Сваи предназначены для устройства фундаментов под здания и сооружения для усиления оснований. Они способны передавать нагрузку от фундамента на плотные и слабые грунты. В связи с этим применяют сваи-стойки.
Проходя сквозь слой слабых грунтов, сваи-стойки своей нижней частью передают нагрузку на основания, которые находятся на большей глубине и обладают достаточной несущей способностью. Висячие сваи, расположенные в слабых грунтах, распределяют на него нагрузку за счет трения между поверхностями и почвой.
Для изготовления свай применяют дерево, металл и железобетон. Деревянные сваи выполняют в виде стояков круглой или квадратной формы. Нижнюю часть деревянной сваи снабжают стальным наконечником – башмаком, а верхнюю укрепляют кольцом-бугелем. Такие детали обеспечивают эффективность их погружения.
По способу возведения различают сваи забивные (погружаются) и набивные. Первые изготавливают на заводах и внедряют в грунт различными способами, вторые возводят непосредственно на месте эксплуатации в предварительно разработанных шпурах, последовательно выполняя бурение, установку армокаркасов и бетонирование.
Сваи погружают, применяя различные виды воздействия нагрузок: статические, динамические и комбинированные. Они определяют способы погружения: ударный, что предполагает забивание свай; безударный, основанный на применении вибрации; вдавливание, завинчивание, подмывание, комбинированный, осуществляемый при условии интегрирования воздействий. Принятый способ погружения свай существенно влияет на выбор комплектов машин для механизации процесса.
Погружение свай ударным способом, механизация работ
Ударный способ погружения является наиболее распространенным, что обусловлено эффективностью примененного оборудования.
Для погружения используют молоты. Такие механизмы устанавливают на копровых установках различной конструкции. По способу передвижения различают сваебойные установки на рельсовом пути и мобильные, которые отличаются тем, что как базовую машину используют экскаватор, трактор или автомобиль.
Сваи погружают ударным способом, применяя дизель-молоты. По конструктивному исполнению их разделяют на штанговые и трубчатые. К более эффективному способу следует отнести трубчатые, что обусловлено энергией удара, который больше, чем у штанговых. Выбор оборудования зависит от соотношения массы молота и сваи, а также вида грунта.
Технологическую работу погружения свай выполняют в следующей последовательности: подготавливают строительную площадку; очищают ее и выполняют планирование; устраивают путь для перемещения палебойной установки и транспорта, а также предусматривают места складирования свай; затем осуществляют вынос осей свайных полей, а также разметку расположения каждой сваи. По окончании этих работ палебойную установку располагают в необходимой рабочей позиции. Копер располагают по центру строки по оси сваи, которая погружается. Вертикальность копровой мачты выверяют в двух плоскостях (или устанавливают необходимый угол наклона при погружении наклонных свай) и закрепляют. Молот поднимают и фиксируют в верхнем положении. Далее подтягивают и поднимают сваю с помощью блочной системы и устанавливают в положение для забивки.
Для фиксирования сваи в направляющих копровой мачты и предотвращения разрушения оголовка используют наголовник. Первые удары надо осуществлять при небольшой энергии удара молота. В противном случае свая может отклониться от требуемого направления. Далее выполняют основной процесс погружения при полной энергии удара.
Сваю погружают до проектной расчетной оценки отказа, предусмотренной проектом. Отказ сваи устанавливают путем измерения глубины погружения за 1 мин. и определяют по результатам испытаний нескольких свай.
По окончании процесса погружения верхнюю часть сваи срезают, используя специальные установки для срезания концов, или вырубают огневым способом, либо с помощью газовых горелок и отбойных молотков.
Работы по срезке свай выполняют таким образом, чтобы соединить сваркой армирования сваи и ростверка и таким образом объединить в монолитную конструкцию.
Схемы погружения
В технологии погружения свай предусмотрено три схемы: рядовая (а), секционная (в) и спиральная (б).
Выбор схемы зависит от размеров здания или сооружения, возводимого расположения свай относительно осей и свойств почвы.
При возведении фундаментов в несвязных грунтах сваебойные установки перемещают согласно схеме, которая предполагает деление объекта на захватки, на которых погружение свай производят последовательно по рядам. По окончании последнего ряда установку перемещают на другую захватку и после окончания работ – на третью.
Погружение свай в связных грунтах при возведении фундаментов на большой площади под многопрогонные и секционные здания и сооружения выполняют, используя секционную схему, при которой процесс начинают с первого ряда крайнего пролета (секции). Последовательно забивают сваи на втором ряду. Затем пропускают один ряд и переходят на следующие ряды. Завершают работу заделкой свай в пропущенных рядах при движении установки в противоположном направлении.
Спиральную схему применяют в том случае, когда необходимо создать куст (группу) свай в слабосжатых почвах, под развитые в плане фундаменты или опоры различных сооружений. Забивку сваи начинают с расположенной внутри среднего ряда и ведут работы в направлении спирали, которая развивается.
Безударные методы погружения
Безударный способ погружения свай основывается на использовании таких способов углубления как: вибропогружение, вдавливание, завинчивание, виброудар, подмыв.
Каждый перечисленный способ применяют, исходя из конкретных геологических условий с учетом свойств почв, в которых заглубляют сваи, и результатов технико-экономических сравнений.
Вибропогружение предусматривает использование вибропогружателей с различными техническими характеристиками. Различают низкочастотные и высокочастотные.
Низкочастотными вибропогружателями погружают тяжелые сваи, а высокочастотными – легкие в водонасыщенных песчаных грунтах.
Палеуглубляющая установка компонуется на базе экскаватора, оборудованного мачтой. Процесс углубления выполняют в такой последовательности. Вибропогружатель выставляют в исходное положение, выверяют по вертикали, включают, чтобы не допустить возможного отклонения сваи, в начале углубления выполняют с небольшой скоростью. При этом канат, на котором закреплен вибропогружатель, не должен иметь сильной натяжки. Суть процесса заключается в том, что под воздействием вибрации силы трения между поверхностями сваи и грунтом, а также сцепление грунта уменьшаются. Это создает условия, при которых свая под действием масс собственной и вибропогружателя, что суммируются, проникает в почву.
С целью ускорения погружения применяют погружатели свайные комбинированного действия вибрации и удара – вибромолот. В процессе работы такой установки два дисбаланса, вращаясь в противоположном направлении, создают вертикальные колебательные движения. Под их действием боек наносит удары по наковальне, которые через наголовник передаются на сваю. При этом углублению сваи способствуют ее масса и вибрация.
Способ подмыва применяют в непросадочных грунтах в сочетании с различными установками, которые заглубляются, что дает возможность интенсифицировать процесс углубления. Грунт размывают и частично вымывают в области острия сваи струей воды. Воду подают по трубам, укрепленным на свае. Свая при подмыве осаживается. При торможении процесса сваю забивают легкими ударами (либо влиянием вибропогружателя), не прекращая подмыв. По достижении определенной глубины подачу воды завершают, трубы извлекают, после чего сваю добивают до отказа установкой, которая углубляет.
Механизация погружения завинчиванием
Сваи, которые завинчиваются в грунт, применяют при строительстве фундаментов, которые в процессе эксплуатации способны воспринимать выдергиваемые усилия. В связи с этим такие конструкции используют при возведении линий ЛЭП, вантовых креплений, мостов, подпорных стен и других сооружений, фундаменты которых подвержены нагрузкам, которые выдергивают.
Сваи, которые завинчиваются в грунт, отличаются тем, что имеют составляющие. Нижняя часть – стальной башмак, а верхняя – железобетонный стержень или ствол из стальной трубы. Башмак изготавливают в виде конического наконечника с лопастями, расположенными на его поверхности в направлении винтовой линии. Внешний диаметр такого устройства больше соответствующего размера стержня сваи.
Осуществляют погружение свай мобильными установками на базе автомобилей повышенной проходимости. Посредством трансмиссии крутящий момент от двигателя автомобиля передается на сваю.
Процесс углубления совершают в такой последовательности: сваю закрепляют в инвентарной оболочке, затем подают в привод, выполняют завинчивание, выводят курю в исходное положение над местом погружения и, включив привод, завинчивают в грунт на предусмотренную глубину. По завершении процесса установку готовят к перестановке для следующего погружения.
Заглубление свай вдавливанием
Способ вдавливания успешно используют для свай, которые заглубляют на небольшую глубину (до 6 м), в условиях влажных глинистых и суглинистых почв.
Статическое вдавливание предусматривает передачу на сваю нагрузки от установки, которая углубляет, а при вибрационном вдавливании дополняют одновременное воздействие вибрацией.
Процесс заглубления свай выполняют установкой, которая способна создавать усилие до 350 кН.
С целью повышения производительности при условии выполнения работ в плотных грунтах, пробуривают лидеры-шпуры, облегчающие процесс вдавливания и одновременно определяют требуемое направление свай, которые углубляются.
