Для чего применяются песчаные сваи
Для чего применяются песчаные сваи
Песчаные сваи впервые стали применяться для уплотнения грунтов еще в XIX в. Однако их применение носило опытный характер. Песчаные сваи устраивали только в основаниях под одноэтажные здания, а качество уплотнения грунтов песчаными сваями не было оценено объективно. По данным А. А. Эрлиха, песчаные сваи в СССР были применены впервые при строительстве здания холодильника в Днепропетровске, а в 1932-1933 гг. - для уплотнения основания лесохимического комбината. Эти сваи имели длину 5 м и диаметр 25 см. В 1932 г. С. А. Шашков составил временную инструкцию на производство работ по изготовлению песчаных свай.
Методы расчета песчаных свай были впервые предложены Г. Л. Медведевым и Ю. М. Абелевым. Однако несовершенство технологии устройства этих свай, а также недостаточно разработанные методы расчета затормозили их применение в СССР практически до 1951 г.
В 1950-1956 гг. в Прибалтике под руководством Ю. М. Абелева и Е. В. Светинского песчаные сваи были устроены в основаниях четырех жилых зданий, железнодорожной эстакады и нескольких промышленных объектов. Как показало технико-экономическое сравнение, уплотнение слабых глинистых грунтов песчаными сваями оказывается более выгодным методом по сравнению с уплотнением оснований жесткими железобетонными висячими сваями. Технико-экономические показатели упрочнения оснований песчаными и жесткими сваями приведены в табл. III.1, составленной Е. В. Светинским.
Сущность метода уплотнения грунтов песчаными сваями заключается в следующем. При забивке в грунт металлической трубы с закрытым концом или железобетонной сваи вокруг них возникает зона уплотненного грунта за счет его смещения из участка образования сваи в окружающую область. Как показали исследования, при забивке сваи диаметром 40-50 см, вокруг нее образуется зона уплотненного грунта на расстоянии до полутора метра от центра сваи.
По существу песчаная свая - это песчаная дрена, только с уплотненной зоной вокруг нее.
Принцип работы песчаной сваи отличается от принципа работы висячей железобетонной сваи, вокруг которой тоже возникает уплотненная зона. Разница состоит в том, что после приложения нагрузки к основанию практически вся она воспринимается железобетонными сваями, так как модуль деформации железобетонной сваи (200 000 кгс/см 2 ) во много раз превышает модуль общей деформации уплотняемых грунтов (30-50 кгс/см 2 ), и передается грунтам через нижние концы свай. Модуль деформации материала песчаной сваи (100-150 кгс/см 2 ) ненамного отличается от модуля общей деформации окружающих песчаную сваю грунтов. Поэтому песчаная свая воспринимает нагрузку вместе с окружающим ее уплотненным грунтом. Иными словами, фундамент, расположенный на основании, уплотненном песчаными сваями, следует рассчитывать как фундамент на естественном основании, но в качестве модуля общей деформации основания принять модуль грунта после его уплотнения.
Чтобы ускорить консолидацию слабых водонасыщенных глинистых грунтов при помощи вертикальных дрен, необходимо, как было сказано выше, обжать грунты пригрузочной насыпью - отжать поровую воду. При устройстве песчаных свай пригрузочной насыпи не требуется. После забивки металлической трубы в грунт в уплотненной зоне возникают большие напряжения (на контакте напряжения достигают 8 кгс/см 2 ). Они воспринимаются поровой водой, в ней возникает избыточное давление, под действием которого вода перемещается в песчаную сваю.
Следует отметить, что при забивке в водонасыщенные глинистые грунты железобетонной сваи в поровой воде вокруг нее также возникают большие давления. Однако в этом случае поровая вода может либо перемещаться по контактной поверхности со сваей, либо отжиматься в противоположном от сваи направлении. Очевидно, что при устройстве песчаных свай уплотнение водонасыщенных глинистых грунтов происходит значительно быстрее, чем при забивке свай железобетонных.
После устройства вертикальных песчаных свай модуль общей деформации грунта увеличивается. Так, после устройства песчаных свай для жилых зданий в Риге модуль деформации слабых водонасыщенных грунтов увеличился в 3-4 раза (см. рис. III.12). Как правило, модуль общей деформации грунтов после устройства песчаных свай равен модулю общей деформации грунтов, уплотненных в компрессионном приборе до пористости, равной пористости грунта (среднее значение) между сваями.
Производство работ по глубинному уплотнению слабых водонасыщенных глинистых грунтов песчаными сваями осуществляется следующим образом. На площадке, где предполагается устроить песчаные сваи, отсыпают песчаную подушку толщиной 0,5-0,7 м для беспрепятственного прохода механизмов, с помощью которых устраивают сваи (экскаватор или копер, самосвалы, перевозящие песок, погрузчик и т.п.).
Рис. III.12 Изменение сжимаемости грунтов основания после устройства песчаных свай
1 - уплотненный грунт; 2 - неуплотненный грунт
Песчаные сваи устраивают тем же практическим способом, что и вертикальные песчаные дрены. Разница заключается лишь в необходимости очень тщательного уплотнения песка в теле сваи.
В СССР наиболее часто песок в теле сваи уплотняют по методу «свая в сваю», т. е. после того, как песчаная свая будет устроена и труба с самораскрывающимся башмаком извлечена из грунта, створки башмака снова закрывают, надевают кольцо на низ башмака, и трубу снова погружают в тело уже устроенной сваи. Обычно считается удовлетворительным, если при повторном погружении трубы ее удается опустить до глубины, составляющей 0,8 длины песчаной сваи. Затем в трубу снова порциями засыпают песок и извлекают ее из грунта. Этот метод позволяет прекрасно уплотнять слабые водонасыщенные глинистые грунты, так как диаметр песчаных свай вместо 40-50 см получается фактически равным 60-70 см. Кроме того, этот способ дает гарантию непрерывности сваи по всей ее длине. Над песчаными сваями устраивают песчаную подушку толщиной 50 см (даже в том случае, если она не требуется для производства работ).
Обычно при забивке трубы с закрытым концом из соседней (уже изготовленной) песчаной сваи вода часто фонтанирует. Поэтому, чтобы частицы грунта не выносились с водой, для заполнения свай должен использоваться песок средне- или крупнозернистый, содержание пылеватых и глинистых частиц в песке не должно превышать 10%, а только глинистых частиц не более 3%.
Сваи устраивают от периметра к центру. При необходимости большого количества свай их устраивают рядами, т. е. первоначально нечетные ряды, а затем четные. В зимних условиях необходимы меры, исключающие смерзание песка в комья.
Для чего применяются песчаные сваи
Toggle navigation
КАЧЕСТВЕННО
БЫСТРО
SEO оптимизация
адаптивная верстка
Ремонт в регионах
Для чего применяются песчаные сваиПесчаные сваи (набивные грунтовые сваи), повышающие несущую способность слабых грунтов, позволяют увеличить допускаемое давление на грунте с 1 кг/см2 до 2,5 кг/см2 и с 0,5 кг/см2 до 1,5 кг/см2. При забивке вспомогательного сердечника уплотняется окружающий скважину грунт, а образовавшееся при этом свободное пространство затем заполняется уплотненным песком или другим надежным грунтом. Уплотнение происходит в толще грунта по всей длине скважины, причем достаточно равномерно по глубине.
Песчаные сваи в ряде случаев могут с успехом заменить дорогие бетонные и деревянные висячие сваи. Дело в том, что применение висячих свай основано на их несущей способности, связанной с уплотнением ими окружающего грунта. Но висячие сваи вследствие их малой сжимаемости, по сравнению с окружающим грунтом должны принять на себя главную часть нагрузки, в то время как песчаные сваи участвуют совместно с окружающим их уплотненным грунтом в сопротивлении давлению от сооружения.
Для изготовления песчаных свай пригодны различные способы, но особенно целесообразны вибропесчаные сваи. В маловлажных связных грунтах для устройства скважин применимы все способы, указанные для набивных свай. Песок в этих случаях укладывается с поливкой водой и уплотнением вибраторами или трамбовками. Наиболее эффективно гидровиброуплотнение, выполняемое после полной засыпки скважины песком.
фото песчаной сваи опускаться под собственным весом в грунт
Все основные операции по изготовлению вибропесчаных свай, кроме засыпки теска, выполняются с использованием работы вибратора, укрепленного на трубе-оболочке, протекают в следующем порядке. Обсадную инвентарную стальную трубу коническим лепестковым наконечником или теряемым башмаком устанавливают над местом устройства очередной сваи и дают трубе опускаться под собственным весом в грунт; затем ослабляют тяговый трос и включают вибратор. После погружения трубы на проектную глубину приступают к засыпке полости оболочки песком через боковое отверстие в верхней части трубы.
Загрузку ведут в один прием полностью до загрузочного отверстия, находящегося примерно в 1,5 м от поверхности земли.
После этого приступают к извлечению оболочки при включенном вибраторе. При этой операции лепестковый наконечник раскрывается, а башмаки остаются в грунте, песок из трубы высыпается и заполняет скважину. Вибрирование снижает усилие, необходимое для извлечения трубы, способствует заполнению образующейся скважины и уплотнению песка. В конечном счете образуется песчаный столб-свая.
Песок для засыпки должен быть сухой или водонасыщенныи, иначе он может не успеть полностью высыпаться из трубы и после извлечения трубы остаться на поверхности или даже настолько расклиниться в трубе, что его придется оттуда выбивать. Опытом выявлено, что наибольшая плотность сваи получается при полном водонасыщении песка.
Приведенный способ изготовления песчаных свай обеспечивает высокую производительность, которая для одной виброустановки достигает в среднем 60 песчаных свай в смену.
Применение и назначение свай
Сваи широко применяются в современном строительстве, однако если раньше для оснований использовались только деревянные сваи, то теперь они изготовляются также из железобетона и металла. Сваи применяются не только для устройства искусственных оснований, но и для других целей, например — для ограждения котлованов или при устройстве подпорных стенок.
В этом случае стенки не несут значительной вертикальной нагрузки и в основном сопротивляются воздействию горизонтальных сил. Сваи применяются и для искусственного уплотнения грунта.
Свайный куст - это группа близко расположенных свай. Ростверк - это группа свай поверху связанная в единое целое плитой (обычно железобетонной)
Рис. 1. Схема фундамента
а - на естественном основании; б — на свайном основании; 1 — обрез фундамента; 2 — фундамент; 3 — сваи; 4 — ростверк
Свайные основания чаще всего применяются в тех случаях, когда прочный грунт расположен на значительный глубине и прикрыт слабым грунтом, когда поверхность грунта находится под водой, и вообще в тех случаях, когда они более экономичны по сравнению с другими фундаментами.
Часто сваи забиваются до плотного грунта и погружаются в него на некоторую величину (рис. 1,6). Такой сваей большая часть нагрузки передается на плотный грунт. Эти сваи называются сваями-стойками.
Однако не всегда сваю удается забить до плотного грунта, в особенности, если он расположен на большой глубине. Тогда сваю забивают в грунт до тех пор. пока она перестанет погружаться под ударами молота или очень небольшую осадку. Сопротивление сваи в этом случае объясняется в основном боковым трением о грунт. Такие сваи называются висячими. Область применения свай и их несущая способность большей частью зависят от рода грунта основания.
- по материалу — деревянные, бетонные, железобетонные, стальные, грунтовые, смешанные;
- по форме поперечного сечения — круглые, квадратные, многогранные; сваи могут иметь сплошное или полое сечение;
- по способу погружения — погружаемые в грунт в готовом виде и набивные, изготовляемые непосредственно в грунте, в местах их проектного расположения в сооружении.
Погружение в грунт готовых свай может осуществляться:
- забивкой,
- подмывом,
- завинчиванием,
- вибропогружением или
- комбинированным способом.
Деревянные сваи
Деревянные сваи изготовляют из круглого леса и клееные. Для свай применяются сосна, кедр, лиственница и ель.
Длина свайного леса принимается обычно 6,5—8,5 м, в отдельных случаях — в гидротехнических сооружениях — длина свай доходит до 18 м. Толщина бревен для свай 20—34 см.
Качество леса, применяемого для изготовления свай, должно соответствовать требованиям ГОСТ. Не допускаются бревна со следующими пороками: сучки рыхлые и табачные, гниль всякая, заболонная и внутренняя краснина, кривизна односторонняя более 1% (1 см на 1 м длины бревна), кривизна разносторонняя,сбежистость, т. е. уменьшение толщины дерева от комля к вершине более 1 см на 1 м.
Лес применяется преимущественно свежесрубленный, сырой с содержанием влаги 23% и более. Вес 1 м3 свай из сосны и ели принимается 700—800 кг/м3.
Обмер и приемка лесоматериалов производятся в соответствии с ГОСТ.
Нижний конец сваи заостряют в виде четырехгранной или трехгранной пирамиды. Трехгранное заострение применяется при забивке спай с башмаком. Длина заостренной части—1,25—1,5 диаметра сваи.
Острие сваи должно быть притуплено. Необходимо обеспечивать точное расположение острия по оси сваи - даже небольшое отклонение от оси приводит к неправильной забивке — уходу сваи в сторону.
В слабые грунты сваи могут забиваться тупым, плоскосрезанным концом.
Чтобы обеспечить равномерное распределение удара молота по всей площади поперечного сечения сваи, верх ее должен быть срезан строго перпендикулярно оси.
Рис. 2. Стыки деревянных свай
а — в пол-дерева на хомутах; б — впритык с стальными стыковыми накладками; в —впритык с деревянными стыковыми накладками
На оголовок сваи, который стесывают слегка на конус, плотно насаживается в холодном состоянии бугель, предохраняющий сваю от размочаливания и раскалывания при забивке. Бугель изготовляют из полосового железа шириной 50—80 мм и толщиной 12—14 мм.
При отсутствии бревен нужной длины изготовляют составные сваи путем сращивания двух бревен в пол-дерева со стяжными хомутами (рис. 2 ,а) или впритык со стальными накладками на болтах (рис. 2,б). В слабых грунтах стальные накладки могут быть заменены деревянными (рис. 2,б). Длина стыкуемого участка принимается 2,5—3 диаметра сваи. При сращивании свай впритык должно быть обеспечено строго перпендикулярное положение стыкуемых плоскостей по отношению к продольной оси сваи.
Глубинное уплотнение грунта песчаными и грунтовыми сваями
Песчаные сваи применяются для уплотнения слабых насыпных, рыхлых песчаных грунтов.
Сущность этого способа заключается в следующем. В слабый грунт, подлежащий уплотнению, путем забивки или вибрирования погружается стальная труба диаметром 325—500 мм, которая при этом раздвигает и уплотняет грунт.
При забивке трубы на нее предварительно надевают снизу башмак большего диаметра, остающийся в грунте. Забитая на требуемую глубину труба постепенно заполняется песком или песчаногравийной смесью, которая при этом трамбуется слоями, а труба извлекается из грунта. При извлечении трубы, осуществляемом ступенями, в ней все время должна оставаться «пробка» песка высотой не менее 1—1,25 м.
Труба, погружаемая вибратором, заканчивается внизу башмаком, состоящим из четырех створок на шарнирах (рис. 117). При погружении створки складываются и образуют конус, стягиваемый еще у вершины кольцом. После погружения трубы на заданную глубину ее заполняют песком на 1 м выше уплотняемой поверхности, заливают водой и снова включают вибратор, чтобы уплотнить песок и облегчить извлечение трубы из грунта. При вытаскивании трубы створки башмака раскрываются, и песок заполняет скважину.
Для песчаных свай применяются крупные или средней крупности пески или песчано-гравийные смеси, которые содержат пылеватых и глинистых частиц не более 3% и не должны содержать включений крупнее 60 мм.
Сваи в плане размещаются в шахматном порядке, на равных расстояниях друг от друга. Число рядом расположенных песчаных свай в продольном и поперечном направлениях должно быть не меньше трех, причем ось крайнего ряда свай должна выступать за внешнюю грань фундамента на 0,1 его ширины, но не менее чем на 0,5 м. Расстояние между осями свай определяется по такой формуле:
где d — диаметр свай; еупл — коэффициент пористости уплотненного грунта; е0 — коэффициент пористости грунта до уплотнения.
Путем уплотнения грунта основания песчаными сваями можно повысить его расчетное сопротивление в среднем в 2—3 раза.
Формулу (85) применяют в том случае, если требуется обеспечить определенное расчетное сопротивление грунта основания.
Если же расчет производится из условия получения основанием осадки, не превышающей определенной величины f, то при уплотнении основания на всю сжимаемую толщу расстояние между песчаными сваями определяется по другой формуле:
где А — допускаемая величина осадки фундамента на естественном основании
здесь R — нормативное давление грунта, залегающего под подошвой фундамента;
F — площадь подошвы фундамента;
n — коэффициент осадки естественного грунта, определяемый по табл. 33.
Ориентировочное количество материала q в тоннах на 1 м длины сваи, в зависимости от диаметра трубы, может быть принято следующим:
Слабые, глинистые, иловатые и лёссовидные просадочные грунты могут быть уплотнены грунтовыми сваями, которые отличаются от песчаных тем, что скважины постепенно заполняют перемятым местным грунтом, который трамбуется в скважине после извлечения из нее трубы. Для этого применяются чугунные трамбовки весом не менее 350 кг.
Несущая способность основания, уплотненного грунтовыми сваями, повышается до 40%.
Известковые сваи применяются для уплотнения водонасыщенных глинистых и заторфованных грунтов. Изготовление их аналогично изготовлению песчаных свай, но вместо песка в трубу засыпается негашеная известь.
При гашении известь увеличивается в объеме почти вдвое, при этом происходит дополнительное обжатие грунта между сваями. Кроме того, прочность грунтов также увеличивается за счет физикохимических процессов, происходящих при взаимодействии извести и окружающего грунта. Повышение температуры, вызываемое гашением извести, ускоряет процесс уплотнения.
Что представляет собой строительная свая и как данный материал используется при возведении построек различного предназначения
Итак, данный строительный материал уже давно используется наравне с теми же фундаментными блоками . Отдельного упоминания заслуживает строительство на сваях, поскольку такой тип основания отличается не только прочностью, но и простотой и быстротой возведения.
В настоящее время различается несколько основных типов железобетонных свай :
- забивные;
- винтовые;
- буроинъекционнные или буронабивные.
Краткая характеристика каждого типа
Первый тип материала производится на заводах железобетонных изделий. Параметры и габариты каждой модели зависят от проекта. Такие изделия монтируют на месте строительства посредством специальной техники (это может быть молот дизельного типа или стандартный копер), которая забивает сваи в грунт.
При этом необходимо учитывать несколько основных параметров:
- заданную согласно проекту глубину;
- точное распределение свай по участку в соответствии с проектом;
- особенности рельефа;
- габариты самих свай под основание.
Винтовые модели представляют собой полый металлический стержень с острым наконечником. Сваи ввинчиваются в грунт в соответствии с проектом, а в последствие заполняются бетонным раствором (преимущественно марки М500).
Строительство на винтовых сваях с каждым годом становится все более популярным, поскольку их установку реально выполнить своими руками, без привлечения спецтехники.
Винтовая модель Винтовая модельИ последний тип – это буронабивные изделия. Устройство свай данного типа невероятно простое и их изготовление выполняется непосредственно на месте возведения фундамента.
Суть данного процесса следующая:
- в соответствие с проектом в земле бурятся скважины заданного диаметра и глубины;
- в скважины заливается бетонный раствор, при создании которого применяется цемент элитных марок.
Подобные шпунты рекомендуется использовать при ремонтных или аварийных работах, поскольку при их создании не возникает сильных вибраций грунта, способных привести к повреждению уже возведенного строения.
Как создаются качественные сваи
При создании того или иного типа описываемого строительного материала большую роль играет качество исходного сырья:
- арматуры из легированной стали;
- стальных труб высокого качества, способных выдерживать повышенные постоянные нагрузки;
- цемента элитных марок.
Также крайне важно придерживаться технологических аспектов, поскольку малейшее отклонение от них может привести к производству бракованной продукции.
Сваи же должны быть устойчивы к влияниям различного рода:
- атмосферным воздействиям;
- агрессивным средам и абразивным веществам;
- подземным толчкам;
- выдерживать вес строения.
Какими они бывают еще?
- квадратного сечения для возведения построек любого типа;
- мостовые;
- пирамидального типа для возведения построек различного предназначения;
- составные;
- для трубопроводов технологического предназначения.
Вышеупомянутые модели используются не так широко, особенно, если речь идет о гражданском или частном строительстве, как три описанных в предыдущих разделах, а потому детально останавливаться на них не будем.
Как правильно использовать сваи
Давайте же рассмотрим, как правильно использовать основные типы описываемого строительного материала. И отдельно остановимся на таком виде, как буронабивные сваи для малоэтажного строительства.
Их, как и прочие типы, можно успешно использовать на грунтах следующих типов:
- с низкой прочностью;
- повышенной пучинистостью;
- глубоким промерзанием и т.д.
Поскольку посредством свай можно передать основную нагрузку строения на более устойчивые пласты грунта, расположенные под подвижными и не прочными грунтами.
Для малоэтажного строительства
Если вы хотите возвести небольшое здание, то буронабивные типы свай подойдут наилучшим образом. Устройство свайных оснований подобного типа не представляется сложным и затратным процессом.
Хотя, если сравнивать с процессом установки обычных забивных свай, то все-таки стоит отметить относительную трудоемкость, зато появляется возможность избежать аренды дорогостоящего оборудования и техники.
Как выглядит свайное поле Как выглядит свайное полеПолноценное устройство свайного поля рекомендуется проводить только после того, как разработан соответствующий проект, в котором учитываются все особенности грунта и будущего строения, что позволяет определить количество скважин под заливку бетоном, а также их оптимальное размещение.
Для выполнения бурения скважин под последующую заливку их бетоном можно использовать любое из нижеперечисленного оборудования:
- ручные буры;
- буры с электрическим приводом;
- буры с бензиновым мотором.
Такое оборудование без проблем можно приобрести в любом строительном или даже садоводческом магазине.
Если же скважин необходимо достаточно много, с большими габаритами, то рекомендуется использовать бурильную технику, которую можно взять в аренду:
- в профильных строительных компаниях;
- в энергетических организациях;
- в исследовательских компаниях и т.д.
Под данным оборудованием подразумевается шнековая техника, которая монтируется на базе какого-либо транспорта:
- ГАЗ-66;
- Т-150
- Беларусь и т.д.
Такие машины без проблем подготовят скважину даже в самом твердом и промерзлом грунте. Глубина скважины может достигать трех метров, а ее диаметр колебаться от трехсот до восьмисот миллиметров, в зависимости от габаритов бура шнекового типа.
Для усиления конструкции
Как гласит инструкция по обустройству основания, опалубка при сооружении фундамента данного типа не требуется, поскольку в ее роли выступает сам грунт.
Но если он мягкий и сыпучий, то роль опалубки выполнит труба любого типа:
- металлическая;
- стальная;
- асбоцементная.
Главное, чтобы ее диаметр соответствовал диаметру скважины.
Совет. Для повышения прочности и надежности конструкции в скважины рекомендуется поместить арматуру. Ее размер зависит от размера пробуренной в земле выемки. Диаметр одного изделия может достигать двенадцати миллиметров.
В одну скважину стоит поместить от двух до четырех металлических стержней. По словам специалистов в области строительства, арматуру следует связывать, что позволит повысить надежность основания.
Для повышения надежности
Если вас интересует, как построить баню на сваях, то описываемый выше метод с использованием буронабивных изделий подойдет для этой цели оптимально.
Однако следует предусмотреть возможное выталкивание основание, которое может происходить при пучении грунта:
- оголовник требует изоляции;
- для этого применяется оцинкованная сталь или толь.
Таким образом, при вспучивании грунта, тот будет скользить по изоляции, не поднимая сваю.
О песчаных уплотнителях
Многих интересует устройство песчаных свай, хотя, что такое подобные модели не все представляют.
Это особые сваи, которые позволяют уплотнить грунты, подверженные повышенному сжатию:
- глинистые и пылеватые земли;
- рыхлый песок;
- грунты с торфом.
Для обустройства таких свай применяется особая обсадочная труба, которая погружается в грунт. Потом труба засыпается песком и постепенно вынимается из скважины, а песок заполняет пустоту в грунте.
Песчаные сваи используются в основном для укрепления грунта вдоль дорог, железнодорожных полотен, насыпей.
Положительные характеристики
Давайте немного остановимся на основных положительных характеристиках свайных фундаментов:
- надежность и прочность;
- долговечность;
- простота и оперативность сооружения;
- экологичность, безопасность;
- приемлемая цена, особенно по сравнению с прочими видами оснований.
Положительные характеристики говорят сами за себя. Однако стоит отметить, что в некоторых случаях стоимость возведения основания под дом с использованием свай может быть относительно высокой, а потому использовать фундамент такого типа рекомендуется лишь в том случае, если прочие основания соорудить не возможно по той или иной причине.
В завершение
В то же время, если винтовые модели можно установить вручную, без привлечения специалистов и техники, то другие модели требуют привлечения определенной техники, зачастую габаритной и дорогостоящей. В частности, это требуется в том случае, если необходим монтаж забивных моделей.
Следует принимать во внимание и тот факт, что есть множество «противопоказаний» по использованию фундаментов описываемого типа. Но, как говорилось выше, есть и множество случаев, когда обустройство свайных оснований под строение, требует меньших затрат, чем создание ленточных фундаментов.
В частности, речь идет о затратах следующих типов:
- финансовых;
- временных;
- трудовых.
Нельзя не отметить, что легкие строения, установленные на сваи, имеют привлекательный внешний вид, что хорошо демонстрируют даже обычные фото.
В представленном видео в этой статье вы найдете дополнительную информацию по данной теме.
Сваи в песчаных и глинистых грунтах: забивка или вдавливание? На что влияет геология
От заказчиков часто можно услышать, что вдавливание свай – это быстро и современно, но в два раза дороже, чем забить. Однако следует разобраться в том, как обстоят дела на самом деле.
В чем разница
Вроде бы действующий СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты» (п. 6.1) не делает разницы между работой в грунте вдавленных и забивных свай, однако они все же имеют неодинаковую несущую способность. Согласно таблице 7.4 того же СП при расчете свай вдавливания по боковой поверхности применяется коэффициент, который на 10% превышает таковой для забивных свай.
Величина погружения сваи при ударе во время забивки носит название «отказ». При забивке сваи в песчаные грунты величина отказа с глубиной быстро уменьшается и в некоторых случаях может достигнуть нуля. В данном случае под острием сваи образуется переуплотненное ядро, а вдоль ее ствола за счет отжатия воды возникает «сухое» трение. Отток воды от источника колебаний связан с хорошей фильтрующей способностью песков. В результате свая перестает погружаться, то есть ее отказ становится равным нулю. Для его увеличения свае необходимо предоставить отдых, т.е. остановить забивку на 3–5 дней. За это время в околосвайном пространстве восстанавливается поровое давление, под нижним концом происходит консолидация грунтов. В результате в процессе добивки сваю можно дальше забивать до проектной отметки.
При забивке в водонасыщенные глинистые грунты отказ может увеличиваться с глубиной и свая «проваливается». Это явление обусловлено тем, что колебательный контур сваи создает избыточное поровое давление и в глинистом грунте вдоль ее ствола формируются пленки воды, существенно снижающие трение, а за счет динамических (вибрационных) воздействий глина приобретает текучее состояние и низкую прочность. В результате при забивке величина отказа с глубиной или становится постоянной, или может увеличиваться. После отдыха сваи в течение 1–3 недель происходит консолидация грунта, при этом глина, имеющая высокий коэффициент сцепления, обволакивает тело сваи. Это явление, получившее название «засасывание сваи», зачастую приводит к увеличению ее несущей способности. Отметим, что отказ сваи во время забивки называется ложным, после отдыха – истинным.
При погружении сваи вдавливанием вышеописанных явлений не возникает. Поэтому применение понятия «отказ» при использовании данного метода применять некорректно. Основное преимущество этого способа заключается в том, что свая погружается в грунт в результате статического воздействия, поэтому усилие вдавливания фактически соответствует несущей способности сваи по грунту, не изменяя в процессе погружения его физико-механических характеристик.
Если дело касается забивных свай, то их статические испытания – это минимум неделя времени и четыре «выброшенных» анкерных сваи, поскольку нужно забить пять свай – одну испытываемую и четыре анкерных, которым для восстановления структуры грунтов, согласно требованиям ГОСТ 5686-2012, требуется дать отдых не менее 3–6 суток до начала испытаний.
Испытания же вдавливаемых свай тот же ГОСТ разрешает выполнять уже через сутки. Это связано с тем, что при их вдавливании не возникает вибраций и динамики и не нарушается природная структура глинистого грунта. А при вдавливании в песчаные отложения скорость вхождения в них сваи является постоянной, усилие – плавно нарастающим, что приводит к равномерному уплотнению грунтов основания, вытеснению поровой воды и не создает зон уплотнения, у которых при консолидации падает несущая способность (то есть не возникает «ложный отказ»).
Оптимальная длина свай
Считается, что на основе результатов инженерных изысканий и строительных нормативных документов проектировщики могут точно рассчитать оптимальную длину свай. Безусловно, они могут вычислить все необходимые параметры для создания надежного фундамента, но вряд ли они будут считать деньги заказчика и стремиться к экономической оптимальности. Поэтому, как правило, несущая способность сваи закладывается намного выше той, которая соответствует расчетной нагрузке, за счет использования многочисленных повышающих коэффициентов и желания сделать надежное основание и спать спокойно.
Кроме того, проектировщик обычно немного перестраховывается и при расчете длины свай на основании анализа результатов изысканий. В результате зачастую получается, например, так, что сваи заглубляют на 1–5 «перестраховочных» метров в грунты, прочность которых выше прочности бетона, из которого эти сваи выполнены. Когда такой проект попадает к копровщикам на стройплощадке, они, естественно, пытаются забить пробные сваи в грунт до проектной отметки – ведь технология забивки в принципе не позволяет определить ее оптимальную длину, да и заказчик будет платить за погонные метры. Если свая при забивке не разрушится, то она достигнет проектной глубины, если же разрушится, то копровщики сообщат заказчику, что «геология не соответствует».
Далее после положенного отдыха сваи, изыскатели выполнят ее статические испытания на требуемую проектом расчетную нагрузку (не более того) и подтвердят, что свая ее выдерживает. Но даже если нагрузка на сваю подтвердится больше, чем заложено проектом, то возникает два варианта оптимизации снижения стоимости: (1) уменьшение количества свай. Данный вариант потребует изменения проекта, конструктива ростверков и, как следствие, выхода на повторную экспертизу; (2) сокращение длины свай, т.к. проектная длина избыточна. При этом корректировка проекта не потребуется, достаточно сделать запись об обеспечении несущей способности грунтов на меньшей глубине заложения свай, но для этого необходимо сначала погрузить пробные сваи на меньшую глубину и подтвердить испытаниями несущую способность, что приведет к срыву сроков еще на неделю и при условии, что копровщики знают на какой именно глубине эта несущая способность будет достаточна. Как правило, Заказчик не любит срыва сроков и идти на повторные испытания ради «журавля в небе» не хочет. Круг замкнулся.
Следует отметить, что забить одиночную сваю – это одно. Грунт в начале ее погружения еще находится в природном состоянии. А совсем другое – при массовой забивке, когда зона уплотнения грунта каждой последующей сваи накладывается на зону уплотнения предыдущей, за счет чего возникает большое недопогружение свай – ложные отказы и лес из «торчащих оголовков» (рис. 1). При этом один недопогруженный метр в среднем обходится в 2 400 руб. (покупка, доставка, разгрузка, срубка, погрузка, вывоз, оплата утилизации).
Рис. 1. Торчащие верхние концы недопогруженных забивных свай
В результате заказчик, проектировщик и подрядчик начинают искать козла отпущения, приостановив работы. Но к этому времени все сваи для массовой забивки уже заказаны на заводе и заказчик вынужден оплачивать поставку и забивку их избыточных метров, а также последующую срубку недопогруженной части свай, их вывоз и утилизацию на свалку.
Так возможно ли в принципе определить оптимальную длину свай? Если свая, забитая, скажем, на 12 м, выдержала испытание и дала минимальную осадку, то возможно ли сократить ее длину до 11 м и выдержит ли она при этом проектную нагрузку? А до 10 или до 7 м? Эти вопросы отражают желание заказчика сократить бюджет. Сваебои вместо ответа смогут ответить только то, что нужно попробовать. А для этого заказчику надо будет закупить более короткую сваю, забить ее, дать ей 3–7 суток отдыха и провести испытание, причем без гарантии положительного результата. Соответственно, заказчик все-таки этого не делает и в соответствии с проектом забивает сваи с избыточным запасом несущей способности, фактически забивая в землю лишние деньги.
И все-таки вдавливание
Так где же выход? Надо просто вспомнить, что технологии в строительстве постоянно развиваются и совершенствуются. Точно и быстро решить задачу оптимизации длины свай позволяет их погружение методом статического вдавливания с использованием современной сваевдавливающей техники, оснащенной необходимой измерительной аппаратурой и приборами, а также программным комплексом GEOPile для расчета несущей способности свай по грунту. Использование этой технологии позволяет полностью исключить все «перестраховочные» коэффициенты строительных нормативов, не снизив надежность свайного фундамента.
Самые главные преимущества применения данного метода: способность сваевдавливающего оборудования контролировать глубину погружения свай при соответствующем усилии вдавливания; возможность вести работы круглые сутки и погружать сваи рядом с существующими зданиями и сооружениями благодаря отсутствию шума и вибраций. Но речь сейчас о другом.
Изучив проект свайного поля, заказчику в 80% случаев предлагают выполнить с помощью изыскателей пробное погружение свай с мониторингом усилий вдавливания с целью уменьшения их длины, а иногда и количества. При использовании статических испытаний можно гарантировать достижение расчетной нагрузки на сваи вдавливания, имеющие рекомендованную длину. На основе полученных при этом данных и результатов их обработки проектировщики выдают абсолютно достоверные рекомендации о необходимой и достаточной длине свай.
Соответствующая технология разработана специалистами ООО «БАЗИС» и опробована на десятках строительных площадок в Москве, Санкт-Петербурге, Саратове, Пензе, Сарове, Белгороде, Нижнем Новгороде, Перми, Казани, Волгограде. Основная ее идея заключается в использовании сравнительного анализа усилия вдавливания, требований строительных норм, проектной расчетной нагрузки на сваю и текущей геологической ситуации в основании будущего строительного объекта.
Например, на одном из крупных строительных объектов в результате использования технологии пробного вдавливания 6 211 свай ООО «БАЗИС» удалось сократить длину свай с 18 до 12 м. В результате, несмотря на то что стоимость забивки составляла бы 300 руб./пог. м, а цена вдавливания была равна 600 руб./пог.м, всего на создание свайного поля ушло соответственно не 218 006 100, а 158 007 840 руб. – за счет экономии материалов, рабочего времени и пр. (к тому же сваи длиной свыше 16 м являются составными, а 12-метровые сваи – одиночными и их за смену можно погрузить в два раза больше). Приведенный пример показывает весьма впечатляющую разницу в пользу вдавливания – экономия почти в 60 млн руб. (30%)!
Таким образом, технология вдавливания свай дает все шансы выполнить строительство свайного фундамента быстро, качественно и по оптимальной цене.
Песчаные сваи
Одной из наиболее перспективных свайных технологий на сегодняшний день является устройство песчаных свай в геосинтетической оболочке. Данная технология позволяет возводить насыпи автомобильных и железных дорог, грунтовые платформы и площадки (в том числе в гидротехническом строительстве и портовых сооружениях) на слабых и очень слабых основаниях, в том числе обводнённых.
Применение такого рода свай в оболочке из геоматериала особенное эффективно в грунтах, обладающих структурной прочностью, т.к. позволяет ограничить напряжение в грунте величиной структурной прочности, резко уменьшить осадку и повысить устойчивость основания насыпи. При определенном расстоянии между песчаными сваями (порядка трех-четырех метров), сваи образуют сплошной массив армированного уплотненного грунта. Улучшение прочностных и деформационных характеристик грунта в теле сваи и зоне уплотнения приводит к увеличению несущей способности основания, что позволяет передать на модифицированные грунтовые основания большие удельные нагрузки.
Геооболочки производятся из полимерных волокон. В песчаной свае они играют не только роль разделяющей прослойки между грунтом основания и минеральным заполнителем сваи, но и выполняют армирующую функцию. При заполнении дренирующим грунтом сваи одновременно выполняют функцию вертикальных дрен. В конечном счете, нагрузка передаётся на нижележащий несущий слой грунтового основания.
В зависимости от несущей способности грунтов основания, текстильно-песчаные сваи могут быть установлены, как способом вибропогружения обсадной трубы, так и способом выемки, с помощью шнека, грунта основания под обсадную трубу.
Метод применения песчаных свай относительно дешев, прост в осуществлении, не требует сложного оборудования. Этот метод может применяться везде, где есть песок. При этом качественные требования к песку могут быть довольно ограниченными.
Читайте также: