Лекция № 13 (15).
Сваи и свайный фундаменты. Основные положения. Классификация. Конструкция. Расчет свай и свайных фундаментов. Несущая способность свай. Расчет и проектирование свайных фундаментов.
Основные положения.В тех случаях, когда с поверхности залегают слои слабых грунтов, не обладающих достаточной несущей способностью, чтобы служить основанием для фундаментов мелкого заложения проектируемого сооружения, возникает необходимость передачи нагрузки на более плотные грунты, расположенные на некоторой глубине. В этих условиях чаще всего прибегают к устройству фундаментов из свай.
Сваей называют погруженный в готовом виде или изготовленный в грунте стержень, предназначенный для передачи нагрузки от сооружения на грунт основания. Группы или ряды свай, объединенные поверху распределительной плитой или балкой, образуют свайный фундамент. Распределительные плиты и балки, выполненные, как правило, из монолитного или сборного железобетона, называют ростверками. Ростверки воспринимают, распределяют и передают на сваи нагрузку от расположенного на фундаменте сооружения. Если ростверк заглублен в грунт и его подошва расположена непосредственно на поверхности грунта, то его называют низким свайным ростверком, если подошва ростверка расположена выше поверхности грунта — высоким свайным ростверком (рис. 11.1).
| Рисунок 11.1 - Типы свайных ростверков: а, б — низкий; в — высокий | Рисунок 11.2 - Схемы передачи нагрузки сваями на грунты основания |
Классификация свай и свайных фундаментов
Сваи классифицируются по двум основным признакам: по характеру передачи нагрузки на грунт и по условиям изготовления свай.
По характеру передачи нагрузки на грунт сваи подразделяются на сваи-стойки и висячие сваи.
К сваям-стойкам относятся сваи, прорезающие толщу слабых грунтов и опирающиеся на практически несжимаемые скальные или малосжимаемые грунты. Свая-стойка практически всю нагрузку на грунт передает через нижний конец, так как при малых вертикальных перемещениях сваи не возникают условия для проявления сил трения на ее боковой поверхности (рис. 11.2, а).
К висячим сваям относятся сваи, опирающиеся на сжимаемые грунты. Под действием продольного усилия N висячая свая получает вертикальные перемещения, достаточные для возникновения сил трения между сваей и грунтом. В результате нагрузка на основание передается как боковой поверхностью сваи, так и ее нижним концом (рис. 11.2, б).
По условиям изготовления сваи делятся на две группы: сваи, изготовляемые заранее на заводе или полигоне (предварительно изготовленные) и затем погружаемые в грунт, и сваи, изготовляемые на месте, в грунте.
В зависимости от расположения свай в плане различают следующие виды свайных фундаментов: одиночные сваи, свайные кусты, ленточные свайные фундаменты и сплошные свайные поля (рис. 11.3).
Одиночные сваиприменяют под отдельно стоящие опоры, когда несущей способности одной сваи достаточно для восприятия передаваемой на основание нагрузки.
Свайным кустом принято называть фундамент, состоящий из группы свай. Свайные кусты устраивают под колонны сооружений и опоры, передающие значительные вертикальные нагрузки.
Если сваи в фундаменте расположены в один или несколько рядов, то такой фундамент называют ленточным свайным фундаментом. Ленточные свайные фундаменты устраивают под стены зданий и другие протяженные конструкции.
Рисунок 11.3 - Виды свайных фундаментов:
а — свайный куст; б — ленточный; в — сплошное свайное поле
| Рисунок 11.4 - Сечения железобетонных свай: а — квадратной; б — квадратной с круглой полостью; в — круглой пустотелой; г — прямоугольной; д — тавровой; е — двутавровой | Рисунок 11.5 - Железобетонные сваи различного профиля: а — призматические; б — цилиндрические; в — пирамидальные; г — трапецеидальные; д — ромбовидные; е — с уширенной пятой |
Если фундамент состоит из свай, расположенных в определенном порядке под всем сооружением, его называют сплошным свайным полем. Сплошные свайные поля устраивают под тяжелые сооружения башенного типа, имеющие ограниченные размеры в плане.
Конструкции предварительно изготовленных свай. Сваи, погружаемые в грунт в готовом виде, в зависимости от материала, из которого они изготовляются, подразделяются на железобетонные, деревянные, стальные и комбинированные.
Железобетонные сваи, получившие наибольшее распространение в практике строительства, подразделяют:
по форме поперечного сечения — на квадратные, квадратные с круглой полостью, полые круглого сечения, прямоугольные, тавровые и двутавровые (рис. 11.4);
по форме продольного сечения — на призматические, цилиндрические, с наклонными боковыми гранями (пирамидальные, трапецеидальные, ромбовидные), сваи с уширенной пятой (рис. 11.5);
по способу армирования — на сваи с ненапрягаемой и предварительно напряженной продольной арматурой, с поперечным армированием и без него;
по конструктивным особенностям — на сваи цельные и составные.
Способы погружения предварительно изготовленных свай в грунт. Применяют следующие способы погружения предварительно изготовленных свай в грунт: забивка, вибропогружение, вдавливание и ввинчивание.
Забивка свай в грунт осуществляется сваебойными молотами.
Вибропогружение свай наиболее эффективно при насыщенных водой песках. В этом случае вертикальные колебания, создаваемые вибратором, передаются через сваю грунту, который разжижается, что приводит к резкому уменьшению сил трения на боковой поверхности сваи и она легко погружается в грунт.
Вдавливание свай осуществляется с помощью мощных гидродомкратов и применяется тогда, когда нельзя использовать забивку или вибропогружение (устройство свайных фундаментов вблизи существующих сооружений или в грунтах, уплотняющихся под действием колебаний).
Ввинчивание свай, снабженных на конце винтовыми лопастями (винтовые сваи), осуществляется особыми механизмами, называемыми кабестанами.