Способы устройства свайных фундаментов

Способы устройства свайных фундаментов

Для устройства свайных фундаментов применяют забивные, винтовые и набивные сваи. Два первых типа свай изготовляют на заводах, а третий устраива-ют на месте из монолитного железобетона или в сочетании со сборными элемен-тами заводского изготовления. В настоящее время на стройках массовое приме-нение (более 90 % от общего объема применяемых свай) получили главным обра-зом забивные железобетонные сваи квадратного сечения 0,2х0,2...0,4х0,4м длиной до 20 м Используются также винтовые металлические сваи, воспринимающие в равной мере как вдавливающие, так и выдергивающие нагрузки. Их применяют, в частности, для заанкеривания трубопроводов, укладываемых в грунтах с подвиж-ным поверхностным слоем, в качестве инвентарных анкерных устройств для стендовых испытаний конструкций на статические нагрузки и т.п. Набивные сваи в нашей стране широкого распространения не получили. Во многих зарубежных странах свайные фундаменты изготовляют преимущественно буронабивным спо-собом.

Сваи заводского изготовления погружают в грунт приложением внешней вертикальной или наклонной нагрузки (забивные сваи) или в сочетании ее с парой сил, действующих в перпендикулярной плоскости (винтовые сваи). Этими силами преодолеваются силы сопротивления грунта погружению в него сваи. В зависи-мости от структуры, гранулометрического состава, влажности, параметров внут-реннего и внешнего трения и других свойств грунты оказывают различные сопро-тивления погружению свай. В наиболее податливые глинистые и супесчаные грунты текучей и текучепластичной консистенции забивные сваи возможно по-гружать вдавливанием. Чтобы противостоять большим реактивным силам сопро-тивления грунта, применяемое оборудование должно обладать большой массой. В противном случае оно будет отрываться от земли (подниматься над ней), не про-изводя полезной работы. Обычно вдавливающее оборудование пригружают тяже-лыми тракторами, которые наезжают на специальные откидные рамы, связанные с направляющей мачтой. Из-за большой материалоемкости вдавливающего обо-рудования и ограниченности грунтовыми условиями — возможностью работать только в слабых грунтах, его низкой производительности этот метод редко при-меняют в строительстве.

Для интенсификации процесса погружения забивных свай реализуются два основных направления: создание технических средств, с помощью которых мож-но обеспечить требуемые для погружения свай нагрузки при уменьшенной массе оборудования, и средств, изменяющих силовое взаимодействие сваи с грунтом по разделяющим их поверхностям и уменьшающим тем самым сопротивляемость грунта погружению сваи, что в конечном счете приводит к снижению требуемых внешних нагрузок, а следовательно, и к меньшей массе оборудования. В первом случае применяют сваебойное оборудование — свайные молоты, которые пере-дают свае ударную нагрузку. Дополнительно к вдавливающей нагрузке, которая передается в виде сил гравитации — собственных и взаимодействующих с ней рабочих органов, свае передается часть кинетической энергии падающего на нее ударного рабочего органа. Ударный метод погружения свай широко применяют в строительстве, практически в любых грунтовых условиях, кроме скальных.

Второе направление реализовано в конструкциях вибропогружателей, ко-торые нагружают сваю периодически изменяемой по значению и направлению возмущающей нагрузкой высокой частоты. Вследствие высоких мгновенных от-носительных знакопеременных скоростей в пограничной со сваей зоне резко снижается коэффициент внутреннего и внешнего трения грунта, который приоб-ретает свойства жидкости, чем снижается его сопротивляемость погружению сваи. В результате вибрационного силового взаимодействия сваи с грунтом для ее эффективного, соизмеримого по скорости с другими способами, погружения дос-таточно небольшой гравитационной при-грузки. Этот метод весьма эффективен при погружении свай в водонасыщенные песчаные грунты, а также другие грунты пластичной консистенции. По сравнению с ударным способом в указанных грунтах вибропогружением можно повысить производительность труда в 2,5...3 раза при снижении стоимости работ в 1,5...2 раза.

С уменьшением влажности грунтов для погружения свай с использованием виброэффекта к ним требуется прикладывать большие статические или динами-ческие (ударные) вертикальные нагрузки. Способы погружения свай сочетанием указанных нагрузок называют соответственно вибровдавливанием и виброудар-ным погружением. Каждую из составных частей нагрузок при погружении свай вибровдавливанием (вибрационную и вдавливающую) передают на сваю различ-ными механизмами вибровдавливающего агрегата. Виброударную нагрузку мож-но генерировать одним механизмом — вибромолотом.

Для завинчивания свай можно применять все перечисленные методы с тем, однако, отличием, что реализующие их механизмы должны обладать возможно-стью передавать свае пары сил в горизонтальной плоскости. В строительной практике применяют кабестаны — устройства, осуществляющие статический способ передачи вращающих сил. Вертикальная пригрузка сваи при этом способе ее погружения обязательна, особенно на начальном этапе, когда лопасти сваи еще недостаточно защемлены грунтом. Завинчиванием можно погружать сваи в щебе-нисто-галечные, гравийно-песчаные. глинистые, а также мерзлые (песчаные и глинистые) грунты.

Перед устройством ростверков — конструкций, объединяющих сваи и служащих для передачи нагрузки от надземной части здания на сваи и грунтовое основание,— головы погруженных в грунт свай выравнивают на проектной от-метке, срубая их пневматическими молотками и газовой резкой или срезая специ-альными устройствами, называемыми сваерезами.

Набивные сваи изготовляют на месте путем заполнения предварительно пробуренной скважины бетонной смесью с уплотнением или без него. Скважины образуют бурением (вращательным, ударным, вибротермомеханическим), про-бивкой штампами различной формы, иногда с раскаткой или сочетанием этих способов. В плотных грунтах скважины разрабатывают без крепления стенок, а в обрушающихся грунтах — с использованием обсадных труб, которые оставляют в скважине или извлекают из нее по мере ее заполнения бетонной смесью. Ушире-ния в скважинах образуют режущими или уплотняющими уширителями рабочих органов или с помощью камуфлетного взрыва, не вызывающего деформаций грунта за пределами означенной зоны. В большинстве случаев эти уширения вы-полняются в едином технологическом процессе с устройством тела сваи. Помимо описанного способа устройства набивных свай, по содержанию которого эти сваи называют буронабивными, известны также другие способы — вибронабивной, виброштампованный. Для механизации работ по устройству набивных свай ис-пользуют общестроительные машины и оборудование (бурильные, бетоносмеси-тельные, машины для транспортирования, укладки и уплотнения бетонной смеси и др.), а также специальные машины, реализующие те же принципы, но приспо-собленные для наиболее эффективного выполнения рассматриваемых работ. Бо-лее подробно эти машины и оборудование рассматриваются в специальной лите-ратуре.

Машины и оборудование для погружения забивных свай

Копры и копровое оборудование. Сваи заводского изготовления погру-жают в грунт с помощью копров, перемещающихся по свайному полю на собст-венном, обычно рельсовом, ходу. Копры служат для подъема и установки свай перед погружением в требуемой точке свайного поля и обеспечения их направле-ния при погружении вместе с погружателем.

Копер состоит из нижней рамы (рис.1 ) с ходовыми тележками 2, пово-ротной платформы 6, опирающейся на нижнюю раму через опорно-поворотное устройство, с расположенными на ней силовой установкой (обычно электриче-ской), механизмами (в том числе одной или двумя лебедками для подъема и уста-новки в рабочее положение сваи и погружателя), органами управления, кабиной и противовесом, мачты 3 и механизмов 4 и 5 для изменения ориентации мачты от-носительно платформы. В зависимости от принятой технологии работ копер ком-плектуют свайными молотами, вибропогружателями или вибромолотами. Базовая часть копра — нижняя рама, ходовые устройства, поворотная платформа с опор-но-поворотным устройством, а также грузоподъемные механизмы по своему уст-ройству и принципу работы сходны с аналогичными узлами самоходных кранов.

Рабочий процесс копра состоит из его передвижения к месту установки сваи, ее строповки, подтягивания, установки на точку погружения по предвари-тельно выполненной разметке, выверке правильности ее положения, закрепления на свае наголовника, предохраняющего ее от разрушения при ударном погруже-нии, установку на сваю погружателя, расстроповку сваи, ее погружение с после-дующей выверкой направления, подъем погружателя и снятие с погруженной сваи наголовника. Для передвижения копра используют собственное ходовое оборудование. Если размеры и конфигурация свайного ппля таковы, что с

одной установки рельсового пути нельзя погрузить в грунт все сваи, то для работы используют несколько копров, работающих каждый на своем рельсовом пути, или перекладывают рельсовый путь после выполнения работ с прежней его установки. После, перемещения копра его надежно стопорят стояночными тормо-зами или другими устройствами.

Для выполнения всех грузоподъемных операций используют одну двухба-рабанную или две однобарабанные лебедки раздельно для подъема сваи и погру-жателя. Для правильной установки сваи и ее фиксирования в требуемом началь-ном положении мачту оборудуют упорами, иногда за хватами в ее нижней части. Для наводки сваи на требуемую точку свайного поля требуется две степени сво-боды мачты. Обычно это достигается поворотом платформы и изменением вылета мачты. Еще одна степень свободы нужна для корректировки направления после-дующего движения сваи в процессе се погружения.

Рис. 5.2. Копровое оборудование на базе гусеничного трактора класса 100 кН