Фундаменты с пирамидальными сваями

Конструкции пирамидальных свай

Инициатором применения коротких пирамидальных свай (длиной до 5 м) является кафедра оснований и фундаментов Одесского инженерно-строительного института (ОИСИ).

Начиная с 1967 г. они вели работы по исследованию и внедрению в производство коротких пирамидальных свай с углом коничности 6-13°.

Применение таких свай длиной 1,6-4 м в ряде случаев позволило более полно использовать материал сваи и снизить стоимость строительства по сравнению с другими фундаментами, в том числе фундаментами на призматических или длинных сваях с малыми углами коничности.

Короткие пирамидальные сваи имеют форму усеченной пирамиды с относительно большими размерами верхнего торца сваи (600×600. 900×900 мм) и малыми — нижнего (70×70 или 100×100 мм). Длина таких свай принимается от 1,5 до 4,0 м, а угол коничности 5-13°.

При выборе размеров короткой пирамидальной сваи следует исходить из типа и характеристик несущего слоя грунта, его мощности, глубины промерзания, возможной длины сваи и угла ее коничности.

В зависимости от назначения, типа сооружения и условий работы пирамидальные сваи можно выполнять с верхним призматическим участком или без него, сплошными или полыми, с квадратным или круглым отверстием, со стаканом для установки стоек и колонн или с гнездом для установки пяты рамы.

Короткие пирамидальные сваи для фундаментов зданий изготавливают из железобетона с ненапрягаемой арматурой при прочности бетона не ниже 20 МПа.

Армирование пирамидальных свай

Марка бетона для свай, воспринимающих помимо вертикальных иные нагрузки, принимается по расчету. Доставленные на строительную площадку сваи должны соответствовать проекту, иметь паспорт и маркировочные знаки (индекс и дату изготовления), нанесенные несмываемой краской. Одна из двадцати свай подвергается контрольному обмеру.

Армирование пирамидальных свай, воспринимающих только вертикальную нагрузку, производится четырьмя продольными стержнями диаметром 10-12 мм. Хомуты диаметром 6 мм располагаются через 200-400 мм. В нижней части сваи выполняется спиральная обмотка. Для транспортировки и погружения свай предусмотрены подъемные петли. Усиление головы (верха) сваи достигается постановкой дополнительных сеток с ячейками 10×10 см из арматуры диаметром 6 мм. Для свай, воспринимающих горизонтальные нагрузки, в острие сваи устанавливается центральный стержень диаметром 22-25 мм.

Для погружения сваи вибропогружателем или агрегатом предусмотрены 2-4 стержня диаметром 10-12 мм с приваренными к ним болтами 22 мм.

Арматура в железобетонных сваях предназначена, в основном, для придания им необходимой прочности в процессе транспортировки и подъема перед забивкой. Для восприятия внешней нагрузки от сооружения арматура не требуется. Относительно небольшая длина пирамидальных свай и массивность верхней части позволили значительно снизить в них расход металла по сравнению с призматическими сваями.

Для фундаментов, воспринимающих только вертикальную нагрузку, разработана конструкция деревобетонных пирамидальных свай, у которых рабочая арматура заменена деревянными брусками сечением 30×30 мм. Расход металла в таких сваях составляет 15,8 кг/м 3 .

Изучение возможности применения деревобетонных пирамидальных свай для ленточных фундаментов проводилось на одном из объектов в Кременчугском районе. Деревобетонные сваи погружались в пески и суглинки.

При раскапывании четырех свай установлено, что только на одной, погруженной в суглинок, на высоте 0,5 м от нижнего торца появилась трещина шириной 0,4 мм. Произошло это, очевидно, при подъеме сваи в вертикальное положение для ее погружения. Другие сваи, в том числе и сваи с большим углом коничности (9° и 12°50), трещин не имели, что позволило сделать вывод о целесообразности применения коротких деревобетонных пирамидальных свай.

Исследования трещиностойкости коротких пирамидальных свай подтвердили необходимость расчета армирования на монтажные усилия. В результате такого расчета установлено, что прочность свай по нормальному сечению, а также трещиностойкость зависят от угла их коничности и длины. Сваи длиной от 2,5 до 4 м при малых углах коничности (5°; 5°40) и марке бетона 200 следует армировать симметрично арматурой из стали по 4 стержня диаметром не менее 10 мм. С увеличением угла коничности пирамидальных свай их армирование может быть выполнено конструктивно. В таком случае минимальная площадь поперечного сечения арматурной стали должна приниматься равной 0,05% площади поперечного сечения торцов пирамидальной сваи.

Короткие пирамидальные сваи должны изготавливаться в инвентарной опалубке на предприятиях стройиндустрии. На ряде сельских строительных комбинатов их изготавливают в комплексе с остальными сборными железобетонными конструкциями, предназначенными для строительства сельскохозяйственных зданий.

Для пирамидальных свай применяют одиночную, рядовую, спаренную или веерную опалубку кассетного типа. Одиночная опалубка может быть вертикальной и горизонтальной. Она проста в изготовлении, однако требует большого расхода материала на 1 м3 свай, а производство работ по бетонированию малопроизводительно.

Более прогрессивна веерная опалубка кассетного типа. Веерная опалубка может быть как деревянной, так и металлической. Одновременно в ней можно бетонировать десять и более пирамидальных свай в зависимости от размеров пропарочной камеры и длины сваи.

В одной и той же опалубке с определенным углом коничности можно изготовить сваи различной длины, что достигается установкой поперечных перегородок, ограничивающих длину сваи.

Во избежание вытекания бетона при вибрировании опалубку устанавливают под определенным углом к днищу пропарочной камеры с тем, чтобы верхняя поверхность бетона была горизонтальна. Укладка бетона в такую опалубку может производиться с помощью бетонораздаточной бадьи. Уплотнение бетонной смеси при всех рассмотренных способах изготовления коротких пирамидальных свай производится с помощью вибраторов.

Применение веерной опалубки дает возможность повысить производительность труда, механизировать и упростить технологию производства свай, сократить затраты труда в 4-5 раз, а расход материала на опалубку — в 2 раза.

Испытания коротких пирамидальных свай статической нагрузкой

Испытания свай статической нагрузкой проводятся с целью уточнения их несущей способности и размеров. Эти испытания должны предшествовать окончательной разработке наиболее целесообразного варианта фундаментов. По результатам контрольных испытаний свай статической нагрузкой проектная организация должна произвести корректировку проекта фундаментов на коротких пирамидальных сваях.

Количество свай, подлежащих испытанию, устанавливается проектной организацией в зависимости от грунтовых условий, типа сооружения и опыта проектирования фундаментов для аналогичных грунтовых условий.

Минимальное количество свай для статических испытаний согласно требованиям СНиП II-17-77 должно быть не менее двух.

Испытания свай статической нагрузкой могут производиться на действие осевых вдавливающей и выдергивающей нагрузок, на горизонтальную и моментную нагрузки, а также на вдавливание и выдергивание под действием наклонной нагрузки.

Тип испытательной установки выбирается с учетом требуемой максимальной нагрузки на сваю, геологических и местных условий строительной площадки.

Основное оборудование для испытания свай.

Устройства для загружения сваи (загрузочные платформы, гидравлические домкраты, грузы). Приборы для определения нагрузки на сваи (манометры, динамометры). Приборы для определения перемещения сваи (прогибомеры); система, выполненная из уголка или швеллеров, которая должна быть жесткой и неподвижной опорой для прогибомеров.

Для получения надежных результатов должна соблюдаться определенная последовательность выполняемых операций. Перед испытанием свай проверяется: готовность установки к испытаниям, соблюдение требований безопасности работ, правильность сборки испытательной установки, исправность домкрата и его предварительное испытание на стенде.

Испытания статической нагрузкой забивных свай проводится после их «отдыха». Продолжительность «отдыха» устанавливается программой полевых испытаний, но должна быть не менее 3 сут при прорезке сваей песчаных грунтов и не менее 6 сут при прорезке или залегании под нижним концом сваи связных грунтов.

При проведении испытаний пирамидальных свай статической нагрузкой должны соблюдаться требования СНиП II-17-77 и ГОСТ 5686-78. Испытания могут выполняться с применением анкерных свай. К рабочей арматуре анкерных свай приваривают стойки упорной стальной рамы. Анкерными сваями можно пользоваться только в грунтах с большим сопротивлением трения по боковой поверхности сваи и с обязательным контролем их перемещения в процессе испытаний.

При испытании свай с несущей способностью до 1000 кН в слабых и в просадочных грунтах с замачиванием удобно пользоваться платформой с наголовником стаканного типа. Платформа монтируется на головке сваи и раскрепляется растяжками. Загружают сваи в большинстве случаев плитами перекрытий при помощи автокрана.

Источник

Область рационального применения пирамидальных свай

Для определения рациональной области применения коротких пирамидальных свай были проведены исследования их несущей способности в различных грунтовых условиях. На 18 опытных площадках параллельно испытано статической нагрузкой 94 призматические и пирамидальные сваи.

Сопоставление несущей способности производилось по данным статических испытаний, как правило, доведенных до критической нагрузки, т. е. до предельного по несущей способности состояния грунта и явного срыва сваи. В тех случаях, когда не было выявлено явной критической нагрузки, т. е. преобладающими были деформации грунта, результаты сравнивались при равных осадках свай.

На строительной площадке 70-квартирного жилого дома в г. Полтаве были испытаны две пирамидальные сваи объем 0,360 м 3 и несколько призматических свай длиной 10 м объемом 0,9 м 3 . Сваи погружали в рыхлый насыпной грунт (мощность слоя 3,2 м), подстилаемый до глубины 6 м мелким илистым песком. По результатам испытаний статической нагрузкой несущая способность первой.. пирамидальной сваи составила 320 кН, второй — 280 кН, а призматических 480 кН. Средняя несущая способность пирамидальных свай, приведенная к единице объема бетона, оказалась в 1,6 раза выше несущей способности призматических.

Проведенные исследования не только показали возможность применения коротких пирамидальных свай в таких — грунтовых условиях, но и подтвердили их экономичность по сравнению с другими конструкциями фундаментов. Несущая способность пирамидальных свай, приведенная к единице объема, выше несущей способности как призматических, так и пирамидальных свай на площадке № 1. Такое увеличение несущей способности характерно при большей плотности естественного грунта.

Короткие пирамидальные сваи можно применять практически при любом уровне грунтовых вод. Так, в г. Бердянске Запорожской обл. здания строились в основном на ленточных фундаментах. Использование призматических свай длиной 10 м и более, здесь экономически неоправданно. Грунт представлен песками средней плотности водонасыщенными мощностью слоя 3-4 м. Под ними до глубины 9 м залегают заиленные отложения с небольшой примесью ракушки. Подстилающим слоем служат пески средней крупности и плотности.

Источник

8.1.5. Набивные сваи в уплотненном основании

Уплотнением основания повышается несущая способность набивных свай, которая достигает величин, соответствующих несущей способности забивных свай.

Основание уплотняется путем пробивки скважин длиной 2—6 м, диаметром 40—80 см инвентарными коническими трубами с закрытым нижним концом или литой булавовидной трамбовкой (рис. 8.5, а, в), либо путем уплотнения забоя пробуренной скважины тяжелыми цилиндрическими трамбовками с втрамбовыванием при необходимости щебня (рис. 8.5, б).

Такие сваи применяются в маловлажных устойчивых глинистых грунтах; они могут опираться на кровлю песчаных грунтов.

8.1.6. Пирамидальные сваи

Пирамидальные сваи различных конструкций, как забивные, так и набивные в выштампованном основании, применяются по отраслевым стандартам, ведомственным инструкциям и индивидуальным рабочим чертежам.

Как показано в работе [2], применение коротких пирамидальных свай с большим углом наклона боковых граней целесообразно в рыхлых и близких к ним песках, маловлажных тугопластичных глинистых грунтах, лессовых грунтах I типа по просадочности мощностью до 5 м при глубине промерзания до 1 м.

Такие сваи могут применяться для фундаментов жилых домов до 9 этажей, фундаментов производственных зданий (при количестве свай в кусте не более четырех), безростверковых фундаментов сельскохозяйственных зданий.

Пирамидальные сваи изготовляются ненапрягаемыми с поперечным армированием ствола и с напрягаемым центральным стержнем без поперечного армирования ствола (рис. 8.6). Характеристика пирамидальных свай по проекту Одесского инженерно-строительного института приведена в табл. 8.9.

ТАБЛИЦА 8.9. ХАРАКТЕРИСТИКА ПИРАМИДАЛЬНЫХ СВАЙ

Длина сваи, м	Ширина сечения, см		Площадь боковой поверхности, м 2	Объем сваи, м 3	Масса сваи, т
	верхнего торца	нижнего торца
1,6 2 2,5 3	70	10	2,45 3,66 4,55 5,43	0,29 0,49 0,61 0,73	0,71 1,22 1,52 1,82
3,5 4 5 6	80		6,31 7,23 9,06 10,90	0,85 0,97 1,22 1,46	2,12 2,47 3,02 3,66

8.1.7. Прочие виды свай

К прочим видам свай, имеющих специальное применение и изготовляемых по индивидуальным проектам, относятся сваи без острия, прямоугольные, булавовидные, керамзитобетонные, деревянные.

У свай без острия нижний конец армируется так же, как и верхний. За счет исключения острия несколько снижается трудоемкость изготовления свай, но уменьшение на 1—2 % расхода бетона перекрывается перерасходом цемента вследствие повышения класса бетона с В15—В20 до В25 и увеличением расхода арматуры на 1—5 %. Кроме того, энергоемкость погружения свай без острия примерно на 30 % выше, чем свай с острием. Такие сваи длиной 3—12 м, сечением 30×30 см могут применяться в пылеватых и мелких рыхлых и средней плотности песках, а также в глинистых грунтах от текучей до тугопластичной консистенции. Сваи квадратного сечения без острия изготовляются по проекту НИИПромстроя СССР (ТУ 65.185-82 Минпромстрой).

Прямоугольные сваи применяются в сооружениях, воспринимающих большие горизонтальные нагрузки, в том числе в причальных, набережных, подпорных стенах, ограждающих конструкциях. Рабочая документация на прямоугольные сваи сечением 25×35 см, длиной до 12 м разработана Мосинжпроектом (альбом 44/62, инв. № 374б, ТУ 400-1-58-80).

Булавовидные сваи длиной 6—12 м, сечением 30×30 см с уширением нижнего конца до 52×52 см, разработанные трестом Оргтехстрой Минстроя ЛатвССР, предназначены для увеличения несущей способности пяты сваи и могут применяться в рыхлых песчаных и мягкопластичных глинистых грунтах. Рабочая документация на булавовидные сваи разработана трестом Оргтехстрой Минстроя ЛатвССР (ТУ 21.0151-81 ЛатвССР).

В ряде районов страны нашли применение керамзитобетонные сваи, в которых в качестве крупного заполнителя применен керамзит, что позволяет на 20—30 % облегчить вес свай и тем самым уменьшить их продольное армирование и применить более легкие молоты для погружения свай.

В районах, где древесина является местным строительным материалом, на площадках, сложенных слабыми грунтами, а также туго-пластичными глинистыми грунтами и песками средней плотности, при высоком уровне грунтовых вод целесообразно применение деревянных свай. Применять эти сваи допускается для капитальных зданий и сооружений при условии постоянного положения голов свай ниже наинизшего горизонта подземной воды не менее чем на 0,5 м и для временных зданий и сооружений независимо от уровня подземной воды и при сооружении высоких ростверков в водоемах, где отсутствуют древоточцы.

Деревянные сваи изготовляются из лесоматериалов хвойных пород (сосны, лиственницы, пихты, ели) и могут быть цельными и составными одноствольными диаметрам 18—40 см; цельными и составными пакетными, состоящими из двух—четырех стволов, диаметром 32—80 см; одноствольными с уширенной пятой. Наибольшая длина цельных деревянных свай 8,5 м, составных — 25 м.

Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения

Источник