ГОСТ 19804.3-80 Сваи забивные железобетонные квадратного сечения с круглой полостью. Конструкция и размеры ПРИЛОЖЕНИЕ1 УСЛОВИЯ РАСЧЕТА И ПРИМЕНЕНИЯ СВАЙ

По форме

В зависимости от геометрии продольного, поперечного сечения и нижнего конца сваи принято различать

По форме поперечного сечения

Сплошные сваи прямоугольного (1), квадратного (2), круглого (3), таврового (4) и двутаврового (5) сечений, а также полые круглого (6) сечения (трубы, оболочки) и квадратные с круглой полостью (7).

Рисунок 484.2. Геометрия поперечных сечений свай.

Сваи-оболочки от свай-труб отличаются относительно большим наружным диаметром и относительно малой толщиной стенок сваи по сравнению с наружным диаметром. Соответственно устраиваются сваи-оболочки в грунтах с очень низкой несущей способностью, а такая форма свай позволяет экономить значительное количество материала.

По форме продольного сечения

Сваи постоянного по длине сечения: цилиндрические (1), призматические (2) и сваи с наклонными боковыми гранями: ромбовидные (3), пирамидальные (4), трапецеидальные (5).

Рисунок 484.3. Геометрия продольных сечений свай

По конструкции нижнего конца

Сваи с плоским нижним концом (рис. 483.1.1), с заостренным нижним концом (рис.483.3.2), полые с открытым (1) или закрытым (2) нижним концом, булавовидные с плоским или объемным уширением (3), с камуфлетной пятой (4), винтовые (5).

Рисунок 484.4. Конструкции нижнего конца свай.

Примечание: в нормативных документах классификация по форме дается только для забивных свай (само собой винтовые сваи к ним не относятся). Однако такой подход мне кажется не совсем верным, поэтому я выделил геометрию свай в отдельную категорию.

Виды свай

Деревянные сваи
бывают цельными, срощенными и клееными.
Сращивание по длине деревянных свай
обычно осуществляется с установкой в
месте стыка заостренного “ерша” и
металлического кольца. Железобетонные
и стальные сваи при необходимости
наращивают с использованием болтовых
или сварных соединений.

Одиночные сваи
чаще всего используют в качестве опор
для колонн. Кусты свай устраиваются в
местах больших сосредоточенных нагрузок
(опоры, устои мостов и т. п.). Рядовое
расположение свай предпочтительнее
при необходимости возведения ленточных
фундаментов, свайные для фундаментных
плит.

Чтобы распределить
нагрузки, по верху свай устраивают
монолитные или сборно-монолитные
железобетонные плиты – ростверки.

Для обоснования
целесообразности применения того или
иного типа свай производят экономическое
сравнение вариантов их использования.
Практикой подтверждено, что при наличии
слабых грунтов рациональнее изготавливать
свайные основания без выемки грунта,
например забивать пирамидальные сваи,
которые подобно объемному клину упрочняют
грунт. В глинистых грунтах сваи большого
диаметра обычно устраивают в буронабивном
варианте. При необходимости погружения
свай на большую глубину забивают
металлические сваи, имеющие в сечении
форму трубы, двутавра и т. п.

Забивка свай

Забивка – основной
способ погружения готовых свай. Для
забивки применяют специальные установки
– копры, оборудованные механическими,
паровоздушными или дизельными молотами.
Механические и паровоздушные молоты в
массовом строительстве постепенно
заменяются гидравлическими и вибрационными
дизель-молотами из-за их высокой
производительности и простоты
эксплуатации. Выпускавшиеся ранее копры
на рельсовом и пневмоходу заменяются
копровыми установками на гусеничном
ходу из-за их высокой маневренности и
проходимости.

Подготовительные
работы включают в себя:

• расчистку и
  планировку площадки;

• разбивку положения
  свай, устройство обносок и путей
  передвижения копров;

• доставку и
  складирование свай, доставку оборудования;

• оборудование
  освещения площадки и рабочих мест;

• пробную забивку,
  по результатам которой корректируются
  схемы забивки и проект производства
  свайных работ.

Кроме специализированных
копровых установок для погружения свай
используются универсальные машины –
экскаваторы, для чего их оборудуют
подвешенной мачтой. Благодаря установке
направляющей на стандартную крановую
стрелу за короткий промежуток времени
экскаватор выполняет функции сваебойной
машины. Забиваются деревянные,
железобетонные, стальные сваи и шпунтовые
ограждения.

Нижний конец
деревянных свай заостряют и устанавливают
металлические башмаки, защищающие
острие сваи от повреждения при погружении,
на головную часть сваи надевают бугель
– металлическое кольцо, предохраняющее
сваю от “размочаливания” при ударах.
Для предохранения от гниения деревянные
сваи пропитывают антисептиком и
располагают ниже уровня грунтовых вод.

Для повышения
трещиностойкости железобетонные сваи
рекомендуется подвергать предварительному
напряжению, а перед погружением –
пропитывать составами на основе
нефтебитума. Металлические сваи и
шпунтовые ограждения, погружаемые
забивкой, покрывают антикоррозийной
обмазкой.

Забивка свай ведется
до получения заданного проектом отказа.

Отказ – глубина
погружения сваи от одного удара. Отказ
измеряют с точностью до 1 мм. Осадку от
одного удара в конце забивки сваи
измерить трудно, поэтому отказ определяют
как среднее значение при серии ударов,
называемых залогом.

Погружение свай

При погружении
свай дизель-молотами и паровоздушными
молотами одиночного действия залог
принимается равным 10 ударам, при
погружении свай молотами двойного
действия и вибропогружателями залог
принимают равным числу ударов за 1 мин
забивки.

Процесс погружения
сваи складывается из следующих операций:

• подтягивание и
  подъем сваи с одновременным заведением
  ее головной части в гнездо наголовника
  в нижней части молота;

• установка сваи в
  направляющих в месте забивки;

• забивка сваи
  сначала несколькими легкими ударами
  с последующим увеличением силы ударов
  до максимальной. При отклонении положения
  сваи от вертикали более чем на 1 % сваю
  выправляют подпорками, стяжками и т.п.,
  или извлекают и забивают вновь;

• передвижение
  копровой установки и срезание сваи по
  заданной отметке.

• Деревянные сваи
  срезают пилой, верх железобетонных
  свай срубают отбойным молотком, арматуру
  срезают газовой резкой. Обнажившуюся
  арматуру затем сваривают с арматурой
  ростверка.

5. Расчет количества свайных опор

Выбор типа свай, их количества и мест погружения лучше доверить профессионалом, поскольку это очень ответственный этап. Впрочем, самому не мешает знать основные принципы расчета. Он проходит в два этапа. Сначала необходимо определить общий вес постройки, а потом посчитать несущую способность конкретной сваи в конкретном грунте.

Совокупная нагрузка здания на фундамент рассчитается как сумма следующих параметров:

• фактическая масса здания. Суммируется вес перекрытий, стен и кровли. Расчет можно выполнить, пользуясь табличными значениями массы основных строительных материалов;
• снеговые нагрузки. Тут все зависит от региона расположения дома. Для южных районов страны этот показатель в среднем составляет 50 кг/м2, для центральных – 100 кг/м2, для северных – 190 кг/м2;
• полезные нагрузки. Сюда включен вес мебели, которая будет использована, и проживающих людей. Чтобы не забивать себе голову подсчетом массы всех предметов мебели, можно использовать среднее значение – 150 кг/м2.

Полученные данные суммируют и умножают на коэффициент запаса 1,2.

Несущие характеристики сваи зависят от типа почвы. В идеале необходимо провести геодезические исследования, чтобы точно знать несущую способность почвы, но если такой возможности нет, можно воспользоваться табличными данными – достаточно только знать тип почвы. Например, несущая способность сухой глины средней плотности – 2,5 кг/см2, а плотного крупного песка – около 6 кг/см2.

Для каждого типа свай характерны свои несущие способности.

Например, нам необходимо построить 2-этажный дом из бруса размерами 10*8, использовать будем винтовые сваи 89*300 мм. Если дом расположен в центральной полосе, то снеговая нагрузка будет равна 10*8*100=8 т/м2. Полезная нагрузка каждого из этажей 10*8*150=12 т/м2, т.е. для всего дома 24 т/м2. Масса самого дома приблизительно равна 44 т. Совокупная нагрузка (44+24+8)*1,2 = 91,2 т. Допустим, почва – мягкопластичная глина, сваи будут погружаться на 2,5 м (их несущая способность при этом 5 т), тогда понадобится 91,2/5 = 18,24, т.е. 19 свай.

Глубину погружения сваи выбирают, исходя из типа почвы. Для устойчивого плотного грунта обычно достаточно свай длиной 2,5 м. Если на участке почва неустойчивая, длина сваи должна быть такой, чтобы достигать более плотного слоя грунта.

Часто в частном строительстве применяются именно винтовые сваи. Они выпускаются разного диаметра:

• 57 мм – такие сваи подойдут для создания фундамента для легких заборов;
• 76 мм – сваи для возведения более тяжелых заборов (например, из профнастила), а также легких строений (беседка);
• 89 мм – сваи для постройки дачных домов, небольших частных домов, хозпостроек. Такая опора в среднем выдерживает 3-5 т;
• 108 мм – отличный вариант для постройки частных домов любого типа, выдерживают от 5 до 7 т.

Расстояние между сваями рассчитывается для каждого отдельного проекта. Не рекомендуется делать расстояние между опорами более 3 м для каркасных домов, и более 2 м – для построек из пеноблока и газоблока. При наличии в регионе сильных ветров расстояние между опорами должно быть не более 2,5 м.

Еще раз подчеркнем, что когда речь идет о таком серьезном деле, как фундамент, лучше провести максимально точные расчеты, и не экономить на строительных материалах и оборудовании.

Оценка инженерно-геологических условий основания и назначение расчетной длины сваи

Расчет свайного
фундамента начинают с составления
расчетной схемы с изображением
геологического разреза (грунтовой
колонки) с отметками слоев; указанием
консистенции глинистых грунтов, плотности
песков, уровня грунтовых вод, угла
внутреннего трения, сцепления и модуля
деформации грунтов (рис.3).

В соответствии с п.
7.10 СНиП 2.02.03-85 выбор длины сваи должен
назначаться в зависимости от грунтовых
условий. Смотрим на геологический разрез
и оцениваем слои грунта, которые прорежет
свая. Необходимо назначить слой грунта,
куда будет заглублена свая.Несущим
принимается слой грунта, обладающий
хорошими строительными свойствами. При
однородных (сжимаемых) грунтах длина
сваи назначается на основании
технико-экономического сравнения.

Висячие сваи
заглубляют своим концом в наиболее
плотный слой грунта на 1,5-2,0м (но не менее
0,5м в случае крупнообломочных, гравелистых,
крупных и средней крупности песков,
глинистых грунтов с показателем
консистенцииI_к
≤ 0,1) и не
менее 1,0м в другие наскальные грунты
(I_L
= 0,1 – близкое к твердому состоянию
грунта).

Рис. 3. Расчетная
схема к определению длины сваи

Сваями прорезаем
грунт 1 и 2 и опираем на слой 3, заглубляя
на 1м согласно указаниям СНиП 2.02.03-85.

L_р
– расчетная длина сваи – расстояние
от подошвы ростверка до начала заострения:

,

где z
– глубина от поверхности грунта до
начала заострения,

d
– глубина заложения подошвы ростверка.

Таким образом, длина
сваи L_расч
определяется глубиной залегания слоя
несущего прочного грунта, в который
заглубляется свая, и отметкой заложения
подошвы ростверка.

Принимаем, к примеру:

В соответствии с п.
7.4 СНиП 2.02.03-85 заделка сваи в ростверке
составляет 5-10см.
И, следовательно:

Окончательно
принимаем L_св-длину
сваи.

Определив необходимую
длину, выбираем также по типовым
значениям, исходя из нагрузки на сваю,
рациональное сечение и марку сваи.

Сечение сваи принимаем
по сортаменту до 6м,

далее до 12м 30х30, до
16м 35х35 и 40х40 по несущей способности,
нагрузке и конструктивным соображениям
ростверка.

Пример: по сортаменту
принимаем забивную железобетонную сваю
квадратного сечения L_св=11м,
сечение 30х30см.

С11 – 30

сплошная длина
сеч.30х30см

с ненапрягаемой
в

арматурой

Практика показывает,
что при выборе длины сваи необходимо
руководствоваться следующими
соображениями: сваи-стойки эффективны
при любой длине; сваи трения считаются
эффективными, если их длина в 2-3 раза
больше ширины ростверка.Характерные
кривые осадка–нагрузка S=f(N),
полученные по данным испытаний висячих
свай статической нагрузкой, приведены
на рис.4.

Испытываемые сваи
погружали в илистые грунты мощностью
более 30м.

Слева (кривые 4,5,6)
относятся к коротким сваям длиной 6м, а
справа (кривые 1,2,3) к сваям длиной 22м.

Предельная нагрузка
для коротких свай равна 25-30тс, а для
длинных свай при нагрузке 100тс не
достигнут даже предел в пропорциональной
зависимости нагрузка-осадка. Отсюда
вывод: в слабых основаниях целесообразнее
проектировать более длинные сваи с
большей нагрузкой вместо большого
количества коротких свай с малой
нагрузкой.