ПР 2020. Устройство свайного фундамента и его применение в сельскохозяйственном строительстве
 Скачать 0.78 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова» ФАКУЛЬТЕТ СТРОИТЕЛЬНЫЙ КАФЕДРА ГПЗиС ОТЧЕТ по технологической практике НА ТЕМУ: Устройство свайного фундамента и его применение в сельскохозяйственном строительстве АВТОР СФ 2-9 Мищенко Александр Николаевич ..... (Группа) (ФИО) РУКОВОДИТЕЛЬ доцент, к.т.н. Царитова Надежда Геннадьевна ы (Должность, ученая степень, ученое звание) (ФИО) ___________________________________ (оценка) ___________________________________ (дата) Новочеркасск 2020 г. Оглавление
ВВЕДЕНИЕ Сельскохозяйственными зданиями называют совокупность орудий и средств труда, зданий, сооружений и других материальных фондов, используемых для производства какой-либо сельскохозяйственной продукции. Сельскохозяйственные здания обеспечивают условия для производственного процесса и среды для нормальной трудовой деятельности. Подавляющее большинство производственных сельскохозяйственных зданий относятся к III и IV классам по капитальности, являются сравнительно легкими с нагрузками на фундаменты от колонн до 200—400 кН и от стен до 50—80 кН/м, не имеют мокрого технологического процесса. Высота их обычно в 2—4 раза, а иногда и в 6—8 раз меньше величины просадочной толщи. Поэтому принципы обеспечения прочности и нормальной эксплуатации применительные к жилым, гражданским, промышленным зданиям и сооружениям не могут быть механически перенесены на производственные сельскохозяйственные здания. Вид фундамента, в первую очередь, зависит от конструктивных особенностей здания, а так же от естественного основания. Грунт, который служит основанием, должен иметь достаточную несущую способность, малую и равномерную сжимаемость, трудно размываться и не подвергаться выветриванию. В тех случаях, когда грунты, залегающие в основании, по своим физико-механическим свойствам и расчетным характеристикам позволяют создать фундамент сооружения на небольшой глубине, изготовляют фундамент мелкого заложения, обычно в открытых котлованах. В условиях слабых грунтов, когда залегания несущих слоев находятся на глубине 20, 30 и более метров, такое конструктивное решение является неэффективным. В этом случае наиболее надежными являются свайные фундаменты. Фундаменты данного типа более равномерно распределяют нагрузку на грунт и, при правильном устройстве, не подвержены «болезням» ленточных фундаментов таких как – неравномерная усадка и растрескивание. ГЛАВА 1. ОБЩЕЕ ПОЛОЖЕНИЕ История свайного фундаментостроения Свайное фундаментостроение было известно с древних времен. При этом материал, из которого изготавливались сваи, совершенствовался со временем, а способ установки оставался прежним - их забивали в грунт. Переворот в этой области совершило изобретение устройства под названием «винтовая свая», запатентованного в 1833 году инженером-строителем Александром Митчеллом (1780 – 1868). За это достижение он получил медаль Телфорда и членство Института гражданских инженеров. Винтовая свая в то время представляла собой металлическую трубу с якорным винтом на конце и вкручивалась в грунт усилиями людей и животных с помощью большого деревянного колеса, называемого якорным шпилем. Для установки винтовых свай от 20 футов (6 м) длиной с 5-дюймовым (127 мм) диаметром ствола нанимали до 30 мужчин. Первоначально винтовые сваи использовались только для постройки судовых причалов, однако сфера их применения быстро расширилась - уже в 1838 году винтовые сваи стали основой для фундамента маяка Мэплин Сэндс на нестабильном прибрежном грунте реки Темзы в Великобритании. Для укрепления морских пирсов технологию винтовых свай впервые применил архитектор и инженер Евгениус Берч (1818 – 1884). С 1862 по 1872 годы были возведены 18 морских пирсов и более 100 маяков. В период 1900-1950 годов популярность винтовых свай на Западе несколько снизилась в связи с активным развитием механического сваебойного и бурового оборудования, зато в последующие годы технология свайно-винтовых фундаментов стала активно развиваться в сфере индивидуального, промышленного и крупного гражданского строительства. В Россию технология пришла в начале 20го века. Тогда винтовые сваи получили широкое распространение в области военного строительства, где в полной мере оценили их достоинства - универсальность применения, возможность использования ручного труда, надежность и долговечность, в особенности на пучинистых, обводненных или многолетнемерзлых грунтах. Эти преимущества были доказаны благодаря трудам советского инженера Владислава Дмоховского (1877-1952), который провел комплексные исследования в области свайных оснований (теория конических свай). Разработка винтовых свай в СССР велась независимо от исследований западных ученых, при этом приоритетными задачами стали высокая скорость и простота завинчивания в грунтах с высокой плотностью. Этим требованиям отвечала стальная винтовая свая с литым наконечником и одной лопастью на конусе, конструкцию которой разработал доктор технических наук, крупный инженер-строитель Виктор Николаевич Железков. Несмотря на универсальность, эта модификация имеет невысокую несущую способность, для повышения которой необходимо увеличивать диаметр ствола и лопасти, что ведет к возрастанию стоимости строительства. Тем не менее, такая свая используется достаточно широко. Тем временем западные разработчики, напротив, сделали акцент на обеспечении необходимой несущей способности при минимальном увеличении материалоемкости. Это привело к отказу от крепления лопастей к конусу сваи, а для повышения несущей способности разработчики прибегли к наращиванию диаметра лопасти и количества лопастей на стволе. За счет внедрения новых технологий свайно-винтовые фундаменты стали широко применяться в сфере гражданского строительства. По данным ISSMGE в 2010 году винтовые сваи заняли уже 11% зарубежного рынка, постепенно вытесняя забивные. В российском малоэтажном строительстве винтовые сваи стали использоваться лишь в начале 21го века благодаря усилиям русского ученого - Сергея Петухова, который доказал рациональность применения изделий малого диаметра в ИЖС. Тем не менее, в современной России технология свайно-винтовых фундаментов до сих пор незаслуженно считается прерогативой промышленных сооружений, между тем существующие модификации винтовых свай позволяют признать винтовой фундамент наиболее эффективным методом строительства благодаря высокой несущей способности и оптимальной цене. Классификация свай Выбор вида свай для фундаментов осуществляется на основании данных инженерных изысканий строительной площадки, и является частью работ по проектированию фундамента сооружений. Инженерные изыскания включают в себя геодезические, геологические, гидрометеорологические исследования площадки строительства. Кроме того, содержат данные о назначении, конструкции и условиях эксплуатации проектируемых сооружений, нагрузки на свайные фундаменты, местных условиях строительства. Инженерно-геологическое обоснование проекта строго обязательно. При проектировании и устройстве свайного фундамента выбор вида свай осуществляют по следующим параметрам: способ заглубления в грунт (способ монтажа); способ взаимодействия с грунтом; устройство сваи и форма поперечного сечения; тип материала. Существуют следующие виды свай: В зависимости от способа заглубления в грунт: забивные сваи – изготавливаются из железобетона, дерева, стали; погружаются в грунт (без его разбуривания) или в лидерные скважины. Для погружения используют молоты, вибропогружатели, вибровдавливающие, виброударные и вдавливающие устройства; железобетонные сваи-оболочки (диаметром до 0,8 м) – заглубляются вибропогружателями без выемки (с частичной выемкой) грунта. Бетонной смесью не заполняются; железобетонные сваи-оболочки – погружаются вибропогружателями с выемкой грунта из их полости. Частично или полностью заполняются бетонной смесью; набивные бетонные и железобетонные сваи – устраиваются в грунте. Для этого в грунте делают скважины и укладывают в них бетонную смесь; буровые железобетонные – для их устройства в грунте бурят скважины. Скважины в дальнейшем заполняют бетонной смесью или устанавливают в них железобетонные элементы; винтовые сваи — состоят из трубчатого металлического ствола и металлической винтовой лопасти. Площадь поперечного сечения ствола такого изделия значительно меньше чем у лопасти. Погружаются в грунт путем завинчивания под давлением.
В зависимости от взаимодействия с грунтом: сваи-стойки — все виды свай, опирающиеся на скальные грунты, а забивные сваи, кроме того, — на малосжимаемые грунты; висячие (сваи трения) — все виды свай, которые опираются на сжимаемые грунты. Они передают нагрузку на грунты основания нижним концом и боковой поверхностью. Методы погружения свай Сваи, проходя сквозь слои твердого и слабого грунта, равномерно распределяют общую фундаментальную нагрузку по всему периметру строения. Упираясь в нижний твердый слой грунта, свайный ствол обретает устойчивость и не дает предпосылок к «гулянию» всего фундамента. Сваи подразделяются на два вида: Набивные. Создаются на контрольной точке расположения. Перед непосредственной заливкой свайного столба происходит бурение скважины с помощью специальной техники и установка армированных каркасов. Забивные. На место строительства завозятся уже готовые сваи. Используя крановые установки, их подтаскивают на контрольные точки и производят забивку с помощью молотов. Способ погружения свай в грунт будет зависеть от геодезических данных по участку строительства и наличия рядом стоящих объектов. Также выбранный метод погружения в дальнейшем определяет выбор конкретной техники. Согласно СНИП, погружение свай под фундамент производится различным технологическим оборудованием, выбор которого зависит от длины свай (рассчитывается при проектировании строения) и состояния грунтов. Погружения свай применяются следующие основные методы: ударный вибрационный, вдавливанием завинчиванием буронабивной В зависимости от условий и при необходимости в тех или иных случаях применяются комбинированные методы: виброударный вибровдавливанием с подмывом грунта с использованием электроосмоса Устройство ростверка Ростверком называется горизонтально расположенный элемент свайного фундамента сооружения (своеобразный пояс или подушка), который принимает на себя всю нагрузку здания и, равномерно распределяя, передает ее на опорные колоны. Это достигается путем обвязки свай в целостную конструкцию. Поскольку ростверк на свайный фундамент повышает прочность здания, то необходимо обеспечить достаточную жесткость всем узлам соединения. Преимущество подобного основания для здания заключается в его долговечности, прочности и возможности устройства на песчанистых и глинистых почвах, а также на плывунах. К тому же из-за незначительного объема подготовительных работ и используемого бетонного раствора подобная конструкция основания дома считается менее затратным вариантом по сравнению с другими видами фундаментов. Ростверки могут различаться как по конструкции, так и своему расположению и материалу, из которого они изготовлены. По исполнению они бывают: монолитные; сборные; монолитно-сборные. По положению ростверки делятся на: заглубленные (а); повышенные (б); высокие (в).  По материалу изготовления они могут быть: деревянными; металлическими; бетонными; железобетонными. ГЛАВА 2. СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ ЗДАНИЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ Конструкции сельскохозяйственных зданий Сельскохозяйственные здания – это здания служащие для нужд сельского хозяйства. Могут быть животноводческими (свинарники, телятники и так далее), птицеводческие (птичники, инкубаторы), овощеводческие (теплицы), складские (овощехранилище, склады минеральных удобрений), для обработки сельхоз продукций (зерносушилки, мельницы, фермы), для ремонта и хранения сельскохозяйственной техники. По степени капитальности здание относятся: ко 2 уровню, со сроком службы от 50 до 100лет, к 3 уровню от 20 до 25 лет, 4 уровню от 5 до 10 лет. В зависимости от характера передаваемых на фундамент нагрузок и инженерно – геологических условиях зависит тип этого фундамента. В свайном фундаментостроении сельскохозяйственных зданий получили большую популярность призматические и пирамидальные сваи квадратного продольного сечения Призматические сваи Призматические сваи представляют собой длинные железобетонные столбы квадратного, реже – прямоугольного сечения. На их нижнем конце располагается наконечник, а сверху – оголовок. Технические условия изготовления и область применения изделий оговариваются в ГОСТ 19804-2012. Данный стандарт принят в шести постсоветских странах, а в России введен в действие с начала 2014 года. Согласно нормативу, железобетонные сваи призматической формы подразделяются не столько по размерам, сколько по способу армирования. Изделия выпускаются: цельными и составными; сплошного сечения или со сквозной полостью круглого сечения; с предварительно напряженной или ненапряженной продольной арматурой; с поперечным армированием или только с продольным; с расположением металлических стержней вдоль ребер, в центре и в промежутке между параллельными гранями. В призматических сваях могут отсутствовать или присутствовать поперечные арматурные хомуты. В первом случае в качестве продольных стержней устанавливается высокопрочная или же семипрядная стальная проволока, представляющая собой прямолинейный стальной стержень с обвитыми вокруг него шестью нитями более тонкой скрученной проволоки. Железобетонные сваи без поперечной арматуры выгодно уменьшают расход металла. Их используют при прохождении рыхлых и среднеплотных песков, а также пластичных супесей и глинистых грунтов. При этом заглубляться сваи должны на всю высоту, а опираться могут на любые грунты, кроме скальных, вечномерзлых, а также слабых, пучинистых и сильносжимаемых. Но в силу своей конструкции, такие изделия имеют ограничения.
В сельском строительстве очень широко применяются сваи типа «С» и «СД». Железобетонные сваи «С» – забивные сваи сплошного квадратного сечения. Размер стороны их сечения составляет 200-400мм, а длина изделий с ненапряженной арматурой – от 3 до 18м, а с напряженной – до 20м. Составные призматические сваи типа «С» имеют сечение 300-400мм и длину – от 14 до 28м. В строительстве используют с усиленным армированием и закладными деталями для крепления металлических опорных столиков под цокольные балки Железобетонные сваи «СД» – железобетонные сваи квадратного сплошного сечения, двухконсольные, расположенные по крайним осям здания. Они выпускаются с размерами в поперечном сечении 200 и 300 мм и длиной – от 5 до 6 м для сечения 200  200, и до 7,5 м для 300 300. Используются в качестве колонн сельскохозяйственных зданий высотой до 6 м, пролетом до 21 м.Примечание: Составные призматические сваи могут иметь более двух секций, что допускается действующими стандартами. Диаметр, количество и расположение продольных арматурин определяется, исходя из соответствующих расчетов. Металлические 12-32 миллиметровые стержни устанавливают в обязательном порядке по углам, а при необходимости – и между ними, вдоль граней железобетонных свай. В целях экономии металла, армирование длинномерных изделий производят с переменным количеством продольной арматуры или с изменениями размеров сечения стержней на разных участках по длине свайного столба.
Поперечное армирование выполняется 6-8-миллиметровой проволокой в виде замкнутого спирального хомута с шагом витков 100-200мм. В наконечнике и оголовке расстояние между проволочными рядами уменьшают вполовину. Кроме того, нижний заостренный конец железобетонных свай может упрочняться стальными кожухами, а для возможности качественного опирания на неровную поверхность – оснащаться специальными штырями. Наличие тех или иных дополнительных опций напрямую зависит от грунтовых условий на площадке строительства объекта. Призматические сваи квадратного сечения чаще других используют в качестве свай – колонн, т. е. конструкции, выполняющей одновременно функции сваи (погружаемая в грунт часть) и колонны (надземная часть). Сван – колонны с консолями представляют собой опорный узел полной заводской готовности. Двусторонние симметричные консоли погружают в грунт и используют для опирания цокольных балок, увеличения несущей способности фундамента при действии вертикальных и горизонтальных нагрузок (в том числе сейсмических).
Сваи – колонны рекомендуется применять при строительстве полносборных одноэтажных зданий, животноводческих и птицеводческих ферм на традиционных и облегченных конструкций с неполным каркасом (для средних рядов), для лотков оросительных систем, опор трубопроводов, теплиц, навесов, складов на участках со спокойным рельефом и непучинистыми песчаными и глинистыми грунтами, не содержащими валунов, слоев торфа и крупнообломочных грунтов.
 .Для одноэтажных животноводческих и других сельскохозяйственных производственных зданий призматические сваи располагают в один ряд по геометрическим осям капитальных стен обязательно в углах здания и в местах пересечения продольных и поперечных стен. Расстояние между осями свай (шаг свай) определяют расчетом с учетом их несущей способности и расчетной нагрузки, но должно быть не менее 3 d (d— сторона поперечного сечения сваи). Для животноводческих зданий расстояние между сваями принимают не более 3 м. Дальнейшее увеличение шага свай экономически не оправдано, так как влечет за собой значительное увеличение высоты железобетонного монолитного или сборного ростверка, которым сваи связаны поверху в единую конструкцию для равномерности распределения на них нагрузки от здания. Пирамидальные сваи Пирамидальные сваи различных конструкций, как забивные, так и набивные в выштампованном основании, применяются по отраслевым стандартам, ведомственным инструкциям и индивидуальным рабочим чертежам.
Пирамидальные сваи наиболее эффективны в недоуплотненных однородных грунтах. При забивке этих свай происходит уплотнение окружающего грунта в большей степени, чем у обычных призматических или цилиндрических свай. Опыты показывают, что в просадочных грунтах в процессе забивки наблюдается уменьшение пористости на 15-40 % на расстоянии до трех диаметров сваи. Совместная работа пирамидальной сваи с грунтом основания под нагрузкой характеризуется тем, что давление от сваи на грунт передаётся по нормали к её боковой поверхности, а осадка сваи развивается в грунте по вертикали, в пределах горизонтальной проекции площади головы сваи её рабочей длины.
Забивные пирамидальные железобетонные сваи могут быть двух видов: с большими и малыми углами конусности. Пирамидальные сваи с малыми углами конусности (с наклоном боковых граней 1 – 4°) рекомендуется применять в однородных по глубине грунтах, а также, когда сваями вынужденно прорезаются слои плотных грунтов и их нижний конец заглубляется в более слабые грунты. Их применение допускается в сейсмических районах с расчетной сейсмичностью до 6 балов включительно, а для малоэтажных сельскохозяйственных зданий – до 9 балов включительно. Такие сваи не рекомендуется применять в насыпных и лессовидных грунтах (без полной их прорезки), а также в пучинистых грунтах, если силы пучения превышают величину вертикальной вдавливающей нагрузки на сваю. Пирамидальные сваи с большими углами наклона боковых граней (4—14°) рекомендуется применять в песчаных и глинистых грунтах, в том числе для легких и средненагруженных зданий в просадочных грунтах I типа по просадочности. Их также используют в сейсмических районах с расчетной сейсмичностью до 7 балов включительно, а при наличии просадочных грунтов – до 6 балов включительно. При пучинистых грунтах пирамидальные сваи с большими углами наклона граней в фундаментах должны целиком располагаться ниже уровня сезонного промерзания грунтов. Эти сваи не рекомендуется применять в набухающих грунтах, вечномёрзлых грунтах, грунтах II типа по просадочности, при передачи на сваи выдёргивающих нагрузок, а также, когда под концами свай залегают текучепластичные и текучие глинистые грунты или торфы. Пирамидальные сваи (при любом уклоне) рекомендуют применять только как висячие. Пирамидальные сваи изготовляются ненапрягаемыми с поперечным армированием ствола и с напрягаемым центральным стержнем без поперечного армирования ствола.
Преимущества пирамидных свай перед призматическими заключается в снижение стоимости 1 м3 сваи в результате сокращения расхода арматурной стали до 40-50%; использование бетона более низких марок; повышение качества устройства полов в связи с отсутствием большого объема уплотнения грунта обратной засыпки; сокращение расходов на транспортирование свай до 40% благодаря возможности применения обычного автотранспорта без прицепов и трайлеров. Сокращение продолжительности, стоимости и трудоемкости свайных работ за счет использования облегченного сваебойного и грузоподъемного оборудования; повышение фондоотдачи основных производственных фондов вследствие сокращения продолжительности работ по устройству фундаментов, сокращение числа машин и оборудования и использования высвободившихся механизмов на других объектах. Но самое главное преимущество пирамидальных свай является их повышенная удельная несущая способность по сравнению с призматическими сваями. Только за счет повышения удельной несущей способности пирамидальных свай достигается снижение стоимости фундаментов на 40%. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Свайный фундамент хорошо зарекомендовал себя как надёжный конструктивный элемент здания. Для возведения зданий в сложных инженерно-геологических условиях он практически незаменим. В данной работе было рассмотрено два вида распространённых свай, используемых в сельскохозяйственном строительстве: призматические и пирамидальные. Технология возведения фундаментов с помощью этих свай за несколько десятков лет своего существования отработана и является гарантом качественного выполнения работы при строительстве зданий и сооружений СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ Метелюк Н.С. «Сваи и свайные фундаменты», Справочное пособие , 1977 г. Д.Н.Топчий, В.А.Бондарь, О.Б.Кошлатый, Н.П.Олейник, В.И.Хазин «Сельскохозяйственные здания и сооружения», 4-у изд, переработанное и дополненное – ВО «Агропромиздат», 1985 г. В.М.Антонов, В.В.Леденев, В.И.Скрылев, «Проектирование зданий в особых условиях строительства и эксплуатации», издательство ТГТУ,2002 г. «Проектирование и устройство пирамидальных свай и забивных блоков для малоэтажных сельских зданий», ВСН 26-84, Минсельстрой СССР, 1985 г. «Рекомендации по рациональной области применения в строительстве свай различных видов», ордена трудового красного знамени НИИ оснований и подземных сооружений имени Н.М.Герасимова Госстроя СССР, 1982 г. «Временные указания по проектированию и устройству фундаментов из пирамидальных свай», ГК совета министров УССР по делам строительства (Гострой УССР), 1971 г. «Руководство по проектированию свайных фундаментов», НИИ оснований и подземных сооружений имени Н.М.Герасимова Госстроя СССР, 1980 г О.Ю.Ещенко, М.Б.Мариничев, М.В.Чумак «Основания и фундаменты уникальных зданий и сооружений», МСХ РФ, ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т.Трибулина, 2017 г. «Технология устройства свайных фундаментов», учебное пособие, Министерство образования и науки РФ, Санкт-Петербурский государственный архитектурно-строительный университет, 2010 г. М.С.Грутман, «Свайные фундаменты», издательство «Будiвельник», Киев, 1969 г. |
