Бетонные и железные сваи

Бетонные сваи

БЕТОННЫЕ И ЖЕЛЕЗНЫЕ СВАИ. При расположении грузных сооружений на слабых грунтах является потребность в предварительном укреплении самого грунта, что достигается путем внедрения в такой грунт на некоторую глубину постороннего тела - сваи. По физическому свойству непроницаемости тел свая, погружаемая в грунт, вытесняет собой некоторый объем этого грунта, который, распределяясь в пустотах естественной залежи его, создает в последнем область уплотнения вокруг боковой поверхности сваи. Эта область уплотнения (фиг. 1) может быть построена геометрически, если только известны значения δ и s:

Расчет свай

где ξ - коэффициент вытеснения грунта.

По опытам Штерна, для песка ξ = 1,59, для глины ξ = 1,96, для насыпного песчаноглинистого грунта ξ = 1,02.

Свая - область уплотнения

Зная величину δ ширины области уплотнения, можно определить, на каких взаимных расстояниях нужно расставить сваи так, чтобы пространство грунта между ними было уплотнено до желаемого предела, и т. о. регулировать степень сопротивляемости грунта. Расчет отдельно стоящей сваи м. б. произведен статическим или динамическим способами. Статический способ дает такие значения сопротивления сваи:

Статический расчет отдельно стоящей сваи

Здесь Δ - вес 1 м3 грунта, а ϕ - угол трения грунта, α - половина угла заострения сваи, l- расчетная длина и α1 - угол коничности сваи. Динамический способ насчитывает свыше 60 формул различных авторов. Наиболее употребительные из них:

Динамический расчет отдельно стоящей сваи

Здесь W - временное сопротивление сваи, R - вес бабы, Q - вес сваи, h - высота падения бабы, t - осадка сваи при последнем ударе, F - площадь поперечного сечения сваи.

Сравнение способов расчета. Статический метод дает возможность, зная по данным бурения угол трения ϕ и вес 1 м3 грунта Δ, определить сопротивление сваи в зависимости от размеров и вида сваи, а равно и от качества грунтов, проходимых сваей. Динамический способ определяет сопротивление сваи ударным действиям во время самого производства работ, и потому при составлении предварительного проекта он оказывается неприложимым.

Форма сваи. Как показывают исследования, на сопротивляемость сваи большое влияние оказывает геометрический вид ее вертикального сечения (фиг. 2).

На сопротивляемость сваи большое влияние оказывает геометрический вид ее вертикального сечения

Что же касается геометрического вида поперечного сечения свай одинаковых площадей, то здесь разница сопротивлений столь незначительна, что можно с достаточной для практических целей точностью принять положение, в силу которого сваи, имеющие равные площади, но представляющие в своих поперечных сечениях различные геометрические фигуры (круг, треугольник, квадрат, многоугольник и т. д.), дают одно и то же сопротивление.

Материал свай. Наиболее распространенным материалом для свай в настоящее время являются бетон и железобетон, как материал более долговечный по сравнению с деревом и более экономичный по сравнению с железом. Особенность бетона в сваях: во-первых, более жирный состав его (1 : 1,5 : 3 и не более 1 : 2 : 4) и, во-вторых, более мелкие предельные размеры входящего в состав бетона щебня.

Типы свай

А-1, свая Геннебика (фиг. 3) - арматура из 4 основных продольных стержней, соединенных на некоторых расстояниях по высоте хомутом из более тонкой проволоки.

Сваи Геннебика, Консидера, Хеновитча

А-2, свая Консидера (фиг. 4) - 8-или многоугольного сечения с 8 продольными стержнями, обмотанными снаружи проволочной спиралью, что дает общую конструкцию более жесткую, чем у Геннебика.

А-3, свая Xеноветча (фиг. 5) - изготовляется без помощи форм: на платформе расстилают проволочную сетку и на одном из ее краев прикрепляют железную трубу около 2 см диаметром, а у другого конца сетки параллельно трубе привязывают к сетке тонкой проволокой ряд железных -продольных стержней; затем по наложении на сетку небольшого слоя бетона начинают скатывать железную трубу и т. о. наматывать на нее сетку.

А-4, свая Цюблина - схожа с типом Геннебика, но наличие в ней перекрестных хомутов из крученой проволоки делает ее особенно жесткой.

А-5, свая Вейриха и Рейнкена - однотипна со сваей Консидера, где наружная проволочная обмотка заменена цельнотянутым металлом, что делает заготовку арматуры более дешевой.

А-6, свая Джильбрета - отличительная черта ее - желобчатая форма, очень трудная для своего выполнения, очень ломкая при забивке и не имеющая за собой никаких преимуществ в отношении сопротивляемости.

Б-1, свая Раймонда - конической формы и состоит из сердечника и оболочки. Схема установки этих свай следующая (фиг. 6):

Свая Раймонда

1 - оболочка и сердечник приготовлены для забивки; 2 - сердечник вставлен в оболочку; 3 - сердечник с оболочкой забит в грунт на требуемую глубину; 4 - сердечник вынимается из оболочки; 5 - оболочка заполнена бетоном с железной арматурой (последней может и не быть).

Б-2, свая Маста (фиг. 7) - состоит из оболочки из 1—2-мм листового железа и деревянного сердечника; оболочка наполняется бетоном и притрамбовывается.

Свая Маста

Способ перехода оболочки в заострение и конструкция заостренной части видны из фигуры 7, где 1 - разрез сваи по заострению; тело заостренной части сваи делается из дерева, покрытого по наружной поверхности слоем литого асфальта; снизу имеется железный наконечник со штырем; 2 и 3 - поперечные сечения острия сваи в верхней и средней горизонтальных плоскостях; 4 - представляет разметку вырезов и прорезов на развернутом листе оболочки сваи в пределах заострения сваи; 5 - дает изображение общего вида оболочки заострения сваи в исполненном состоянии.

Б-3, свая Янсена - отличается от сваи Маста только типом своего наконечника - заострения (железобетонный). Кроме того, оболочка здесь делается не на всю длину сваи, а лишь на том протяжении ее, где имеются в наличии грунтовые воды.

Б-4, свая Пирлеса (фиг. 8) - состоит из оболочки в виде ряда отдельных бетонных колец, полого чугунного наконечника - острия, глухо насаженного на нижнее кольцо, и сердечника из толстостенной железной трубы.

Сваи Янсена и Пирлеса

Б-5, свая Шенайха (фиг. 9) - состоит из толстостенной обсадной железной трубы, в которую опускается оболочка из тонкого листового железа, снабженная снизу коническим наконечником. Т. о. после бетонировки и подъема наружной трубы в грунте получается железобетонная свая, в которой оставшаяся внутренняя оболочка выполняет роль арматуры. Погружение обсадной трубы в грунт м. б. осуществлено по одному из следующих способов: а) наружная полая труба без всякого наконечника забивается копром с последующей выемкой из опущенной т. о. трубы оказавшегося в ней грунта; б) труба снабжается наконечником и забивается копром, как обыкновенная забивная свая; в) труба погружается в грунт при помощи бурения; г) труба забивается в грунт при помощи особого выдвижного стержня - сердечника с заостренным наконечником снизу; д) труба опускается в грунт с помощью напора струи воды, нагнетаемой в трубу.

В-1, свая Штрауса (фиг. 10) - выполняется по следующей схеме:

Свая Штрауса

1 - производится бурение скважины в обсадной трубе; 2 - заканчивается бурение на плотном грунте; 3 - происходит загрузка части скважины бетоном из бадьи; 4 - бетон уплотняется трамбованием; 5 - трамбование продолжается с одновременным подъемом на некоторую небольшую высоту обсадной трубы; 6 - производится дальнейший подъем обсадной трубы по мере исполнения самой сваи; 7 - свая в своем законченном виде.

В-2, свая Симплекс (фиг. 11) - характер ее конструкции выявляется по схеме:

Свая Симплекс

1 - толстостенная обсадная железная труба, снабженная внизу массивным литым коническим наконечником, забивается в грунт подобно обыкновенной забивной свае; 2 - в опущенную т. о. обсадную трубу засыпается порция бетона при помощи бадьи со створчатым днищем; 3 - одновременно с трамбованием происходит медленное поднятие обсадной трубы; 4 - свая в своем исполненном виде.

В-3, свая Франкиньоля (фиг. 12): здесь обсадная труба состоит из концентрических колец, телескопически вставляемых одно в другое; вследствие специальных муфт отдельные звенья могут взаимно передвигаться, но не разъединяются при погружении их вниз. Процесс изготовления такой сваи сводится к следующему:

beton svai 13

1 - забивается 1-е (нижнее) звено обсадной трубы; 2 - 1-е звено обсадной трубы вытянулось на всю свою длину и тащит за собой следующее звено; 3 - баба вынута из обсадной трубы и началось бетонирование самой сваи; 4 - производится трамбование бетона в трубе с одновременным поднятием нижнего звена; 5 - нижнее звено трубы вынуто совсем и приступлено к бетонированию следующего звена; 6 - все звенья обсадной трубы вытянуты и свая закончена бетонировкой.

В-4, свая Харлей-Эббота (фиг. 13) - состоит из железной обсадной трубы и сердечника; нижняя часть сердечника выступает за обсадную трубу, а на верхнем конце его имеется утолщенное кольцо, которое, опираясь на обсадную трубу, заставляет ее погружаться вместе с собой. Ход работ здесь происходит по схеме:

Свая Харлей-Эббота

1 - сердечник забит до требуемой глубины; 2 - сердечник вынут, в трубу опущена порция бетона с одновременным поднятием этой трубы на некоторую высоту; 3 - сердечник, опущенный в трубу, ударами своего выступающего из трубы внизу конца вдавливает бетон в боковые стенки скважины и образует уширенное основание сваи; 4 - обсадная труба извлечена вся и свая представлена в своем законченном виде. Наличие у сваи уширенного основания дает возможность широко использовать большую сопротивляемость нижних прочных грунтов.

В-5, свая Вильгельми (фиг. 14) - тоже свая с уширенным основанием, полученным при посредстве взрыва. Схема ее изготовления:

Свая Вильгельми

1 - в обсадной трубе пробурена или пробита скважина, внизу ее заложен заряд взрывчатого вещества с проводкой от него вверх запала, а сама скважина вся заполнена пластичным бетоном; 2 - обсадная труба приподнята примерно на 1 м, что дает возможность при взрыве получить желаемое уширение основания сваи; 3 - взрыв произведен, и в образовавшуюся пустоту сполз сверху пластичный бетон; 4 - обсадная труба извлечена и свая забетонирована до конца.

В-6, свая Вольфхольтса (фиг. 15): состоит из оболочки - трубы А, тем или иным путем погружаемой в грунт на требуемую глубину и снабженной сверху герметически закрывающейся крышкой, сквозь которую пропускаются 3 трубы:

Свая Вольфхольтса

1) труба t, опускающаяся своим открытым концом до самого низа оболочки и снабженная краном g на 3 хода (один сообщает эту трубу с бетоньеркой, другой дает выпуск в атмосферу, третий запирает трубу совершенно); 2) средняя труба m, снабженная краном В для проведения сжатого воздуха высокого давления (10 atm); 3) труба n, снабженная краном S, манометром k и редуцирующим вентилем Р, т. е. вентилем, регулирующим давление пропускаемого им сжатого воздуха. Труба t соединена с бетоньеркой, имеющей воронку Т для засыпки составных частей бетона. Эта бетоньерка, в свою очередь, соединена трубой В с воздушным резервуаром К. Средняя труба m и труба n- обе включены в трубу D. Схема работ видна из следующего: 1 - кран g поставлен на 2-й ход и дает выпуск в атмосферу; по трубе n в оболочку, замкнутую со всех сторон, впускается сжатый воздух малого (в 1,5 atm) давления, который по трубе t выгоняет скопившуюся внутри оболочки грунтовую воду; 2 - краны: S на трубе nи В на трубе m закрыты, а кран u на трубе D открыт; кран g поставлен на 1-й ход (соединение с бетоньеркой); при таком положении бетон благодаря давлению сжатого воздуха (10 atm) из бетоньерки проходит по трубе и заполняет часть обсадной трубы; 3 - представляет результат одной пропущенной на схеме манипуляции, а именно: после акта 2 кран g ставят на 3-й ход и, закрыв кран S, открывают кран В; тогда сжатый воздух высокого давления, войдя в оболочку А, своим давлением вдавливает бетон в нижележащий грунт в виде уширенного основания; одновременно тем же сильным давлением обсадная труба приподнимается несколько вверх; получив уширение внизу, кран В закрывают, а кран S вновь открывают, что вызывает собой умеренное сжатие бетона внутри оболочки; 4 - представляет момент, когда выпуском сжатого воздуха по трубе m через открытый кран В, при закрытых кранах S и g, опять поднимают вверх самую оболочку. Т. о. получение на свае уширений, а равно и степень вдавливания бетона в грунт и прессование самого бетона м. б. регулируемы по желанию строителя. В случае надобности в обсадную трубу можно закладывать также и арматуру.

В-7, свая Ридлея (фиг. 16) - ее выполнение ясно из схемы:

Свая Ридлея

1 - оболочка из толстостенной трубы забивкой погружена в грунт до требуемой глубины; 2 - в оболочку погружен литой бетон, в который вдавливается бетонный пилон, предварительно сделанный заранее на стороне; 3 - оболочка несколько приподнята, вследствие чего бетонный пилон, вдавливая окружающий его литой бетон в кольцевое пространство, освободившееся после подъемки оболочки, опускается вниз до самого башмака. Наличие на пилоне кольцевого утолщения препятствует литому бетону выдавливаться вверх.

Г-1, свая Компрессоль (фиг. 17) - выполняется по схеме:

Свая Компрессоль

1 - в грунте пробивается отверстие при помощи чугунной бабы с утонченным заострением; 2 - в отверстие в грунте опущен бетон (иногда вместо него засыпается крупный песок или щебень) и происходит его трамбование чугунной бабой с притупленным заострением в целях наилучшего раздвигания бетона в стороны; 3 - бетонирование сваи сверху заканчивается при помощи плоской бабы. Эта свая применима лишь в тех грунтах, в которых стенки скважины преждевременно не осыпаются; если в толще земли имеются водоносные прослойки, то пользование сваями Компрессоль становится совершенно невозможным.

Преимущества забивных свай: 1) процесс формования сваи производится на виду, что допускает возможность хорошего наблюдения, а потому и тщательного выполнения; 2) возможность применения свай в условиях нахождения сваи в воде, состав которой препятствует нормальному твердению бетона; 3) допускаемая на сваю нагрузка легко может быть определена вследствие наличия у сваи определенной геометрической формы.

Недостатки забивных свай: 1) для возможности быть забитой свая должна иметь вес, меньший веса копровой бабы, что сильно ограничивает случаи применения таких свай; 2) происшедшая во время забивки сваи деформация ее в грунте может остаться незамеченной и т. о. вызвать впоследствии разрушение постройки, на ней основанной; 3) всякого рода срезы и в особенности наращивания забивных железобетонных свай осуществляются с большими затруднениями; 4) последовательные удары бабы копра создают сотрясения грунта, что иногда вызывает в соседних сооружениях нежелательные трещины.

Преимущества набивных свай: 1) набивная свая изготовляется такой именно длины, какая требуется по условиям работы ее в грунте; 2) набивная свая не требует железной арматуры, и это в значительной степени удешевляет ее; 3) набивная свая в остающейся в грунте оболочке получает вполне правильную форму, обеспечивающую легкий и точный расчет ее сопротивления; 4) при погружении оболочки при помощи бурения устраняются всякие сотрясения грунта, что дает возможность ставить такие сваи как возле самих существующих уже громоздких сооружений, так и под сооружениями в случае надобности подводки под них фундаментов более усиленной конструкции.

Недостатки набивных свай: 1) стоимость оболочки сваи, остающейся в грунте, повышает общую стоимость самой сваи; 2) в сваях с извлекаемой оболочкой твердение бетона происходит в присутствии подземных вод, состав которых не всегда благоприятен для самого бетона; 3) в виду неопределенной формы боковой поверхности сваи, изготовленной в извлекаемой из грунта оболочке, расчет сопротивляемости сваи становится до некоторой степени неопределенным.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 2 - 1928 г.