Введение. Назначение фундаментов.

Здания и сооружения передают нагрузку от своей массы, включая полезную нагрузку, через фундаменты на грунтовое основание. Исходя из несущей способности основания и действующей на него нагрузки, конструктивное решение фундаментов может быть различным.

Надземная часть здания будет обладать необходимой прочностью и устойчивостью только при условии, что фундаменты надежно воспринимают полную нагрузку от здания или сооружения и правильно передают ее на грунты основания.

 Для этого необходимо, чтобы:

- все типы фундаментов были прочными, долговечными и не разрушались от воздействия грунтовых вод;

- все типы фундаментов воспринимали опрокидывающие силы, сдвиг и скольжение;
- осадки всех типов фундаментов не превышали нормативных величин;
- все типы фундаментов имели наиболее экономичные конструктивные решения для данного сооружения и основания.

Классификация фундаментов.

 Все известные виды фундаментов можно разделить на две большие группы: фундаменты, возводимые в открытых котлованах, и фундаменты, устраиваемые без отрывки котлованов (свайные, щелевые, буровые, тонкостенные цилиндрические оболочки, опускные колодцы и кессоны).

В условиях современного строительства достаточно большое количество фундаментов устраивают в предварительно вырытых открытых котлованах.

По условиям изготовления различают фундаменты монолитные, возводимые непосредственно на месте строительства, и сборные, монтируемые из отдельных,  заранее изготовленных элементов. Последний тип фундаментов получил наибольшее распространение, так как он обеспечивает максимальное снижение трудозатрат и существенно сокращает сроки строительства.

По материалу, из которого они изготовлены, фундаменты бывают бетонные, бутобетонные, из каменной или бутовой кладки и железобетонные. В некоторых, достаточно редких случаях в качестве материала фундаментов используют дерево (в водонасыщенных грунтах или при возведении временных сооружений) или металл

(для сборно-разборных сооружений). Наиболее широко распространенным материалом для устройства фундаментов является железобетон, который используют для возведения различных типов фундаментов, как в монолитном, так и сборном варианте, поскольку он обладает требуемой морозостойкостью и водонепроницаемостью (при определенной плотности). Промышленность строительных материалов выпускает широкую номенклатуру сборных конструкций, используя которые можно монтировать фундаменты различных конструктивных решений, удовлетворяющих практически всем запросам промышленного строительства.

По форме фундаменты можно отнести к следующим основным типам: ленточные, отдельные, сплошные и массивные.

По условиям работы фундаменты под нагрузкой подразделяют на жесткие, воспринимающие в основном сжимающие усилия (столбчатые), и гибкие (ленточные), при работе которых образуются деформации изгиба, влияющие на распределение давления по подошве.

Ленточные фундаменты. Технология устройства.

Ленточные фундаменты используют для передачи нагрузки на ос­нование от стен зданий или ряда колонн. В плане они могут состоять из одинарных и перекрестных лент; первые обычно устраивают под стены, а перекрестные — под сетку колонн. По глубине заложения фундаменты делят на мелкого до 5м и глубокого ниже 5 м.

Ленточные фундаменты под стены устраивают в основном монолитными или из сборных бло­ков.

 Монолитные железобетонные ленточные фундаменты выполня­ют в виде нижней армированной ленты и неармированной или мало армированной фундаментной стены, выше которой устраивают стены Здания.

Процесс возведения фундаментов и стен из монолитного железобе­тона включает разбивку осей фундаментов, устройство опалубки, сборку и установку арматуры и бетонирование. Выбор технологии воз­ведения фундаментов зависит от конструктивных решений фундамен­тов и самих зданий, а также от имеющегося технологического обору­дования и механизмов.

На выбор типа опалубки влияет вид бетонируемых конструкций и их повторяемость. Выбирают опалубку на основе технико-эконо­мических расчетов по возможным вариантам. Определяющие пока­затели - затраты материалов и труда, себестоимость одного оборота опалубки.

Монтаж арматуры выполняют укрупненными элементами в виде сеток и пространственных каркасов. Нижнюю арматурную сетку фун­дамента устанавливают до монтажа опалубки. Для создания защитного слоя бетона устанавливают фиксаторы в шахматном порядке с шагом 1 м. Далее устанавливают арматурные каркасы и закрепляют их с по­мощью фиксаторов. Временные крепления с каркасов снимают после их приварки к сетке подошвы фундамента. Отдельные стержни сеток и каркасов на месте их установки необходимо соединить на сварке. По завершении арматурных работ на захватке приступают к установке опалубки.

Опалубку ленточных фундаментов постоянного поперечного сече­ния собирают в зависимости от высоты фундамента. При высоте 2...2,5 м щиты устанавливают последовательно вертикально, соединяя их между собой на замках, временно раскрепляют инвентарными под­косами. Щиты второго яруса закрепляют на нижних щитах  по­сле рихтовки установленной опалубки и располагают их горизонталь­но. При высоте ленточного фундамента более 2,5 м конструктивное решение опалубки должно быть предложено в технологической карте.

Щитовая опалубка ленточных фундаментов переменного попереч­ного сечения может сначала собираться для нижней части фундамента в виде плиты, верхняя часть опалубки может быть установлена до и после бетонирования нижней части фундамента.

Перед укладкой бетонной смеси необходимо тщательно подгото­вить грунтовое основание.

Для достижения монолитности железобетонных фундаментов бето­нирование необходимо вести непрерывно, не допуская образования швов. Бетонную смесь укладывают слоями толщиной 20...50 см, каж­дый последующий слой укладывают после уплотнения предыдущего и, как правило, до начала его схватывания.

Ленточные фундаменты бетонируют в зависимости от конструк­тивных особенностей в один, два и три этапа.

Одноэтапное послойное бетонирование применяется при устройстве ленточных фундаментов прямоугольного сечения в распор или переменного сече­ния при площади поперечного сечения менее 3 м².

Бетонирование ленточных фундаментов:

а— столбчатого при непрерывной подаче бетонной смеси; б — то же, бетонируемого ступенями; в — ступенчатого, бетонируемого с использованием виброхобота;  г - конструктивное решение фунда­мента, I — опалубка фундамента; 2 — бадья с бетонной смесью; 3 рабочая площадка; 4 — вибра­тор; 5 - бетон; б - звеньевой хобот; 7 - продольное армирование; 8 - поперечная арматура; 9 - бетонная подготовка; 10 - уплотненный грунт; 11 - оклеечная гидроизоляция

Ленточные фунда­менты со ступенями при площади поперечного сечения более 3 м² бе­тонируют в два этапа: сначала ступени, затем стену. В три этапа бето­нируют ленточные фундаменты с подколонниками, применяемые в каркасных зданиях.

Особенности бетонирования стен подземной части здания зависят от толщины и высоты стен, а также от вида опалубки.

Ведущим процессом при устройстве фундаментов является бетони­рование, поэтому количество рабочих в каждом потоке (установка опа­лубки, укладка арматуры, бетонирование, разборка опалубки) опреде­ляется по ведущему потоку. Необходимо, чтобы работа во всех пото­ках шла в одном ритме. Для организации поточной работы фундамен­ты и стены разбивают на захватки, в качестве которых может быть пролет, часть пролета или фундаменты на одной оси.

Сборные ленточные фундаменты состоят из сборных фундамент­ных подушек, армированных по расчету, выше которых устанавливают блоки стен. Железобетонные фундаментные плиты-подушки и бетон­ные стеновые блоки унифицированы, номенклатура предусматривает их разделение на четыре группы, каждая из которых отличается вос­принимаемой нагрузкой. Для повышения жесткости сооружения, для выравнивания осадок при строительстве на слабых грунтах и в качест­ве антисейсмических мероприятий сборные фундаменты усиливают армированными швами или железобетонными поясами, устраиваемы­ми поверх фундаментных подушек или последнего ряда стеновых фун­даментных блоков по всему периметру здания на одном уровне.

Фундаментные блоки укладывают по схеме их раскладки в соот­ветствии с проектом, чтобы обеспечить разрывы для про­кладки труб водоснабжения, канализации и других вводов.

Монтаж начинают с установки маячных блоков по углам и в мес­тах

пересечения стен. Фундаментный блок подается краном к месту укладки, наводится и опускается на основание, незначительные откло­нения от проектного положения устраняют, перемещая блок монтаж­ным ломиком при натянутых стропах. Стропы снимают после того, как блок займет правильное положение в плане и по высоте. Разрывы между блоками ленточного фундамента и боковыми пазухами в процессе монтажа заполняют песчаным грунтом и уплотняют.

Монтаж сборных ленточных фундаментов:

1 - фундаментная подушка; 2 - стеновой блок; 3 - песчаная подготовка, 4 - арматурный пояс, 5 - постель из раствора; б - заделка стыка мо­нолитным бетоном; 7 - строповка блока

Столбчатые фундаменты. Технология устройства.

Столбчатые (отдельные) фундаменты – располагающиеся только под колоннами каркаса здания или сооружения, могут быть как на естественном, так и на свайном основании. Применяются при строительстве зданий и сооружений с несущим каркасом. Передача нагрузок на фундаменты от стенового ограждения производится через фундаментные балки, уложенные на соседние фундаменты.

Столбчатые фундаменты применяются для каркасных зданий, когда необходимо передать нагрузку на грунт от отдельно стоящих колонн, когда нагрузки на одиночный фундамент столь малы, что давление подошвы фундамента на грунт меньше нормативной несущей способности грунта, что часто встречается в малоэтажном строительстве, а также в случаях, когда несущий слой грунта залегает на глубине 3 – 5 метров, а применение ленточных фундаментов или свайного основания экономически не эффективно. При возведении каркасных зданий со стенами из штучных материалов, под конструкции стен на обрезы столбчатых фундаментов укладываются сборные или монолитные железобетонные перемычки (длиной до 4 метров) или фундаментные балки (длиной более 4 метров).

Столбчатые фундаменты выполняются сборными или монолитными. Обычно конструкция такого фундамента состоит из двух элементов: подошвы, передающей нагрузку от колонны здания на грунт и стакана – изделия, во внутреннюю полость которого, монтируется железобетонная колонна или стойки с анкерными болтами, в случае, если проектом предусмотрены металлические колонны. При значительных нагрузках на колонны каркаса, применяются монолитные многоступенчатые столбчатые фундаменты. В ситуации, когда здание или сооружение возводится на грунте, верхние слои которого не могут использоваться в качестве несущих, столбчатые фундаменты выполняются на свайном основании. В этом случае нижняя ступень монолитного ступенчатого фундамента служит ростверком, передающим нагрузку от вышележащих конструкций непосредственно на сваи, а на нем уже монтируется или бетонируется стакан или стойка фундамента.

Столбчатые фундаменты могут быть на естественном или свайном основании. При естественном основании, подошва монтируется непосредственно на подготовленный грунт, на котором залита бетонная подготовка. В случае использования свайного основания, подошва столбчатого фундамента является одновременно и ростверком, объединяющим свайный куст воедино.

Крупноразмерные столбчатые фундаменты под тяжелые колонны производственных зданий обычно делаются монолитными, поскольку изготовленные в заводских условиях элементы фундамента придется транспортировать, разгружать и монтировать, что предполагает необходимость тяжелой автотехники и подъемных механизмов большой грузоподъемности.

Столбчатые фундаменты:

а - сборный железобетонный под колонны; б - из бутового камня под столбы; в - сборный железобетонный под несущие стены; г - сборный железобетонный под каркасные стены

Сплошные  фундаменты. Технология устройства.

Сплошные плитные фундаменты применяются в следующих случаях:

а) при грунтах с низкой несущей способностью и значительных нагрузках на фундамент, когда ширина ленточного фундамента, необходимая для получения допускаемого давления на грунт, становится экономически неоправданной;

б) при необходимости уменьшения вероятности неравномерных осадок зданий и сооружений, т.к. плитный фундамент перераспределяет нагрузки на грунт таким образом, что давление на участках со слабыми грунтами снижается, при этом, дополнительно нагружаются участки с грунтами более высокой несущей способности;

в) при необходимости устройства сплошного плитного фундамента под технологическое оборудование, что дает дополнительные возможности перестановки оборудования при модернизации производства без реконструкции существующих технологических фундаментов.

При слабых грунтах основания или значительных нагрузках, вместо плитного фундамента можно предусмотреть т.н. смешанный - столбчатый фундамент на непрерывной ленте – подушке.

Конструкции сплошных  плитных фундаментов, в зависимости от технологических особенностей вышерасположенного здания или сооружения, могут выполняться различных видов.

Сплошные фундаменты (монолитная плита) изготовляют из моно­литного железобетона, по конструктивному решению они могут быть выполнены в виде гладкой плиты (с устанавливаемыми по необходи­мости сборными стаканами под колонны), гладкой плиты с монолит­ными стаканами, ребристой плиты и плиты коробчатого се­чения.

Сплошные фундаментные плиты:

а- без ребер; б – ребрами вниз; ребрами вверх; г – коробчатые;

 д – объемный фундамент

Фундаментные плиты, днища резервуаров, туннелей и т. д. имеют большие площади и характеризуются насыщенным армированием. Толщина таких плит колеблется от 0,2 до 2 м. Способы их бетониро­вания выбирают с учетом размеров в плане, толщины, степени арми­рования, имеющейся механизации производства работ, реальных объе­мов поставки бетонной смеси.

Фундаментные плиты армируют сварными сетками в два слоя и более. Арматурные каркасы могут быть образованы разными спосо­бами: укладывают горизонтальные сетки и устанавливают поддержи­вающие каркасы или предварительно объединяют плоские горизон­тальные сетки и поддерживающие каркасы в пространственный само­несущий армоблок. Армоблоки устанавливают с зазорами, которые пе­рекрывают одним или двумя рядами плоских горизонтальных сеток, опирающихся на армоблоки.

Массивные фундаментные плиты бетонируют с использованием несъемной железобетонной опалубки, разборно-переставной из унифи­цированных элементов. Опалубочные панели большой площади, а так­же арматурные каркасные блоки монтируют с помощью монтажных кранов. Крепление опалубки и каркасов должно быть надежным и вы­держивать технологические нагрузки от бетонной смеси, механизмов, машин, рабочих и инвентарных приспособлений. Приготовленная к производству работ опалубка должна быть сдана по акту.

При большой площади плит их разбивают на блоки бетонирова­ния или карты. По краям карт устанавливают деревянную или сетча­тую опалубку без разрезки арматуры на границах карт.

Бетонирование необходимо организовать так, чтобы избежать уст­ройства рабочих швов в пределах одной карты бетонирования. Вырав­нивают бетон плит по маякам, поверхность заглаживают гладилками. В местах примыкания стен, опирания колонн и столбов поверхность бетона оставляют шероховатой.

Работы по устройству монолитных фундаментных плит целесооб­разно выполнять по поточной организации работ с разбивкой на три ведущих потока: армирование фундаментов, установка опалубки, включая сетчатую на границе зон бетонирования, и непосредственное бетонирование. Работы должны выполняться в одном ритме. Ведущим потоком является бетонирование, поэтому число рабочих в каждом по­токе рассчитывают, исходя из обеспечения непрерывной работы бе­тонщиков.

Свайные фундаменты. Технология устройства.

Сваи подразделяют по целому ряду признаков на несколько групп:

по материалу — деревянные, металлические, бетонные и железобе­тонные, комбинированные, грунтовые;

по конструкции - квадратные, трубчатые, прямоугольные и много­угольные, с уширением и без него, цельные и составные, призматиче­ские и конические, сплошного сечения и пустотелые, винтовые и сваи-колонны;

по способу устройства - забивные, изготовляемые на заводе или на самой площадке и погружаемые в грунт, и набивные, устраиваемые непосредственно в грунте (в заранее пробуренной скважине); По способу заглубления в грунт различают сваи следующих видов:

1) сваи забивные, заглубляемые в грунт с помощью молотов, вибропогружателей, вибровдавливающих и вдавливающих устройств без выемки грунта;

2) сваи-оболочки, заглубляемые вибропогружателями без выемки или с частичной выемкой грунта (не заполняемые бетонной смесью);

3) сваи-оболочки, заглубляемые вибропогружателями с выемкой грунта (заполняемые частично или полностью бетонной смесью);

4) сваи набивные, устраиваемые в грунте путем укладки бетонной смеси в скважины, образованные в результате принудительного отжатия (вытеснения) грунта;

5) сваи буровые, устраиваемые в грунте путем заполнения пробуренных скважин бетонной смесью или установки в них железобетонных элементов;

6) сваи винтовые.

Отсюда по способу погружения свая можно разделить на ударные и безударные

по характеру работы (по способу передачи нагрузки на основа­ние) — сваи-стойки, которые передают нагрузку от здания своими кон­цами на скальный или практически несжимаемый грунт, и висячие сваи, передающие нагрузку за счет трения грунта по боковой поверх­ности сваи;

по виду воспринимаемой нагрузки - центральная, вертикально действующая нагрузка, нагрузка с эксцентриситетом, и усилия вы­дергивания;

по виду армирования железобетонных свай - с напрягаемой и ненапрягаемой продольной арматурой, с поперечным армированием и без него.

Свайный куст - несколько рядом расположенных свай, совместно воспринимающих общую нагрузку; ростверк - конструкция, объеди­няющая сверху сваи для их совместной работы

Свайные фундаменты используются при строительстве на просадочных грунтах, а также при грунтах с низкой несущей способностью (менее 1,5 кг/см²). В зависимости от способа передачи нагрузки от конструкций здания или сооружения на грунт различают сваи – стойки и висячие сваи. Сваи – стойки используются в ситуации, когда мощный слой грунта высокой несущей способности находится под пластами слабого грунта на относительно небольшой глубине. В таком случае, сваи прорезают толщу слабого грунта и опираются на прочный грунт, передавая на него усилия от вышерасположенных конструкций. В случае, когда грунт с высокой прочностью расположен на недостижимой для свай глубине, то используются висячие сваи, которые, уплотняя при погружении грунт между сваями, позволяют использовать его в качестве основания. В таком случае при расчете свайного фундамента учитывается как трение боковой поверхности сваи о грунт, так и работа пяты сваи.

Свайные фундаменты имеют ростверк, опирающийся непосредственно на оголовки свай и предназначенный для передачи нагрузки от конструкций здания или сооружения.

Тип свайного фундамента определяется в зависимости от характера работы конструкций здания или сооружения, комбинаций нагрузок, гидрогеологических характеристик грунта, наличия предприятий стройиндустрии, технологических возможностей специализированных предприятий и экономической эффективности.

В настоящее время для индустриального строительства используются забивные и буронабивные железобетонные сваи. Забивные железобетонные сваи имеют квадратное сечение и один острый конец. Длина их колеблется от 3 до 12 метров, но для устройства свайных фундаментов на слабых грунтах большой мощности, применяются составные сваи длиной до 24 м, причем сначала забивается нижняя часть, а после погружения на всю длину, к ней крепится верхняя часть, благодаря которой свая достигает проектной отметки. После срубки нарушенного работой забивного механизма бетона, обнажаются верхние концы арматуры, которые затем входят в толщу монолитного ростверка.

В последнее время широкое распространение получили свайные фундаменты с набивными сваями. Видов набивных свай насчитывается несколько десятков. Чаще других применяются следующие виды:

- сваи с металлической оболочкой, забиваемой в грунт – применяются в слабых и обводненных грунтах, когда стенки скважины обрушиваются до начала бетонирования сваи;

- сваи с извлекаемыми обсадными трубами – применяются в слабых грунтах.

Представляют собой сваи длиной от 6 до 12 м. Обсадная труба диаметром от 220 мм погружается до заглубления в плотные слои грунта на 0,2 – 0,5 м. После этого приступают к бетонированию свайного фундамента с одновременным извлечением обсадной трубы. Во избежание прорыва грунта через свежеуложенный бетон, подъем трубы ведется таким образом, чтобы в ней всегда оставалась бетонная пробка высотой 0,4 – 0,7 м;

- сваи в пробуренных или пробитых скважинах пригодны для использования в сухих и маловлажных связных грунтах, не требующих специальных мероприятий по укреплению стенок скважины. В этом случае сначала пробуривается лидерная скважина, потом выполняется уширение в нижнем основании скважины, после чего устанавливается арматурный каркас и производится бетонирование сваи. Для слабосвязных грунтов разработана технология вытрамбовки скважины специальным пробойником, изготовленном из толстостенной трубы с приваренным острием на одном конце. Острым концом пробойник забивается копром на проектную глубину без устройства лидерных скважин. При этом стенки скважины уплотняются до состояния, позволяющего установить в полученную скважину арматурный каркас и забетонировать сваю.

Деревянные сваи изготовляют из древесины сосны, ели, лиственни­цы, кедра, пихты, дуба. Длина свай 4... 12 м, диаметр в тонком конце 18...34 см. В нижнем конце свая заострена на 3...4 грани, острие долж­но совпадать с осью сваи, отклоненное от оси острие может увести сваю при забивке от проектного положения. При забивке в плотные грунты и предохранения острия от разрушения на него надевают ме­таллический башмак - наконечник, а на верхнюю часть - железное Кольцо-бугель, предохраняющий голову сваи от разрушения (размоча­ливания) при забивке.

Когда требуются длинные сваи (>12 м), их сплачивают из не­скольких бревен - в торец, вполдерева или накладками. Для предо­хранения свай от гниения их пропитывают антисептиками или погру­жают так, чтобы вся свая располагалась ниже самого низкого уровня грунтовых вод.

Деревянные шпунты изготовляют из брусьев, на одной грани уст­раивают гребень, на другой - паз, преимущественно прямоугольного сечения. Перед забивкой шпунтины соединяют по 2...3 шт. в пакет, де­лают общий скос на острие и надевают общий бугель. Обычно толщи­на шпунтин 5... 14 см, но может доходить до 26 см.

Металлические сваи применяют в портовом, мостовом, энергетиче­ском и промышленном строительстве, при возведении высотных со­оружений (радиомачт, телебашен). Используют стальные трубы диа­метром 25...100 см, рельсы, двутавры, винтовые сваи со специальным наконечником, завинчиваемые в грунт.

Сваи-оболочки - металлические трубчатые сваи диаметром 1,2...2 м и более, длиной до 14 м, при необходимости их наращивают и соединя­ют на сварке. Сваи с открытым нижним торцом по мере заглубления заполняют грунтом, который, уплотняясь, увеличивает несущую спо­собность сваи. Сваи-оболочки с закрытым нижним торцом в виде съемного наконечника забивают в грунт. Металлический наконечник всегда остается в грунте, сама свая может быть оставлена и заполнена бетонной смесью для повышения несущей способности или извлечена. В процессе извлечения сваи-оболочки ее полость заполняется бетон­ной смесью.

Стальной шпунт применяют для устройства водонепроницаемых стенок котлованов, подпорных стенок, пирсов, набережных. Для шпун­та выпускают специальные профили - плоские, корытообразные, зет- образные длиной до 30 м, в отдельных случаях используют обычный стальной прокат.

Железобетонные сваи выпускают сечением от 20 х 20 до 60 х 60 см и длиной от 3 до 16 м с обычной и предварительно напряженной ар­матурой. Предварительное напряжение позволяет сократить расход бе­тона на 15...20%, металла до 50...60% по сравнению с обычным арми­рованием. Армирование необходимо для транспортирования и забивки свай, для нормальной работы на сжатие достаточно косвенного арми­рования.

Предварительное напряжение при забивке препятствует воз­никновению деформаций, трещин, стягивает имеющиеся трещины.

Полые сваи квадратного и трубчатого сечения длиной 2...6 м при­меняют в плотных грунтах и малых нагрузках от строящегося соору­жения, наружный диаметр может доходить до 80 см. 182

Устройство свайных фундаментов является комплексным процес­сом, включающим на примере метода забивки:

■ подготовку территории для ведения работ;

■ геодезическую разбивку с выносом в натуру положения каждой сваи;

■ доставку на стройплощадку, монтаж, наладку и опробование оборудования для погружения свай;

■ транспортировку готовых свай от места их изготовления к месту их погружения;

■ забивку свай;

■ срезку готовых свай по заданной отметке;

■ вывоз со строительной площадки срезанных остатков свай;

■ устройство монолитного или сборного ростверка;

■ демонтаж оборудования.

Анализ грунтов, их несущей способности показывает, что для большей части территории России плотные грунты залегают на срав­нительно небольшой глубине, что позволяет использовать сваи длиной 3...7 м.

Технология погружения свай

С предприятий стройиндустрии сваи доставляют в готовом для по­гружения в грунт виде. В зависимости от характеристик грунта суще­ствует ряд методов устройства свай, в том числе ударный, вибрацион­ный, вдавливанием, завинчиванием, с использованием подмыва и электроосмоса, а также различными комбинациями этих методов.

Ударный метод основан на использовании энергии удара (воздей­ствия ударной нагрузки), под действием которой свая своей нижней заостренной частью внедряется в грунт. По мере погружения она сме­щает частицы грунта в стороны, частично вниз или наверх. В резуль­тате погружения свая вытесняет объем грунта, практически равный «объему» ее погруженной части. Меньшая часть этого грунта оказывает­ся на дневной поверхности, большая - смешивается с окружающим грунтом и значительно уплотняет грунтовое основание. Зона заметно­го уплотнения грунта вокруг сваи составляет 2...3 диаметра сваи.

Ударную нагрузку на оголовок сваи создают специальные меха­низмы:

паровоздушные молоты, которые приводятся в действие силой сжатого воздуха или пара, непосредственно воздействующих на удар­ную часть молота;

дизель-молоты, работа которых основана на передаче энергии сго­рающих газов ударной части молота;

вибропогружатели - передача колебательных движений рабочего органа на сваю (использование вибрации);

вибромолоты - сочетание вибрации и ударного воздействия на сваю.

Рабочий цикл молотов всех типов состоит из двух тактов: холосто­го хода, в течение которою происходит подъем ударной части на оп­ределенную высоту, и рабочего хода, в течение которого ударная часть с большой скоростью движется вниз до момента удара по свае.

 В ряде свайных молотов рабочий ход происходит только под действи­ем массы ударной части, такие молоты называются молотами одиноч­ного действия.

В молотах двойного действия в точке максимального подъема ударная часть получает дополнительную энергию.  На  сваю действуют эта энергия и масса ударной части молота. В процессе работы молота корпус его остается неподвижным на голове погружаемой сваи, удар­ная часть молота движется внутри корпуса. Энергия сгорания не толь­ко поднимает ударную часть молота на предельную высоту, но и воз­действует на нее ударом, когда она под действием силы тяжести пада­ет вниз. Подача топлива и его возгорание в зависимости от положения ударной части выполняются автоматически.

Дизель-молоты, по сравнению с паровоздушными, отличаются бо­лее высокой производительностью, простотой в эксплуатации, авто­номностью действия и более низкой стоимостью. Автономность обес­печивается путем подъема за счет рабочего хода двухтактного дизель­ного двигателя.

Сваебойные копровые установки:

б - мостовая; б - рельсовая универсальная; в - на базе экскаватора; г-на тракторе; д - на авто­мобиле; 1 - кабина; 2 - копровая мачта; 3 — мост, 4 - рельсовый путь; 5 — свая; б — оголовник с блоками 7 ходовая тележка; 8 поворотная платформа; 9 - молот; 10 - базовая машина: 11 - стрела; 12 - распорка; 13 — гидроцилиндр; 14 - выдвижной механизм: 15 - гидроцилиндр подъема и наклона стрелы, 16 - механизм подъема сваи; 17 - подвижная рама

Забивка свай состоит из трех основных повторяющихся операций:

■ передвижка и установка копра на место забивки сваи;

■ подъем и установка сваи в позицию для забивки;

■ забивка сваи.

Центр тяжести свайного молота должен совпадать с направлением забивки сваи. Свайный молот поднимают на высоту, достаточную для установки сваи, с некоторым запасом на ход молота и в таком положе­нии закрепляют. При забивке стальных и железобетонных свай моло­тами одиночного действия обязательно применение наголовников для смягчения удара и предохранения головы сваи от разрушения.

В процесс забивки свай входят: 1 - установка сваи в проектное положе­ние, 2- надевание наголовника, 3 - опускание молота и первые удары по свае с высоты 0,2...0,4 м, 4 - после погружения сваи на глубину 1м –

 переходят к режиму нормальной забивки. От каждого удара свая погружается на определенную глубину, которая уменьшается по мере заглубления сваи. В дальнейшем наступает момент, когда глубина забивки сваи практически незаметна. Практически свая погружается в грунт на одну и ту же малую величину, называемую отказом.

Отказ — глубина погружения сваи за определенное количество уда­ров обычно молота одиночного действия или за единицу времени для молотов двойного действия. Величина отказа — среднее от 10 или се­рии ударов в единицу времени.

Залог - серия ударов, выполняемых для замера средней величины отказа: для паровоздушных молотов в залоге 20...30 ударов; для дизель-молотов одиночного действия в залоге 10 ударов; для дизель-мо­лотов двойного действия отказ определяют за 1 мин. забивки.

Замеры проводят с точностью до 1 мм, забивку прекращают при получении заданного по проекту отказа (расчетного). Если средний от­каз в трех последовательных залогах не превышает расчетного, то про­цесс забивки сваи считается законченным.

Если при погружении свая не дошла до проектной отметки, но уже получен заданный отказ, то этот отказ может оказаться ложным, вследствие возможного перенапряжения в грунте от забивки преды­дущих свай. Свае назначается «отдых». Через 3...4 дня свая может быть погружена до проектной отметки.

К безударным способам   погружения свай относятся:

1 -Погружение свай вибрированием которое осуществляется с использованием вибрационных механизмов, оказывающих на сваю динамические воз действия, позволяющее преодолеть сопротивление трения на бо­ковых поверхностях сваи, лобовое сопротивление грунта, возникающее под острием сваи, и погрузить сваю на проектную глубину.

2 - Более универсальным является виброударный способ погружения свай с помощью вибромолотов. При работе вибромолота наряду с виб­рационным воздействием на сваю периодически опускается ударник, оказывая и динамическое воздействие на голову сваи.

3 - Метод вибровдавливания основан на комбинации вибрационного или виброударного воздействия на сваю и статического пригруза. При включении вибропогружателя и лебедки свая погружается за счет собственной массы, массы вибро­погружателя и части массы трактора, передаваемой вдавливающим ка­натом через вибропогружатель на сваю. Одновременно на сваю дейст­вует вибрация, создаваемая низкочастотным погружателем с подрессо­ренной плитой. Особенно эффективен при погружении свай длиной до 6 м.

4 - Погружение свай вдавливанием применяют для коротких свай сплошного и трубчатого сечения (3...5 м). Статическое вдавливание осуществляется в такой последовательности: сваю устанавливают в вертикальное положение в направляющей стреле агрегата. Далее на голову сваи опускают и закрепляют оголовник, передающий давление от базовой машины (трактора, экскаватора) через систему блоков и по­лиспастов непосредственно на сваю, которая благодаря этому давле­нию постепенно погружается в грунт. После достижения сваей проект­ной отметки погружение прекращают, снимают наголовник, агрегат переезжает на новую позицию. Применимо статическое вдавливание с использованием одновременно задействованных двух механизмов.

Схема сваевдавливающей установки СВО-В-1.
1 - базовая машина; 2 - копровая мачта; 3 - наголовник с блоком полиспастов; 4 - свая; 5 - блок неподвижной части полиспаста; 6 - гидроцилиндр; 7 - вакуумный анкер; 8 - упорная рама; 9 - опорные плиты; 10 - опорная балка с площадной; 11 - гидравлическая станция; 12 - вакуумный насос

5 - Погружение свай завинчиванием основано назавинчиваниистальных и железобетонных свай со стальным наконечником с помо­щью мобильных. установок, смонтированных на базе автомобилей или других самоходных средств. Метод применяют чаще всего при устройстве фундаментов под мачты линий электропередачи, радиосвязи и других сооружений, где в достаточной мере могут быть использова­ны несущая способность винтовых свай и их сопротивление выдерги­ванию.

Схема процесса завинчивания свай

а — наконечник сваи с винтовыми лопас­тями; б —схема погружения сваи; 1—ра­бочий орган; 2 — редуктор наклона рабо­чего органа; 3 — аутригеры; 4 — свая; 5 — наконечник сваи

6 - Погружение свай подмывом грунта применяютв несвязныхи малосвязных грунтах - песчаных и супесчаных. Целесообразно под­мыв использовать для свай большого поперечного сечения ибольшойдлины, но недопустимо для висячих свай. Способ заключается в том, что под действием воды, вытекающей под напором у острия сваи из одной или нескольких труб, закрепленных на свае, фунт разрыхляется и частично вымывается. При этом сопротивление грунта у острия сваи снижается, а поднимающаяся вдоль сваи вода размывает прилегающий грунт, уменьшая тем самым трение по боковым поверх­ностям сваи. В результате свая погружается в грунт под действием собственной массы и массы установленного на ней молота.

Погружение сваи подмывом:
1- резиновые шланги; 2 - водопроводные трубы; 3 - скоба; 4 - башмак; 5 - свая; 6 - баба

7 - Погружение свай с использованием электроосмоса применяют в водонасыщенных плотных глинистых грунтах, в моренных суглин­ках и глинах. Для практической реализации метода уже погруженную в грунт сваю присоединяют к положительному полюсу (аноду) элек­трической сети постоянного тока, а соседнюю с ней, подготовленную для погружения в грунт - к отрицательному полюсу (катоду). При включении тока вокруг сваи с положительным полюсом резко снижа­ется влажность грунта, а у соседней с отрицательным полюсом она на­оборот резко увеличивается. В более влажной среде свая быстрее по­гружается в грунт, что позволяет применять сваебойное оборудование меньшей мощности.

Последовательность погружения свай. Порядок погружения свай зависит от их расположения в свайном поле и параметров свае-погружающего оборудования. Последовательность забивки свай оп­ределяется техкартой или проектом производства работ, она зависит от размеров свайного поля и свойств грунтов. Применимы три схе­мы - рядовая, когда последовательно забиваются все сваи в одном ряду; спиральная, при забивке свай от центра к сваям внешних ря­дов и секционная, когда все поле делят на отдельные секции по ши­рине здания, в которых забивка осуществляется по рядовой схеме.

При погружении свай основными факторами, определяющими вы­бор метода и сваепогружающего оборудования, являются физико-ме­ханические свойства грунта, объем свайных работ, вид свай, глубина их погружения, производительность применяемых сваебойных устано­вок и свайных погружателей.

Схема рядовой системы погружения свай
а —при прямолинейном расположении свай отдельными рядами;

б —при расположении свай кустами; 1—15 — сваи

Технология устройства набивных свай

Набивные сваи устраивают на месте их будущего положения пу­тем заполнения скважины (полости) бетонной смесью или песком. В настоящее время применяют большое количество вариантов реше­ния таких свай. Их основные преимущества:

■ возможность изготовления любой длины;

■ отсутствие значительных динамических воздействий при устрой­стве свай;

■ применимость в стесненных условиях;

■ применимость при усилении существующих фундаментов. Набивные сваи изготовляют бетонными, железобетонными и грун­товыми, причем имеется возможность устройства свай с уширенной пятой. Способ устройства свай прост - в предварительно пробуренные скважины подается для заполнения бетонная смесь или грунты, в ос­новном песчаные.

Применяют следующие разновидности набивных свай - сваи А.Э. Страу­са, буронабивные, пневмонабивные, вибротрамбованные, частотрамбо- ванные, вибронабивные, песчаные и грунтобетонные. Длина свай дости­гает 20...30 м при диаметре 50...150 см.

Буронабивные сваи. Характерной особенностью устройства буро- абивных свай является предварительное бурение скважин до задан­ной глубины.

Самими первыми в нашей стране, на основе которых применяются все существующие разновидности буронабивных свай, являются сваи А.Э. Страуса, которые были предложены в 1899 г. Изготовление свай включает следующие операции:

■ пробуривание скважины;

■ опускание в скважину обсадной трубы;

■ извлечение из скважины осыпавшегося грунта;

■ заполнение скважины бетоном отдельными порциями;

■ трамбование бетона этими порциями;

■ постепенное извлечение обсадной трубы.

■ Недостатки способа - невозможность контролировать плотность и монолитность бетона по всей высоте сваи, возможность размыва не- схватившейся бетонной смеси грунтовыми водами.

■ Армирование свай производят только в верхней части, где на глу­бину 1,5—2,0 м в свежеуложенный бетон устанавливают металличе­ские стержни для их последующей связи с ростверком.

Погружение свай в мерзлые грунты

При погружении свай зимой в сезоннопромерзающие грунты приходится выполнять дополнительные операции или отдельные процессы, увеличивающие трудоемкость и продолжительность свайных работ. Без дополнительных операций, но с некоторым снижением производительности установок удается обходиться при погружении свай мощными молотами и вибромолотами, если глубина промерзания ие превышает 0,7 м. В остальных случаях следует создавать условия, близкие к летним. Для этого необходимо предотвращать промерзание грунта путем заблаговременного утепления мест забивки свай подручными материалами (опилки, солома и т. п.). В этих же целях мерзлый грунт разрушают на месте забивки свай механическими способами, принятыми при разработке мерзлых грунтов; устраивают лидирующие скважины бурильными машинами и специальными виброударными установками или нарезают прорези по рядам будущих свай с помощью баровых машин; оттаивают слой мерзлого грунта.

Грунт оттаивают различными способами: огневым с помощью ручных и станковых термобуров с реактивными горелками, термохимическим.

Методы погружения свай в вечномерзлые грунты отличаются технологическими особенностями, обусловленными физико-механическими свойствами мерзлых грунтов, которые в ненарушенном состоянии имеют высокую несущую способность. Поэтому в этих условиях при выполнении свайных работ необходимо максимально сохранять мерзлые грунты в их естественном состоянии, а на участках, где в процессе погружения свай нарушается структура грунта, следует восстанавливать свойства этих грунтов. Вмерзание свай, иначе говоря — смерзание их поверхности с грунтом, приводит к тому, что сваи приобретают высокую несущую способность. Это явление может быть эффективно использовано при погружении свай в твердомерзлые грунты, условно относимые к низкотемпературным.

Метод погружения сваи в пробуренные скважины предусматривает такую последовательность процессов и операций: бурение скважины с помощью установки, размещенной на песчано-гравийной или шлаковой подсыпке, обеспечивающей возможность перемещения оборудования при слабых местных грунтах, с погружением в деятельном слое во избежание оползания грунта в скважину обсадной трубы; заполнение скважины песчано-глинистым раствором до отметки, при которой объем раствора с некоторым избытком достаточен для заполнения зазоров между стенками скважины и сваи после ее погружения; погружение сваи, сопровождающееся выжиманием раствора; извлечение обсадной трубы.

Рассмотренные методы погружения в вечномерзлые грунты применяют для погружения железобетонных свай, иногда для погружения металлических шпунтов, а также деревянных свай. Деревянные сваи при изготовлении следует пропитывать креозотом или другим антисептиком для предохранения от гниения у зоне переменной влажности.

Заключение.

Приемка свайных работ сопровождается освидетельствованием свайного основания, проверкой соответствия выполненных работ про­екту, инструментальной проверкой правильности положения свай или шпунта, контрольными испытаниями свай. Отклонение положения  свай от проектного не должно превышать в ростверке ленточного типа одного диаметра сваи, в свайных полях двойных размеров сваи.

При осуществлении контроля качества в процессе и при окончании устройства свайных фундаментов руководствуются следующими кри­териями:

от качества выполнения свайных работ зависит несущая способ­ность свайных фундаментов, что имеет важнейшее значение для всего здания или сооружения;

устройство свай относится к скрытым работам, требующим поопе­рационного контроля качества в процессе их устройства.

В общем случае контролируют:

■ соответствие поступающих на строительную площадку изделий и материалов проекту;

■ соблюдение утвержденной технологии погружения забивных или устройства набивных свай;

■ несущую способность свай;

■ соответствие положения свай в плане геодезической разбивке.

Основным контролируемым параметром является обеспечение не­сущей способности свай. Несущую способность погруженных свай оп­ределяют статическим и динамическим методами, а набивных - только статическим.

Учитывая, что в процессе забивки сваи грунт находится в напря­женном состоянии, следует иметь в виду, что несущаяспособностьсваи оказывается завышенной. Проверку несущей способности свай производят после отдыха свай и стабилизации грунта,

При контроле положения сваи в плане следят, чтобы не были пре­вышены допустимые отклонения: - 0,2d для забивных свай при их од­норядном расположении и 0,3d при расположении свай в два и три ряда в лентах или кустах свай (d - диаметр круглой или максималь­ный размер прямоугольной сваи). Приемка готовых свайных фунда­ментов оформляется актом с приложением следующих документов

■ паспорта на сваи и сборный ростверк заводов-изготовителей;

■ паспорта на бетон набивных свай и монолитных ростверков;

■ приемка арматурных каркасов набивных свай и монолитных ро­стверков;

■ акты сдачи свайного поля и готового ростверка;

■ результаты динамических или статических испытаний свай