Назначение и работа свай в грунте

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).

Использование свай при устройстве фундаментов зданий и сооружений, известное с самой глубокой древности, в настоящее время получает все большее распространение. Основное назначение свай заключается в том, чтобы передать нагрузку от здания или сооружения на более глубокие слои грунта, обладающие необходимой несущей способностью.

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 верхних частей свай.

Виды свайных фундаментов

Свая нижним концом может опираться на практически несжи¬маемые грунты: скальные, плотные крупнообломочные, плотные песчаные, плотные малосжимаемые глинистые в твердом состоянии (при показателе консистенции В<0).

В таких случаях все давление на грунт основания передается только через нижний конец сваи, по площади ее поперечного сечения. Такие сваи называют сваями-стойками.

Сваи можно опереть на несжимаемые грунты далеко не всегда. По большей части нижние концы свай остаются в сжимаемых грунтах. В этих 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. Это название сваи получили от развития сил трения по их боковой поверхности

Следует отметить, что силы трения, развиваемые по боковой поверхности сваи в процессе ее погружения и в эксплуатационных условиях, резко разнятся по своей величине. Поэтому проектную величину несущей способности висячей сваи определяют по величине сил трения, развивающихся в эксплуатационных условиях.

Несущую способность свай определяют различными способами. Необходимо отметить, что несущая способность свайного фундамента из свай-стоек всегда равна сумме несущих способностей отдельных свай в фундаменте.

Особенности работы в грунте висячих свай таковы, что несущая способность фундамента из висячих свай, как правило, меньше суммы несущих способностей отдельных свай в фундаменте.

Классификация свай

По роду материала, как уже было сказано ранее, сваи могут быть деревянные, металлические, бетонные и железобетонные. В последнее время начали применять грунтобетонные или грунтоцементные и грунтовые сваи.

• А - готовая (забивная) свая, погружаемая забивкой или вибрированием;
• Б - набивная свая без оболочки, скважина пробивается тяжелым конусом;
• В - набивная свая с оболочкой, остающейся в грунте (оболочка из тонкого листового железа забивается с помощью сердечника);
• Г - набивная свая со съемной оболочкой (оболочка из стальной трубы со съемным башмаком забивается в грунт и по мере бетонирования извлекается);
• Д - набивная свая со съемной оболочкой без башмака или без оболочки (скважина образуется бурением);
• Е - винтовая свая.

По способу внедрения в грунт

различают сваи готовые, погружаемые в грунт забивкой, задавливанием, завинчиванием и т. п., и набивные, изготовляемые непосредственно в скважине, предварительно пробуренной или пробитой в грунте.

Готовые сваи, погружаемые в грунт с помощью молотов и вибропогружателей, называют забивными сваям.

Поперечное сечение свай может быть сплошным (полнотелые сваи) или полым (пустотелые сваи и сваи-оболочки). Принципиального различия между сваями пустотелыми и сваями-оболочками нет. Обычно 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 относят к оболочкам.

Пустотелые сваи и сваи-оболочки могут быть с открытым или с закрытым нижним концом, что сказывается на способе производства работ и на несущей способности.

Для повышения несущей способности сваи у ее нижнего конца устраивают уширенную пяту (разбуриванием или камуфлетным взрывом). Устройство уширенной пяты возможно у забивных свай, но более характерно для набивных.

Конструкции готовых свай более или менее стандартны, тогда как конструкции набивных весьма разнообразны. Скважины для устройства набивных свай можно образовывать непосредственно в грунте бурением или пробивкой, под защитой обсадной трубы или без нее, причем обсадную трубу чаще всего удаляют после бетонирования сваи или оставляют в качестве внешней оболочки.

Возможно комбинирование различных методов устройства ствола сваи и уширенной пяты. Все это затрудняет составление общей классификации свай как по способу их устройства, так и по другим признакам.

Размещение свай в фундаменте

Ростверк, связывающий головы свай, повторяет в упрощенной форме план опорных частей сооружения или здания, для которого проектируют свайный фундамент. В зависимости от размеров и формы ростверка в плане сваи в фундаменте могут составлять свайный куст, свайное поле или свайную полосу.

Под свайным кустом понимают сравнительно небольшое количество свай в фундаменте. При этом соотношение размеров сторон ростверка в плане принимают не более 1:5, причем его абсолютные размеры сравнительно невелики. Практически к свайным кустам в промышленном и гражданском строительстве относят свайные фундаменты под колонны, стойки и отдельные высокие сооружения (например, дымовые трубы).

Свайное поле отличается от свайного куста только размерами ростверка и количеством свай. Свайное поле образуют, например, свайные фундаменты мостовых опор, гидротехнических сооружений и т. п. Соотношение размеров ростверка при этом не превышает 1:5.

Свайные полосы (гребенки) устраивают при ростверках большой протяженности в одном направлении. Например, свайные полосы составляют фундаменты стен гражданских и промышленных зданий, набережных и т. п.

Расположение свай в фундаментах может быть рядовым - по вершинам прямоугольника и шахматным - по вершинам треугольника.

В тех случаях, когда свайный фундамент воспринимает только вертикальные нагрузки, сваи располагают равномерно по всей площади ростверка. Расстояния между осями свай должны быть не менее 3d. При небольшом числе свай обычно принимают рядовое расположение, а в тех случаях, когда по площади подошвы ростверка должно быть размещено большое число свай, - шахматное. Расстояние от осей крайних сваи до кромки ростверка принимают равным 1d.

При наличии горизонтальных или внецентренных нагрузок стремятся к тому, чтобы давление на каждую сваю было одинаковым. С этой целью рекомендуется пользоваться условной эпюрой давления на сваи, которую строят, определив давление в уровне подошвы ростверка по выражению

На каждую сваю должна приходиться одинаковая часть площади эпюры давлений, следовательно, ее надо разделить на равновеликие части. Такое разделение эпюры давлений на равновеликие части достигается графическим построением.

При погружении свай в грунт способом забивки используется Сваебой ( Копер СП-49 )