16. Технология проведения динамических испытаний свай

Как правило, динамические испытания свай проводятся трижды. Первоначально проводят динамические испытания имеющихся свай перед началом основных свайных работ и даже до начала работы над проектом свайного фундамента. Это делается с целью определить уровнень неоднородности грунта в месте будущего строительства.

Следующий этап динамических испытаний проводят в момент забивки основных свай в грунт — чтобы оценить их несущие качества и возможности, а также для определения несущих слоев в грунте и слабых участков в зоне, где забиваются сваи. По завершению свайных работ сваи проходят еще одно динамическое испытание для более достоверного определения несущих способностей свай после того как они «отдохнули». Длительность «отдыха» свай в связных глинистых грунтах приближается к шести суткам, а в песчаных грунтах составляет не менее трех суток со времени окончания забивки.При забивке рабочих свай наблюдения за изменениями отказов позволяют выявить несущие слои грунта, дать относительную оценку несущей способности забитых свай и выявить слабые участки свайного поля. Контрольная добивка свай выявляет изменения несущей способности свай после «отдыха». Она должна выполняться тем же молотом, которым велась забивка свай. В глинистых грунтах ее следует производить короткими сериями ударов, чтобы вновь не нарушить структуру грунтаДинамические испытания свай проводят с помощью того же оборудования, которое применяется для проведения основных свайных работ. После всех испытаний получают величину отказа свай, равную степени погружения сваи в грунт после одного удара. Далее производятся необходимые расчеты для определения несущей способности забитой сваи. При этом точность полученных данных отказов полностью зависит от точности вычисления высоты молота и веса его ударной части, а также веса самой сваи и наголовника. Не следует также забывать и о точности замеров упругих перемещений сваи и грунтов после удара.Для измерения отказа при динамических испытаниях свай в основном применяется нивелир. Точность фиксируемых упругих перемещений сваи и грунта нивелиром равна 1 мм. Во время забивки пробных свай и при контрольных испытаниях (приемка забитых свай) динамические испытания свай принято проводить лишь после «отдыха» свай. Условные обозначения:Для правильного определения несущей способности сваи динамическим методом важное значение имеет достаточно точное измерение высоты падения молота. Для этого обычно пользуются рейкой с четкими делениями через 5 см, прикрепляемой к молоту или наголовнику сваи. Таким способом визуально можно определить высоту падения молота с требуемой точностью до 2 см.

13. Типы ростверков и свай

Типы свайных ростверков классифицируют в зависимости от их расположения относительно поверхности грунта, которое влияет на характер работы сваи. Различают низкий, повышенный и высокий ростверки.

Низкий ростверк (рис. 5.16, а) располагают ниже поверхности грунта. Такой ростверк может передавать часть вертикальной нагрузки от сооружения своей подошвой и воспринимать боковой поверхностью горизонтальные нагрузки. При этом сваи полное-

Рис. 5.16. Типы свайных ростверков: о - низкий; 6 - повышенный; в, г - высокий

тью находятся в грунте и продольный изгиб свай от вертикальных нагрузок обычно учитывают только в очень слабых грунтах (торф, ил и др.).Повышенный ростверк (рис. 5.16, б) располагают непосредственно на поверхности грунта. Для одиночных свай с повышенным ростверком при проверке ее на продольный изгиб следует учитывать глубину заделки сваи в грунте. Повышенные ростверки допустимы в непучинистых грунтах. Так как верхние слои обычно сложены насыпными слабыми неуплотненными грунтами, то повышенные ростверки не могут передавать нагрузку на основание от сооружения своей подошвой.

Высокий ростверк (рис. 5.16, в) располагают выше поверхности грунта. Проверку прочности вертикальных свай в этом случае выполняют с учетом продольного изгиба. Так как верхняя часть вертикальных свай при действии горизонтальных нагрузок может испытывать значительные изгибающие моменты, то для снижения момента ставят наклонные сваи. Высокие свайные ростверки применяют при строительстве крановых эстакад, надземных трубопроводов, надземных пешеходных переходов, надземных автомобильных дорог, мостов и др. Иногда свайные фундаменты зданий делают без ростверков. На голову сваи надевают оголовник и на него устанавливают панели зданий 

Сваи.Нагрузка, которую может воспринять одна свая, как правило, значительно меньше, чем нагрузка, передаваемая на фундамент от несущего элемента здания, например колонны, поэтому свайный фундамент приходится делать из нескольких свай. В зависимости от характера размещения свай в плане различают следующие виды свайных фундаментов: свайные кусты (рис. 5.17, а), ленточные с размещением в них свай рядами (рис. 5.17, б), одиночные - одна свая в фундаменте (рис. 5.17, в) и сплошное свайное поле (рис. 5.17, г).

Рис. 5.17. Виды свайных фундаментов: а - свайный куст; б - ленточный; в - одиночный; г - сплошное свайное поле

Свайные кусты - это группы свай, обычно расположенные под отдельными конструкциями (например, под колоннами). Минимальное число свай в кусте - 3. Иногда допускается делать свайные кусты из двух свай, если отсутствует изгибающий момент относительно оси, проходящей через поперечные сечения 2 свай. Сваи размещают рядами или в шахматном порядке. Минимальное расстояние между центрами поперечных сечений свай 3d, где d-размер поперечного сечения (диаметр, сторона) сваи.

Ленточные свайные фундаменты устраивают под стенами зданий и другими протяженными конструкциями. Различают однорядное и многорядное расположение свай в ленте. Сваи могут располагаться правильными рядами или в шахматном порядке. При многорядном размещении свай свайный фундамент хорошо воспринимает изгибающие моменты, действующие перпендикулярно оси ленты. При однорядном размещении свай внецентренно приложенная к фундаменту нагрузка вызывает изгибы свай. В случае однорядного размещения свай под внутренними и наружными стенами здания, обладающего пространственной жесткостью, верхние части свай не будут испытывать изгиба, так как надпод-вальные перекрытия и поперечные стены воспринимают изгибающие моменты и препятствуют изгибу свай.

Одиночные сваи применяют под сооружения, когда нагрузку от колонны или другой несущей конструкции здания может воспринять одна свая. Иногда сваи являются одновременно колоннами здания. Такие несущие конструкции называют сваями-колон-нами.

Сплошное свайное поле устраивают под тяжелые сооружения (точечные многоэтажные здания, башенные сооружения, дымовые трубы и пр.), когда сваи располагают по некоторой сетке под всем сооружением. По свайному полю устраивается сплошная железобетонная плита, на которую опираются все надземные конструкции (стены, колонны, оборудование).

Свайным полем строители называют также систему свай под сооружением, включая одиночные сваи, свайные ленты и кусты свай.

12. Сваей называется стержень, расположенный в грунте в вертикальном или наклонном положении и предназначенный для передачи грунту нагрузки от надземной части сооружения.

Свая, находящаяся в грунте, частично воспринимает внешнюю нагрузку частично через боковую поверхность, а частично через своё остриё (пяту).

КЛАССИФИКАЦИИ СВАЙ.    Свайные фундаменты состоят из рядов или групп свай, объединенных по верху ростверком — монолитной или сборно-монолитной лентой, плитой.  Сваи классифицируются по способам передачи вертикальных нагрузок от сооружения, материалу изготовления, конструкции и форме и методам производства свайных работ.    В зависимости от способа передачи нагрузок на грунт сваи подразделяются на: сваи-стойки и висячие сваи. Поматериалам выделяют деревянные, бетонные, железобетонные, стальные, грунтовые и комбинированные сваи.    Форма  поперечного сечения свай разнообразна: сплошная — круглого, квадратного, прямоугольного или многоугольного сечения, полая — квадратного с круглой полостью или кольцеобразного сечения (трубчатые); шпунтовая — различных сечений, зависящих от типа сопряжения шпунтин.  Сваи бывают заводского изготовления (погружаемые) и набивные. Погружаемые сваи изготовляют на заводах и погружают в грунт теми или иными методами. Набивные сваи устраивают непосредственно в грунте. 

Ростверк (от нем. «рост» – решётка и «верк» – здание) – конструкция осуществляющая равномерную нагрузку здания на сваи или фундамент.

Классификация ростверков по уровню относительно нулевой отметки.

Различают три типа ростверков в зависимости от их расположения относительно нулевой отметки.

• Высокий, повышенный или надземный ростверк. Расположен значительно выше нулевой отметки почвы или воды и обустраивается в портовых сооружениях, при строительстве зданий на воде или в заболоченной местности. Он приподнят над землёй и как бы висит в воздухе, позволяя избежать повреждения здания в случае наводнения.

• Повышенный или наземный ростверк. Обустраивается таким образом, что его верх находится на нулевой отметке. Иногда для его создания с земли снимается верхний слой и укладывается специальный грунт, который имеет устойчивость к вспучиванию.

• Низкий ищи подземный ростверк. Применяется при строительстве большинства промышленных сооружений и зданий. Характеризуется некоторой заглубленностью ниже нулевой отметки планировки. Под него роется небольшой котлован, на дно которого засыпается грунт, несущественно расширяющийся при замерзании.

Набивные сваи: Типы, технология устройства, область применения.

Сваи, изготавливаемые в грунте (набивные сваи)

Особую группу свай составляют сваи, изготовляемые в грунте или, так называемые, набивные сваи.

Данные сваи могут быть классифицироваться по способу изготовления следующим образом:

1. Безоболочковые сваи.

2. Сваи с извлекаемой оболочкой.

3. Сваи с неизвлекаемой оболочкой.

Существует большое количество типов буронабивных свай, в зависимости от способа их изготовления, грунтовых условий, воспринимаемых усилий. Рассмотрим несколько видов буронабивных свай.

Набивные безоболочковые сваи

Классическим примером применения безоболочковых свай является изготовление их в маловлажных связных грунтах, которые при уплотнении и проходке скважин могут некоторое время держать стенки, не осыпаясь (см. схему). К таким грунтам, прежде всего, относятся лёссовые основания.

Схемы изготовления безоболочковых свай с использование различных технологий.

Как вариант, скважина может быть создана с помощью энергии взрывчатых веществ (ВВ). Однако такое использование возможно только в местах свободных от застроек, поскольку при взрывах возникают негативные динамические воздействия.

Скважину можно делать и бурением или вытрамбовкой - последовательными ударами специальной конической трамбовки (см. схему).

Схема устройства скважин вытрамбовкой и бурением под глинистым раствором.

Для того чтобы скважина не осыпалась и не заплывала при высоком У.Г.В. - применяют метод, взятый у геологов - бурение с использованием глиняного раствора. В этом случае в скважину все время подливают раствор монтморионитовой (бентонитовой) глины. Скважину проходят бурением. Грунт в виде пульпы удаляется из скважины вместе с раствором с одновременным заполнением освобождаемого пространства бетоном.

Этот способ очень трудоёмкий, зимой требует подогрева раствора. Бетонирование сваи осуществляется методом вертикально перемещающейся трубы (В.П.Т.) снизу – вверх.

Современная разновидность безоболочковых свай – это сваи DDS, технология изготовления которых представлена на нижней схеме.

Схема последовательного изготовления сваи с использованием шнековой винтовой насадки с эксцентричным вращением.

В данной технологии изготовления скважины используется коническая шнековая винтовая насадка с эксцентричным вращением. В результате проходки такой насадки вниз и вверх (раскатка) происходит боковое уплотнение грунта вокруг создаваемой скважины. Образовавшаяся полость скважины заполняется бетонной смесью с последующим погружением в неё арматурного каркаса.

Разновидность набивных безоболочковых свай – буроинъекционные сваи – незаменимые при усилении оснований и фундаментов (см. схему).

Схема выполнения буроинъекционных свай усиления фундаментов существующего здания.

Буроинъекционные сваи усиления обычно имеют диаметр 120…150 мм, изготавливаются с использованием шнековой технологии под глинистым раствором и заполняются цементным раствором с установкой арматурного (трубчатого) каркаса. При изготовлении таких свай используются малогабаритные буровые станки, что позволяет устраивать их как с поверхности, так и из подвала здания. Применение данных свай даёт возможность пересадить реконструируемое здание с ленточных фундаментов на сваи, т.е. передать нагрузки от здания на нижележащие, более плотные слои грунта и, таким образом, решить задачу дополнительного нагружения основания от надстройки здания.

Набивные сваи с извлекаемой оболочкой

Данные сваи впервые были изобретены в 1899 г. инженером А.Э. Страусом (Сваи Страуса) (см. схему). Широкое применение данные сваи нашли в лёссовых грунтах Украины.

Схема выполнения свай Страуса.

Сущность данного способа выполнения сваи заключалась в том, что на конце трубы создавалась бетонная пробка, которая вместе с трубой, ударами трамбовки, погружалась в грунт. После достижения проектной отметки, обсадная труба поддёргивалась вверх, бетонная пробка выбивалась, а в трубу подавался новая бетонная смесь с уплотнением. В результате в грунте создавался бетонный столб – свая не одинакового диаметра (с уширениями в зоне расположения слабых грунтов). В ещё не схватившуюся бетонную смесь погружался арматурный каркас.

После свай Страуса появились большое количество разнообразных модификаций подобных свай (сваи Франки,сваи Бенатои т.д.)

Их сущность:

• погружение обсадной трубы (различными способами);

• заполнение бетоном;

• извлечение трубы, установка армирования.

Принципиальная последовательность методики изготовления сваи Франки показана на схеме.

Схема технологии изготовления сваи Франки.

При изготовлении данных свай используется принципиально та же методика, что и при изготовлении свай Страуса. Отличие заключается в формировании пяты сваи с некоторым уширением по сравнению с основным диаметром сваи.

Широкое применение в современных условиях городского строительства нашли сваи с извлекаемой оболочкой, изготовляемые по технологии «ATLAS» (см. схему технологического процесса выполнения данной сваи и фотографии изготовления её на одной из строительных площадок).

На представленной схеме показаны основные технологические особенности изготовления сваи, её преимущество, область применения.

Следует добавить, что при изготовлении такой сваи, к примеру, 25 м длины (см. фото) используется металлическая обсадная труба небольшого диаметра и такой же длины с расположенной на конце воронкой для подачи бетонной смеси. Подобная система является достаточно гибкой конструкцией, однако она удерживается в вертикальном положении с помощью специального механизма - вращателя.

При наезде гусеничной установки вращателя на проектную точку (проектное место расположения сваи), на нижний конец обсадной трубы надевается теряемый чугунный башмак, имеющий винтовую нарезку. После ввинчивания обсадной трубы с бетонной смесью на проектную отметку, выполняется обратное вращение с потерей в это время чугунного башмака. Обсадная труба обратным вращением поднимается из грунта с формированием в основании бетонного тела сваи с витообразной (ребристой) боковой поверхностью. Такая боковая поверхность позволяет существенно увеличить сопротивление трению и таким образом увеличить несущую способность сваи.

Подобные сваи, как правило, устраиваются с поверхности грунта, затем производится откопка котлована до проектной отметки (глубины), срезка верхней части голов свай, бетонирование подготовки и устройство армированного ростверка.

Набивные сваи с неизвлекаемой оболочкой

Принципиальная схема устройства свай с неизвлекаемой оболочкой (см. схему) заключается в том, что обсадная труба не извлекается, остаётся в грунте и защищает сваю от возможного агрессивного воздействия со стороны грунта или воды.

Схема технологии изготовления свай с неизвлекаемой оболочкой.

Сваи с не извлекаемой оболочкой могут быть выполнены с камуфлетным уширением пяты, выполненным после взрыва (ВВ) на данной отметке. Ствол такой сваи может быть заполнен литым бетоном, а в ряде случае, для сокращения сроков производства работ, в трубу может быть опущена сборная железобетонная свая.

Пример применения свай с неизвлекаемой оболочкой – это строительство вентиляционной шахты подводного туннеля в Нью-Йорке (см. схему).

Схема использования свай с не извлекаемой оболочкой при строительстве подводного туннеля.

По продольному профилю строящегося туннеля вверх свайного основания должен быть на 30 м ниже горизонта воды и на 21 м ниже уровня дна. Трубы для свай были выбраны диаметром 61 см со стенками толщиной 6,5 мм. Трубы спускались с понтона с поверхности воды и собирались из звеньев, соединенных муфтами. Верх трубы возвышался над самым высоким уровнем воды. Грунт из труб извлекался буровым способом и трубы опускались с заделкой в скалу. Затем опускались арматурные каркасы и бетонировались до отметки - 30,0м. После трубы срезались при помощи специального фреза, опущенного сверху в тубу на отметку – 30 м. Шахтную подстройку туннеля возводили кессонным методом.

11.  При наличии в сжимаемой толщи слабых грунтов необходимо проверить давление на них, чтобы убедиться в возможности применения при расчете основания (осадок) теории линейной деформативности грунтов.

         Необходимо, чтобы полное давление на кровлю подстилающего слоя не превышало его расчетного сопротивления, т.е.

         , где

и  - дополнительное и природное вертикальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента;

R_z – расчетное сопротивление грунта на глубине кровли слабого слоя, определяют по формуле СНиП, как для условного фундамента шириной b_z и глубиной заложения d_z.

Все коэффициенты в формуле (і_c1, і_c2, k, M_q, M_g и т.д.) находят применительно к слою слабого грунта.

         ; ; 

               ; 

Рис. 10.15. Расчетная схема к проверке давления на подстилающий слой слабого грунта.

         Ширину условного фундамента b_zназначают с учетом рассеивания напряжений в пределах слоя толщиной z. Если принять. Что давление  действует по подошве условного фундамента АВ, то площадь его подошвы будет составлять:

         , где

N_II – вертикальная нагрузка на уровне обреза фундамента;

- для ленточного фундамента 

- для квадратного фундамента

- для условного прямоугольного фундамента ,

         , где l и b – размеры подошвы проектируемого фундамента.

         Если проверка подстилающего слоя не выполняется, необходимо увеличить размер подошвы фундамента.