Фундаменты глубокого заложения свайные фундаменты

Фундаменты глубокого заложения. Условия применения и классификация фундаментов глубокого заложения: свай, свай-оболочек, опускных колодцев, кессонов, «стена в грунте».

Фундаменты глубокого заложения, как правило, применяются в случае необходимости прорезки слабых грунтов или для сооружений, передающих на основание значительные нагрузки. Такие фундаменты можно охарактеризовать следующими особенностями:

1) фундамент сооружается способами, исключающими необходимость предварительного вскрытия котлована;

2) работа основания, пригруженного значительной толщей вышележащих грунтов, под нагрузкой протекает иначе, чем при мелком заложении (разрушение основания в виде выпирания грунта на поверхность исключается);

3) при расчете фундамента на горизонтальные силы и моменты оказывается возможным учитывать заделку фундамента в окружающем его массиве грунта и передавать на этот массив значительные нагрузки;

4) вследствие того что способы производства работ обеспечивают плотное прилегание грунта к боковой поверхности фундамента, для восприятия вертикальных усилий наряду с реактивным давлением грунта по подошве фундамента могут быть введены в расчет силы трения, развивающиеся по боковой поверхности фундамента.

В качестве материала для фундаментов наиболее часто применяют железобетон, бетон, каменные материалы. В качестве рабочей арматуры, как правило, используют горячекатаную арматурную сталь класса А-III.

Фундаменты могут выполняться в монолитном варианте непосредственно на строительной площадке или в сборном варианте из заранее изготовленных на заводе элементов.

Фундаменты глубокого заложения применяют под здания и сооружения, чувствительные к неравномерным осадкам или передающие на фундамент значительные сосредоточенные нагрузки, необходимы надежные основания из скальных, полускальных пород или малосжимаемых грунтов. Такие основания обычно залегают на большой глубине, иногда в несколько десятков метров, и часто перекрыты водоносными пластами. В этих условиях применение открытого способа устройства фундаментов глубокого заложения технически сложно и экономически нецелесообразно. Их сооружают в виде глубоких буровых опор, опор из тонкостенных сборных оболочек, стен, сооружаемых методом «стена в грунте», отпускных колодцев, кессонов.

Свайные фундаменты Свайные фундаменты обычно включают сваи и соединяющий их ростверк, но в ряде случаев ростверк может отсутствовать. Сваи в фундаментах под стены зданий обычно располагаются параллельными рядами (обычно в 1…4 ряда в зависимости от погонной нагрузки и несущей способности принятых свай). При восприятии сосредоточенных нагрузок от отдельных опор сваи располагаются «кустами» (чаще всего по 4…12 свай). Если несущая способность свай достаточно высока или сосредоточенная нагрузка мала, можно ограничиваться одной сваей под опору («односвайный фундамент»). В частности, при нагрузках на опору менее 300кН очень эффективными могут быть сваи-колонны, выполняющие одновременно функции фундамента и колонны.

Ростверки выполняются из монолитного, реже сборного железобетона. Если ростверк опирается непосредственно на грунт, он называется низким если между ним и грунтом остается зазор – высоким. В ряде случаев могут быть наиболее эффективными безростверковые свайные фундаменты: на сваях монтируются железобетонные наголовники (на строго заданных отметках), и надземные конструкции опираются непосредственно на них.

Последние десятилетия разработано много новых конструкций свайных фундаментов, которые экономически более эффективны, чем традиционные типы, но чаще всего сложней их.

В настоящее время сваи изготовляются в основном из железобетона. В отдельных случаях могут использоваться другие материалы (дерево, сталь), но это бывает редко. В мировой практике известно около 500 видов свай, однако, широкое применение имеют лишь очень малая их часть. Существуют различные классификации свай, среди которых в первую очередь следует назвать разделение свай по месту их изготовления:

• сваи, изготовляемые на заводе, доставляемые в готовом виде на строительную площадку, и погружаемые в грунт забивкой, вибрированием или вдавливанием (такие сваи обычно называют «забивными» независимо от способа погружения)

• сваи, изготовляемые непосредственно на строительной площадке (с использованием специальных машин и монолитного бетона).

В нашей стране наибольшее распространение получили предварительно изготовленные (забивные) сваи, что в значительной мере связано с суровыми климатическими условиями нашей страны, а также с общей ориентацией строительной отрасли быв. СССР на сборный железобетон.

За рубежом сваи, изготовляемые на строительной площадке, используются шире, чем готовые сваи, погружаемые забивкой или другими способами.

Сваями, сваями-оболочками называются относительно длинные, различной конфигурации конструктивные элементы, погружаемые в грунт или формируемые в нем в вертикальном или наклонном положении. Эти элементы передают нагрузки от сооружения на основание за счет сопротивления грунта по торцу и по боковой поверхности конструкции.

Свайными конструкциями называют группу свай или свай-оболочек, объединенных поверху плитами или фундаментными балками-ростверками, которые обеспечивают передачу и относительно равномерное распределение нагрузки от сооружения на сваи и их совместную работу. На них возводят несущие конструкции или они сами служат несущими конструкциями.

В зависимости от условий работы конструкции и направления действующих на нее сил все сваи погружают вертикально, наклонно или часть свай — вертикально, а часть — наклонно, учитывая при этом, что сваи лучше всего работают на осевое сжатие.

рис. 8.1. Свайные конструкции а — с высоким ростверком; б — с низким ростверком; 1 — сваи; 2 – ростверк

Различают свайные конструкции с высоким ростверком, нижняя поверхность которого расположена выше отметки спланированной земли или размыва грунта около сооружения, и с низким ростверком, подошва которого расположена ниже этих отметок (рис. 8.1). Сваи с высокими ростверками являются своеобразными инженерными сооружениями (мосты и их опоры, причалы, пирсы и др.), в которых сваи могут работать на изгиб, центральное и внецентренное сжатие и растяжение. Эти конструкции рассчитываются как плоские или пространственные рамы, где ростверк принимают за жесткий или гибкий ригель, а сваи, заглубленная часть которых является фундаментом, — за вертикальные или наклонные гибкие стойки. Конструкция сваи с низким ростверком состоит из совместно работающих ростверка, свай и грунта в межсвайном пространстве и их рассматривают как свайный фундамент. В этих конструкциях сваи почти полностью погружены в грунт и работают преимущественно на сжатие.

В промышленных и гражданских зданиях, в которых преобладают вертикальные нагрузки, к свайным фундаментам относят сваи с ростверками, расположенными на поверхности или несколько возвышающимися над по­верхностью земли или над отметкой подполья. Наземные конструкции зданий и сооружений возводят непосредственно на ростверках или между ростверком и конструкциями предусматривают дополнительные элементы — стеновые блоки или специальные конструкции нижних панелей стен зданий, которые непосредственно устанавливаются на сваи.

Широкое применение в промышленном и гражданском строительстве свай, свай-оболочек и свайных фундаментов обусловлено увеличением нагрузок на опоры, увеличением объема строительства на площадках с плохими грунтовыми условиями в связи с запрещением использования участков, занятых сельскохозяйственными угодьями, а в ряде случаев более простым и экономичным решением конструкций подземных частей зданий.

Сваи, сваи-оболочки и тонкостенные оболочки различают по ряду признаков: по материалу, по условиям изготовления и погружения, по передаче нагрузки на грунты основания, по размерам и формам поперечного и продольного сечения, по взаимодействию с грунтами.

Источник

Свайный фундамент

Опубликовано 28.06.2020

Содержание

Общее описание свайного фундамента

Свайный фундамент относится к фундаментам глубокого заложения – передача нагрузки на основание происходит не только по подошве, но и по боковым граням сваи, что происходит за счет трения и сцепления с грунтом основания. Устройство такого фундамента – довольно сложный процесс, требующий значительных трудозатрат, а также применения специальных технологий, оборудования и механизмов. Проектировать свайный фундамент целесообразно в случаях, если:

• строительный участок имеет сложные геологические условия;
• несущая способность основания недостаточна для устройства фундаментов мелкого заложения – ленточных, столбчатых или плитных.

К сложным горно-геологическим условиям можно отнести такие типы сжимаемых оснований: просадочные, насыпные или пучинистые грунты, а также условия вечной мерзлоты, болотистую местность. Свайный фундамент менее подвержен деформациям, связанным с изменениями характеристик грунтов при их намокании, проседании, сдвиге геологических слоев. Такой тип фундамента является более стабильным, он менее подвержен перемещениям при нагрузке, осадке и крену.

Необходимость устройства свайного фундамента также может возникнуть, если грунты основания имеют низкую несущую способность. При выполнении расчета, может оказаться, что площади подошвы плитного фундамента недостаточно или плита требуемых размеров значительно выступает за контур здания. Свайный фундамент в подобном случае позволит использовать в качестве основания нижележащие слои.

Срок службы

Долговечность свайного фундамента зависит от материала, из которого выполнены сваи, а также условий их работы. В большинстве случаев расчетный срок службы такого основания составляет 50-100 лет. Более долговечными являются железобетонные сваи. Металлические и деревянные сваи имеют меньший срок службы и требуют дополнительной обработки. Точный срок службы должен определяться для каждого типа свай и конкретных условий среды. При этом следует учитывать опыт проектирования и строительства в условиях конкретной местности.

Типы свайного фундамента, материалы и особенности

Фундаменты данного типа могут иметь различную конфигурацию, сваи выполняться из разных материалов и отличаться формой.

Компоновка свайного фундамента

По конструктивному решению свайный фундамент может быть представлен:

• одиночными сваями;
• свайными кустами;
• свайными лентами;
• свайными полями.

Одиночные сваи, как правило, используются в качестве фундаментов под колонны и стойки, нагрузка на которые не достигает больших значений. Такая конструкция фундамента может применяться для опор линий электропередач, а также других мачтовых или башенных конструкций, возводимых на нестабильных, слабонесущих грунтах.

Свайные кусты представляют собой несколько забитых неподалеку друг от друга свай, объединенных вышележащей конструкцией – ростверком. Как и одиночные сваи, кусты являются фундаментами под колонны. Но надежность и несущая способность такого фундамента будет значительно выше, чем у одиночной сваи. Для любого конструктивного решения свайного фундамента справедливо минимальное расстояние между сваями – оно не должно быть меньше трех условных диаметров сечения сваи.

Свайные ленты обычно устраиваются в качестве фундаментов для стен. Сваи забиваются в один или несколько рядов, образуя вытянутые ленты. В таком случае применяется ростверк балочного типа.

Свайные поля проектируются в качестве фундаментов для многоэтажных зданий, а также сооружений, передающих значительную нагрузку основанию. Отличительная особенность свайного поля – расположение свай под всем зданием и устройство общего плитного ростверка, повторяющего контур здания.

Можно провести аналогию между конструктивным решением и компоновкой фундаментов мелкого заложения и свайными: одиночные сваи и кусты соответствуют столбчатым фундаментам; ленты свай – ленточным, свайные поля – плитным фундаментам.

Ростверки

Ростверк – элемент свайного фундамента, обеспечивающий совместную работу группы свай. Устраивается для свайных кустов, лент, полей. По способу взаимодействия с грунтом ростверк может быть низкий или высокий.

Низкий ростверк погружен в грунт, при его проектировании действуют те же принципы, что и при проектировании фундаментов мелкого заложения. Основные из них: низ ростверка должен находиться ниже глубины промерзания грунта, также требуется обеспечить гидроизоляцию фундамента. Главная особенность низкого ростверка – нагрузка от вышележащих конструкций передается основанию не только по поверхностям свай, но и по подошве ростверка. Его можно рассматривать как фундамент мелкого заложения и учитывать при расчете.

Высокий ростверк устраивается выше уровня планировки, таким образом, он не соприкасается с грунтом. Это решение рекомендуется применять для болотистой местности, а также на основаниях с повышенным уровнем грунтовых вод.

Сваи-стойки и висячие сваи – отличия, особенности

По способу взаимодействия с грунтом сваи можно разделить на:

Висячие сваи передают нагрузку на основание за счет сил трения и сцепления, возникающих между боковыми поверхностями сваи и грунтом основания. Для такого решения фундамента требуется расчет осадок, так как сваи располагаются в сжимаемом грунте в свободном состоянии, не связаны с прочными инженерно-геологическими слоями основания. Висячие сваи применятся в тех случаях, когда в ходе инженерных изысканий на строительном участке на доступной глубине не были обнаружены грунты, которые могли бы стать опорным слоем для свай-стоек.

Сваи-стойки передают нагрузку от здания на прочный несжимаемый слой основания, который служит опорой для них. Задача сваи-стойки – пройти ненадежные верхние слои грунта и обеспечить опирание фундамента на нижележащие слои, если они обладают требуемой несущей способностью. Классическим случаем устройства свай-стоек является геологическая ситуация, при которой под слабонесущим сжимаемым верхним слоем грунта находится прочный слой, представленный, к примеру, скальным грунтом. Нередко такой тип фундамента устраивается для насыпных оснований: сваи проходят насыпной слой грунта и достигают нижележащего целика, представленного плотным суглинком естественного происхождения.

Грунты, которые могут являться несущим слоем для свай-стоек:

• скальные;
• крупнообломочные;
• плотные глинистые.

При расчетах фундаментов на сваях-стойках в большинстве случаев пренебрегают силами трения по боковым поверхностям сваи. Необходимо обеспечить прочность сваи: по типу работы под нагрузкой данный тип свай напоминает колонны. В большинстве случаев, необходим только расчет прочности свай; расчет по деформациям – осадке фундамента, не требуется. Этот факт также является характерной особенностью данного вида свайного фундамента.

Способы погружения свай в грунт

Ввиду большого разнообразия конструктивных и технологических решений устройства свайного фундамента, существует множество способов установки свай в проектное положение. Основные из них:

Эти способы можно условно разделить на две категории: с выемкой грунта и без. Забивные и набивные сваи устраиваются без выемки грунта, буровые и винтовые – с выемкой.

Забивные сваи

Забивные сваи погружаются в грунт при помощи дизель-молотов, вибропогружателей, вибровдавливателей и других подобных механизмов. В основном, забивные сваи изготавливаются из железобетона, имеют довольно большое поперечное сечение. Длина забивных свай зависит от площади поперечного сечения. Наиболее распространены сваи сечением от 300х300 до 500х500, длина которых составляет от 3 до 14м. Предусмотрена возможность устройства составных свай большей длины.

• относительная простота выполнения работ;
• не требуются вспомогательные земляные работы;
• возможность проведения работ в зимнее время;
• не производится бетонирование свай в грунте.

• создание вибрации, которая может нарушить фундаменты соседних строений;
• перерасход арматуры, так как требуется, чтобы свая выдерживала транспортные и монтажные нагрузки;
• значительный процент сломанных и недобитых свай.

Для установки забивной сваи в вертикальное положение используется специальный механизм – копер. Забивание свай, чаще всего, производится при помощи гидромолота. Погружение сваи происходит до требуемой глубины, может быть остановлено, если отказ сваи – расстояние, на которое она погрузилась за один удар, будет меньше заданного значения.

Набивные и буровые сваи

Устраиваются в шурфах, пробитых при помощи извлекаемой сваи или инвентарной трубы (болванки). Полученная скважина заполняется бетонной смесью. Скважины буронабивных свай выполняются при помощи установок шнекового бурения, погружения извлекаемых и не извлекаемых обсадных труб. Диаметр свай данного типа составляет 0,5-1,2 м, длина – до 25м.

• не требуется доставка габаритных сборных элементов на строительную площадку;
• оптимальное использование арматуры;
• возможность устройства наклонных свай, а также свай с расширяющейся пятой.

• низкая скорость выполнения работ за счет наличия дополнительных операций;
• сложный процесс бетонирования;
• набивные сваи не рекомендуется устраивать в грунтах, имеющих агрессивную к бетону среду.

Буровые инъекционные сваи могут успешно применяться при реконструкции ветхих строений. Такой метод не создает вибрацию, бурение можно проводить в непосредственной близости от постройки. Пробуренная скважина заполняется специальным раствором. Такой метод применялся для реконструкции исторических зданий, построенных на деревянном свайном фундаменте.

Винтовые сваи

Устройство винтовых свай является частным случаем буровых свай. Отличительная особенность метода – материал и форма самой сваи. Винтовые сваи изготавливают из металла, на их конце выполнены специальные лопасти, обеспечивающие возможность ввинчивания сваи, а также большую площадь трения и опорную пяту. Длина таких свай может достигать 12м. Винтовые сваи часто применятся для усадебного строительства на болотистой местности или на слабых, нестабильных грунтах.

• сравнительно простая и быстрая технология монтажа;
• возможность проведения работ в зимнее время;
• хорошее сопротивление осадке и выдергиванию фундамента.

К недостаткам буровых свай следует отнести необходимость тщательной антикоррозионной обработки. Сваи необходимо ввинчивать аккуратно, чтобы не повредить защитный слой.

Материал свай

В зависимости от технологии монтажа и условий площадки, для выполнения свай могут применяться следующие материалы:

• сборный железобетон – для забивных свай;
• монолитный железобетон – для набивных, буровых
• цементные растворы – для буровых инъекционных;
• древесина – для забивных;
• металл – винтовых, забивных свай.

Сваи из сборного железобетона изготавливаются на специализированных предприятиях по типовым каталогам и сериям. За счет правильной технологии твердения, бетон таких свай имеет большую прочность, меньше подвержен разрушению в агрессивных средах.

Монолитный железобетон применяется для заполнения пробуренных или продавленных скважин. Технология правильного бетонирования таких свай довольно сложная: необходимо подавать бетонную смесь на значительную глубину, предотвращая ее падение с большой высоты, иначе бетон расслоится. Инъекционные растворы имеют мелкий наполнитель, в них добавляется значительное количество модификаторов для лучшего заполнения глубоких скважин небольшого диаметра.

Деревянные сваи применяют для временных построек в тех регионах, где дерево является доступным распространенным материалом. Для таких свай требуется дополнительная обработка составами, предотвращающими гниение материала.

Забивные сваи могут выполняться из стали, как из прокатных профилей, так и в виде составных сечений. Наиболее распространены винтовые металлические сваи.

Сечения свай

Сваи могут иметь следующие формы поперечного сечения:

• прямоугольное, квадратное;
• тавровое, двутавровое;
• круглое.

Железобетонные забивные сваи-стойки имеют, в основном, прямоугольное сечение. Висячие сваи могут проектироваться таврового и двутаврового сечения для обеспечения большей площади боковой поверхности. Такое сечение обеспечивает большую жесткость и прочность на изгиб. Буровые сваи имеют круглое сечение.

По типу продольного сечения, сваи разделяются на:

• прямоугольные (призматические);
• пирамидальные;
• трапециевидные;
• с расширенной пятой.

Последние три типа лучшим образом подходят для устройства висячих свайных фундаментов в сжимаемом основании.

Технология

Каждое конкретное решение свайного фундамента имеет свою технологию монтажа. В общем виде устройство свайного фундамента производится в следующей последовательности.

1. Подготовительные работы. Горизонтальная планировка участка, выноска в натуру осей, разметка местоположения свай.
2. Погружение свай в грунт. Производится согласно технологии для конкретного типа свай.
3. Обрубка концов недобитых свай, устройство свайного ростверка.

Технология устройства свайного фундамента для каждого типа свай описана выше. Следует отметить, что при выборе способа монтажа следует руководствоваться не только экономической целесообразностью, но и опытом проектирования в каждом регионе строительства. Местные проектные институты разработали типовые технологические карты, в которых содержится полная информация по технологии производства работ, составлены графики работы, а также спецификации требуемых машин, механизмов, оборудования и материалов.

Свайный фундамент может стать единственным приемлемым решением для слабонесущих грунтов и сложных геологических условий. В остальных случаях следует руководствоваться принципами экономической и технологической целесообразности. Устройство свайного фундамента может потребоваться для высотных зданий, ответственных или уникальных объектов. Такое решение позволяет повысить надежность основы постройки, предотвратить нежелательные деформации и перемещения.

Несмотря на технологическую сложность, в ряде случаев устройство свайного фундамента может быть экономически оправдано. Устройство свайного фундамента не требует больших объемов земляных и бетонных работ, возведение можно проводить в зимнее время без дополнительных мероприятий. Применение свай может сократить срок выполнения работ. Яркий тому пример – возведение фундаментов коттеджей с применением металлических винтовых свай.

К преимуществам свайного фундамента следует отнести:

• возможность устройства в особых геологических и климатических условиях;
• высокая надежность и стабильность фундамента;
• небольшой объем земляных и бетонных работ;
• большое количество разнообразных конструктивных и технологических решений.

Однако свайный фундамент имеет ряд недостатков, связанных в основном со сложностью технологии возведения. Среди них:

• потребность в специальных машинах и механизмах;
• требуется квалифицированный персонал;
• существует значительная вероятность возникновения непредвиденных трудностей на стадии возведения.

Также следует отметить, что в большинстве случаев стоимость свайного фундамента будет выше, чем аналогичных фундаментов мелкого заложения.

Источник