эл. учебник. И фундаменты

• Название: И фундаменты
• Дата: 21.10.2022
• Размер: 1.24 Mb.
• Имя файла: эл. учебник.doc
• Тип: Учебник; #746623
• страница: 8 из 26

* / . - \4% • e •

_v , . /..V. • .,

;'■'. ,'f'>,'/': Рис. 11,1.

Сваи-стойки (а) и сваи трения, или висячие (б)

252

при загрузке их силой Fони практически не получают вертикального перемещения. По этой причине между боко­вой поверхностью сваи и грунтом не может возникнуть трения, если не учитывать продольных деформаций самого ство­ла сваи. При деформации ствола длинных свай (длиной более 16 м) может развиться трение, но лишь в верхней части ствола. В связи с этим считают, что сваи-стойки передают давление толь­ко через нижний конец (пяту) и работают как сжатые стержни в упругой среде.

Сваи трения (висячие) окружены со всех сторон, в т.ч. и со стороны нижнего конца, сжимаемыми грунтами. Под вдав­ливающей нагрузкой такие сваи перемещаются вниз (получают осадку), и поскольку они окружены грунтом, по их боковым поверхностям развивается суммарная сила трения F_s. Кроме того, под нижним концом (острием) сваи возникает сопротив­ление F_p(рис. 11.1,6). Сопротивление основания перемещению сваи трения под нагрузкой, обычно называемое несущей спо­собностью грунта основания сваи или, коротко, несущей спо­собностью сваи, составляет

, (ИЛ)

Для получения как можно меньших осадок свайных фунда­ментов и для более полного использования материала свай ре­комендуется доводить их до относительно плотных грунтов.

11.1.2. Виды свойных фундаментов и типы ростверков

Несущая способность одиночной сваи в большинстве случаев во много раз меньше нагрузки, передаваемой надзем­ной конструкцией (например, колонной), поэтому свайный фун­дамент приходится делать из нескольких свай. В зависимости от характера размещений свай в плане различают следующие виды свайных фундаментов: одиночные сваи, ленточные свай­ные фундаменты с размещением свай рядами (рис. 11.2,а), свайные кусты (рис. 11.2,6), сплошное свайное поле (рис. 11.2, б).

Одиночные сваи применяют под сооружения, когда на­грузку от колонны здания или стыка панелей воспринимает одна свая. Иногда сваи являются одновременно колоннами зда­ния. Такие конструкции называют сваями-колоннами.

Ленточные свайные фундаменты устраивают под стенами зданий и другими протяженными конструкциями. Раз­личают однорядное (см. рис. 11.2, а) и многорядное (в 2...3 ряда и более) размещение свай. При многорядном размещении свай свайный фундамент легко воспринимает не только верти­кальную нагрузку, но и момент; при однорядном размещении

263

б)
П	а	□	р	а
а	а	а	а	D
а	а	□	а	у
а	□	а
а	3-

п)в)Рис. 11.2. Виды свайных фун-

, -■—i—i—. —, | ■—*-t даментов в зависимости от

|DDDDDD| О Q □ P П размещения свай в плане

а —ленточный; б — свайный куст;

к\U U U LI U _e _ сплошное свайное поле

а	а	D
а	а	D
а	а	D

□ Q Р □ Q Q □ 9

свай внецентренно прило­женная нагрузка вызы­вает изгиб свай. В случае однорядного размещения

свай под внутренними и наружными стенами здания, обладаю­щего пространственной жесткостью, верхние части свай не мо­гут испытывать изгиба, так как надподвальные перекрытия и пересечения стен препятствуют развитию деформаций изгиба в сваях.

Свайные кусты — это группы свай, обычно расположен­ные под отдельными конструкциями (например, под колонна­ми). Минимальное число свай в одном кусте — три. Иногда до­пускается делать свайные кусты из двух свай, если исключено развитие изгиба свай в перпендикулярном направлении по от­ношению к оси, проходящей через обе сваи.

Сплошное свайное поле устраивают под тяжелые сооружения, когда сваи располагаются по некоторой сетке под всем сооружением или частью его. На сплошное свайное поле опираются все конструкции этой части сооружения (колонны, стены, оборудование).

Свайным полем строители называют также систему свай, размещенных под сооружением, состоящую из одиночных свай, лент и свайных кустов.

Чтобы все сваи фундамента работали одновременно, их объединяют железобетонной плитой или балкой — ростверком, который обеспечивает распределение нагрузки на сваи и при­близительно равномерность осадки или при несимметричном загружении — осадку с креном.

Различают три типа свайных ростверков: низкий, повышен­ный и высокий (рис. 11.3).

Низкий свайный ростверк располагают ниже по­верхности грунта. Такой ростверк может передавать часть вер-

_п

г)

\

ТТЛ ({ТТЛ,

254

Рис. 11.3. Типы свайных ростверков

а — низкий; б — повышенный; в, г — высокий

тикального давления на грунт основания по своей подошве и при практически плотной обратной засыпке воспринимать дав-л'ение от горизонтальных сил. Если ростверк находится в зоне сезонного промерзания, на него при промерзании грунта могут воздействовать нормальные и касательные силы пучения соот­ветственно по подошве и боковым поверхностям.

Повышенный свайный ростверк не заглубляют в грунт, а располагают непосредственно на его поверхности. В связи с этим отпадает необходимость в устройстве опалубки снизу ростверка. Такие ростверки допустимы там, где при про­мерзании не происходит пучения грунта. Поскольку верхние слои сложены, как правило, слабыми грунтами, повышенные ростверки не могут передавать давление на грунт основания.

Высокий свайный ростверк располагают выше по­верхности грунта. Так как верхняя часть вертикальных свай имеет небольшое сопротивление поперечному изгибу при дей­ствии горизонтальных нагрузок, кроме вертикальных свай за­бивают наклонные сваи по двум-четырем направлениям. Высо­кие свайные ростверки применяют при строительстве мостов и гидротехнических сооружений, под внутренними стенами жилых зданий с техническими подпольями и в других случаях. Иногда свайные фундаменты делают без ростверков. На голову сваи надевают оголовник и на это уширение устанавливают несу­щие панели зданий (рис. 11.3, г).

11.1.3. Сваи, погружаемые в грунт в готовом виде . (забивные по СНиПу)

В зависимости от материала различают сваи деревян­ные, железобетонные, металлические и комбинированные.

Деревянные свай в настоящее время применяют редко в результате ограниченности сортамента лесных материалов и из-за гниения древесины при ее расположении выше уровня грунтовых вод. Такие сваи обычно изготовляют из бревен (рис. 11.4). На одном конце бревна делают заострение, на дру* гой надевают металлический бугель, который защищает .дре­весину от размочаливания во время забивки. Длина таких свай, как правило, не превышает 12 м. При необходимости получения свай большей длины их стыкуют из двух-трех бревен. Иногда на нижний конец сваи надевают сварной металлический баш­мак. При большой длине и недостаточном сечении бревен при* меняют сваи клееные или пакетные из трех-четырех бревен.

Железобетонные сваи более универсальны как по сортаменту, так и по форме, чем деревянные. В настоящее вре­мя чаще всего используют полнотелые квадратные (рис. 11.5, а) и пустотелые квадратные (рис. 11.5,6) или круглые (рис. 11.5, в)

255

Рис. 11.4. Деревянная спая

железобетонные сваи с постоянным сечением по дли­не (призматические и цилиндрические). Для свай тре­ния целесообразнее применять пустотелые, так как у них на 1 м³ бетона больше площадь боковой по« верхности и, следовательно, больше несущая способ­ность, обусловленная силами трения, чем у свай без пустот. Круглые пустотелые сваи изготовляют мето­дом центрифугирования.

Квадратные сваи делают с размерами поперечного сечения от 0,2 X 0,2 до 0,4 X 0,4 м, длиной от 3 до 20 м. При необходимости получения свай большей длины их стыкуют из нескольких звеньев. Например, в Ленинграде широко применяют сваи сечением 0,4X0,4 м, длиной 32 м (два звена по 16 м). В сваях устанавливают продольную и спиральную поперечную арматуру (рис. 11.6). Последнюю размещают с мень­шим шагом у головы и у нижнего конца. В голове сваи укла­дывают три — пять арматурных сеток для восприятия попе­речных растягивающих усилий, возникающих при ударах свай­ного молота о сваю. Продольную арматуру применяют пред­варительно напряженную или без напряжения. У нижнего конца арматуру иногда сваривают. Сваи небольшой длины с целью экономии металла делают без поперечного армиро­вания с предварительно напря2кенной продольной арматурой (рис. 11.5, г).

Для возможности транспортирования из тела сваи выпус­кают монтажные петли (рис. 11.6), располагая их по длине сваи таким образом, чтобы в ней возникали равные изгибаю­щие моменты в консолях (отрицательные) и в средней части (положительные). Кроме того, для возможности подъема сваи на копер в ней на расстоянии 0,3^ от головы делают отверстие для штыря, удерживающего подъемный трос.

Круглые пустотелые сваи ■ изготовляют наружным диамет­ром от 0,4 до 0,8 м, при большем диаметре их называют сваями-

5)



Рис. 11.5. Сечения железобетонных свай а — квадратной; 6 — квадратной пустотелой; в — круглой пустотелой; з — квадрагиой

без поперечного армирования

256

оболочками (от 0,8 до 1,2 м) и оболочками (более 1,2 м). Сваи диаметром до 0,6 м производят с закрытым нижним концом. При необ­ходимости получения свай большой длины их стыкуют из нескольких звеньев. Для возможности соединения звеньев на сварке или на болтах по их торцам устана­вливают закладные детали. Пустотелые сваи армируют продольной предварительно напряженной или горячека­таной арматурой периодиче­ского профиля и спиралью.

За последние три-четыре десятилетия появилось мно­го различных видов свай как с постоянным сечением, по длине — треугольные, тавровые, двутавровые и др., так и с переменным сечением по длине — пира­мидальные (рис. 11.7, а), плоскопрофилированные -— ромбовидные (рис. 11.7,6) и продольно расчлененные (рис. 11.7, в и г —вид до и после погружения). Вет­ви продольно расчлененных свай при забивке расхо­дятся в стороны вслед­ствие несимметричности их заострения. При этом они получают искривление, ко­торое в отдельных видах грунтов может приводить к излому.

Иногда для увеличения несущей способности свай применяют забивные ого­ловки (рис. 11.7,5), кото­рые при погружении допол­нительно уплотняют грунт вокруг верхней части сваи

9 Bj И. Далматоа



А-А

	« ft

Рис. 11.6. Конструкция железобетсшной

сван (s — шаг спиральной поперечной

арматуры)

257

Рис. 11.7. Сваи различного профиля

и сами передают часть нагрузки на основание. Например, уси­ление свай забивными оголовками в ленинградских условиях в некоторых случаях позволяло увеличивать несущую способ­ность их в 1,5...2 раза. Забивные оголовки целесообразны, когда по длине свай нет слоев слабых, сильносжимаемых грун­тов. Из эти оголовки иногда без ростверка устанавливают круп­ные панели стен зданий. Применяют также булавовидные сваи (рис. 11.7, е) с уширением в нижней части, если при забивке грунт оплывает над булавой.

При возведении одноэтажных легких зданий целесообразно применение свай-колонн. В таких случаях ненужны ростверки и земляные работы сводятся к минимуму. Для крепления ранд-балок к сваям-колоннам делают выступающие консоли либо устанавливают закладные детали. Применение свай-колонн и опирание колонны на одиночные сваи допустимо лишь при ми­нимальных допусках по отклонению свай в плане и по верти­кали.

Металлические сваи чаще всего имеют трубчатое се­чение, в редких случаях — двутавровое или иное сложное се­чение, получаемое при сварке прокатных профилей.

Иногда применяют комбинированные сваи, отдельные части которых изготавливают из разных материалов.

По способу погружения в грунт различают сваи забивные, погружаемые вибрированием, вдавливаемые и ввинчиваемые. Для облегчения погружения свай в песчаные и гравелистые грунты иногда применяют подмыв грунтов, а в пылевато-гли-нистые грунты — электроосмос и бурение лидерных скважин.

Забивные сваи погружают в грунт свайными молотами. Масса ударной части свайного молота должна быть не меньше массы самой сваи с наголовником, надеваемым на голову сваи для защиты ее от разрушения ударами молота. Для смягчения удара в наголовники укладывают прокладки из дерева, резины и других упругих материалов. Такие прокладки снижают эф­фективность удара, однако без них разрушается бетон головы сваи. Забивку свай трудно осуществлять через слои плотных

258

маловлажных песков. В таких грунтах целесообразно нриме- нять подмыв под нижним концом погружаемой сваи или про­буривать лидерные скважины. Подмыв и проходку лидерных скважин заканчивают не менее чем на 1 м выше проектного положения острия свай.

Погружаемые вибрированием сваи целесооб- разно применять при наличии толщи насыщенных водой пе­сков. Для погружения используются вибропогружатели и виб- ромолоты. При действии вибратора создаваемые им вертикаль­ные колебания передаются грунту. Грунт разжижается, трение резко уменьшается, и свая погружается в грунт. После прекра­щения вибрации трение по боковой поверхности оказывается больше, чем у свай, забитых в грунт.

Вдавливаемые сваи применяют там, где для их погру- жения нельзя использовать динамические воздействия. Такие условия возникают при устройстве свайных фундаментов вблизи существующих зданий, тем более при наличии в их основании песков и супесей, способных уплотняться под действием коле- баиий.

Ввинчиваемые сваи (рис. 11.7,ж) целесообразно яри- менять, когда с поверхности залегают слабые грунты, подсти­лаемые малосжимаемыми, и для устройства фундаментов, ра- ботающих на выдергивание. Давление на грунт основания та­кими сваями передается через винтовые лопасти диаметром до 2 м. Для завинчивания легких металлических анкерных свай применяют агрегаты, аналогичные буровым установкам. Желе­зобетонные сваи ввинчивают с помощью кабестана, закрепляе­мого анкерами.

11.1.4. Сваи, изготовляемые в грунте

Сваи, изготовляемые в грунте, часто называют набив­ными. "В настоящее время известно больЩое число различных конструкций таких свай и способов их изготовления.

Прежде всего, набивные сваи различают по материалу: бе­тонные, железобетонные; грунтовые, включая песчаные; щебе­ночные; грунтоизвестковые и грунтоцементные. Бетонные, же­лезобетонные и грунтоцементные сваи представляют собой кон­струкции, передающие давление сооружения на грунт основа­ния. Устройство грунтовых, щебеночных и грунтоизвестковых свай, по существу, относится к способам искусственного улуч­шения грунтов основания, рассматриваемым в п. 12. Бетонные набивные сваи впервые предложил русский инженер Страус (1899 г.).

По характеру взаимодействия свай с грунтом различают сван, изготавливаемые без уплотнения вокруг ствола, с частич­ным уплотнением и с полным вытестнением грунта в объеме изготавливаемой сваи,

9* 259

Р ис. 11.8. Последователь»

ность изготовления Сурова*

бивной сваи с уширенным

нижним концом

а — бурение скважины поя за* Щитой глинистого раствора; 6 — бетонирование сваи через бетонолитную трубу; в — гото« вая свая

Сваи без уплотне­ния или с небольшим уплотнением делаются в буровых скважинах, поэтому их в общем случае относят к бу­ровым. Поскольку буровые скважины заполняются бетоном с уплотнением (иногда с постановкой арматуры) в скважинах образуются сваи, назы­ваемые буронабивными. Иногда в скважинах разбуривается или делается каким-либо иным способом уширение.

В необводненных связных грунтах крепление скважины не требуется. При бурении ниже уровня подземных вод для под­держания стен скважин их заполняют раствором тонкодисперс­ной глины (например бентонитовой). Бетонирование сваи про­изводится с помощью бетонолитной трубы (рис. 11.8). Бурона-бивные сваи без уширения имеют относительно небольшую не­сущую способность вследствие осыпания грунта и образования шлама на дне скважины. Иногда буронабивные сваи делают пустотелыми путем погружения в бетонную смесь вибросердеч­ника.

Для повышения несущей способности буронабивных свай грунт под ними уплотняют с помощью камуфлетных взрывов, путем втрамбовывания щебня или жесткого бетона в забой скважины, С целью увеличения сопротивления грунта по боко­вой поверхности буронабивных свай в скважины отдельными порциями укладывают сравнительно жесткую бетонную смесь с тщательным трамбованием.

Так, в частности изготавливаются сваи Страуса (рис. 11.9). При бурении в скважину опускается обсадная труба, которая по мере бетонирования поднимается вверх. Интенсивное трам­бование бетонной смеси приводит к уширению ствола сваи за счет уплотнения окружающего грунта.

Под тяжелые сооружения иногда делают сваи-столбы в скважинах диаметром 80 см и более. В нижней их части целе­сообразно устраивать разбуриваемое уширение.

За последнее время для усиления оснований под существую­щими фундаментами стали применять буроинъекционные сваи диаметром 15...25 см (см. рис, 16.2), которые изготавливаются

260

путем заполнения скважин мелкозернистой беконной смесью или цементно-песчаным раствором под большим давлением. Это ведет к инъекции грунта цементным раствором и ушире-нию скважинсоздаваемым давлением.

В некоторых случаях применяют буроопускные сваи. При их изготовлении скважину (с уширением или без него) частич­но заполняют бетонной смесью, в которую вибрированием по­гружается призматическая свая, обладающая необходимой прочностью. Такие сваи могут воспринимать нагрузки до набора прочности уложенного бетона.

В последнее время в грунте готовят полости для свай с по­мощью водоструйной технологии. Подача струи воды в грунт в определенном направлении позволяет получать полости за­данной формы и размеров.

Сваи с полным вытеснением грунта называются набив­ными сваями. Для их устройства в грунт погружается либо инвентарный сердечник для образования полости, либо инвен­тарная труба с бетонной пробкой, с теряемым или раскрываю­щимся наконечником. После погружения на необходимую глу­бину по мере заполнения образовавшейся полости бетонной смесью инвентарную трубу постепенно извлекают.

Набивные виброштампованные сваи устраи­ваются аналогично набивным, но при поднятии инвентарной трубы с вибрацией ее систематически опускают несколько вниз. Это приводит к расширению ствола сваи при жесткой бетонной смеси. Иногда такие сваи делают, образуя скважину бурением.

Набивные сваи в в ы штампован ном ложе де­лают путем выштамповки или вытрамбовывания в грунте пира­мидальной, конусообразной или иной формы скважины с после­дующим заполнением ее

бетонной смесью. При _й^ л g,

устройстве таких свай _тш ,\ \_пж ^-^ \_пж ^-^^^-^^. иногда в нижнюю часть скважин несколько раз укладывают щебень или жесткую бетонную смесь и втрамбовывают в грунт. Это ведет к ушпрению пяты сваи и повышению ее несущей способности. Иногда уширение делает-

Рис. 11.9. Последовательность

изготовления сваи Страуса а — бурение скважины под защи­той обсадной трубы; б — бетони­рование с трамбованием; в — го­товая свая

_О