Сваи

Объем применения свай, устраиваемых в проектном положении (набивные, буронабивные, буроинъекционные, грунтоцементные), непрерывно увеличивается во всем мире начиная с 20-х годов XX в. В настоящее время во многих странах буронабивные и другие типы свай, устраиваемых в проектном положении, составляют более 70...80 % от общего объема применяемых свай.

• Классификация свай

Понятие «набивные сваи» объединяет большое число различных конструкций свай и методов их изготовления. Общим для таких свай является основная технологическая схема, заключающаяся в том, что в грунте непосредственно на площадке строительства тем или иным методом устраивают скважину, которую затем заполняют бетоном.

Впервые технологию устройства набивных свай предложил киевский инженер А.Э. Страус, который применял в 1899 г. на строительстве зданий управления Юго-Западными железными дорогами России. По его способу одновременно с бурением скважины в нее опускается обсадная труба. По достижении проектной отметки приступают к бетонированию и постепенному извлечению обсадной трубы. В результате трамбования бетонной смеси образуется неровная боковая поверхность сваи, которая способствует увеличению ее несущей способности (рис. 8.7.1). Чем слабее грунт, тем больше получается уширение.

Рис. 8.7.1. Последовательность изготовления сваи Страуса: а — бурение скважин под защитой обсадной трубы; б — бетонирование с трамбованием и постепенным извлечением обсадной трубы; в — готовая свая.

Набивные сваи можно усиливать арматурой, которую в виде каркаса опускают в скважину перед бетонированием.

По способу изготовления набивные сваи разделяют на следующие виды:

• буронабивные, изготовляемые с предварительным бурением скважин под глинистым раствором или бурением скважин диаметром не менее 400 мм сухим способом (в необходимых случаях с установкой обсадной трубы) с последующим опусканием арматурного каркаса и подачей бетонной смеси в скважину (рис. 8.7.1);
• буронабивные с уширенной пятой, изготовляемые аналогично предыдущему виду свай, с устройством в нижней части ствола уширения, образуемого путем разбуривания скважины специальным механизмом (рис. 8.7.2);
• набивные часто трамбованные, изготавливаемые путем предварительной забивки инвентарных труб с башмаком, оставляемым в грунте, с последующим частичным извлечением инвентарной трубы, подачей бетонной смеси и ее трамбованием.

Рис. 8.7.2. Конструкции буронабивных свай: а - буронабивная свая; б - буронабивная свая с уширенной пятой; в - буронабивная свая с двойным уширением; г - буронабивная свая с камуфлетным уширением.

Рациональное применение буронабивных свай различных видов рекомендуется в следующих случаях:

• при больших сосредоточенных вертикальных и горизонтальных нагрузках;
• вблизи существующих зданий и сооружений;
• в основаниях, сложенных насыпными грунтами с наличием твердых включений, не позволяющих производить забивку свай;
• в лессовых просадочных грунтах II типа;
• в набухающих грунтах рекомендуется применять буронабивные сваи с уширенной пятой, служащей анкером.

К недостаткам буронабивных свай относятся:

• трудности в контроле качества выполняемых работ в условиях массового изготовления свай;
• малое удельное сопротивление буронабивных свай на 1 м3 тела сваи;
• высокая удельная стоимость свай на 1 кН несущей способности;
• сложности, связанные с необходимостью бетонирования и прогрева бетонной смеси в полевых условиях в зимнее время;
• трудности в изготовлении свай при наличии песчано-глинистых грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод.

Проходка скважин набивных свай является актуальной и имеет важное народнохозяйственное значение, так как существенно влияет на качество изготавливаемых свай и стоимость выполняемых работ. Одним из эффективных способов проходки вертикальных скважин является применение реверсивных пневмопробойников, обеспечивающих высокую производительность и качество работ. Повторная проходка скважин с расширителем позволяет при небольшой мощности пробойника устраивать скважины диаметром до 500 мм и тем самым значительно увеличивать несущую способность набивных свай.

Работают набивные сваи по схеме висячих призматических свай. Несущая способность набивной и буровой свай с уширением и без уширения, погружаемой с выемкой грунта и заполняемой бетоном, работающих на сжимаемую нагрузку, определяется по формуле

где γ_с - коэффициент условий работы сваи; в случае опирания ее на пылевато-глинистые грунты со степенью влажности S_r < 0,9 и на лессовые грунты γ_с = 0,8, в остальных случаях γ_с = 1;
γ_CR - коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи;
γ_CR = 1 во всех случаях, за исключением свай с камуфлетными уширениями, для которых этот коэффициент следует принимать γ_CR = 1,3, и свай с уширением, бетонируемым подводным способом, для которых γ_CR = 0,9; R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по указаниям п. 4.7, а для набивной, изготавливаемой по технологии, указанной в п. 2.4, а, б, - по табл. 1 [СНиП 2.02.03-85];
А - площадь опирания на грунт сваи, м2, принимаемая равной: для набивных и буровых свай без уширения - площади поперечного сечения сваи; для набивных и буровых свай с уширением - площади поперечного сечения уширения в месте наибольшего его диаметра;
U - периметр поперечного сечения ствола сваи, м (π);
γ_сf - коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи, зависящий от способа образования скважины, условий бетонирования и принимаемый по табл. 5 [СНиП 2.02.03-85];
f_i - расчетное сопротивление i-гo слоя грунта на боковой поверхности ствола сваи, кПа (кн/м2), принимаемое по табл. 2 (СНиП);
h_i - толщина i-гo слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи.