Сооружение фундаментов на забивных сваях

СООРУЖЕНИЕ ФУНДАМЕНТОВ НА ЗАБИВНЫХ СВАЯХ

При строительстве мостов наиболее широко применяют забивные сваи, обладающие, как правило, высокой несущей способностью в результате уплотнения окружающих сваи грунтов. Забивные сваи наряду с этим позволяют широко внедрять индустриальные методы в строительстве фундаментов.

Забивные сваи подразделяют по материалу и по конструкции. Деревянные сваи изготовляют из бревен или брусьев и применяют в основаниях временных подмостей, а иногда в фундаментах постоянных опор при условии их погружения ниже уровня грунтовых вод. При длине свай более 10 м обычно применяют пакетные сваи из трех или четырех бревен, скрепленных болтами. Широкие перспективы применения имеют клееные сваи из досок, склеенных водоупорными клеями и имеющих различные размеры сечений и длину до 16-20 м. Стальные сваи обычно изготовляют из труб прокатных профилей или шпунтин. Такие сваи в нашей стране почти вытеснены железобетонными сваями и оболочками.

Железобетонные сваи изготовляются преимущественно квадратного сечения, реже прямоугольного, круглого, двутаврового и других сплошных сечений. Наиболее употребительные размеры сплошных железобетонных свай: сечение от 25х25 до 45х45 см, длина от 5 до 25 м. Сваи армируют продольной и поперечной арматурой обычно из С5, бетона не ниже М-200.

Забивные сваи погружают в грунт сваебойными молотами и вибропогружателями. Для облегчения погружения часто используется подмыв свай напорной водой.

Погружение свай молотами. Свайные молоты применяют механические (подвесные), паровоздушные и дизельные.

Механические молоты, которыми сваи забивают за счет энергии свободного их падения, имеют небольшую производительность. Их применяют редко и для погружения свай небольших размеров.

Паровоздушные молоты широко используют для забивки железобетонных и стальных свай, в том числе для забивки тяжелых свай в плотные связные грунты. Работают такие молоты при помощи пара или сжатого воздухе; по своей конструкции и принципу действия их подразделяют на молоты одиночного и двойного действия.

Молоты одиночного действия бывают с ручным, с полуавтоматическим и с автоматическим управлением. Молоты с ручным управлением просты и надежны в работе, но имеют малую частоту ударов (до 25 в мин). Вес ударной части в молотах одиночного действия достигает 8000 кг.

Молоты двойного действия более производительны и работают автоматически, но имеют меньший вес ударной части, что ограничивает их применение для забивки тяжелых свай. Существуют паровоздушные молоты двойного действия, приспособленные для работы под водой.

В зимних условиях в паровоздушных молотах лучше применять не сжатый воздух, а пар, так как при пневматическом способе в механизмах конденсируется и замерзает вода.

Дизель-молоты находят широкое применение главным образом для забивки относительно небольших свай и подразделяются на штанговые, трубчатые и с воздушным буфером. В штанговых молотах ударной частью служит цилиндр, а в трубчатых - поршень. Вес ударной части от 400 до 2500 кг.

К недостаткам дизель-молотов относятся:

- низкий коэффициент полезного действия - до 60% кинетической энергии тратится на сжатие воздуха в цилиндре;

- неполноценность работы в начальный период и при слабых грунтах - при небольшом сопротивлении погружению не происходит достаточного сжатия горючей смеси и поэтому прекращается работа молота;

- неполноценна работа при низких температурах воздуха.

Общая организация свайных работ на мостостроительном объекте зависит от выбора механизмов для погружения свай. Выбор сваебойных агрегатов, в том числе свайных молотов, зависит от свойств грунтов, а также от веса сваи, ее конструкции, требуемой глубины погружения и несущей способности.

При этом исходят из необходимой энергии Wn удара молота, которую определяют по формуле:

где - несущая способность сваи по грунту.

Кроме того, проверяют соответствие веса молота и веса сваи по коэффициенту применимости молота:

где - вес молота;

             q - вес сваи;
              - паспортная энергия выбранного молота

Вес ударной части молота одиночного действия (включая дизель-молот) должен быть больше веса сваи при ее длине более 12 м. При длине сваи менее 12 м вес ударной части молота должен превосходить вес сваи более чем в 1,25 раза - при погружении в грунты средней плотности.

В различных грунтовых условиях эффект погружения свай может зависеть как от энергии удара молота, так и от частоты его ударов. Только при оптимальном соотношении всех параметров сваебойного агрегата, соответствующем конкретным грунтовым условиям, можно успешно погружать сваи в грунт.

Погружение сваи молотами в песчаные грунты, полностью насыщенные водой, в некоторых случаях оказывается затруднительным. Увеличение веса ударной части молота не дает при этом эффекта. Интенсивнее вытесняется вода и, следовательно, увеличивается скорость погружения сваи также подмыв грунта, при котором возникает поток воды вдоль стен свай, уменьшается трение и открывается путь для выхода свободной воды из пор грунта. При водонасыщенных песчаных грунтах предпочтительнее вибропогружение свай и забивка молотами с большой частотой ударов и с применением подмыва.

При погружении свай в глинистые грунты происходит их уплотнение, нарушаются структурные связи и как следствие часть связной воды переходит в свободную, т.е. грунт разжижается  (явление тиксотропин). Это явление облегчает погружение свай, причем происходит оно интенсивнее при относительно большей частоте ударов молота. Кроме того, возможность успешного погружения свай в глинистые грунты зависит от многих других причин и главным образом от консистенции и влажности грунта. Большие силы сцепления глинистых грунтов со сваей резко снижают эффект погружения; в водонасыщенных глинистых грунтах погружение затруднено даже при небольшой их плотности; в плотных глинистых грунтах сопротивление погружению возрастает. Подмыв свай в глинистых грунтах редко дает положительные результаты. В плотные глинистые грунты сваи лучше погружать свайными молотами с большим весом ударной части - паровоздушными молотами одиночного действия. Для облегчения погружения в глину трубчатых свай их иногда погружают с открытым концом и с извлечением грунта из их полости.