![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Кладка фундаментов
При работах с водоотливом до кладки тела фундамента на дно котлована (после его освидетельствования и приемки) укладывают слой подготовки из щебня, гравия или крупнозернистого песка. Назначение подготовки — укрепить верхний слой основания, что особенно важно при глинистых, легко размокаемых грунтах, а также предотвратить вытекание цементного раствора из нижнего слоя бетона фундамента. Подготовку укладывают ровным слоем толщиной 10—15 см и тщательно уплотняют (трамбуют); при этом отметка верха подготовки должна быть на уровне проектной отметки подошвы фундамента, что необходимо учитывать при рытье .котлована. После укладки подготовки устанавливают опалубку. Опалубкой нижнего уступа фундамента могут быть деревянные ограждения стен котлована; если ограждение сделано из металлического шпунта, то, для того чтобы можно было извлечь его после постройки опоры, опалубку устанавливают и для нижнего уступа. Опалубку применяют простейшей конструкции из дощатых щитов. По мере возведения кладки распорки креплений котлована постепенно удаляют, заменяя их коротышами, которые упирают в забетонированную часть фундамента. Бетонную смесь подают в бадьях краном, а при глубине до 2 м — по наклонным деревянным лоткам. Свежая кладка легко размывается водой, поступающей в котлован. Поэтому в процессе бетонирования фундамента воду продолжают откачивать, не допуская заливания бетона до приобретения им прочности не менее 25 кгс/см2. После возведения фундамента пазухи между его телом и стенами котлована тщательно заполняют грунтом или камнем. Если фундамент возводится без откачки воды из котлована, сначала укладывают слой бетона подводным способом; после затвердения этого слоя воду откачивают и последующие работы ведут насухо.
Бетонная подушка, уложен* ная под водой, должна быть водонепроницаема и обладать достаточным сопротивлением напору воды. В котлованах со значительной площадью можно пренебречь силами сцепления между бетоном и ограждением стен котлована, и тогда минимальная толщина подводной подушки
где Нв — гидростатический напор воды в котловане, тс/м2; \> п — объемный вес бетона, равный 2, 2 тс/м3. По условиям производства работ толщина Лп должна быть не менее 1 м. Под водой бетонную смесь укладывают с соблюдением ряда технологических требований, обеспечивающих надлежащее качество кладки. Трудность подводного бетонирования заключается в том, что при непосредственном контакте с водой из бетонной смеси вымывается цементный раствор и прочность бетона резко снижается; вымывание раствора значительно увеличивается при укладке бетонной смеси в проточную воду. Для подводного бетонирования существует несколько приемов. Наиболее распространено бетонирование с помощью вертикально перемещающихся труб (ВПТ), выполняемое следующим образом (рис. У.38). На предварительно выровненное дно котлована опускают бетонолитные стальные трубы с толщиной стенок 3—5 мм. Трубы собирают из отдельных звеньев длиной по 1, 5—2 м; соединение звеньев фланцевое с водонепроницаемыми прокладками. В зависимости от интенсивности бетонирования применяют трубы диаметром от 200 до 300 мм (наиболее часто 250—300 мм). Вверху к трубам присоединяют приемные бункера для бетонной смеси. Собранные трубы подвешивают к грузоподъемным приспособлениям, обеспечивающим свободное перемещение их по вертикали. Перед укладкой первой порции бетонной смеси трубы закрывают пробками из мешковины, пакли, мешка с опилками и т. д. Пробки должны плотно закрывать отверстия труб и в то же время свободно проходить через них, вытесняя воду. Пробки удерживают проволокой или пеньковым канатом. После заполнения бункера бетонной смесью проволоку перерубают и пробка вместе со смесью опускается вниз. В этот момент бетонолитную трубу приподнимают на 20—30 см, позволяя пробке выйти наружу, и затем быстро осаживают вниз, погружая ее в смесь, вышедшую из трубы. В результате этой операции труба оказывается свободной от воды, и следующие порции бетонной смеси не будут смочены водой. Вместе с тем бетонная смесь, выходя из трубы, будет защищена от воды ранее уложенным слоем. По мере бетонирования трубу поднимают, оставляя нижний конец ее погруженным в бетонную смесь. Бетонная смесь для подводного бетонирования должна быть пластичной с осадкой конуса 16—20 см; марку подводного бетона назначают на 10% выше, чем при обычном бетонировании. Подводное бетонирование ведут непрерывно и возможно быстрее, обеспечивая укладку в час не менее 0, 3 м3 бетона на 1 м2 площади котлована. Радиус действия бетонолитной трубы (в м) находят по формуле г < 6к/, где к — показатель сохранения подвижности смеси, ч; / — интенсивность бетонирования, м3/м2-ч. Показатель сохранения подвижности смеси — время в течение которого осадка конуса не снижается более чем на 15 см. Он определяется опытным путем в бетонной лаборатории строительства. Для предварительных расчетов можно принимать г=4-=-6 м. Заглубление I труб в бетонную смесь определяют из выраже-' ния и при глубине бетонирования до 10 м оно должно составлять не менее 0, 6 м. Количество бетонолитных труб назначают в зависимости от радиуса их действия и так, чтобы участки, охватываемые каждой трубой, перекрывали друг друга. Подводное бетонирование ведут непрерывно, не допуская перерывов, превышающих время начала схватывания смеси под водой (1, 5—2 ч). При более продолжительных перерывах возобновление бетонирования допускается после приобретения бетоном прочности 20—25 кгс/см2 и удаления слабого слоя ранее уложенного бетона. После приобретения бетоном прочности не менее 50% проектной приступают к откачке воды. Верхний слой подводного бетона на глубину 10—15 см бывает слабым и его, откачав воду, удаляют. Другим способом подводного бетонирования является способ «восходящего раствора», разработанный в СССР. По этому способу котлован после установки вертикальных труб заполняют крупным заполнителем — бутовым камнем, щебнем и гравием. Затем по трубам, соблюдая технологию, аналогичную ВПТ, подают цементно-песчаный раствор, который вытесняет воду и заполняет пустоты. После твердения раствора получается достаточно прочная и монолитная кладка.
«Стеной в грунте» называют особый способ возведения подземных сооружений, заключающийся в устройстве под глинистым) раствором траншеи заполняемой затем бетонной смесью методом ВПТ или сборными железобетонными плитами. Созданная таким образо'м стена (рис. У.39) может служить фундаментом протя-. женного сооружения, например опоры путепровода, ограждающей стеной подвального помещения или подземного гаража и т. д.; а также может быть использована для крепления котлована с последующим включением ее в состав фундамента. Устройство «стены в грунте» наиболее целесообразно в водонасыщаемых грунтах при высоком уровне грунтовых вод и заглублении стены в водо-1 упорный слой, а также при необходимости возведения подземных зданий и сооружений, заглубленных на глубину более 6—10 м, когда устройство котлованов с интенсивным водоотливом трудно осуществимо или экономически нецелесообразно. Существенное достоинство этого способа — возможность сооружения стен вблизи существующих зданий без опасения их деформаций. «Стена в грунте» может быть образована секущими буровыми сваями (рис. У.40, а), отдельными отрезками, возводимыми «через одну» (рис. У.40, б), непрерывным устройством траншеи и укладкой бетонной смеси и другими способами. Выбор способа устройства зависит главным образом от гидрогеологических условий строительной площадки и интенсивности застройки прилегающей территории. Определяющим фактором при этом служит опасность обрушения стен траншеи. Так, при неустойчивых плывунных грунтах разработка длинных траншей, особенно вблизи существующих зданий, опасна. В этих случаях целесообразно применение секущих буровых свай. В устойчивых грунтах возможно или секционное,
№к< ^Х-х^Чх^^^^^^> л< ^< > ; >.хчч: Рис V 40. Схемы устройства «стены в грунте» о «, „»*«.■ Я —глинистый раствор; 4— первая траншея; о — соеди-„нТе^^нш^ 1 б^ннаТсме'сь; ^" а^ный ■ каркас; В - ограничитель или непрерывное возведение. Секционное возведение участками (захватками) длиной от 3 до 6 м получило наибольшее применение в городских условиях. При этом: если ЦН< 2, величина Ь< 22; если ЦН^2, величина /> Я (4^45 —Ф/^), где И — глубина траншеи; м; /, — длина участка, м; / _ расстояние траншеи от существующего здания, м; ф _ уГол внутреннего трения грунта. ^^Е1ЦГ^\г1Ш~Ш2\\о^^^{-/: 1Ш^Ш1^^-Ш^^шф
Рис. У.39. Схемы использования «стены в грунте»: о. — фундамент опоры эстакады; б — подземный гараж; в — ограждение котлована; / —< «стена в грунте»; 2 — водонасыщенный грунт; 3 — водоупор Рис V И. Последовательность секционного возведения «стены в грунте»: /-разработка первой скважины траншеи; II-то же, второй; III -разработка перемычки траншеи; IV - бетонирование траншеи; V-разработка соединительной траншеи; Для удержания траншей от обрушения используют глинистые растворы. К траншейным глинистым растворам предъявляют более жесткие требования, чем к растворам, применяемым при бурении скважин, линейные размеры которых в плане невелики. Согласно действующим инструкциям, удельный вес раствора, приготовленного из бентонитовых (монтморилонитовых) глин, должен быть в пределах 1, 05—1, 15 гс/см3, а при использовании других видов глин—1, 1—1, 3 гс/см3. При необходимости местные глины могут быть улучшены добавлением к ним бетонита или некоторых химических реактивов (едкий натр, кальцинированная сода, жидкое стекло и др.). Траншеи разрабатывают специальными землеройными машинами. Чаще применяют плоские грейферы с жестким или тросовым (гибким) присоединением к стреле экскаватора. Грейферы имеют большое раскрытие челюстей (3—5 м), позволяющее разрабатывать грунт длинными участками. Ширина траншей, определяемая размером грейфера, составляет 0, 4—1, 1 м. Более широкие траншеи разрабатывают последовательным бурением скважин. На рис. У.41 показана последовательность секционного устройства «стены в грунте». Секция траншеи начинается с разработки торцовых участков с последующим удалением средней перемычки. Широкозахватные грейферы.могут разрабатывать траншеи на полную длину участка. Далее по торцам секции устанавливают ограничители из стальных труб и арматурные сетки и методом ВПТ укладывают бетонную смесь. Затем переходят к секции «через одну», а после ее устройства — к промежуточной секции. Секционные траншеи можно заполнять сборными железобетонными плитами. В этом случае неизбежные зазоры между плитами и стенами траншей заполнят цементно-песчаным или цементно-глинистым раствором. Стены из буровых секущих скважин образуют с помощью направляющих труб, имеющих с одной стороны вогнутое очертание (рис. У.42). Трубы, устанавливаемые в последовательно пробуренные скважины, служат для направления рабочего органа буровой машины. После разработки секции армируют каркасами, скважины и траншею заполняют бетонной смесью, одновременно извлекая трубы. После возведения «стены в грунте» по всему периметру сооружения (массивного фундамента опоры моста, заглубленного здания и пр.) удаляют грунт из внутреннего пространства и возводят внутренние конструкции. Прочность и устойчивость «стен в грунте» при удалении грунта должна быть обеспечена распорным креплением, анкерами и другими способами.
Рис. У.42. Схемы устройства «стены в грунте» секущими трубами (план) Глава VI КОНСТРУКЦИЯ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ И СВАЙ VI. 1. КЛАССИФИКАЦИЯ СВАЙ Основным конструктивным элементом свайного фундамента являются сваи. Сваи передают на грунты нагрузки от сооружения и обеспечивают его устойчивость и жесткость. В зависимости от материала, формы, конструкции, способа изготовления и условий работы можно выделить следующие основные виды свай. 1. По материалу сваи могут быть деревянными, железобетонными, бетонными и стальными, а также комбинированными из стальной оболочки (трубы), заполненной бетоном (такие сваи называют сталебетонными). Иногда применяют сваи, составленные по длине из разных материалов, преимущественно из дерева в нижней части и из железобетона или из стальных труб, заполненных бетоном, в верхней части. 2. Поперечное сечение свай может быть круговым, прямоугольным, квадратным, многоугольным и кольцевым. Значительно реже встречаются более сложные формы сечения, например двутавровые, коробчатые и т. д.
3. В профиле сваи бывают коническими, цилиндрическими, призматическими, пирамидальными и ромбовидными, а также неправильного очертания, меняющегося по длине сваи. Нижний конец сваи может быть заострен, оставаться плоским или иметь уши-рение (пяту). 4. Ствол сваи может быть сплошным и пустотелым. Пустотелые железобетонные и стальные сваи после погружения в грунт обычно заполняют бетоном, реже — песчаным грунтом или оставляют незаполненными. 5. Наибольшее распространение получили сваи полностью или частично изготовленные заранее, принудительно погружаемые в грунт в готовом виде. Примером таких свай служат деревянные сваи, железобетонные сваи сплошного сечения, а также сваи из железобетонных или стальных труб-оболочек. Такие сваи погружают в грунт, забивая их или завинчивая. В первом случае сваи называют забивными, во втором — винтовыми. Кроме принудительно погружаемых свай, в мостовом и промышленном строительстве применяются сваи, для изготовления которых предварительно в грунте бурят скважины. Такие сваи носят название буровых. При этом если пробуренные скважины заполняют бетонной смесью, то сваи называют набивными, а при заполнении скважин заранее изготовленным железобетонным элементом — буроопускными. ■ Рис. VI.1. Виды свай: /—сплошная свая; 2 — трубчатая свая; 3 — грунт (песок); 4 — буровая скважина; 5—бетон 6. Сваи подразделяются на собственно сваи, сваи-оболочки и Принудительное погружение сваи сопровождается уплотнением грунта, так как при таком погружении свая вытесняет грунт в объеме, равном объему сваи. Особенно значительное уплотнение достигается под нижним концом забивной сваи. Оболочки уплотняют грунт в меньшей -степени. Сваи сооружаемые в грунте с помощью предварительного бурения скважин, иазывают сваями-столбами. Пробуренные скважины заполняют бетонной смесью (рис. VI. 1, е) или заранее изготовленным элементом (рис. VI.1, ж), но без последующего принудительного допогружения его в грунт. При изготовлении свай-столбов уплотнения грунта не происходит. При большом их диаметре, особенно в уровне нижних концов, грунт может даже разуплотняться, что снижает его несущую способность по сравнению со сваями и оболочками. Если скважины бурят с помощью обсадных неизвлекаемых труб или железобетонных оболочек, то свая называется бурооб-садным столбом (рис. VI.!, з). 7. Если свая опирается на практически несжимаемый грунт силы передаются грунту только ее нижним концом. Такая свая называется сваей-стойкой. Если же под сваей располагается сжимаемый грунт, то продольная сила передается грунту не только нижним концом, но и боковой поверхностью сваи, по которой развиваются силы трения. Такие сваи называются висячими или сваями трения. 8. В фундаменте сваи могут быть расположены вертикально или наклонно. Наклонное расположение применяют для увеличения жесткости (в горизонтальном направлении) свайного фундамента. 9. Кроме продольных сжимающих сил, сваи могут испытывать выдергивающие усилия. Выдергиванию свай, называемых в этом случае анкерными, оказывают сопротивление силы трения, а при уширенном конце— и вес вышележащего грунта. Сопротивление выдергиванию значительно меньше сопротивления сжатию. У1.2. КОНСТРУКЦИЯ ЗАБИВНЫХ СВАЙ В транспортном и промышленном строительстве применяют сваи различной конструкции. Деревянные сваи. Их изготовляют из леса хвойных пород, преимущественно из сосны, не ниже второго сорта (по ГОСТ 9463—72) с вполне здоровой древесиной, со сбегом (коничностью) не более 1 см на 1 пог. м. Кривизна бревен допускается только односторонняя не более 1 %. Рекомендуется применять лес зимней рубки. Влажность леса не ограничивается. Бревна очищают от коры, сучьев и наростов. Естественную коничность сохраняют, если она не мешает погружению свай; в противном случае, например при погружении в каркасах, бревна цилиндруют. Диаметр деревянных свай в тонком конце должен быть не менее 18 см. Длина свай обычно составляет от 4, 5 до 8, 5 м. Более длинные сваи (свыше 8, 5 м) дефицитны и дороги, и лес для них заготовляют только' по особому заказу. Сваи погружают в грунт тонким концом. Для облегчения погружения этот конец заостряют, придавая ему форму четырехгранной или трехгранной пирамиды с притуплённой вершиной (рис. У1.2, а). В зависимости от плотности грунтов заострение нижнего' конца сваи делают высотой от 1, 5 до 2 диаметров. Если сваю забивают в плотные грунты или грунты, содержащие твердые включения (прослойки гравия, гальки и пр.), острие сваи защищают от повреждений стальным трехгранным башмаком (рис. VI.2, б). Башмаки прикрепляют к свае коваными гвоздями; отверстия для гвоздей в лапках башмака делают продолговатыми, чтобы гвозди не препятствовали обмятию древесины при забивке сваи. Заострение должно быть выполнено строго по продольной оси сваи, в противном случае свая при погружении в грунт будет уходить в сторону. Верхний конец сваи (голову) обрезают перпендикулярно-к продольной оси и при забивке молотами одиночного действия ук-
Рис. У1.2. Деревянные сваи: Рис" У1'3' Сваи пакетная и клееная ' г ИЗ ДОСОК / — бугель; 2 — кованые гвозди; 3—-стальные накладки; 4 — болты; 5 — штырь репляют от раскалывания и размочаливания бугелем из полосовой стали размером 50X12—100x20 мм. Бугель насаживают на голову сваи в горячем состоянии с тем, чтобы, остывая, он плотно сжал древесину. При отсутствии длинномерного леса бревна наращивают. По длине сваи разрешается иметь не более одного стыка. Стык (рис. У1.2, е) делают в торец, ставя по оси бревен штырь, и перекрывая его стальными полосовыми или уголковыми накладками длиной от 2, 5 до 3 диаметров сваи. Накладки прикрепляют болтами диаметром 19—25 мм или заершенными коваными гвоздями. Стыки нужно располагать так, чтобы после забивки свай они находились на глубине не менее 2—3 м от поверхности грунта, а стыки смеж- ных свай были в разных уровнях на взаимном расстоянии по высоте не менее 0, 75 м. При необходимости забивки длинных свай (до 25 м) большой несущей способности применяют пакетные деревянные сваи (рис. У1.3, а), сплоченные из трех или четырех бревен (рис. У1.3, б). Бревна соединяют между собой болтами или нагелями. Стыки бревен располагают вразбежку на взаимном расстоянии не менее 1, 5 м и не менее 6с? (где й — диаметр бревен). Стыки перекрывают стальными полосовыми накладками. Заострение пакетной сваи делают общим на все бревна и укрепляют стальным башмаком. На голову сваи насаживают общий бугель. Геометрические характеристики поперечных сечений пакетных свай приведены в табл. VI.1. Большой расход металла.на пакетные сваи ограничивает их применение. Значительно перспективнее клееные сваи (рис. У1.3, в), составляемые из досок или брусьев, склеенных между собой специальными водостойкими составами. Клееные сваи применяются в портовом строительстве; с развитием клееных мостовых Таблица VI.! Геометрические характеристики сечения
Поперечное сечение пакетной деревянной
0, 423й4
0, 780^4
0, 548^4
1, 33а4
Деревянные сваи просты в изготовлении и имеют небольшой вес, что упрощает их транспорт и погружение в грунт. Недостатками их являются ограниченная длина, сравнительно небольшая несущая способность, трудность погружения в плотные грунты" Деревянные сваи должны быть всегда погружены в грунт ниже уровня грунтовых вод, так как в условиях переменной влажности* древесина быстро загнивает (особенно в песчаных грунтах); при низком уровне грунтовых вод это может привести к столь глубок кому заложению плиты фундамента, что применение деревянные свай станет невыгодным. Железобетонные сваи. В мостостроении преимущественно применяют железобетонные призматические сваи сплошного сеченая* и сваи цилиндрические полые. Сплошные сваи делают с обычной или напрягаемой арматурой из бетона не ниже М-250 для обычных свай и М-400 для предварительно напряженных. Сечение свай квадратное размерами
В сваях без преднапряжения, изготовляемых длиной от 6 до 18 м, продольная (рабочая) арматура ставится в количестве от четырех до двенадцати стержней диаметром от 12 до 28 мм класса А-П (рис. У1.4). Число стержней и их диаметр зависят от размеров сваи и требуемой прочности по стволу. Стержни сосредоточивают в
спиральную поперечную арматуру. Последняя делается из катанки класса А-1, диаметром 6— 8 мм. Шаг спирали принимается равным 15—20 см, а у концов сваи, где возникают наибольшие напряжения при забивке—10 и
5 см. Голову сваи укрепляют сетками из проволоки диаметром 6 мм с ячейками 5x5 см. В острие сваи продольную арматуру отгибают, приваривают к центральному осевому стержню и заводят в обойму '(рис. VI.5). Для выполнения монтажных операций (складирования, перевозки, установки под сваебойное оборудование) сваи снабжают строповочными петлями. Места строповочных петель назначают из расчета сваи на изгиб от собственного веса (с динамическим коэффициентом 1, 25 при расчете на прочность и 1, 5 при расчете на трещиностоикость) при подъеме ее за две или одну точку (для установки под молот) исходя из равенства абсолютных значений наибольших изгибающих моментов, возникающих в свае на расстоянии 0, 207 Ь от концов сваи при подъеме за две точки и 0, 292 Ь от головы при подъеме за одну точку (где Ь — длина сваи). Сплошные, сваи с обычной арматурой просты в изготовлении. Они могут быть изготовлены не только в заводских условиях, но и на строительной площадке вблизи строящегося моста.
Рис. У1.6. Конструкция преднапряженной сваи с прутковой арматурой: 1 — сетка с ячейками БХ5 см 0 5; 2 — высокопрочная прутковая арматура кл. А-IV, 4 0 14; 3 — стержни кл. А-1, 0 18 длиной 200 см; 4 — строповочные петлн кл. А-1, 0 18; 5 — спираль кл.'В 0 5; €• —арматура острия кл. А-1, 4 0 18; 7 — осевой стержень кл. А-1 что во влажной грунтовой среде вызывает ржавление арматуры; -трещины особенно опасны при агрессивных грунтовых водах. Для повышения трещиностойкости и снижения расхода армату-* ры применяют предварительно напряженные железобетонные сваи. В отечественной практике предварительное напряжение осуществляется натяжением продольной арматуры до бетонирования, сваи. Преднапряженные сваи изготовляют квадратного сечения указанных выше размеров длиной от 8 до 20 м. Сваи армируют отдельными проволоками периодического профиля диаметром 7—5 мм, -
прочностью 160 кг/мм2 (класс Вр-П) или витыми семипроволоч-Ц ными прядями из той же прово-' локи, а также стержнями перио-1 дического профиля диаметром 12—20 мм, прочностью 80 кгс/мм2 (класс А-1У). Поперечная арма-1 тура спиральная из катанки клас-1 са А-1 диаметром 5 мм. Предва-! рительное натяжение проволочной] арматуры и прядей осуществи ляется домкратными установками на упоры, стержневой — домкратами или электронагревом.
Конструкция предварительно, напряженной сваи сечением 35X Х35 см, длиной 12 м с прутковой арматурой показана на рис. У1.6. Продольные стержни диаметг^рм 14 мм поставлены по углам сваи и связаны в каркас спиралью из проволоки диаметром 5 мм. Шаг спирали — от 5 до 20 см. Голова сваи усилена арматурными сетками, острие армировано отдельным каркасом из четырех стержней диаметром 18 мм, приваренных к центральному стержню диаметром 24 мм.
Конструкция преднапряженной /— сетка ЬЗ 5; г«высокопрочная прово- * г ** лока 0 5; 3 — спираль 0 5; 4 — строповоч- КОВОЙ арматурой рекомендуется ™? б: Т-осеЕ0ой%ж7н? Г2Г °стрия применять при значительной аг-
рессивности грунтовых вод, так как прутковая арматура корро-зиоустойчивей тонкой высокопрочной проволоки. Сплошные сваи имеют значительный вес, и их перевозка, установка под сваебойное оборудование и погружение в грунт требуют мощных транспортных и грузоподъемных средств и мощного сваебойного оборудования. Это ограничивает размеры свай (длину и толщину), а следовательно, и их несущую способность. Значительное уменьшение массы достигается в полых железобетонных сваях круглого поперечного сечения. Полые сваи делают сборными из железобетонных центрифугированных звеньев длиной от 8 до 12 м. В мостостроении сваи собирают из звеньев наружным диаметром 40 см с толщиной стенки 8 см, диаметром 60 и 80 см с толщиной стенки 100 см.
Свая может быть смонтирована на полную длину как до погружения сваи в грунт, так и в процессе погружения по мере ее забивки. В последнем случае длина сваи может достигать 50 м и более. Звенья изготовляют из бетона марки 400 с обычной или напрягаемой продольной арматурой. В фундаментах опор мостов, с обычной арматурой, изготовление которых значительно проще. Конструкция секций всех диаметров однотипна (рис. У1.8). Продольная арматура расположена посередине толщины стенки, на взаимном расстоянии, не превышающем ее толщину. Диаметр арматуры для оболочек с 3%-ным армированием — 20 мм, с 5%-ным армированием — 25 мм. Ненапрягаемая арматура из стали класса А-Н, преднапрягае-мая — класса А-1У. Шаг спиральной арматуры 10 см, а у концов 5 см. На торцах секций закреплены стальные закладные части, образующие монтажные стыки. Монтажные стыки могут быть фланцевыми на болтах и сварными.
Рис. VI.9. Конструкция стыков полых свай: / — продольная арматура; 2 — нарезной наконечник; 3 — фланцы толщиной 16 мм; 4 — обечайка толщиной 10—12 мм; Б — ребро жесткости толщиной 10 мм; 6 — спиральная арматура; 7 — вспомогательная арматура; 8 — стык продольной арматуры; 9 — бетон омоноличн-ваиия Фланцевые стыки применяют при наращивании секций в процессе погружения сваи в грунт. На рис. У1.9, а (см. также рис. У1.8) показана конструкция фланцевого стыка, в котором закладные части закреплены с помощью наконечников с винтовой нарезкой, приваренных к стержням продольной арматуры. Для лучшего сцепления с бетоном к фланцам приварены короткие стержни вспомогательной арматуры. Такой стык применяют главным образом в предварительно напряженных секциях. Несколько иная конструкция фланцевого стыка приведена на рис. У1.9, б. В этом стыке продольная арматура приварена к короткой стальной трубе, называемой обечайкой; к обечайке приварены кольца из листовой стали, окаймляющие торцы секций и образующие фланцевое соединение. Изготовление фланцев требует большой точности, обеспечивающей совпадение болтовых отверстий стыкуемых секций. Их нужно изготовлять в кондукторах на заводах металлоконструкций. Сварные стыки применяют преимущественно при сборке сваи на стеллажах до погружения в грунт. В стыке с обечайками (рис. У1.9, в) сваривают кромки обечаек; в необходимых случаях стык может быть усилен накладками. При предварительной сборке сваи в горизонтальном положении на стеллажах применяют стыки со сваркой ванным способом выпусков продольной арматуры секций (рис. У1.9, г) и последующего обетонирования стыка. Такой стык требует наименьшего расхода стали, но для его выполнения необходимо точное расположение продольной арматуры в стыкуемых секциях. Для защиты стали от коррозии стыки заполняют бетоном на быстротвердеющем цементе; если стык после погружения сваи располагается в грунте, его заливают горячим битумом. Нижние концы полых свай могут быть закрытыми или открытыми. Закрытые сваи заканчиваются железобетонным наконечником1 (рис. VI. 10, а). Наконечник присоединяют к стволу фланцем или сваркой. При погружении сваи с подмывом в наконечнике оставляют центральное отверстие диаметром 75—100 мм. Применяют также наконечники, сваренные из листовой стали. Значительно реже применяют сваи с отрытым нижним концом. В этом случае нижний конец сваи заканчивается стальным коротким ножом (рис. VI. 10, б). При погружении в плотные или скальные грунты нож удлиняют (рис. VI.10, в) и усиливают дополнительным листом.
/ Рис. VI.10. Конструкция наконечника и ножей
В грунтах с напорными водами для предохранения от фильтрации воды через стенку сваи ее полость можно заполнить песком, смешанным с мазутом в пропорции 1: 5—1: 6. Заполнение бетоном обязательно при погружении сваи в грунты с твердыми включениями, когда можно ожидать образование трещин в стволе при забивке.
В промышленном и гражданском' строительстве сваи несут, как правило, не столь большие нагрузки, что позволяет делать их меньших размеров (до 20X20 см) и забивать на меньшую глубину (3—8 м). Конструкция этих свай аналогична рассмотренным. Отсутствие изгиба свай, забитых под зданиями, позволяет в ряде случаев облегчать сваи. Так, некоторыми организациями успешно применяются сплошные сваи с центрально расположенной напрягаемой арматурой и контурной спиралью. Весьма удачной нужно считать квадратные сваи с цилиндрической полостью (рис. У1.11), забиваемые с открытым нижним концом без удаления из полости грунта. Такие сваи изготовляют на многопустотных установках большой производительности на заводах железобетонных конструкций общего назначения. Железобетонные сваи-оболочки. В современном отечественном строительстве мостов и гидротехнических сооружений в широких масштабах применяют железобетонные тонкостенные оболочки, погружаемые в грунт с открытым нижним концом мощными вибропогружателями. Применение сборного железобетона для оболочек и современных методов их погружения, разработанных и освоенных советскими учеными и инженерами (К- С. Силин, Н. М. Глотов, В. А. Карпинский, Н. М. Колоколов, Г. П. Соловьев и др.), открыли новые большие возможности создания дешевых глубоких фундаментов на базе широкой индустриализации и механизации строительства. Оболочки собирают из унифицированных секций длиной от 6 до 12 м наружным диаметром 100, 120, 160, 200 и 300 см с толщиной стенок 12 см. Длина секций кратна 1 м. Возможно применение оболочек и большего диаметра — до 5—6 м. Однако опыт строительства нескольких мостов показал, что погружение оболочек диаметром более 3 м сопряжено, с боль- шими трудностями и применять их можно только в особых случаях при соответствующем технико-экономическом обосновании. Секции оболочек изготовляют из обычного железобетона с арматурой из стали марки ВСт. 5 и из предварительно напряженного железобетона с арматурой из стали марки 30ХГ2С; марка бетона— 400. Предварительное напряжение значительно повышает трещиностойкость оболочек при внецентренном сжатии с большими эксцентриситетами, но изготовление их сложнее и стоимость выше; поэтому сейчас в опорах мостов, как правило, применяют оболочки из обычного железобетона преимущественно с 3%-ным (реже с 5%-ным) армированием. Конструкция оболочек и их стыков такая, как и полых свай диаметром до 0, 8 м (см. рис. У1.8), и отличается только количеством продольной арматуры. Длина секций назначается исходя из условий транспорта и грузоподъемности средств для их монтажа; изменение длины через 1 м позволяет собирать оболочки необходимого размера в зависимости от глубины погружения. Опыт применения унифицированных оболочек с толщиной стенок 12 см показал недостаточную их прочность при погружении в трудно проходимые грунты (гравийно-галечные и галечно-валун-ные отложения). Кроме этого, такие оболочки обычно приходится заполнять бетоном для восприятия действующих на них внешних усилий. Этих недостатков лишены оболочки с утолщёнными стенками. Толщина стенок усиленных оболочек диаметром 1, 6 м равна 16 см, диаметром 2 м— 18 см и диаметром 3 м — 20 см. Размеры стенок определены исходя из возможности погружения оболочек имеющимися вибропогружателями. В отличие от тонкостенных, усиленные оболочки армированы двойной арматурой, располагаемой вдоль внутренней и наружной поверхности стенок (рис. VI.12).
В л 1600 е-б
Рис. VI. 13. Фланцевый стык утолщенной оболочки Фланцево-болтовой стык такой оболочки, показанный на рис. VI.13, также несколько усложнен. Он состоит из обечайки, к которой приварены стержни внутренней арматуры, и специальных ребер с приваренными к ним стержнями наружной арматуры. Нижние секции оболочек снабжают стальными ножами, сваренными из листовой стали (см. рис. VI.10). При погружении в мягкие грунты применяют короткий нож (см. рис. VI.10, б), при погружении в плотные породы — удлиненный нож, усиленный приваркой второго листа (см. рис. VI.10, б), или железобетонные ножи с стальной окантовкой и односторонним или двусторонним заострением (рис. VI.14). После погружения оболочки и удаления грунта из внутренней полости ее частично или полностью заполняют бетоном марки не менее 200. Тонкостенные оболочки обычно заполняют бетоном полностью (рис. VI.15, а), оставляя внизу уплотненное песчаное ядро высотой не менее диаметра оболочки и не менее 2 м. В валунно-галечные отложения и в глины с консистенцией ^1, ^0, 1 оболочки погружают не менее чем на 0, 5 м, в остальные глинистые грунты — не менее 1 м. В оболочках с утолщенными стенками для опирания на грунт всем поперечным сечением внизу располагают бетонную пробку (рис. VI. 15, б). Высоту пробки определяют расчетом на срез по внутренней поверхности оболочки, она должна быть не менее трех
Уширять оболочки наиболее целесообразно в глинистых грунтах средней прочности, в которые оболочки погрузить трудно. Уши-рения делают специальными бурильными установками (см. гл. VII). Оболочки с уширенным основанием заглубляют в грунт ниже уровня размыва дна реки не менее чем на 3 м. Если цилиндрическую часть скважины армируют, то оболочки нужно заглублять на 1—2 м ниже сечений, в которых арматура не требуется. В скальные породы оболочки обычно забуривают (рис. VI. 15, д). К забуриванию прибегают, когда толща наносных отложений не обеспечивает заделку оболочек, необходимую для восприятия го- Рис. VI.15. Схемы конструкций свай-оболочек: 1 — свая-оболочка; 2 — бетонное заполнение; 3 — бетонная пробка; 4 — кольцевой слой бетона; 5 —арматурный каркас; 6 — уширенная пята; 7 — буровая скважина в скальной породе
ризонтальных усилий, а также при наклонной поверхности скалы или наличии на ней неровностей (выступов или впадин) более 20 см. Глубину забуривания определяют расчетом несущей способности оболочки по грунту; она должна быть не менее 0, 5 м. Диаметр скважины принимают не более внутреннего диаметра оболочки. В оболочках диаметром 2 м и более можно уменьшить диаметр скважины на 20—40%. Скважины в скале армируют каркасом из стержней диаметром не менее 26 мм и спиралью диаметром 8— 10 мм с шагом 10—20 см. Оболочки можно не забуривать в скалу, если в их основании не возникает растягивающих напряжений. При этом низ оболочек должен быть погружен ниже расчетного уровня основания не менее чем на 25 см. Оболочки, опираемые на скальные породы или имеющие внизу уширения, могут нести значительные сжимающие нагрузки (1000 тс и более). Для восприятия этих сил оболочки обычно приходится полностью заполнять бетоном. В толстостенных оболочках иногда удается ограничиться устройством нижней бетонной пробки. - Стальные и сталебетонные сваи. Стальные сваи делают из прокатных профилей — двутавров, швеллеров, уголков и т. д. или из цельнотянутых либо сварных труб. Для увеличения площади поперечного сечения и жесткости сваи прокатные профили сваривают или соединяют заклепками в пакеты сплошного или трубчатого сечения. По затрате металла и сложности изготовления более выгодны сталебетонные сваи из цельнотянутых или сварных труб-оболочек, заполняемых бетоном после погружения в грунт. Диаметр трубчатых оболочек 25—100 см, толщина стенки 12—14 мм. Поступающие с заводов звенья труб стыкуют в горизонтальном положении на стеллажах на полную длину сваи. При длине свай более 20—25 м их наращивают по мере погружения в грунт. Стыки делают электросварными. Сварку рекомендуется выполнять автоматами под слоем флюса. Для усиления стыка ставят наружные накладки (рис. VI. 16, с), вырезанные из труб того же диаметра. Нижний конец оболочки оставляют открытым или закрывают конусным наконечником. Наконечник (рис. VI.16, б) делают из обрезка трубы, вырезая по шаблону треугольники, которые затем загибают и сваривают. В конце наконечника оставляют отверстие для размыва грунта водой при погружении оболочки. Существенный недостаток сталебетонных свай — коррозия металла. Интенсивность коррозии зависит от ряда причин: вида грунта-, химического состава грунтовых вод и пр. По некоторым данным коррозия составляет от 0, 014 до 0, 05 мм/год; в зоне переменного увлажнения коррозия значительно возрастает. Для защиты от коррозии наружную поверхность стальных труб нужно покрывать асфальтовыми красками или каменноугольной смолой. Наблюдения показали, что эти краски достаточно устойчивы и при погружении даже в песчаные грунты хорошо сохраняются. Оболочки заполняют бетонной смесью марки 200—300. Длина сталебетонных свай может достигать 30—35 м и более.
Щ Щ I Риа VI. 16. Конструкция оболочки сталебетонной сваи: а —стык труб; б — заострение сваи; I — накладка; 2 — электрошов
Рис. VI. 17. Свая с грунтовым ядром и схема к расчету ядра Стальные сваи значительно легче железобетонных, они хорошо сопротивляются усилиям, возникающим при их транспортировании и погружении в грунт, легко проходят плотные грунты и скальные прослойки и могут быть забиты на некоторую глубину в скальные породы. Однако большой расход стали ограничивает их применение; к ним прибегают только в тех случаях, когда по тем или иным причинам погружение сплошных или полых железобетонных свай оказывается невозможным. Сваи с грунтовым ядром. Погружение свай с закрытым нижним концом в плотные грунты, например в гравелистые пески, а также з грунты с прослойками скальных пород, часто встречает большие затруднения и оказывается невозможным. В этих условиях целесообразно погружать сваю с открытым нижним концом, не удаляя грунт (песок) из ее внутренней полости (рис. VI.17, а). Такая свая позволяет погрузить нижний ее конец, сделанный из стальной трубы, даже в полускальные и скальные породы на глубину 1, 5—2 м и обеспечить надежную ее заделку. Грунтовое ядро во внутренней полости сваи создается за счет уплотнения песка при забивке сваи преимущественно молотами двойного действия и вибропогружателями. Заключенное в жесткую оболочку сваи песчаное ядро способно выдерживать значительные сжимающие напряжения, а силы трения, между ядром и внутренней поверхностью сваи обеспечивают участие ядра в передаче подстилающему грунту давления на сваю. Несущую способность такой сваи, зависящей от высоты грунтового ядра, толщины стенки оболочки и ряда других факторов, определяют испытанием опытных свай в реальных условиях строительной площадки. Приближенно высоту ядра можно получить из
Г (оу + йоу) — Рчу — К.и< зуйу — Руйу = 0, где Р — площадь сечения ядра, равная 0, 25яГ> 2; и — периметр внутренней полости сваи (зтГ>); С — диаметр ядра; / — коэффициент трения между песком и оболочкой, равный 0, 6. 1 — коэффициент бокового давления песка, примерно равный 0, 35; ■ у — объемный вес грунтового ядра. После простых преобразований, обозначая к- 0, получим йау — кавйу — уйу — 0. Этому дифференциальному уравнению удовлетворяет функция .„«Сё*»- — V- к Из условия у=0 и оу=0 находят постоянную [С=±у
и тогда «; Отсюда е*" =— в„ + 1, V логарифмируя, получим *=т1п(т%+1)- Для конца сваи у=#, а оу = оо, т. е. давлению под нижним концом сваи. Следовательно, Я=1п(^-с0+1). По этой формуле находят минимальную высоту песчаного ядра. Сваи с грунтовым ядром позволяют погружать их в трудно проходимые грунты более легким сваебойным оборудованием, уменьшить объем работ по удалению грунта из внутренней полости сваи и последующего ее бетонирования и, следовательно,, сократить время изготовления свай.
Рис. VI. 18. Последовательность (/— V) устройства комуфлетных свай: / — оболочка; 2 — электропровода; 3 •— заряд ВВ; 4 — бетонная смесь; 5 — комуф-летиое уширение; 6 — арматурный каркас Камуфлетные сваи. Увеличение несущей способности сваи по грунту может быть достигнуто устройством уширения ее нижнего конца. В забивных полых сваях такое уширение достигается каму-«рлетированием— взрывом заряда взрывчатого вещества (ВВ). Камуфлетные сваи изготовляют в такой последовательности (рис. VI. 18). После погружения в грунт железобетонной или стальной сваи-оболочки с закрытым или открытым концом и удаления грунта из ее внутренней полости в сваю опускают заряд ВВ с электродетонаторами, соединенными электропроводами с источником энергии (подрывной машинкой). Сверху заряд защищают слоем -тощего песчано-цементного раствора или сухой песчано-цементной -смесью и затем оболочку заполняют на некоторую высоту литым -бетоном с осадкой конуса 15—20 см при стальных оболочках и 20—■ 25 см при железобетонных. После этого заряд ВВ подрывают. Силой взрыва нижний конец оболочки разрушается, и за счет местного уплотнения грунта в нем образуется близкое к шарообразному камуфлетное уширение, которое заполняется литой бетонной смесью, поступающей из ствола оболочки. Далее оболочку заполняют бетонной смесью на полную высоту обычным способом. Для камуфлетирования свай желательно применять водоустойчивые взрывчатые вещества — тротилы (тол, пироксилин) или аммониты. Ориентировочно массу заряда определяют в зависимости ют диаметра камуфлетного уширения: Диаметр камуфлетного
уширения, м.................. 1, 2 Масса заряда ВВ, кг. 5 Массу заряда уточняют после первых производственных взрывов. Диаметр камуфлетного уширения с достаточной точностью может быть определен по количеству литого бетона, заполнившее го уширение после взрыва. Если до взрыва оболочка была заполнена бетоном на высоту А,, а после взрыва высота бетонного столба оказалась равной Аг, то объем камуфлетного уширения У=0, 25л^(Й1 — Л2), где Лъ — внутренний диаметр оболочки. Диаметр уширения Для надежного соединения уширения со стволом сваи необходимо, чтобы после взрыва в стволе оставался столб бетона высотой не менее 2 м. Исходя из этого минимальный объем Ущт литого бетона, укладываемого до взрыва, должен удовлетворять условию Уа1я > 0, М> 2 + 24 При взрыве заряда частично разрушается оболочка. Для. ограничения разрушения к железобетонной оболочке присоединяют стальной патрон (рис. VI. 19), усиленный бандажами. При наличии бандажей разрушается только нижняя зона патрона. Аналогично усиливают и стальные оболочки. Камуфлетирование целесообразно в грунтах большой несущей способности. В скальных и полускальных породах оно нецелесообразно, так как прочность этих пород может быть нарушена взрывом. У1.3. КОНСТРУКЦИЯ ВИНТОВЫХ СВАЙ Кроме забивки сваебойными снарядами сваи могут быть погружены путем завинчивания особыми механизмами, называемыми кабестаном. Винтовая свая (рис. У1.20) состоит из цилиндрического ствола и башмака с винтовыми лопастями, которые обеспечивают погружение сваи в грунт при ее вращении вокруг продольной оси. Ствол сваи собирают из стальных труб, заполняемых бетоном после погружения. Ствол может быть сделан и железобетонным сплошным или полым. Однако значительные крутящие моменты, возникающие в стволе при завинчивании, ограничивают применение железобетонных стволов. Конструкция стальных стволов такая же, как и сталебетонных свай. Башмаки отливают из стали или чугуна или же изготовляют из отрезков труб. Нижний конец башмака при небольшом диаметре ствола закрывают конусным наконечником высотой 0, 75—1, 5 м.
На цилиндрической части башмака располагается винтовая лопасть. Диаметр лопасти принимается равным 3—4, 5 диаметрам ствола, но не более 2, 5—3 м. Шаг лопасти лри стволе 300—400 мм составляет 0, 6— 0, 8 с? ств, а при стволе 900— 1500 мм —0, 35—0, 4 с? ств. Шаг лопасти зависит также от размеров шалунов, имеющихся в грунте: валуны должны свободно проходить между лопастями, не мешая завинчиванию. Толщина Т, лопасти ш корне не превышает 0, 4—0, 5 шага. Лопасти изготовляют литыми, отлитыми вместе с башмаком (рис. У1.20, а), сварными сплошного сечения (рис. VI.20, б) и сварными полыми (рис. У1.20, в). Полые лопасти заполняют цементным раствором. Лопасти обычно имеют 1, 25—1, 5 оборота. Винтовые сваи могут быть погружены в грунт вертикально или с наклоном 1: 3—1: 5 на глубину до 30—40 м. Несущая способность таких свай за счет большого сопротивления грунта под лопастями достигает нескольких сотен тонн. В этих сваях легко получить экономичную конструкцию, равнопрочную по грунту и по материалу отвала. Сваи со стальным стволом способны воспринимать большие выдергивающие усилия. К дос
|