Сваи и оболочки. Виды и особенности их применения
Сваи и оболочки наиболее распространены в фундаментах зданий и сооружений разного назначения. К погружаемым относятся все виды деревянных, стальных и заранее изготовленных железобетонных свай, заглубляемых в грунт разными способами.
Деревянные сваи. Особенности изготовления и применения деревянных свай
Деревянные сваи широко применяют для фундаментов временных сооружений, в том числе мостов на автомобильных дорогах местного значения, а также подмостей разных типов. Для фундаментов капитальных сооружений деревянные сваи применяют в удаленных от транспортных магистралей лесных районах, а. также иногда в местах наличия среды, агрессивной по отношению к бетону или металлу. Деревянные сваи просты в изготовлении, имеют небольшую массу, что упрощает их транспортирование к месту работ и погружение в грунт. Наращивают деревянные сваи, используя отрезки стальных труб, болтовые накладки или железобетонные обоймы. Сваи изготовляют преимущественно из сосны, реже ели и лиственницы, а также пихты, кедра и дуба. Применяют древесину зимней рубки как более прочную. Влажность древесины свай не ограничивается. Для одиночных свай используют бревна со сбегом (коничностью) не более 1 см на 1 пог. м; кривизна бревен допускается только односторонняя, не более 1 %. Бревна очищают от коры, сучьев и наростов. Естественную коничность сохраняют, если она не препятствует погружению свай; в противном случае, например для возможности погружения свай сквозь ячейки направляющего каркаса, бревна цилиндруют.
Диаметр одиночных свай в тонком конце — не менее 18 см, длина свай — от 4,5 до 8,5 м. Более длинные сваи заготовляют по особому заказу. Для облегчения погружения нижний конец сваи заостряют, придавая ему форму трех- или четырехгранной пирамиды (рис. 1.1, а, б). Длину заострения принимают в зависимости от плотности грунтов, равной 1,5—2 диаметрам сваи. Во избежание смятия нижний конец сваи (острие) притупляют. Если сваи погружают в грунты с твердыми включениями, острие закрывают стальным сварным башмаком. Чтобы предотвратить возможность отклонения от заданного направления погружаемой сваи, ее острие должно совпадать с продольной осью, а грани составлять одинаковые углы наклона к оси. Если сваи забивают подвесным или одиночного действия молотом, для предотвращения от размочаливания на верхний конец (голову) сваи надевают предохранительный диск или бугель из полосовой стали (рис. 1.1, а, б). Во всех случаях использования молотов двойного действия и дизель-молотов диски и бугели не применяют, поскольку конструкция шаботов этих молотов предотвращает возможность размочаливания голов свай. При отсутствии длинномерного лесоматериала бревна наращивают, допуская не более одного стыка по длине сваи. В месте стыка диаметры бревен должны быть одинаковыми и не менее 20 см. Стыкуют в торец, ставя по оси бревен штырь и перекрывая стык четырьмя стальными полосовыми или уголковыми накладками (рис. 1.1, в), или используют отрезок трубы (патрубок) той же длины (рис. 1.1, г). Накладки или патрубок крепят болтами диаметром 19-25 мм или шурупами. Иногда применяют стык вполде-рева на двух хомутах (рис. 1.1, д). Стыки следует располагать так, чтобы они после забивки свай находились на глубине не менее 2 м от поверхности грунта, а стыки смежных свай были в разных уровнях на взаимном расстоянии по высоте не менее 0,75 м. Пакетные сваи (рис. 1.2) длиной до 25 м изготовляют из трех или четырех бревен (или брусьев), соединенных между собой болтами диаметром 19-25 мм, которые размещают на взаимных расстояниях 0,5-1,0 м. Вблизи головы и острия сваи расстояния между болтами уменьшают до 0,1-0,3 м. Стыки перекрывают стальными накладками и располагают вразбежку на расстоянии не менее 1,5 м и не менее шести диаметров бревен. Заострение пакетной сваи делают общим на все бревна, усиляя его в случае необходимости стальным башмаком. Недостатками деревянных свай являются ограниченная длина, трудность погружения в плотные грунты, способность к загниванию, возможность повреждения насекомыми. В случаях использования деревянных свай для свайно-эстакадных мостов принимают меры по предотвращению загнивания древесины. Гниение вызывается грибками, которые размножаются во влажной древесине (в зоне переменного горизонта воды или вблизи поверхности грунта) при температуре от 15 до 28° С в условиях свободного доступа кислорода. В плотных грунтах на глубине более 1,5 м от их поверхности воздуха не хватает для развития грибков. С понижением температуры грибки снижают, а при температуре замерзания воды прекращают активность. Но споры грибков сохраняют жизнеспособность в течение нескольких лет и могут начать развиваться, если условия улучшатся. Хорошо сохраняются части свай, длительное время находящиеся постоянно под водой или в воздушной среде. Чтобы предотвратить возможность гниения, верх свай в конструкции фундаментов с заглубленной в грунт плитой срезают на 0,5 м ниже самого низкого уровня грунтовых или поверхностных вод. Однако при назначении отметки срезки деревянных свай приходится учитывать, что сведения о колебаниях грунтовых вод значительно менее точны по сравнению с данными об изменении поверхностных вод. Уровень Сваи, длительное время расположенные в зоне переменного увлажнения, защищают от загнивания, пропитав древесину креозотом или специальными растворами. Кроме того, могут быть использованы полимерные покрытия.
Стальные сваи
Стальные сваи применяют преимущественно в сложных геологических условиях, когда непосредственное заглубление железобетонных свай невозможно, например в галечно-валунные отложения, в грунты, имеющие твердые включения в виде валунов, заиленных предметов и т. п. Такие сваи используют также для усиления фундаментов, поскольку значительно упрощается их наращивание по мере заглубления в грунт. Рис. 1.3. Типы поперечных сечений стальных свай Стальные сваи замкнутого поперечного сечения (рис. 1.3, а)погружают с выемкой грунта и затем заполняют бетонной смесью или погружают без выемки грунта из их полости. Для устройства таких свай используют стальные трубы, а также элементы, сваренные из двух двутавров или двух швеллеров. В виде исключения для этих целей применяют стальной шпунт. Нижний конец сваи оставляют открытым или закрывают наконечником. Сваи, погружаемые без выемки грунта (рис. 1,3, б), изготовляют из широкополых двутавров или элементов, составленных из двутавров, равнобоких уголков, сваренных подошвами или головками рельсов. Кроме приведенных, применяют также элементы других сечений. В СССР стальные трубчатые сваи применяли при строительстве мостов через реки Волгу, Лиелупе, Южный Буг, Днепр и другие примерно до 1957 г. В качестве свай использовали трубы диаметром от 30 до 100 см длиной до 40 м, погруженные как вертикально, так и с наклоном до 4:1. Трубы погружали с закрытым концом, затем заполняли бетонной смесью. В отдельных случаях устраивали камуфлетные уширения диаметром до 1,3 м. Расчетная нагрузка на сваю в зависимости от диаметра и грунтовых условий изменялась от 40 до 180 тс. После 1957 г. в связи с начатым широким внедрением железобетонных полых и сплошного сечения свай стальные сваи использовали крайне редко. В зарубежной практике стальные сваи применяли и продолжают применять в значительно большем объеме. В Англии для свай производят стальные трубы диаметром от 25 до 71 см при толщине стен от 3 до 9,5 мм, широкополые двутавры высотой от 20 до 36 см, а также многогранные сварные трубчатые элементы диаметром описанной окружности 45-75 см. В США в качестве свай широко используют трубы диаметром от 20 до 90 см при толщине стен от 2 до 15 мм и широкополые двутавры высотой до З6 см. Сваи из двутавров заводы США поставляют длиной от 12 до 42 м. При наращивании длины свай достигают 90 м и более. Такие сваи применяют в грунтах с твердыми включениями и для опирания на галечно-валунные отложения и скальные породы. Вследствие небольшой площади поперечного сечения двутавры можно погрузить на значительную глубину в любые грунты без подмыва или устройства лидерных скважин. Их погружают в плотные грунты на близком расстоянии, что способствует уменьшению размеров плиты. Удавалось забить такие сваи на 3-4 м в мергели и доломиты; на 5-7 м в сцементированный песок и гравий и на 2-2,5 м в сланец. Расчетные нагрузки на широкополые двутавры - от 40 до 200 тс иногда до 450 тс. Если сваи заглублены в малосжимаемые (плотные) грунты, то в расчетах несущей способности по трению учитывают величину объемлющего периметра сечения свай. Объясняется это тем, что плотные несвязные грунты, полутвердые и твердые глины заклиниваются между полками двутавра и сдвиг происходит не по контакту с металлом, а по поверхности наименьшего сопротивления. Допускаемое напряжение сжатия на металл двутавровых свай, опертых на скальную породу, в США принимают 630 кгс/см2. Если необходимо увеличить поперечную жесткость двутавровых свай, к полкам приваривают листы, а две образовавшиеся при этом полости заполняют бетоном. Стальные трубы диаметром до 0,8 м, если позволяют грунтовые условия, погружают с закрытым стальным или железобетонным наконечником. В Англии, например, взамен таких наконечников к нижнему концу тонкостенной трубы со стенкой толщиной 6-8 мм приваривают диск из листовой стали толщиной 10-12 мм. Затем в полость трубы засыпают влажную бетонную смесь на высоту, равную двум диаметрам трубы. Установив трубу в проектное положение (в направляющем каркасе или на стреле копра) погружают ее подвесным молотом, перемещающимся в полости трубы. Молот представляет стальную отливку, диаметр которой на 3-4 см меньше внутреннего диаметра погружаемых труб, а длина в 6-8 раз превышает диаметр. Подъем и сбрасывание молота с высоты 2- 3 м производят краном, осуществляющим установку труб и подачу бетонной смеси в их полость после заглубления труб до проектной отметки. Образующаяся от воздействия ударов молота пробка из бетонной смеси заклинивается силами трения в нижней части трубы, способствуя втягиванию ее в грунт. Трубы диаметром 0,8 м и более погружают преимущественно с открытым нижим концом, на который наваривают стальную полосу шириной 0,3-0,5 м и толщиной 10-16 мм для предотвращения его деформации в случае встречи с твердым включениям трубы, как и широкополые двутавры можно забить сквозь значительную толщу грунтов до опирания на поверхность скальных пород или галечно-валунных отложений. Нормы США допускают возможность использования стальных труб в качестве арматуры свай, если в результате воздействия коррозии в течение заданного срока эксплуатации сооружения толщина стенки свай будет не меньше принятой в расчете. Стальные оболочки диаметром 106 см и длиной от 24 до 91 м со стенкой толщиной 13 мм использовали в качестве свай для фундаментов автодорожного моста через озеро около Рочестера (США). Нижний открытый конец оболочек усилили приваркой стальной полосы толщиной 19 мм и шириной 457 мм. После забивки на проектную глубину из оболочек удалили грунт, методом подводного бетонирования уложили пробку, затем откачали воду и дальше бетонировали насухо. В последнее время в ряде зарубежных стран для постройки отдельных сооружений в местах большой глубины воды применяют длинные трубчатые стальные оболочки под нагрузки до 3 тыс. тс. Оболочки диаметром от 0,76 до 1,22 м и длиной 100-200 м заглубляют в донные отложения на 80-120 м при глубине воды до 120 м. В качестве примера на рис. 1.4 показана одна из восьми оболочек, погруженных в грунт в составе фундамента, который построили в дельте р. Миссисипи (США), в месте, где глубина воды 85,5 м. Характерной особенностью является переменная толщина стенок в соответствии с эпюрой изгибающих моментов, действующих по длине оболочки. Толщина стенок оболочки диаметром 1,22 м и длиной 188 м изменяется от 15,9 до 28,5 мм, причем наибольшее утолщение приходится на зону ее заделки в грунте при работе на воздействие вертикальных и горизонтальных нагрузок. Нижняя часть оболочки выполнена тонкостенной с утолщением нижнего конца для преодоления сопротивления грунта и предотвращения деформаций. Монтажные стыки расположены достаточно далеко от мест изменения толщины стенок. Оболочки погружали молотами с энергией удара 8300 и 16 600 кгс-м. В качестве направляющего использовали стальной каркас, опираемый на дно. В месте погружения оболочек дно сложено глинами, сопротивление сдвигу которых линейно возрастает до 1,42 кгс/см2 на глубине 91,5 м. Расчетная несущая способность по грунту не заполненной бетоном оболочки с грунтовым ядром составляет 2000 тс. Для фундаментов железобетонной эстакады на автомобильной дороге Квебек - Монреаль (Канада) использовали стальные оболочки диаметром 1 м и стенкой толщиной 13 мм, которые погружали на глубину до 92 м отдельными секциями длиной от 10 до 18 м. После удаления грунта и забуривания в скальную породу на 2,5 м в оболочки заводили арматурный каркас и заполняли их бетоном. Расчетная нагрузка на оболочку - 2100 тс.
Наиболее интенсивно процесс коррозии протекает при наличии на поверхности стали слоя влаги толщиной около 1 мк. С уменьшением или увеличением слоя влаги интенсивность коррозии снижается. При слое влаги 2 мк и более вследствие затруднения диффузии кислорода к металлу скорость коррозии снижается до минимума и соответствует коррозии для случая полного погружения конструкции в воду. Ускорению процесса коррозии стали в грунте в наибольшей степени способствуют растворенные хлоридные соли. Так же неблагоприятно влияют болотистые грунты, илы и другие грунты, содержащие щелочи. Особенно сильно подвержены коррозии стальные элементы в зоне переменного увлажнения на контакте с водой или грунтом в местах, где происходит наиболее интенсивное смачивание тонкой пленкой воды в условиях свободного доступа к поверхности металла кислорода из атмосферы. По данным исследований (в течение 15 лет) английского института гражданских инженеров считается, что односторонняя коррозия стали происходит с интенсивностью примерно 0,076 мм в год в морской воде и 0,051 мм в пресной. В зоне переменного увлажнения интенсивность коррозии стали возрастает в 2-3 раза. Коррозия стальных элементов, заглубленных в водонасыщенные несвязные грунты, происходит приблизительно с той же интенсивностью, что и в водной среде (при равных условиях доступа кислорода). В полутвердых и твердых глинистых грунтах из-за дефицита кислорода интенсивность коррозии снижается. По данным Одесского института инженеров морского флота интенсивность коррозии стальных конструкций, находящихся в разных грунтах, характеризуется следующими величинами: В водонасыщенных глинистых грунтах интенсивность коррозии стальных конструкций несколько меньше, чем в грунтах естественной влажности. Наибольшая интенсивность коррозии стали - 0,1-0,2 мм/год в зоне грунт - вода; в зоне попеременного смачивания и высыхания до 0,4-0,5 мм/год. Сведения, полученные отдельными исследователями на основе изучения образцов стальных элементов, находившихся в воде и грунте более 50 лет, показывают, что в ряде случаев коррозия металлических конструкций происходит с интенсивностью ниже упомянутых величин. Это обстоятельство можно объяснить тем, что на элементах, длительное время находящихся в грунте, образуется слой корродированного металла, который, затрудняя диффузию кислорода, с течением времени существенно снижает интенсивность коррозии. Если же слой поврежденного коррозией металла смывается водой или удаляется перемещающимися наносными отложениями, то процесс коррозии происходит с постоянной интенсивностью. Несмотря на это толщина слоя поврежденного металла в разных местах одного и того же элемента, находящегося в однородной среде, может отличаться в 2-4 раза и более. Поэтому приводимые разными исследователями данные без подробной характеристики местных условий нельзя распространять на другие условия вследствие их большего многообразия. Для защиты от коррозии стальных свай применяют разные покрытая, в том числе из битума, бетона, каменноугольной смолы, красок, эпоксидных смол. Покрытия наносят по всей длине свай или только в наиболее опасных местах.
Железобетонные сваи
Железобетонные сваи широко применяют для фундаментов капитальных зданий и сооружений разного назначения, в том числе мостов. В фундаментах мостов наиболее часто используют сплошные квадратного сечения сваи; реже находят применение сваи прямоугольного сечения. Полые составные по длине сваи диаметром 0,4 и 0,6 м применяют, как правило, при необходимости заглубления их на 20 м и более для облегчения изготовления, транспортирования и погружения в грунт. Размеры поперечного сечения и длины ненапряженных и предварительно напряженных железобетонных свай регламентированы ГОСТ 19804-74 (табл. 1.1), а полых цилиндрических свай - ГОСТ 17382-72 (табл. 1.2). Интервал изменения свай по длинам от 3 до 6 м принят через 0,5 м, 6 м и более - через 1 м. Рис. 1.5. Железобетонная призматическая свая
Интервал изменения длины цилиндрических свай - через 1 м. Применяемые для фундаментов мостов призматические сваи с ненапрягаемой и предварительно напряженной арматурой изготовляют из бетона марки по прочности на сжатие не менее 300, а цилиндрические сваи - из бетона марки 400. Призматические сваи армируют продольными стержнями диаметром от 12 до 32 мм. В зависимости от величины расчетного изгибающего момента сечение продольной арматуры изменяется от 0,8 до 4% площади поперечного сечения сваи, при количестве стержней от 4 до 16, размещаемых преимущественно внутри ребер свай (рис. 1.5, о и б), а иногда и в промежутке между ними (рис. 1.5, в). Проведенными исследованиями выявлено, что установка продольных стержней в промежутках между ребрами, не оказывая заметного влияния на увеличение несущей способности свай по материалу, существенно усложняет механизированное изготовление арматурных каркасов. Поэтому сваи сечением до 40x40 см стремятся армировать по схеме, приведенной на рис. 1.5, б, размещая у каждого ребра от одного до трех стержней в зависимости от длины сваи. Для экономии арматуры в сваях длиной более 10 м применяют переменное по их длине количество продольных стержней или уменьшают их сечение (при постоянном количестве) в направлении от точек подъема сваи к ее концам. В качестве поперечной арматуры раньше использовали замкнутые хомуты; в настоящее время применяют спираль из проволоки 6-8 мм с шагом 10-20 см.
Чтобы предохранить от повреждения голову сваи, помимо контурных хомутов, иногда дополнительно размещают внутренние хомуты или спиральную арматуру. Широко распространено армирование голов свай горизонтальными сетками из стержней диаметром 5-8 мм. Первую сетку устанавливают на расстоянии 3-5 см от торца, а затем через каждые 5 см ставят четыре - шесть сеток с ячейками до 5 см. Нижний конец сваи оформляют в виде острия из загнутых продольных стержней (рис. 1.6, а, б). Если сваи необходимо погружать в галечно-гравийные отложения, острие окантовывают стальным наконечником (рис. 1.6, в). Для доброкачественного опирания свай на поверхность неровной скальной породы применяют наконечник со стальным штырем (рис. 1.6, г). Армирование свай, используемых для фундаментов зданий и сооружений на восприятие сжимающих нагрузок, определяют расчетами на изгиб при подъеме свай на копер от воздействия их веса с коэффициентом динамичности 1,25 при расчете на прочность и 1,5 на трещиностойкость. Сваи фундаментов мостов и опор гидротехнических сооружений армируют на восприятие изгибающих и сжимающих нагрузок, возникающих в эксплуатационный период, и проверяют на воздействие веса свай при подъеме их на копер. Защитный слой бетона в сваях, применяемых для фундаментов мостов в обычных условиях, равен 3 см; для свай, используемых в районах с низкими отрицательными температурами воздуха,-4 см, если сваи находятся ниже поверхности грунта и воды, - 5 см при расположении свай в зоне переменного увлажнения. Защитный слой бетона у свай, применяемых в Европе, - 2,5 см в пресной воде и 4 см в морской воде, в США - до 4 см в пресной воде и до 7,5 см в морской воде. Для предварительно напряженных свай, располагаемых в зоне переменного увлажнения, используют стержни, размещаемые в углах сваи. В отечественной и зарубежной практике строительства фундаментов зданий разного назначения иногда используют сваи с центрально расположенной напрягаемой арматурой в сочетании со спиральной арматурой по всей длине сваи, со спиральной арматурой, расположенной у концов свай (или только у одного конца), а также без спиральной арматуры. За счет исключения поперечного армирования удается в таких сваях по сравнению с обычными сваями уменьшить в 1,5-3 раза расход арматуры. Опыт применения таких свай для фундаментов зданий показывает, что их можно удовлетворительно погружать в толщу слабых грунтов. В случае забивки в плотные и средней плотности грунты сваи длиной 6-10 м без поперечной арматуры разрушаются и становятся непригодными. Цельные сваи изготовляют, как правило, длиной, не более чем в 50 раз превышающей размер их поперечного сечения. Если таких длин оказывается недостаточно, применяют стыкованные, состоящие из отдельных элементов сваи. Сваи большой длины применяют при необходимости их погружения на значительную глубину в толщу сильносжимаемых (слабых) грунтов. Если же под ней на небольшой глубине расположены грунты средней сжимаемости, применяют забивные сваи с уширенной пятой (уширением). Иногда такую пяту используют для предохранения от повреждений в процессе забивки антикоррозионной изоляции боковой поверхности свай, погруженных в агрессивную по отношению к бетону среду. Сваи с уширенной пятой применяют для фундаментов зданий и сооружений разного назначения, в том числе и мостов. Уширения размещают на нижнем конце свай или на некотором удалении от острия. Применяют бетонируемые совместно со сваей квадратные или прямоугольные уширения (рис. 1.7, а и б) или приставные квадратные (рис. 1.7, в), а также круглые (рис. 1:7, д). Площадь поперечного сечения уширения принимают в 2-3 раза больше площади сечения ствола сваи. Используя типовое армирование бетонируемых совместно с уширениями свай, уширения не армируют, если их высота в 4-5 раз превышает ширину. Применение уширенных пят обеспечивает возможность уменьшить на 30-50% длину свай, а за счет этого соответственно сократить расход бетона и в 2-3 раза снизить потребность в арматуре. Железобетонные забивные сваи с пятами в последние годы применены в фундаментах нескольких построенных зданий и сооружений, а также мостах, в том числе опорах эстакады через лиман Шабалат (см. гл. 9).
а - двустороннее; б и г - четырехсторонние; в и д - приставные За рубежом, особенно в Нидерландах, ФРГ и других странах, забивные сваи с уширенной пятой применяют более широко. Если несущий пласт малосжимаемого (прочного) грунта прикрыт большой толщей илистых отложений, в пределах которых применение укороченных свай с уширенной пятой не обеспечивает необходимой несущей способности, в отдельных случаях для фундаментов зданий и сооружений разного назначения применяют составные стыкуемые по длине сплошного сечения сваи большой длины. Для фундаментов мостов такие сваи применять нецелесообразно по следующим причинам: 1) при погружении в слабые водонасыщенные, а особенно илистые грунты сваи могут существенно отклоняться от проектного положения. Так, по данным шведских исследований искривления свай достигают 10% их длины. Отклонения от вертикали составных свай сечением 30x30 см и длиной 32 м, замеренные геофизическим методом, составили 5-7 м. Отклонения происходят при встрече низа сваи с твердым препятствием, например заиленным деревом, а также из-за внецентренной передачи усилий от ударов молота в стыках свай вследствие неровностей соприкасающихся торцов соседних элементов или неперпендикулярного положения этих торцов по отношению к продольной оси сваи; 2)поскольку фундаменты мостов воспринимают значительные горизонтальные нагрузки, то в большей толще слабых грунтов сваи необходимо, как правило, располагать наклонно. Но в таких случаях можно ожидать отклонений от проектного положения и искривления свай в значительно больших пределах, чем это выявлено для вертикальных свай; 3) опасность отмеченных отклонений свай заключается в том, что слабые грунты не могут противодействовать излому сильно искривленных при погружении свай, а строительные организации, не имея специальных приборов, не могут выявить степень искривления каждой погруженной сваи от проектного положения и своевременно принять необходимые меры. В связи с этим применение тонких длинных свай, особенно погружаемых в наклонном положении, невольно приводит к созданию дефектных фундаментов; 4)при одинаковой конструкции стыков их упругая податливость будет влиять на искривление погружаемых свай тем меньше, чем выше момент инерции сечения стыка. С этой точки зрения более целесообразны стыкованные полые сваи, чем сваи сплошного сечения. Сваи центрифугированного изготовления имеют значительно более плотный бетон по сравнению с призматическими, что особенно важно для фундаментов, находящихся в агрессивной среде. Если учесть, что одна полая свая по несущей способности может заменить две-три сваи сплошного сечения, то станет очевидным преимущество применения составных полых свай взамен свай сплошного сечения. Для фундаментов мостов обычно применяют сваи сплошного сечения размером 30x30, 35х35. и 40x40 см. Редко используют сваи 45х45 см и еще реже сваи большего сечения. Так, например, сваи сечением 50x50 см были применены для фундаментов 20 опор моста через озеро Маракасибо (под пролетные строения длиной по 36,5 м). Наряду со сваями сплошного сечения для фундаментов зданий разного назначения институтом «Фундаментпроект» разработаны конструкций предварительно напряженных квадратных свай сечением 25х25, 30х30 и 40x40 см с круглой полостью. Минимальная толщина стен таких свай - 4-5 см. За рубежом квадратные и восьмигранные сваи изготовляют сплошными при размерах сечения 25-60 см и полыми при сечении более 45х45 см. По сравнению с ненапряженными сваями сплошного сечения на полые предварительно напряженные сваи требуется бетона меньше на 20-25%, арматуры на 30-40%. Нагрузки на сваи назначают исходя из условия предельного использования прочностных свойств материалов, если только позволяет несущая способность грунтов. Так, расчетные осевые нагрузки с учетом сжимающих напряжений от изгибающего момента (в построенных фундаментах мостов) приняты для свай сечением 30х30 см от 50 до 90 тс, 35х35см -70-120 тс, 40х40 - 80-150 тс. Для выявления несущей способности на осевые сжимающие нагрузки центрифугированных цилиндрических свай проводили статические испытания образцов свай диаметром 55 см и длиной 6 и 8 м со стенкой толщиной 8 см, изготовленных из бетона марки 350. Каждый образец армировали 18 продольными стержнями диаметром 22 мм и спиралью из проволоки диаметром 6 мм при шаге 5 см. Восемь полых образцов разрушились под осевой нагрузкой от 430 до 570 тс. В другой партии, состоявшей из девяти таких же образцов, но заполненных бетоном марки 170, разрушение наступило при нагрузках от 775 до 850 тс. На основании результатов испытаний на такие сваи в построенных в более позднее время фундаментах мостов допущены нагрузки от 140 до 250 тс. Но в фундаментах мостов, построенных до проведения этих испытаний, максимальные расчетные нагрузки на сваи приняты от 100 до 170 тс. Кроме призматических и цилиндрических свай, иногда применяют сваи треугольного сечения, у которых боковая поверхность на 15%, а несущая способность (на 1 м3 сваи) на 5-10% больше, чем у квадратных. Такие сваи могут применяться в однородной толще плотных и средней плотности грунтах в конструкциях фундаментов, воспринимающих преимущественно вертикальные нагрузки. Появившиеся предложения о применении железобетонных пирамидальных свай взамен призматических основаны на предпосылке заметного увеличения несущей способности таких свай по сравнению с призматическими. Однако такое увеличение несущей способности возможно в случае заглубления конических свай в поверхностный слой малосжимаемых грунтов, например твердых глин, гравийно-галечных отложений. Но в таких грунтах и призматические сваи обладают достаточно высокой несущей способностью, в первую очередь, за счет передачи нагрузки через торец. Обычно сваи чаще всего применяют в случаях необходимости прорезки фундаментом грунтов, обладающих большой сжимаемостью, и заглубления в менее сжимаемое основание. Очевидно, при таком напластовании грунтов ни конические, ни треугольные сечения сваи не обладают преимуществами перед призматическими или цилиндрическими, поскольку в этих случаях почти вся нагрузка передается на основание нижним концом свай. Не дают, как правило, ожидаемого эффекта фигурные сваи крестообразного, двутаврового и таврового сечения. Объясняется это тем, что сдвиг нагруженной сваи относительно грунта происходит не по контакту с ее боковой поверхностью, а по более слабому месту, именно по периметру, огибающему сечение фигурной сваи. Поэтому увеличение боковой поверхности не приводит к увеличению сопротивления сдвигу. Кроме того,. основную долю несущей способности свай, заглубленных нижним концом в плотные грунты, составляет сопротивление под торцом сваи, а не сопротивление по ее боковой поверхности. Применение же тонких толщиной 10-12 см стенок фигурных свай облегчает прорезание грунта их торцом вместо существенного уплотнения. Поэтому вряд ли можно ожидать заметное увеличение несущей способности. Если учесть сложность и трудоемкость изготовления арматурных каркасов и бетонирования фигурных свай, то небольшой прирост несущей способности не сможет компенсировать значительных дополнительных затрат труда и времени на изготовление таких свай по сравнению с призматическими.
Железобетонные оболочки
Железобетонные оболочки применяют для фундаментов мостов, гидротехнических и других сооружений в местах, где использование свай оказывается экономически менее выгодным или технически нецелесообразным (например, при строительстве эстакад значительной протяженности, в случае возведения фундаментов мостов в пределах глубоких водотоков и т. п.). Свая-оболочка представляет собой железобетонный тонкостенный пустотелый цилиндр с обычной или предварительно напряженной продольной и спиральной поперечной арматурой. Такие оболочки готовят преимущественно отдельными секциями, длина которых определяется технологическими возможностями завода-изготовителя (или полигона), условиями транспортирования, а также грузоподъемностью кранового оборудования на строительной площадке. Как правило, длину секции оболочки принимают от 6 до 12 м. Для предварительного укрупнения оболочек на строительной площадке и их наращивания в процессе погружения применяют специальные стыки различной конструкции. Нижние концы оболочек обустраивают специальными наконечниками-ножами, конструкция которых зависит главным образом от местных геологических условий строительства. Оболочки после погружения их в грунт могут быть заполнены бетоном или песком, а также оставлены в конструкции фундамента без заполнения их полости. В последнем случае сечения оболочек и их армирование определяются не только расчетом на монтажные нагрузки и динамические усилия от вибропогружателя, но и на эксплуатационные нагрузки. Применение оболочек из предварительно напряженного железобетона обычно обусловливается требованиями повышенной трещиностойкости и коррозионноустойчивости (для фундаментов в агрессивной среде, в том числе для морских причальных сооружений), экономии металла и, что наиболее важно, требованием увеличения продольной жесткости оболочек при большой их длине (более 30 м) с целью повышения эффективности вибропогружения. В отечественной практике мостостроения в начальный период внедрения фундаментов новых типов применяли оболочки различных размеров и армирования, определяемых, как правило, субъективными соображениями проектировщиков. В тот период это было неизбежным, поскольку строительство носило опытный характер и еще не было создано технологического инвентарного оборудования для изготовления оболочек.
Примечания. 1. Бетон гидротехнический М400, Мрз200. В дальнейшем была проведена унификация размеров оболочек и разработаны типовые проекты их конструкции из обычного и предварительно напряженного железобетона. Основные данные по типовым оболочкам (проектировки Ленгипротрансмоста) приведены в табл. 1.3. Для оболочек диаметром до 1,6 м применяют продольную арматуру диаметром не менее 12 мм и спиральную из проволоки диаметром не менее 6 мм; для оболочек диаметром 1,6 м и более - продольную арматуру диаметром не менее 18 мм, а спиральную - из проволоки диаметром не менее 8 мм. В оболочках диаметром до 1,6 м продольную арматуру располагают в один ряд; в оболочках диаметром 1,6 м и более арматура может быть расположена в один и два ряда. Двухрядное расположение арматуры рекомендуется для оболочек, оставляемых в сооружении без бетонного заполнения, а также при необходимости повысить прочность оболочек, погружаемых в галечно-валунные отложения или плотные глины с включением валунов. Продольные стержни арматуры оболочек располагают на расстоянии в свету не менее 5 см и не более 20 см, но не свыше полуторной толщины стенки оболочки. Шаг спиральной арматуры назначают в пределах 10-15 см. Вблизи стыковых соединений и наконечника на длине 1 м шаг спирали уменьшают в 1,5-2 раза по сравнению с принятым на остальной части оболочки. Защитный слой бетона с внешней и внутренней сторон оболочек диаметром 0,4 м должен быть не менее 3 см. Для оболочек диаметром 0,6 м и более защитный слой с внешней стороны должен быть не менее 4 ом, с внутренней стороны - не менее 3 см. Рис. 1.8. Конструкция секции железобетонной оболочки диаметром 1,6 м
В оболочках из обычного железобетона продольная арматура из стали периодического профиля марки Ст. 5, а спиральная - из гладкой круглой стали марки Ст. 3. Оболочки из предварительно напряженного железобетона, применявшиеся в отечественной практике строительства гидротехнических сооружений, армировали стержневой горячекатаной сталью периодического профиля марок 25Г2С и 35ГС, напрягаемой до бетонирования.
стержней диаметром 16 мм. Кроме напряженной арматуры, в каркас оболочки включали обычную ненапряженную стержневую арматуру периодического профиля из стали Ст. 5, устанавливаемую для усиления головы, стыков и ножа оболочки, а также ненапряженную поперечную арматуру из проволоки диаметром 8 мм из стали Ст. 3 в виде спиральной обоймы с шагом 80 мм. Кроме рассмотренных выше оболочек из обычного железобетона, заполняемых, как правило, бетонной смесью после погружения, были разработаны новые конструкции, позволяющие значительно увеличить процент сборности фундаментов из оболочек. К таким конструкциям относятся толстостенные оболочки. Необходимость создания более совершенных конструкций оболочек определилась тем, что: 1) несмотря на применение в качестве основного конструктивного элемента (в фундаментах рассматриваемого типа) сборных железобетонных оболочек преимущественно заводского изготовления, общий процент сборности фундаментов оставался относительно небольшим (особенно при оболочках большого диаметра) и составлял в ряде случаев лишь 20-30%; 2) для большого числа мостовых переходов на реках Советского Союза характерно наличие грунтовых напластований с включением галечника и валунов (особенно на Урале и в Сибири), а это на ряде строек создавало серьезные трудности с погружением тонкостенных оболочек, а иногда и приводило к их разрушению. Исследования, проведенные Всесоюзным научно-исследовательским институтом транспортного строительства (ЦНИИС) Минтрансстроя совместно с Ленгипротрансмостом, позволили разработать конструкции оболочек (при ограничении их диаметра 3 м), не
Основные данные по таким оболочкам (конструкция подобной оболочки диаметром 1,6 м представлена на рис. 1.9) приведены в табл. 1.4. Из табл. 1.4 и рис. 1.9 видно, что в оболочках этого типа в отличие от оболочек, приведенных в табл. 1.3, утолщены стенки и применено двойное армирование. Применение таких оболочек в фундаментах опор мостов позволяет значительно сократить объем бетонной кладки и соответственно уменьшить трудоемкость и стоимость работ по сооружению фундаментов. Кроме того, резко возрастает процент сборности, а следовательно, :и степень индустриальности конструкции фундаментов. Для соединения секций оболочек между собой (при укрупнительной сборке на строительной площадке или наращивании в процессе погружения их в грунт) применяют специальные стыковые устройства различной конструкции (рис. 1.10). Стыкование путем сварки выпусков продольной арматуры оболочек внахлестку или с двусторонними накладками с последующим омоноличиванием стыков бетоном или расширяющимся цементным раствором является наиболее экономным по расходу стали и упрощает изготовление оболочек. Однако такой прием пригоден в основном лишь для предварительной укрупнительной сборки оболочек на строительной площадке. В этом случае оболочки собирают на стеллажах в горизонтальном положении (оболочки диаметром до 2 м) или при помощи монтажных приспособ-лениий в вертикальном положении. Для монтажного стыкования
секций оболочек в процессе погружения этот тип стыковых соединений не может быть рекомендован. Стыки на сварке стальных патрубков (рис. 1.10, б), уголков (рис. 1.10, в)или фланцев (рис. 1.10, г), заделанных в секции оболочек при их изготовлении, могут применяться как при укрупнительной сборке на строительной площадке, так и при наращивании оболочек в процессе погружения. В этом случае стальные патрубки или фланцы приваривают к продольной арматуре при заготовке арматурного каркаса оболочки. К недостаткам сварных стыков относится трудность закрепления наголовника вибропогружателя на оболочке (приходится специально приваривать временные болты, срезаемые по ходу погружения) и возможность появления при сварке температурных трещин в бетоне в зоне, примыкающей к стыку. Фланцевый стык на болтах (рис. 1.10, а)является наиболее универсальным и удобным в работе при соединении секций между собой и оболочки с наголовником вибропогружателя. Фланцы могут быть сварными или литыми. Для обеспечений точного расположения относительно продольной оси оболочек фланцы приваривают к продольной арматуре с применением специальных кондукторов. Между собой фланцы соединяют на болтах, при этом во избежание отвертывания гайки приваривают к стержню болта. К недостаткам фланцево-болтовых стыков следует отнести заметную упругую их податливость от воздействия изгибающих моментов, большой расход стали и сложность изготовления. В частности, в ряде случаев трудно обеспечить точность изготовления тор-
Рис.1.11 Наконечники полых цилиндрических свай новых поверхностей фланцев, особенно в условиях полигонов. Как показала практика, целесообразно изготавливать фланцы централизованно в заводских условиях, где имеется возможность обеспечить заданную точность (в том числе за счет токарной обработки торцовых поверхностей). В этом случае будет обеспечено и надлежащее качество фланцев и стоимость их будет невысока. Анализ накопленного опыта применения стыков различной конструкции при строительстве фундаментов из оболочек показал, что наилучшими типами стыков являются: для предварительной укрупнительной сборки на строительной площадке стык на сварке обечаек и выпусков арматуры с последующим омоноличиванием; для наращивания оболочек в процессе погружения - фланцевый на болтах. Для облегчения погружения оболочек в грунт, а также для предотвращения их разрушения при встрече с препятствиями или же при бурении скальных пород и устройстве уширений взрывчатыми веществами нижние концы оболочек рекомендуется снабжать наконечниками. В оболочках диаметром 1,2 м и более применяют, как правило, наконечники (ножи) открытой конструкции (рис. 1.12). При погружении таких оболочек в слабые и средней плотности грунты, а также толстостенных оболочек, опираемых на поверхность слабых скальных пород, рекомендуется применять ножи, показанные на рис. 1.12, а. Оболочки, погружаемые в плотные и средней плотности грунты, включая и гравийно-галечные отложения, целесообразно снабжать ножами, показанными на рис. 1.12, б. С целью предохранения нижней части оболочек от разрушения при бурении станком ударно-канатного действия скважин в скальной породе (для заделки низа несущих столбов) следует применять стальные ножи высотой 1,0-1,5 м (рис. 1.12, в).
При погружении оболочек с утолщенной стенкой в плотные и средней плотности грунты целесообразно применять наконечники клинового профиля (рис. 1.12, г). При необходимости разбуривания станком ударно-канатного действия валунов, встречающихся в процессе заглубления оболочек в конгломераты и галечно-валунные отложения, рекомендуется применять нож в виде патрубка высотой 2-3 м из листовой стали толщиной 10-12 мм, усиленного ребрами жесткости с внутренней стороны и окантованного полосой из листа толщиной 14-16 мм с наружной стороны. Наконечники, как правило, приваривают непосредственно к продольной арматуре нижних секций оболочек. Однако при необходимости их можно изготовлять отдельно и крепить (болтами или сваркой) к закладным частям секций оболочек. Изготовление оболочек секциями небольшой длины значительно упрощает последующее транспортирование и погружение их в грунт при условии оформления стыковых соединений с допусками, предусмотренными действующими нормативными документами. Однако доброкачественному стыкованию не уделяется необходимое внимание. Проектировщики иногда назначают тип соединения без учета возможностей изготовления стыковых элементов с требуемыми допусками. В результате перекосов фланцев, значительных неровностей торцовых колец, а также отклонений в размещении отверстий для болтов приходится терять много времени на дополнительное рассверливание отверстий, а также изготовление и установку выравнивающих клиновых прокладок. Поэтому необходимо принять за правило, что конструкцию стыка секций оболочек следует прежде всего назначать исходя из практических возможностей изготовления с отклонениями от проектных размеров в пределах нормируемых допусков. При наличии обоснованных сомнений в качестве изготовления стыковых элементов следует применять более простую конструкцию соединения, а при невозможности изменения типа стыка разработать дополнительно технологические мероприятия, обеспечивающие изготовление принятых к осуществлению элементов стыков с требуемой точностью. Описанные типы соединений секций оболочек не могут охватить большого разнообразия возможных решений. Здесь рассмотрены только стыки, которые применяются в настоящее время отечественными мостостроительными организациями. Из других возможных решений наиболее перспективны стыки с применением эпоксидных клеев. Предварительные исследования показывают, что такие соединения могут оказаться в ряде случаев значительно эффективнее применяемых стыков. Наконечники и ножи, как правило, не делают для оболочек, устанавливаемых в предварительно пробуренные скважины. В остальных случаях тип наконечника выбирают в зависимости от физико-механических свойств грунтов, проходимых нижним концом оболочек, а также от способа погружения. Попытки отказа от применения наконечников с целью экономии металла приводили к повреждению оболочек, в результате чего получились значительные убытки и непроизводительная затрата времени на замену поврежденных оболочек. Из зарубежного опыта последних лет наибольший интерес представляет практика применения сборных железобетонных оболочек в США. Железобетонные сваи-оболочки общей длиной до 80 м, как правило, из предварительно напряженного железобетона с натяжением арматуры на бетон или на специальные упоры изготовляют централизованно на крупных полигонах. В частности, американская фирма «Раймонд» изготавливает сваи из железобетонных секций, соединяемых пучками высокопрочной проволоки. Секции изготовляют на центрифуге.
Арматура каждой секции состоит из спирали и небольшого количества продольных стержней диаметром 6 мм, образующих каркас, который обеспечивает прочность секций при транспортировании. Для предварительно напряженной арматуры в стенках секций делают продольные отверстия. С этой целью при изготовлении секций внутри каркаса закладывают резиновые трубки. Число отверстий устанавливается проектом. Количество пучков арматуры зависит от размера, назначения сваи и колеблется от 8 до 16 шт. Пучки обычно состоят из 12 проволок. Бетон для изготовления секций применяют плотный, высокого качества, водонепроницаемый прочностью от 350 до 700 кгс/см2. В построенных фундаментах мостов применены оболочки, заполненные бетоном, при общей длине до 80 м. Для фундаментов моста через оз. Маракайбо (Венесуэла) использованы оболочки диаметром 1,35 м и длиной до 57,5 м, заглубленные в грунт на 36 м с предельной нагрузкой 2000 тс при расчетной до 750 тс. Оболочки диаметром 1,35 м и длиной от 60 до 70 м под нагрузку до 600 тс применены для фундаментов моста у Абиджана (Берег Слоновой Кости). В фундаментах моста через р. Неву использованы оболочки диаметром 2 м длиной 32 м с уширенной пятой диаметром 3,5 м под расчетную нагрузку 1670 тс. Для фундаментов моста через р. Обь применены оболочки диаметром 1,6 м длиной до 38 м, опирающиеся на скальную породу. Нагрузка на оболочку - 1600-1800 тс. Фундаменты из железобетонных свай и оболочек сооружают, как правило, в местах наличия поверхностных и грунтовых вод, которые в ряде случаев могут быть агрессивными по отношению к бетону. Агрессивность воды является следствием повышенного содержания солей хлоридов, сульфатов, бикарбонатов натрия, кальция и магния. Признаки и нормы агрессивности воды или среды определяют, пользуясь указаниями СНиП П-28-73 «Защита строительных конструкций от коррозии». Степень агрессивности грунтовых и поверхностных вод различна и не всегда опасна для обычных бетонов. Постоянной сульфатной агрессивностью обладает морская вода. Она представляет опасность для бетона на обычном портландцементе. Для конструкций, применяемых в такой среде, бетон приготовляют с использованием сульфатостойкого портландцемента. Установлено, что разрушение бетона в агрессивной среде ускоряется, если растягивающие напряжения в бетоне превышают 0,3 предела прочности на растяжение. Поэтому при использовании предварительно напряженных свай, особенно полых, следует обеспечить такое натяжение арматуры, при котором не могли бы образоваться микротрещины от растяжения бетона в поперечном направлении свай. Разрушение свай наблюдается в более резкой степени в песках, поскольку в них облегчено движение агрессивных грунтовых вод, а следовательно, выщелачивание из бетона цемента. Агрессивные химические вещества могут проникать в грунт из отходов промышленных предприятий с водой, профильтрованной через штабеля угля или шлаковые отвалы, попадать в грунтовую воду вследствие растворения сульфатов натрия и магния, содержащихся в грунте, и при вымывании органических кислот из гниющих растительных остатков или, наконец, в результате утечки воды из канализации. Сульфатные соли содержатся в незначительном количестве во многих глинах и грунтовых водах. При этом вероятность повреждения бетона свай может быть как небольшая, так и очень высокая. Заранее изготовленные сваи на портландцементе хорошо противостоят низкой и умеренной концентрации сульфата кальция (гипса). Чтобы предотвратить разрушающее воздействие агрессивной среды на погруженные сваи, их готовят с применением сульфатостойкого цемента. Если этого оказывается недостаточно, сваи пропитывают в горячем петролатуме. Достаточно эффективной мерой защиты является покрытие свай эпоксидной смолой. Для бетонируемых в агрессивной среде свай необходимо пользоваться сульфатостойкими цементами. Если же в грунте содержатся сульфаты магния и натрия, буровые сваи применять не рекомендуется. Неблагоприятное воздействие оказывает избыточная при затворении бетонной смеси вода, которая, замерзая в бетоне, приводит к появлению трещин в защитном слое. Проникающая сквозь трещины вода в условиях свободного доступа кислорода вызывает коррозию арматуры. А так как объем ржавчины в 12 раз больше первоначального объема стали, то от ее воздействия разрушается защитный слой бетона, увеличивая площадь арматуры, подверженной коррозии. В высокопористом бетоне признаки разрушения защитного слоя в зоне периодического увлажнения свай появляются через 10-15 лет. При плотном бетоне таких признаков не наблюдается спустя 30-40 лет и более. Введение в бетонную смесь воздухововлекающих добавок способствует повышению морозостойкости бетона. Мероприятия по защите железобетонных и бетонных элементов фундаментов от воздействия агрессивной среды проектируют, руководствуясь указаниями СНиП П-28-73 «Защита строительных конструкций от коррозии», а также «Рекомендациями по применению полимерных покрытий для защиты от коррозии железобетонных конструкций в транспортном строительстве», изданными ЦНИИСом Минтрансстроя в 1970 г.
Винтовые сваи. Особенности применения винтовых свай
Винтовые сваи являются специфической разновидностью свай, принудительно погружаемых в грунт. В отличие от обычных свай, которые заглубляют в грунт поступательным перемещением, винтовые сваи погружают способом завинчивания. Характерной особенностью таких свай, отличающейся от всех других типов с уширенной пятой, является использование винтовой лопасти для погружения свай в период постройки фундамента, а в условиях его эксплуатации - для передачи на грунт расчетных нагрузок.
Винтовые сваи применяют, как правило, в местах залегания значительной толщи слабых (сильносжимаемых) грунтов (10-15 м и более), подстилаемых пластом плотных (малосжимаемых) грунтов без твердых включений в виде валунов, заиленных деревьев и т. п. В отличие от свай, погружаемых забивкой или вибрированием, заглубление винтовых свай производится без сотрясения и выемки грунта, что позволяет использовать их при необходимости устройства фундаментов вблизи существующих сооружений. Наличие значительной по размерам мощной лопасти обеспечивает возможность использования винтовых свай для передачи на грунт больших нагрузок сжатия и растяжения. С применением винтовых свай построены мосты, эстакады, гидротехнические сооружения. В настоящее время в нашей стране винтовые сваи используют для фундаментов и анкеров строящихся линий электропередач. Применяют стальные, железобетонные и комбинированные сваи. Независимо от вида материала сваи (рис. 1.13) состоят из ствола и башмака с винтовой лопастью. Стволы изготовляют из стальных труб или железобетонных оболочек диаметром до 1,2 м, заполняемых бетонной смесью после погружения в грунт. Диаметр лопасти- до 3 м. В построенных фундаментах применяли башмаки чугунные, стальные и железобетонные. Наиболее распространены стальные башмаки со сварными сплошными или полыми лопастями. Лопасти сплошного сечения диаметром до 1,5 м состоят из нескольких ступенчато наваренных листов разных размеров. При диаметре более 1,5 м применяли полые лопасти треугольного сечения, состоящего из двух листов, объединенных диафрагмами, полости между которыми заполняли бетоном. Конструкцию башмака применяют в зависимости от вида грунтов несущего пласта. Для слабых грунтов применяют лопасти диаметром, в 3-4 раза превышающим диаметр ствола, и шагом 0,15-0,2 диаметра лопасти. Для плотных и средней плотности грунтов шаг винта назначают равным 0,2-0,4 диаметра лопасти, а диаметр лопасти в 2-3 раза больше диаметра ствола, стремясь к тому, чтобы несущая способность сваи по материалу примерно соответствовала несущей способности по грунту. Чем меньше шаг винтовой лопасти, тем лучше и плавнее заглубляется свая, особенно в плотные грунты. Однако для свай, погружаемых в галечные отложения, шаг лопасти увеличивают, чтобы отдельные небольшие валуны могли пройти между витками лопасти. Но увеличение шага лопасти связано с повышением сопротивления завинчиванию сваи, а следовательно, и мощности погружающего оборудования. Толщину лопасти в корне (на контакте с цилиндрической частью башмака) принимают 0,4-0,5 ее шага. Лопасть начинается ножевой частью, которая на протяжении 0,25 витка увеличивается до полного диаметра; полная длина лопасти составляет 1,25-1,5 витка. Применение излишне длинных лопастей большого диаметра, например более 1,5-2 витков, нецелесообразно, поскольку увеличивается сопротивление завинчиванию без повышения несущей способности по грунту. Более длинные лопасти применяют, если их диаметр не превышает удвоенного диаметра ствола. Башмак, как правило, имеет наконечник-острие. При необходимости заглубления лопасти в плотные грунты применяют открытые башмаки без наконечника. Для облегчения завинчивания свай иногда применяют подмыв грунта через трубки, проходящие сквозь башмак. В период с 1952 по 1958 г. с применением винтовых свай построили несколько мостов и других сооружений. Для фундаментов моста через Днестр использовали сваи со стальным стволом диаметром 1,02 м, стенкой толщиной 12 м и диаметром лопасти 2,2 м. Длина свай - до 36 м. 10 свай из 15 в фундаменте имеют наклон 4:1, остальные вертикальные. При статической нагрузке на сваю 1085 тс осадка равнялась 33,4 мм, при остаточной после разгрузки - 14 мм. Расчетная нагрузка 420 тс. Погруженные сваи заполнили бетоном марки 250. Опоры элеваторного пирса на море построены с применением свай со стволом диаметром 1,02 м и лопастью 2,2 м. Длина свай - до 39,6 м. Нагрузка на сваю 570 тс. Лопасти заглубили в пески на 30-31 м от дна. Сваи заполнены бетоном. Для фундаментов одного из построенных мостов применили сваи, состоящие -из полой железобетонной оболочки диаметром 1,16 м и стальной сварной лопасти диаметром 2,5 м. Под пролетные строения длиной 42 м фундаменты промежуточных опор сделаны из двух свай, устоев - из трех. Вследствие того что железобетон плохо воспринимает скручивающие усилия, сваи с железобетонным стволом завинчивают с использованием наружного инвентарного ключа, изготовленного из стальной трубы, который, изолируя ствол от соприкасания с грунтом, исключает возможность скручивания сваи. Во Франции железобетонные винтовые сваи со сплошным железобетонным стволом диаметром 0,3 м и винтовой лопастью диаметром 0,48 м, состоящей из 5-6 витков, используют для фундаментов зданий и сооружений на суходолах. Длина свай- 10-12 м. Нагрузка на сваи до 50 тс. Кроме заранее изготовленных, во Франции применяют винтовые сваи такого же размера, но бетонируемые в грунте. Для этого в грунт завинчивают полый с винтовой лопастью и открытым концом цилиндр. Удаляют грунт. Внутрь цилиндра устанавливают гильзу с арматурным каркасом. По мере вывинчивания цилиндра совместно с гильзой укладывают литую бетонную смесь, которая формует в грунте сваю с винтовой поверхностью. |
Главная страница >> Свайные фундаменты >> Сваи и оболочки. Виды и особенности их применения