Свайные работы в особых условиях

Трубчатые сваи

Для высотных гражданских и большепролетных промышленных зданий устраивают свайные фундаменты с нагрузками на опору порядка 500—1000 т и более. Одним из экономичных решений для таких объектов являются фундаменты на трубчатых сваях.

Многолетний опыт эксплуатации сооружений, возведенных на трубчатых сваях, подтвердил надежность таких фундаментов, малые величины осадок. В отечественной практике применяют трубчатые сваи различного типа.

Трубчатые сваи с закрытым нижним концом диаметром до 400 мм изготовляют методом центрофугирования. Технология их погружения подобна технологии забивки полнотелых прямоугольных свай. Полость трубы заполняют песком или бетоном.

Несущую способность таких свай определяют по формулам, применяемым для расчета забивных свай согласно СНиП 11−17—77.

Трубчатые сваи, открытые снизу, погружаемые без выемки грунта из полости трубы, могут иметь внизу кессонный нож. Изготовляют такие сваи диаметром от 0,3 до 2,0 м методом центрофугирования, применяют их в промышленном и гражданском строительстве. Работают такие сваи совместно с образуемым при забивке грунтовым ядром.

Трубчатые сваи, открытые снизу с кессонным ножом, погружаемые с выемкой грунта из. полости трубы, изготовляют диаметром от 0,8 м и более. Погружают такие сваи методом вибрации, после чего полость трубы заполняют бетоном. Их применяют в промышленном и гидротехническом строительстве при значительных нагрузках на опоры (мостовые конструкции и др.).

С 1959 г. трестом № 101 Главленинградстроя и другими организациями началось массовое сооружение фундаментов под крупнопанельные здания на железобетонных трубчатых сваях без выемки грунта из полости трубы. Строительные площадки, где применяли трубчатые сваи, были представлены слабыми грунтами текучей и текуче-пластичной консистенции, оторфованные. В этих грунтовых условиях острия свай достигают слоев малосжимаемых грунтов из песков средней крупности и средней плотности.

Выполненный Ленпроектом анализ показал, что по сравнению с полнотелыми квадратными сваями применение трубчатых свай позволяет снизить стоимость фундаментов на 25—30%.

В качестве трубчатых свай были применены типовые железобетонные трубы наружным диаметром 66 и 76 см., толщиной стенок 7— 8 см без металлических поясов на торцовых плоскостях. Сваи, погруженные на глубину более 6 м, соединялись железобетонными элементами (трубы меньшего диаметра), как показано на 6.1.

Трубчатые сваи погружали стандартными копровыми агрегатами с применением штанговых дизель-молотов С-268 и С-330. Процесс погружения свай при прорезании толщи слабых грунтов проходил интенсивно, но при достижении низом свай зоны плотных грунтов, когда в полости трубы начинала образовываться грунтовая пробка, скорость погружения резко снижалась до момента завершения процесса забивки и получения расчетных отказов Для оценки качества работ на каждом корпусе выполняют статические испытания 2—4 контрольных свай, определяя не только величину их несущей способности, но и возможную осадку от расчетных нагрузок. Окончательное решение о приемке свайного фундамента принимают по материалам статических испытаний, если они подтверждают достижение сваями расчетных нагрузок и величину неравномерности осадок испытанных свай, находящихся в пределах допустимой неравномерной осадки здания.

Здания, возведенные в Ленинграде на трубчатых сваях, хотя получили абсолютные осадки 10—15 см, величина неравномерности осадки их находится в пределах нормы, что обеспечило надежность фундаментов.

Практика применения трубчатых свай с открытым нижним концом без выемки грунта из полости трубы показала целесообразность их использования в слабых грунтах, когда нижний конец сваи достигает грунтов, в которых возможно образование плотного грунтового ядра.

Грунтовое ядро. При изучении условий образования грунтового ядра в нижней полости трубчатой сваи Г. В. Конаковым было показано, что песчаный грунт, попадающий в полость трубы при погружении сваи, в результате динамического воздействия на него за счет увеличения сил трения по внутренней полости уплотняется настолько, что частицы грунта сдвигаются не по контакту «грунт — стенка трубы», а по схеме «грунт— грунт». В результате песчаные частицы заклиниваются, образуя в полости трубы грунтовое ядро.

Наличие такого ядра позволяет принимать расчетные сопротивления R по полному сечению трубчатой сваи, что дает экономию в расходе бетона и позволяет повысить расчетные нагрузки на сваю.

В мягкопластичных, пластичных глинистых грунтах, а также во влажных песках мелкой и средней крупности грунтовые ядра в полости трубчатых свай образуются менее эффективно; возводить на них фундаменты из таких свай не рекомендуется.

Опыт строительства фундаментов на трубчатых сваях без выемки грунта из полости трубы показал, что с увеличением глубины погружения в несущий слой происходит активное формирование грунтовой пробки, которая повышает несущую способность сваи. При этом с увеличением глубины погружения плотность грунтового ядра и несущая способность будут увеличиваться. Однако для погружения свай с целью увеличения их несущей способности нагрузок требуются молоты повышенной массы.

Для обеспечения погружения свай на повышенные расчетные нагрузки трубчатые сваи целесообразно применять с металлическими обоймами в торцах, конструкция которых разработана ВНИИГСом.

Трубчатые сваи больших диаметров погружают вибропогружающими механизмами. Сваи устанавливают в специальные кондукторы, жестко прикрепляемые к береговым опорам, плавучим средствам, базовым сооружениям или к якорным устройствам, которые устраивают для крепления кондукторов.

Вибропогружатель устанавливают на специальные наголовники, которые крепят к свае-оболочке (см. 5.9), или используют другие приспособления, обеспечивающие жесткое крепление вибропогружателя на свае.

В строительстве гидротехнических сооружений и мостов применяют трубчатые сваи с кессонным ножом диаметром более 1000 мм, ствол которых после погружения заполняют бетоном или песком.

Выемка грунта из ствола сваи, являющаяся сложной и трудоемкой операцией, производится специальными механизмами: грейферами, эрлифтами, гидроэлеваторами или гидрожелонками. Грейфер при раскрытом положении челюстей должен иметь диаметр на 0,3 м менее внутреннего диаметра трубчатой сваи.

Грунт из полости сваи-оболочки вынимают при выключенном вибропогружателе. Число остановок процесса погружения зависит от физико-механических свойств грунтов, интенсивности образования грунтовой пробки и диаметра трубы.

Основным базовым механизмом для погружения свай-оболочек диаметром более 400 мм является гусеничный (или плавучий) кран, грузоподъемность которого определяется характеристиками конструкции сваи, выбранными сваепогружающими механизмами и методом производства работ.

Трубчатые сваи диаметром от 0,9 до 0,8 м, длиной от 3 до 40 м изготовляют по рабочим чертежам ГПИ Фундамент проект (ГОСТ 37 382—72 «Сваи полые круглые и сваи-оболочки железобетонные).