Главная → Статьи

Примеры строительства фундаментов на забивных сваях

Фундаменты на стальных сваях. При переустройстве путепровода на одной из городских магистралей фундаменты устоев были устроены на стальных сваях.

Первоначальный проект свайного фундамента содержал ряд существенных неточностей в оценке несущей способности основания грунтов. В связи с изменением конструкции пролетного строения проект фундамента был пересмотрен, но для дальнейшего анализа приведем некоторые характеристики. Схема свайного фундамента по первоначальному проекту приведена на рис. 1. Свайный фундамент состоял из 329 вертикальных железобетонных свай сечением 40 X 40 см и длиной 10 м. Железобетонный ростверк имел размер в плане 18 X 25 ж и высоту от 2 до 3,8 м. Фундамент работал неравномерно: от постоянной нагрузки давление на сваи передних рядов равнялось 34,8 т, на сваи задних рядов — 19,3 т, а от постоянной и временной нагрузок — соответственно 52,6 и 8,3 т. Сваи предполагали погрузить в толщу пылеватых мягкопластичных суглинков.

При назначении глубины заложения сваи не была учтена малая несущая способность надкембрийских пылеватых переувлажненных суглинков. Исследование геологии места строительства фундаментов было проведено недостаточно полно и ограничивалось надкембрийскими грунтами. В действительности же на глубине 19—22 м находилась мощная толща кембрийских суглинков и глин. Над этой толщей залегали 11 — 13-метровый пласт нижнеморенного суглинка, 5—7-метровый пласт ленточных пылеватых суглинков с водонасыщенным песком и 3,5— 4,5-метровый слой насыпного грунта. Надкембрийские суглинки имели мягкопластичную консистенцию, а в отдельных случаях — текучеплас-тичную. Таким образом, подошвы сваи были заложены в толще слабых мяг-копластичных и текучепла-стичных пылеватых суглинков, что могло вызвать неравномерную осадку устоев.

При замене конструкции пролетного строения конструкция свайного фундамента также подверглась коренному изменению. Прежде всего была детально исследована геология места строительства, что позволило запроектировать экономичный фундамент на 83 стальных сваях диаметром 41,5 см и длиной 18 м с камуфлетным уширением. Крайние ряды свай имели наклон 10 : 1 (рис. 2). Однако недостатком проекта явилось то, что подошвы свай остановлены в толще надкебрийских моренных суглинков. Камуфлетирование сваи в этих грунтах также не дало бы большого эффекта.

По предложению А. А. Луги, подошва свай была заведена в толщу кембрийских отложений. Это привело к увеличению длины свай с 18 до 24 м, но количество свай при этом уменьшилось с 83 до 51 шт. Давление на сваю было увеличено до 155 т от постоянной нагрузки и до 210 т от постоянной и временной нагрузок. Целесообразность предложения была подтверждена статическими испытаниями опытных свай.

Интерес представляют испытания свай, проведенные на этом строительстве.

Сваи испытывали на установке с передачей реактивных сил на шесть анкерных свай при различной глубине погружения.

Испытательная установка была рассчитана на 600 т и имела вес около 9 т.

Первое испытание было проведено при глубине погружения сваи 10 м (от дна котлована), что соответствовало отметке заложения подошвы свай в первоначальном проекте свайного фундамента. В результате испытания была получена предельная нагрузка 60 т, а при нагрузке 68 т испытание было прекращено. При этом осадка сваи достигла 10 см. Отсюда ясно, что назначение расчетной нагрузки 52,6 т в первоначальном проекте было ошибочным, и осадки устоев были бы значительными.

Второе испытание сваи проведено при глубине погружения сваи 15 м, т.е. в толще тех же мягкопластичных пылеватых суглинков. В результате испытания получена предельная нагрузка 75 т. Это испытание наглядно показало, что надкембрийские мягкопластичные суглинки непригодны в качестве основания фундамента.

Третье испытание было проведено на глубине 21,5 м, т.е. на кровле кембрийских глин твердой консистенции. В результате испытания получена предельная нагрузка 210 т, а критическая — 225 т, т. е. получено значительное увеличение несущей способности сваи за счет повышения лобового сопротивления грунтового основания.

Четвертое испытание было проведено на глубине 23 м, т. е. после заглубления конца сваи в толщу кембрийских глин на 1,5 м. Однако это заглубление существенного увеличения несущей способности свай не дало. Была получена предельная нагрузка 225 т, а критическая — 240 т. Но такое заглубление было необходимо для образования камуфлетного уширения в толще плотных глин.

Высокий эффект камуфлетирования получается в толще плотных грунтов. Это подтвердилось и на данном строительстве. Камуфлетирование производилось взрывом заряда аммонита весом 3 кг. При статическом испытании камуфлетированной сваи была получена критическая нагрузка 385 т, т. е. несущая способность сваи увеличилась на 60% по сравнению с несущей способностью до камуфлетирования.

Испытания наглядно свидетельствуют о важности тщательного исследования геологии места строительства и правильного назначения глубины заложения свай.

Всего было погружено на одном устое 53 сваи, а на другом — 51. Все сваи были камуфлетированы. Диаметры уширения получились от 0,7 до 1,1 м при предположении шаровидности камуфлетного уширения. Из них примерно 60% свай имели диаметр 0т 0,95 до 1,1 м, 24% — больше 1,1 м.

Важно отметить, что замена железобетонных свай сечением и X 40 см и длиной 10 м стальными сваями диаметром 47,5 см и длиной 24 м не потребовала лишнего расхода стали: по первому варианту расход стали составлял 300 т, по второму — 310 г. Зато экономия в бетоне составила около 900 м3.

Сооружение свайных фундаментов вели в стесненных условиях и начали с погружения шпунтового ограждения из досок толщиной 60 мм, которые забивали пакетами по 2—3 шпунтины при помощи штангового дизель-молота с весом ударной части 600 кг. Шпунтовые сваи были забиты на глубину от 3,5 до 5 м. Выемка грунта из котлована производилась драглайном с ковшом емкостью 0,35 м3.

Сваи изготовляли на стеллаже на полную длину (24—30 м) из отдельных секций, труб длиной 6 м. Между собой секции сваривали зубчатым швом. Наконечники изготовляли из тех же труб по раскроям, выполненным по кондуктору-шаблону.

Забивали сваи молотами двойного действия весом 6,5 т (вес ударной части 1,45 т) и молотами одиночного действия типа «Лакур» с весом ударной части 6 т (энергия удара 6500 — 7000 кгм). Энергоисточником служила компрессорная установка из трех компрессоров типа КС-9. Рабочее давление сжатого воздуха при забивке свай составляло 5—6 атм. Свайные работы обслуживались 45-тонным краном на железнодорожном ходу. Стрела крана была удлинена с 14 до 24 м,’ и кран с двух стоянок обслуживал весь котлован.

На подготовку к забивке свай затрачивали 20—25 мин. На забивку одной сваи молотом двойного действия на глубину 19—20 м до получения нулевого отказа затрачивали от 3 час. 45 мин. до 4 час. 30 мин. На забивку сваи молотом одиночного действия на глубину 22—24 м до получения нулевого отказа затрачивали около 3 час. При увеличении величины отказа до 8—15 мм время на погружение сваи сокращалось до 2 час.

Свайные работы производились в зимних условиях. При работе со сжатым воздухом, несмотря на наличие масловодоотде-лителя и специальной смазки, отмечено накопление льда в распределительных каналах золотника и корпуса. В зимний период предпочтительнее работать с паром.

Камуфлетные уширения были устроены во всех сваях. Заряд аммонита весом 3 кг с двумя электродетонаторами заключали в бидон из кровельного железа объемом Зли упаковывали его в деревянный ящик из досок 50 мм. Бидон закрывали резиновой пробкой и все швы смазывали солидолом для предохранения от проникания воды. Электропровода заключали в стальные трубы диаметром 12 мм или в прорезиненные шланги внутренним диаметром 25 мм. Перед опусканием заряда воду из сваи удаляли эжектором и кублом с обратным донным клапаном. Ящик с зарядом пригружали весом 15—20 кг, так как в противном случае он всплывал на верх бетонной смеси.

После опускания заряда внутреннюю полость заполняли пластичной бетонной смесью на высоту 12—15 м (объемом около 1,5 м3) и производили взрыв. Объем камуфлетного уширения определяли по изменению уровня бетонной смеси до и после взрыва. В результате применения аммонита, теряющего взрывчатые свойства при незначительном увлажнении и плохой защите проводов, в некоторых сваях (в трех из 104) взрыва не произошло.

Стальные сваи широко применялись при восстановлении разрушенных мостов, а также при строительстве новых. На рис. 3 показана схема опор моста, восстановленного в 1946 г. Опоры старого моста были сооружены на кессонных фундаментах. При восстановлении пяти опор моста было забито около 600 стальных трубчатых свай диаметром 240 мм и свай квадратного сечения 340 X 340 мм. Из них 200 свай забито с наклоном 4:1. Круглые сваи были забиты с закрытыми концами, а квадратные — с открытыми. Сваи погружали молотами одиночного и двойного действия с применением подмыва напором воды до 15 атм на глубину от 15 до 20 м. Концы сваи углублены в толщу плотных глин и мергелей на глубину 1—3 м. Стоимость опор на свайных фундаментах в виде высоких ростверков составляла 46% от стоимости опор на кессонных фундаментах.

На рис. 4 показана схема опоры моста на стальных трубчатых сваях диаметром 630 мм крестообразного сечения с размерами сторон 628 X 640 мм и квадратного сечения с размерами сторон 556 X 550 мм. Сваи были погружены на глубину 30— 32 л с закрытыми концами и с применением напора воды давлением 10—12 атм. Погружение без подмыва удавалось только на глубину до 13 ж в мелкие пески. Несущая способность свай — 180—200 т. На двух опорах применено камуфлетирование, в результате которого несущая способность сваи увеличилась до 350 т. Свайные фундаменты оказались наиболее экономичными из трех рассмотренных вариантов (свайных, опускных колодцев и кессонов). Соотношение стоимостей составляло соответственно 100, 137 и 204%.

Как пример использования стальных свай Н-образ-ного сечения можно привести свайные фундаменты опор моста через залив Сан-Франциско. Мост состоит из эстакад длиной 850 м, 36 пролетов по 30,4 м, 36 пролетов по 86,5 м и двух пролетов по 324 м. Мост имеет 79 опор, из них 62 опоры построены в глубокий части реки на свайных фундаментах. Под каждую опору было погружено по 77 свай из широкополочных двутавров размером 360 X 360 мм. Длина свай доходила до 60 м. Всего было погружено около 5000 свай. Глубина воды в заливе у места строительства мостового перехода доходила до 15—18 м. Дно залива сложено на глубину 15 ж из илов; ниже залегает песок с гравием. Расчетное давление на сваю — 60 т. Сооружение свайных фундаментов производилось в следующей последовательности. Вначале удаляли грейфером верхний слой ила на глубину до 3,5 м. Потом забивали деревянные сваи и укладывали поверх их железобетонные плиты толщиной 30 см с отверстиями для пропуска Н-образных свай. В середине плиты забивали анкерную сваю, которая фиксировала положение плиты во время забивки основных свай. Сваи изготовляли на берегу на полную длину и доставляли на место погружения на баржах. Плавучий копер имел высоту 36 м, а при необходимости стрелу копра на-, ращивали еще на 36 м. Сваи устанавливали в отверстия плиты с помощью водолазов. Забивали их под водой при наклоне 6 : 1 и 4 : 1 молотом одиночного действия Керрнан Терри с энергией удара 4560 кгм. Забивка сваи продолжалась 15—40 мин. Самыми трудоемкими были работы по установке и строповке свай большой длины. После забивки свай монтировали два трехсто-ечных металлических каркаса. При помощи этих каркасов на плиту основания устанавливали нижние цилиндрические элементы с подводной зачеканкой мест соединения свай с плитой. После этого укладывали под водой бетон слоем 1,5 м. Затем, устанавливали колоколообразные элементы, которые объединяли головы всех свай. На колоколообразные элементы устанавливали железобетонные кольца, образующие столбцы тела опоры.

Недостатком рассмотренного примера строительства является большой объем подводных работ.

Фундаменты на железобетонных трубчатых сваях. Центрифугированные железобетонные сваи находят все более широкое применение и вытесняют стальные сваи. При строительстве в КНР под руководством и с участием советских специалистов большого комплекса сооружений было погружено около 3000 свай диаметром 55 см.

На строительстве моста через р. Янцзы центрифугированные сваи диаметром 55 см были применены на одной из опор. Всего на этой опоре было погружено 116 свай на глубину от 15 до 18 м в углистые сланцы. Полная длина свай доходила до 60 м. 106 свай погружено с закрытым концом паровоздушными молотами двойного действия типа 11-В-З и молотом одиночного действия типа СССМ-680 с подмывом при напоре 30—45 атм и расходе воды 150 мг/час. 10 свай погрузили с открытым концом с подмывом и удалением грунта при помощи эрлифта. Высокий напор воды создавали путем последовательного включения двух или трех насосов с напором по 15 атм. Для подмыва использовали трубы диаметром 75 мм при диаметре выходного отверстия 28—32 мм. Все сваи забиты при отключенном подмыве дополнительно на глубину от 0,3 до 1 м. Сваи погружали через металлический каркас. Бригада в составе 10—12 рабочих погружала за смену 15—20 пог. м свай. После погружения свай несколько из них были испытаны (до заполнения бетонной смесью), и установлено, что несущая способность их определялась пределом прочности материала и равнялась 300—350 т. Несущую способность свай по грунту установить не удалось.

На рис. 5 показана схема опоры моста в КНР. Опоры этого-моста под пролетные строения пролетом / = 32 м основаны на 10 наклонных (5,5: 1) и семи вертикальных сваях. Проектнаядлина свай — до 40 м. Полная длина свай при забивке доходила до 54 м. Сваи были погружены с закрытым концом молотами 10-В-З и СССМ-680. После погружения свай нижний участок их на длине около 25 м заполняли песком и гравием, а верхний участок — бетонной смесью. Критическая нагрузка на сваю составляла 140—160 т.

Свайный фундамент сооружали в следующей последовательности (рис. 6):
— устанавливали понтоны с подъемными вышками; монтировали направляющий каркас из нижней и верхней секций; устраивали дощатое днище с отверстиями для свай; устраивали перемычки вокруг каркаса (рис. 6, а);
— устанавливали балки на подъемные вышки и закрепляли каркас к балкам при помощи полиспастов (рис. 6, б);
— погружали установочные сваи; на них подвешивали каркас; отводили понтоны с подъемными вышками (рис. 6, в);
— погружали сваи паровоздушным молотом одиночного действия (рис. 6, г);
— укладывали подводный бетон. После бетонирования плиты ростверка верхнюю секцию каркаса снимали и использовали для других опор. Нижнюю секцию оставляли в плите ростверка. Тело опоры бетонировали в опалубке, защищенной перемычкой. Боковые перемычки каркаса разбирали после бетонирования опоры.

На строительстве двух мостов (автодорожного и железнодорожного) через р. Ханьшуй погружено 1286 свай диаметром 40 и 55 см, общей длиной около 30 тыс. пог. м. Опоры автодорожного моста длиной 322 м запроектированы на низких ростверках. Русло реки сложено из аллювиальных мелких песков и пластичных суглинков. Коренные породы в виде плотных мергелей залегают на глубине 38 м от низкого горизонта воды. Глубина воды— 10 м при низком горизонте и 24 м при высокой воде. Сваи двух речных опор забиты до верха мергелей при помощи молота одиночного действия типа СССМ-680 с подмывом при напоре 15 атм и расходе воды 150 мг1час. Под каждую опору забито 66 свай, из них 28 наклонных. Длина свай — до 34 м. При испытании свай получена критическая нагрузка около 300 т. Эти опоры сооружены за 4 месяца. Сваи остальных опор погружены молотом СССМ-680 без подмыва и остановлены в толще плотных суглинков. Длина свай доходила до 34 м. Наращивали их по мере погружения.

На строительстве моста через р. Хуанхэ длиной 4,5 км центрифугированные сваи общей длиной до 36 м, диаметром 55 см применены при сооружении 34 опор. Все опоры были сооружены за 3,5 месяца. Погружали эти сваи вибропогружателем ВП-VI с подмывом при напоре 15 атм и расходе 150 мъ\час.

Центрифугированные сваи широко применяют в практике отечественного мостостроения. Схема опор моста на центрифугированных сваях диаметром 60 см со стенками толщиной 7 см показана на рис. 7. Мост автодорожный, имеет длину 268 м и состоит из пяти пролетов. Фундаменты речных опор состоят из 45—48 свай длиной до 32 м. Русло реки сложено пылеватыми суглинками с примесью иловатых частиц. Плотная глина залегает на глубине 18—22 м ниже дна русла реки.

По опыту строительства свайных фундаментов этого моста можно сделать следующие выводы:
1) вибропогружателем ВП-3 не удалось погрузить сваи до проектных отметок;
2) при погружении свай с закрытыми концами в плотные глины молотом с ударной частью весом 6 т иногда наблюдалась поломка оболочек; следовательно, толщина стенки 7 см для оболочек диаметром 60 см оказалась недостаточной.

Иногда наблюдается значительно большее число повреждений оболочек. Например, на строительстве одного моста центрифугированные сваи имели диаметр 56 см, а толщину стенки только 6 см. При добивке свай молотом было обнаружено, что из 240 повреждено, 140 свай. В последующем эти недостатки были учтены, в частности толщина стенки увеличена до 10 см.

Эстакада автодорожного моста через р. Урал построена на свайных опорах из трубчатых свай диаметром 60 см. Каждая опора (под пролетное строение пролетом 20 м) состоит из шести свай и насадки. Длина свай — до 14,6 м. Строительство 73 опор закончено в течение 3 месяцев. Испытанием свай при нагрузке 228 т не была достигнута предельная нагрузка.

Из зарубежной практики приведем пример применения железобетонных трубчатых свай диаметром 81 см на строительстве моста через р. Гудзон (США). Мост имеет длину 4,5 км. Грунтовые условия строительства отличались большой сложностью, особенно в местах сооружения опор под главные пролетные строения: на глубине 39 м от горизонта воды залегали илы, а ниже, до глубины 95—103 м, мелкие глины с валунами и разрушенными породами. Коренные породы в виде сланцевого песчаника находились на глубине более 100 м. Глубина воды доходила до 15 м. Геологические исследования показали, что толща глинистых грунтов не может служить надежным основанием, так как она содержит разрушенные и полуразрушенные породы. Было решено погружать сваи до кровли скалы, т. е. на глубину до 105 м. Однако сваи удалось погрузить лишь на глубину до 80 м, так как крупные валуны, встречающиеся на этой глубине, представляли собой непроходимое препятствие. Поэтому основание сваи было решено укрепить цементацией. Для этого грунт из внутренней полости сваи удаляли и укладывали подводный бетон, а после затвердения его откачивали воду и пробуривали скважину до верха скальных пород. Затем нагнетали цементный раствор под давлением. Исследование грунтового основания после нагнетания цементного раствора показало его надежность. Внутреннюю полость бетонировали частями высотой по 6 м по методу восходящего раствора. Сваи забивали молотом одиночного действия и наращивали по мере погружения.

Ваш отзыв