Файл: Книга предназначается для студентов специальности Промышленное и гражданское строительстве.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.11.2023
Просмотров: 309
Скачиваний: 5
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
§ 3. Способы устройства уширенной пяты
Для повышения несущей способности буронабивных свай во многих случаях целесообразно увеличить площадь их опирания.
Ниже рассмотрены шесть основных способов устройства уширенных пят свай: 1) различными приемами механического трамбования бетона в скважинах; 2) виброударным способом, изготовления набивных свай; 3) путем пневматического прессования ствола набивной сваи. Этот метод применим при устройстве свай Вольф-схольтца, Боженкова и Гузеева, Грюна, т. е. для свай II типа; 4) специальными разбуривающими механизмами, с помощью которых ниже забоя скважины образуется шаровидное пространство диаметром, значительно превышающим диаметр скважины. Образованную шаровидную полость заполняют бетоном; 5) с помощью камуфлетного взрыва. В скважину опускают заряд взрывчатого вещества, затем часть ее заполняют пластичным или литым бетоном, после чего производят взрыв. Полость ниже забоя скважины, образующаяся после взрыва, тотчас заполняют бетоном, поступающим из ствола скважины; 6) с помощью электромеханического или электрогидравлического устройства, раздвигающего (раздавливающего) грунт в основании скважины.
Уширять основания можно отдельными или комплексными механизмами, которые в процессе бурения скважины образуют уширенную пяту. Например, известный свайный агрегат фирмы «Бено-то» может бурить скважины под обсадкой и при необходимости уширять основание сваи.
При описании технологии устройства свай такими агрегатами устройство ствола и уширенной пяты рассматривают совместно.
§ 4. Конструктивные особенности фундаментов из набивных свай
Особенности набивных свай состоят в том, что каждая свая может воспринимать значительные сосредоточенные нагрузки — до 1000 т, что дает возможность в ряде случаев отказаться от устройства ростверка, необходимого при любом другом решении, или значительно сократить его размеры. Набивные сваи особенно целесообразно устраивать под здания с весьма большими нагрузками на их фундаменты.
В цехах и промышленных зданиях точечные нагрузки на объектах металлургии достигают 4000 т, а в главных корпусах электростанций— 10 000 т. Нагрузки на одну колонну будут 400—600 т в ряде отраслей составляют примерно 30%- В жилых и гражданских зданиях высотой в 16—25 этажей колонны воспринимают нагрузки 600 т и более. В то же время простейшие набивные сваи можно устраивать и под небольшие нагрузки, что важно в сельском строительстве.
Конструкции набивных свай можно легко видоизменить в соответствии с различными грунтовыми условиями, схемами, нагрузками и т. д. Более того, у камуфлетных, пневмо- и гидронабивных свай в процессе сооружения можно изменять размеры в обратной зависимости от несущей способности грунта.
С целью обеспечения надежной работы конструкций надземных частей зданий и в то же время эффективного использования несущей способности материалов свайных фундаментов при привязке проектов можно изменять шаг свай, сечение их стволов (используя комплект рабочих органов различного диаметра), величину уши-рения, глубину бурения, марку бетона и т. п.
Главное преимущество набивных свай заключается в незначительных абсолютных и относительных осадках сооружений. Кроме того, создание узла «свая — колонна», затрудненное при устройстве фундаментов на забивных сваях, легко реализуется в любых вариантах набивных свай. Верх набивной сваи и соответственно ростверк (монолитный или сборный) можно располагать на любой отметке без устройства дополнительных переходных элементов, что затруднительно при забивных сваях.
Большая несущая способность набивных свай нередко позволяет обойтись одиночной сваей вместо куста забиваемых и необходимого для него ростверка и вести монтажные работы на неразрых-ленной поверхности. Важно и то, что с применением набивных свай значительно уменьшается количество типоразмеров сборных элементов.
Набивная свая состоит из следующих элементов: ствола (тела) сваи, головы и пяты, которая может оканчиваться уширенным основанием.
Ствол сваи, как отмечалось выше, можно изготовлять из различных однородных материалов монолитной или сборно-монолитной конструкции. В отечественной практике последние изготовляют обычно из железобетона в форме стоек-колонн заданной длины, погруженных на проектные отметки и оканчивающихся монолитной уширенной пятой. При значительной длине свай, больших
нагрузках на них или в неблагоприятных гидрогеологических условиях применяют сваи со стволами-оболочками из металла, железобетонных труб или колец. В зарубежной практике смешанные
конструкции используют чаще всего в виде гофрированных стальных оболочек, заполненных бетоном (свай Раймонда).
Стволы набивных свай армируют преимущественно в оголовках. Сплошное армирование стволов необходимо только для воспринятая значительных изгибающих усилий, а также при использовании набивных свай в качестве анкеров. В этом одно из отличий набивных свай от забивных, армирбвать которые необходимо для обеспечения сохранности свай при перевозке и в процессе забивки.
Возможность значительного увеличения пяты набивных свай
одно из основных их преимуществ и источников экономичности. Диаметр их уширення больше диаметра ствола обычно в 2,5— 3,5 раза, что соответствует 7—12-кратному увеличению площади -опирания на грунт. Пределы уширения и геометрия пят зависят от типов набивных свай и применяемого оборудования (10.2).
Увеличивать несущую способность сравнительно коротких набивных свай можно также путем устройства нескольких уширений на стволе (10.3).
Исследования несущей способности набивных свай проводились лабораторией оснований и фундаментов Уралпромстрой-НИИпроекта. Данные этих испытаний с различным числом уширений свай приведены в табл. 10.1.
Как видно из приведенных данных, обеспечить единицу несущей способности сваи в два с лишним раза экономичнее путем уширения по сравнению с тем же результатом, полученным при увеличении диаметра и глубины сваи. Устраивать уширення целесообразно также с точки зрения экономии трудовых затрат и материалов (табл. 10.3).
Эти данные показывают возможность снижения удельного расхода бетона при устройстве уширений на стволах свай.
В зависимости от конструкции сооружения, опирающегося на сваи, и нагрузки конструкции голов предусмотрены в двух вариантах: под ростверк (бетонная площадка, арматурные выпуски) и под колонны — штыревой монтажный столик или стакан.
На 10.4 показаны основные конструкции оголовков набивных свайка на 10.5 — возможные варианты стыков свай со сборными рандбалками. Конструкции монолитных ростверков на набивных сваях ничем не отличаются от аналогичных решений их на забивных сваях.
В элементах сборных ростверков — рандбалках — узлы сопряжений (стыки) могут быть сборные и сборно-монолитные. В сборном стыке закладные детали сваривают с помощью накладных пластин или делают арматурные выпуски, фиксирующие положение рандбалки через специальные каналы; в сборно-монолитном стыке применяют арматурные выпуски.
Ниже описаны характерные конструкции фундаментов на набивных сваях. Примерами таких фундаментов могут служить подземные части домов с техническим подпольем. Их устраивают под бесподвальные здания с продольными несущими стенами, поперечными несущими перегородками И каркасные.
Бесподвальный дом из коротких набивных свай, построенный в Киеве по предложению Д. А. Романова, был первым в отечественной практике сооружением на таких сваях. Под каждую поперечную несущую стену-перегородку были предусмотрены две сборные рандбалки, каждая из них оперта на четыре сваи с камуфлет-ным уширением. Сборные рандбалки соединены с головами свай арматурными стержнями.
На 10.6 показаны план и конструкции подземной части пятиэтажного дома на набивных сваях, построенного в Москве. Головы свай соединены сборным железобетонным ростверком.
Все сваи, рассчитанные на нагрузку в 50 т, имеют один размер и отличаются только конструкцией закладных элементов. Диаметр сваи 40 см, уширение 100 см, длина сваи с пятой 3 м. Всего под трехсекционное пятиэтажное здание было устроено 111 свай.
В проекте было предусмотрено три варианта конструкции подземной части с применением камуфлетных свай: стойки и рандбалки сборные; сваи и балки монолитные; смешанный — монолитные сваи и сборные рандбалки.
Сборный железобетонный ростверк расположен на отметках в двух уровнях: под наружные стены непосредственно по сваям, а под продольную стену поднят на отметку —0,73. Весь ростверк смонтирован из 49 ранд-балок пяти марок. Для соединения их со сваями в балках предусмотрены вертикальные каналы сечением 80X80 мм. Каналы после монтажа были заполнены раствором, а балки соединены сваркой.
Для того чтобы свести к минимуму земляные работы, отметка пола техподполья поднята до —1,4 м по всему подвалу, кроме помещений элеваторного пункта и щитовой, где грунт разрабатывается до отметки —2,6 м. Высота подполья, предназначенного для коммуникаций, составляет 1,1—1,2 м.
При таком решении на нет сводятся ручные земляные работы по засыпке, уплотнению пазух внутри и вне здания, планирование полов в техподполье. Работы по устройству фундаментов (бурение, монтаж и т. п.) ведутся с неразрыхленной поверхности, что создает благоприятные условия, особенно при производстве работ в условиях глинистых грунтов.
Несколько иное конструктивное решение имеет фундамент на камуфлетных сваях дома серии 1-480.. Сваи применены здесь двух типов при одной глубине заложения — 2,5 м и отличаются друг от друга величиной камуфлетного vimipe-ни'я (100 и 120 см).
Расположение свай в плана сделано иначе, чем в жилом доме серии 1-515. Сваи и рандбалки размещены в строгом соответствии с конструкцией надземной части здания в точках пересечения осей. Для равномерного распределения нагрузок на сваи введен второй тип камуфлетного уширения. Шаги свай под наружные и внутренние продольные стены приняты 2,6 и 3,2 м, под поперечные —-2,5 м.
В проекте серии 1-515 ростверк по оси Б поднят на отметку низа перекрытия в отличие от проектов, описанных выше. Хотя технология производства работ несколько усложнена, однако при такой конструкции меньше расходуется сборного железобетона, так как низ средней продольной стены до отметки перекрытия заменяется сваями.
В фундаменте описываемой конструкции дома ростверк устроен сборно-монолитный. Рандбалки были соединены между собой сваркой выпусков арматуры, к которым приварены два стержня, выходящие из сваи. Затем стык был обето-иирован. Сборно-монолитный ростверк жестче сборного; он легче воспринимает возможные неравномерные напряжения. Недостатком такого сопряжения является большая его трудоемкость, особенно в зимний период.
Конструкцию фундамента для каркасно-панельного дома можно применять для любых других каркасных зданий при нагрузках на колонну в пределах несущей способности одной сваи (10.7). Обычно фундаменты для каркасных домов выполняют из сборных железобетонных башмаков-подколонников и колонн с консолями, на которые опирают цокольные панели. В этом проекте предусмотрено три типа свай. Свая типа КС-1 для внутреннего ряда колонн имеет уширение 1,2 м. Верх сваи оканчивается монтажными столиком 40x40 см из стального листа толщиной 10 мм, приваренного к выпускам арматурного каркаса. Свая КС-2 для наружного ряда колонн в соответствии с меньшей нагрузкой
имеет меньшее уширение —90 см. Уширение сваи КС-3 под балконные стойки ввиду незначительных нагрузок принято меньшее — 60 см. Сборные колонны сечением 30X20 см оканчиваются монтажными столиками.
Сваи стыкуют с колоннами путем сварки монтажных столиков. Ряд аналогичных зданий построен со сборными железобетонными стойками
§ 5. Определение несущей способности набивных свай
Несущую способность набивных свай, как и забивных, определяют по наименьшему-значению несущей способности, полученному исходя из
следующих двух условий: сопротивления материала свай и сопротивления грунта основания свай.
При расчете несущей способности набивных свай но сопротивлению материала расчетное сопротивление бетона следует определять с учетом понижающего коэффициента условий работы т§ = = 0,85, предусмотренного СНиПом по проектированию бетонных и железобетонных конструкций для сжатых элементов, бетонируемых в вертикальном положении. Кроме того, вводят дополнительный понижающий коэффициент условий работы, учитывающий влияние способа производства работ.
При расчете несущей способности набивных свай по формуле (10.3) сопротивление песчаных грунтов на боковой поверхности сваи с уширенной пятой учитывают на участке от уровня планировки до пересечения ствола сваи с поверхностью воображаемого конуса (10.9), образующей которого служит линия, касающаяся границы уширения под углом 'ф1°/4 к оси сваи — осредненного (по слоям) расчетного значения угла внутреннего трения грунта, залегающего в пределах указанного конуса.
Для всех видов набивных свай, устраиваемых в глинистых грунтах (за исключением свай с грунтовым ядром), R определяют по табл. 10.6.
Во всех расчетах полагают, что заглубление набивной сваи в грунт, принятый за основание, составляет не менее ее диаметра или диаметра уширения для сваи с уширенной пятой, но не менее 2 м.
При проектировании фундаментов из набивных свай и свай-столбов минимальные размеры ростверков (10.10) устанавливают исходя из того, что минимальное расстояние между осями висячих свай без уширения должно быть не менее 3d, где d — диаметр сваи. Расстояния в свету между стволами свай-оболочек должно быть не менее 1 м, между уширениями буронабивных свай и свай-оболочек при устройстве их в глинистых грунтах твердой и полутвердой .консистенции — 0,5 м, в остальных разновидностях нескальных грунтов— 1 м.
При выборе системы свайного фундамента следует иметь в виду, что несущая способность набивных свай с уширенной пятой выше, чем без уширения. Поэтому вместо нескольких рядов свай без уширенной пяты целесообразно применять один или два ряда свай с уширенной пятой, что позволяет уменьшить размеры ростверка.
§ 6. Область применения набивных свай
Выбирать тип свай следует исходя из конкретных условий строительной площадки на основе результатов технико-экономического сравнения вариантов проектных решений фундаментов. Необходимо также иметь в виду, что у каждого типа свай имеется своя целесообразная область применения. Например, невозможно устраивать набивные сваи в условиях агрессивных грунтовых или промышленных вод, а готовые забивать в грунты с включениями камней, валунов и т. п.
Рекомендации по рациональной области применения в строительстве свай различных видов утверждены Госстроем СССР.
Буронабивные сваи диаметром 0,4—1,7 м (с уширенной пятой или без нее) рекомендуется устраивать под здания или сооружения любого назначения при больших сосредоточенных вертикальных и горизонтальных нагрузках, а также на площадках со сложными геологическими условиями строительства, в которых невозможно применять набивные сваи.
Устраивать буронабивные сваи целесообразно также в следующих условиях: в грунтах с твердыми включениями (в виде остатков разрушенных частей каменных, бетонных, железобетонных конструкций и т. п.), а также при наличии слоев глинистых грунтов твердой консистенции, переслоенных галечниками и валунами, что не позволяет применять забивные или вибропогружаемые сваи; на стесненных площадках, где сложно транспортировать и устанавливать готовые сваи; вблизи существующих зданий и сооружений, в которых могут возникнуть недопустимые деформации несущих конструкций при забивке или вибропогружении свай.
Буронабивные сваи без крепления стенок скважин устраивают в глинистых грунтах твердой, полутвердой и тугопластичной консистенций (в том числе в глинистых просадочных и набухающих грунтах), если горизонт грунтовых вод в период строительства расположен ниже пяты свай.
При проходке скважин в глинистых грунтах мягкопластичной и текучепластичной консистенций для закрепления их стенок рекомендуется применять глинистый раствор.
В тех случаях, когда грунты строительной площадки представ-. ляют собой водонасыщенные неоднородные глины текучей консистенции с прослойками песка и супесей, для крепления стенок скважины при проходке их целесообразно применять обсадные трубы.
Буронабивные сваи, устраиваемые с помощью специальных станков с закреплением стенок скважин извлекаемыми (инвентарными) трубами, рекомендуется применять в любых грунтовых условиях, в особенности тогда, когда нижние концы сваи будут оперты на скальные или другие виды плотных грунтов высокой несущей способности (твердые глинистые грунты, крупнообломочные, плотные пески).
Примером массового применения буронабивных свай в фунда-ментостроении может служить строительство КамАЗа. Технико-экономический анализ показал, что в грунтовых условиях этого завода было целесообразно применять как забивные, так и буронабивные сваи. Применялись здесь в основном буронабивные сваи, устройство которых в сжатые сроки при меньших по сравнению с забивными затратах быстрее обеспечило фронт монтажных работ.
Для устройства свай применялись установки шнекового бурения, с помощью которых бурили скважины диаметром 0,6—1,2 м и глубиной до 25 м. Бетонную смесь доставляли автобетоновозами,, из которых ее укладывали непосредственно в скважины.
Как показали экономические расчеты, трудоемкость работ по устройству фундаментов из буронабивных свай более чем в 2 раза ниже трудоемкости работ по устройству столбчатых фундаментов.
Опыт возведения в массовом количестве фундаментов из буронабивных свай позволил создать на КамАЗе единую схему возведения нулевого цикла без устройства котлованов.
Внедрение буронабивных свай поднимает работы по возведению нулевого цикла на более высокую техническую ступень.
Набивные сваи, устраиваемые при помощи забивки извлекаемых инвентарных труб с башмаком, оставляемым в грунте, или забивкой инвентарных обсадных труб и образованием внутри них ядра из плотно утрамбованной жесткой бетонной смеси в нижней части трубы. Набивные сваи в пробитых скважинах отличаются от буронабивных более эффективным использованием несущей способности грунтов. Применять эти сваи целесообразно в случаях, когда отсутствуют железобетонные сваи или когда на застраиваемой территории резко колеблется уровень залегания плотных грунтов несущего слоя. В последнем случае применение набивных свай позволяет избежать непроизводительного расхода железобетона в результате недопогр-ужения части забитых свай до проектных отметок и срубки их верхних концов.
Устройство скважин. Машины для бурения скважин
При устройстве набивных свай одним из основных процессов является бурение скважин. Для бурения и устройства скважин применяют разнообразное оборудование в зависимости от вида набивных свай, грунта и параметров скважин.
Поскольку многие машины созданы для устройства определенного вида свай; понимание процесса их изготовления будет затруднено, если попутно не описать соответствующее оборудование. В то же время для изготовления набивных свай используют машины и агрегаты, предназначенные для других целей. Ряд машин рассмотрен в предыдущих разделах (копры, вибропогружатели и т. п.). В настоящей главе описано буровое специализированное и неспециализированное оборудование, применяемое для изготовления различных видов набивных свай.
Буровые работы заключаются в бурении скважин и шпуров. Скважинами называют полости цилиндрической формы диаметром более 75 мм различной глубины, шурфами — полости диаметром до 75 мм и глубиной до 5 м. Эффективность бурения скважин в конкретных грунтах зависит от правильного выбора способа бурения и типа бурового оборудования. Для бурения
скважин и шурфов применяют различные способы, разделяемые на две основные группы: физические и механические.
К физическим способамбурения относят термический, термомеханический, гидравлический, электрогидравлический и некоторые другие. Из таких способов применяют термический и термомеханический, другие методы находятся пока в стадии экспериментов.
Механические способы бурения для свайных работ в свою очередь можно подразделить на три подгруппы: 1) способ вращательного бурения сплошным кольцевым забоем с применением различных типов сверл, коронок, шарошечных долот; 2). способ ударного бурения, к которому относят бурение перфораторными молотками и ударно-канатное; 3) вибробурение различными по конструкции трубчатыми бурами-желонками.
По способу вращательного бурения породы разрушаются в забое резцами рабочего органа (коронки) под осевым давлением, под воздействием массы бурового снаряда или специального механизма, а также окружного усилия, создаваемого механизмом вращения.
Различают бурильные машины с непрерывным погружением рабочего органа, отрывающие скважину за один проход, и машины с периодическим погружением рабочего органа, отрывающие скважину за несколько проходов.
Извлеченный на поверхность грунт при включении повышенной скорости под действием центробежных сил разбрасывается вокруг скважины. За один заход бура разрабатывается от 40 до 80 см скважины.
Для бурения грунтов, имеющих отдельные твердые включения, целесообразно применять шнековые буры. При работах в тяжелых грунтовых условиях (мерзлота, галечник и т. п.) к лопастным бурам присоединяют съемные наконечники.
К преимуществам станков вращательного бурения следует от-
. нести простоту и маневренность в работе, возможность бурения
глубоких скважин, высокую их производительность. Однако при
бурении крепких пород производительность таких станков резко
снижается.
При шарошечном бурении породы разрушаются зубцами или штырями шарошек, которые, свободно вращаясь в опорах, перекатываются по забою. Внедряются шарошки в породу под действием осевого усилия, в результате чего под инструментом создается давление