Устройство свайных фундаментов. Виды свай. Их работа. Виды технологий погружения забивных свай. Их оценка

Министерство  Науки и Образования Российской Федерации

Саратовский Государственный Технический Университет 
 
 
 

                       Кафедра: «Промышленное и гражданское  строительство» 
 
 
 

Реферат на тему «Устройство свайных фундаментов. Виды свай. Их работа. Виды технологий погружения забивных свай. Их оценка». 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Сдал: ст-ка ПГС-31 Миронова Алена

Принял: Снарский В.И. 
 

Саратов 2012

Содержание 

     1. Введение 

     Общественные  здания наиболее многочисленны и  разнообразны по своему назначению, функциональным особенностям, габаритам, планировке, этажности и облику. В соответствии с этим также разнообразны и конструкции  зданий, являющиеся одним из главных  тектонических средств архитектуры.

     Чтобы свободно творчески компоновать  различные общественные здания необходимо в совершенстве знать современные  инженерные конструкции и умело  применять их в соответствии с  их возможностями и экономикой.

     Конструктивное  решение здания в целом определяется на первом этапе проектирования выбором  конструктивной системы и конструктивной схемы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2. Устройство свайных фундаментов

     Для устройства свайных фундаментов  применяют забивные, винтовые и набивные сваи. Два первых типа свай изготовляют  на заводах, а третий устраивают на месте из монолитного железобетона или в сочетании со сборными элементами заводского изготовления. В настоящее  время на стройках массовое применение (более 90 % от общего объема применяемых свай) получили главным образом забивные железобетонные сваи квадратного сечения 0,2х0,2...0,4х0,4м длиной до 20 м. Используются также винтовые металлические сваи, воспринимающие в равной мере как вдавливающие, так и выдергивающие нагрузки. Их применяют, в частности, для заанкеривания трубопроводов, укладываемых в грунтах с подвижным поверхностным слоем, в качестве инвентарных анкерных устройств для стендовых испытаний конструкций на статические нагрузки и т.п. Набивные сваи в нашей стране широкого распространения не получили. Во многих зарубежных странах свайные фундаменты изготовляют преимущественно буронабивным способом. 
 

    При производстве строительно-монтажных  работ по устройству свайных фундаментов  должны соблюдаться следующие требования: Работы по устройству свайных фундаментов  должны производиться в соответствии с проектом производства работ (ППР), разработку которого выполняет подрядная  организация на основании проекта  организации строительства. ППР  согласовывается с проектной  организацией, разработавшей проект свайных фундаментов.

    В состав ППР входят:

    - стройгенплан объекта с нанесением на нем границ и отметок котлована, осей свайных рядов, сетей электро и водоснабжения, расположения бытовых и производственных коммуникаций;

     - перечень необходимых машин  и оборудования;

     - технологические схемы основных  производственных процессов;

     - схемы с размещением временных  дорог, площадок складирования  свай и других строительных  конструкций и материалов;

     - календарный план производства  работ;

     - графики транспортировки на  объект свай, конструкций, потребности  в рабочих кадрах и основных  строительных машинах;

     - краткая пояснительная записка  с расчетами потребности строительных  машин и технико-экономическим  обоснованием ППР;

     - дополнительные требования, предъявляемые  к производству работ, характерные  для данного объекта в зависимости  от инженерно-геологических, гидрогеологических, климатических и экологических  условий площадки и типа сооружений.  

    Устройство  свайных фундаментов любого типа выполняют в следующей последовательности:

     - планировка площадки срезкой  или подсыпкой;

     - устройство котлована и его  сдача-приемка;

     - разбивка и закрепление осей  погружаемых или изготавливаемых  свай;

     - вдавливание пробных свай;

     - погружение или изготовление  свай;

     - сдача-приемка выполненных свай;

     - срубка голов свай;

    - зачистка котлована в местах  устройства ростверков;

     - устройство бетонной подготовки  под ростверк;

     - устройство ростверка (плиты);

     - сдача-приемка свайного фундамента.  

    Котлованы для устройства свайных фундаментов  без укреплений разрешается применять, как правило, на глубине выше уровня подземных вод. Крутизна откосов  обусловливается видом грунта, глубиной котлована и характером нагрузок на его бортах. В котлованах небольшой  ширины (менее 4 м), устраиваемых выше уровня подземных вод в устойчивых грунтах, могут быть применены закладные  крепления из досок и распорок, устанавливаемых в процессе извлечения грунта. При неустойчивых и водоносных грунтах устройство котлованов необходимо производить под защитой ограждения (погружение шпунта, устройством подпорных  стен и др.). Размеры котлована  должны определяться проектными размерами  фундамента в плане и с учетом их увеличения в соответствии с принятыми  способами водоотвода, установки  опалубки и креплений, бетонирования, распалубки и изоляции ростверков.

    При разбивке осей свай отклонение от проектного положения в плане не должно превышать  ±5 мм. Проектное положение свай рекомендуется  закреплять на месте металлическими штырями, забитыми на глубину 0,2-0,3 м. 

    При транспортировке, разгрузке и складировании  свай заводского изготовления необходимо обеспечить их сохранность (укладка  в штабель в горизонтальном положении  головами в одну сторону при высоте штабеля не более 2 м). Хранение в  одном штабеле свай разных конструкций, длин и сечений не допускается. 

    Для выполнения работ по устройству свайных  фундаментов применяют технические  средства, подразделяемые на основные, вспомогательные и для контроля качества работ. К основным техническим  средствам относятся копры, установки, молоты и домкраты для погружения свай; буровые станки и пневмопробойники для изготовления свай; крановое оборудование, используемое для навесных копровых стрел или буровых рабочих органов; автобетоносмесители большой вместимости для приготовления и доставки литой бетонной смеси для изготавливаемых на строительных площадках свай. К вспомогательным техническим средствам относятся машины и механизмы общестроительного назначения, в том числе автотранспортные средства; машины для земляных работ; погрузочно-разгрузочные средства; компрессоры; оборудование для сварочных работ; свайные наголовники; инвентарные хомуты для срубки голов свай; отбойные молотки; бетонолитные трубы; бункеры и бадьи для укладки бетонной смеси. К техническим средствам для контроля качества выполнения работ относятся геодезические инструменты; отказомеры; гаммаплотномеры; приборы для неразрушающих способов определения классов бетона свай и ростверков, фактической толщины защитного слоя бетона.

    К вспомогательным техническим средствам  относятся машины и механизмы  общестроительного назначения, в  том числе автотранспортные средства; машины для земляных работ; погрузочно-разгрузочные средства; компрессоры; оборудование для  сварочных работ; свайные наголовники; инвентарные хомуты для срубки голов  свай; отбойные молотки; бетонолитные трубы; бункеры и бадьи для укладки бетонной смеси. К техническим средствам для контроля качества выполнения работ относятся геодезические инструменты; отказомеры; гаммаплотномеры; приборы для неразрушающих способов определения классов бетона свай и ростверков, фактической толщины защитного слоя бетона. 
 
 

  Свая - это несущий элемент, вертикально  расположенный в грунте, воспринимающий усилия от всех вышерасположенных конструкций  и передающий эти усилия на грунтовое  основание. 

    Обычно  сваи используются как элементы свайных  фундаментов, но могут применяться  и как самостоятельные конструкции  в виде анкеров (винтовые сваи), отдельных  опор (сваи-колонны), шпунтовых подпорных  стенок.

    В зависимости от способа передачи усилий на грунт (по характеру работы) сваи разделяют на:

    а) висячие - передающие усилия на грунт  в основном за счет трения по боковой  поверхности. Висячие сваи используются, как правило, в слабых грунтах ;

    б) сваи-стойки - передающие усилия на грунт  в основном за счет сопротивления  нижнего конца сваи (острия). Сваи-стойки обычно прорезают толщу верхних  слабых грунтов и опираются на плотные малосжимаемые грунты.

    (нижний конец) 

    Расположение  свай в составе свайного ростверка   (в плане) может

    - рядовым - один, полтора (в шахматном порядке), два ряда под стены зданий (ленточный свайный фундамент);

    - кустовым - отдельные группы свай из 2, 3, ... 9 свай по; опоры, колонны, столбы (отдельные свайные ростверки);

    - полем  - свайное поле из многих рядов свай (свайно-плитный

    фундамент). 

    3. Виды свай

      По технологии устройства различают две группы свай:

    - забивные, которые изготавливаются на заводе, доставляют на объект и погружаются тем или иным способом в грунт в проектное положение;

    - набивные, изготовляются на месте путем укладки бетонной смеси в скважины в грунте, пробуренные в проектном месте. 

    а)сваи-стойки

    б)висячие сваи 

    а - рядовое в кусте; б - шахматное в кусте; в - рядовое (частаком) в свайном поле; г - шахматное в свайном поле; д - рядовое в свайной полосе; е - шахматное в свайной полосе

Буронабивные  сваи

Наиболее популярными  методами устройства буронабивных свай (БНС) являются:

• Устройство свай методом бурения в обсадной инвентарной трубе.
• Устройство свай методом непрерывно вращающегося шнека.
• Метод ударно-канатного бурения.

    Сущность  технологии устройства свай методом  бурения с использованием обсадных инвентарных труб заключается в применении секционных инвентарных труб, погружаемых в процессе бурения скважины и извлекаемых по мере изготовления сваи. Крепление секций труб осуществляется при помощи сварки или стыков специальной конструкции.

    Бурение производится буровым станком — ударным или вращательным методом. В процессе бурения инвентарные трубы погружаются — методами вибропогружения, забивки в грунт или с использованием специальных гидравлических домкратов. Бурение ведётся до проектной отметки, после чего забой зачищают, устанавливают каркас из арматуры, а затем осуществляют бетонирование и уплотнение смеси. После окончания бетонных работ инвентарная труба извлекается, а головка сваи — формуется с помощью специальной формы-кондуктора.

Деревянные  сваи

Сваи из дерева применяются в слабых грунтах  при малых и средних нагрузках — во всех отраслях строительства^.

Деревянные сваи выполняются:

• одиночные
• составные
• пакетные

    В качестве материалов для изготовления, в основном, применяют длиномерный лес хвойных пород (сосна). В случае отсутствия среди местных лесных насаждений, а также нецелесообразности доставки хвойных деревьев, допускается использование дуба.

Для погружения деревянных свай могут применяться^[2]:

• Паровоздушные молоты: одиночного и двойного действия.
• Механические молоты.
• дизель-молоты.
• Вибромолоты.
• вибропогружатели.

Нижний конец  сваи заостряется — в виде пирамиды (трёхгранной или четырёхгранной). В целях предохранения заострённых концов свай при погружении в плотный или каменистый грунт, на них надевают металлические башмаки^[2] — из листового металла или литые из чугуна. Верхний конец сваи с этой же целью защищается бугелем. 
В случае, когда длина брёвен недостаточна или когда ограничена высота (например, под существующим мостом), используют наращивание свай.

Железобетонные  сваи

Железобетонные  сваи — изделия, при создании которых применяется тяжёлый бетон. Забивные сваи, за счёт опорного давления, передают на грунт нагрузку от свайного фундамента. Так же нагрузка передаётся за счёт бокового трения поверхности свай об уплотнённый грунт.

Существуют несколько  типов свай. Железобетонные сваи с  сечением 30x30 см имеют длину до 12 м; если сечение составляет 35x35 см либо 40x40 см — до 16 м. Сваи забивные могут быть и составными, что увеличивает их длину.

Практические  все возводимые сегодня фундаменты используют сваи, поскольку это значительно  упрочняет и повышает качество сооружения. Сваи забивные погружаются в грунт  путём забивки. Копровая установка с дизельным или гидравлическим молотом погружает сваи быстро и эффективно, без их деформации и потери эксплуатационных характеристик.

Шпунтовые сваи

Шпунтовая стенка стройплощадки

При возведении гидротехнических сооружений, опор мостов и набережных^[3], а также при разработке траншей и котлованов для обустройства временных или постоянных ограждений применяются шпунтовые сваи — из железобетона, дерева или стали.

Погружённые в  грунт (при помощи копра или вибропогружателя) и установленные вплотную друг к другу, они образуют устойчивое водонепроницаемое ограждение, называемое шпунтовой стенкой.

Трубобетонные сваи

Сущность метода формирования забивных трубобетонных  свай заключается в операции заполнения полости забитой в грунт стальной трубы с конусным наконечником бетонной смесью. Забивка труб производится с помощью пневмоударной машины.

Технология позволяет  выполнять как вертикальные, так  и наклонные сваи в стесненных условиях, где применение тяжелой  строительной техники невозможно или  связано с дополнительными затратами. В зависимости от характера нагрузки, сваи могут быть армированными.

Габариты комплекта  оборудования пневмоударной машины позволяют выполнить забивку свай в непосредственной близости от существующих сооружений в неустойчивых песчаных насыпных, обводненных грунтах и в дно водоема.

4. Работа свай  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

В зависимости от характера  работы в грунте различают два вида свай: сваи-стойки и висячие сваи. Сваи-стойки своими концами опираются на прочный грунт, например, скальную породу и передают на него нагрузку. Их применяют, когда глубина залегания прочного грунта не превышает возможной длины сваи. Свайные фундаменты на сваях-стойках практически не дают осадки. Если прочный грунт находится на значительной глубине, применяют висячие сваи, несущая способность которых определяется суммой сопротивления сил трения по боковой поверхности и грунта под острием сваи.

А) - висячие сваи; 
Б) - сваи-стойки; 
1 - плотный известняк; 
2 - суглинок илистый пластичный; 
3 - ил; 
4 - илистый песок; 
5 - торф; 
6 - растительный слой; 
7 - ростверк. 
 

5. Технология погружения  забивных свай

    Для внедрения готовых свай в грунт  используются следующие технологии: ударное погружение; вибропогружение; вдавливание; завинчивание. 

    Вид продукции: Внедряется в грунт вертикальными  ударами молота несущий элемент, заданной несущей способности.  

    Состав  процесса: доставка свай. Раскладка  по месту погружения, погружение до расчетного «отказа», срезка голов  по проектную отметку.

    Вход  в процесс: приняты предыдущие работы.

    Испытаны  пробные сваи. На получение «отказа» и на время погружения. «Отказ»  погружение сваи от одного удара серии  из 10ти ударов. 

    Ресурсы:

    Материалы: Сваи

    Железобетонные  сваи:

Поперечное сечение  свай- квадратное, 300х300 мм. Трубчатые сваи диаметром 400-800 мм. Длина свай составляет 5-16 метров. Также используются трубчатые сваи- оболочки диаметром 1200-6000 мм.

    Техника: СПУ (сваепогружающая установка)

    СПУ включает в себя:

• Копер – навеска молота. Придание свае заданного направления.
• Молот – вертикальными ударами погружает сваю.

    Используются  дизельные молоты.

• Штанговые
• Трубчатые

          6. Виды технологий погружения забивных свай.

    7. Ударная технология погружения 

    Ударный метод основан на использовании  энергии удара, под действие 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. Ударную  нагрузку на оголовок 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.  

    Ударную нагрузку на оголовок сваи создают  специальными механизмами - молотами самых  разных типов, основными из которых  являются дизельные.

    На  строительных площадках применяют  штанговые и трубчатые дизель-молоты.

    Ударная часть штанговых дизель-молотов - подвижный цилиндр, открытый снизу и перемещающийся в направляющих штангах. При падении цилиндра на неподвижный поршень в камере сгорания смеси энергия подбрасывает цилиндр вверх, после чего происходит новый удар и цикл повторяется.

    В трубчатых дизель-молотах неподвижный цилиндр, имеющий шабот (пяту), является направляющей конструкцией. Ударная часть молота - подвижный поршень с головкой. Распыление топлива и воспламенение смеси происходит при ударе головки поршня по поверхности сферической впадины цилиндра, куда подается топливо. Число ударов в 1 мин у штанговых дизель-молотов 50...60, у трубчатых - 47.. .55.

    Основной  показатель, характеризующий погружающую  способность молота - энергия одного удара. Последняя зависит от веса и высоты падения ударной части, а также энергии сгорания топлива.

    Для забивки свай с целью удержания  в рабочем положении молота, подъема  и установки сваи в заданном положении  применяют специальные подъемные  устройства - копры. Основная часть  копра - его стрела, вдоль которой  устанавливается перед погружением  и опускается по мере его забивки  молот. Наклонные сваи погружают  копрами с наклоняющейся стрелой. Копры бывают на рельсовом ходу (универсальные  металлические башенного типа) и  самоходные - на базе кранов, тракторов, автомашин и экскаваторов.

    Универсальные копры имеют значительную собственную  массу (вместе с лебедкой - до 20т). Монтаж и демонтаж этих копров и устройство для них рельсовых путей - весьма трудоемкие процессы, поэтому их применяют для забивки свай длиной более 12 м при большом объеме свайных работ на объекте. 

    Наиболее  распространены в промышленном и  гражданском строительстве сваи длиной 6...10 м, которые забивают с  помощью самоходных сваебойных установок. Эти сваебойные установки маневренны и имеют устройства, механизирующие процесс подтаскивания и подъема сваи, установку головы сваи в наголовник, а также выравнивание стрелы. 

    Сваи  забивают до достижения расчетного отказа, указанного в проекте. Измерение  отказов следует производить  с точностью до 1 мм. Отказ принято  находить как среднюю величину после  замера погружения сваи от серии ударов, называемой залогом. При забивке  свай паровоздушными молотами одиночного действия или дизель-молотами залог принимают равным 10 ударам, а при забивке молотами двойного действия - число ударов за 1...2 мин. 

    Если  средний отказ в трех последовательных залогах не превышает расчетного, то процесс забивки сваи считают законченным. 

    Сваи, не давшие контрольного отказа, после  перерыва (продолжительностью 3...4 дня) подвергают контрольной добивке. Если глубина погружения сваи не достигла 85% проектной, а на протяжении трех последовательных залогов получен расчетный отказ, то необходимо выяснить причины этого явления и согласовать с проектной организацией порядок дальнейшего ведения свайных работ.

    8. Технология вибропогружения 

    Данный  метод основан на уменьшении коэффициента внутреннего трения при вибрации в грунте и сил трения по боковой  поверхности свай. Благодаря этому  при вибрировании для погружения свай требуется усилий иногда в десятки  раз меньше, чем при забивке. При  этом наблюдается частичное уплотнение грунта (виброуплотнение). Зона уплотнения составляет 1,5...3 диаметра сваи (в зависимости от вида грунта и его плотности).

     При вибрационной технологии сваю погружают  с помощью специальных механизмов - вибропогружателей. Вибропогружатель, представляющий собой электромеханическую  машину вибрационного действия, подвешивают  к мачте сваепогружающей установки и соединяют со сваей наголовником. 
 
 
 
 
 
 
 

    В глину или тяжелый суглинок, при  вибрационном погружении, под нижним концом сваи образуется перемятая глинистая  подушка, вызывающая значительное (до 40%) снижение несущей способности  сваи. Чтобы устранить возникновение  этого явления, сваю погружают на заключительном отрезке длиной 15...20 см ударным методом. 

    Для погружения легких (массой до 3 т) свай и металлического шпунта в грунты, которые не оказывают большого лобового сопротивления под острием сваи, применяют высокочастотные (1500 колебаний  в 1 мин и более) вибропогружатели с подрессоренной пригрузкой, состоящие из вибратора и присоединенного к нему с помощью системы пружин дополнительного груза и приводного электродвигателя. 

             9. Технология вдавливания

    Для того чтобы фундамент будущего здания служил долго и не подвергался  разрушениям, необходимо правильно  произвести забивку свай. Для этого  применяются копры – установки, оборудованные специальными паровыми, механическими или дизельными молотами. Но их применение может повлечь за собой и некоторые неприятности. При застройке исторических центров  старинных городов, а также при  плотном современном строительстве, при вбивании свай возникают серьёзные  проблемы. Это разрушения рядом стоящих  зданий от ударных волн и вибраций. В таких ситуациях наиболее прогрессивным  методом установки свай является новая технология, основанная на принципе вдавливания железобетонных свай и  шпунтов.