Главная → Статьи

Выбор вида свай и оболочек

В последние годы все чаще применяют фундаменты .на забивных сваях и оболочках, а также столбчатые опоры из оболочек, где последние служат не только фундаментом, но также и элементом тела опоры. Выбор того или другого вида фундамента и опоры зависит прежде всего от природных условий и производственных возможностей. Конструкция фундамента должна быть экономична, проста в возведении и надежна в эксплуатации. Применение оболочек, особенно больших размеров, не должно являться самоцелью. Каждый конкретный объект строительства требует внимательного изучения, чтобы можно было выбрать наиболее оптимальный вид сваи и конструкции фундамента.

При всех одинаковых условиях (по технико-экономическим показателям) надо стремиться создать такую конструкцию фундамента или опоры, которая состоит из наименьшего количества свай, имеющих размеры, минимальные из возможных. Принцип наименьшего количества и размера свай удовлетворяет требованиям наиболее простой схемы производства работ и упрощения конструкции фундамента. Стремление сократить только количество или только размеры свай не приводит к правильному решению.

Проектирование фундаментов на забивных сваях, требующее опыта и творческого подхода проектировщика, представляет сложный труд, заключающийся не только в выборе вида свай, но также в выборе рациональной схемы ростверка. Однако, если грунтовые условия допускают применение забивных свай, то следует прежде всего рассмотреть вариант фундамента на забивных сваях. Преимущество его—простота изготовления и погружения свай, а также то, что в процессе забивки не требуется извлекать грунт.

Несущая способность забивных свай по грунту очень высока, так как их погружают без извлечения грунта, в результате чего последний уплотняется как вокруг ствола сваи, так и в ее подошве. Например, по СН 200—62 предельное лобовое сопротивление песчаного грунта средней плотности для сваи, забитой на глубину 4 м, составляет 12 кг/см2 для пылеватого и 82 кг/см2 для крупного песчаного грунта, а в бытовых условиях предельная несущая способность тех же грунтов составляет соответственно 2 и 10 кг!см2, т. е. в результате забивки сваи несущая способность грунтового основания увеличивается в 6—8 раз. При дальнейшем увеличении глубины погружения эффект забивки сохраняется. Предельная величина силы трения грунта при забивке свай также увеличивается в 3—4 раза по сравнению с бытовой.

Фундаменты на забивных сваях особенно широко стали применять после внедрения высоких ростверков, которые можно применять при очень большой свободной длине свай и при действии больших расчетных усилий на опору, причем всегда можно обеспечить требуемую жесткость и прочность. Такую задачу решают, назначая рациональную схему ростверка, т. е. правильно размещая взаимно вертикальные и наклонные сваи и придавая им необходимый наклон.

При выборе вида свай надо в комплексе рассмотреть вопросы о диаметре, глубине и способах погружения.

В практике проектирования глубину погружения сваи часто назначают минимальной — 4 м от уровня размыва у данной опоры или исходят из длины свай 10—12 м как предельной, не учитывая особенностей грунтовых напластований. Такой подход наиболее прост, но он не является наиболее рациональным, так как при этом не полностью используется несущая способность сваи, а иногда, наоборот, переоценивается несущая способность грунтового основания. Правильное назначение глубины погружения во многом определяет технико-экономические показатели свайного фундамента. Глубину забивки свай следует назначать максимально возможную при выбранных размерах и способе погружения. Это особенно важно в тех случаях, когда при дополнительном погружении свай можно дойти до кровли более плотных грунтов, обеспечивающих значительное повышение несущей способности сваи. Например, на одном строительстве длины свай были увеличены с 10 до 23 м, за счет чего их несущая способность возросла с 60 до 255 т, т. е. более чем в 4 раза.

На этом же строительстве была переоценена несущая способность мягкопластичных суглинков. Критическая нагрузка для сваи, погруженной в толщу пылеватого суглинка на глубину 10 м, составляла 60 т, а расчетное давление на сваю было назначено 53 т, что было грубой ошибкой.

При введении подошвы в толщу плотных грунтов создаются, кроме того, благоприятные условия для устройства камуфлетного уширения, которое дает большой эффект в плотных грунтах, где, как правило, отсутствует свободная вода. Это положение подтверждается примером устройства камуфлетного уширения в толще кембрийских глин. После погружения сваи на глубину 23 м устроили камуфлетное уширение; за счет этого критическая нагрузка возросла с 255 до 395 т, т.е. на 60%. Такое резкое увеличение несущей способности свай было достигнуто при небольшой затрате средств.

При назначении глубины погружения свай надо рассмотреть возможные способы погружения: с открытым или с закрытым концом, с подмывом или без подмыва, при помощи сваебойного молота или вибропогружателя и т. д.

В практике строительства часто встречаются случаи, когда для погружения свай до проектной глубины, назначенной каме-рально, применяют любые способы, даже те, которые запрещаются: например, сильный подмыв и интенсивную вибрацию в глинистых грунтах, которые в конечном счете сильно снижают несущую способность свайного фундамента.

Достижение заданной глубины погружения свай не должно являться самоцелью. При правильном способе работ при меньшей глубине погружения свай иногда можно получить более высокую их несущую способность, которая должна быть проверена статическими испытаниями. Требование о максимальной глубине погружения свай исходит из условия, что оптимальный способ забивки свай и размер их выбраны.

При назначении диаметра свай надо стремиться к тому, чтобы несущая способность свай по грунту и по материалу была одинаковой.

Одним из очевидных положений является то, что в сжимаемых грунтах, где силы трения составляют значительную долю от общей несущей способности свай по грунту, надо применять сваи меньшего диаметра. Чем больше удельный вес сил трения, тем меньше должен быть диаметр свай. Назначение большого диаметра свай без учета этой очевидной истины приводит к необоснованному утяжелению фундамента и увеличению его стоимости. В грунтах, где силы трения значительны, применяют сваи Н-образного сечения, которые имеют большую боковую поверхность при минимальной затрате материала. Стальные сваи Н-образного сечения широко применяют в США, где многие водотоки покрыты илистыми и пластичными глинами большой мощности. В ленточных глинах, где применение свай прямоугольного сечения приводит к сильному разжижению грунтов, также полезно применять сваи Н-образного сечения. Это важно учитывать для всех глинистых грунтов, обладающих повышенной тиксотропией, так как погружение свай больших размеров требует интенсивных ударов, способствующих разжижению грунтов.

В грунтах, где несущая способность свай определяется величиной лобового сопротивления, полезно увеличить их диаметр.

Если сваи погружены до кровли скальных пород или до кровли глины твердой консистенции (В<0), то по СН 200—62 удельную величину лобового сопротивления принимают не ниже 200 кг/см2. Но надо учитывать, что такие сваи должны быть защищены от размыва. Толщина слоя грунта после размыва должна быть не менее 3—5 м. Если свая оперта на скальные породы, то силу трения по боковой поверхности ствола сваи не учитывают.

Недостатком свайных фундаментов на забивных сваях является ограниченная область их применения по грунтовым условиям. В грунтах, где забивка свай невозможна, следует применять оболочки, погруженные с открытым концом. Такие оболочки, особенно больших диаметров, позволяют упростить конструкцию опоры, заменяя опоры на высоких ростверках столбчатыми.

Фундаменты в виде высоких ростверков на оболочках устраивают, применяя оболочки диаметром до 2 м, которые погружают как вертикально, так и наклонно.

При выборе рациональной конструкции фундаментов или столбчатых опор из оболочек следует придерживаться принципа наименьшего количества и наименьшего диаметра оболочек, который в этом случае имеет еще более важное значение, чем при выборе забивных свай, так как применение оболочек большого диаметра требует мощного оборудования для транспортирования, погружения и других операций.

Наибольший технико-экономический эффект можно получить, применяя столбчатые опоры, которые состоят из одной или двух оболочек. Использование оболочек больших размеров требует не только технико-экономического обоснования, но и согласования со строительными организациями, так как во многих случаяд связано с освоением новой технологии работ. Поэтому для строительных объектов, где объем работ невелик, оболочки больших диаметров могут оказаться неоправданными из-за больших дополнительных затрат, связанных с их освоением.

Чтобы полнее использовать несущую способность материала оболочек, не заделанных в скальные породы, необходимо устраивать уширенное основание.

При заделке оболочек в скальные породы несущую способность можно назначать исходя из прочности их материала. В слабых скальных породах, предел прочности которых ниже предела прочности материала оболочек, этого можно достигнуть путем заделки концов оболочек в скальные породы. Глубина заделки определяется расчетом. Заделка концов оболочек в скальные породы необходима также, если вышележащая толща сжимаемых грунтов может быть размыта.

В трубчатых сваях или оболочках заполнение внутренней полости бетонной смесью не только не обязательно, а иногда вредно. Сваи или оболочки (они всегда погружены достаточно глубоко и заделаны в грунте) работают на изгибающий момент только в верхней своей части, нижняя же их часть работает только на продольную силу. Участок, испытывающий продольные усилия, можно заполнять песком, который при насыщении водой не увеличивается в объеме, а участок, который находится в зоне промерзания, должен быть заполнен бетонной смесью. Для больших оболочек —диаметром Зли более — внутренняя полость может быть заполнена частично, что желательно не только по соображениям экономии материала, но и для того, чтобы лучше воспринимать температурные напряжения, возникающие в теле оболочки. По этим соображениям оставлять внутреннюю полость незаполненной желательно и для оболочек меньшего диаметра.

В последние годы буровые сваи вытеснены сваями-оболочками и колодцами-оболочками. Но в благоприятных грунтовых условиях и при наличии оборудования можно успешно применять буровые сваи с уширенным основанием, которые имеют высокую несущую способность по грунту. Буровые сваи могут быть применены в сочетании с железобетонными несущими оболочками.

Винтовые сваи следует применять в специфических условиях, где для устройства фундаментов нельзя использовать ударные снаряды или вибрацию, а также как инвентарные анкерные сваи.

Расчетное сопротивление свай и оболочек по грунту

Расчетное сопротивление забивных свай. Несущая способность забивных свай зависит от характеристик окружающих грунтов и технологии их погружения. Так как при погружении забивных свай происходит уплотнение грунтовой массы, окружающей ствол сваи, и в ее подошве, то несущая способность таких свай очень высока.

При погружении трубчатых свай диаметром до 80 см с грунтовым ядром грунт, заключенный в нижней части оболочки,

очень сильно уплотняется и может воспринимать большую нагрузку; поэтому его рассматривают как конструктивный элемент.

Несущую способность забивных свай определяют различными способами: статическим испытанием после погружения, динамическим методом во время погружения и пользуясь эмпирическими формулами, составленными по опытным данным. Кроме того, имеется много теоретических формул, полученных на основе теории сыпучих тел. Последние в мостостроении применения не находят.

Одним из надежных способов являются статические испытания свай, в процессе которых определяют величину критической нагрузки Ркр, наступление которой характеризуется интенсивным увеличением осадки без увеличения нагрузки.

График испытания сваи показан на рис. 1. Последующее нагружение сваи производится после затухания осадки. При данной ступени нагружения осадка считается .затухшей, если она составляет не более 10 мм за последние 30 мин. в песчаных грунтах и за последний час в глинистых грунтах. Статические испытания сваи с соблюдением этих условий продолжаются в течение многих суток, особенно в глинистых грунтах, в которых осадки затухают очень медленно. Однако величина критической и предельной нагрузок может быть получена ускоренным способом.

Ускоренное испытание сваи за счет сокращения времени наступления затухания влияет только на величину осадки, но на величину критической нагрузки не влияет.

Динамический метод определения расчетного сопротивления сваи основан на равенстве работы сваебойного агрегата и работ, затраченных на преодоление сопротивления погружению сваи в грунт, на упругие деформации подбивки и др.

При погружении свай вибрацией в песчаные грунты происходит их уплотнение, а в глинистые грунты — разжижение.

Расчетное сопротивление свай и оболочек, погружаемых с .извлечением грунта. Сваи-оболочки и колодцы-оболочки, как правило, погружают с открытыми концами и с извлечением грунта, т. е. без уплотнения грунтовой массы. Поэтому их удельная несущая способность ниже, чем у забивных свай. Буровые и винтовые сваи также относятся к этой категории.

Несущая способность таких видов свай и оболочек изучена еще недостаточно. Учет действительных условий работы свай и оболочек, находящихся в толще грунтовой среды, где характер деформации основания совершенно отличается от характера деформации основания неглубоких фундаментов, требует сложных экспериментальных исследований. Пока такие исследования проведены только для песчаных грунтов, причем выявлены большие возможности использования несущей способности песчаных оснований.

Расчетное сопротивление свай и оболочек устанавливают статическими испытаниями, как для забивных свай, и вычисляют по эмпирической формуле.

Ваш отзыв