Производство свайных работ

1. Виды свай.

Классификация видов свай:

1. Конструктивный признак

а) по материалу ствола

- бетонные, железобетонные, деревянные, комбинированные, металлические, грунтовые, грунтобетонные

б) по форме поперечного сечения ствола

- квадратные, круглые, прямоугольные, треугольные, трапециидальные, трубчатые, переменного сечения, тавровые, крестообразные, многоугольные

в) по форме продольного сечения

- призматические, конические, пирамидальные

г) по длине

- цельные, составные

д) по виду поперечного сечения ствола сваи

- сплошные, пустотелые

е) по конструкции нижнего конца

- с острым или тупым концом, с закрытым или открытым концом (для пустотелых), с уширением в одном или в нескольких уровнях или без уширений, с раскрывающимися лопастями

ж) по способу армирования

- с ненапрягаемой продольной арматурой, круглой или периодического профиля; предварительно напряженной стержневой, проволочной или прядевой арматурой; с поперечным армированием ствола либо без него

з) по виду арматуры

- каркасы, стержни, высокопрочная проволока, пряди

2. По расчетной схеме

- жесткие (короткие), изгибом которых можно пренебречь;

- конечной жесткости (ср. жесткие и гибкие) (длинные), изгиб учитывается

3. По способу изготовления

- заводского изготовления и монолитные

4. По способу погружения в грунт

- забивные, опускные, завинчиваемые, вдавливаемые, буроопускные, бурозабивные, буронабивные, набивные в пробивных скважинах, виброштампованные, комбинированные, вибрационные, с подмывом грунта, бурообсадные

5. По характеру работы в грунте

- сваи-стойки – опираются на несжимаемые грунты и передают нагрузку через конец;

- висячие сваи – передают нагрузку через площадь поперечного сечения и боковые поверхности

6. По способу расположения свай

- одиночные сваи, кусты, ленточное и сплошное расположение свай

7. По типу сопряжения свай с зданием

- с ростверком или без ростверка

8. По расположению ростверка по высоте

- с низким ростверком или с высоким

9. По направлению погружения свай

- вертикальное, наклонное

10. По способу устройства

- погружаемые (сваи заводского изготовления) и набивные (сваи, изготавливаемые на стройплощадке)

2. Методы погружения заранее изготовленных свай

Забивка свай – сваи забивают копрами или копровыми установками,смонтированными на самоходных кранах либо экскаваторах. Молоты: дизельные (грунты и плотные), паровоздушные и механические молоты (ограничений нет), вибрационные молоты (рыхлые, средней плотности пески, связные грунты текучей консистенции при погружении трубчатых свай любой длины).

Вибрационные сваи – погружают в заполненные раствором скважины, диаметр которых на 5 см превышает наибольший размер сечения сваи. Применяются в грунтах с температурой ниже -0,5⁰С.

Опускные сваи – сваи погружают в предварительно оттаянную скважину с помощью паровых игл, т.к. скважина нарушает большой объем мерзлого грунта, и поэтому процесс смерзания сваи с монолитом замедляется. Этот способ применяется в твердомерзлых грунтах.

Бурозабивные сваи – для их устройства бурят механическим способом скважины, диаметр которых на 1-2 см меньше наибольшего размера сечения сваи. Сваи забивают с помощью паровоздушных или дизель-молотов на глубину пробуренной скважины. Применяются в пластичномерзлых грунтах.

Бурообсадные сваи – полые круглые сваи-оболочки с ножевым кольцом, погружаемые путем разбуривания забоя через полость сваи и периодической забивкой, полость сваи заполняют грунтом или бетоном. Применяется при чередовании слоев талого и мерзлого грунтов, а также при наличии грунтовых вод.

Подмыв грунта – грунты подмывают у острия сваи, подавая воду по трубам, погружаемым вместе со сваей. В результате, свая осаживается под действием собственного веса и веса, установленного на нее молота или вибропогружателя (если не удается погрузить этим способом, то сваю забивают).

Вдавливаемые сваи – выполняют специальной установкой, воздействующей на сваю весом и вибрацией одновременно. В плотных грунтах перед вдавливанием свай легкой буровой установкой пробуривают скважины небольшого размера.

Комбинированные сваи – буроопускной и опускной способ. Применяется в сильнозасоленных грунтах ВМГ.

3. Технология процессов устройства набивных свай

Сваи Страуса (1899 г., Киев, горный инженер А.Э.Страусс) – бурят скважины, погружают обсадные трубы и заполняют бетоном, армирование только в верхней части. Применяются для усиления фундаментов существующих зданий, при отсутствии воды в обсадной трубе.

Частотрамбованные сваи (1948 г.) – сваи с уплотненной зоной грунта вокруг них, обладают большой несущей способностью, чем сваи в буровых скважинах. Скорость бетонирования свай превосходит скорость бетонирования набивных свай других систем. Обсадная труба устанавливается на башмак, устанавливаются каркасы, заполняется бетоном, извлекается обсадная труба под действием часто следующих друг за другом ударов двойного действия (удар вверх выдергивает трубу, удар вниз осаживает ее обратно). Удары, направленные вниз, передаются через трубу на бетон, вышедший в скважину и трамбуют его (поэтому сваи называются частотрамбованными).

Трамбованные сваи «Франки» - обсадная труба на высоту 0,8-1 м заполняется сухим бетоном, который при трамбовании образует пробку. Погружение обсадной трубы в грунт осуществляется за счет ударов трамбовки по бетонной пробке, извлекающей за собой обсадную трубу. После достижения проектной отметки обсадную трубу подвешивают к копру и пробка выбивается из трубы трамбовкой, сброшенной с большой высоты. Внизу сваи образуется уширение. Труба заполняется отдельными порциями бетона и вытягивается на поверхность. Наружный диаметр сваи 460 мм. Этот вид свай можно устраивать как в вертикальном, так и наклонном положении. Применяется в любых грунтах, позволяющих забить трубу.

Виброштампованные сваи – полученную бурением или пробивкой скважину заполняют бетонной смесью сразу на всю глубину, затем в бетон погружают виброштамп до внедрения его в дно. Бетон вжимается в стенки, расширяя диаметр скважины. Образовавшуюся полость опять заполняют бетонной смесью, вновь погружают виброштамп. Операцию повторяют доводя диаметр сваи до заданного. Виброштамп – стальная труба с приваренным в нижнем конце ножом-желонкой конической формы с направленной режущей кромкой из твердых сплавов. Верхний конец крепится к вибропогружателю.

Буронабивные сваи – бурение скважины, устройство уширений, установка арматурного каркаса, заполнение бетонной смесью непрерывно с помощью бетонолитной трубы, уплотнение бетона глубинными вибраторами. Применяются в сложных инженерно-геологических условиях, обладают большой несущей способностью, почти полностью исключается ручной труд.

4. Способы установки свайных фундаментов в вечномерзлые грунты

Буроопускной способ, бурозабивной способ, бурообсадной, опускной и комбинированный способ.

5. Сезонные охлаждающие устройства (СОУ). Способы охлаждения грунтов

Классификация СОУ:

а) жидкостные – представляют собой закрытую сверху и снизу герметичную металлическую трубу или систему труб, которые заполняются теплоносителе (керосин, антифриз) полностью. Устройство возвышается над землей на 25-30% длины. В зимнее время в верхней части устройства, находящаяся над поверхностью грунта теплоноситель охлаждается, плотность его увеличивается и он перемещается вниз, вытесняя наверх более теплый и, следовательно, менее плотный теплоноситель. В летнее время менее плотный теплоноситель находится в верхней части устройства, а более плотный холодный – в нижней, и охлаждающее действие устройства на грунт прекращается;

б) парожидкостные – на дне трубы под давлением находится легкокипящая жидкость (фреон, пропан, аммиак в жидком состоянии), заполняющая трубу на 0,05-0,1 ее высоты. К верхней части трубы может быть присоединен выносной конденсатор. В зимнее время жидкость в нижней части установки, находится в грунте, испаряется за счет тепла, поступающего из грунта. Пары жидкости поднимаются вверх и конденсируются на холодные стенки трубы или в конденсаторе, находящихся выше поверхности грунта, отдавая тепло в атмосферу. Конденсат стекает по стенкам трубы в ее нижнюю часть. В летнее время устройство не действует.

Недостатки – 1. сложность изготовления (повышенные требования к качеству сварочных работ); 2. необходимость дозировки рабочего вещества; 3. избыточное давление полости устройства; 4. сложность обнаружения утечки хладагента; 5. соблюдение вертикальности устройства.

в) воздушные

Недостатки – 1. неравномерное распределение температуры воздуха по глубине вследствие малой теплоемкости; 2. выпадение инея на стенках труб при периодическом понижении температуры, что приводит к уменьшению их сечения и даже закупорке их верхней части; 3. значительные расходы для привода двигателя вентилятора при охлаждении грунта вынужденной конвекцией.

Кроме СОУ существует еще 2 способа охлаждения грунтов:

1. с поверхности – удаляют снежный покров в период от 1 до нескольких зим. Грунты охлаждают до начала строительства или в процессе возведения. Способ наиболее эффективен в районах с большим снежным покровом.

2. через скважины – продуванием с помощью вентиляторов холодного воздуха в зимний период, внесением в них твердой углекислоты или применением холодильных установок. Холодильные установки представляют собой замкнутые герметичные системы, в которых происходит перенос тепла холодильным агентом (фреон, аммиак) из испарителя в конденсатор. Испаритель устанавливается в баке с рассолом, температура которого значительно ниже 0⁰С. Рассол по замкнутой системе циркулирует между погруженной в скважину охлаждающей колонкой и баком, отбирает тепло у охлажденных грунтов и передает испаряющемуся хладагенту.