Технологические процессы погружения свай.свайные работы.сви
Свайные работы включают следующие технологические процессы: погружение свай и свай-оболочек, изготовление набивных свай, бурение скважин, срезку свай, пробную забивку и производственные испытания свай, устройство ростверка. Шпунтовые ограждения устраивают в виде сплошных рядов шпунта или труб различного диаметра.для защиты котлованов и траншей от грунтовых вод, организации противофильтрационных завес и перемычек в строительстве гидротехнических и других сооружений. Основным работам по устройству свайных фундаментов предшествуют подготовительные: завоз и складирование свай, свай-оболочек и шпунта; разбивка осей свайного поля и мест погружения свай; проверка состояния элементов и узлов сборки составных свай.
В процессе подготовки производства должны быть определены нормокомплекты машин(установки для забивки свай), механизмов, технологической оснастки, типы копрового и сваебойного оборудования, установлены технически и технологически целесообразные характеристики бурильных станков и бетонирующих агрегатов, сваепогружающих молотов и погружателей.
Работы по устройству свайных фундаментов осуществляются в следующей последовательности: планировка площадки; разбивка осей здания и рядов свай, пробная забивка свай и испытание их динамической и статической нагрузкой; погружение свай; сдача и приемка погруженных свай; срубка голов свай и подготовка их под ростверк; устройство ростверка; сдача и приемка ростверка.
СВАЙНЫЕ РАБОТЫ
Свайные работы выполняют при устройстве свайных фундаментов зданий и сооружений жилищного, промышленного, сельскохозяйственного и транспортного строительства, а также подпорных стен, шпунтовых ограждений, противофильтрационных завес, опор мостов, подземных сооружений. Свайные работы характеризуется высоким уровнем индустриальности и представляют собой совокупность комплексно-механизированных технологических процессов. Устройство свайных фундаментов позволяет значительно снизить трудоемкость работ нулевого цикла, сократить продолжительность строительства объектов, повысить качество работ.
Так, например, в слабых грунтах при замене ленточных фундаментов свайными можно уменьшить объем земляных работ на 70 - 85 % или полностью исключить их, сократить расход бетона на 25 - 40 % повысить надежность эксплуатации сооружений за счет уменьшения осадок основания.
В сложных грунтовых условиях (слабые водонасыщенные грунты, высокий уровень грунтовых вод, мерзлые пучинистые грунты, фундаменты глубокого заложения в стесненных условиях и др.) устройство свайных фундаментов - часто единственное целесообразное решение выполнения работ нулевого цикла, на долю которого приходится около 15 % трудовых затрат и до 40 % общей продолжительности строительства объектов.
В настоящее время в строительстве получили массовое применение забивные железобетонные сваи. Работы по их устройству составляют 90 % всего объема свайных работ: на другие типы свай, в том числе набивные сваи, приходится всего 10 %, хотя в ряде случаев они эффективнее забивных. Известно, что применение забивных железобетонных свай в плотных грунтах приводит к тому, что они не добиваются до проектных отметок или разрушаются в процессе забивки. Это приводит к перерасходу материала, недоиспользованию несущей способности и снижению эффективности применения свай.
При всем многообразии конструктивных решений свайных фундаментов важнейшее значение имеет правильный выбор типа свай с учетом инженерно-геологических и климатических условий строительства, конструктивных особенностей сооружений, величины и направления действующих нагрузок и других факторов, определяющих технологию свайных работ. Необходимо учитывать также всю сумму взаимосвязанных факторов строительного производства: изменяющиеся климатические и грунтовые условия; разнообразие видов свайных фундаментов и типов конструкций свай; широкую номенклатуру сваепогружающих машин; оптимальную технологию и организацию выполнения работ.
Способы (методы) погружения свай в грунт.
Различают следующие типы свай по способу их устройства на мерзлых и вечномерзлых грунтах:
буроопускные - погружаемые под действием собственной силы тяжести в предварительно пробуренные скважины, диаметр которых больше поперечного сечения свай (эти сваи получили распространение в жилищном строительстве Норильска и Якутска при выполнении фундаментов в твердомерзлых грунтах);
бурозабивные - погружаемые забивкой или вибрацией в ли-дерную скважину, имеющую диаметр меньше, чем поперечный размер сваи (опыт их использования накоплен в Воркуте, Магадане, Норильске при строительстве на пластично-мерзлых грунтах);
забивные - погружаемые с помощью молотов или вибрированием непосредственно в мерзлый грунт (такие сваи можно применять только в пластично-мерзлых грунтах без крупнообломочных включений при производстве работ в летнее и осеннее время, когда поверхностный слой грунта не в твердомерзлом состоянии, возможность их погружения выясняется на основании забивки пробных свай); забивные сваи в твердомерзлых грунтах практически не устраиваются из-за невозможности их погружения;
опускные - погружаемые под действием собственной массы в предварительно оттаянный грунт (сваи этого типа применяются в твердомерзлых грунтах и особенно широко в Якутске);
бурообсадные - полые круглые сваи-оболочки с ножевым кольцом, погружаемые путем разбуривания забоя через полость
свай и периодической забивкой (рекомендуются к применению при чередовании слоев талого и мерзлого грунта, а также при наличии грунтовых вод); полость сваи заполняется грунтом или бетоном;
буронабивные сваи - устраиваемые посредством укладки бетона в предварительно пробуренную скважину с установленным в ней арматурным каркасом (такие сваи применяются в Норильске при строительстве по принципу I, когда верхний слой грунта - талый; применение таких свай в вечномерзлых грунтах опробовано в Норильске и Якутске).
Выбор того или иного способа погружения свай в вечномерзлые грунты диктуется технико-экономическими обоснованиями с учетом технологических достоинств и недостатков выполнения работ.
Контроль качества погружения (забивки ) свай
Контроль качества работ по устройству свайного фундамента ведется пооперационно с оформлением актов подготовки котлована, подъездных путей, геодезической разбивки, погружения свай, устройства ростверка.
Основным требованием к качеству погружения сваи является достижение ею заданной несущей способности. Допустимая нагрузка на сваю зависит от глубины, точности и технологии ее погружения, а также от грунтовых условий. Наиболее достоверное значение несущей способности свай дает(опытная забивка свай,пробная забивка свай) их статическое испытание, однако оно трудоемко и длительно. Поэтому в процессе производства работ применяется менее точный, но простой и удобный в исполнении динамический метод испытания свай, сущность которого основана на корреляции зависимости сопротивления сваи и отказа.
Отказом сваи называется глубина погружения сваи в грунт от одного удара молота, определяемая как среднее арифметическое значение величины глубины погружения сваи от определенного числа ударов (залога). Число ударов в залоге для молотов подвесных и одиночного действия принимают равным 10 (для молотов двойного действия и вибропогружателей принимают число ударов или работу механизма в течение 2 мин). Этот фактический отказ сравнивается с расчетным (проектным), который устанавливают проектировщики исходя из инженерно-геологических условий, с целью контроля несущей способности сваи. Отказ замеряется в конце погружения сваи с точностью до 1 мм не менее чем от трех последовательных залогов. Свая, не давшая расчетного (проектного) отказа, должна быть подвергнута контрольной добивке после отдыха и засасывания ее в грунте в течение 6 суток - для глинистых и разнородных грунтов, 10 суток для водона-сыщенных мелких и пылеватых песков. 20 суток для мягко-и текучепластичных глинистых грунтов. Сваи, давшие ложный отказ, или сваи, не забитые на 10 - 15 % длины, следует подвергнуть обследованию с целью устранения причин, затрудняющих забивку. В случае; если отказ при контрольной добивке превышает расчетный, проектная организация должна провести контрольные испытания свай статической нагрузкой и откорректировать проект свайного фундамента или его часть.
Погружение свай может производиться как до проектного отказа, так и до проектной отметки (устанавливается проектом). Последнее возможно только в тех случаях, когда под острием сваи залегают слабые грунты и несущая способность сваи не превышает 200 кН.
Выбор способа, типа машин (копров) и оборудования для сваебойных работ
Выбор способа погружения свай зависит от грунтовых условий, конструкции, длины и массы сваи.
Наиболее распространенным способом является ударное погружение свай с помощью падающих механически^ и дизель-молотов, реже паровоздушных молотов. Ударный способ рационален для погружения цельных и составных железобетонных свай сечением 0,2х0,2 - 0,4х0,4 м, длиной до 30 м в любых грунтах.
Вибропогружение эффективно при наличии рыхлых песчаных грунтов и супесчаных водонасыщенных грунтов; вибровдавливание рекомендуется при погружении в мягкопластичные, текучепластичные и текучие суглинки и глины; применение вдавливания статической нагрузкой ограничивается глинистыми грунтами текучей консистенции. В ряде случаев применяют свайные погружатели комбинированного действия, например вибромолоты, в которых используется ударная сила молота и действие вибропогружателя, или установки статического вдавливания в сочетании с вибропогружателями.
Широко распространенная ударно-вибрационная технология погружения имеет ряд недостатков: необходимость усиленного армирования свай; значительное влияние ударных и вибрационных нагрузок на рабочие органы машины, близкостоящие здания; нарушение структуры грунта и неравномерность осадок фундаментов; высокий уровень шума и вибраций при забивке свай.
Поэтому в настоящее время продолжается поиск новых, более прогрессивных и эффективных технологий устройства свайных фундаментов и способов погружения свай с использованием предварительного бурения лидерных скважин, и методом вдавливания и завинчивания свай.
Выбор молота для забивки свай и свай-оболочек производят исходя из предусмотренной проектом несущей способности сваи (сваи-оболочки), ее массы и плотности грунта. Ориентировочно масса ударной части молота должна быть при длине сваи более 12 м не меньше массы сваи, при длине до 12 м - не менее 1,5 и 1,25 ее массы (если забивка ведется соответственно в плотных и связных грунтах). Можно также пользоваться указаниями СНиПа, в которых соотношение массы молота и железобетонной сваи к расчетной энергии удара рекомендуется принимать: не менее 3 - для подвесных молотов, не менее 5 - для штанговых дизель-молотов и не менее 6 - для трубчатых дизель-молотов и молотов двойного действия. Молоты двойного действия используют для забивки и извлечения легких трубчатых металлических свай и стального шпунта.
Сваи забивают в строго определенной технологической последовательности. Последовательно-рядовая схема забивки применяется в несвязных грунтах; в глинах и суглинках она приводит к неравномерным осадкам грунта, отклонению свай от проектного положения. Концентрическая схема забивки от краев свайного поля к центру характеризуется сильным уплотнением грунта в центральной зоне и выпиранием свай, поэтому ее следует применять в слабых, водонасыщенных грунтах. Концентрическая забивка от центра свайного поля к краям рекомендуется в слабосжимаемых грунтах, при других схемах сваи в процессе забивки могут отклоняться из-за неравномерного уплотнения и обжатия грунта. При секционной схеме забивки, применяемой в связных грунтах, забивают сначала сваи в граничных рядах секций, а затем ведут последовательно-рядовую забивку в пределах секций. Такая схема забивки позволяет равномерно распределить ^нагрузку на грунт по всей площади свайного поля. Необходимой точности погружения свай в плане и по высоте можно добиться за счет такой организации работ и применения оптимальных проходок копровых агрегатов, при которых отклонения свай будут минимальными. Так, например, повторная добивка свай, использование секционной схемы забивки и применение наклонных свай позволяют устранить выпирание последних и отклонение их от проектного положения.
При устройстве свайных фундаментов в виде кустов свай или свайного поля в котловане вытянутой формы шириной до 18 м целесообразно использовать мостовую копровую установку конструкции ЦНИИОМТП с координатно-шаговым механизмом, имеющим программное управление.
Универсальные самоходные копры типа СП-69 (рис. 4, б), смонтированные на платформе башенных кранов, обеспечивают забивку железобетонных свай длиной до 25 м.
Установка на базе крана для работ нулевого цикла может быть применена не только для забивки свай, но и для монтажа сборных элементов ростверка.
Погружение свай забивкой
В ППР свайных работ включаются технологические карты, исполнительные схемы, графики, технологические схемы погружения свай, излагается технология погружения свай и устройства ростверков.
Забивку свай выполняют в соответствии с исполнительной схемой свайного поля по рабочим чертежам проекта, содержащим данные о длине свай, их сечении, глубине погружения, величине отказа, направлениях перемещения копра, с соблюдением технологии забивки свай
Данные о погружении свай необходимо записывать в «Журнал забивки свай») В состав основных работ входят: перемещение копра или копровой установки к месту погружения сваи; строповка и подтягивание сваи к копру; установка сваи на точку погружения и выверка правильности ее положения; закрепление на свае наголовника; установка погружателя и расстроповка сваи; погружение сваи с выверкой ее положения; снятие погружателя и наголовника; срубка недопогруженной части сваи или забивка дублирующей сваи.
Виды свай и свайных фундаментов
Различают сваи забивные, или заводского изготовления, и набивные, которые устраивают непосредственно на строительной площадке в полостях пробуренных скважин заданного диаметра. Сваи-стойки, прорезая слои слабых грунтов, передают нагрузку своим острием на глубоко расположенный прочный грунт, а висячие сваи воспринимают ее преимущественно боковой поверхностью за счет сил трения по всей высоте сваи. Практически чаще всего имеет место сочетание этих двух состояний работы сваи. В соответствии с направлением погружения конструкций в грунт различают сваи вертикальные и наклонные. Анкерные и корневидные сваи применяют в тех случаях, когда фундамент предназначается для восприятия значительных горизонтальных и выдергивающих усилий.
Расположение свай в плане может быть: одиночным - под отдельно стоящие опоры; ленточным в несколько рядов - под стены зданий; кустовым - под тяжелые колонны и опоры; в виде сплошного свайного поля - под специальные высотные сооружения (дымовые трубы, доменные печи и т. п.).
Из забивных свай наиболее ударостойкими являются железобетонные предварительно напряженные сваи, верхняя часть которых дополнительно армируется или усиливается ударопрочным фибробетонным оголовком. Известно, что в процессе забивки свай в них возникают не только сжимающие, но и значительные растягивающие усилия, которые воспринимает стержневая, проволочная или прядевая арматура. Для изготовления свай используют бетон не ниже М200, для предварительно напряженных - бетон М300, М400.
При возведении фундаментов в слабых, неустойчивых, водонасыщенных грунтах находят применение следующие виды железобетонных свай: с уширениями по стволу; полые круглого сечения; призматические и пирамидальные. Последние, благодаря развитым наклонным поверхностям могут воспринимать большие, нагрузки по сравнению с призматическими при меньшем расходе материала. Ромбовидные сваи сплошного сечения рекомендуются на пучинистых грунтах.
Представляют интерес также сваи с инвентарной многократно используемой арматурой и составные многосекционные, которые стыкуются между собой сваркой закладных деталей, болтовым соединением металлических фланцев или замковыми устройствами специальной конструкции. В качестве анкерных инвентарных устройств широко распространены винтовые сваи металлические или комбинированные с использованием железобетона и пластмассы. Винтовой наконечник имеет диаметр лопасти, превышающий диаметр сваи, благодаря чему такие сваи хорошо воспринимают как вдавливающие, так и выдергивающие нагрузки.
Массовому внедрению забивных свай способствовало быстрое освоение серийного производства высокопроизводительного копрового и сваебойного оборудования (для коротких свай длиной до 8 м, длинных 16 - 20 м и составных), которое позволило прорезать толщу слабых грунтов и опирать сваи на прочные коренные породы.
Опыт применения свайных фундаментов показал, что весьма эффективной является конструкция свая-колонна, позволяющая полностью исключить работы по устройству ростверков, а также связанные с этим земляные работы. Использование свай-колонн при строительстве сельскохозяйственных объектов позволяет уменьшить стоимость работ нулевого цикла и сократить продолжительность строительства.
В особых условиях строительства, при возведении фундаментов глубокого заложения, применяют стальные сваи, которые изготовляют из прокатных профилей или труб длиной 20 - 30 м, а также трубобетонные стальные полые трубы, заполненные бетоном.
Шпунтовые сваи (деревянные, стальные и железобетонные) используют при устройстве сплошного ограждения, подпорных стен, временного ограждения котлованов и траншей. Металлический шпунт промышленного сортамента изготовляется различного профиля и может быть применен многократно.
Ростверк - конструкция, которая объединяет сваи и служит для равномерной передачи нагрузки сооружения на них и на грунтовое основание. Различают сборные, сборно-монолитные и монолитные высокие и низкие ростверки. При безростверковых свайных фундаментах для крупнопанельных зданий до двенадцати этажей вместо ростверков применяют сборные железобетонные оголовки, которые насаживают на головы свай и замоноличивают бетоном М200. Устройство монолитных ростверков свяла но с выполнением трудоемких опалубочных, арматурных и бетонных работ, которые отсутствуют при сборном варианте. Наиболее экономичны предварительно напряженные железобетонные ростверки.
