее вставляется арматурный каркас, труба заполняется бетоном, в процессе схватывания бетона труба вывинчивается, в грунте остается башмак, на который опирается железобетонная буронабивная свая. При особо плотных грунтах возможно предварительное пробуривание скважины на несколько меньшую глубину (до 1 м) и диаметр скважины должен быть меньше диаметра трубы. Диаметр завинчиваемых труб 300...500 мм, длина от 4 до 20 м. Важно, что технология позволяет выполнять работы вблизи существующих зданий при высоте в 5 этажей на расстоянии около 40 см, при большей высоте - около 70 см.

В последние годы получили широкое распространение фундаменты в виде мощных опор глубокого заложения с большой несущей способностью, сооружаемых с помощью специальных станков. Разработка грунта осуществляется с помощью грейферного ковша внутри опускаемой обсадной трубы. Во время разработки грунта нижний конец трубы должен быть ниже забоя скважины. Зачистка забоя производится грейферным ковшом. После установки в скважину арматурного каркаса осуществляется бетонирование методом вертикально перемещаемой трубы; заглубление бетолитной трубы в бетонную смесь должно быть не менее 1 м.

Метод вмерзания широко применяется для твердомерзлых грунтов, у которых среднегодовая температура на глубине 5... 10 м составляет -0,6... 1,5°С. Погружают сваи в твердомерзлые грунты в основном двумя методами: в оттаявший грунт или в пробуренные скважины, диаметр которых превышает наибольший размер поперечного сечения сваи. При погружении сваи в оттаявший грунт первоначально нужно этот грунт оттаять, затем погрузить сваи в образовавшуюся в мерзлом грунте полость разжиженного грунта. Грунт оттаивают с помощью паровой иглы, перфорированной в нижнем сечении. Под действием пара при давлении 0,4...0,8 МПа, в зоне перфорированной части иглы происходит разжижение грунта до текучего состояния; в такой грунт и осуществляют погружение готовой сваи до проектной глубины.

В грунтах с небольшим количеством льда можно получить полость нужных размеров в короткое время (за 1...3 ч). В грунтах с большим насыщением льдом процесс получения полости растягивается на 6...8 ч. Скорость погружения иглы в грунт определяют с таким расчетом, чтобы диаметр растаявшей полости превышал наибольший размер сваи в поперечном сечении в 2...3 раза. После погружения сваи на проектную глубину в грунте начинает восстанавливаться состояние вечномерзлости, свая оказывается вмерзшей в грунт, заделанной в толщу вечномерзлого грунта, приобретает необходимую несущую способность.

Для оттаивания мерзлого грунта при погружении свай с использованием стержневых электронагревателей район забивки свай разбивают на три захватки. На первой захватке пробуривают скважины, на второй - скважины уже пробурены и осуществляется их утепление и отогрев, на третьей захватке производят погружение свай скважины. Интервал между отогревом скважины и погружением нее сваи не должен превышать одной смены.

Метод погружения сваи в пробуренные скважины включает в себя ряд последовательно выполняемых операций: бурение скважины до необходимой глубины; заполнение скважины песчано-глинистым раствором на 1\3 высоты;

погружение сваи в этот раствор с частичным выжиманием его из устья скважины; извлечение обсадной трубы.

В результате вмерзания раствора в естественный грунт, а сваи в этот раствор, свая приобретает необходимую несущую способность.

В пластичномерзлые высокотемпературные грунты со среднегодовой температурой выше -- 1°С готовые сваи погружают забивным или бурозабивным методом. Методы погружения в оттаявший грунт или в пробуренные скважины, приемлемые для твердомерзлых грунтов, здесь не подходят из-за относительно высокой температуры грунтов и медленного процесса вмерзания в них свай.

Забивку свай выполняют в песчаные, супесчаные грунты, пылеватые суглинки и только в период сезонного оттаивания, так как зимой грунты деятельного слоя охлаждаются до -5...10°С и становятся твердомерзлыми. Бурозабивным методом сваи погружают в два этапа. Первоначально пробуривают лидирующую скважину, диаметр которой принимают на 1 ...2 см меньше максимального размера сваи. Далее сваю погружают в эту скважину с помощью вибромолота или дизель - молота. В процессе забивки происходит некоторое деформирование грунта и благодаря тепловой энергии от работающего молота - выжимание и перераспределение грунта по периметру сваи. После окончания забивки свая быстро вмерзает в грунт. Применение лидирующих скважин позволяет повысить точность установки свай, обеспечить погружение ее на проектную глубину, исключить поломки свай от попадания под острие камней, валунов и др.

6. Технология устройства ростверков

Конструкцию ростверка и технологию его устройства принимают в зависимости от типа свай. Ростверки объединяют группу свай в одну конструкцию и распределяют на них нагрузки от сооружения. Они чаще всего представляют собой непрерывную ленту по всему контуру здания в плане, включая внутренние стены. При использовании железобетонных свай ростверки могут быть выполнены из монолитного и сборного железобетона (рис. 6.25). В зависимости от типа здания или сооружения ростверки разделяют на высокие и низкие. При забивных сваях, головы которых после забивки могут оказаться на разных отметках, перед устройством ростверка необходимо выполнить трудоемкие операции по выравниванию голов свай. Для этого необходимо под определенный уровень срубить (срезать) бетон свай, обрезать или задуть их арматуру.

Срезка свай. Деревянные сваи и шпунт срезают механическими или электрическими пилами, стальные сваи - автогеном или бензорезом, в железобетонных сваях бетон оголовков разрушают обычно с помощью пневматических отбойных молотков. Более эффективно для этих целей применять пуансоны - установки для срезания голов свай (рис. 6.26), состоящие из жесткой замкнутой станины, опускаемой и зажимаемой на свае, подвижной рамы, съемных зубьев и гидродомкрата с поршнем. В комплект установки входит несколько пар пуансонов для свай с различными размерами поперечного сечения. Максимальное рабочее усилие 200 т, рабочий ход от 10 до 50 см, производительность установки -- обрезка голов 15...20 свай в час.

Сваи при погружении иногда отклоняются в плане, при многорядном или кустовом расположении свай эти отклонения не вызывают осложнений при устройстве ростверков. Если же имеется однорядное расположение свай и часть сечения отдельных свай выходит за границы будущего ростверка, то в этом случае необходимо устраивать монолитный ростверк и специальные выступы в ростверке для включения в него этих свай.

7. Особенности технологии свайных работ в условиях реконструкции

Специфика производства свайных работ. При реконструкции и техническом перевооружении предприятий нередко возникает необходимость усиления фундаментов или повышения их несущей способности. В этих условиях применяют различные способы подведения дополнительных свай, метод «стена в грунте», модифицированный метод опускного колодца.

Подведение дополнительных свай. При данном способе обычно применяют буронабивные и вдавливаемые многосекционные сваи, погружаемые по углам фундамента и воспринимающие нагрузку через устраиваемую по его периметру железобетонную обойму - ростверк. Однако более эффективным решением является устройство свай из укрепленного грунта или набивных свай непосредственно под подошвой существующего фундамента с использованием «струйной технологии» Эта технология устройства свай включает следующие основные процессы:

¦ бурение до грунтового основания скважин диаметром 100... 150 мм через нижнюю ступень фундамента по его углам, а при необходимости и между углами;

¦ опускание через пробуренное отверстие в фундаменте струйного монитора и последующая проходка скважины небольшого диаметра в грунте на проектную глубину посредством разрушения грунта высоконапорной струей от монитора;

¦ расширение скважины до проектного сечения путем постепенного подъема монитора, через сопло которого поступает размывающая струя воды или укрепляющий грунт раствор, в результате чего образуется свая из укрепленного фунта.

Возможна установка в скважину арматурного каркаса, выходящего существующий фундамент, последующее заполнение скважины бетонной смесью при недостаточной несущей способности грунтовых свай.

При подведении фунтовых свай под фундаменты по струйной технологии возможны фи ее варианта: одно-, двух- и трехкомпонентная, отличающиеся числом составляющих, составом оборудования и несущей способностью получаемых фунтовых свай.

Однокомпонентная технология предусматривает размыв фунта одной или двумя противоположно направленными струями укрепляющего раствора. Раствор можно приготовить заранее (цементно-песчаный или цементно-глинистый), или получить необходимый состав путем раздельной подачи к соплам его составляющих. Смешение будет происходить непосредственно при выходе из сопла (жидкое стекло и отвердитель, цементно-песчаный раствор и химические добавки-ускорители твердения и др.). При однокомпонентной струйной технологии фунт размывается в радиусе 200...350 мм от сопла, диаметр столба грунтовой сваи составляет 0,5...0,7 м.

Двухкомпонентная струйная технология осуществляется одновременной подачей Струи укрепляющего раствора и концентричной ей кольцевой струи воздуха. Размыв грунта растворно-воздушной струей происходит в радиусе 1,0... 1,5 м, а диаметр фунтовой сваи достигает 2...3 м. В трехкомпонентной технологии дополнительно в грунт подаются добавки, ускоряющие процесс формирования сваи.

При струйной технологии можно получать сваи различного сечения: винтовые, корневидные, с поперечными дисками-диафрагмами и др. За счет развитой боковой поверхности несущая способность свай выше в 1,5... 1,8 раза, чем у свай круглого поперечного сечения.

Винтовые сваи усваивают путем подъема монитора, имеющего одно или несколько боковых сопл, расположенных одно над другим одновременным разворотом вокруг его вертикальной оси. Число винтовых лопастей на таких сваях соответствует числу сопл на мониторе, шаг винтовых лопастей определяется скоростью подъема монитора.

Вдавливание многосекционных свай. Многосекционные сваи обычно состоят из трех и более сборных коротких элементов-секций. Эти секции последовательно стыкуют по мере вдавливания их в грунт домкратами или другими механизмами до положения, при котором обеспечивается проектная несущая способность. Домкрат устанавливают под подошву существующего фундамента, под специальную балку или инвентарное упорное устройство, анкеруемое за неподвижные конструкции и соседние здания. Для устройства многосекционных свай используют стальные трубы диаметром 245...400 мм с башмаком или заваренным нижним концом. Секции свай длиной около 1 м по мере вдавливания стыкуются сваркой. После вдавливания полость сваи заполняют бетонной смесью. Применяют железобетонные секции свай сечением 30 х 30 и длиной 60, 90 и 120 см со штыревым стыком секций.

Достоинства многосекционных свай в том, что вдавливание производится в режиме статического испытания свай, отсутствуют динамические воздействия при погружении свай, обеспечивается высокая надежность усиления конструкций и постоянный контроль несущей способности сваи в процессе погружения.

Модифицированный метод опускного колодца. Этот метод позволяет повысить несущую способность массива грунта под существующим фундаментом за счет заключения грунта в железобетонную оболочку, где грунт может воспринимать большие давления, так как находится в замкнутом объеме опускного колодца и подвергается трехосному напряженному состоянию. Модифицированный метод опускного колодца отличается от традиционного тем, что грунт разрабатывается снаружи, а не внутри опускного колодца. После выемки грунта до уровня нижней ступени фундамента устраивают оболочку колодца (сборную или монолитную), опускают ее с разработкой грунта по наружному контуру, и далее стенки оболочки наращивают. Работы выполняют последовательно до погружения оболочки на проектную отметку.

8. Приемка свайных работ. Контроль качества

Приемка свайных работ сопровождается освидетельствованием свайного основания, проверкой соответствия выполненных работ проекту, инструментальной проверкой правильности положения свай или шпунта, контрольными испытаниями свай. Отклонение положения свай от проектного не должно превышать в ростверке ленточного типа одного диаметра сваи, в свайных полях двойных размеров сваи.

При осуществлении контроля качества в процессе и при окончании устройства свайных фундаментов руководствуются следующими критериями:

от качества выполнения свайных работ зависит несущая способность свайных фундаментов, что имеет важнейшее значение для всего здания или сооружения;

устройство свай относится к скрытым работам, требующим пооперационного контроля качества в процессе их устройства. В общем случае контролируют:

¦ соответствие поступающих на строительную площадку изделий и материалов проекту;

¦ соблюдение утвержденной технологии погружения забивных или устройства набивных свай;

¦ несущую способность свай;

¦ соответствие положения свай в плане геодезической разбивке. Основным контролируемым параметром является обеспечение несущей способности свай. Несущую способность погруженных свай определяют статическим и динамическим методами, а набивных - только статическим.

Определение несущей способности сваи. Для свай-стоек, опирающихся на прочный грунт, главным фактором является прочность материала сваи, так как их забивают в плотные грунты до проектной отметки. Для висячих свай их несущую способность определяют способами пробных нагрузок и динамическим (рис. 4).

Рис. 4

Статическим методом несущую способность определяют после окончания работ по забивке всех свай. Для этого на сваю сверху воздействуют гидравлическими домкратами до момента смещения ее относительно окружающего грунта. При этом способе пробных нагрузок т сваю передают нагрузку, возрастающую ступенями в 1/10 предельной расчетной нагрузки, измеряют осадки и строят график зависимости между ними. За предельно допустимую нагрузку принимают ступень, предшествующую нагрузке, в результате которой свая погрузилась в грунт на величину, более чем в 5 раз превышающую предыдущее погружение. Этот способ надежен, но весьма трудоемок и для оценки прочностных характеристик свайного поля требуется большой промежуток времени (4... 12 сут).

Динамический метод основан на косвенной оценке несущей способности забиваемой сваи по значению отказа, поэтому для погружаемых свай этот метод вполне заменяет статический. Динамический способ основан на равенстве работы, совершаемой молотом при падении, и сваей на пути ее погружения. За основу принимают контрольный отказ, назначаемый проектной организацией. Отказы замеряют отказомерами, которые можно ставить на грунт или подвешивать на сваю с помощью хомута. Отказометр представляет собой мерную линейку, вдоль которой перемещаются указатели отказов. При погружении сваи в грунт один из указателей движется вниз и показывает на мерной линейке суммарное значение остаточного отказа. При наличии обратного движения сваи вверх за счет упругой реакции грунта второй указатель также перемещается вверх и показывает на мерной линейке суммарное значение упругого отказа. При отсутствии отказометров величину отказа сваи при забивке за расчетный отрезок времени можно определить нивелиром, гидравлическим уровнем, натянутой над уровнем земли проволокой.

Учитывая, что в процессе забивки сваи грунт находится в напряженном состоянии, следует иметь в виду, что несущая способность сваи оказывается завышенной. Проверку несущей способности свай производят после отдыха свай и стабилизации грунта, а именно: в супесях - через 5...8 сут, в суглинках - через 15...25 сут и в глинистых грунтах - через 30...35 сут.

При контроле положения сваи в плане следят, чтобы не были превышены допустимые отклонения: - 0,2d для забивных свай при их однорядном расположении и 0,3d при расположении свай в два и три яда в лентах или кустах свай (d - диаметр круглой или максимальный размер прямоугольной сваи). Приемка готовых свайных фундаментов оформляется актом с приложением следующих документов:

¦ паспорта на сваи и сборный ростверк заводов-изготовителей;

¦ паспорта на бетон набивных свай и монолитных ростверков;

¦ приемка арматурных каркасов набивных свай и монолитных ростверков;

¦ акты сдачи свайного поля и готового ростверка;

¦ результаты динамических или статических испытаний свай.

9. Сравнение видов фундаментов

Таблица 1.

Заключение

Для данной пояснительной записки были собраны основные сведения о свайных фундаментах. Они дают общее представление о их назначении, видах, характеристиках, технологиях устройства и т.д. Также приведено усредненное сравнение различных видов фундаментов для наглядного изображения всех недостатков и преимуществ данного вида фундамента относительно других. К данной пояснительной записке прилагается графическая часть, иллюстрирующая этапы устройства свай, спецтехнику, используемую для этих целей. Также изображены виды свайных полей, схемы устройства ростверков и т.д.

Библиография

свая фундамент ростверк

1. Теличенко «Технология строительных процессов».

2. СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты»

Размещено на Allbest.ru