Конструкции свай. Железобетонные забивные сваи. Набивные бетонные сваи

В зависимости от инженерно-геологических условий, расчет­ных нагрузок, конструктивного решения зданий и сооружений и некоторых других факторов в строительстве применяются сваи из разнообразных материалов, различной формы, сечений и раз­меров.

В гражданском и промышленном строительстве применяются сваи железобетонные и бетонные. За рубежом в отдельных слу­чаях используются также металлические сваи.

Наибольшее применение в отечественном фундаментостроении получили забивные железобетонные сваи, изготавливаемые на заводах и полигонах.

Бетонные сваи, изготавливаемые непосредственно на строительной площадке и называемые набивными, получили в СССР сравнительно небольшое применение, несмотря на их большую несущую способность. В то же время эти сваи за рубежом (за исключением камуфлетных свай, разработанных в СССР) яв­ляются одним из наиболее распространенных типов фундамен­тов.

Большое многообразие существующих конструкций свай можно подразделить на следующие группы:

Забивные железобетонные сваи:

а)     квадратные сваи сплошного сечения;

б)    квадратные с круглой полостью (пустотелые);

в) полые трубчатые (цилиндрические);

Набивные бетонные сваи:

а)     набивные сваи без уширенной пяты;

б)    набивные сваи с уширенной пятой взрывом (камуфлетные);

в)     набивные сваи с уширенной пятой механическим разбуриванием;

г)     вибронабивные сваи с уширенной пятой механическим трамбованием;

д)    вибронабивные сваи с уширенной пятой взрывом (камуфлетные).

Виды железобетонных забивных свай

Наибольшее применение в практике строительства получили забивные железобетонные сваи: квадратные сплошного сечения, квадратные е круглой полостью (пустотелые) и полые трубча­тые (цилиндрические) (рис. 1).

Из железобетонных свай наиболее освоены и широко приме­няются сваи квадратные сплошного сечения с обычным ненапряженным армированием. Сечение свай колеблется от 20 х 20 до 40 х 40 см.

Рис. 1 Основные виды забивиых железобетонных свай:
а - квадратная свая сплошного сечения; б - квадратная свая с круглой полостью; в - трубчатая свая

В связи с большим весом квадратных свай сплошного сече­ния и неполного использования возможностей железобетона, как материала, в последние годы ведутся поиски уменьшения веса свай и расхода арматуры, при одновременном увеличении сечения и несущей их способности.

К этому относятся, прежде всего, сваи с предварительно на­пряженным армированием и сваи квадратные с круглой по­лостью.

Опыт забивки сплошных железобетонных свай с обычной прутковой арматурой показал, что в некоторых случаях при погружении свай в грунт появляются трещины.

При применении же свай с предварительно напряженной арматурой обеспечивается повышенная трещиностойкость свай. Прочность их головок, благодаря обжатию бетона после от­пуска арматуры, оказывается намного выше, чем в обычных сваях, вследствие этого в процессе забивки не происходит их разрушения.

Внедрение предварительно напряженных свай позволяет сократить расход бетона до 18%, и металла - до 50% по срав­нению со сваями, армированными обычной арматурой.

Замена в предварительно напряженных сваях прутковой арматуры высокопрочной проволокой позволяет снизить расход стали и стоимость самих свай.

Сваи стойки и висячие сваи

Сваи различаются по характеру их работы в грунте. В зави­симости от способа передачи нагрузки от здания «а грунт сваи могут работать как сваи-стойки либо как висячие сваи (рис. 2).

В первом случае сваи прорезают всю толщу слабых грун­тов и своей подошвой опираются на плотный грунт.

Во втором - сваи не прорезают всей толщи слабых грунтов, а удерживаются в них силами сопротивления грунта, приложен­ными к их боковой поверхности.

Рис. 2 Схема работы свай в грунте о - сваи-стойки; б - сваи висячие; 1 - растительный грунт;  2 - водоносный пе­сок; 3 - торф; 4 - слабый суглинок; б - скала

Многочисленные исследования, проведенные в нашей стране и за рубежом, показали, что при погружении длинных свай в от­носительно слабые грунты основная нагрузка (85-90%) пере­дается через боковую поверхность сваи. В случае погружения коротких свай в плотные грунты основная нагрузка (70-80%) передается на грунт через острие сваи.

При этом расчетное сопротивление плотных грунтов под острием сваи в 7-10 раз превышает расчетное сопротивление того же грунта под штампом и достигает 30-40 кГ/см² и более, вместо 3-5 кГ/см² при ленточных фундаментах.

Таким образом, по сравнению с применявшимися ранее свай­ными фундаментами с двухрядным расположением свай в пла­не, появилась возможность перейти к однорядному расположе­нию свай, тем самым значительно сократить как общее количе­ство свай, забиваемых под здание, так и значительно уменьшить поперечные размеры ростверка, и соответственно расход бетона и металла, требуемого на весь фундамент в целом.

Высокая стоимость квадратных свай сплошного сечения и низкая их удельная грузоподъемность, т. е. несущая способность на 1 м3 железобетона, потребовали улучшения их конструкции.

Практика применения квадратных свай с круглой полостью показывает, что благодаря наличию сквозной полости вес сваи и расход бетона сокращается до 40%. Поэтому для их по­гружения возможно применение более облегченных дизель-молотов.

Трубчатые сваи. Особенности применения трубчатых свай

Наряду с рассмотренными выше конструкциями свай полу­чают также применение трубчатые сваи. По сравнению с квад­ратными сваями сплошного сечения трубчатые сваи позволяют снизить расход бетона на 30-35% и металла на 20%.

Трубчатые сваи могут погружаться в грунт как с открытым, тек и с закрытым нижним концом. Опыт применения трубча­тых свай показал, что в случае погружения сваи с открытым нижним концом в ее внутренней полости образуется грунтовая пробка (ядро), которая позволяет считать, что острие сваи (ло­бовое сопротивление) работает полным сечением.

Однако в некоторых грунтах (особенно в слабых при вибропогружении) образование грунтовой пробки не наблюдается совсем или грунт в ней находится в рыхлом состоянии (малая высота заполнения внутренней полости и низкая плотность грунта), вследствие нарушения связей между частицами скеле­та грунта. В этих случаях применяются трубчатые сваи, снаб­женные специальным башмаком.

Наиболее рациональны трубчатые сваи, когда они прорезают слабые грунты и заглубляются в относительно прочные.

Эффективность трубчатых свай по сравнению с квадратным сваями сплошного сечения заключается в том, что вследствие большого диаметра и большой несущей способности они позво­ляют уменьшить число свай под зданием, а в отдельных слу­чаях - заменить кусты свай на одиночные сваи.

Трубчатые сваи диаметром до 0,8 м получили большое при­менение в жилищном строительстве Ленинграда.

БашНИИстроем предложено и проверяется в производствен­ных условиях применение трубчатых свай под малонагруженные колонны промышленных зданий и сооружений без устрой­ства ростверка с заделкой колонн непосредственно внутри по­лости этих свай (рис. 3).

Область применения трубчатых свай значительно расши­рится после уточнения метода расчета их несущей способности, а также разработки типовых проектов самих свай и типовых про­ектов фундаментов под колонны промышленных зданий.

Пирамидальные сваи. Особенности конструкции пирамидальных свай

Одним из путей повышения несущей способности свай не­большой длины  (4 - 8 м)для некоторых грунтовых условий мо­жет служить придание им пирамидальной формы.

С этой же целью получают применение в ряде строительных организаций   (Главленинградстрой,   Главмосстрой)   комбинированные конструкции свай квадратного и трубчатого сечений с забивным железобетонным опорным кольцом.

Нагрузка от ростверка через монолитный оголовок переда­ется одновременно на сваю и кольцо. При забивке кольца грунт под ним и вокруг сваи значительно уплотняется, что при­водит к увеличению несущей способности таких свай по сравне­нию с обычными забивными сваями в 1,5-2 раза.

В практике фундаментостроения наряду с забивными свая­ми получают распространение набивные и забивные сваи с уши­ренной пятой или уширенным наконечником.

Рис. 3 Заделка колонны внутри полости трубчатой сваи

При опирании на плотные грунты сваи позволяют переда­вать давление от вышележащих конструкций здания на боль­шую площадь, что значительно увеличивает их несущую способ­ность.

К таким сваям относятся забивные и набивные бетонные с уширенной пятой, забивные сваи с уширенным наконечником и др.

За последние годы в жилищном и промышленном строитель­стве начали применяться набивные бетонные сваи с уширен­ной пятой, образуемой взрывным способом. Уплотнение грунта, происходящее при этом в зоне камуфлетного уширения, резко увеличивает несущую способность свай.

Прочность набивных свай на изгиб может быть меньше проч­ности забивных, так как напряжение в набивных сваях от действия  статической нагрузки сооружения меньше   напряжений, возникающих при транспортировке и особенно при забивке же­лезобетонных   свай.

Поэтому   набивные   сваи   могут   изготавливаться без армирования и без сложного оборудования.

Недостатки набивных свай

Наряду с этим набивные сваи имеют и ряд недостатков.

Так, например, опыт изготовления набивных свай показы­вает, что качество их зачастую бывает весьма низкое (при этом следует отметить, что контроль при производстве работ почти невозможен). Это проявляется в основном в том, что при про­хождении слабых грунтов на теле свай иногда образуются суже­ния (шейки), резко снижающие несущую способность сваи. Кро­ме того, грунт камуфлетной полости, образуемой методом взры­ва, в ряде случаев не уплотняется, а разрыхляется.

Изготовление таких свай связано с мокрыми процессами.

Указанные обстоятельства существенно влияют на широкое внедрение набивных свай в массовом строительстве.